陕西杨凌日光温室畜禽有机肥氮素有效性研究

周 博，王 虎，吴 薇，周建斌

(1 杨凌职业技术学院 生态环境工程学院，陕西 杨凌 712100；2 西北农林科技大学 资源环境学院，陕西 杨凌 712100)



陕西杨凌日光温室畜禽有机肥氮素有效性研究

周 博1，王 虎1，吴 薇1，周建斌2

(1 杨凌职业技术学院 生态环境工程学院，陕西 杨凌 712100；2 西北农林科技大学 资源环境学院，陕西 杨凌 712100)

【目的】 研究新建日光温室土壤中畜禽有机肥氮素的有效性，为科学施肥提供理论依据。【方法】 以“金鹏一号”番茄为材料，采用盆栽试验，以不施氮肥(对照，CK)和施用化肥(C-F)为参照，利用生物耗竭法研究了7个鸡粪和3个牛粪对番茄生长的影响，分析了不同施肥处理番茄的氮素携出量、氮素利用率及氮素当量有效含量(MFE-N)，最后分析了不同施肥处理对土壤氮素含量的影响。【结果】 以CK相比，不同畜禽有机肥均能显著增加番茄的地上部分和根系生物量，鸡粪和牛粪处理分别使番茄氮素携出量平均提高了84.4% 和53.6%。鸡粪处理平均氮素利用率和MFE-N分别为33.71% 和39.63%，显著高于牛粪 (23.13%和27.86%)。试验结束时，鸡粪与牛粪处理间的平均土壤全氮含量无显著差异，但均显著高于CK和C-F。畜禽有机肥处理的土壤铵态氮含量与CK和C-F总体无显著差异，但其硝态氮含量显著高于CK和C-F。【结论】 不同畜禽有机肥均具有明显的氮素肥效，可替代部分氮素化肥，但氮素供肥特性存在较大差异。

日光温室；盆栽试验；番茄；有机肥；氮素有效性

我国北方地区在新建日光温室时，就地取土堆砌保温土墙，农田原有的地表土被挖走，导致新形成的表层土壤养分含量较低[1]。为了尽快地培肥土壤和获得高产，菜农在新建日光温室投入的畜禽有机肥往往比多年种植日光温室更多。在陕西省杨陵示范区日光温室生产基地调查显示，新建日光温室第一年的畜禽有机肥用量高达4.80×105kg/hm2(鲜质量)，是多年种植日光温室平均用量的3倍。畜禽有机肥中含有大量的氮素[2-3]，大量的投入施用，给土壤带来了丰富的氮素养分。然而，菜农在施用氮素化肥时忽略了畜禽有机肥的氮素供肥量，依然按常规施用量进行施肥，造成过量施肥和土壤氮素养分累积与次生盐渍化[4-6]。由此可见，研究有机肥的氮素有效性，对掌握有机肥的供肥特性，降低化肥用量，减少土壤养分累积和环境污染具有重要的意义。

有关畜禽有机肥供肥特性的研究较多，如张楠楠等[7]研究了鲜鸡粪对土壤 N沉积的影响 ，赵明等[8]研究了好氧培养条件下有机肥料中氮素的矿化，陶磊等[9]研究有机肥代替部分化肥对棉花产量的影响，王通明等[10]研究了有机肥对烟叶气体交换、叶绿素荧光特性的影响，叶静等[11]研究了新型有机肥对菜用毛豆氮利用率的影响，然而有关畜禽有机肥氮素有效性的研究还未见报道。本试验采用番茄盆栽试验，研究新建日光温室土壤中畜禽有机肥的氮素供应能力，揭示畜禽有机肥的氮素有效性，为日光温室畜禽有机肥的合理、科学施用提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试的土壤采自陕西省杨陵区五泉镇日光温室生产基地新建日光温室的耕层土，土壤全氮、有机质含量分别为0.62和12.5 g/kg,硝态氮、有效磷、速效钾含量分别为18.12 ，13.43，141.1 mg/kg，pH值为6.98。供试的10种不同畜禽有机肥(7个鸡粪和3个猪粪)，随机采自蔬菜种植基地不同农户的堆肥点，均已经堆腐2个月，其理化性质(干基)见表1。

