鸡粪添加木质素对平邑甜茶根区土壤硝酸盐代谢的影响

陈金旭,马凯旋，牟立同，曹辉，黄萍，范伟国，杨洪强，张玮玮，王利*

(山东农业大学,a林学院, 黄河下游森林培育国家林业局重点实验室;b园艺科学与工程学院;c作物生物学国家重点实验室，山东 泰安 271018)

1 材料与方法

1.1 材料与处理

1.2 测定方法

参照杨剑虹等[14]的方法测定土壤速效钾、碱解氮及速效磷含量；土壤铵态氮、亚硝态氮、硝态氮含量、土壤硝酸还原酶活性和亚硝酸还原酶活性则根据鲍士旦的[15]实验方法进行测定。

1.3 数据统计方法

数据统计分析采用 Excel 2003 和 DPS7.05统计软件，采用 Tukey 法(α= 0.05)进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 鸡粪添加木质素对土壤养分的影响

由表1可知，单施鸡粪比对照显著提高了土壤中碱解氮、速效磷的含量，对速效钾无显著性差异。施加鸡粪和木质素比单施鸡粪提高了土壤中碱解氮、速效磷和速效钾的含量，且随着添加木质素比例增大，提高了土壤中碱解氮和速效钾的含量，却降低了速效磷的含量。

表1 鸡粪添加木质素对4月份土壤养分的影响

注：每列中相同字母表示差异未达显著水平(P>0.05)，不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)

2.2 鸡粪添加木质素对土壤硝化和反硝化强度的影响

从图1可以看出，土壤硝化强度在春季表达很高，夏季表达次之，秋季表达最低。在春、夏、秋季，鸡粪添加木质素比单施鸡粪降低了土壤的硝化强度。就添加木质素浓度而言，春季和秋季施加木质素量对硝化强度无显著性差异，夏季低浓度木质素更能抑制土壤硝化强度。

图中相同字母表示差异未达显著水平(P>0.05)，不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)图1 鸡粪添加木质素对土壤硝化强度的影响Fig.1 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrification intensity in soil

从图2可知，土壤反硝化强度在春季相对比较低，夏季和秋季相对比较高。在春季，单施鸡粪或鸡粪加木质素处理比对照均提高了土壤反硝化强度，但差异不显著。在夏季，低浓度的木质素比单施鸡粪提高了土壤反硝化强度，高浓度的木质素则抑制了土壤反硝化强度。在秋季，鸡粪添加木质素比单施鸡粪降低了土壤反硝化强度，其中低浓度木质素的抑制效果更明显。

图中相同字母表示差异未达显著水平(P>0.05)，不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)图2 鸡粪添加木质素对土壤反硝化强度的影响Fig.2 Effects of adding lignin to chicken manure on denitrification intensity in soil

2.3 鸡粪添加木质素对土壤硝酸和亚硝酸还原酶活性的影响

从图3可知，土壤硝酸还原酶在春季活力最高，在夏季和秋季较低。在春季和秋季，相比较于单施鸡粪，施加鸡粪和木质素能显著提高土壤硝酸还原酶活性，而且施加的木质素越多，土壤硝酸还原酶活性越高。夏季调查数据表明，各处理间结果无明显差别。

图中相同字母表示差异未达显著水平(P>0.05)，不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)图3 鸡粪添加木质素对土壤硝酸还原酶活性的影响Fig.3 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrate reductase activity in soil

由图4可知，单施鸡粪或者鸡粪加木质素配合施用均提高了土壤亚硝酸还原酶活性。春季和夏季，鸡粪与木质素配合处理的土壤亚硝酸还原酶活性与单施鸡粪处理的差异不显著。而秋季，与单施鸡粪相比，鸡粪加木质素配合处理能显著提高土壤亚硝酸还原酶活性，但木质素施用量上无明显差异。总体来说，春季单施鸡粪或鸡粪加木质素处理土壤亚硝酸还原酶活性最大，夏季单施鸡粪或鸡粪加木质素处理与对照差异最小，秋季单施鸡粪或鸡粪加木质素处理与对照差异最大。

图中相同字母表示差异未达显著水平(P>0.05)，不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)图4 鸡粪添加木质素对土壤亚硝酸还原酶活性的影响Fig.4 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrite reductase activity in soil

