全 文 ：猪粪 、 紫云英 、 稻草分解过程中氮磷转化的初步研究 ’
莫淑勋 凌云霄 俞金洲 罗质超 徐永福
(中国科学 院南京土壤研究所 )
随着我国农业现代化的发展 , 化学肥料的施用将
不断增加 , 但有机肥料对保持与提高土壤肥力的作用
是任何时候也不能忽视的 。 研究有机肥料分解过程中
养分的转化特点 , 可为改进施肥方法 提 供 依 据。 为
此 , 我们选用了几种具有广泛代表性而性质不同的有
机肥料 , 在一定条件下进行沤制 , 研究沤 制 过 程 中
氮 、 磷转化的情况 , 同时进行盆栽试验 , 以探讨其肥
效 。
试验材料与方法
以未腐解的猪粪 , 盛花期的紫云英及成熟的稻草
作为供试材料 , 各肥料风千磨细后称取一定量加水 ;
加水量稻草为材料的 3倍 , 紫云英为 1 . 5倍 , 猪粪为 1
倍。 稻草中还加入碳钱 (按材料的 1 %加氮 ) 。 将肥
料加盖 , 于 2 8 O C 士 2 “ C下保温 , 促使其分解 。 定 期 取
样测定水分 , 以湿样测定全 氮 。 N H `一 N , N o , 一 N ,
水解产物中的半纤维分解氮 、 酞胺 、 氨基酣氮及 a 一
氮基氮 ; 全磷 、 无机磷 、 酚类磷酸盐、 植素 、 磷脂及
核酸等 。 各项测定方法简述如下 :
水分 : 85 “ c烘过夜测定 。
全氮 : 用凯氏法 , 以 K : 5 0 ` 、 c u S O ` 、 s e ( 1 0 0 :
1 0 : 2) 的混合物作催化剂消化 , 半微量蒸馏测定 。
N H `一 N : 以o . i N I I C I一 1 0 % K C I 提取 , 微量扩
散法测定。
N o
3一 N : 以 o . z N l l Z S o ; 提取 , 以 F e s o ; 还原
N o
: 一N 成 N H `一 N 后用微量扩散法测定 。 一般回
收率只80 一 90 % , 测定结果仅供参考。
半纤维分解氮: 以 2 % H CI 水解 6 小时后 , 过滤
于 2 0 0 毫升容量瓶中 , 洗至无氯根 , 定容测定水解液
中的氮 。
酞胺及氨基酩氮 : 以 2 % H CI 水解 6 小时后 , 水
解液 以 P H l l . 4 的碱性硼酸盐溶液蒸馏测定氮 , 减去
样本中的氮态氮 。
a 一氨基氮 : 以 2 % 工ICI 水解 16 小时 , 水解液 以
v a n s l y k e 气量法测定 a 一氨基氮 。
磷的各项测定步骤如下 :
有机礴测定步骤
样 品 …一三酸消化 , 1一 2 , ` ” 基茶酚磺酸还原剂 ` 定— }全 磷 }-一 0 . 5毫升过氯酸硫酸消一 }。 二 }一定容 , 吸取 3 份 一不加还原剂对消颜 色}样 品 一直接测定无机磷—口二者 _之差 !酷类磷 }l竺二竺1 二者之差}无机磷 l一I万.叮胜一液一溶一一( 1 2 0 仇判副厂异构物振荡! . 几万叮二 ] * 、扮 户、 l r— l 凭芍 健」至 l— 口尹 1二、 “ }一 }—:- L竺匕遭」一{磊愁骂严卜奥一墨瓢 一。聋群-、 沪七 二份 , 刀日 溶液 {一弃 去一 1。 4 N一H C I 一 }植素 卜 有机磷化合并氧一
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试 验 结 果
一 、 有机肥料的组成及千物质变化
三类有机肥料碳 、 氮 、 磷的百分组成列于表
稻草本身的碳氮比常达到 4 0一 6 0 , 为了促进其分解 ,
衷 1
乒芬诬
加入无机氮将碳氮比调节到 20 左右 。
三类有机肥料* 的组成 (烘干物% )
全 碳 , 全 氮
C /N 有机氮
%
无机氮
%
有机氮
占全氮 全 磷 有 机磷
%
无机磷
%
有机磷
占全磷
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紫 云 英
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1
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8 1
。
5 3
。
2 5 -
稻草 、 紫云英样本采自本所江宁农场 , 猪粪采 自本市鼓楼医院 , 因饲养条件好 , 故氮 、 磷含量较高 。
