谷氨酸發(fā)酵廢液對土壤養(yǎng)分動態(tài)變化的影響

張連秋 桑茂鵬

摘要 為明確谷氨酸發(fā)酵廢液對土壤肥力的影響，開展室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究了等氮量條件下施入谷氨酸發(fā)酵廢液土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化。結(jié)果表明，與單施無機(jī)肥處理（F）相比，無機(jī)肥配施谷氨酸發(fā)酵廢液處理（FM）和單施谷氨酸發(fā)酵廢液處理（M）可明顯提高土壤速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)的含量，并隨谷氨酸發(fā)酵廢液使用量的增加而提高。處理FM、M銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均低于處理F，隨培養(yǎng)時間的延長，硝態(tài)氮大幅上升，銨態(tài)氮大幅降低。施用谷氨酸發(fā)酵廢液的處理FM、M與處理F相比，土壤pH值差異較小，而全鹽量差異較大。因此，與單施無機(jī)肥相比，施用谷氨酸發(fā)酵廢液對提高土壤速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)有明顯作用。同時，為保證土壤鹽分和pH值的相對穩(wěn)定，可適當(dāng)降低谷氨酸發(fā)酵廢液的施用比例。

關(guān)鍵詞 谷氨酸發(fā)酵廢液；土壤養(yǎng)分；動態(tài)變化

中圖分類號 S158.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）13-0193-03

研究表明，谷氨酸發(fā)酵廢液可提高作物產(chǎn)量[1-2]，促進(jìn)養(yǎng)分累積，提高產(chǎn)品品質(zhì)[3]，提高土壤速效養(yǎng)分含量[3]，改善土壤生物環(huán)境[3-4]。同時，谷氨酸發(fā)酵廢液中同時含有銨態(tài)氮和氨基酸有機(jī)氮，氮素是作物生長發(fā)育所需的重要營養(yǎng)元素，氮肥合理施用對提高氮素利用率、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境具有重要作用[5-6]。

氨基酸肥料價格昂貴，而某些氨基酸生產(chǎn)企業(yè)發(fā)酵廢液中含有氨基酸殘基，同樣對促進(jìn)作物生長有顯著作用，成為廉價獲取氨基酸營養(yǎng)的途徑之一。氨基酸生產(chǎn)企業(yè)發(fā)酵廢液用于農(nóng)業(yè)合理利用的研究，對促進(jìn)工農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

肥料施入土壤需經(jīng)過一系列的物理化學(xué)及生物學(xué)的反應(yīng)[7-8]，而有關(guān)氨基酸發(fā)酵廢液施用對土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化研究很少。因此，本研究采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，以谷氨酸發(fā)酵廢液為試材，研究水田土壤施入谷氨酸發(fā)酵廢液后土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化，為谷氨酸發(fā)酵廢液農(nóng)業(yè)合理利用及其生態(tài)效應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究所用谷氨酸發(fā)酵廢液由山東菱花集團(tuán)提供，水分含量32.20%，全氮含量9.13%，全磷含量3.17%，有機(jī)質(zhì)（主要為氨基酸和糖）含量21%，pH值5.6。培養(yǎng)所用土壤采自濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)場，由母質(zhì)為黃河沉積物的潮土發(fā)育形成，含有機(jī)質(zhì)1.02%、堿解氮66.8 mg/kg、速效磷58.9 mg/kg、速效鉀115.3 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)共設(shè)3個等氮量處理，分別為尿素3 g（F）（CK）、谷氨酸發(fā)酵廢液16 mL（M）、尿素1.5 g和谷氨酸發(fā)酵廢液8 mL（FM），氮肥施用量相當(dāng)于尿素375 kg/hm2。土壤培養(yǎng)盆選用直徑10 cm、高15 cm的塑料桶。每桶2 kg，施入肥料，然后用量筒量取一定量的水，將土壤澆透水，使表層有一層水膜，各處理水量保持一致。用保鮮膜封口，轉(zhuǎn)移至28 ℃恒溫室培養(yǎng)，每個處理30次重復(fù)。每3 d取樣1次，共取樣10次，每次取樣3盆。土樣經(jīng)風(fēng)干，裝入塑料自封袋中備用。按照鮑士旦主編的《土壤農(nóng)化分析》規(guī)定的方法進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤速效養(yǎng)分

