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超高温堆肥改善土壤养分和水稻产量的有效性及机理

曹云 黄红英 吴华山 徐跃定 陈应江

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超高温堆肥改善土壤养分和水稻产量的有效性及机理

    作者简介: 曹云E-mail:youngtsao66@126.com;
    通讯作者: 黄红英, E-mail:sfmicrolab@163.com
  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(41701340);国家重点研发项目(2016YFD0201206);国家水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07202004);江苏省农业自主创新项目(CX(18)3016)。

Mechanisms of hyperthermophilic compost application in improving soil nutrient availability and rice yield

    Corresponding author: HUANG Hong-ying, E-mail:sfmicrolab@163.com ;
  • 摘要: 【目的】超高温堆肥发酵时间短,铵态氮和有机酸含量均较高,但发酵产物腐熟并不完全。本文研究了超高温堆肥施入土壤后对作物生长和产量的影响,为其安全有效使用提供科学依据。【方法】采用两季盆栽试验,设置了不施肥对照、单施化肥 (CF) 和等氮条件下,分别以20%传统堆肥氮 (CvC)、发酵原料氮 (FRM)、超高温堆肥产物氮 (HTC) 与80%无机氮配施共5个处理。调查了水稻长势,收获期测产,并取样分析了氮磷钾吸收量,同时测定了土壤中速效氮磷钾养分和微生物活性剂多样性。【结果】与CF超高温堆肥处理相比,HTC处理水稻产量、分蘖数、籽粒吸氮量和氮素利用率达最高,2016、2017年HTC处理籽粒产量分别比CF处理高6.2%、32.8%%,比CvC处理高出22.4%、16.5%,水稻穗粒数分别比CvC高出26.8%、37.5% (P < 0.05)。水稻地上部总氮、总钾累积量均以HTC处理最高,两年中HTC处理总钾累积量分别比CvC高出45.5%、33.9% (P < 0.05)。两季试验中,CvC和HTC处理的水稻氮回收率显著高于CF处理,HTC处理又高于CvC处理 (2016年达显著水平)。水稻收获后,HTC处理的土壤有机碳、矿质氮显著高于CvC处理,而CvC处理的土壤有效磷含量显著高于HTC处理。HTC处理土壤有机质中中可溶性有机碳如挥发性有机酸、游离氨基酸等含量显著高于CvC处理,因而土壤AWCD值最高,微生物活性最强。CvC处理增加了土壤微生物对碳水化合物、胺类的利用,HTC处理的对羧酸、氨基酸类利用率较高。回归分析表明,水稻产量与土壤电导率、土壤有机碳、土壤全氮及AWCD值呈显著的正线性相关关系;相关分析表明,土壤矿质氮含量、植株钾累计吸收量均与土壤全氮含量及AWCD值有显著正相关关系。【结论】尽管超高温堆肥在物料腐熟程度上不如普通有机肥,但该工艺处理时间短,温度高,在确保杀灭有害微生物的同时,保留了较高的碳和氮。在20%N替代水平下,施用超高温堆肥对水稻的增产和氮素利用率提升效果优于普通有机肥,这与提高水稻钾吸收利用、土壤矿质氮含量与微生物活性有关。
  • 图 1  2016、2017年不同施肥处理下土壤平均颜色吸光度 (AWCD) 随培养时间的动态变化

    Figure 1.  Dynamics of average well color development (AWCD) with incubation time in the BIOLOG EcoPlate in soils under different treatments

    图 2  不同施肥处理下2016、2017年土壤培养120 h微生物群落对碳源的利用率

    Figure 2.  Carbon source utilization by microbial community in soils under different treatments after 120 h incubation in 2016 and 2017

    表 1  有机物料相关理化性质

    Table 1.  Properties of the tested raw materials and composts

    有机物料
    Materials and composts
    粪大肠菌群菌值水分
    Moisture
    (%)
    pH电导率
    EC
    (µS/cm)
    总有机碳
    TOC
    (g/kg)
    总氮
    Total N
    (g/kg)
    总磷
    Total P
    (g/kg)
    总钾
    Total K
    (g/kg)
    发酵原料Feedstock0.0465.147.17127.1396.430.516.110.4
    超高温堆肥HTC0.4045.976.41216.3368.329.728.312.7
    普通有机肥CvC0.4031.608.21309.5406.1 20.0615.7 9.81
    有机物料
    Materials and composts
    可溶性有机碳
    Dissolved OC
    (g/kg)
    总挥发性有机酸
    Total volatile organic acid
    (g/kg)
    铵态氮
    NH4+-N
    (g/kg)
    游离氨基酸
    Free amino acid
    (g/kg)
    腐殖质碳
    Humus C
    (g/kg)
    胡敏酸碳
    Humic C
    (g/kg)
    富里酸碳
    Fulvic C
    (g/kg)
    发酵原料Feedstocks 39.4 2.12 3.85 0.31 112 27 68
    超高温堆肥HTC 48.4 3.35 5.41 1.19 143 33 116
    普通有机肥CvC 4.05 0.3 0.98 0.89 105.6 96.7 18.9
    注(Note):HTC—Hyperthermophilic compost; CvC—Conventional compost.
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    表 2  2016、2017年不同施肥处理对水稻植株生长及产量的影响

    Table 2.  Effects of different fertilization treatments on plant growth of yield of in 2016 and 2017

    处理
    Treatment
    株高Plant height (cm) 分蘖数Tiller number per hole产量Yield (g/plant)
    201620172016201720162017
    N0 69.0 ± 4.9 b70.2 ± 1.9 b 6.3 ± 1.9 d5.0 ± 3.3 c19.2 ± 6.6 c18.7 ± 3.0 c
    CF 76.2 ± 3.9 a 77.2 ± 4.1 ab 9.4 ± 0.9 cd12.2 ± 1.1 b36.5 ± 6.2 b33.2 ± 6.4 b
    CvC 75.6 ± 3.1 ab 76.0 ± 4.2 ab 13.6 ± 3.7 ab14.2 ± 1.5 a 37.3 ± 1.9 ab 38.0 ± 4.7 ab
    FRM 75.6 ± 5.1 ab 76.2 ± 4.4 ab 10.6 ± 2.7 bc11.8 ± 2.5 b 35.1 ± 2.2 ab33.6 ± 2.3 b
    HTC77.6 ± 5.7 a78.0 ± 6.6 a15.8 ± 3.3 a14.8 ± 1.3 a45.9 ± 8.2 a44.1 ± 4.1 a
    注(Note):N0—无氮 No fertilizer control; CF—100% 化肥氮 100% chemical fertilizer; CVC—80% 化肥氮 + 20% 普通有机肥氮 Replacing 20% of the chemical N with traditional compost; FRM—80% 化肥氮 + 20% 发酵原料氮 Replacing 20% of the chemical N with fermented raw martials; HTC—80% 化肥氮 + 20% 超高温堆肥氮 Replacing 20% of the chemical N with hyperthermophilic compost. 数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant differences among treatments (P < 0.05).
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    表 3  不同施肥处理对水稻籽粒产量构成的影响

    Table 3.  Effects of different fertilization treatments on grain yield components of rice

    处理
    Treatment
    每株穗数Ear number per plant穗粒数Grain number per ear百粒重 (g)100-grain weight
    201620172016201720162017
    N0 4 ± 2 b 3 ± 2 b 98 ± 26 b 92 ± 24 b2.31 ± 0.08 a2.26 ± 0.06 a
    CF 11 ± 2 a10 ± 2 a 123 ± 17 ab119 ± 15 b2.34 ± 007 a2.38 ± 0.05 a
    CvC 11 ± 3 a11 ± 3 a112 ± 13 b 96 ± 21 b2.45 ± 0.09 a2.43 ± 0.04 a
    FRM12 ± 3 a11 ± 2 a111 ± 16 b109 ± 30 b2.38 ± 0.08 a2.40 ± 0.05 a
    HTC13 ± 3 a13 ± 4 a142 ± 22 a132 ± 20 a2.46 ± 0.09 a2.36 ± 0.06 a
    注(Note):N0—无氮 No fertilizer control; CF—100% 化肥氮 100% chemical fertilizer; CvC—80% 化肥氮 + 20% 普通有机肥氮 Replacing 20% of the chemical N with traditional compost; FRM—80% 化肥氮 + 20% 发酵原料氮 Replacing 20% of the chemical N with fermented raw martials; HTC—80% 化肥氮 + 20% 超高温堆肥氮 Replacing 20% of the chemical N with hyperthermophilic compost. 数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant differences among treatments (P < 0.05).
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    表 4  不同施肥处理水稻分蘖期叶片光合特性