由表 1 可看出三类有机肥料所含氮素均以有机态
为主 。 我们用差减法求出全磷中的无机磷含量却比较
高 , 尤以猪粪样本为高 。 由图 1可看出三类有机肥料
的分解高峰均在头一个月 , 以紫云英分解最快 , 第一
个月的失重量就占总失重量的 8Q % , 这是由于其半纤
维水解氮含量较高 。 由于猪粪已经过猪胃肠的消化分
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为 4 . 24 % , 猪粪为 1 . 95 % 。 紫云英干物质损失最多 ,
其最终氮的百分含量也最高。
二 、 氮素组成的变化
三类有机肥料所含有机态氮均 占全 氮 的90 % 以
上 , 稻草 C / N 大 , 头 2。天将加入的无机态氮大量固
定成有机态氮 , 紫云英 、 猪粪分解过程中总的趋向是
其有机氮矿化不断减少 , 不管三者最初的有机态氮有
多大差异 , 其原有 10 克干物中的有机态氮量至 30 天
后趋向接近 。 (图 3 ) 各种形态氮的变化如下 :
英粪一去紫猎二4 .4 8
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紫云英
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解 , 因此猪粪失重少 , 但第一个月的失重也占总失重
量的 80 % 。 稻草中加入了无机氮 , 分解速 度 相 应 增
加 。 一个月后三者的分解均逐渐趋于平稳 。 原 有 10
克干物中的氮量 , 由于损失不断减少 (图 2 ) , 但由
于干物质不断消失 , 到分解期末全氮的相对含量比分
解前大为增加 , 稻草 (加了碳按 ) 为 2 . 35 % , 紫云英
三5人
0了9
布亩布一下打一确一下俞天 数图 3 原有 10 克干物中有机氮的变化
1
. 无机氮 (包括 N H一 N 及 N 0 3一 N ) : 紫
云英前期随着干物质的强烈分解 , 大量释放N H ;一 N ,
一月后释放量逐渐下降趋于平稳 。 稻草虽然初期大量
固定 N H ;一 N , 但 2 0夭后也开始释放 。 二者 N O ,一 N
含量极少 , 一般均低于 0 . 01 % 。 猪粪中氮素总的趋向
是矿化 , 但释放无机氮少而平缓 (图 4 ) 。
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原有 I 0Q 克干物中全氮的变化
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9 0 了2 0数图 2
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图 4 原有 飞0 克千物中无机氮的变化
在没有土壤吸收和作物利用的情况下 , 有机肥料
分解释放的氮素即使在加盖的情况下也大量损失 (图
5 )
。 紫云英在激烈分解后 , 分解趋于稳定时氮的损
失最多 , 分解 20 ~ 30 天时损失了 17 %的氮 , 达总损失
量的 30 %左右 。 稻草前期固氮 , 氮素损失少 , 一月后
氮释放 , 损失增加 。 猪粪氮损失少 , 但试验期末也损
失了 20 % 以上 。
这种氮的量为基础 , 分析其各分解阶段的实际变化 ,
结果列于图 6 , 由图 6 中看出稻草固定的无机氮有很
大一部分能用稀酸水解释放出来 , 最多可以达到其有
机氮总量的56 % (表 2 ) 。
25 .4
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图 5 氮紊损失累积百分数
2
. 半纤维分解氮 : 以 2 % H CI I 0 00C水解 6小
时释放的氮 (不包括样品中已有的 N H` 一 N ) 作为半
纤维水解条件下释放的氮 。 以原有 10 0克干物中所含
图 6 原有 1 0 克千物中半纤维水解氮的变化
紫云英有机氮中有 67%左右能在稀酸中水解 , 因
此 一经堆沤它就立 即分解释放成 N H `一N 。 但猪粪有
机氮中只有约20 ~ 30 %属于这种氮 , 因此其氮的释放
平稳 。 半纤维水解氮并不是某一固定形态的氮只是包
括一些较易水解 的有机氮化物 。 因其活性较大 , 可以
作为有机肥料对作物氮素供应情况的一种衡量 。