表 1 供试畜禽有机肥的基本理化性质

1.2 试验方法

采用盆栽试验研究法进行，盆栽试验在玻璃温室中进行，采用高18 cm、直径20 cm塑料盆，每个盆中装土2.5 kg。试验设不施氮肥对照处理(CK)、施化学氮肥处理(C-F)和有机肥处理(C-1、C-2、C-3、C-4、C-5、C-6、C-7、D-1、D-2及D-3)，共计12个处理，每处理重复5次。除CK不添加N外，所有处理均一次性按照纯N 150 mg/kg、P2O5100 mg/kg、K2O 100 mg/kg的标准给培养土壤添加N、P、K，其中P和K分别统一用Ca(H2PO4)2和KCl进行添加，C-F处理的N用尿素进行添加，10种有机肥处理的N分别用对应的有机肥进行添加，有机肥处理的Ca(H2PO4)2和 KCl添加量减去加入有机肥自身的P、K含量进行计算。土壤添加养分后，先混匀，然后装盆。

每盆直播品种为“金棚一号”的西红柿籽5粒，出苗后定苗3株。试验采用养分生物耗竭法, 2012-04-04开始种植，生长期间,根据番茄的生长状况用去离子水浇灌，各盆每次灌水采用统一用量，当番茄生长量超出种植盆的承载生长体积容量时，按照处理的编号，逐一对应收获番茄的地上部分和根系。收获后，将各盆的土重新混匀后，装盆，继续种植番茄，同样等番茄生长量超出种植盆的承载能力时，分别收获番茄地上部分和根系；接着，重复前一次的工作，继续种植，直到出现明显的作物脱肥时结束，收获番茄地上部分和根系。本试验共种植了3次，第1次为04-4-06-13，称为第1阶段；第2次为06-18-09-01，称为第2阶段；第3次为09-10-11-22，称为第3阶段；3个阶段种植时间共计169 d。将3个阶段收获的地上部分和根系于烘箱烘干并称质量，则为地上部分和根系生物量。

1.3 测定项目与方法

不同畜禽有机肥的氮素有效性采用Gutser等[13]提出的氮素当量有效含量(MFE-N)指标进行评价，MFE-N为有机肥氮素携出量(Nof)与化学氮肥氮素携出量(Nmf)的比值，即：

(1)

Nof=有机肥处理番茄的氮素吸收总量-对照番茄的氮素吸收总量。

(2)

Nmf=化肥处理番茄的氮素吸收总量-对照番茄的氮素吸收总量。

(3)

(4)

1.4 数据分析

利用EXCEL 2007进行数据统计和绘图，利用LSD法进行多重比较分析，利用SAS统计软件进行误差统计分析。

2 结果与分析

2.1 畜禽有机肥对番茄生物量的影响

各处理番茄地上部分和根系生物量在不同生长阶段的变化如图1、图2所示。从图1和图2可以看出，3个阶段各有机肥处理的番茄地上部分和根系生物总量，均显著高于未施氮肥对照(CK)。不同畜禽有机肥处理3个阶段中，牛粪D-3处理的地上部分生物总量最大，比CK的地上部分生物总量提高了131.6%；牛粪D-1处理的地上部分生物总量最小，较CK提高了78.2%。计算不同类型有机肥对番茄地上部分3个阶段生物总量的平均提高值，其中鸡粪提高了119.4%，牛粪提高了92.2%，鸡粪明显高于牛粪。不同畜禽有机肥处理3个阶段中，鸡粪 C-2 处理的番茄根系生物总量最大，比CK提高了206.7%；牛粪D-1处理的番茄根系生物总量最小，比CK提高了120.9%。计算不同类型有机肥对番茄根系生物总量的平均提高值，其中鸡粪提高了159.3%，牛粪提高了136.8 %，鸡粪明显高于牛粪。

由图1还可知，在不同生长阶段，有机肥处理的番茄地上部分生物量存在明显差异。第1、第2和第3阶段的番茄地上部分的平均生物量分别为9.96，5.18和1.22 g/盆，第1阶段明显高于第2阶段和第3阶段。在第1阶段，各有机肥处理的番茄地上部分生物量存在明显差异，最大为13.01 g/盆，最小为9.38 g/盆；鸡粪和牛粪处理番茄地上部分的平均生物量分别为12.43 ，9.78 g/盆，鸡粪明显高于牛粪。在第2阶段，在各有机肥处理中，番茄地上部分生物量最大为5.46 g/盆，最小为4.39 g/盆；鸡粪和牛粪处理番茄地上部分的平均生物量分别为5.12 ，4.65 g/盆，两者之间无显著差异。在第3阶段，有机肥处理的地上部分生物量最大值为2.08 g/盆，最小为0.96 g/盆；鸡粪和牛粪处理的番茄地上部分平均生物量分别为17.97,16.94 g/盆，两者无显著差异。