2.4 鸡粪添加木质素对土壤无机态氮的影响

从图5可知，在各个季节，相比较于对照无论单施鸡粪或者鸡粪加木质素均提高了土壤铵态氮的含量，而且鸡粪加木质素的土壤铵态氮含量要大于仅仅添加鸡粪。

图中相同字母表示差异未达显著水平(P>0.05)，不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)图5 鸡粪添加木质素对土壤铵态氮的影响Fig.5 Effects of adding lignin to chicken manure on ammonium nitrogen in soil

从图6可知，整体来看，土壤硝态氮含量在春季和夏季相对较大，秋季相对较小。在各个季节，单施鸡粪比对照均提高了土壤硝态氮含量，然而鸡粪加木质素处理与对照相比无显著性差异，说明施加鸡粪易引发硝态氮流失。同时鸡粪添加木质素处理比单施鸡粪能显著降低土壤硝态氮含量。就木质素施加比例而言，在各个季节，添加少量的木质素更能抑制土壤中硝态氮的生成。

图中相同字母表示差异未达显著水平(P>0.05)，不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)图6 鸡粪添加木质素对土壤硝态氮的影响Fig.6 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrate-nitrogen in soil

由图7可知，土壤亚硝态氮含量在春季最多，夏季次之，秋季最少。在春、夏、秋季节，鸡粪加木质素处理比单施鸡粪均提高了土壤亚硝态氮含量。就木质素施加比例而言，在春季，高浓度木质素对土壤亚硝态氮含量提升效果最好。在夏、秋季节，低浓度木质素更能促进土壤亚硝态氮含量生成。

图中相同字母表示差异未达显著水平(P>0.05)，不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)图7 鸡粪添加木质素对土壤亚硝态氮的影响Fig.7 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrite nitrogen in soil

3 讨论与结论

对于来自土壤生物的活性蛋白土壤硝酸还原酶和亚硝酸还原酶，微生物特别是反硝化微生物，对其生存的周围环境变化非常敏感[21]。本实验研究发现，相比较于春季，土壤硝酸还原酶和亚硝酸还原酶在夏季和秋季均有所下降，与张瑞雪[22]的研究结果一致。因为夏季和秋季温度较高，高温抑制了土壤硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的活性。本研究表明，在春季和秋季施加鸡粪加木质素处理较单施鸡粪提升了土壤硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的活性，在夏季无显著性差异。就施加木质素比例而言，施加木质素含量越多对土壤硝酸还原酶活性提高越大，但对土壤亚硝酸还原酶活性提高不大，可能因为亚硝酸还原酶不仅与硝酸还原酶共同受到诸多因子作用外，还受硝酸还原酶的控制，即以硝酸还原酶的产物为催化底物，因此土壤亚硝酸还原酶活性比硝酸还原酶活性受到更加复杂的影响[22]。通过土壤理化因子与反硝化酶的冗余分析可知，反硝化酶活力与速效钾、铵态氮、碱解氮和速效磷呈正作用，鸡粪加木质素处理后速效钾、铵态氮、碱解氮和速效磷含量较高，提高了土壤反硝化酶的活性。铵态氮是硝化过程的起始态无机态氮，易挥发；硝态氮是硝化过程的最终生成物，同时也是反硝化过程的起始无机态氮，容易淋失；亚硝态氮在硝化-反硝化过程均能生成，三者在土壤中含量的改变与硝化-反硝化过程紧密相关。本研究结果表明，施加鸡粪和木质素后比单施鸡粪提高了铵态氮和亚硝态氮含量，减少了土壤硝态氮含量。张庆忠等[23]认为添加有机肥的碳氮比、添加量和施肥时间与硝酸盐淋失密切相关，其中碳氮比应该是最关键的调控因子，当碳氮比低、施肥时间不当或施肥量过多时，会造成硝态氮在土壤中大量累积。鸡粪本身碳氮比低，施入土壤中硝酸盐含量升高，容易造成硝酸盐流失。然而木质素碳氮比高，不易造成土壤硝态氮淋失，而且木质素表面具有多种负电基团如-OH-、-COO-等，对铵态氮、K+等具有较大的交换吸收能力[24-25]。

鸡粪添加木质素明显改善了平邑甜茶根区土壤硝酸盐代谢，降低了土壤硝酸盐淋失，但反硝化在各个季节表现不一，值得进一步研究。