全 文 ：第 10卷 第 2期
2 0 0 2年 6月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal Of Eco—Agriculture
VO1．10 NO．2
June， 2002
化感物质对土壤硝化作用的影响
刘秀芬
(中国科学 院生态环 境研究 中心 北京 100085)
摘 要 试 验 研 究 了 3种 化 感 物 质—— 苯 甲酸 、对 羟 基 苯 甲酸 和 阿 魏 酸在 3种 浓度 (0．5mmog、2．5mmoL 和
5．0mmoL)、不同 pH、不 同土壤 含水 量等环境 因子作 用下对土壤 硝化作用 的影响 ，在第 1d、4d、7d、lOd、14d取样 与对
照比较 ，测 定其 对土壤 中 NH —N转 化 为 N03一N 过程 中的影 响。结果 表 明 ，阿 魂酸和 苯 甲酸 对硝 化作 用 的抑制 率
略高于对 羟基苯 甲酸 ，且 阿魏酸随浓度 升高 而抑制作用 加 强。研 究所 采 用 的 2种 不同 pH 的土壤 未表 现 出 明显 的
差异 ；不 同土壤含水 量对 转化为 NO；一N 的总量 影响较 大，不 加水 的土壤 样 品 N03一N 的 转化量很 少 ，且 随时 间的推
移其总量 无 多大 变化 ，而饱和 含 水量 的样 品 NO；一N 的转 化量 随 时 间的推 迟 其 总量 一直 上 斗，说 明水分 对 土壤 中
N0 —N 的转化 起着非 常重要 的作用。
关键词 化感 物质 硝化作 用 环境 因子
Effects of alelochemicals on soiI nitrification．LIU Xiu—Fen (Research Center for ECO—Environmental Sciences，Chinese
Academy of Sciences，Beijing 100085)，CJEA，2002，10(2)：60～62
Abstract This paper describes the changes of sou nitrification affected by three allelochemicals- benzoic acid，p-hydroxy
benzoic acid and ferulic acid in different concentrations．soil moisture content and pH．The contents of NO；一N were deter—
mined at l day，4 days，7 days，10 days and 14 days after the soil treated The results showed that inhibiting rates of fer—
ulic and benzoic acids were higher than that of P—hydroxy benzoic acid on nitrification and the inhibiting effects of ferulic
acid increased with the increase of allelochemical concentration．The soils with different pH didn’t show obvious difference
in nitrification，because these soils were all close neutrality．The water content of so il affected total N03一N ．The normal
soil samples inverted a few of N03一N，while the inverting content of the water saturated soil sam ples increased with tim e．
It indicates that the water content of so il i8 very important for nitrification．
Key words Allelochem icals，Nitrification，Environmental factor
N素供应是作物生长的重要因素之一，以往施化肥补充土壤中 N素不足在粮食增产中起了很大作用，
但随着化肥施用量的逐年增加 ，其效益反而逐年下降，尤其是 NO；一N 良好的水溶性易随土壤流失，并可通过
反硝化作用生成 NO、NO 和 N：O等以气体形式损失，不仅降低肥料利用率，且造成水体和大气污染、河湖
富营养化 ，严重危害 了人类 的健康 。近 年来 迅速发 展起来 的一 门新兴边 缘学科——化 学生态学 (Chemical
Ecology)，为探索 N素损失，提高作物对 N素的有效利用提供了新途径。为此，研究了作物残体腐解及作物
根际分泌产生 的化感物质—— 苯甲酸 、对羟基苯 甲酸和阿魏酸在不 同浓度和不 同环境 因子作用下 ，对土壤 中
