全 文 ：中国生态农业学报 2014年 6月 第 22卷 第 6期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jun. 2014, 22(6): 744−748


* 山西省留学回国人员科研项目(200988)和山西省农业科学院重点招标项目(YZD0907)资助
** 通讯作者: 焦晓燕, 主要从事土壤养分循环利用等领域研究。E-mail: xiaoyan_jiao@126.com
武爱莲, 主要从事土壤生态与植物营养研究。E-mail: wuping.20088@163.com
收稿日期: 2013−11−06 接受日期: 2014−04−04
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2014.31097
秸秆还田对日光温室有机肥氮素矿化特征的影响*
武爱莲1 王劲松1 焦晓燕1** 董二伟1 王立革1 韩 雄1 陈 清2
(1. 山西省农业科学院农业环境与资源研究所 太原 030006; 2. 中国农业大学资源与环境学院 北京 100193)
中图分类号: S141.2 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)06-0744-05
Effects of straw returning on nitrogen mineralization of
manure in solar greenhouse
WU Ailian1, WANG Jinsong1, JIAO Xiaoyan1, DONG Erwei1, WANG Lige1, HAN Xiong1, CHEN Qing2
(1. Institute of Agricultural Environment & Resources, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taiyuan, 030006, China;
2. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China)
(Received Nov. 6, 2013; accepted Apr. 4, 2014)
有机肥具有供应养分和改良土壤的双重作用, 在
生产实践中被广泛应用于日光温室蔬菜生产中。据报道
日光温室有机肥使用量高达70 000~80 000 kg·hm–2[1–2],
养分投入的50%以上氮和磷、30%左右的钾是以有机
肥形式提供[2]。尽管已有大量文献报道了大田有机
肥氮素矿化特征[3], 但日光节能温室为封闭或半封闭
系统, 环境条件和物质运动发生相应变化, 形成了特
殊的生态环境[4–5], 其土壤含水量保持在田间持水量
的60%~70%, 空气相对湿度也较高 , 这在一定程度
上会调控和影响日光温室的有机肥氮素矿化特征。
日光温室随栽培年限的增加, 表现出一系列的
连作障碍, 包括自毒物质的产生[6]、根际土壤微生物
组成变化[7]、土壤微生物特性退化[8]、养分失衡及土
壤酸化并伴随着盐分的累积等[9]。秸秆还田能够改
变日光温室土壤生态环境, 减轻连作障碍发生[10–11],
提高土壤微生物代谢活性和改变土壤微生物对单一
碳源的利用能力[12]。为此秸秆还田已被广泛应用于
缓解日光温室蔬菜生产以延缓连作障碍的发生。
目前关于各种条件下有机肥氮素矿化特征的研
究虽有报道[13–14], 但针对日光温室条件下秸秆还田
对有机肥氮素矿化特征的研究却鲜见报道。本文通
过微型渗漏仪装置 (Micro-lysimeter)[15]研究日光温
室条件下不同用量有机肥的氮素矿化特征, 以及秸
秆还田后对有机肥氮素矿化过程的影响, 以期为日光
温室土壤环境调控和蔬菜养分管理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于 2009—2011年在山西省榆次市庄子乡南
赵村进行, 日光温室以越冬茬为主要栽培模式, 每
年 10月中下旬定植, 次年 7月收获。为避免日光温
室土壤肥力较高而影响有机肥氮素矿化的研究, 本
试验采用日光温室附近与其土壤质地相似但肥力瘠
薄的 0~30 cm 原状土柱为研究试材, 土壤类型为石
灰性褐土 , 0~15 cm 土层土壤机械组成为黏粒
(<0.002 mm)21%、粉粒(0.002~0.02 mm)27%、砂粒
(0.02~2 mm)52%, 土壤容重 1.28 g·cm–3。试验前用自
来水充分淋洗原状土柱, 直至淋洗液 NO3−-N含量稳定
为止, 淋洗后土壤有机碳 2.61 g·kg–1, 全氮 0.43 g·kg–1,
速效磷 3.04 mg·kg–1 , 速 效 钾 77.6 mg·kg–1, 硝态
氮 4.08 mg·kg–1, pH为 8.37, EC为 157.7 μS·cm–1。供
试有机肥为鸡粪, 秸秆为玉米秸秆, 基本性状见表 1。
1.2 试验设计
采用 Nendel 等描述的微型渗漏仪装置(Micro-