    Table 4.  Photosynthetic properties of rice leaves at tillering stage under different treatments

    处理Treatment光合速率Pn[μmol/ (m2·s)]气孔导度Gs[mmol / (m2·s)]胞间CO2浓度Ci (μmol /mol)蒸腾速率Tr [mmol/ (m2·s)]
    N0 6.22 ± 1.0 b0.15 ± 0.02 b382.2 ± 12.1 a2.18 ± 0.5 b
    CF 8.25 ± 1.8 ab 0.25 ± 0.07 ab379.6 ± 13.3 a 3.24 ± 0.5 ab
    CvC 9.53 ± 1.8 a0.34 ± 0.10 a384.6 ± 23.2 a3.75 ± 1.0 a
    FRM10.41 ± 1.3 a 0.31 ± 0.09 a375.6 ± 19.1 a3.74 ± 0.9 a
    HTC9.60 ± 0.7 a0.30 ± 0.06 a386.2 ± 15.6 a3.68 ± 0.9 a
    注(Note):N0—无氮 No fertilizer control; CF—100% 化肥氮 100% chemical fertilizer; CvC—80% 化肥氮 + 20% 普通有机肥氮 Replacing 20% of the chemical N with traditional compost; FRM—80% 化肥氮 + 20% 发酵原料氮 Replacing 20% of the chemical N with fermented raw martials; HTC—80% 化肥氮 + 20% 超高温堆肥氮 Replacing 20% of the chemical N with hyperthermophilic compost. 数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant differences among treatments (P < 0.05).
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    表 5  不同施肥处理下水稻植株中的氮、磷、钾养分含量 (g/kg)

    Table 5.  Effects of different fertilization treatments on Contents of N,P,K in the grain and stem of rice

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    籽粒Gain植株Plant
    NPKNPK
    2016N0 17.0 ± 0.77 b1.41 ± 0.12 b4.67 ± 0.04 a 9.17 ± 0.98 c1.13 ± 0.05 a11.40 ± 0.34 c
    CF 18.1 ± 0.81 ab1.53 ± 0.08 a4.61 ± 0.10 a 10.89 ± 1.38 bc1.07 ± 0.06 a13.37 ± 0.76 b
    CvC 18.3 ± 2.05 ab1.38 ± 0.20 a4.70 ± 0.03 a11.52 ± 1.02 b1.11 ± 0.06 a14.35 ± 1.11 b
    FRM 19.1 ± 1.68 ab1.45 ± 0.06 a4.75 ± 0.09 a 11.77 ± 1.33 ab1.20 ± 0.10 a13.60 ± 0.58 b
    HTC19.3 ± 1.55 a1.55 ± 0.07 a4.64 ± 0.08 a12.71 ± 1.02 a1.21 ± 0.17 a16.64 ± 0.65 a
    2017N0 12.2 ± 0.09 b 1.08 ± 0.04 bc4.60 ± 0.04 a 5.10 ± 0.41 c 1.20 ± 0.04 ab15.98 ± 0.52 b
    CF 13.4 ± 0.04 a 1.02 ± 0.06 bc4.84 ± 0.10 a 6.81 ± 0.94 c 1.14 ± 0.02 ab16.00 ± 0.39 b
    CvC 15.4 ± 0.03 a0.96 ± 0.04 c4.80 ± 0.03 a11.31 ± 1.09 a 1.24 ± 0.09 ab14.66 ± 0.27 b
    FRM14.2 ± 0.05 a1.28 ± 0.11 b4.82 ± 0.09 a 10.17 ± 0.74 ab1.28 ± 0.06 a17.46 ± 0.64 a
    HTC13.5 ± 0.09 a1.56 ± 0.14 a4.80 ± 0.08 a11.23 ± 0.63 a1.07 ± 0.07 b18.06 ± 0.27 a
    注(Note):N0—无氮 No fertilizer control; CF—100% 化肥氮 100% chemical fertilizer; CvC—80% 化肥氮 + 20% 普通有机肥氮 Replacing 20% of the chemical N with traditional compost; FRM—80% 化肥氮 + 20% 发酵原料氮 Replacing 20% of the chemical N with fermented raw martials; HTC—80% 化肥氮 + 20% 超高温堆肥氮 Replacing 20% of the chemical N with hyperthermophilic compost. 数据后不同字母表示同一年份不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant differences among treatments in the same year (P < 0.05).
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    表 6  不同施肥处理下水稻植株干物质和氮、磷、钾养分累积量及氮素回收率

    Table 6.  ccumulation of N,P,K and dry biomass in the plants and nitrogen recovery efficiency of rice under fertilization treatments

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    干物质量 (g/ pot)
    Dry biomass
    N (%)P (%)K (%)氮素回收率 (%)
    N recovery rate
    2016N0 177.22 ± 18.29 b1.77 ± 0.25 c0.25 ± 0.021 b1.89 ± 0.19 c
    CF 257.69 ± 11.66 a3.07 ± 0.43 b0.29 ± 0.005 a3.12 ± 0.09 b 30.0 ± 3.12 c
    CvC 296.52 ± 18.76 a3.70 ± 0.32 a0.32 ± 0.020 a3.39 ± 0.18 b44.64 ± 4.31 b
    FRM257.28 ± 20.52 a3.28 ± 0.32 b0.32 ± 0.020 a 3.19 ± 0.29 ab35.00 ± 2.32 c
    HTC306.15 ± 21.83 a4.19 ± 0.26 a0.38 ± 0.030 a4.54 ± 0.36 a55.97 ± 3.45 a
    2017N0 179.89 ± 20.28 c1.13 ± 0.14 c0.27 ± 0.019 b2.61 ± 0.19 c
    CF 260.74 ± 12.46 ab2.06 ± 0.23 b0.37 ± 0.008 a3.67 ± 0.09 b21.48 ± 4.32 b
    CvC 265.49 ± 16.47 ab3.15 ± 0.21 a0.39 ± 0.016 a3.54 ± 0.18 b46.67 ± 3.67 a
    FRM246.49 ± 15.77 b2.67 ± 0.29 b0.39 ± 0.013 a 3.91 ± 0.29 ab35.67 ± 0.56 b
    HTC288.99 ± 19.89 a3.36 ± 0.25 a0.40 ± 0.039 a4.36 ± 0.36 a51.68 ± 0.48 a
    注(Note):N0—无氮 No fertilizer control; CF—100% 化肥氮 100% chemical fertilizer; CvC—80% 化肥氮 + 20% 普通有机肥氮 Replacing 20% of the chemical N with traditional compost; FRM—80% 化肥氮 + 20% 发酵原料氮 Replacing 20% of the chemical N with fermented raw martials; HTC—80% 化肥氮 + 20% 超高温堆肥氮 Replacing 20% of the chemical N with hyperthermophilic compost. 数据后不同字母表示同一年份不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant differences among treatments in the same year (P < 0.05).
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    表 7  不同施肥处理下水稻收获期土壤pH、EC和养分含量

    Table 7.  Soil pH,EC and nutrient contents at harvest of rice under different fertilization treatments

