蚯蚓粪对海南甘蔗园砖红壤氮素矿化和硝化的影响

2017-12-06赵凤亮邹刚华何振立AdelAbdelaziz

浙江农业学报 2017年11期

单颖，赵凤亮，*，邹刚华，李玮，何振立， Adel M R A Abdelaziz，4

(1.中国热带农业科学院环境与植物保护研究所，海南海口 571101； 2.农业部儋州农业环境科学观测实验站，海南儋州 571737； 3.佛罗里达大学印第安河研究教育中心食品与农业研究所，美国佛罗里达 34945； 4.埃及农业研究中心有机农业中心实验室，埃及开罗 12619)

单颖1，2，赵凤亮1，2，*，邹刚华1，2，李玮1，2，何振立3， Adel M R A Abdelaziz1，2，4

蚯蚓粪；砖红壤；氮；矿化作用；硝化作用

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤采自海南澄迈永发镇(109°56′45.8″E，19°44′7.4″N)甘蔗园耕层土壤，土质为砖红壤，质地黏重。采集耕作层0～20 cm的土壤，置于阴凉处自然风干，研磨过2 mm筛保存备用。供试土壤pH值5.62，全氮含量1.12 g·kg-1，全磷0.14 g·kg-1，全钾0.68 g·kg-1，铵态氮18.55 mg·kg-1，硝态氮41.16 mg·kg-1。

1. 2 培养试验

试验共设置5个处理，蚯蚓粪与干土的质量比分别为0(CK，不加蚯蚓粪)、1∶11(V1)、1∶5(V2)、1∶3(V3) 和1∶2(V4)，每个处理设3个重复。具体如下：CK，360 g供试土壤；V1，30 g蚯蚓粪+330 g供试土壤；V2，60 g蚯蚓粪+300 g供试土壤；V3，90 g蚯蚓粪+270 g供试土壤；V4，120 g蚯蚓粪+240 g供试土壤。2016年10月31日，按照比例将蚯蚓粪与干土混匀，加入塑料培养瓶中，保持70%田间持水量，置于26 ℃恒温恒湿培养箱中培养，每隔3 d补充1次水分，并于培养开始后的第2、8、16、26、38、52天取样测定土壤理化性质。

1. 3 测定方法

1. 4 数据分析

所有数据在Excel 2007软件平台上进行整理和方差分析，对有显著差异的处理采用Ducan法进行多重比较，用Origin 9.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 添加蚯蚓粪对土壤pH的影响

1.产品标准：GB/T 19472.2—2004埋地用聚乙烯（PE）结构壁管道系统第二部分聚乙烯缠绕结构壁管材及相关标准。

不同蚯蚓粪添加量水平对土壤pH的影响如图1所示。试验期间，CK处理的土壤pH值整体呈小幅增加趋势，52 d后与土壤本底值相比，升高0.66个单位。试验前期，添加蚯蚓粪的4个处理土壤pH差异显著，整体呈下降趋势，至第8 d降至最低值，26 d后，土壤pH缓慢增加，培养结束时，各处理土壤pH值分别比CK处理的土壤pH值高0.11～0.98个单位。

图1 不同蚯蚓粪添加量下土壤pH随培养时间的变化Fig.1 Dynamic changes of soil pH under different vermicompost application rates

2.2添加蚯蚓粪对土壤全氮含量的影响

不同蚯蚓粪添加量水平下，培养过程中土壤TN含量的变化情况如图2所示。前16 d，CK处理的土壤TN含量迅速下降，随后变化较小，至培养试验结束时，较土壤本底值降低70.54%。添加蚯蚓粪的4个处理土壤TN含量在试验前期逐渐增加，至第8天时达到最大值，4个处理土壤TN含量分别为同期CK的1.96、1.94、1.72和2.40倍，说明添加蚯蚓粪增加了土壤中的TN含量。之后，土壤TN含量迅速下降，16 d后，V1、V2和V3处理土壤TN含量小幅变化，V4处理土壤TN含量仍逐渐增加，试验结束时，各处理土壤TN含量分别是同期CK处理的1.40、2.16、2.88和4.45倍。

2.3 添加蚯蚓粪对土壤矿质氮含量的影响

培养过程中土壤矿质氮含量的变化情况如图3所示。整体来看，试验前26 d，土壤矿质氮含量变化幅度较小，后期变化明显。其中前8 d，各处理土壤矿质氮含量小幅增加，随后下降。添加蚯蚓粪的处理土壤矿质氮含量至第16天降至最低值，26 d后，土壤矿质氮含量迅速增加，至培养试验结束时，各处理间差异显著，各处理土壤矿质氮含量分别是同期CK的1.21、1.62、2.04和2.83倍。