lysimeter)对日光温室条件下两个生长季节(共 577 d)
有机肥及秸秆还田后有机肥的氮素矿化特征进行研究,
第 6期 武爱莲等: 秸秆还田对日光温室有机肥氮素矿化特征的影响 745


表 1 供试有机肥(鸡粪)和秸秆基本性状
Table 1 Basic properties of the organic manures and straw used in the experiment
试验材料
Experimental material
总有机碳
Total organic C (g·kg–1)
全氮
Total N (g·kg–1)
C/N NO3
–-N
(mg·kg–1)
NH4+-N
(mg·kg–1)
鸡粪 Chicken manure 283.01 42.80 6.60 463.81 1 110.70
秸秆 Straw 448.40 6.70 66.93 — —

以明确一次性投入有机肥后对当季和下季蔬菜氮素
的有效性。第 1生长季节 270 d, 第 2生长季 307 d,
两生长季节共 577 d。植株定植前, 将 PVC管(内筒)
内原状土柱 0~15 cm土层的土壤与有机肥或有机肥
及秸秆充分混合后回填, 15~30 cm的土层仍为原状
土。试验共设 5个处理: 不施有机肥(CK), 施 200 kg
(N)·hm–2 有机肥(ML), 施 200 kg(N)·hm–2 有机肥加
11 000 kg·hm–2秸秆(ML+S), 施 400 kg(N)·hm–2有机
肥(MH), 施 400 kg(N)·hm–2有机肥加 22 000 kg·hm–2
秸秆(MH+S), 每个处理 4 次重复。两个生长季节结
束后采集 0~15 cm的土壤样品测定其养分含量。
将装有上述混好有机肥及秸秆的PVC内筒套进
直径24 cm、长45 cm、底部为斜面的外部PVC管(外
筒), 埋入温室内两株植株之间。在微型渗漏计和日
光温室内分别安装HOBO气象站监测土壤温湿度 ,
根据温室内的灌溉量换算微型渗漏计内浇水量, 保
证渗漏计和温室内的土壤温湿度基本一致。浇水后
48 h收集外筒内的渗漏液测定NO3−-N含量, 计算不
同时段氮素矿化量和累积氮素矿化量。
1.3 测定项目及方法
土壤速效磷采用 0.5 mol·L–1NaHCO3浸提−钼锑
抗比色法测定; 速效钾采用 NH4OAC 浸提−火焰光
度计法测定; 全氮采用硫酸消煮, 全自动凯氏定氮仪
(2300 Kjeltec Analyzer Unit, 瑞典, FOSS TECATOR公
司)测定 ; 总有机碳采用重铬酸钾−外加热法测定 ;
硝态氮采用 2 mol·L–1KCl 浸提, 水土比为 5︰1, 流
动注射仪 (FLAstar 5000 Analyzer, 瑞典 , FOSS
TECATOR公司)测定。
渗漏液硝态氮的测定: 收集的渗漏液过 0.45 μm滤
膜后, 直接用流动注射分析仪测定。
不同时段土壤氮素矿化量采用不施有机肥处理
(土壤)渗漏液的体积与其NO3−-N的浓度计算 ; 有机
肥(添加秸秆或不添加秸秆)氮素矿化量为各处理的
渗漏液体积与其NO3−-N浓度的乘积分别减去同时段
土壤氮素矿化量; 某时段氮素矿化率为该时段氮素
矿化量/施入氮素总量。
1.4 数据处理
采用 Microsoft Excel及 Minitab 14进行图表制
作及数据统计分析。
2 结果与分析
2.1 秸秆还田对有机肥氮素矿化量的影响
图 1a表明, 在培养 33 d时秸秆还田对有机肥矿
化的氮素有一定的固定作用。第 1生长季节(共 270 d)

图 1 有机肥及秸秆还田后第 1 生长季(a)、第 2 生长季
(b)和两个生长季(c)的氮素矿化累积量
Fig. 1 Accumulated N mineralization of manure and manure
with straw during the first growing season (a), the second
growing season (b) and the both growing seasons (c)
CK: 不施有机肥; ML: 施 200 kg(N)·hm–2有机肥; ML+S: 施 200 kg
(N)·hm–2有机肥加11 000 kg·hm–2秸秆; MH: 施400 kg(N)·hm–2有机肥;
MH+S: 施 400 kg(N)·hm–2有机肥加 22 000 kg·hm–2秸秆。下同。CK:
without manure; ML: application of 200 kg(N)·hm–2 manure; ML+S:
application of 200 kg(N)·hm–2 manure and 11 000 kg·hm–2 straw;
MH: application of 400 kg(N)·hm–2 manure; MH+S: application of
400 kg(N)·hm–2 manure and 22 000 kg·hm–2 straw. The same below.
