提高尿素氮利用效率

有机氮肥对马来西亚沙捞越州酸性土壤玉米干物质产量及铵态氮和硝态氮含量的影响_2011年论文集

Susilawati Kasim1 Osumanu Haruna Ahmed1 Nik Muhamad Ab.Majid1 Mohd Khanif Yusop2 Mohamadu Boyie Jalloh3 著

王艳群4 孙志梅4 译

（1 马来西亚博特拉大学农业和食品科学院作物科学系 沙捞越州 97008

2 马来西亚博特拉大学农学院土地管理科学系 雪兰莪州 43400

3 马来西亚沙巴大学可持续农业学校 沙巴州 88999

4 河北农业大学资源与环境科学学院 保定 071000）

摘 要：腐殖质中的腐植酸和黄腐酸可以提高土壤中可交换性铵(NH4+)的回收率。这两种酸固定和保持NH4+的能力已经在许多研究中得到了证实，二者通过提高植株的光合作用速率、促进根系发育影响植物的生长和养分吸收。因此，本研究调查了这两种酸(液态)对玉米干物质产量、土壤铵态氮和硝态氮(NO3-)含量的影响。根据液态有机氮肥的组成，采用标准方法分离提纯腐植酸。有机氮肥在玉米种植后第10天、第28天分别施入盆栽土壤，然后在种植后第54天或孕穗期采集植株和土壤样品。土壤样品分析pH、铵态氮和硝态氮含量，植株样品测定干物质产量。结果表明，在酸性条件下，液态有机氮肥(黄腐酸、腐植酸或二者同时施用)的施用可以提高土壤中NH4+的累积量。随土壤活性碳储量的增加，腐植酸分子上羧基官能团对土壤NH4+的吸附能力增强。然而，酸含量较低时对干物质产量的影响明显减小。各处理间硝态氮的有效性没有达到统计上的差异显著水平。较低的pH值能抑制土壤硝化作用进程，同时降低土壤NO3-含量。这表明液态腐植酸和/或黄腐酸在提高尿素利用效率方面发挥着重要作用。然而，与腐植酸分子特性有关的作用机理还需要进一步详细研究。本研究为液态和叶面有机肥料的发展提供一定的依据。

关键词：腐植酸 黄腐酸 氮肥 液态肥料 铵态氮 硝态氮 玉米

Effect of Organic Based N Fertilizer on Dry Matter (Zea mays L.), Ammonium and Nitrate Re

covery in an Acid Soil of Sarawak, Malaysia

Susilawati Kasim1, Osumanu Haruna Ahmed1, Nik Muhamad Ab.Majid1,

Mohd Khanif Yusop2, Mohamadu Boyie Jalloh3 write

Wang Yanqun4, Sun Zhimei4 translate

(1 Department of Crop Science, Faculty of Agriculture and Food Science, University Putra Malaysia,

Bintulu Campus, Sarawak, 97008

2 Department of Land Management, Faculty of Agriculture, University Putra Malaysia, Serdang, Selangor, 43400

3 School of Sustainable Agriculture, University Malaysia Sabah, Locked Bag, Sabah, 88999

4 College of Resources and Environmental Science, Agricultural University of Hebei, Baoding, 071001)

Abstract: Problem statement: Exchangeable ammonium(NH4+)could be recovered by humic and fulvic acids from humic substances. The ability of these acids in fixing or retaining NH4+ has been demonstrated in many findings and reports. Both acids could affect the plant growth, nutrients uptake by enhancing photosynthesis rate and root growth among others. Thus, in this study, the effect of both acids(in liquid form)on soil exchangeable NH4+, dry matter production and available nitrate(NO3ˉ) was investigated. Approach: Humic molecules were isolated using standard procedures, followed by liquid organic N fertilizers formulation. Organic based N fertilizers were applied to soil in pots at 10 Days After Planting(DAP)and 28 DAP. Treated soils and plant parts were sampled at 54 DAP or at tasselling stage. Soil samples were analyzed for pH, ammonium and nitrate content. The plant samples were weighed to assess dry matter production. Results: Under acid condition, organic based liquid N fertilizers(fulvic acid or both, humic and fulvic acids)increased accumulation of NH4+in soil. The presence of carboxylic groups in humic molecules increased NH4+ retention with increasing soil’s stock labile carbon. However, low percentage of these acids reduced their full effect on dry matter production. The availability of nitrate was not statistically different for all treatments. Low soil pH could had reduced nitrification processes and simultaneously soil NO3ˉcontent. Conclusion: Liquid form of humic and/or fulvic acids could play an important role in enhancing urea efficiency. However, their contribution needs to be studied in detail in relation to humic molecules characteristics. This study had a potential in the development of liquid and foliar organic fertilizers.