图2 不同蚯蚓粪添加量下土壤TN 含量随培养时间的变化Fig.2 Dynamic changes of soil TN under different vermicompost application rates

图3 不同蚯蚓粪添加量下土壤矿质氮含量随培养时间的变化Fig.3 Dynamic changes of soil mineral N contents under different vermicompost application rates

图4 不同蚯蚓粪添加量下土壤含量随培养时间的变化Fig.4 Dynamic changes of soil N-N contents under different vermicompost application rates

图5 不同蚯蚓粪添加量下土壤含量随培养时间的变化Fig.5 Dynamic changes of soil N-N contents under different vermicompost application rates

2.4添加蚯蚓粪对土壤矿化作用和硝化作用的影响

不同添加量的蚯蚓粪对土壤矿化和硝化作用影响显著，试验条件下土壤累积净矿化氮量、净矿化速率和净硝化速率如表1所示。培养52 d后，土壤的累积净矿化氮量、净矿化速率和净硝化速率均随蚯蚓粪添加量的增多而显著升高，V1、V2、V3和V4处理土壤的累积净矿化氮量(净矿化速率)分别为CK的1.47、2.40、3.35和5.13倍，净硝化速率分别是CK的2.23、3.74、5.23和8.16倍。可以看出，施用蚯蚓粪显著促进了土壤矿化和硝化作用的进行。

3 讨论

表1添加蚯蚓粪对土壤累积净矿化氮量、净矿化速率和净硝化速率的影响

Table1Effects of vermicompost on accumulated N mineralization content， net mineralization and nitrification rates in soil

处理Treatment累积净矿化氮量AccumulatedNmineralizationcontent/(mg·kg-1)净矿化速率Netmineralizationrate/(mg·kg-1·d-1)净硝化速率Netnitrificationrate/(mg·kg-1·d-1)CK47.31±13.00c0.91±0.25c0.56±11.58dV169.74±3.44c1.34±0.07c1.26±3.05cV2113.72±11.83b2.19±0.23b2.11±11.58bV3158.68±1.79b3.05±0.12b2.95±7.67bV4242.90±18.18a4.67±0.16a4.60±8.99a

同列数据后无相同小写字母的表示差异显著(P<0.05)。

Values within a column followed by different lowercase letters indicated significant difference atP<0.05.

本研究使用经过风干、过筛后的甘蔗园砖红壤加水进行培养试验，经过风干后土壤样品的理化性质以及微生物数量和活性往往会发生变化。研究表明，风干红壤加水培养较新鲜土壤的微生物数量显著增加，土壤微生物量碳、氮含量也随之增加，能够促进土壤矿化作用，但由于硝化菌数量减少，硝化作用受到抑制[30]。另有研究指出，土壤风干过程对硝化作用的影响因土壤性质、利用方式等有所差异，对于旱地土壤没有显著影响[31]。本研究认为，提高蚯蚓粪用量能够显著促进土壤矿化和硝化作用的进行，这可能还受到风干土壤中微生物的影响；因此，为了更可靠地反映蚯蚓粪对田间土壤氮素实际矿化和硝化作用的影响，仍需开展具有针对性的田间试验。同时，蚯蚓粪添加条件下土壤氮素的转化过程受土壤类型、蚯蚓粪性质，以及多种因素的影响，但当前相关报道甚少，需要进一步加强相关研究。本研究表明，蚯蚓粪可以促进海南甘蔗园砖红壤氮素的矿化和硝化作用，有利于土壤硝态氮的累积，但未开展淋溶试验。海南气候多雨，土壤保肥能力差，硝酸盐的累积会提高土壤硝态氮的淋失风险，这一过程还需进一步研究明确。

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(责任编辑高峻)

EffectsofvermicompostonnitrogenmineralizationandnitrificationoflatosolincanefieldinHainan

SHAN Ying1，2， ZHAO Fengliang1，2，*， ZOU Ganghua1，2， LI Wei1，2， HE Zhenli3， ABDELAZIZ Adel M R A1，2，4

(1.InstituteofEnvironmentandPlantProtection，ChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences，Haikou571101，China; 2.DanzhouScientificObservingandExperimentalStationofAgro-Environment，MinistryofAgriculture，Danzhou571737，China; 3.InstituteofFoodandAgriculturalSciences，IndianRiverResearchandEducationCenter，UniversityofFlorida，FortPierce，FL34945，USA; 4.CentralLabofOrganicAgriculture，AgriculturalResearchCenter，Giza12619，Egypt)