全 文 ：楝树籽提取物对土壤供氮和氮肥利用率的影响*
张晓晓 沈其荣* * 谈建康 茆泽圣
(南京农业大学资源与环境科学学院, 南京 210095)
摘要 研究了楝树籽不同方式的提取物( N! , N ∀ )对普通铁质淋溶土壤、简育水耕人为土壤供 N 和 N
肥利用率的影响. N !可在一定程度上抑制这两种土壤产生 NO3N, N∀在两种土壤上前期均能显著固定
NH4
+N,并在后期释放出 NH4+N. 如果 N!和 N∀2 种提取物同时与化肥 N 施入土壤, 则可明显改善土
壤的供 N 状况, 使之与作物需 N 过程更吻合.盆栽实验证明, N ∀可显著提高肥熟旱耕人为土壤上作物对
N 肥的利用率.
关键词 楝树籽提取物 固定 矿化 N肥利用率
文章编号 1001- 9332( 2002) 11- 1417- 04 中图分类号 S158. 5 文献标识码 A
Effects of neem seed extracts on nitrogen use eff iciency in two diff erent soils. ZHANG Xiaox iao, SHEN
Qirong, TAN Jiankang, MAO Zesheng ( Resour ce and Environment Science College, Nanj ing Agricultural U
niver sity , Nanj ing 210095) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 2002, 13( 11) : 1417~ 1420.
Incubation test and pot experiments w er e conducted with haplic luvisols and hydrag ric anthroso ls to study the ef
fects of neem seed extr acts ( N ! , N∀ ) on nitrification and immobilization of ammonium sulfate. N! could sig
nificantly inhibit the nitr ification of N applied to t he two soils. N∀ was effective in promot ing the immobiliza
tion o f NH4
+N. Pot experiments showed that N ∀ could increase the use efficiency of chemical nitrogen signifi
cantly in fimic anthrosols.
Key words Neem seed ex tracts, Immobilization, M ineralizat ion, Nitrogen use efficiency.
* 国家自然科学基金资助项目( 39830220) .
* * 通讯联系人.
2001- 01- 12收稿, 2001- 04- 16接受.
1 引 言
据 FAO统计,全世界化肥在提高作物单产中所
起的作用占 40%~ 60% ,而我国占 40%左右[ 12] , 尤
其是 N 肥在农业生产中的作用更大. 然而, 过去的
10年大量施用化学 N 肥, 不仅使报酬率显著递减,
而且大量的 N素损失造成大气和水体污染严重, 因
而节 N 施肥、防止 N 素损失等研究一直受到极大关
注. N 肥一方面由微生物反硝化作用生成 NO、NO2
和 N2O等,以气体形式损失, 而破坏大气环境;另一
方面由于作物对 N素的过量吸收和 NO3N 通过淋
失进入水体,导致农产品污染和水体污染等问题. 据
统计,我国每年损失的 N 肥(折纯量)超过 1 # 1010
kg[ 8] .为了减少 N 素损失, 许多研究者采用了分期
施肥、尿素深施、肥料包膜等措施,均取得了一定效
果.国际上十分重视 N 素转化抑制剂的研究, 试图
通过抑制微生物及其酶的活性达到减少 N 素损失
目的[ 1, 5] , 而国内有关的报道较少[ 2, 6, 9] . 近 10 年
来,国际上受到关注的脲酶抑制剂有 nBPT、PPD、
HQ
[ 10]等, 而被研究、使用较普遍的硝化抑制剂有
DCD、Nitrapyrin、Pheny lactey lene[ 3]等.但这些化学
抑制剂价格昂贵, 易残留. 国外有文献报道, 将楝树
籽作为一种天然硝化抑制剂能在 2周内延缓硝化作
用[ 4, 6] , 以提高 N肥利用率.我国楝树籽资源十分丰
富,若能将其作为一种天然的 N 肥增效剂, 必将产
生巨大的社会、生态与经济效益.本文研究不同提取
剂提取的楝树籽有效成分及其对化学 N 肥在土壤
中的转化,探讨其作为一种天然的、物美价廉和无土
壤污染的 N肥增效剂的可能性.