    处理
    Treatment
    pHEC
    (µS/cm)
    有机碳 (g/kg)
    Organic C
    全氮 (g/kg)
    Total N
    矿质氮 (mg/kg)
    Mineral N
    有效磷 (mg/kg)
    Available P
    速效钾 (mg/kg)
    Available K
    2016
    N0 6.62 ± 0.05 d115.46 ± 3.96 d11.38 ± 1.09 c1.04 ± 0.13 b19.01 ± 0.45 c84.15 ± 4.11 c188.13 ± 1.96 a
    CF 6.78 ± 0.03 c 145.21 ± 16.29 c 12.13 ± 0.61 bc 1.10 ± 0.11 ab19.12 ± 1.36 c82.78 ± 3.05 c158.92 ± 4.32 a
    CvC 7.00 ± 0.01 b 178.93 ± 12.22 b 13.33 ± 0.65 ab1.27 ± 0.01 a21.45 ± 0.45 b135.16 ± 1.18 a 152.44 ± 6.93 a
    FRM7.16 ± 0.05 a 209.52 ± 26.48 a13.63 ± 0.31 a1.27 ± 0.08 a25.78 ± 1.42 a112.23 ± 7.60 b 161.79 ± 1.96 a
    HTC 6.89 ± 0.17 bc212.67 ± 9.73 a13.88 ± 0.13 a 1.26 ± 0.04 ab26.99 ± 1.32 a90.16 ± 2.87 c 186.00 ± 16.09 a
    2017
    N0 6.74 ± 0.07 d105.58 ± 1.74 c10.54 ± 1.08 c1.08 ± 0.05 c26.18 ± 1.02 b81.34 ± 0.92 c144.36 ± 1.43 a
    CF 6.89 ± 0.04 c109.11 ± 2.56 c10.16 ± 0.53 c 1.20 ± 0.24 bc26.78 ± 1.67 b81.67 ± 1.30 c151.26 ± 1.52 a
    CvC 6.89 ± 0.02 c 181.75 ± 2.13 ab 11.46 ± 0.70 bc1.46 ± 0.05 a30.44 ± 0.53 b 106 ± 1.68 a148.01 ± 6.80 a
    FRM7.15 ± 0.01 a171.15 ± 3.55 b 13.84 ± 0.93 ab 1.36 ± 0.03 ab27.94 ± 1.95 b88.41 ± 0.77 b144.97 ± 2.40 a
    HTC6.99 ± 0.04 b191.26 ± 1.99 a14.46 ± 0.58 a1.47 ± 0.08 a48.15 ± 8.66 a 86.26 ± 2.82 bc143.97 ± 2.09 a
    注(Note):N0—无氮 No fertilizer control; CF—100% 化肥氮 100% chemical fertilizer; CVC—80% 化肥氮 + 20% 普通有机肥氮 Replacing 20% of the chemical N with traditional compost; FRM—80% 化肥氮 + 20% 发酵原料氮 Replacing 20% of the chemical N with fermented raw martials; HTC—80% 化肥氮 + 20% 超高温堆肥氮 Replacing 20% of the chemical N with hyperthermophilic compost. 数据后不同字母表示同一年份不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant differences among treatments in the same year (P < 0.05).
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    表 8  不同施肥处理下水稻产量与其他相关指标间的回归关系

    Table 8.  Regression analysis of rice yield and other soil indexes under different fertilization treatments

    因变量 (y) Dependent variable自变量 (x) Independent variable回归方程Regression equationR2
    水稻产量Rice yield土壤电导率Soil ECY = 5.45 + 0.177x 0.7999 (P = 0.006)
     土壤有机碳Soil organic C Y = –14.51 + 3.90x0.665 (P = 0.036)
    土壤全氮Soil Total N Y = –18.69 + 42.45x0.705 (P = 0.023)
       土壤AWCD值Soil AWCD Y = 19.48 + 40.52x0.819 (P = 0.004)
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  • [1] 仇焕广, 井月, 廖绍攀, 蔡亚庆. 我国畜禽污染现状与治理政策的有效性分析[J]. 中国环境科学, 2013, 33(12): 2268–2273. Qiu H G, Jin Y, Liao S P, Cai Y Q. Environmental pollution of livestock and the effectiveness of different management policies in China[J]. China Environmental Science, 2013, 33(12): 2268–2273.
    [2] 耿维, 胡林, 崔建宇, 等. 中国区域畜禽粪便能源潜力及总量控制研究[J]. 农业工程学报, 2013, 29(1): 171–179. Geng W, Hu L, Cui J Y, et al. Biogas energy potential for livestock manure and gross control of animal feeding in region level of China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(1): 171–179.
    [3] 卢洪秀, 孙昭军. 畜禽粪便处理的可持续发展研究[J]. 农业灾害研究, 2012, 2(5): 40–43. Lu H X, Sun Z J. Study on the Sustainable Development of Animal Manure Treatment[J]. Journal of Agricultural Catastrophology, 2012, 2(5): 40–43.
    [4] 席北斗. 有机固体废弃物管理与资源化技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2006, 141–146.

    Xi B D. Organic solid waste management and utilization technology[M]. National Defense industry Press, 2006, 141–146.
    [5] Yamada T, Miyauchi K, Ueda H, et al. Composting cattle dung wastes by using a hyperthermophilic pre-treatment process: characterization by physicochemical and molecular biological analysis[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2007, 104(5): 408–415. doi:  10.1263/jbb.104.408
    [6] 曹云, 黄红英, 钱玉婷, 等. 超高温预处理装置及其促进鸡粪稻秸好氧堆肥腐熟效果[J]. 农业工程学报, 2017, 33(13): 243–250. Cao Y, Huang H Y, Qian Y T, et al. Hyperthermophilic pretreatment device and its application on improving decomposition effect for chicken manure and rice straw aerobic composting[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(13): 243–250. doi:  10.11975/j.issn.1002-6819.2017.13.032
    [7] 曹云, 黄红英, 孙金金, 等. 超高温预处理对猪粪堆肥过程碳氮素转化与损失的影响[J]. 中国环境科学, 2018, 38(5): 1792–1800. Cao Y, Huang H Y, Sun J J, et al. Effect of hyperthermerphilic pretreatment on transformation and losses of C and N during pig manure composting[J]. China Environmental Science, 2018, 38(5): 1792–1800. doi:  10.3969/j.issn.1000-6923.2018.05.024
    [8] Yu Z, Tang J, Liao H, et al. The distinctive microbial community improves composting efficiency in a full-scale hyperthermophilic composting plant[J]. Bioresource Technology, 2018, 265: 146–154. doi:  10.1016/j.biortech.2018.06.011
    [9] Huang Y, Li D Y, Wang L, et al. Decreased enzyme activities, ammonification rate and ammonifiers contribute to higher nitrogen retention in hyperthermophilic pretreatment composting[J]. Bioresource Technology, 2019, 272: 521–528. doi:  10.1016/j.biortech.2018.10.070
    [10] 中华人民共和国国家统计局. 中国统计年鉴[M]. 北京: 中国统计出版社, 2013.

    National Statistics Office of the People's Republic of China. China Statistical Yearbook[M], China Statistics Press, 2013.
    [11] 刘红江, 蒋华伟, 孙国峰, 等. 有机-无机肥不同配施比例对水稻氮素吸收利用率的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2017, (5): 61–66. Liu H J, Jiang H W, Sun G F, et al. Effect of different organic-inorganic fertilizers combination ratio on nitrogen use efficiency of rice[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2017, (5): 61–66. doi:  10.11838/sfsc.20170511
    [12] 周江明. 有机-无机肥配施对水稻产量、品质及氮素吸收的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2012, 1: 234–240. Zhou J M. Effect of combined application of organic and mineral fertilizers on yield, quality and nitrogen uptake of rice[J]. Journal of plant nutrition and fertilizers, 2012, 1: 234–240. doi:  10.11674/zwyf.2012.11186
    [13] 解开治, 徐培智, 蒋瑞萍, 等. 有机无机肥配施提升冷浸田土壤氮转化相关微生物丰度和水稻产量[J]. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(5): 1267–1277. Xie K Z, XU P Z, Jiang R P, et al. Combined application of inorganic and organic fertilizers improve rice yield and the abundance of soil nitrogen-cycling microbes in cold waterlogged paddy fields[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2016, 22(5): 1267–1277. doi:  10.11674/zwyf.15306
    [14] 魏静, 郭树芳, 翟丽梅, 等. 有机无机肥配施对水稻氮素利用率与氮流失风险的影响[J]. 土壤, 2018, 50(5): 874–880. Wei J, Guo S F, Zhai L M, et al. Effects of combined application of organic manure and different levels of chemical fertilizers on nitrogen use efficiency and nitrogen loss risk in rice growing system[J]. Soils, 2018, 50(5): 874–880.
    [15] 王玉雯, 郭九信, 孔亚丽, 等. 氮肥优化管理协同实现水稻高产和氮肥高效[J]. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(5): 1157–1166. Wang Y W, Guo J X, Kong Y L, et al. Nitrogen optimize management achieves high grain yield and enhances nitrogen use efficiency of rice[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(5): 1157–1166. doi:  10.11674/zwyf.15434
    [16] 曹云, 黄红英, 吴华山, 等. 畜禽粪便超高温堆肥产物理化性质及其对小白菜生长的影响[J]. 农业工程学报, 2018, 34(12): 251–257. Cao Y, Huang H, Wu H, et al. Physico-chemical properties of hyperthermophilic composting from livestock manures and its effects on growth of Chinese cabbage[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(12): 251–257. doi:  10.11975/j.issn.1002-6819.2018.12.031
    [17] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2000