表 2 三类有机肥料半纤维水解氮和 “ 一氮基氮 t 比较 (烘干物% )
丽一石凡凡 腐解天 数 原有 10 0 克干物中氮
(克 )
有机氮
(克 )
无机氮
(克 )
半纤维水解氮 “ 一氦基氮
(克 ) l 占有机氮% (克 ) 占有机氮%
稻草 (加碳钱 )
0
2 O
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0
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0
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0
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7
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3
. 水解产物中的 a 一 氨基 氮 : 约 占 有机 氮 的
5。~ 6 0% (表 2 ) , 是蛋白质主要的水解产物 。 随着
能源物质减少 , C / N 降低 , a 一氨基氮有逐渐分解的
趋势 。 紫云英的部分 a 一氨基氮看来较易分解 , 头一
个月显著减少 , 以后变化平稳 。 三类肥料起始的 a 一
氨基氮量虽不同 , 但 20 天后其变化曲线明显趋于接近
(图 7 ) 。 说明经过初期阶段的分解或合成后 , 往后
的分解情况基本相同。 组成蛋白质的 a 一氨基酸是土
壤有机氮的重要部分 , 在一定条件下能矿化释放氮供
作物所需 。 由此可见 , 三类肥料虽然性质不同组成各
异 , 但对培肥土壤有其共同点 。
4
. 水解产物中的酞胺及氨基醚氮 : 这两类氮在
培育过程中一直占有机氮的 10 ~ 20 %左右。 有逐步累
2
.
5
- -一稻 草(加入碳埃— 紫云英一猪 粪
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卜 .方厄乞飞七
天 数
图 7 原有 1 0 克干物中a 一奴荃氮的变化
积的趋势 , 酞胺可能是 a 一氨基氮或其他酸溶氮分解
而来 , 而氨基酸也可能是微生物合成的结果 。
除了上述几部分氮外 , 尚有不能为强酸所溶解的 在试验的条件下原有 10 克千物中的磷量至分裤
部分 , 约占有机氮的 20 %左右 , 其变化较少 。 期末没有多大变化 , 但由于干物质减少 , 全磷相对量
有机肥料分解过程中微生物的作用极为复杂 , 养 有所增加 (表 3 ) , 稻草 (加入碳钱 ) 、 紫云英分解
分的分解和合成难免要交互进行 , 以致某些氮化物变 初期无机磷趋向于有机合成 , 随后逐渐矿化 (图 8 、
化起伏。 氮化物活性大 , 环境条件不 同其分解变化差 图 9 ) , 三类肥料培育前后有机无机磷的消长变化列
异也大 , 以上仅就几种基本材料中主要氮素组成分变 于表 3 , 由表 3可 以看出猪粪中磷的活性大 , 紫云英
化的总趋势作初步探索 。 中虽然无机磷占一定比例但含量低 , 稻草磷量更低 ,
三 、 确素组成的变化 且变化小 。 主要形态的有机磷变化如下 :
表 5 三类吧阵分 解前后有机无邦礴的变化百分率 (烘干物% )
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- - 里一 ~ 一一尘竺 - - 一…一黔二一 }一二时 期 } 全 } 有机磷 】 无机磷 { 全 } 有 机 磷 } 无机磷 ! 全 } 有机磷 } 无机 磷} 磷 卜 - 一一下万二于瓜 !— 下二下兀二蔽 { 磷 }— 不又不蕊 4 一~一 而二下丁藻 } 磷 }一一 , 石又丽 卜一 ~ 一 - 丙二花下万} 。之 } O / 4自 二〔 毋牢 { 。 / }白 住l ; 谬车 } 。厂 1 。厂 }口 乙七 ,奸 { 。 Z }自 汪二移半 } 。 / } 。 / }自 土 彬呼 { 0 2 1自 卜 妙哗l / u l / U I n / 1 / 习 I n / l / u { / u 1 0 / l / U I n / l / u l / 0 1 0 / 一 / U n /— -卜一粉一粉二匕卜一洲一十一一卜卜竺升一一卜』一卜一十一一一生一升一” 解 前 ! 。 ’ ` 1 …。 ’ 。 g …8 2 ’ 。 …。 ` 。 2 …’ 8 ’ 。 …。 ` 2 6 …。” ` …5` ’ 。 …。 ’ ` 2 1` 6 ’ 。 }“ 3 7 1。 ` 3 5 }2 5 . 5 1」` 0 2 { 7` ’ 5分 解 后 } o · 2 2 1。 · 18 18 , · 5 1。 · :。` I ` 8 · 5 1。 · 6` l 。 ’ 2 7 13 9 ’ 5 1。 · ` , ! 6。 · 5 { ’ · 6 7 ! 。 · 3叫 ’ 8 · 。 1 1· 3 7 18 2 · 。加入碳按
