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

王艷群4 孫志梅4 譯

（1 馬來西亞博特拉大學(xué)農(nóng)業(yè)和食品科學(xué)院作物科學(xué)系 沙撈越州 97008

2 馬來西亞博特拉大學(xué)農(nóng)學(xué)院土地管理科學(xué)系 雪蘭莪州 43400

3 馬來西亞沙巴大學(xué)可持續(xù)農(nóng)業(yè)學(xué)校 沙巴州 88999

4 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 保定 071000）

摘 要：腐殖質(zhì)中的腐植酸和黃腐酸可以提高土壤中可交換性銨(NH4+)的回收率。這兩種酸固定和保持NH4+的能力已經(jīng)在許多研究中得到了證實(shí)，二者通過提高植株的光合作用速率、促進(jìn)根系發(fā)育影響植物的生長和養(yǎng)分吸收。因此，本研究調(diào)查了這兩種酸(液態(tài))對玉米干物質(zhì)產(chǎn)量、土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮(NO3-)含量的影響。根據(jù)液態(tài)有機(jī)氮肥的組成，采用標(biāo)準(zhǔn)方法分離提純腐植酸。有機(jī)氮肥在玉米種植后第10天、第28天分別施入盆栽土壤，然后在種植后第54天或孕穗期采集植株和土壤樣品。土壤樣品分析pH、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，植株樣品測定干物質(zhì)產(chǎn)量。結(jié)果表明，在酸性條件下，液態(tài)有機(jī)氮肥(黃腐酸、腐植酸或二者同時施用)的施用可以提高土壤中NH4+的累積量。隨土壤活性碳儲量的增加，腐植酸分子上羧基官能團(tuán)對土壤NH4+的吸附能力增強(qiáng)。然而，酸含量較低時對干物質(zhì)產(chǎn)量的影響明顯減小。各處理間硝態(tài)氮的有效性沒有達(dá)到統(tǒng)計(jì)上的差異顯著水平。較低的pH值能抑制土壤硝化作用進(jìn)程，同時降低土壤NO3-含量。這表明液態(tài)腐植酸和/或黃腐酸在提高尿素利用效率方面發(fā)揮著重要作用。然而，與腐植酸分子特性有關(guān)的作用機(jī)理還需要進(jìn)一步詳細(xì)研究。本研究為液態(tài)和葉面有機(jī)肥料的發(fā)展提供一定的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：腐植酸 黃腐酸 氮肥 液態(tài)肥料 銨態(tài)氮 硝態(tài)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

近年來，合理的施用肥料對于保證食品安全、減少環(huán)境污染非常重要。例如，尿素(農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最常用的氮肥)的不平衡施用(表面撒施)已經(jīng)導(dǎo)致了諸如氨揮發(fā)等全球性的環(huán)境問題。因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中急需一種新的技術(shù)措施來減少氨揮發(fā)，同時改善或提高尿素氮的利用率。

氨揮發(fā)受土壤pH、陽離子交換量(CEC)、溫度和濕度等多種土壤環(huán)境因子的影響，氮損失量可以達(dá)到氮素施用總量的10%～60%。隨著人們對過量施用氮肥引起環(huán)境污染問題的日益關(guān)注，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提高尿素態(tài)氮利用效率的問題必須引起足夠重視。提高尿素氮利用效率的方法之一，是把尿素和一些酸性有機(jī)物質(zhì)如腐植酸(humic acid，簡稱HA)、黃腐酸(fulvic acid，簡稱FA)混合，這些物質(zhì)可以平衡尿素水解過程中釋放出的NH4+，同時降低土壤的pH。已經(jīng)有研究證實(shí)了有機(jī)肥料和礦物質(zhì)肥料(如NPK肥料)配合施用取得的良好效果，土壤總有機(jī)碳和全氮含量、活性有機(jī)碳儲量明顯增加。眾所周知，土壤活性有機(jī)碳在改善作物營養(yǎng)和促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成方面發(fā)揮著重要作用。即使在濃度非常低時，有機(jī)物質(zhì)對于控制尿素氮損失也能起到良好效果。因此，本研究探討了玉米施用有機(jī)物質(zhì)與尿素混合肥的效果。有研究表明，HA能顯著減少氮素?fù)p失，0.75 g/kg的HA和沸石混合施用可以減少氮素?fù)p失達(dá)60%。