2.1.1 土壤氮。由圖1可見，單施尿素處理F的土壤硝態(tài)氮含量開始為21.43 mg/kg；至第6天時降至最低，為11.09 mg/kg；然后又緩慢升高，第21天后趨于穩(wěn)定，為36.12～35.11 mg/kg。尿素與谷氨酸發(fā)酵廢液配施處理FM的硝態(tài)氮含量開始為8.64 mg/kg；然后一直緩慢上升，至培養(yǎng)第30天時含量最高，為33.62 mg/kg。單施谷氨酸發(fā)酵廢液處理M的硝態(tài)氮含量開始較低；至培養(yǎng)第12天最高，達(dá)到14.14 mg/kg；12 d后又逐漸下降，并趨于穩(wěn)定，培養(yǎng)末期為12.17 mg/kg。

單施尿素處理F的土壤銨態(tài)氮含量開始時迅速升高，培養(yǎng)第6天時最高，為284.43 mg/kg；之后緩慢降低，至培養(yǎng)末期為39.33 mg/kg。尿素與谷氨酸發(fā)酵廢液配施處理FM的銨態(tài)氮含量開始時緩慢上升；至培養(yǎng)第12天時最高，為226.09 mg/kg；然后又緩慢下降，至培養(yǎng)末期為35.92 mg/kg。單施谷氨酸發(fā)酵廢液處理M的氨態(tài)氮含量至培養(yǎng)第6天時最高，為190.25 mg/kg；之后緩慢下降，至培養(yǎng)末期為37.11 mg/kg。

2.1.2 土壤磷。由圖2可見，單施尿素處理F整個培養(yǎng)期速效磷含量較施用谷氨酸發(fā)酵廢液處理M低，培養(yǎng)第9天時最高，為82.15 mg/kg；培養(yǎng)第21天時最低，為72.33 mg/kg；之后變化幅度較小，至培養(yǎng)末期為77.24 mg/kg。說明施用谷氨酸發(fā)酵廢液可提高土壤速效磷含量。尿素與谷氨酸發(fā)酵廢液配施處理FM的土壤速效磷含量培養(yǎng)第3天時為78.99 mg/kg；至培養(yǎng)第12天時最高，為96.29 mg/kg；之后又降低并趨于平穩(wěn)，至培養(yǎng)末期為83.13 mg/kg。單施谷氨酸發(fā)酵廢液處理M與處理FM大體一致，至培養(yǎng)第15天時最高，為110.63 mg/kg，至培養(yǎng)末期為95.11 mg/kg，高于處理F、FM。谷氨酸發(fā)酵廢液呈酸性且含有大量有機(jī)物質(zhì)，對土壤磷素的活化有利。

2.1.3 土壤鉀。由圖3可見，單施尿素處理F的速效鉀含量低于施用谷氨酸發(fā)酵廢液處理FM，培養(yǎng)第6天時最低，為85 mg/kg；第9天時為90 mg/kg，第9～21天之間保持平穩(wěn)；第24天后緩慢下降，至培養(yǎng)末期為77.24 mg/kg。處理FM的速效鉀含量整個培養(yǎng)期變化較小，培養(yǎng)開始至第12天時為90 mg/kg，至培養(yǎng)末期為92 mg/kg。處理M的速效鉀含量培養(yǎng)第3天最高，為115 mg/kg；然后緩慢下降，至第21天最低，為95 mg/kg；至培養(yǎng)末期為100 mg/kg，顯著高于處理F、FM。谷氨酸發(fā)酵廢液含少量鉀，其含有的有機(jī)物質(zhì)促進(jìn)緩效鉀的釋放。

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)