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众 3 f .0好 3 - - -一入 一么 -峭户.05432州醋炎磷酸盐ǎ克à.0 2 8 稻草紧云褚
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^ .0 2 0
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稻草(方叭碳竣)
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克千物中有机磷的变化
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原有 10 图 10 1 0 克千物中酷类磷酸盐的变化
2
. 植素 : 三类肥料含量均极低 (图 n ) , 总的
趋向于矿化。 植素结构复杂 , 由于络合的磷酸盐分子
数不同而有不同形态 , 所用分析方法恐不能全部将其
包括 。
图.l2
7
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-一稿草功。顺炎— 紫云英
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20Q.15.50山索ǎ宜尾允知,`Q
ǎ克ù
鳄渝翁一责一犷书筹天 数 噪一二 户匕83之ó孔」图 9 原有 1 0 克干物中无机磷的变化
1
. 酪类磷酸盐 : 如图 10 所示 , 猪粪中含量极低
且逐渐减少 , 紫云英中虽然含量也很低 , 但一经腐解
该项有机磷含量剧增 , 超过其它有机态磷 , 稻草开始
分解后其醋类磷酸盐也 比猪粪多 。
。” `杨女灵气沪 12 0
图 1 原有 10 克干物中植素的变化
3
. 磷脂 : 与酪类磷酸盐相反 , 猪粪 中 含 量 较
高 , 但磷脂的变化在猪粪和紫云英中有起伏 , 与肥料
的腐解缺乏一致的相关 (图 1 2) 。
- -一描草佩碳按)
乓。4 4 . , ` - 劝尸紫云英猪 龚
以02叮
以本所农场以往长期小区试验结果 (表 5 ) 相对照 。
由表 连看出 , 猪粪虽然含有较多氮 、 磷 , 但氮的矿化 .
速度慢 , 供氮强度较低 , 因此配施速效氮可显著增加作
物干物质积累 , 猪粪中 70 % 以上的磷为无机态 , 有效
度高 , 再配施磷肥没有什么效果 , 过磷酸钙 (P 3 之 标
记 ) 与猪粪混施比与紫云英混施磷的利用程度要低许
多 (表 4 ) , 这点从表 6 也可看出 , 紫云 英 含 氮 较
表 4 猪粪 、 紫云英及氮、 礴配合对几种作物干
物质的影响 (盆栽试验 , 克 /盆 )
甘内iJ式r力叹ù才尸.00
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天 数
图 12 原有 1 0 克千物中旗脂的变化
4
. 核酸 : 它的含量较前述儿种有机磷为高 , 猪
粪中含量最高 , 紫云英次之 , 稻草中最少 (图 13) ,
一般文献指出它在土壤中含量比植素低得多 , 因为它
进入土壤后很快脱磷分解 , 用土壤培育一周其中 70 ~
80 % 的核酸分解成无机磷 , 三类有机肥料分解过程未
见很快脱磷 , 可能与微生物生物合成有关 。
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高 , 且富有能源物质 , 氮的有效度高 , 配施磷肥 , 尤
其在早作条件下显著促进作物干物质积累 , 在肥力极
低的红壤上紫云英配施氮肥对谷子效果也很好。 而配
0
. 刃7 !
