全 文 ：秸秆生物有机肥的施用对土壤供氮能力的影响*
张亚丽 张 娟 沈其荣* * 王金川 (南京农业大学资环学院, 南京 210095)
=摘要> 通过盆栽试验研究了秸秆生物有机肥的施用对土壤供氮能力的影响. 结果表明, 与原始秸秆相
比, 秸秆生物有机肥与尿素配合施用能明显提高土壤生物量碳、氮的含量, 增幅约为 3~ 4 倍;土壤微生物
量氮与土壤的供氮能力关系非常密切, 前期发生强烈的微生物增殖过程, 则中后期必会发生无机氮释放过
程. 这对作物的生长发育极为重要,同时提高了肥料氮利用率, 揭示了秸秆生物有机肥配施无机氮肥改善
土壤供氮能力的机理.
关键词 秸秆 生物有机肥 土壤生物量氮 肥料氮利用率
文章编号 1001- 9332(2002) 12- 1575- 04 中图分类号 S141, S571 文献标识码 A
Effect of combined application of bioorganic manure and inorganic nitr ogen fer tilizer on soil nitr ogen supplying
cha racter istics. ZHANG Yali, ZHANG Juan, SH EN Qirong, WANG Jinchuang ( College of Resources and Envi2
r onmental Sciences, Nanj ing Agricultura l Univer sity, Nanj ing 210095 ) . 2Chin . J . Appl. Ecol. , 2002, 13
( 12) : 1575~ 1578.
Pot experiment was carr ied out to study the effect of application bioorganic manure on soil nitrogen supplying
character istics. Compared with the application of r aw r ice straw, a combined application of bio2organic manure
and inorganic nitrogen fertilizer could boost the content of microbial biomass carbon and nitrogen, and the in2
creased percentage could be 300~ 400 % . A strong immobilization of nitrogen by microorganisms was always
followed by a net N mineralization, which was mostly favorable for the growth and development of plant, and
improved the use efficiency of nitrogen fertilizer.
Key words Rice straw, Bioorganic manure, Soil biomass N, Use efficiency of fertilizer nitrogen.
* 国家自然科学基金重点项目( 39830220)和国家科技部 863资助项
目( 2001AA246081) .
* * 通讯联系人. E2mail: qrshen@njau. edu. cn
2001- 11- 07收稿, 2002- 04- 01接受.
1 引 言
土壤微生物既是土壤有机物转化的执行者, 又
是植物营养元素的活性库, 在土壤的氮循环中起着
重要作用. 土壤微生物的活动受到诸多土壤环境因
子的影响[ 12, 14, 15] ,如干湿交替、冻融等物理因子的
变化会使土壤微生物体的分解从而释放营养元素,
而有机物的加入会使土壤微生物量明显增加. 其结
果或使土壤矿物质态氮增加(有机物 C/ N 比小)或
使土壤矿物质态氮减少(有机物 C/ N比大) ,因此研
究土壤微生物量(生物态氮)的消长有助于揭示土壤
氮的生物固持、释放的本质和土壤的供氮能力.
