雞糞添加木質素對平邑甜茶根區土壤硝酸鹽代謝的影響

陳金旭,馬凱旋，牟立同，曹輝，黃萍，范偉國，楊洪強，張瑋瑋，王利*

(山東農業大學,a林學院, 黃河下游森林培育國家林業局重點實驗室;b園藝科學與工程學院;c作物生物學國家重點實驗室，山東 泰安 271018)

1 材料與方法

1.1 材料與處理

1.2 測定方法

參照楊劍虹等[14]的方法測定土壤速效鉀、堿解氮及速效磷含量；土壤銨態氮、亞硝態氮、硝態氮含量、土壤硝酸還原酶活性和亞硝酸還原酶活性則根據鮑士旦的[15]實驗方法進行測定。

1.3 數據統計方法

數據統計分析采用 Excel 2003 和 DPS7.05統計軟件，采用 Tukey 法(α= 0.05)進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 雞糞添加木質素對土壤養分的影響

由表1可知，單施雞糞比對照顯著提高了土壤中堿解氮、速效磷的含量，對速效鉀無顯著性差異。施加雞糞和木質素比單施雞糞提高了土壤中堿解氮、速效磷和速效鉀的含量，且隨著添加木質素比例增大，提高了土壤中堿解氮和速效鉀的含量，卻降低了速效磷的含量。

表1 雞糞添加木質素對4月份土壤養分的影響

注：每列中相同字母表示差異未達顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達顯著水平(P<0.05)

2.2 雞糞添加木質素對土壤硝化和反硝化強度的影響

從圖1可以看出，土壤硝化強度在春季表達很高，夏季表達次之，秋季表達最低。在春、夏、秋季，雞糞添加木質素比單施雞糞降低了土壤的硝化強度。就添加木質素濃度而言，春季和秋季施加木質素量對硝化強度無顯著性差異，夏季低濃度木質素更能抑制土壤硝化強度。

圖中相同字母表示差異未達顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達顯著水平(P<0.05)圖1 雞糞添加木質素對土壤硝化強度的影響Fig.1 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrification intensity in soil

從圖2可知，土壤反硝化強度在春季相對比較低，夏季和秋季相對比較高。在春季，單施雞糞或雞糞加木質素處理比對照均提高了土壤反硝化強度，但差異不顯著。在夏季，低濃度的木質素比單施雞糞提高了土壤反硝化強度，高濃度的木質素則抑制了土壤反硝化強度。在秋季，雞糞添加木質素比單施雞糞降低了土壤反硝化強度，其中低濃度木質素的抑制效果更明顯。

圖中相同字母表示差異未達顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達顯著水平(P<0.05)圖2 雞糞添加木質素對土壤反硝化強度的影響Fig.2 Effects of adding lignin to chicken manure on denitrification intensity in soil

2.3 雞糞添加木質素對土壤硝酸和亞硝酸還原酶活性的影響

從圖3可知，土壤硝酸還原酶在春季活力最高，在夏季和秋季較低。在春季和秋季，相比較于單施雞糞，施加雞糞和木質素能顯著提高土壤硝酸還原酶活性，而且施加的木質素越多，土壤硝酸還原酶活性越高。夏季調查數據表明，各處理間結果無明顯差別。

圖中相同字母表示差異未達顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達顯著水平(P<0.05)圖3 雞糞添加木質素對土壤硝酸還原酶活性的影響Fig.3 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrate reductase activity in soil

由圖4可知，單施雞糞或者雞糞加木質素配合施用均提高了土壤亞硝酸還原酶活性。春季和夏季，雞糞與木質素配合處理的土壤亞硝酸還原酶活性與單施雞糞處理的差異不顯著。而秋季，與單施雞糞相比，雞糞加木質素配合處理能顯著提高土壤亞硝酸還原酶活性，但木質素施用量上無明顯差異?？傮w來說，春季單施雞糞或雞糞加木質素處理土壤亞硝酸還原酶活性最大，夏季單施雞糞或雞糞加木質素處理與對照差異最小，秋季單施雞糞或雞糞加木質素處理與對照差異最大。

圖中相同字母表示差異未達顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達顯著水平(P<0.05)圖4 雞糞添加木質素對土壤亞硝酸還原酶活性的影響Fig.4 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrite reductase activity in soil