施磷的谷子前期生长良好 , 后期倒有退黄脱力现象 。
因此有机无机肥料的合理配合 , 除了考虑作物种类 、
肥料类型外 , 还要注意到土壤肥力特性及整个生育期
养分的平衡 。
表 5 过磷酸钙与有机肥料混施其琪的利用情况
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1 ,
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3
紫 云 英 4 “ · 52 1 “ ·魂 1 1 “ 4
· “ } 15
·
5
每盆植株地上部分磷 ( r )毫克
( 1 )栽种谷子前肥料 与过磷酸钙先堆沤一星期
( 2 )栽种谷子前土城与过磷酸钙先作用一星期
小麦 、 水稻临播种前将过磷故钙与有机肥料馄施
表 6 有机无机肥料配合施用长期小区试验结果 *
(斤 /亩 )
作 物 猪 粪 猪粪 十 磷!猪粪 十 氮 }L 。 S . D
5 5 4
。
0
8 7
。
7
1 8 9
。
2
67 2
。
7
1 7 5
。
8
5 2 0
。
1
6 68
。
9
1 7 3
。
7
5 2 6
。
1
7 3 5
。
0
22 5
。
9
5 9 9
。
9
8 6
。
4
4 4
。
9
4 1
。
4
稻麦水小
矛0 2 0 3 0 6 0 - 一 夕万一一不初天 数
图 13 原有 10 克千物中核酸的变化
5
. 残渣磷 : 为更复杂的形态 , 不能为中等酸碱
所溶提 , 在分解过程中没有一致明确的变化 。
总的说 , 三类有机肥料经长期培育有机磷含量有
所下降 , 无机磷相应增加 。 紫云英酸类磷酸盐含量较
高 , 猪粪中磷脂较高 。
四 、 有机无机肥料配合的生物试验
采用南京市郊小粉土 (下蜀黄土 母 质 ) 栽 培 水
稻 、 小麦 ; 江西红壤 (第四纪红 色粘土母质 ) 栽培谷
子进行盆栽试验 。 分别以上述兰类肥料设置单施 (用
量相当于每盆 1克全氮 ) 、 配合无机氮肥 (每盆 2 克
硫按 ) , 及配合过磷酸钙 (均用 P , 2标记 , 谷子 、 水
稻每盆用量 1 . 5 克 , 小麦每盆用量 4 克 ) 施用三个处
理 。 分别种植上述三种作物 , 于乳熟期收获 , 测定植
株千重及其氮 、 磷含量 , 结果归纳于表 4 、 5 、 7 , 并
此项资料由本所减惠林同志供给 , 小 区面积 0 . 1亩 , 重
复 4 次 , 猪粪按季每亩施 2 5。。斤作基肥 , 过磷酸钙按 40 斤 /亩
作基肥 , 硫钱 30 斤 /亩作追肥 ,头年水稻前茬 为紫云英地上部分
割去 , 腾茬早 , 加上紫云英残留根茬的肥效 , 故产量显著 高、
于第二 年 。
2 5
磷 按 的 肥 效 试 验
浙江省化工研究所肥料 室肥效组
我所在 19 73年利用本省中、 低品位磷矿研制成磷
酸钱悬浮液体肥料 (简称磷按 ) 。 它是一种含氮磷的
复合肥料 , 含 N 6 ~ s % , 含 p 2 0 。 2 0~ 2 4% , P H 近
中性 , 具有速效 、 高效 、 长效兼备的优点 。 从 1 9 7 3至
1 9了6年先后在全省 6 个地区 、 17 个县、 74 个点上进行
不同土壤 、 不同作物肥效试验 , 普遍获得不同程度的
增产效果 。 在各类新化肥品种试验中 , 磷 钱 最 受 群
众欢迎 , 肖山县贫下中农把这种 “ 磷氮肥 ” 称为 “ 灵
丹肥 ” 。 现将儿年来试验结果综述 于后 。
表 1 水稻对不同礴肥的利用率
每盆植株含 P : 0 ,
的毫克数 磷肥利用率 (% )
磷 按
过磷酸钙 十 硫钱
过 磷 酸 钙
6 1
。
7 6 2
4 1
。
9 9 3
4 2
。
4 7 7
1 4
。
7 7
9
。
5 3
9
。
6 4
粉土小
磷 _ 按
过磷酸钙 十 硫按
过 磷 酸 钙
5 3
。
8 1 2
4 3
。
8 2 3
3 6
。
3 5 7
1 2
。
8 7
9
。
9 6
8
。
2 6
黄筋泥
一 、 作物对磷按的吸收利用
磷钱含有氮磷两种营养成份 , 能相互配合 , 促进
作物对养料的吸收 , 提高肥料利用率 。 据放射性同位
素 P ’ 2试验测定 (表 i ) , 水稻从磷按肥料中吸收磷
量 比从过磷酸钙加硫酸钱混合肥料中吸收得多 , 也比
单施过磷酸钙 吸收得多 , 说明氮磷复合的磷按肥料其
利用率优 于氮磷混合肥料和磷素肥料 。
表 1 所示 , 每盆植株吸收 P 之O 。 量以磷钱最高 ,
每盆达 5 3 . 8 1~ 61 . 76 毫克 , 为 施 入 磷 量 的 12 . 87 ~
1 4
.