    Bao S D. Soil Agricultural chemical analysis[M]. China Agricultural Press, 2000.
    [18] 张辉, 朱绿丹, 安霞, 等. 分和钾肥耦合对甘薯光合特性和水分利用效率的影响[J]. 江苏农业学报, 2016, 32(6): 1294–1301. Zhang H, Zhu L D, An X, et al. Effects of water coupled with K on the photosynthetic characteristics of sweet potato and its water use efficiency[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences, 2016, 32(6): 1294–1301. doi:  10.3969/j.issn.1000-4440.2016.06.016
    [19] NY525-2012. 有机肥料[S].

    NY525-2012. Organic fertilizer[S].
    [20] Cao Y, Wang J D, Wu H S, et al. Soil chemical and microbial responses to biogas slurry amendment and its effect on Fusarium wilt suppression[J]. Applied Soil Ecology, 2016, 107: 116–123. doi:  10.1016/j.apsoil.2016.05.010
    [21] Amanullah K, Hidayatullah A. Influence of organic and inorganic nitrogen on grain yield and yield components of hybrid rice in northwestern Pakistan[J]. Rice Science, 2016, 23: 326–333. doi:  10.1016/j.rsci.2016.02.007
    [22] Zhang M, Yao Y, Tian Y H, et al. Increasing yield and N use efficiency with organic fertilizer in Chinese intensive rice cropping systems[J]. Field Crops Research, 2018, 227: 102–109. doi:  10.1016/j.fcr.2018.08.010
    [23] Ding W, Xu X, He P, et al. Improving yield and nitrogen use efficiency through alternative fertilization options for rice in China: A meta-analysis[J]. Field Crops Research, 2018, 227: 11–18. doi:  10.1016/j.fcr.2018.08.001
    [24] 燕金香, 李福明, 徐春梅, 等. 水稻氮钾吸收的交互作用研究[J]. 中国稻米, 2017, 2017, 23(2): 1–4. Yan J X, Li F M, Xu C M, et al. Study on interactions between N and K absorption in rice[J]. China Rice, 2017, 2017, 23(2): 1–4. doi:  10.3969/j.issn.1006-8082.2017.02.001
    [25] Hou W, Khan M R, Zhang J L, et al. Nitrogen rate and plant density interaction enhances radiation interception, yield and nitrogen use efficiency of mechanically transplanted rice[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2019, 269: 183–189.
    [26] Zhang S, Shen T L, Yang Y C, et al. Controlled-release urea reduced nitrogen leaching and improved nitrogen use efficiency and yield of direct-seeded rice[J]. Journal of Environmental Management, 2018, 220: 191–197.
    [27] 吴良欢, 陶勤南. 水稻氨基酸态氮营养效应及其机理研究[J]. 土壤学报, 2000, 37(4): 464–473. Wu L H, Tao Q N. Effects of amino acid-N on rice nitrogen nutrition and its mechanism[J]. Acta Pedologica Sinica, 2000, 37(4): 464–473. doi:  10.3321/j.issn:0564-3929.2000.04.005
    [28] Razavipour T, Moghaddam S S, Doaei S, et al. Azolla (Azollafiliculoides) compost improves grain yield of rice (Oryza sativa L.) under different irrigation regimes[J]. Agricultural Water Management, 2018, 209: 1–10. doi:  10.1016/j.agwat.2018.05.020
    [29] Hall D J M, Bell R W. Biochar and compost increase crop yields but the effect is short term on sandplain soils of Western Australia[J]. Pedosphere, 2015, 25: 720–728. doi:  10.1016/S1002-0160(15)30053-9
    [30] Irshad M, Eneji A E, Hussain Z, et al. Chemical characterization of fresh and composted livestock manures[J]. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 2013, 13(1): 115–121.
    [31] Naher U A, Ahmed M N, Sarkar M I U, et al. Chapter 8: Fertilizer Management Strategies for Sustainable Rice Production[A]. Chandran S, Unni M R, Thomas S. Organic Farming[M]. Woodhead Publishing, 2019. 251-267.
    [32] Huang S, Lv W, Bloszies S, et al. Effects of fertilizer management practices on yield-scaled ammonia emissions from croplands in China: a meta-analysis[J]. Field Crops Research, 2016, 192: 118–125. doi:  10.1016/j.fcr.2016.04.023
    [33] Xue L, Yu Y, Yang L. Maintaining yields and reducing nitrogen loss in rice--wheat rotation system in Taihu Lake region with proper fertilizer management[J]. Environmental Research Letters, 2014, 9: 115–124.
    [34] Agyarko-Mintah E, Cowie A, Zwieten L V, et al. Biochar lowers ammonia emission and improves nitrogen retention in poultry litter composting[J]. Waste Management, 2017, 61: 129–137. doi:  10.1016/j.wasman.2016.12.009
    [35] Mi W H, Sun Y, Xia S, et al. Effect of inorganic fertilizers with organic amendments on soil chemical properties and rice yield in a low-productivity paddy soil[J]. Geoderma, 2018, 320: 23–29. doi:  10.1016/j.geoderma.2018.01.016
    [36] 李猛, 张恩平, 张淑红, 等. 长期不同施肥设施菜地土壤酶活性与微生物碳源利用特征比较[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(1): 44–53. Li M, Zhang E P, Zhang S H, et al. Comparison of soil enzyme activities and microbial C metabolism in installed vegetable fields under long-term different fertilization[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2017, 23(1): 44–53. doi:  10.11674/zwyf.16044
    [37] 何翠翠, 李贵春, 尹昌斌, 张洋. 有机肥氮投入比例对土壤微生物碳源利用特征的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(2): 383–393. He C C, Li G C, Yin C B, Zhang Y. Effect of manure N input ratios on the utilization of different soil microbial carbon sources[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(2): 383–393. doi:  10.11674/zwyf.17179
  • [1] 罗彤李俊华华瑞罗自威程李洋 . 滴施酸性有机肥浸提液对棉田土壤养分活化和利用效率的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.18012
    [2] 张爱平刘汝亮高霁张晴雯陈哲惠锦卓杨世琦杨正礼 . 生物炭对宁夏引黄灌区水稻产量及氮素利用率的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2015.0531
    [3] 邵兴芳徐明岗张文菊黄敏周显朱平高洪军 . 长期有机培肥模式下黑土碳与氮变化及氮素矿化特征. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2014.0208
    [4] 武晓森杜广红穆春雷马鸣超周晓琳赵同凯朱宝成李洪杰沈德龙 . 不同施肥处理对农田土壤微生物区系和功能的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2014.0111
    [5] 赵军窦玉青宋付朋陈刚李妮李九五 . 有机和无机烟草专用肥配合施用对烟草生产效益和肥料氮素利用率的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2014.0312
    [6] 刘宇锋梁燕菲邓少虹李伏生 , . 灌溉方式和有机无机氮比例对水稻产量与水分利用的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2012.11396
    [7] 易琼赵士诚张秀芝杨利熊桂云何萍 . 实时实地氮素管理对水稻产量和氮素吸收利用的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2012.11466
    [8] 李玲玲李书田 . 有机肥氮素矿化及影响因素研究进展. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2012.11063
    [9] 陈胜男谷洁付青霞孙薇钱勋高华秦清军 . 接种自生固氮菌对玉米根际土壤酶活性和细菌群落功能多样性的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2012.11325
    [10] 王戈杨焕文赵正雄李佛琳易建华 . 不同抗性烤烟品种根际微生物数量及多样性差异研究. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2012.11257
    [11] 周江明 . 有机-无机肥配施对水稻产量、品质及氮素吸收的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2012.11186
    [12] 周博高佳佳周建斌 . 日光温室栽培下不同种类有机肥氮素矿化特性研究. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2011.1132
    [13] . 施氮水平对杂交晚粳“浙优12”产量及氮素利用效率的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2010.0512
    [14] 潘圣刚曹凑贵蔡明历汪金平王若涵原保忠翟晶 . 不同灌溉模式下氮肥水平对水稻氮素利用效率、产量及其品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2009.0206
    [15] 吴凤芝于高波刘博 . 不同基肥对黄瓜根际土壤微生物群落多样性的影响 . 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2008.0327
    [16] 李菊梅徐明岗秦道珠李冬初宝川靖和八木一行 . 有机肥无机肥配施对稻田氨挥发和水稻产量的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2005.0109
    [17] 高明车福才魏朝富谢德体杨剑虹 . 长期施用有机肥对紫色水稻土铁锰铜锌形态的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2000.0102
    [18] 罗安程T-B-Subedi章永松林咸永柴容明 . 有机肥对水稻根际土壤中微生物和酶活性的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.1999.0405
    [19] 陈美慈闵航赵宇华吴伟祥 . 有机肥和无机肥对水稻土产甲烷的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.1998.0407
    [20] 沈阿林刘春增张付申陈永安昆忠男 . 不同水分管理对水稻生长与氮素利用的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.1997.0203
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-02-28
  • 网络出版日期:  2020-03-24