HA除了可以降低氮素?fù)p失外，還能通過促進(jìn)植物對必需的大量和微量營養(yǎng)元素的吸收來促進(jìn)作物生長。同時，腐植酸鹽還能通過影響植物的光合作用、葉綠素含量和植物根系呼吸等生理活動直接影響和促進(jìn)植物的生長。

本研究的目的是探討液態(tài)HA、FA和尿素的混合物對土壤交換性銨、硝態(tài)氮(NO3-)以及玉米干物質(zhì)產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

充分腐熟的泥炭土取自馬來西亞沙撈越州吉隆坡達(dá)道，取樣深度為0～25 cm，礦質(zhì)土取自馬來西亞博特拉大學(xué)中未經(jīng)開墾擾亂的土壤，取樣深度0～25 cm，兩種土壤經(jīng)風(fēng)干后過2 mm篩以備進(jìn)一步分析和溫室試驗(yàn)用。在進(jìn)行化學(xué)分析之前，泥炭土樣品先在60 ℃下干燥24 h。礦質(zhì)土壤測定項(xiàng)目：pH值采用玻璃電極(水和KCl)測定，土水比為1︰2.5；陽離子交換量用pH為7的1 mol/L醋酸銨(調(diào)到)浸提，水浴蒸干后測定；交換性陽離子(K、Ca和Mg)采用原子吸收分光光度計(jì)(美國康奈提格州諾瓦克鉑金艾爾默800型)測定；全氮采用微量凱氏定氮法；有機(jī)質(zhì)和總有機(jī)碳采用燃燒法；容重采用標(biāo)準(zhǔn)方法測定[15]。

肥料配方中所用的HA和FA，是通過采用Susilawati等修改的方法從泥炭土中分離得到的。由于HA分離包含了用6 mol/L鹽酸酸化的步驟，從而形成了酸化和未被酸化的兩種混合物，二者都含有HA和FA。

溫室試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。試驗(yàn)設(shè)8個處理，分別是：液態(tài)尿素(T1)、固態(tài)尿素(T2)、尿素+液態(tài)HA(T3)、尿素+液態(tài)FA(T4)、尿素+酸化的HA和FA的液態(tài)混合物(T5)、尿素+未酸化的HA和FA的液態(tài)混合物(T6)、液態(tài)硫酸銨(T7)和對照(沒有任何處理的土壤)(T0)。試驗(yàn)用塑料盆規(guī)格為27×18 cm，每盆裝土7.5 kg(根據(jù)原土壤容重計(jì)算)。

玉米需肥量為尿素330.4 kg/hm2，重過磷酸鈣(TSP)121.6 kg/hm2和氯化鉀(MOP)107.2 kg/ hm2，按比例換算后，每盆施肥量為尿素4.13 g，TSP 1.52 g，MOP 1.34 g。肥料于玉米種植后第10天及第28天兩次表施，然后對玉米的生長發(fā)育狀況進(jìn)行監(jiān)測，直到孕穗期(種植后54 d)，因?yàn)榇似谑侵仓赀M(jìn)入生殖生長之前長勢最快的時期。植株采樣時把莖和葉分開。土壤中的殘留根系用水龍頭將泥土沖洗干凈，然后收集起來。植株各部分在60 ℃下充分烘干至恒重，稱重。在收獲之前，從盆中采集土壤樣品，按照標(biāo)準(zhǔn)方法測定土壤pH、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。