2 材料与方法
2 1 供试材料
供试土壤为普通铁质淋溶土、简育水耕人为土和肥熟旱
耕人为土(表 1) . 楝树籽提取物 I (含可溶性 C 22. 17mg∃
L
- 1
, 可溶性 N 0. 022mg∃L - 1, 可溶性 C/可溶性 N= 1007. 7)
、∀ (含可溶性 C 30. 40mg∃L - 1, 可溶性 N 0. 128mg∃L- 1 , 可
溶性 C/可溶性 N= 237. 5) . 硝化抑制剂用二氰胺 ( DCD) , 供
试作物为玉米.
2 2 试验设计
2 2 1 培养试验 试验设 4 个处理: 1) 对照, 无添加物
( CK ) ; 2)二氰胺( DCD) 施用量为纯 N 量的 20% ; 3)提取物
! ( N! )施用量为纯 N 量的 30% ; 4)提取物∀ ( N ∀ ) 施用量
为纯 N 量的 30% . 普通铁质淋溶土壤施 N 100mg∃kg- 1土 ,
应 用 生 态 学 报 2002年 11 月 第 13 卷 第 11 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Nov . 2002, 13( 11)%1417~ 1420
表 1 供试土壤理化性状
Table 1 Physical chemical properties of soils tested
土壤类型
Soil types
pH( H2O) pH (KCl)
有机质
Organic
matter (% )
NH 4+ N
(mg∃kg- 1)
NO3- N
(mg∃kg- 1)
TN
(% )
HL 6. 87 5. 74 1. 76 10. 52 5. 90 0. 127
HA 5. 90 5. 10 2. 11 22. 39 69. 39 0. 142
FA 6. 62 5. 83 1. 70 42. 98 18. 88 0. 123
HL:普通铁质淋溶土壤Haplic luv isols ; HA:简育水耕人为土壤 Hydrogric an
t hrosols ; FA: 肥熟旱耕人为土壤 Fim ic anthrosols .
简育水耕人为土壤施 N 150mg∃kg- 1土, N 肥品种为( NH4) 2
SO4 .将过 20 目筛的风干土样 10. 00g 按上述处理装入聚乙
烯塑料瓶中,调节含水量为田间最大持水量的 80% ,放入培
养箱进行培养,培养温度为 30 & 2∋ , 每个处理设 3 次重复.
培养过程中 ,每天用去离子水调节湿度,保持土壤含水量为
田间持水量的 80% . 在培养期间定期取样, 测定土样中
NH4
+ N、NO3 -N 的含量. 采样时间为培养开始后 6h(图中
用第 0d 表示)及 3、4、5、6、7、8、10、15、20 和 25d.
222 盆栽试验 试验土壤为南京的肥熟旱耕人为土, 试验
设5 个处理: 1) 未施 N 肥; 2) 施 N 肥; 3) N 肥 + 二氰胺
( DCD) 施用量为纯 N 量的 20% ; 4) N 肥+ 提取物 ! ( N! )
施用量为纯 N 量的 30% ; 5) N 肥+ 提取物∀ ( N ∀ ) 施用量
为纯 N 量的 30% . 每个处理重复 3 次. 所有施 N 处理的 N
肥用量为 UreaN 150mg∃kg- 1土, 一次性基施. 每个处理均
施 P2O5 100mg∃ kg- 1和 K2O 150mg∃kg - 1. 将肥料与土充分
混合装于塑料桶中,用次氯酸钠溶液消毒玉米种子, 28 ∋ 恒
温催芽,露白后直播. 每钵加 3kg 风干土,种 2 株玉米, 每天
称重加水,以保持土壤含水量为田间持水量的 80% .成熟后
收割测定植株的干物重、全 N量、计算 N 肥利用率.
23 测定方法
土壤 NH4+ N 和全 N 均采用半微量凯氏定氮法,
NO3
-N 采用铬铜柱还原法: 土壤中的矿质态 N 以 2mol∃
L - 1KCl振荡 1h 提取, 过滤后, 浸提液中的硝态 N 通过 Cu
Cd 还原柱定量还原为亚硝态 N, 溶液中的亚硝酸盐用重氮
化试剂(磺胺) HCl溶液和偶联试剂( N( 1萘胺)已二胺)处
理,形成一种偶氮染料. 然后用比色法测定[ 7] . 溶液中的
NH4
+ N用蒸馏法测定,可溶性 C 用 TOC500 仪测定.