秸秆占作物生物量的 50%左右, 是一类数量极
其丰富、能直接利用的有机肥资源[6] . 秸秆的施用
方式主要有两种:一是秸秆直接还田,包括翻压和地
表覆盖两种方式.由于直接还田带来后季作物耕作
不便和后季作物部分土壤养分供应失调等负面效
应[4, 16] , 因此这一方法时兴时落, 最终未被农民接
受.二是将其堆腐后施用,但至今还没有一种真正能
快速腐解作物秸秆的微生物种类或组群得到大面积
使用, 究其主要原因是作物秸秆中的蜡质、木质素、
硅胶等物质难以被土壤微生物快速分解[ 7, 9, 10] . 此
外,堆肥体积大, 制作与施用均费工费时, 农民不愿
意接受. 据中国农业科学院农业区划研究所调研分
析,我国每年约有 1. 0@108t 秸秆被白白烧掉,不但
造成能源的浪费, 而且严重影响了人们的生活环境,
因此,探索秸秆还田的优化方式势在必行.本课题组
采用混合酸水解法将稻草在极短时间( 2天)内分解
成细碎末状,并将其中的纤维素、木质素及蜡质等微
生物不易利用的有机质转化为活性有机质,分解后
的固型物接种纤维分解菌后熟处理 5~ 7天,制成生
物有机肥;化学分解液循环使用若干次后,可开发成
优质叶面肥. 整个生产流程和产品绝无环境污染和
含有化学污染药品.这项技术在国内尚属空白. 本文
通过盆栽试验研究稻草生物有机肥的施用对土壤微
生物态氮的消长及其供氮能力的影响, 试图为秸秆
还田的优化方式提供理论依据.
2 材料与方法
21 1 供试材料
供试轻盐土采自江苏省大丰市 ,采样深度0~ 20cm, 土
应 用 生 态 学 报 2002年 12 月 第 13 卷 第 12 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Dec. 2002, 13( 12)B1575~ 1578
表 1 供试有机肥料的基本性状(风干样)
Table 1 Some propert ies of the organic manure used in experimen ts ( g#kg- 1)
有机肥料
Organic manure
总 碳
Total C
总 氮
Total N
C/ N

可溶性碳
Soluble C
可溶性氮
Soluble N
木质素
Lignin
纤维素
Cellulose
半纤维素
H emicellulose
SiO2

稻草秸秆 369 8. 5 43 24. 2 0. 18 61. 8 395 189 148
Rice straw
生物有机肥 257 12 21 28. 8 0. 30 35. 4 347 136 62. 5
Biological organ ic manure
样经风干磨细后,分别过筛备用. 土壤全碳 4. 76g# kg - 1, 全氮
600mg#kg- 1 ,速效氮 18. 2mg# kg- 1 , 速效磷 9. 5mg# kg- 1 , 速
效钾 156. 7mg# kg - 1, pH 8. 1,全盐 0. 484g# kg - 1. 无机氮肥选
用尿素(N, 46% ) ,有机肥料为稻草秸秆(未经过预处理)和生
物有机肥(采用混合酸水解法将水稻秸秆在极短时间内分解
成细碎末状 ,分解后的固型物经接种纤维分解菌后熟处理 5
~ 7 天, 制成生物有机肥. 其中纤维分解菌的菌数为 1. 49@
1012CFN# g- 1) .其基本性状见表 1.供试作物为青菜, 品种是
暑绿.
212 研究方法
试验处理为 CK(空白) , FN(尿素) ; RS(稻草 ) ; BOM(生
物有机肥) ; FN+ RS(尿素+ 稻草) ; FN+ BOM(尿素+ 生物
有机肥) .肥料用量有机肥料为 1g# kg - 1土,尿素为 75mg N#
kg- 1土;基肥一致 ,分别施 P(过磷酸钙)、K(硫酸钾)各 0. 1g#
kg- 1土.称风干土 2kg, 肥料与土壤混匀后,装入塑料盆, 加水
至田间持水量的 80%后种青菜, 每盆 5 株. 重复 15 次, 分别
于 0, 7 天( 4月 2 日) , 15 天( 4 月 10 日) , 30 天( 4 月 25 日 ) ,
45 天( 5 月 10 日) , 60 天( 5 月 25 日)采集土壤和植株, 每次
采集 3 盆. 2001 年 3 月 26 日播种, 2001 年 5 月 25日收获.
213 分析方法
土壤微生物碳、氮用灭菌2提取法( FE)进行测定[ 1, 2, 13] .
矿质态氮用 2mol# L- 1KCl浸提比色测定[ 8] .其它均采用常规
分析方法[ 8] .