對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，同時采用鄧肯新復(fù)極差檢驗(yàn)法對各處理間進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果

本研究所用土壤是酸性土壤(pH值測定時分別采用水電極和KCl電極)，土壤理化性狀見表1。

土壤陽離子交換量和的Nyalau系列結(jié)果相一致。土壤氮含量較低，但有機(jī)質(zhì)和總有機(jī)碳含量相對較高。土壤容重為1.548 g/cm3。

玉米種植后54 d各處理土壤的pH見表2?？梢钥?，除處理T5中的pH(pHw和pHkcl)和處理T7中的pHw外，其他所有處理的pH(包括pHw和pHkcl)測定值與對照相比，差異均不顯著。此結(jié)果表明，施用尿素和尿素與液態(tài)有機(jī)物質(zhì)的混合物不會顯著影響土壤的pH值。與預(yù)期相同，處理T7的pH值最小，且高pH肥料(表3)的施用也不會顯著影響土壤的pH。

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

注：由于土壤性質(zhì)的變化，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)范圍由Paramanthan提出。

表2 玉米種植后54天各處理對土壤的pH的影響
Tab.2 Effect of treatments on soil pH at 54 DAY

注：字母不同表示顯著性差異；采用鄧肯新復(fù)極差檢驗(yàn)法，P=0.05，下同。

表3 液態(tài)有機(jī)物質(zhì)與尿素混合的肥料pH
Tab.3 pH values of formulated liquid organic-urea mixture fertilizer

和對照相比，(NH4)2SO4處理(T7)、液態(tài)有機(jī)肥料配合施用的處理(T3～T6)以及尿素處理(T1和T2)，玉米的干物質(zhì)產(chǎn)量均相對較高(表4)。雖然含有HA的尿素肥料與其他肥料相比pH值是最高的(表3)，但是該處理的干物質(zhì)產(chǎn)量與其他處理相比并沒有顯著差異(表4)。這與處理T6的結(jié)果一致，處理T6的pH值是6.89。

表4 種植后54天各處理對玉米干物質(zhì)產(chǎn)量的影響
Tab.4 Effect of treatments on dry matter production of maize at 54 DAY

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，(NH4)2SO4也是一種重要的氮素肥料。盡管(NH4)2SO4處理(T7)土壤NH4+含量最高(圖1)，但是該處理的玉米干物質(zhì)產(chǎn)量與其他處理相比并沒有顯著提高。

圖1 種植后54天各處理對土壤交換性銨(NH4+)含量的影響
Fig.1 Effect of treatments on soil exchangeable ammonium at 54 DAY

就NH4+的積累而言，除T7外，處理T4和T5與其他處理相比更有效。但總體而言，除T7和T0處理外，其他各施肥處理的土壤硝態(tài)氮(NO3-)含量均沒有顯著差異(圖2)。

圖2 玉米種植后54天各處理對土壤NO3--N含量的影響
Fig.2 Effect of treatments on soil available nitrate at 54 DAY

3 討論

土壤交換性陽離子(K、Ca和Mg)以及粘粒、砂粒和粉粒含量的差異可能是由于土層不同造成的。因?yàn)檫^渡性土層(物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生一些不太明晰的改變的土壤層)或者是粘土層(表層存在粘?；蛘哂泄杷猁}粘土累積)的存在，會導(dǎo)致某些土壤性質(zhì)的變化。然而，由于缺少過渡性土層的有關(guān)信息，無法進(jìn)行比較。

施用液體肥料是導(dǎo)致土壤pH值低的原因之一。部分肥料會隨著水和空氣的流動而移動，具有較強(qiáng)的移動性，這種特性加劇了肥料的損失，因此降低了對土壤pH值的影響。本研究表明，肥料的施用不會對土壤pH產(chǎn)生長遠(yuǎn)的影響，而施用有機(jī)氮肥處理的土壤(T1～T5)pH值較低也不能表明這些處理能夠提高或降低土壤pH。Ahmed等報(bào)道，這種影響是暫時的。尿素和酸性物質(zhì)混合物的短期效應(yīng)暫時降低了土壤pH值。