Key words: humic acid; fulvic acid; nitrogen fertilizer; liquid fertilizer; ammonium; nitrate; maize

近年来，合理的施用肥料对于保证食品安全、减少环境污染非常重要。例如，尿素(农业生产中最常用的氮肥)的不平衡施用(表面撒施)已经导致了诸如氨挥发等全球性的环境问题。因此，农业生产中急需一种新的技术措施来减少氨挥发，同时改善或提高尿素氮的利用率。

氨挥发受土壤pH、阳离子交换量(CEC)、温度和湿度等多种土壤环境因子的影响，氮损失量可以达到氮素施用总量的10%～60%。随着人们对过量施用氮肥引起环境污染问题的日益关注，农业生产中提高尿素态氮利用效率的问题必须引起足够重视。提高尿素氮利用效率的方法之一，是把尿素和一些酸性有机物质如腐植酸(humic acid，简称HA)、黄腐酸(fulvic acid，简称FA)混合，这些物质可以平衡尿素水解过程中释放出的NH4+，同时降低土壤的pH。已经有研究证实了有机肥料和矿物质肥料(如NPK肥料)配合施用取得的良好效果，土壤总有机碳和全氮含量、活性有机碳储量明显增加。众所周知，土壤活性有机碳在改善作物营养和促进土壤团聚体形成方面发挥着重要作用。即使在浓度非常低时，有机物质对于控制尿素氮损失也能起到良好效果。因此，本研究探讨了玉米施用有机物质与尿素混合肥的效果。有研究表明，HA能显著减少氮素损失，0.75 g/kg的HA和沸石混合施用可以减少氮素损失达60%。

HA除了可以降低氮素损失外，还能通过促进植物对必需的大量和微量营养元素的吸收来促进作物生长。同时，腐植酸盐还能通过影响植物的光合作用、叶绿素含量和植物根系呼吸等生理活动直接影响和促进植物的生长。

本研究的目的是探讨液态HA、FA和尿素的混合物对土壤交换性铵、硝态氮(NO3-)以及玉米干物质产量的影响。

1 材料与方法

充分腐熟的泥炭土取自马来西亚沙捞越州吉隆坡达道，取样深度为0～25 cm，矿质土取自马来西亚博特拉大学中未经开垦扰乱的土壤，取样深度0～25 cm，两种土壤经风干后过2 mm筛以备进一步分析和温室试验用。在进行化学分析之前，泥炭土样品先在60 ℃下干燥24 h。矿质土壤测定项目：pH值采用玻璃电极(水和KCl)测定，土水比为1︰2.5；阳离子交换量用pH为7的1 mol/L醋酸铵(调到)浸提，水浴蒸干后测定；交换性阳离子(K、Ca和Mg)采用原子吸收分光光度计(美国康奈提格州诺瓦克铂金艾尔默800型)测定；全氮采用微量凯氏定氮法；有机质和总有机碳采用燃烧法；容重采用标准方法测定[15]。

肥料配方中所用的HA和FA，是通过采用Susilawati等修改的方法从泥炭土中分离得到的。由于HA分离包含了用6 mol/L盐酸酸化的步骤，从而形成了酸化和未被酸化的两种混合物，二者都含有HA和FA。