77 %
。 过磷酸钙加硫按处理的为 4 1 . 9 9一 4 3 . 5 2 毫
克 , 占施入量的 9 . 5 3~ 9 . 96 % , 而单施过磷酸钙的仅
有 3 6 . 3 6一 4 2 . 4 5毫克 , 只占施入量的 5 . 2 6一 9 . 64 % ,
磷钱的利用率比混合施或单施过磷 酸 钙 的 高 5 %左
右 。
注 : 各处理施入 P 2 0 : 量相同
施用磷按亦能促进植株对氮素的吸收利用 , 植株
体内氮素含量也 相应增加 , 分析结果见表 2 。
表 2 水稻对氮素的吸收
每盆 植株含 N 毫克数
小粉土
过 磷 酸 钙
硫 按
过磷酸钙 十 硫按
磷 按
7 0 3
。
55
7 7 4
.
15
9 4 8
。
4 3
1 0 2 0
。
6 8
黄筋泥
过 磷 酸 钙
硫 按
过磷酸钙 十 硫按
磷 按
4 2 5
。
56
4 7 1
.
7 8
6 3 1
。
49
5 8 7
。
90
由表 7 看出猪粪配合氮肥施用可促进作物对磷的
吸收 , 紫云英配合磷肥对小麦吸收氮素也有一定的促
进作用 , 由于栽培谷子用的是肥力低的红壤 , 紫云英
配施磷后氮嫌不足影响生长 , 因而氮的吸收量减低 。
水稻从各施肥处理中吸 收的氮 、 磷均大大高 于早作 。
由以上生物试验证 明在一定条件下猪粪配合无机
氮肥 , 紫云英配合无机磷肥施用 , 可 以显著改善这两
类有机肥料中氮 、 磷的平衡关系 , 而有利于作物生育 。
表 了 三种作物从不同肥料处理中吸收的氮 、 礴 (盆栽试验 N 、 P毫克 /盆 )
} 小 麦 { 谷 子 { 水 稠
-
肥 料 }— }— — 十一一 ~一一厂一一-一一一一一一一一! N } P I N } P ! N ! P猪 粪 } , 7 , · 5 ` 2“ · ` } ` ” · 3士 3· ` { , 8 8· 。 士 , · ” } 7 3 · 。 1 5” 2 } , 2`猪 粪 + 粤 } ” 9 0 · 0士 “ 4· 9 } “ “ 3 士 “ · 5 } ” 9 2 · 0 士 45 ` o } “ 6· 0士 4 · 5 } ” 9 7 } ’ 5 5猪 粪 十 研 } ’ 习2 · 5 士 ’ 2· ’ } ” 2 · 7 士 “ · 4 1 ’ 3。 · 6 士 , ` 5 { “ 6 · 。 士 “ · , { ” 0 5 }紫 云 英 1 “ 4 7· 8 士 ” 6· 6 } “ 3 · 5 士 4 · 0 ) ” 7 6 · 3 士 ” 4 · 0 { “ 9 · 6 土 3 · 2 1 “ ` 2 1紫云英 十 氮 } “ 4 , · o 士 “ 2· 5 } “ 2 · o 士 ” · 8 { 5 8 2 · 0 士 3 , · 0 { 4 0 · 3 土 ” · 5 } 7 7 8 } ` 2 9紫云 英 十 磷 } “ 6 1· 5士 1 8· 0 ! 6 4· 5士 4· 8 1 1 6 6· 3士“ · 7 ! “ 9 · 0 { 5 8 8 } 1 26