由图2可知，不同生长阶段的有机肥处理的番茄根系生物量也存在明显差异。第1阶段、第2阶段和第3阶段的番茄根系的平均生物量分别为1.29，0.34和0.20 g/盆，第1阶段显著高于第2阶段和第3阶段。在第1阶段，在各有机肥处理中，C-2处理的番茄根系生物量最大，为1.58 g/盆；D-1处理最小，为1.16 g/盆。在第2阶段，在各有机肥处理中，C-4处理的番茄根系生物量最大，为0.39 g/盆；D-1处理最小，为0.26 g/盆。在第3阶段，在各有机肥处理中，D-3处理的根系生物量最大，为0.34 g/盆；C-5处理最小，为0.13 g/盆。在3个生长阶段中，鸡粪处理番茄根系的平均生物量与牛粪处理均无显著差异。

与化学氮肥处理(C-F)3个阶段的番茄地上部分生物总量(22.97 g/盆)和根系生物总量(2.17 g/盆)相比，畜禽有机肥处理的番茄地上部分平均生物总量(16.36 g/盆)和根系平均生物量(1.83 g/盆)均显著偏低，表明畜禽有机肥的氮素有效性显著低于化学氮肥。在第1阶段，与化学氮肥处理(C-F)相比，鸡粪和牛粪处理地上部分、根系的平均生物量值均显著降低；在第2阶段，鸡粪和牛粪处理地上部分、根系平均生物量与C-F处理无显著性差异；在第3阶段，鸡粪和牛粪处理的地上部分、根系平均生物量均显著高于C-F处理；表明有机肥的供肥量小于化肥，但肥效较长。

图柱上标不同字母表示差异达显著水平(P<0.05),下图同

图 1 不同畜禽有机肥处理番茄地上部分生物量

Fig.1 Aboveground biomass of tomato in different livestock manure fertilization treatments

图 2 不同畜禽有机肥处理番茄的根系生物量

2.2 畜禽有机肥对番茄氮素携出量的影响

图3显示，与CK相比，增施有机肥处理均能显著提高3个生长阶段的番茄氮素携出总量，鸡粪和牛粪处理的番茄氮素携出总量显著大于CK,平均氮素携出总量较CK分别提高了84.4%和53.6%。3个阶段不同畜禽有机肥处理之间的番茄氮素携出总量存在差异，最高达0.286 g/盆(鸡粪C-2处理)，最小为0.211 g/盆(牛粪D-2处理)，前者显著高于后者。比较2种不同有机肥处理的氮素携出总量，其中鸡粪处理平均值为0.264 g/盆，牛粪处理平均值为 0.226 g/盆，前者显著高于后者。

从图3还可以看出，鸡粪处理C-3和C-7的番茄氮素携出总量显著低于其他鸡粪处理，牛粪处理D-1和D-2的番茄氮素携出总量均显著低于处理D-3，表明相同种类畜禽有机肥处理之间氮素携出总量也存在明显差异。比较鸡粪和牛粪处理不同培养阶段的平均氮素携出量可知，两者在第2和第3阶段无显著差异，但在第1阶段前者显著高于后者。与C-F处理相比，鸡粪和牛粪处理氮素携出总量的平均值均显著降低。比较二者不同阶段番茄氮素携出量可知，畜禽有机肥处理的平均氮素携出量在第1阶段显著低于C-F处理，在第2阶段和第3阶段均与C-F处理无显著差异。

图 3 不同畜禽有机肥处理番茄的氮素携出量

2.3 不同畜禽有机肥的氮素利用率及氮素当量有效含量比较

从表2可以看出，供试畜禽有机肥的氮素利用率差异较大，最高为鸡粪处理C-2，高达39.29%；最小为牛粪处理D-2，仅为18.92%。供试畜禽有机肥的平均氮素利用率为30.54%，变异系数为24.46%。鸡粪与牛粪处理的平均氮素利用率分别为33.71%和23.13%，前者显著高于后者。比较同一种类畜禽有机肥的氮素利用率，鸡粪处理C-3和C-7明显低于C-1、 C-2、 C-4、C-5和C-6；牛粪处理D-1和D-2明显低于处理D-3，表明同一种类有机肥由于来源和性质的不同，也会导致氮素利用率产生明显差异。

表 2 不同畜禽有机肥处理番茄的氮素利用率与氮素当量有效含量

注：同列数据后标不同小写字母表示差异达显著水平(P<0.05),下表同 。

Note:Different letters mean significant difference(P<0.05),the same table .