温室试验采用完全随机区组设计，重复3次。试验设8个处理，分别是：液态尿素(T1)、固态尿素(T2)、尿素+液态HA(T3)、尿素+液态FA(T4)、尿素+酸化的HA和FA的液态混合物(T5)、尿素+未酸化的HA和FA的液态混合物(T6)、液态硫酸铵(T7)和对照(没有任何处理的土壤)(T0)。试验用塑料盆规格为27×18 cm，每盆装土7.5 kg(根据原土壤容重计算)。

玉米需肥量为尿素330.4 kg/hm2，重过磷酸钙(TSP)121.6 kg/hm2和氯化钾(MOP)107.2 kg/ hm2，按比例换算后，每盆施肥量为尿素4.13 g，TSP 1.52 g，MOP 1.34 g。肥料于玉米种植后第10天及第28天两次表施，然后对玉米的生长发育状况进行监测，直到孕穗期(种植后54 d)，因为此期是植株进入生殖生长之前长势最快的时期。植株采样时把茎和叶分开。土壤中的残留根系用水龙头将泥土冲洗干净，然后收集起来。植株各部分在60 ℃下充分烘干至恒重，称重。在收获之前，从盆中采集土壤样品，按照标准方法测定土壤pH、铵态氮和硝态氮。

对试验结果进行方差分析，同时采用邓肯新复极差检验法对各处理间进行多重比较。

2 结果

本研究所用土壤是酸性土壤(pH值测定时分别采用水电极和KCl电极)，土壤理化性状见表1。

土壤阳离子交换量和的Nyalau系列结果相一致。土壤氮含量较低，但有机质和总有机碳含量相对较高。土壤容重为1.548 g/cm3。

玉米种植后54 d各处理土壤的pH见表2。可以刊出，除处理T5中的pH(pHw和pHkcl)和处理T7中的pHw外，其他所有处理的pH(包括pHw和pHkcl)测定值与对照相比，差异均不显著。此结果表明，施用尿素和尿素与液态有机物质的混合物不会显著影响土壤的pH值。与预期相同，处理T7的pH值最小，且高pH肥料(表3)的施用也不会显著影响土壤的pH。

表1 Nyalau系列土壤的基本理化性质
Tab.1 Physico-chemical characteristics of Nyalau series

注：由于土壤性质的变化，标准数据范围由Paramanthan提出。

表2 玉米种植后54天各处理对土壤的pH的影响
Tab.2 Effect of treatments on soil pH at 54 DAY

注：字母不同表示显著性差异；采用邓肯新复极差检验法，P=0.05，下同。

表3 液态有机物质与尿素混合的肥料pH
Tab.3 pH values of formulated liquid organic-urea mixture fertilizer

和对照相比，(NH4)2SO4处理(T7)、液态有机肥料配合施用的处理(T3～T6)以及尿素处理(T1和T2)，玉米的干物质产量均相对较高(表4)。虽然含有HA的尿素肥料与其他肥料相比pH值是最高的(表3)，但是该处理的干物质产量与其他处理相比并没有显著差异(表4)。这与处理T6的结果一致，处理T6的pH值是6.89。

表4 种植后54天各处理对玉米干物质产量的影响
Tab.4 Effect of treatments on dry matter production of maize at 54 DAY

在农业生产中，(NH4)2SO4也是一种重要的氮素肥料。尽管(NH4)2SO4处理(T7)土壤NH4+含量最高(图1)，但是该处理的玉米干物质产量与其他处理相比并没有显著提高。

图1 种植后54天各处理对土壤交换性铵(NH4+)含量的影响
Fig.1 Effect of treatments on soil exchangeable ammonium at 54 DAY

就NH4+的积累而言，除T7外，处理T4和T5与其他处理相比更有效。但总体而言，除T7和T0处理外，其他各施肥处理的土壤硝态氮(NO3-)含量均没有显著差异(图2)。

图2 玉米种植后54天各处理对土壤NO3--N含量的影响
Fig.2 Effect of treatments on soil available nitrate at 54 DAY