3 结果与讨论
311 有机无机肥配施对土壤微生物量碳的影响
在没有显著的有机物施入土壤时, 土壤生物量
碳和氮相对较稳定, 二者能较好地反映一定土壤的
肥力状况[ 3] .如果土壤施入较多有机肥或前茬留有
较多的植物残体, 则在当季作物生长季节内土壤生
物量会明显增加. 所增加的生物量在土壤中维持的
时间主要取决于有机肥料的质或量以及环境条件的
变化[ 5, 11] .
由图 1a可看出,在青菜生长季节内对照处理的
土壤生物量碳在播种后有所上升,随后下降到种植
前水平.施肥后生物量碳与对照相比均有增加;单施
尿素处理比对照略高.这是因为土壤虽施了氮肥,但
缺乏碳源, 从而限制了土壤微生物量的增加. 施用有
机肥后由于加入大量的碳源,微生物量碳增高明显.
特别是加入秸秆生物有机肥的土壤生物量碳达到
499mg#kg- 1, 增幅近 4 倍;原始秸秆处理的土壤生
物量碳增加到 414mg#kg- 1,约为原来的3. 5倍. 这是
因为稻草制成生物有机肥后生物有机肥还接种了纤
维分解菌, 同时其化学组成也发生很大变化, 氧化硅
含量降到生秸秆一半以下,木质素和纤维素有一定
量的下降, 而可溶性碳和氮有所增加, 预示着生物有
机肥更易被微生物利用. 尿素与有机肥料配施后营
养更加协调,更有利于微生物的繁殖, 生物量碳大幅
度增加.
图 1 有机无机肥配施对土壤生物量碳、氮的影响
Fig. 1 Effect of combined applicat ion of organic manure and inorganic
fert ilizer on soil biomass C and N.
Ñ. CK; Ò. FN; Ó. RS; Ô. RS+ FN; Õ. BOM; Ö. BOM+ FN. 下同
T he same below.
312 有机无机肥配施对土壤微生物量氮的影响
由图 1b可知,土壤生物量氮的变化与生物量碳
之间的变化不太一致.青菜播种后 15天生物量氮增
至最大,之后一直呈下降趋势.青菜收获时无肥区土
壤的生物量氮和原始土壤相比下降了约 18% .说明
无肥区土壤提供给作物的矿质态氮有一部分来自于
生物量氮的减少.
施肥后,土壤生物量氮增加.单施尿素处理由于
没有额外碳源的加入,限制了微生物的繁殖, 生物量
氮增加较少.单施有机肥处理的生物量氮比单施化
1576 应 用 生 态 学 报 13卷
表 2 试验前后土壤碳、氮变化
Table 2 Change of soil C and N before and after exper iments( mg#kg- 1)
处 理
T reatments
试验前 Before ex periments
总 碳
Total C
总 氮
Total N
生物量碳
MBC
生物量氮
MBN
试验后 After experiments
总 碳
Total C
总 氮
Total N
生物量碳
MBC
生物量氮
MBN
CK 4764 580 117 10. 8 4751 ? 199 569 ? 20 191 ? 12 9. 00 ? 1. 01
FN 4764 580 117 10. 8 4782 ? 156 591 ? 15 240 ? 20 12. 6 ? 0. 95
RS 4764 580 117 10. 8 4785 ? 216 595 ? 19 285 ? 26 12. 3 ? 0. 36
RS+ FN 4764 580 117 10. 8 4799 ? 149 600 ? 21 344 ? 25 24. 1 ? 1. 84
BOM 4764 580 117 10. 8 4786 ? 222 597 ? 22 367 ? 21 15. 1 ? 1. 12
BOM+ FN 4764 580 117 10. 8 4792 ? 231 604 ? 18 369 ? 23 25. 9 ? 1. 79
肥的高;其中生物有机肥处理的生物量氮高于稻草
处理,原因: 1)生物有机肥中的碳和氮与原始秸秆相
比,其中的碳和氮更易被微生物利用; 2)生物有机肥
接种了纤维分解菌, 纤维分解菌能快速有机物料, 导
致土壤中的微生物量迅速增加. 尿素加有机肥的处
理在青菜整个生育期都保持了较高的生物量氮. 其
中尿素+ 生物有机肥的处理生物量氮明显高于尿素
+ 稻草的处理, 可能是因为生物有机肥的碳有效性
比较高和接种了纤维分解菌的缘故.