NH；一N转化为 NO；一N过程的影响，以试图通过找到某种化感物质提高 N肥的有效利用率。
1 试验材料与方法
供试土壤 有 2种 ，北 京林业 大学 苗 圃土壤 的 pH 为 8．5，总 N、HN4+一N、N03一N 含量分 别为 0．89mg／g、
0．028mg／g、0．062mg／g，有机质含量为 19g／kg，水分含量为 38．4g／kg；北京平谷县农 田土壤 的 pH为 6．8，总
N、NH4+一N、N03一N含 量分 别为 0．931mg／g、0．014mg／g、0．032mg／g，有机 质和水 分 含量分别 为 13．2g／kg和
16．8g／kg。将 采 集 的土壤 风 干 过 40目筛 后 分 装 于 三角 瓶 内，每 瓶 装 土 100g并 加 0．1g(NH ) SO ，化
感物质分别按 0．5mmoL、2．5mmoL和 5．0mmoL浓度加入，每组设 1对照，以上样品充分混合均匀后再加
水 ，每个样 品分别 为1个 不加水 ，1个加水 (使其成为饱 和含水量 )，所有样 品重复3次 ，样 品瓶用封 口膜 封好
*“九五”中国科学院重点资助项 目(KZ952一SI一230)部分研究内容
收稿日期：2000—10—12 改回日期：2000—12—26
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第 2期 刘秀 芬 ：化感 物质对 土壤硝化 作用 的影 响 61
放入 30℃恒温培养箱，分别于第 1d、4d、7d、10d、14d取样测其 NO3一N含量，NO3一N的测定采用酚二磺酸
法⋯ ，所用试剂苯甲酸 、对羟基苯甲酸 、阿魏酸 、苯酚 、浓硫酸 、硫酸钙 、碳酸钙 、氨水 、硝酸钾 和硫 酸铵 等均为
市售分析纯试剂 ；所用仪器为 722型分光光度计 、培养箱和往复式振荡器 。
2 结果与分析
土壤 中 N素以 NO3一N淋溶和反硝化作用成 为 N素损失及污染环境 的主要 因素 ，若能有效调节硝化过
程，并使 N以 NHj—N优势存在，不仅减少上述损失，还会进一步增加作物对 N素的利用。已发现生物竞争
中茁壮生长的植物分泌物能使土壤中 N素以 NH4优势存在，且硝化细菌数比正常水平低 2个数量级 。
Moore发现黑麦根分泌物能有效抑制硝化作用 。在此基础上实验研究了3种有代表性的化感物质——苯
甲酸 、对羟基苯 甲酸和阿魏酸在不同浓 度和不同环境因子作用下对土壤硝化过程中所产生的影 响。
2．1 不同化感物质及浓度对 NH4+一N转化为 NO；一N的影响
苯 甲 酸 在 0．5mmoL 和
2．5mmoL浓 度 时 与 对 照 比较 ，在
pH7饱和含水的第 10d和 14d时
(见 表 1)均 为 刺 激 作 用 ，仅 在
5．0mmoL浓 度时才 表现 出明显 的
抑制作用 ，其 抑制率分别达到 53％
表 1 苯 甲酸对 硝化作 用的抑制率
Tab．1 Nitrification inhibition of benzoic acid
表 2 对羟 基苯 甲酸对硝化 作用 的抑 制率
Tab 2 Nitrification inhibition of p-hydroxy benzoic acid
时Mid 对羟基 pH7 饱和含水 对羟基 pH7 正常含水 时I~1／d 对羟基 pH8 饱和含水 对羟基 pH8 正常含水
Times 苯甲酸 Saturation 苯甲酸 Normal Times 苯甲酸 Saturation 苯甲酸 NormaI
p-hydroxy water p-hydroxy water p-hydroxy water p hydroxy water
benzoic acid benzoic acid content benzoic acid benzoic acid content
0 5mmoL 2 5mmoL 5 0mmoL 0 5mmoL 2 5mmoL 5 0mmoL 0 5mmoL 2 5mmoL 5 0mmoL 0 5mmoL 2．5mmoL 5 OmmoL
l0 48 36 27 52 35 37 l0 l2 2l 15 27 33 l9
l4 lO l5 —28 一l6 —37 —74 l4 —3 l4 —6 7 —57 —30
和46％，pH8饱和含水样品在上述n~14的抑制率达到 30％和 45％。对羟基苯甲酸对 NO；一N的抑制作用主
要表现在第 10d(见表 2)，其结果为 pH7、pH8加水与不加水样品在 5．0mmoL浓度时抑制率分别达到37％、
27％、19％ 和 15％，而 在 第
14d5．0ramoL浓度时全部为刺激 。
作用，上述样品的刺激率分别达 。
到 174％、128％ 、130％和 106％， 40
该组样品浓度的影响无显著差 蓁 。
别 ，且 2．5mmoL浓 度 的 抑 制 作 。
斟
最
普
— _． 5 0mmoI
： 广-==
‘
， ·。 ·
培养时间／d
图 2 阿魏酸 对硝化作 用的
抑 制效果 (pH8正常含 水 )
Fig 2 Inhibition of ferulic acid on
nitrification at pH8
2．2 不同 pH条件下化感物质对硝化作用的影响