3 结果与分析
31 楝树籽提取物对不同土壤矿质态 N 的影响
311 对普通铁质淋溶土 NO3- N 和 NH4+ N 的
影响 由图 1 可见, 普通铁质淋溶土 4 种处理的
NO3
- N 的动态变化大致相同,都是随着培养时间
的延长土壤 NO3- N 浓度不断增加,其中提取物 ∀
( N ∀)处理的土壤 NO3- N浓度增加最缓慢.在25d
内添加 DCD 和两种楝树籽提取物处理的土壤
NO3
- N 浓度明显低于 CK, 其中 N ∀的效果更明
显. N ∀处理组在 10d内几乎无 NO3- N 产生, 10d
后 NO3- N 才略有增加, 并且在整个培养期内
NO3
- N 都低于 DCD处理组. N ∀施于普通铁质淋
溶土壤后, 从培养后6h 至第 25d前测出的 NO3- N
浓度低于土壤本底含量, 第 25d 还只有 CK 的
6. 29% . Mishra等[ 4]的试验也得到类似结果. Mishra
将加了 N 100mg∃ kg- 1的土壤培养 6h 后测出的
NO3
- N 为 14. 0 mg∃kg- 1, 加neem cake ( MSU)的
处理为 1. 0 mg∃kg- 1, 第 21d 对照土壤的 NO3- N
为 96. 0 mg∃kg- 1, 第 25d 为 91. 0 mg∃kg- 1, 而加
neem cake处理的分别为 1. 5和 16. 0 mg∃kg- 1. 这
部分 NO3- N 是硝化作用被抑制还是被土壤微生
物同化,尚不清楚.
试验表明, N ∀施于普通铁质淋溶土壤 6h 后
(图 1) , NH 4+ N浓度只有 66. 2mg∃kg- 1, 低于加入
的 NH 4+ N 量,并且 NH4+ N在 4d内急剧降低, 4d
后开始逐渐增加, 到第 25d 时 NH4+ N 浓度达
37. 95mg mg∃kg- 1,比 CK 多 50% . 由此看来,添加
N ∀后在培养前期主要是土壤无机 N 被微生物迅速
同化,从第 5d起同化固定的 NH4+ N 逐步被矿化
释放出来.后期释放的铵态 N 有利于作物对 N 肥的
吸收利用.由图 1可见, DCD 的作用主要是抑制铵
的硝化作用, 表现在 DCD处理的土壤 NO3N 增加
缓慢,而土壤 NH4+ N减少也缓慢, 因此 DCD仍是
一种较好的硝化抑制剂.
图 1 培养条件下普通铁质淋溶土壤 NO 3-N和 NH4+N 变化
Fig. 1 NO3
N and NH4+N content in haplic luvisols during incubat ion.
312 对简育水耕人为土 NH 4+ N 和 NO3- N 的
影响 楝树籽提取物 ! ( N ! ) 施入简育水耕人为
土后, 土壤 NO3- N 随培养时间延长而逐步增加,
但在 20d内其浓度均低于对照(图 2) . 由图 2可见,
N!处理的土壤 NH4+ N 浓度在 10d 内均高于对
照 , 而同期的NO3- N浓度比对照低3 9. 7 4% ~
1418 应 用 生 态 学 报 13卷
图 2 培养条件下简育水耕人为土壤 NO 3-N 和 NH4+N 变化
Fig. 2 NO 3
N and NH4+N content in hydrgric anthrosols during incu
bat ion.
63. 77%, 说明 N !在 10d内能一定程度地抑制土壤
的硝化反应.
与普通铁质淋溶土一样, N ∀施入简育水耕人
为土壤培养 6h后, NO3- N浓度为 3. 94 mg∃kg- 1,
第3、4d后的NO3- N 为痕量,第 5d时只有 1. 41mg
∃kg- 1, 10d后 NO3- N 才显著增加,第 25 d时比对
照高 1. 11% (图 2) . 由图 4 可见, N ∀培养 6h 后,
NH4
+ N 浓度为 177. 46 mg ∃ kg- 1, 培养 4d 内
NH4
+ N 浓度显著降低, 但同期 NO3- N并未增加,
说明在简育水耕人为土壤上培养 4d内发生了铵的
微生物固定, 致使 NH4+ N 浓度显著降低. 这部分
被固定的铵可防止肥料因硝化和挥发而损失. 第 5d
起固定态铵被矿化,不断释放出 NH 4+ N,使 NH 4+
N 浓度升高,第 10d时达到最高值,此时在田间条件
下矿化出的 NH4+ N 正好可以被作物吸收利用.