超高温堆肥改善土壤养分和水稻产量的有效性及机理

    作者简介:曹云E-mail:youngtsao66@126.com
    通讯作者: 黄红英, sfmicrolab@163.com
  • 1. 江苏省农业科学院循环农业研究中心/农业农村部种养结合重点实验室/江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心,江苏南京 210014
  • 2. 江苏沿海地区农业科学研究所,江苏盐城 224002
  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(41701340);国家重点研发项目(2016YFD0201206);国家水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07202004);江苏省农业自主创新项目(CX(18)3016)。
  • 摘要: 【目的】超高温堆肥发酵时间短,铵态氮和有机酸含量均较高,但发酵产物腐熟并不完全。本文研究了超高温堆肥施入土壤后对作物生长和产量的影响,为其安全有效使用提供科学依据。【方法】采用两季盆栽试验,设置了不施肥对照、单施化肥 (CF) 和等氮条件下,分别以20%传统堆肥氮 (CvC)、发酵原料氮 (FRM)、超高温堆肥产物氮 (HTC) 与80%无机氮配施共5个处理。调查了水稻长势,收获期测产,并取样分析了氮磷钾吸收量,同时测定了土壤中速效氮磷钾养分和微生物活性剂多样性。【结果】与CF超高温堆肥处理相比,HTC处理水稻产量、分蘖数、籽粒吸氮量和氮素利用率达最高,2016、2017年HTC处理籽粒产量分别比CF处理高6.2%、32.8%%,比CvC处理高出22.4%、16.5%,水稻穗粒数分别比CvC高出26.8%、37.5% (P < 0.05)。水稻地上部总氮、总钾累积量均以HTC处理最高,两年中HTC处理总钾累积量分别比CvC高出45.5%、33.9% (P < 0.05)。两季试验中,CvC和HTC处理的水稻氮回收率显著高于CF处理,HTC处理又高于CvC处理 (2016年达显著水平)。水稻收获后,HTC处理的土壤有机碳、矿质氮显著高于CvC处理,而CvC处理的土壤有效磷含量显著高于HTC处理。HTC处理土壤有机质中中可溶性有机碳如挥发性有机酸、游离氨基酸等含量显著高于CvC处理,因而土壤AWCD值最高,微生物活性最强。CvC处理增加了土壤微生物对碳水化合物、胺类的利用,HTC处理的对羧酸、氨基酸类利用率较高。回归分析表明,水稻产量与土壤电导率、土壤有机碳、土壤全氮及AWCD值呈显著的正线性相关关系;相关分析表明,土壤矿质氮含量、植株钾累计吸收量均与土壤全氮含量及AWCD值有显著正相关关系。【结论】尽管超高温堆肥在物料腐熟程度上不如普通有机肥,但该工艺处理时间短,温度高,在确保杀灭有害微生物的同时,保留了较高的碳和氮。在20%N替代水平下,施用超高温堆肥对水稻的增产和氮素利用率提升效果优于普通有机肥,这与提高水稻钾吸收利用、土壤矿质氮含量与微生物活性有关。

    English Abstract

    • 近年来,随着我国规模化养殖业的迅速发展,畜禽粪便产生量激增[1]。据统计,2010年全国畜禽粪便排放总量为22.35亿t[2]。堆肥是实现畜禽粪便资源化的主要途径之一。堆肥是实现畜禽粪便资源化的主要途径之一。实际中,我国畜禽粪便有机肥利用率不足50%[3]。但由于传统堆肥工艺腐熟周期长、效率低,碳氮损失率高,导致堆肥产品品质下降[4]。超高温 (最高发酵温度 > 85℃) 快速堆肥是近年来兴起的一种新型堆肥工艺[5],能在16~24 h内实现畜禽粪便的无害化和袋装化,极大地提高有机废弃物的处理效率。相对于常规堆肥,全程超高温快速堆肥工艺尽管存在一次性设备成本投入量高,能源消耗大等缺陷,但由于其能提高堆肥厂单位面积产能,有效节省土地面积,提高堆肥产品质量[6-7],因而综合成本并不高。Yu等[8]采用城市污泥超高温堆肥的研究结果表明,处理1 t新鲜污泥,超高温堆肥和传统堆肥所需的场地面积分别为45 m2、80 m2,综合处理成本比传统堆肥少30~35元/t。Huang等[9]研究表明,超高温堆肥脲酶、蛋白酶活性降低,有机氮氨化作用减弱,因而堆肥过程的氨挥发损失显著降低,超高温堆肥产物氮含量比常规堆肥高出31.6%。但由于超高温快速发酵时间短,相对于常规堆肥其发酵产物腐熟度较低,铵态氮和有机酸含量均较高。将其作为一种有机物料施入土壤,是否对作物生长、产量产生不利影响?仍然缺乏试验数据的支撑。

      水稻是我国种植面积最大的粮食作物,水稻总产量达到我国粮食总产量的1/3以上[10]。然而,近年来,我国水稻生产过程中普遍存在养分投入高、利用率低及损失量大等不合理现象[11],太湖地区水稻氮素利用率不足40%。因此,水稻合理施肥也是农业生产和环境保护研究中的重要问题。氮肥施用量和施入形式对水稻产量及氮素利用影响显著。相关研究表明,有机无机氮配施有利于作物增产和氮素利用率增加,对于减少氮素损失带来的环境负荷、改善土壤环境具有重要意义[12-13]。魏静等[14]研究表明有机肥配施0.8倍无机氮肥时,水稻氮素农学效率、氮肥吸收利用率和氮肥贡献率达到最大。王玉雯等[15]研究发现用20%有机氮替代无机氮更有利于花后植株氮累积对籽粒贡献率,水稻氮肥利用率提高70%~137.6%。前人关于有机无机氮配合施用对水稻氮素吸收利用率的影响研究多以畜禽粪便、农作物秸秆或传统工艺生产的堆肥产品为主,而超高温堆肥与普通有机肥理化性状存在较大差异,施入土壤后对作物氮素利用率以及土壤肥力的影响如何尚缺乏深入而细致的研究。本研究采用两季盆栽试验方法,通过与无机氮肥配施,分析不同有机物料对水稻产量、氮素利用率及土壤理化性状的影响,为超高温发酵产物的稻田应用提供理论和技术支持。

      • 盆栽试验于2016年6—10月、2017年6—10月,在江苏省农科院网室进行,自然光照,温度25~35℃。供试水稻品种为南粳9108,供试土壤为马肝土,0—20 cm土层的理化性状:有机质19.81 g/kg、全氮0.66 g/kg、碱解氮172 mg/kg、有效磷76.9 mg/kg、速效钾132 mg/kg、铵态氮13.4 mg/kg、硝态氮108 mg/kg、pH 7.6。