2.4 雞糞添加木質素對土壤無機態氮的影響

從圖5可知，在各個季節，相比較于對照無論單施雞糞或者雞糞加木質素均提高了土壤銨態氮的含量，而且雞糞加木質素的土壤銨態氮含量要大于僅僅添加雞糞。

圖中相同字母表示差異未達顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達顯著水平(P<0.05)圖5 雞糞添加木質素對土壤銨態氮的影響Fig.5 Effects of adding lignin to chicken manure on ammonium nitrogen in soil

從圖6可知，整體來看，土壤硝態氮含量在春季和夏季相對較大，秋季相對較小。在各個季節，單施雞糞比對照均提高了土壤硝態氮含量，然而雞糞加木質素處理與對照相比無顯著性差異，說明施加雞糞易引發硝態氮流失。同時雞糞添加木質素處理比單施雞糞能顯著降低土壤硝態氮含量。就木質素施加比例而言，在各個季節，添加少量的木質素更能抑制土壤中硝態氮的生成。

圖中相同字母表示差異未達顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達顯著水平(P<0.05)圖6 雞糞添加木質素對土壤硝態氮的影響Fig.6 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrate-nitrogen in soil

由圖7可知，土壤亞硝態氮含量在春季最多，夏季次之，秋季最少。在春、夏、秋季節，雞糞加木質素處理比單施雞糞均提高了土壤亞硝態氮含量。就木質素施加比例而言，在春季，高濃度木質素對土壤亞硝態氮含量提升效果最好。在夏、秋季節，低濃度木質素更能促進土壤亞硝態氮含量生成。

圖中相同字母表示差異未達顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達顯著水平(P<0.05)圖7 雞糞添加木質素對土壤亞硝態氮的影響Fig.7 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrite nitrogen in soil

3 討論與結論

對于來自土壤生物的活性蛋白土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶，微生物特別是反硝化微生物，對其生存的周圍環境變化非常敏感[21]。本實驗研究發現，相比較于春季，土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶在夏季和秋季均有所下降，與張瑞雪[22]的研究結果一致。因為夏季和秋季溫度較高，高溫抑制了土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的活性。本研究表明，在春季和秋季施加雞糞加木質素處理較單施雞糞提升了土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的活性，在夏季無顯著性差異。就施加木質素比例而言，施加木質素含量越多對土壤硝酸還原酶活性提高越大，但對土壤亞硝酸還原酶活性提高不大，可能因為亞硝酸還原酶不僅與硝酸還原酶共同受到諸多因子作用外，還受硝酸還原酶的控制，即以硝酸還原酶的產物為催化底物，因此土壤亞硝酸還原酶活性比硝酸還原酶活性受到更加復雜的影響[22]。通過土壤理化因子與反硝化酶的冗余分析可知，反硝化酶活力與速效鉀、銨態氮、堿解氮和速效磷呈正作用，雞糞加木質素處理后速效鉀、銨態氮、堿解氮和速效磷含量較高，提高了土壤反硝化酶的活性。銨態氮是硝化過程的起始態無機態氮，易揮發；硝態氮是硝化過程的最終生成物，同時也是反硝化過程的起始無機態氮，容易淋失；亞硝態氮在硝化-反硝化過程均能生成，三者在土壤中含量的改變與硝化-反硝化過程緊密相關。本研究結果表明，施加雞糞和木質素后比單施雞糞提高了銨態氮和亞硝態氮含量，減少了土壤硝態氮含量。張慶忠等[23]認為添加有機肥的碳氮比、添加量和施肥時間與硝酸鹽淋失密切相關，其中碳氮比應該是最關鍵的調控因子，當碳氮比低、施肥時間不當或施肥量過多時，會造成硝態氮在土壤中大量累積。雞糞本身碳氮比低，施入土壤中硝酸鹽含量升高，容易造成硝酸鹽流失。然而木質素碳氮比高，不易造成土壤硝態氮淋失，而且木質素表面具有多種負電基團如-OH-、-COO-等，對銨態氮、K+等具有較大的交換吸收能力[24-25]。

雞糞添加木質素明顯改善了平邑甜茶根區土壤硝酸鹽代謝，降低了土壤硝酸鹽淋失，但反硝化在各個季節表現不一，值得進一步研究。