3 讨论

土壤交换性阳离子(K、Ca和Mg)以及粘粒、砂粒和粉粒含量的差异可能是由于土层不同造成的。因为过渡性土层(物理化学性质发生一些不太明晰的改变的土壤层)或者是粘土层(表层存在粘粒或者有硅酸盐粘土累积)的存在，会导致某些土壤性质的变化。然而，由于缺少过渡性土层的有关信息，无法进行比较。

施用液体肥料是导致土壤pH值低的原因之一。部分肥料会随着水和空气的流动而移动，具有较强的移动性，这种特性加剧了肥料的损失，因此降低了对土壤pH值的影响。本研究表明，肥料的施用不会对土壤pH产生长远的影响，而施用有机氮肥处理的土壤(T1～T5)pH值较低也不能表明这些处理能够提高或降低土壤pH。Ahmed等报道，这种影响是暂时的。尿素和酸性物质混合物的短期效应暂时降低了土壤pH值。

在含有HA的混合肥料中，HA与由尿素水解释放的NH3发生反应的可能性很大，这是由于尿素的水解提高了周围环境的pH值，从而促进了反应的发生。由于尿素的连续水解以及土壤中过量的NH4+导致了大量NH3的存在，这必然会增强氨的固定过程。

(NH4)2SO4的酸性特征降低了它对干物质产量的影响，如果不添加石灰，这种酸性可能影响植物的正常生长发育，以SO42-形式存在的硫会降低土壤pH值并影响NH3的挥发。因此，(NH4)2SO4并不适合在酸性土壤中施用。

腐植酸分子中官能团的存在及其本身的特性对土壤NH4+的保持会产生很大影响。与FA相比，HA官能团含有较少的氧，这种特性降低了处理T4中铵态氮的含量。然而羧基官能团在pH为3时解离H+的能力，使腐植酸分子(尤其是FA)在较低的pH条件下可固定更多的NH4+。因此，这在一定程度上解释了处理T5在玉米种植后第54天时土壤中NH4+含量较高的原因。HA阳离子交换能力(总酸度)较低可能是HA效果较差的原因之一。根据Tan研究，HA的总酸度变幅为6～8.9 meq/g，而FA总酸度变幅范围是10～12.3 meq/g。因此，在酸性土壤中，FA在保持土壤NH4+、提高尿素利用效率方面效果更好。

处理T4和处理T5施用的混合肥料是酸性的(表3中的F3和F4)。用处理T4和处理T5土壤会降低土壤pH，这有助于减少氨挥发损失。因此，与其他处理相比，处理T4和处理T5处理的土壤交换性铵含量更高。Fan等也得到过类似的结论，他们发现与磷酸一铵相比，三料过磷酸钙(酸性更强)的施用减少尿素中NH3挥发损失的效果更好。

全氮以及C∶N比值反映了土壤固定NH4+能力的强弱。例如，全氮为0.29%，C∶N为10.4时，土壤能固定125μg/g NH4+。在全氮为0.34%， C∶N为9.85的土壤中，这种过程发生的可能性是很高的。但土壤的固铵作用在各处理之间并没有显著差异。这是因为在本研究中，土壤氮的施用量是相同的。图1、图2和表3的干物质产量结果能够清晰地证明这一点。

各处理之间NO3-含量未表现出显著差异，可能是由于较低的土壤pH减缓了土壤硝化作用进程。以前的研究表明，硝化作用发生的最佳pH是8.5，而本研究的pH范围不利于此反应的发生，进而导致土壤NO3-含量较低。

4 结论

液态腐植酸和/或黄腐酸在提高尿素利用率方面发挥着重要作用。然而，与腐殖质分子本身性质有关的作用还需要进行详细研究。土壤中的NH4+和NO3-可以促进植株生长，但有利于提高二者回收率的HA的适宜用量还有待于详细研究。液态有机肥料的发展还需继续深入探讨，但液态有机肥作为叶面肥施用的前景是很广阔的。

致谢和参考文献(略)

译自：American Journal of Applied Sciences，2009，6(7):1289～1294。