        发酵原料新鲜猪粪取自江苏省农科院六合动物科学基地,稻壳粉购自南京市溧水区天宇农产品有限公司。发酵原料 (10 kg新鲜猪粪 + 2 kg稻壳粉) 调节含水率55~60%,在自制的超高温堆肥反应器中,待物料温度上升至经85℃后,继续高温发酵24 h后得到超高温堆肥[16]。普通有机肥取自江苏省农科院六合动物科学基地,发酵原料为畜禽粪便和作物秸秆、发酵床垫料等。盆栽试验所用各种有机物料基本理化性状见表1

        表 1  有机物料相关理化性质

        Table 1.  Properties of the tested raw materials and composts

        有机物料
        Materials and composts
        粪大肠菌群菌值水分
        Moisture
        (%)
        pH电导率
        EC
        (µS/cm)
        总有机碳
        TOC
        (g/kg)
        总氮
        Total N
        (g/kg)
        总磷
        Total P
        (g/kg)
        总钾
        Total K
        (g/kg)
        发酵原料Feedstock0.0465.147.17127.1396.430.516.110.4
        超高温堆肥HTC0.4045.976.41216.3368.329.728.312.7
        普通有机肥CvC0.4031.608.21309.5406.1 20.0615.7 9.81
        有机物料
        Materials and composts
        可溶性有机碳
        Dissolved OC
        (g/kg)
        总挥发性有机酸
        Total volatile organic acid
        (g/kg)
        铵态氮
        NH4+-N
        (g/kg)
        游离氨基酸
        Free amino acid
        (g/kg)
        腐殖质碳
        Humus C
        (g/kg)
        胡敏酸碳
        Humic C
        (g/kg)
        富里酸碳
        Fulvic C
        (g/kg)
        发酵原料Feedstocks 39.4 2.12 3.85 0.31 112 27 68
        超高温堆肥HTC 48.4 3.35 5.41 1.19 143 33 116
        普通有机肥CvC 4.05 0.3 0.98 0.89 105.6 96.7 18.9
        注(Note):HTC—Hyperthermophilic compost; CvC—Conventional compost.
      • 在前期试验的基础上,本研究盆栽试验设5个处理,分别为无氮 (N0);100%化肥氮 (CF);80%化肥氮 + 20%普通有机肥氮 (CvC);80%化肥氮 + 20%发酵原料氮 (FRM);80%化肥氮 + 20%超高温堆肥氮 (HTC)。每个处理重复10次,每桶装土20 kg,人工移栽水稻幼苗3株。施肥量除N0外,均为每公顷N 240 kg、P2O5 60 kg和K2O 180 kg,各处理氮肥 (尿素) 按基肥40%、分蘖肥25%、穗肥35%的比例分三次施用,磷肥 (磷酸二氢钾)、钾肥 (硫酸钾) 和有机物料均一次性做基肥施入。水稻移栽后第1个月采用浅水灌溉,田面水高度约5 cm,第2个月进行两次人工灌溉、排水模拟烤田,至收割前2周进行间隙灌溉。其他田间管理,按照水稻常规栽培技术进行。

      • 水稻分别于2016年6月5日、2017年6月1日移栽,于2016年11月2日、2017年10月31日试验结束,分蘖期记录水稻植株的高度、分蘖数。

        测产和考种:水稻成熟后选取5株有代表性的水稻人工脱粒后晒干,测定籽粒产量并考种。除种子外的地上部分植株样品经105℃杀青30 min,70℃烘至恒重,计算干物质累积量。

        植株氮、磷、钾含量测定:将水稻植株样品磨碎、过筛、H2SO4-H2O2消煮后,分别采用凯氏定氮法、钼锑抗比色法、火焰光度计法测定水稻茎叶、籽粒中氮、磷、钾含量并计算氮、磷、钾累积量[17]

        水稻光合特性采用便携式光合仪 (Li6400) 进行测定[18]。选取分蘖期水稻完全展开叶片,于晴朗无风日9:00–16:00测定其光合特性参数,每株水稻测定3次。

        试验结束后,倒扣盆钵以取出完整作物植株,并将作物地上、地下部分分离.地上部分样品的获取以盆钵为单位,晾干捆扎后装袋备用;分离黏附在水稻根系的大块土壤后,将每个地下部分样品分别套在100目的筛网袋中,浸泡12 h,冲洗至根系表面无可见土壤颗粒,并小心挑出根系.收集筛网袋中散落的土壤,作为根系土壤样品,用于土壤各指标的测定。土壤的理化性质依照《土壤农化分析方法》[17]来测定。pH值 (水土质量比5∶1) 采用pH计测定,电导率EC (水土比5∶1) 采取电导率仪来进行测定,有机碳采取重铬酸钾容量法测定,全氮采取半微量开氏法测定;有效磷采取NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定;速效钾采取醋酸铵浸提—火焰光度法测定;铵态氮采用KCl浸提—靛酚蓝吸光光度法测定;硝态氮采用KCl浸提—紫外分光光度比色法测定。有机物料理化性质测定参照《有机肥料 (NY525-2012)》[19],多管发酵法检测粪大肠菌值。

        采集水稻收获的土样进行土壤微生物碳代谢多样性测定。取相当于10 g干土重的鲜土,加入90 mL灭过菌的0.85% NaCl溶液中,摇床上震荡30 min,然后无菌水分步稀释10-3,取上清液 (125 μL) 接种到测试板的每个孔中,将接种好的Biolog-Eco板放至25℃下培养,每隔24 h在波长为590 nm的BIOLOG读数器上 (Biolog,美国) 读取颜色平均变化值 (AWCD),试验持续7天[20]

      • 氮素利用率 = (施氮处理植株氮素积累量-不施氮处理植株氮素积累量) /施氮量 × 100%。nitrogen apparent recovery efficiency,NARE

        试验数据采用Excel和SPSS 18.0进行分析和统计,利用最小显著性差异法 (LSD 法) 进行显著性检验。不同施肥处理土壤微生物群落功能主成分分析采用Canoco 4.5软件进行。

      • 表1供试有机物料的主要理化性质。与发酵原料相比,85℃、24 h超高温堆肥中的铵、挥发性有机酸、可溶性有机碳、游离氨基酸、总腐殖质碳、总磷、总钾含量分别增加了44.5%、58.0%、22.8%、283%、27.6%、75.7%、22.1%;而总有机碳、总氮分别下降了7.1%、2.6%。此外,由于发酵时间短,对照有机肥标准,超高温堆肥铵态氮、电导率等指标均未达到腐熟,但大肠菌群数量达到0.4,满足了粪便无害化标准[16]

      • 从水稻植株生长情况来看,2016年、2017年四个施肥处理间株高没有显著差异;HTC和CvC处理的植株分蘖数差异不显著,二者均显著高于CF,HTC也显著高于FRM,FRM与CF没有显著差异。就籽粒产量而言,2016年和2017年HTC处理产量显著高于CF和FRM处理,与CvC处理差异不显著;而CvC处理与FRM和CF处理差异也不显著。表明HTC促进水稻生长和产量的效果好于发酵原料和普通有机肥,而普通有机肥的效果与化肥相当 (表2)。

        表 2  2016、2017年不同施肥处理对水稻植株生长及产量的影响

        Table 2.  Effects of different fertilization treatments on plant growth of yield of in 2016 and 2017

        处理
        Treatment
        株高Plant height (cm) 分蘖数Tiller number per hole产量Yield (g/plant)
        201620172016201720162017
        N0 69.0 ± 4.9 b70.2 ± 1.9 b 6.3 ± 1.9 d5.0 ± 3.3 c19.2 ± 6.6 c18.7 ± 3.0 c
        CF 76.2 ± 3.9 a 77.2 ± 4.1 ab 9.4 ± 0.9 cd12.2 ± 1.1 b36.5 ± 6.2 b33.2 ± 6.4 b
        CvC 75.6 ± 3.1 ab 76.0 ± 4.2 ab 13.6 ± 3.7 ab14.2 ± 1.5 a 37.3 ± 1.9 ab 38.0 ± 4.7 ab
        FRM 75.6 ± 5.1 ab 76.2 ± 4.4 ab 10.6 ± 2.7 bc11.8 ± 2.5 b 35.1 ± 2.2 ab33.6 ± 2.3 b
        HTC77.6 ± 5.7 a78.0 ± 6.6 a15.8 ± 3.3 a14.8 ± 1.3 a45.9 ± 8.2 a44.1 ± 4.1 a
        注(Note):N0—无氮 No fertilizer control; CF—100% 化肥氮 100% chemical fertilizer; CVC—80% 化肥氮 + 20% 普通有机肥氮 Replacing 20% of the chemical N with traditional compost; FRM—80% 化肥氮 + 20% 发酵原料氮 Replacing 20% of the chemical N with fermented raw martials; HTC—80% 化肥氮 + 20% 超高温堆肥氮 Replacing 20% of the chemical N with hyperthermophilic compost. 数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant differences among treatments (P < 0.05).