746 中国生态农业学报 2014 第 22卷


各处理的氮素矿化累积量差异显著, CK 处理最低,
为 22.2 kg·hm–2, 显著低于其他处理(P<0.05); MH处
理显著高于其他各处理 (P<0.05), 为 85.9 kg·hm–2;
ML、ML+S、MH+S处理间差异不显著(P>0.05)。尽
管 MH处理的氮素矿化累积量比 ML高 46.1%, 但并
没有表现出成倍增长的趋势。秸秆还田对不同有机肥
用量下氮素的矿化量影响不一, ML+S与 ML处理的
氮素矿化量差异不显著, 而 MH+S 处理的氮素矿化累
积量较MH处理降低 32.5%, 二者差异显著(P<0.05)。
第 1生长季节 ML、ML+S、MH、MH+S处理的氮素
矿化率分别为 29.4%、20.0%、21.5%和 10.6%。
图 1b表明, 第 2生长季节土壤本身(CK)仍能矿
化提供氮素 13.5 kg·hm–2。与有机肥处理比较, 秸秆
还田处理的氮素矿化量显著提高(P<0.05), ML+S处
理第 2 生长季节的氮素矿化量是 ML 处理的 1.7 倍,
MH+S 处理的氮素矿化量为 MH 处理的 1.3 倍。第 2
生长季节 ML、ML+S、MH、MH+S 处理的氮素矿化
量分别为 19.86 kg·hm–2、34.15 kg·hm–2、31.4 kg·hm–2
和 40.65 kg·hm–2, 矿化率分别 9.9%、12.5%、7.9%
和 7.4%。
从两个生长季来看, 供试土壤本身能够提供氮素
35.7 kg·hm–2, ML和ML+S处理分别提供氮素78.6 kg·hm–2
和 88.9 kg·hm–2, 秸秆还田对有机肥氮素的矿化没有
显著影响 (P>0.05) , 氮素矿化率分别为 39.3%和
32.5%; MH和MH+S处理分别提供氮素 117.4 kg·hm–2
和 98.7 kg·hm–2, 而与 MH处理比较, MH+S处理显
著降低了有机肥氮素的矿化量(P<0.05), 其矿化率
分别为 29.3%和 18.0%(图 1c)。
2.2 秸秆还田后有机肥的氮素矿化特征
为探明添加秸秆对不同用量鸡粪氮素矿化特征
的影响, 分别以 y=ax+bx2和 y=bx进行回归分析, 拟
合方程式见表 2。由表 2可知, 各处理用一元二次方
程 y=ax+bx2(R2>0.90)拟合的氮素矿化量均优于线性关
系的拟合度, 在培养天数内一元二次方程 y=ax+bx2能
更好地拟合有机肥氮素矿化量随天数的变化规律。
2.3 有机肥及秸秆还田对土壤养分的影响
从表 3 可以看出, 与 CK 比较, ML、ML+S 和
MH 处理对 0∼15 cm 土层土壤有机质含量没有显著
影响, 而 MH+S 处理显著提高了土壤有机质含量。
ML 和 MH 处理对土壤全氮含量没有显著影响, 而
ML+S和 MH+S处理显著地提高了 0∼15 cm土层土
壤全氮含量。随有机肥用量增加, 0∼15 cm土层土壤
有效磷含量显著增加, 在同等有机肥用量条件下秸
秆还田对有效磷含量没有显著影响; MH 处理显著
提高了 15∼30 cm土层有效磷含量。随有机肥用量增
加, 0∼15 cm土层速效钾含量增加, 在同一有机肥用
量时秸秆还田处理提高了 15∼30 cm 土层中的速效
钾含量。
表 2 不同用量有机肥及其添加秸秆后有机肥氮素矿化(kg·hm–2)与时间(天数)的拟合方程
Table 2 Fitting equations between accumulated N mineralization and time (day) affected by different manure application rates and
straw incorporation during incubation period
非线性关系
Non-linear regression (y=ax+bx2)
线性关系
Linear regression (y=bx) 处理
Treatment
a b R2 b R2
CK 0.084 1 −4E−5 0.986 0.066 1 0.968
ML 0.268 5 −0.000 2 0.975 0.156 8 0.813
ML+S 0.222 8 −0.000 1 0.990 0.162 9 0.954
MH 0.388 5 −0.000 03 0.988 0.237 5 0.865
MH+S 0.223 3 −9E−5 0.988 0.182 4 0.976
表 3 有机肥及秸秆还田两季后土壤养分状况
Table 3 Soil nutrients contents affected by different manure application rates and straw after two growing seasons