10d后硝化作用增强, NH4+ N 逐步下降, 但至 25d
时 NH 4+ N浓度仍比 CK 高 55. 44%.
培养试验结果表明, 在普通铁质淋溶土和简育
水耕人为土 2种土壤上, N ∀与化肥一起加入土壤,
能使化肥无机 N被微生物迅速固定, 4~ 5d后, 固定
的无机 N 被逐渐释放出来,从而较好地调节了土壤
的供 N 过程. 由于 N ∀能够增加土壤中的矿化 N
量,因此能显著提高无机 N 肥的肥效, 对作物生长
有利.
32 楝树籽提取物对玉米生长和 N肥利用的影响
321 玉米干物重 由表 2 可见,楝树籽提取物 !
( N ! )和提取物 ∀( N ∀)与尿素混合后均能增加玉
米的干物产量, 其中 N ∀比只加尿素的处理增加
11. 65%, N !增加 3. 52%, DCD 的处理增加 24.
59%.虽然 N !和 N ∀处理的干物产量低于二氰胺
的处理,但从表 2看出,加入 N ∀处理的玉米根和茎
的干物重最大,分别比只加尿素的处理高 36. 55%、
5. 00% ; 加入 N ! 的处理则分别高 27. 91%、
0. 30% ,DCD处理的根重高出 24. 9% ,但茎的干物
重反而低 16. 87%.
N !和 N ∀主要是促进了根、茎的生长, 有利于
表 2 不同处理对玉米干物重的影响
Table 2 Effects of different treatments on dry biomass of maize ( g∃pot- 1)
处理
T reatment
果穗数
Spike number
果穗
Spike biomass
根 Root 茎秆* Stem 叶 Leaf 总重
Total biomass
未施 N 肥 No nit rogen fert ilizer 1. 00 1. 76 10. 21 & 2. 11 19. 97 & 0. 71 10. 41 & 0. 17 40. 59
N 肥 Nitrogen fert iliz er 1. 00 2. 12 15. 87 & 3. 07 36. 63 & 4. 06 17. 11 & 0. 10 69. 61
N 肥+ N ! Nit rogen fertilizer + NI 2. 00 4. 68 19. 07 & 2. 85 36. 74 & 4. 18 16. 25 & 1. 05 72. 06
N 肥+ N ∀ Nit rogen fertilizer + N ∀ 1. 67 3. 76 21. 67 & 2. 29 38. 46 & 2. 10 17. 59 & 0. 64 77. 72
N 肥+ DCD Nit rogen fertilizer + DCD 1. 33 2. 83 20. 30 & 2. 85 30. 45 & 7. 84 35. 98 & 1. 12 86. 73
* 茎秆的干物重中包括果穗干物重 Dry w eight of stems included that of spikes.
作物吸收和运输养分.虽然 DCD处理的玉米干物总
重量高于另 2个处理, 但此处理的干物质主要集中
于叶片,其叶片干物质量显著大于其他几个处理. 结
合土培试验分析,这种过度的营养生长可能是由于
DCD作为一种硝化抑制剂只能抑制硝化反应, 而对
土壤中无机 N的固定不起作用,使作物生长前期 N
素过多,茎叶徒长[ 5] . 添加楝树籽提取物后, 肥料铵
很快地被矿物或生物固定, 在一定程度上起到调节
土壤溶液中 NH4+ N 的浓度, 提高土壤的( 稳肥
性),从而把速效 N 肥变成缓效 N 肥的作用[ 11] , 使
之更好地吻合于作物的需 N过程.
322 玉米 N 吸收量 表 3表明, 加入楝树籽提取
物和 DCD处理的玉米吸收的 N 素均比只施尿素的
处理高, 说明楝树籽提取物和 DCD能促进根对 N
素的吸收利用; N ∀能提高玉米茎的吸 N 量; N ∀和
DCD都提高了玉米叶的吸 N 量, 其中 DCD处理显
著高于其他处理; N ∀和 DCD处理的玉米总 N 量显
著高于无添加物处理, 并且 N ∀处理显著高于 DCD
处理.