一季青菜后尿素加有机肥处理的土壤生物量碳
和氮增加了两倍以上, 但是土壤全碳和全氮的增加
不明显(表 2) , 说明使用有机肥主要增加土壤活性
碳和活性氮组分.易分解的有机肥料作用更明显. 由
此可见,肥料的施用可以改变土壤活性有机质的成
分比例,尤其对土壤有效养分的影响较大.
313 有机无机肥配施对土壤矿质态氮的影响
由图 2可看出,不同处理青菜生长期内土壤所
供应的矿质态氮差异极为显著. 对照处理土壤矿质
态氮在青菜生育期内 30天有所升高,以后均呈下降
趋势, 到收获时土壤矿质态氮约为 6mg# kg- 1, 为原
始土的 30% .这与土壤氮素肥力水平低有关.
图 1 有机无机配施对土壤矿质态氮的影响
Fig. 1 Effect of combining applicat ion of organic manure and inorganic
fert ilizer on soil mineral N.
施肥后土壤矿质态氮的变化趋势基本同对照一
致.播种后 30天增至最大,以后随之下降,这是由于
微生物的活动和青菜生长吸氮的交叉作用所致. 生
物态氮在播种后 15天升至最高, 以后逐渐矿化, 矿
质态氮增加;青菜种后一个月( 4 月 25 日)气温升
高,青菜生长迅速,从土壤中吸收了大量的氮,矿质
态氮随之急剧下降.
单施稻草的土壤矿质态氮比对照低, 是因为稻
草施入土壤后增加的碳源刺激了微生物的生长, 由
于稻草的 C/ N 大, 土壤中原有的矿质态氮被微生物
固定;单施生物有机肥处理的土壤矿质态氮比对照
略高但差异不显著, 主要是秸秆生物有机肥与生秸
秆相比, 其化学组成发生了很大变化,其 C/ N 变小,
土壤中原有的矿质态氮基本不被微生物固定.单施
尿素处理的土壤矿质态氮 30天前高于有机无机肥
配施处理的土壤, 30天后单施尿素处理的土壤矿质
态氮急剧下降,其原因为单施尿素处理在前期土壤
生物量氮虽有增加, 但由于缺乏碳源物质而增加有
限,因而 30天以后没有足够的生物量氮转化成土壤
矿物质氮被青菜吸收利用;有机无机肥配施处理的
土壤的矿质态氮在 45~ 60天时仍处于较高水平.这
主要是因为有机无机肥配施处理的土壤生物量氮在
施入的一段时间内,急剧增加,到 15天时达最高峰,
此时约有 60%的施入氮(包括化肥氮和有机肥氮)
被固持在微生物体内, 从而避免了前期过多的无机
氮存在于土壤中而遭受挥发损失, 当土壤中没有更
多的能源物质来维持微生物的生命活动时,大量的
微生物相继死亡, 被固持在这些微生物体内的释放
出来供青菜吸收利用. 其中生物有机肥加尿素的土
壤矿质态氮明显高于生秸秆加化肥. 这从青菜的长
势也可看出, 生物有机肥加尿素的处理明显优于其
他的处理,青菜叶大、色绿、鲜重高.