        水稻产量构成可以看出 (表3),各处理的穗数和百粒重无显著差异,但HTC处理的穗粒数显著高于CvC和FRM处理,也高于CF处理,在2017年与CF处理的差异也达到显著水平;而CvC和FRM处理与CF处理没有显著差异。说明超高温堆肥处理比普通有机肥和发酵原料更有效提高穗粒数,最终显著提高了产量。

        表 3  不同施肥处理对水稻籽粒产量构成的影响

        Table 3.  Effects of different fertilization treatments on grain yield components of rice

        处理
        Treatment
        每株穗数Ear number per plant穗粒数Grain number per ear百粒重 (g)100-grain weight
        201620172016201720162017
        N0 4 ± 2 b 3 ± 2 b 98 ± 26 b 92 ± 24 b2.31 ± 0.08 a2.26 ± 0.06 a
        CF 11 ± 2 a10 ± 2 a 123 ± 17 ab119 ± 15 b2.34 ± 007 a2.38 ± 0.05 a
        CvC 11 ± 3 a11 ± 3 a112 ± 13 b 96 ± 21 b2.45 ± 0.09 a2.43 ± 0.04 a
        FRM12 ± 3 a11 ± 2 a111 ± 16 b109 ± 30 b2.38 ± 0.08 a2.40 ± 0.05 a
        HTC13 ± 3 a13 ± 4 a142 ± 22 a132 ± 20 a2.46 ± 0.09 a2.36 ± 0.06 a
        注(Note):N0—无氮 No fertilizer control; CF—100% 化肥氮 100% chemical fertilizer; CvC—80% 化肥氮 + 20% 普通有机肥氮 Replacing 20% of the chemical N with traditional compost; FRM—80% 化肥氮 + 20% 发酵原料氮 Replacing 20% of the chemical N with fermented raw martials; HTC—80% 化肥氮 + 20% 超高温堆肥氮 Replacing 20% of the chemical N with hyperthermophilic compost. 数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant differences among treatments (P < 0.05).

        表4表明,与不施氮相比,有机无机氮混合施用显著提高了水稻光合速率、气孔导度、蒸腾速率,但施肥处理间没有显著差异。

        表 4  不同施肥处理水稻分蘖期叶片光合特性

        Table 4.  Photosynthetic properties of rice leaves at tillering stage under different treatments

        处理Treatment光合速率Pn[μmol/ (m2·s)]气孔导度Gs[mmol / (m2·s)]胞间CO2浓度Ci (μmol /mol)蒸腾速率Tr [mmol/ (m2·s)]
        N0 6.22 ± 1.0 b0.15 ± 0.02 b382.2 ± 12.1 a2.18 ± 0.5 b
        CF 8.25 ± 1.8 ab 0.25 ± 0.07 ab379.6 ± 13.3 a 3.24 ± 0.5 ab
        CvC 9.53 ± 1.8 a0.34 ± 0.10 a384.6 ± 23.2 a3.75 ± 1.0 a
        FRM10.41 ± 1.3 a 0.31 ± 0.09 a375.6 ± 19.1 a3.74 ± 0.9 a
        HTC9.60 ± 0.7 a0.30 ± 0.06 a386.2 ± 15.6 a3.68 ± 0.9 a
        注(Note):N0—无氮 No fertilizer control; CF—100% 化肥氮 100% chemical fertilizer; CvC—80% 化肥氮 + 20% 普通有机肥氮 Replacing 20% of the chemical N with traditional compost; FRM—80% 化肥氮 + 20% 发酵原料氮 Replacing 20% of the chemical N with fermented raw martials; HTC—80% 化肥氮 + 20% 超高温堆肥氮 Replacing 20% of the chemical N with hyperthermophilic compost. 数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant differences among treatments (P < 0.05).
      • 表5所示,与单施化肥相比,三个有机无机处理籽粒中含氮量与CF处理差异不显著,植株中含氮量显著高于CF处理,HTC处理又高于甚至显著高于CvC和FRM处理;以HTC处理籽粒含磷量最高,2017年与其他处理的差异达到显著水平,而CvC处理籽粒和植株中含磷量与CF处理相当;籽粒钾含量各处理间无显著差异,但HTC处理茎叶中钾含量显著高于CF和CvC处理。表明,超高温堆肥提高植株氮磷钾含量的效果显著好于普通有机肥,而普通有机肥没有显示出对单施化肥的优势。

        表 5  不同施肥处理下水稻植株中的氮、磷、钾养分含量 (g/kg)

        Table 5.  Effects of different fertilization treatments on Contents of N,P,K in the grain and stem of rice

        年份
        Year
        处理
        Treatment
        籽粒Gain植株Plant
        NPKNPK
        2016N0 17.0 ± 0.77 b1.41 ± 0.12 b4.67 ± 0.04 a 9.17 ± 0.98 c1.13 ± 0.05 a11.40 ± 0.34 c
        CF 18.1 ± 0.81 ab1.53 ± 0.08 a4.61 ± 0.10 a 10.89 ± 1.38 bc1.07 ± 0.06 a13.37 ± 0.76 b
        CvC 18.3 ± 2.05 ab1.38 ± 0.20 a4.70 ± 0.03 a11.52 ± 1.02 b1.11 ± 0.06 a14.35 ± 1.11 b
        FRM 19.1 ± 1.68 ab1.45 ± 0.06 a4.75 ± 0.09 a 11.77 ± 1.33 ab1.20 ± 0.10 a13.60 ± 0.58 b
        HTC19.3 ± 1.55 a1.55 ± 0.07 a4.64 ± 0.08 a12.71 ± 1.02 a1.21 ± 0.17 a16.64 ± 0.65 a
        2017N0 12.2 ± 0.09 b 1.08 ± 0.04 bc4.60 ± 0.04 a 5.10 ± 0.41 c 1.20 ± 0.04 ab15.98 ± 0.52 b
        CF 13.4 ± 0.04 a 1.02 ± 0.06 bc4.84 ± 0.10 a 6.81 ± 0.94 c 1.14 ± 0.02 ab16.00 ± 0.39 b
        CvC 15.4 ± 0.03 a0.96 ± 0.04 c4.80 ± 0.03 a11.31 ± 1.09 a 1.24 ± 0.09 ab14.66 ± 0.27 b
        FRM14.2 ± 0.05 a1.28 ± 0.11 b4.82 ± 0.09 a 10.17 ± 0.74 ab1.28 ± 0.06 a17.46 ± 0.64 a
        HTC13.5 ± 0.09 a1.56 ± 0.14 a4.80 ± 0.08 a11.23 ± 0.63 a1.07 ± 0.07 b18.06 ± 0.27 a
        注(Note):N0—无氮 No fertilizer control; CF—100% 化肥氮 100% chemical fertilizer; CvC—80% 化肥氮 + 20% 普通有机肥氮 Replacing 20% of the chemical N with traditional compost; FRM—80% 化肥氮 + 20% 发酵原料氮 Replacing 20% of the chemical N with fermented raw martials; HTC—80% 化肥氮 + 20% 超高温堆肥氮 Replacing 20% of the chemical N with hyperthermophilic compost. 数据后不同字母表示同一年份不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant differences among treatments in the same year (P < 0.05).