323 玉米 N 肥利用率 由表 4可见, N ∀可显著
141911 期 张晓晓等: 楝树籽提取物对土壤供氮和氮肥利用率的影响
表 3 不同处理对玉米 N吸收量的影响
Table 3 Effects of different treatments on N uptake by maize ( mg∃
pot- 1)
处理
T reatment
根
Root
茎秆
Stem
叶
Leaf
总 N 量
T otal N
未施 N 肥 No nitrogen fer tilizer 43. 80 133. 6 29. 04 206. 4a
N 肥 Nitrogen fert ilizer 69. 99 274. 7 78. 53 423. 2c
N 肥+ N!Nitrogen fer tilizer + N! 80. 67 266. 4 64. 68 411. 7b
N 肥+ N∀ Nitrog en fer tilizer+ N∀ 124. 2 311. 5 84. 08 519. 8e
N 肥 + DCDN it rogen fertilizer +
DCD
80. 98 215. 6 161. 9 458. 5d
表 4 不同处理对玉米 N肥利用率的影响
Table 4 Effects of di fferent treatments on ni trogen use efficiency by
maize (%)
处理
T reatment
利用率*
N use eff iciency
( % )
提高率
(与 N肥比)
Increasing
rate ( % )
N 肥 Nit rogen fert ilizer 48. 18B
N 肥+ N ! Nit rogen fertilizer + N ! 45. 62A
N 肥+ N ∀Nitrogen fert ilizer + N ∀ 69. 63D 44. 52
N 肥+ DCD Nit rogen fert ilizer + DCD 56. 01C 16. 25
* N 肥利用率= (施 N 区吸收的 N- 未施 N 区吸收的 N) # 100% /
施 N 量.
提高玉米的 N 肥利用率, 其 N 肥利用率比 DCD 高
13. 62 个百分点. N !并不能增加玉米的 N 肥利用
率.从玉米的果穗数来看(表 2) ,加 N ∀的处理比只
加尿素的处理多 67% ,比 DCD的处理多 25. 56% ,
而加 NI 的处理是只加尿素处理的 2倍,比 DCD 的
处理多 50. 38% ,并且 N !和 N ∀处理的果穗产量
均高于 DCD和只加尿素处理, 说明 N !更适合玉米
果穗的生长,但对玉米秸秆产量影响不大.此结果与
Sharm[ 9]的结果一致. Sharm 等[ 9]在田间试验中发
现,将楝树籽饼包裹尿素施入土壤后,可以增加玉米
籽粒产量, 但不能提高玉米秸秆产量.而 DCD处理
只是增加叶片的生长,对增产效果不是最好. 因此,
从最终产量来看, N !和 N ∀更能增加作物的果穗
产量,且肥效较高.
4 结 论
41 将 2种土壤上的试验结果进行比较, N !对普
通铁质淋溶土壤和简育水耕人为土壤的硝化作用有
一定的抑制效果,而 N ∀可以在前期固定土壤中的
NH4
+ N, 由于DCD对肥料中的NH4+ N无固定作
用,仅仅是延缓 NH4+ N转化为 NO3- N,可能对作
物生长有利, 而对土壤肥力的保持效果以及改善土
壤供 N不明显. 楝树籽提取物既能抑制硝化作用,
又能同化铵, 对作物的生长及土壤肥力的保持有积
极作用, 而其固定机制可能与提取物含有较高的可
溶性 C有关,具体原因有待进一步研究.
42 将 3种 N 肥添加剂进行比较, N ∀可使 N 肥
利用率提高到 69. 63%, DCD可使 N 肥利用率提高
到 56. 01% . N ∀能显著促进玉米根系对 N的吸收,
增加作物的吸 N 总量, 从而提高玉米产量. 如果将
N !和 N ∀同时与化肥 N 施入土壤, 可能会进一步
提高化学 N肥的利用率.这方面的研究有待今后继
续深入.
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Chinese)
作者简介 张晓晓, 女, 1973 年生, 硕士, 助教, 主要从事植
物营养研究. Email: zhangxiaox iao_nau @ 163. net
1420 应 用 生 态 学 报 13卷