由表2还可知，畜禽有机肥处理的MFE-N平均为36.10%，鸡粪处理的平均MFE-N为39.63%，牛粪处理的平均MFE-N为27.86%，鸡粪显著高于牛粪。不同畜禽有机肥处理之间的MFE-N存在明显差异，最高值达45.11%(鸡粪C-2处理)，最小值仅为23.05%(牛粪D-2处理)。同一种类有机肥处理之间的MFE-N差异也较大，其中处理C-3、C-7的MFE-N明显低于其他同类有机肥处理；牛粪有机肥处理的MFE-N变异系数为 28.61%，处理D-3的MFE-N明显高于处理D-1和D-2。

2.4 畜禽有机肥对土壤氮素含量的影响

从图4 可以看出，试验结束时，鸡粪与牛粪处理的平均土壤全氮含量之间无显著差异，但均显著高于CK和处理C-F。与处理C-F和CK相比，除了处理C-3和C-7外，其余畜禽有机肥处理的铵态氮含量均无显著变化。与处理C-F和CK相比，畜禽有机肥处理土壤硝态氮含量均显著增加。鸡粪与牛粪处理的平均铵态氮含量和硝态氮含量无显著差异。相同种类的不同畜禽有机肥相比，除C-3和C-7处理外，其他鸡粪处理的铵态氮含量无显著差异；各鸡粪处理土壤的硝态氮含量均无显著性差异；各牛粪处理土壤的铵态氮、硝态氮含量均无显著差异。

图 4 不同畜禽有机肥处理土壤的铵态氮、硝态氮和全氮含量

3 结 论

1)本试验条件下，与CK相比，施用鸡粪和牛粪均增加了番茄地上部分和根系的生物量，3个阶段氮素携出总量分别平均提高了84.4% 和53.6%，表明畜禽有机肥具有明显的供氮能力，可促进蔬菜生长。

2)鸡粪和牛粪处理之间以及同一有机肥不同处理之间的氮素利用率存在明显差异，鸡粪和牛粪处理的平均氮素利用率分别为33.71%和23.13%，鸡粪的平均氮素利用率显著高于牛粪。

3)本试验条件下,供试鸡粪的平均MFE-N为39.63%，即施入鸡粪100 kg纯氮量相当于施入化肥氮素39.63 kg；牛粪的平均MFE-N为27.86%，即施入牛粪100 kg纯氮量相当于施入化肥氮素27.86 kg。

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Nitrogen availability of different livestock manures in solar greenhouse in Yangling,Shaanxi

ZHOU Bo1,WANG Hu1,WU Wei1,ZHOU Jianbin2

(1 College of Ecological Envirenment Engineering,Yangling Vocation and Technical College,Yangling,Shaanxi 712100,China;2CollegeofResourceandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 This study investigated the effectiveness of organic nitrogen in soil of newly-built solar greenhouse to provide theoretical basis for scientific fertilization.【Method】 This study applied pot experiment and biological depletion methods to investigate the effect of organic fertilizer (7 chicken and 3 cattle manures) on growth of “Jing Peng NO.1” tomato.By using no nitrogen fertilizer treatment as control (CK) and chemical fertilizer treatment (C-F) as comparison,the nitrogen uptaking amount,nitrogen utilization rate,and average equivalent of mineral nitrogen rate (MFE-N) of tomato were analyzed in different fertilization treatments.The effect of different fertilization treatments on soil nitrogen content was also analyzed.【Result】 Comparing with the CK,chicken manure and cow dung significantly increased above ground biomass and root biomass of tomato.The nitrogen uptaking amounts were increased by 84.4% and 53.6%,respectively.Nitrogen utilization rate and average equivalent ofMFE-Nusing chicken manure were 33.71% and 39.63%,significantly higher than that of cow dung (23.13% and 27.86%).At the end of experiment,no significant overall differences were observed in averaged soil total nitrogen content between chicken manure and cow dung,but they were significantly higher than that of CK and C-F.There was no significant difference in contents of soil nitrate nitrogen and ammonium nitrogen between livestock manure organic fertilizer treatments,C-F and CK.【Conclusion】 The nitrogen availability of different organic fertilizers was significant with large differences.Organic fertilizers can be used to replace some chemical fertilizers.

greenhouse;pot experiment;tomato;organic manure;nitrogen availability

时间:2016-10-20 16:36

10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.12.017

2015-07-10

陕西省教育厅项目(2013JK0733)；杨凌职业技术学院科学研究基金项目(A2014030)

周 博(1976-)，男，陕西周至人，副教授，博士，主要从事农业资源环境研究。E-mail:zhouti2002@126.com

S141

A

1671-9387(2016)12-0124-07

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20161020.1636.034.html