在含有HA的混合肥料中，HA與由尿素水解釋放的NH3發(fā)生反應(yīng)的可能性很大，這是由于尿素的水解提高了周圍環(huán)境的pH值，從而促進(jìn)了反應(yīng)的發(fā)生。由于尿素的連續(xù)水解以及土壤中過量的NH4+導(dǎo)致了大量NH3的存在，這必然會增強(qiáng)氨的固定過程。

(NH4)2SO4的酸性特征降低了它對干物質(zhì)產(chǎn)量的影響，如果不添加石灰，這種酸性可能影響植物的正常生長發(fā)育，以SO42-形式存在的硫會降低土壤pH值并影響NH3的揮發(fā)。因此，(NH4)2SO4并不適合在酸性土壤中施用。

腐植酸分子中官能團(tuán)的存在及其本身的特性對土壤NH4+的保持會產(chǎn)生很大影響。與FA相比，HA官能團(tuán)含有較少的氧，這種特性降低了處理T4中銨態(tài)氮的含量。然而羧基官能團(tuán)在pH為3時解離H+的能力，使腐植酸分子(尤其是FA)在較低的pH條件下可固定更多的NH4+。因此，這在一定程度上解釋了處理T5在玉米種植后第54天時土壤中NH4+含量較高的原因。HA陽離子交換能力(總酸度)較低可能是HA效果較差的原因之一。根據(jù)Tan研究，HA的總酸度變幅為6～8.9 meq/g，而FA總酸度變幅范圍是10～12.3 meq/g。因此，在酸性土壤中，F(xiàn)A在保持土壤NH4+、提高尿素利用效率方面效果更好。

處理T4和處理T5施用的混合肥料是酸性的(表3中的F3和F4)。用處理T4和處理T5土壤會降低土壤pH，這有助于減少氨揮發(fā)損失。因此，與其他處理相比，處理T4和處理T5處理的土壤交換性銨含量更高。Fan等也得到過類似的結(jié)論，他們發(fā)現(xiàn)與磷酸一銨相比，三料過磷酸鈣(酸性更強(qiáng))的施用減少尿素中NH3揮發(fā)損失的效果更好。

全氮以及C∶N比值反映了土壤固定NH4+能力的強(qiáng)弱。例如，全氮為0.29%，C∶N為10.4時，土壤能固定125μg/g NH4+。在全氮為0.34%， C∶N為9.85的土壤中，這種過程發(fā)生的可能性是很高的。但土壤的固銨作用在各處理之間并沒有顯著差異。這是因?yàn)樵诒狙芯恐?，土壤氮的施用量是相同的。圖1、圖2和表3的干物質(zhì)產(chǎn)量結(jié)果能夠清晰地證明這一點(diǎn)。

各處理之間NO3-含量未表現(xiàn)出顯著差異，可能是由于較低的土壤pH減緩了土壤硝化作用進(jìn)程。以前的研究表明，硝化作用發(fā)生的最佳pH是8.5，而本研究的pH范圍不利于此反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致土壤NO3-含量較低。

4 結(jié)論

液態(tài)腐植酸和/或黃腐酸在提高尿素利用率方面發(fā)揮著重要作用。然而，與腐殖質(zhì)分子本身性質(zhì)有關(guān)的作用還需要進(jìn)行詳細(xì)研究。土壤中的NH4+和NO3-可以促進(jìn)植株生長，但有利于提高二者回收率的HA的適宜用量還有待于詳細(xì)研究。液態(tài)有機(jī)肥料的發(fā)展還需繼續(xù)深入探討，但液態(tài)有機(jī)肥作為葉面肥施用的前景是很廣闊的。

致謝和參考文獻(xiàn)(略)

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