由圖4可見，單施尿素處理F整個培養(yǎng)期有機(jī)質(zhì)含量都較平穩(wěn)，且含量較低，培養(yǎng)第3天時為1.07%；之后逐漸降低，第12天時為0.72%，含量最低；第30天時為0.99%。尿素與谷氨酸發(fā)酵廢液配施處理FM培養(yǎng)第3天時有機(jī)質(zhì)含量為4.85%，顯著高于單施尿素處理F；培養(yǎng)第9天時最高，為6.08%；第24天時又逐漸降低，至培養(yǎng)末期為5.80%。單施谷氨酸發(fā)酵廢液處理M與處理FM大體一致，培養(yǎng)第9天時最高，為6.35%；培養(yǎng)末期為6.04%，高于處理F、FM。說明施用谷氨酸發(fā)酵廢液可明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，但可能由于谷氨酸發(fā)酵廢液中所含量有機(jī)質(zhì)主要為單糖，其在土壤中易于分解，故處理FM、M有機(jī)質(zhì)含量至培養(yǎng)末期差異較小。

2.3 土壤全鹽量

由圖5可見，單施尿素處理F整個培養(yǎng)期全鹽量較施用谷氨酸發(fā)酵廢液處理M低，培養(yǎng)開始至培養(yǎng)第24天緩慢升高，至培養(yǎng)第24天時最高，為0.95 g/kg；之后稍有下降，至培養(yǎng)末期為0.72 g/kg。處理FM與單施尿素處理F相似，至培養(yǎng)第18、24天時較高，分別為1.12、1.22 g/kg，至培養(yǎng)末期為1.18 g/kg。處理M開始施入時土壤全鹽量較高，培養(yǎng)第3天最高，為2.09 g/kg，顯著高于處理F、FM；然后緩慢下降，至培養(yǎng)末期為1.24 g/kg。谷氨酸發(fā)酵廢液本身含有大量的鹽分離子，因而在培養(yǎng)初期其土壤含鹽量較高，但隨著時間的延長，或許由于土壤有機(jī)質(zhì)或土壤的吸附作用，含鹽量逐漸下降。

2.4 土壤pH值

由圖6可見，單施尿素處理F的pH值高于施用谷氨酸發(fā)酵廢液處理M，培養(yǎng)開始時為7.18；培養(yǎng)第3～21天時保持平穩(wěn)，至培養(yǎng)第21時為7.17；然后升高，至培養(yǎng)第24天時最高，為7.22；之后稍有下降，至培養(yǎng)末期為7.19，整個培養(yǎng)期pH值基本保持穩(wěn)定。處理FM培養(yǎng)第3天時pH值最高，為7.17；之后緩慢下降，至培養(yǎng)第21天時最低，為7.08；至培養(yǎng)末期為7.09。處理M由于廢液本身pH值較低，施入后土壤pH值第3天最低，為7.01；第9天時最高，為7.06；然后基本保持平穩(wěn)，至培養(yǎng)末期為7.05。

3 結(jié)論

（1）與單施無機(jī)肥尿素（F）相比，無機(jī)肥配施谷氨酸發(fā)酵廢液處理（FM）和單施谷氨酸發(fā)酵廢液處理（M）可明顯提高土壤速效磷、速效鉀和土壤有機(jī)質(zhì)的含量，并隨谷氨酸發(fā)酵廢液使用量的增加而提高。

（2）處理FM、M的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均低于處理F，且隨培養(yǎng)時間的延長，硝態(tài)氮含量大幅上升，銨態(tài)氮含量大幅降低。

（3）施用谷氨酸發(fā)酵廢液的處理FM、M與處理F相比，土壤pH值差異較小，而全鹽量差異較大。

因此，與單施無機(jī)肥尿素相比，施用谷氨酸發(fā)酵廢液對提高土壤速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)有明顯作用，但其氮素易于損失。同時，為保證土壤鹽分和pH值的相對穩(wěn)定，可適當(dāng)降低谷氨酸發(fā)酵廢液的施用比例。

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