314 有机无机肥配施对青菜生物量及肥料利用率
的影响
由表 3、4可以看出, 不同处理青菜生物量和吸
氮量差异显著.有机无机肥配施则显著高于单施尿
素或有机肥的处理. 这主要是因为有机无机肥配施
在青菜生长前期土壤能供应适量的无机氮,而青菜
生长的中后期土壤又能持续稳定地供应足量的矿质
态氮,使青菜在生长期内一直处于良好的供氮条件
下,青菜的干物重和吸氮量均显著地大于化肥、有机
157712 期 张亚丽等:秸秆生物有机肥的施用对土壤供氮能力的影响
肥单施区与对照.其中生物有机肥配施尿素的青菜
干物重和吸氮量高于生秸秆加尿素处理,差异显著.
与原始秸秆相比,生物有机肥其中的碳和氮易被微
生物利用,同时又接种了纤维分解菌,尿素加生物有
机肥的处理在青菜整个生育期都保持了较高的生物
量氮和矿质态氮.
表 3 有机无机肥配施对青菜干重的影响
Table 3 Effect of applicat ion of organic and inor ganic fert ilizers on dry
weight of green vegetable( g#pot- 1)
处 理
Treat emnt
日期 Date ( month. date)
4. 10 4. 25 5. 10 5. 25
CK 0. 283? 0. 10 0. 830? 0. 14 4. 250 ? 0. 31 7. 021? 0. 24a
FN 0. 310? 0. 17 0. 998? 0. 19 4. 819 ? 0. 28 8. 470? 0. 30b
RS 0. 279? 0. 09 0. 780? 0. 13 3. 803 ? 0. 18 6. 980? 0. 31a
RS+ FN 0. 301? 0. 16 1. 017? 0. 20 5. 016 ? 0. 17 8. 890? 0. 24b
BOM 0. 288? 0. 13 0. 892? 0. 17 4. 123 ? 0. 21 7. 778? 0. 12ab
BOM+ FN 0. 308? 0. 12 1. 199? 0. 19 5. 982 ? 0. 31 10. 280? 0. 40c
* a, b, c: LSD0. 05差异显著性 The sign ificant different at 5% level in
LSD test .
表 4 有机无机肥配施对青菜吸氮量和肥料利用率的影响
Table 4 Effect of applicat ion of or ganic and inorganic fer ti lizer s on
green vegetable uptake of N quant ity ( mg#pot - 1)
处 理
Treat2
ments
日期 Date(month. date)
4. 10 4. 25 5. 10 5. 25
氮肥利用率*
Fertilizer N
use efficiency
CK 15. 91? 1. 31 34. 3 ? 2. 49 104. 0? 7. 45 114. 3? 7. 02
FN 18. 12? 1. 24 44. 2 ? 3. 02 133. 2? 6. 54 159. 0? 6. 89 30%
RS 15. 50? 0. 98 33. 3 ? 1. 87 95. 6? 5. 23 102. 9? 6. 02
RS+ FN 16. 82? 1. 02 45. 5 ? 3. 42 156. 3? 5. 63 192. 1? 6. 24 46%
BOM 15. 76? 0. 89 35. 6 ? 1. 53 111. 8? 6. 54 125. 4? 6. 01
BOM+ FN 16. 79? 1. 11 53. 5 ? 3. 21 180. 7? 9. 23 220. 6? 9. 34 61%
在砂性土壤上,由于阳离子交换量小, pH 值较
高等因素造成氮素利用率很低( 20% ~ 30%) . 本试
验表明,尿素单施肥料当季利用率只有 30% ;尿素
与有机肥配施后其肥料氮利用率明显提高, 尤其与
秸秆生物有机肥配施后, 肥料中氮利用率可提高到
60%以上.而且有机肥与尿配施后,残留在土壤中的
有效氮也明显高于单施氮肥的处理.
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作者简介 张亚丽, 女, 1971 年生, 讲师, 博士生, 主要从事
土壤肥力与植物营养研究, 发表论文多篇. Tel: 0252
4396228, E2mail: yalizh@njau. edu. cn
1578 应 用 生 态 学 报 13卷