有机质
Organic matter (g·kg–1)
全氮
Total N (g·kg–1)
有效磷
Available P (mg·kg–1)
速效钾
Available K (mg·kg–1) 处理
Treatment
0~15 cm 15~30 cm 0~15 cm 15~30 cm 0~15 cm 15~30 cm 0~15 cm 15~30 cm
CK 3.96±0.06b 3.41±0.09a 0.36±0.00b 0.33±0.01a 3.53±0.04c 2.51±0.03b 89.56±0.62c 85.64±1.83b
ML 3.87±0.26b 3.38±0.36a 0.40±0.02ab 0.31±0.02a 9.78±0.81b 3.41±0.29ab 99.07±2.80b 88.58±0.81ab
ML+S 4.53±0.19b 3.90±0.15a 0.45±0.01a 0.27±0.02a 11.18±0.37b 2.93±0.18b 116.58±1.16a 95.93±0.96a
MH 4.18±0.20b 3.00±0.13a 0.41±0.00ab 0.33±0.02a 17.40±0.99a 3.79±0.17a 107.71±3.43ab 86.67±1.74b
MH+S 5.83±0.29a 3.56±0.35a 0.47±0.01a 0.34±0.01a 15.08±0.24a 3.23±0.08ab 114.56±0.00a 97.71±0.74a
表中同列不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Different letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level.
第 6期 武爱莲等: 秸秆还田对日光温室有机肥氮素矿化特征的影响 747


3 讨论与结论
有机肥中的有机氮素通过矿化作用转化为NH3
或NH4+和NO3–, 微生物活动释放的NH4+在其活动过
程中会被固定, 被微生物固定前 NH4+的矿化量为总
矿化量, 总矿化量与被微生物固定氮素的差值则为
净矿化量[16]。矿化过程中不仅产生 NH3, 也有反硝
化过程产生 N2O 而导致矿化氮素的损失[17–19], 因此
本研究有机肥氮素矿化量及矿化率会低于实际的净
矿化量, 但这并不影响利用 NO3–的矿化量评价日光
温室条件下有机肥及其有机肥加秸秆的氮素矿化量
和蔬菜作物养分供给状况, 对指导温室蔬菜生产过
程中氮素管理具有指导意义。
有机肥用量和秸秆还田影响不同时段有机肥氮
素矿化率。在培养的 33 d时秸秆还田对矿化的氮素
有一定的固定作用; 施入有机肥 270 d 时无论秸秆
还田与否低用量有机肥比高用量有机肥氮素矿化率
高, 前者接近 30%, 这与周博等[20]的研究结果相一
致, 这说明有机肥的矿化率与其施入量并不表现为
成倍增长的趋势, 且秸秆还田后, 由于施入秸秆的
C/N 较高导致有机肥矿化的氮素被固定[21]。第 1 生
长季节 ML、ML+S、MH、MH+S 各处理的氮素矿
化率分别为 29.4%、20.0%、21.5%、10.6%。第 2生
长季(277∼577 d)无论高用量还是低用量有机肥仍有
将近 10%的氮素可供给作物生长, 且低施用量加秸
秆处理提高了有机肥氮素矿化率, 这进一步说明了
秸秆还田能够延长有机肥氮素的释放[22]。第 2 生长
季节 ML、ML+S、MH、MH+S 各处理的氮素矿化
率分别为 9.9%、12.5%、7.9%、7.4%。就两个生长
季节来看, 低用量有机肥和高用量有机肥氮素矿化
率分别为 40%和 30%左右, 同时使用有机肥提高了
土壤有机质和全氮含量, 这不排除仍有部分氮素被
固定, 或仍能矿化而被后茬蔬菜吸收利用。两个生
长季节结束后 ML、ML+S、MH、MH+S 各处理氮
素矿化率分别为 39.3%、32.5%、29.3%、18.0%, 表
现为随有机肥用量增加氮素矿化率下降, 添加秸秆
调缓了有机肥氮素矿化速率。
日光温室土壤有效磷含量与栽培年限增加相
关系数较高 [9,23], 有机肥显著地提升了土壤养分
含量, 尤其以有效磷最为明显, 并有向下移动的倾
向 , 这进一步说明日光温室在大量施用有机肥的
同时需关注土壤磷素的管理 ; 与同等有机肥用量
比较 , 秸秆还田导致土壤全氮和速效钾含量增高 ,
为此在秸秆还田改善日光温室土壤环境的同时需
适当减少钾肥的投入。
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