从实验结果看，苯甲酸在 pH7和 pH8饱和含水状况下表现不同，pH7在 0．5mmoL和 2．5mmoL时为刺
激作用 ，5．0mmoL时为抑制作用 ，而 pH8则均为抑制作用(见表 1)。对羟基苯甲酸在 pH7和 pH8条件下于
前 10d的实验中均表现为抑制作用，pH7时的抑制作用强于 pH8(见表 2)。阿魏酸在 pH7时第 4d实验结果
各浓度均表现为抑制作用，而在 pH8条件下第 4d均表现为促进作用，且从第 4～7d由刺激转化为抑制作
用，5．0mmoL阿魏酸的处理中在第7～14d中pH7的抑制作用略高于pH8(见图 1和图2)，此间2种不同pH
蚰 ∞ ∞ ∞ 0 ∞ ∞
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62 中 国 生 态 农 业 学 报 第 10卷
土壤样品未表现出明显的差异。
2．3 不同含水量条件下阿魏酸对硝化作用的影响
实验设2个含水量，X~NH]一N转化为NO3-一N的总量影响较大 ，不加水样品转化量很少，而加水的样品
除第 1d转化量较d,~l-，从第 4d开始转化量持续上升 (见图 3和 图 4)。在饱和含水量下不 同浓度 的阿魏酸
对转化成NO N的量均有显著抑制作用，在第4～14d中浓度越高其抑制强度越大，第14d的结果显示 ，在
1．2
1 0
0 8
0 6
0 4
o‘
0 0
I 4 7 l0 l4
培养时间／d
图 3 阿魏酸对 NO；一N转化
■的影响(pH7饱和含水)
Fig．3 Effects of ferulic acid on NO／‘N in—
version in water saturation content(pH7)
。22
。。 。
8
。
童o。
0 12
1 4 7 10 14
培养时间／d
图 4 阿魏酸对 NO；一N转化量 的
影响 (pH7正 常含水 )
Fig．4 Effects of Ierulic acid on NO／‘N in—
version in normal water content(pH7)
5．0mmoL 阿 魏 酸 处 理 中
NO；一N 的 生 成 量 为 0．4
mg／g．而 对 照 中 NO；一N 的 生
成 量 为 0．96mg／g，其 比
例 为 1：2．4，在2．5mmog及
0．5mmoL 阿 魏 酸 处 理 中
NO3一N的生成 量明显低 于对
照，其 抑 制 作 用 依 次 为
5．0mmoL > 2．5mmoL >
0．5mmoL>CK。在正常含水
量条件下因生成 NO —N的量
较少 ，阿魏酸的抑制作用低于
饱和含水量下的处理 ，但 5．0mmoL和 2．5mmoL阿魏酸处理第 7d、10d、14d的实验结果 中 NO；一N的生成量
分别比对照少 0．06mg／g 十、0．05mg／gf+及 0．04mg／gf十。由图 1和图 2结果可知 ，阿魏酸对 NO3一N的抑制
作用依浓度升高而加强，在渡过第 1d和第 4d的低抑制率后 ，第 7d达到高峰，其后则维持这种抑制作用或稍
有下降。苯 甲酸在 0．5mmoL和 2．5mmoL之间差异不大 ，5．0mmoL的抑制作用较强 ，在第 10d和 14d保 持
稳定的抑制状态。而对羟基苯甲酸本身的浓度间无明显差别，其抑制作用高峰均出现在第 10d，持续时间非
常短 ，至第 14d已转 变为刺激作用 。3种化感物质 比较 ，对羟基苯甲酸较其他 2种化感 物的抑制作用和刺激
作用均较弱 ，且作用时间相 当短暂 。
3 小 结
3种化感物质对硝化作用的影响主要表现在低浓度时无抑制，反而有的化合物有刺激作用，在高浓度时
则表现出抑制作用。植物分泌和残体腐解产生的化感物质在不同生态条件下产生的量不同，微生物对这些
化感物质不断地降解一j，在土壤中这些化感物质是否起到抑制硝化的作用仍需深入研究。土壤含水量对硝
化作用的影响较大 ，含水量低时 NH4一N转化为 NO3一N的量太少 ，而含水量达到饱和时其转化量又太大 ，因
此在实践中施入 NH]一N肥后不应大量浇水 ，以避免硝化和反硝化作用加剧 ，进而造成的地下水和大气污染。
参 考 文 献
1 南京农学院主编 土壤农化分析．北京 ：中国农业出版社 ，1980 57～8
2 Putnam A R Allelopathic chemicals C and EN special report，1983 34～45
3 Bradaw J M Allelopathy an overview The Chemistry of Allelopathy，1984，286：8～22
4 Udo Blum Effects of microbial utlization of phenolic acids and their phenolic acid breakdown products OI1 allelopathic interactions．J．Chem
Ecology，l998，24(4)：685～708
刊
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