        表6可见,CF、CvC和HTC处理间水稻地上部干物质积累无显著差异;CvC和HTC处理氮素积累量相当,均显著高于CF处理;CF、CvC和HTC处理间磷累积量无显著差异;HTC处理钾累积量显著高于CvC、CF处理,而CvC与CF处理差异不显著;CvC和HTC处理的氮素回收率显著高于CF处理,HTC处理显著高于CvC处理。说明有机无机配合可提高氮素回收率,超高温堆肥与普通有机肥相比,能显著提高植株钾吸收,因而更有利于增产。

        表 6  不同施肥处理下水稻植株干物质和氮、磷、钾养分累积量及氮素回收率

        Table 6.  ccumulation of N,P,K and dry biomass in the plants and nitrogen recovery efficiency of rice under fertilization treatments

        年份
        Year
        处理
        Treatment
        干物质量 (g/ pot)
        Dry biomass
        N (%)P (%)K (%)氮素回收率 (%)
        N recovery rate
        2016N0 177.22 ± 18.29 b1.77 ± 0.25 c0.25 ± 0.021 b1.89 ± 0.19 c
        CF 257.69 ± 11.66 a3.07 ± 0.43 b0.29 ± 0.005 a3.12 ± 0.09 b 30.0 ± 3.12 c
        CvC 296.52 ± 18.76 a3.70 ± 0.32 a0.32 ± 0.020 a3.39 ± 0.18 b44.64 ± 4.31 b
        FRM257.28 ± 20.52 a3.28 ± 0.32 b0.32 ± 0.020 a 3.19 ± 0.29 ab35.00 ± 2.32 c
        HTC306.15 ± 21.83 a4.19 ± 0.26 a0.38 ± 0.030 a4.54 ± 0.36 a55.97 ± 3.45 a
        2017N0 179.89 ± 20.28 c1.13 ± 0.14 c0.27 ± 0.019 b2.61 ± 0.19 c
        CF 260.74 ± 12.46 ab2.06 ± 0.23 b0.37 ± 0.008 a3.67 ± 0.09 b21.48 ± 4.32 b
        CvC 265.49 ± 16.47 ab3.15 ± 0.21 a0.39 ± 0.016 a3.54 ± 0.18 b46.67 ± 3.67 a
        FRM246.49 ± 15.77 b2.67 ± 0.29 b0.39 ± 0.013 a 3.91 ± 0.29 ab35.67 ± 0.56 b
        HTC288.99 ± 19.89 a3.36 ± 0.25 a0.40 ± 0.039 a4.36 ± 0.36 a51.68 ± 0.48 a
        注(Note):N0—无氮 No fertilizer control; CF—100% 化肥氮 100% chemical fertilizer; CvC—80% 化肥氮 + 20% 普通有机肥氮 Replacing 20% of the chemical N with traditional compost; FRM—80% 化肥氮 + 20% 发酵原料氮 Replacing 20% of the chemical N with fermented raw martials; HTC—80% 化肥氮 + 20% 超高温堆肥氮 Replacing 20% of the chemical N with hyperthermophilic compost. 数据后不同字母表示同一年份不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant differences among treatments in the same year (P < 0.05).
      • 表7表明,CvC和HTC处理提高土壤pH和EC,均显著好于CF处理;HTC处理显著提高有机碳含量的稳定性,效果显著好于CvC;CvC和HTC处理提高土壤全氮含量的效果没有显著差异,但与CF处理相比,HTC处理可显著提高矿质氮含量,而CvC处理的效果不稳定;CvC处理提高土壤有效磷含量的效果显著高于HTC和CF处理,这可能与施用前期HTC处理中的有机酸活化土壤磷,水稻吸收量有效磷增加,生育后期HTC处理土壤有效磷含量降低。四个处理间土壤有效钾含量没有显著差异。表明超高温堆肥由于原料中保存的养分较多,提高土壤有机碳、全氮和矿质氮的效果显著好于普通有机肥,其中,HTC处理土壤矿质氮含量比CvC处理高25.8%~58.2%,而普通有机肥更有利于维持较高的土壤有效磷含量。

        表 7  不同施肥处理下水稻收获期土壤pH、EC和养分含量

        Table 7.  Soil pH,EC and nutrient contents at harvest of rice under different fertilization treatments

        处理
        Treatment
        pHEC
        (µS/cm)
        有机碳 (g/kg)
        Organic C
        全氮 (g/kg)
        Total N
        矿质氮 (mg/kg)
        Mineral N
        有效磷 (mg/kg)
        Available P
        速效钾 (mg/kg)
        Available K
        2016
        N0 6.62 ± 0.05 d115.46 ± 3.96 d11.38 ± 1.09 c1.04 ± 0.13 b19.01 ± 0.45 c84.15 ± 4.11 c188.13 ± 1.96 a
        CF 6.78 ± 0.03 c 145.21 ± 16.29 c 12.13 ± 0.61 bc 1.10 ± 0.11 ab19.12 ± 1.36 c82.78 ± 3.05 c158.92 ± 4.32 a
        CvC 7.00 ± 0.01 b 178.93 ± 12.22 b 13.33 ± 0.65 ab1.27 ± 0.01 a21.45 ± 0.45 b135.16 ± 1.18 a 152.44 ± 6.93 a
        FRM7.16 ± 0.05 a 209.52 ± 26.48 a13.63 ± 0.31 a1.27 ± 0.08 a25.78 ± 1.42 a112.23 ± 7.60 b 161.79 ± 1.96 a
        HTC 6.89 ± 0.17 bc212.67 ± 9.73 a13.88 ± 0.13 a 1.26 ± 0.04 ab26.99 ± 1.32 a90.16 ± 2.87 c 186.00 ± 16.09 a
        2017
        N0 6.74 ± 0.07 d105.58 ± 1.74 c10.54 ± 1.08 c1.08 ± 0.05 c26.18 ± 1.02 b81.34 ± 0.92 c144.36 ± 1.43 a
        CF 6.89 ± 0.04 c109.11 ± 2.56 c10.16 ± 0.53 c 1.20 ± 0.24 bc26.78 ± 1.67 b81.67 ± 1.30 c151.26 ± 1.52 a
        CvC 6.89 ± 0.02 c 181.75 ± 2.13 ab 11.46 ± 0.70 bc1.46 ± 0.05 a30.44 ± 0.53 b 106 ± 1.68 a148.01 ± 6.80 a
        FRM7.15 ± 0.01 a171.15 ± 3.55 b 13.84 ± 0.93 ab 1.36 ± 0.03 ab27.94 ± 1.95 b88.41 ± 0.77 b144.97 ± 2.40 a
        HTC6.99 ± 0.04 b191.26 ± 1.99 a14.46 ± 0.58 a1.47 ± 0.08 a48.15 ± 8.66 a 86.26 ± 2.82 bc143.97 ± 2.09 a
        注(Note):N0—无氮 No fertilizer control; CF—100% 化肥氮 100% chemical fertilizer; CVC—80% 化肥氮 + 20% 普通有机肥氮 Replacing 20% of the chemical N with traditional compost; FRM—80% 化肥氮 + 20% 发酵原料氮 Replacing 20% of the chemical N with fermented raw martials; HTC—80% 化肥氮 + 20% 超高温堆肥氮 Replacing 20% of the chemical N with hyperthermophilic compost. 数据后不同字母表示同一年份不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant differences among treatments in the same year (P < 0.05).
      • 平均颜色变化率 (AWCD) 表示微生物碳源利用能力,反映了土壤微生物代谢活性,其值越高,土壤中微生物群落代谢活性也就越高。从图1看出,随着培养时间的增加,各处理AWCD值也增加,但自始至终均以HTC处理明显高于其所有处理。表明超高温堆肥提高土壤微生物碳源利用能力的效果好于常温堆肥,这可能与超高温堆肥中较高的可溶性有机碳有关。

        图  1  2016、2017年不同施肥处理下土壤平均颜色吸光度 (AWCD) 随培养时间的动态变化

        Figure 1.  Dynamics of average well color development (AWCD) with incubation time in the BIOLOG EcoPlate in soils under different treatments

        图2为不同施肥处理下土壤微生物对Biolog Eco板上的31种碳源的相对利用率。两季试验中,与CF处理相比,HTC、FRM、CvC处理土壤微生物对羧酸类、多聚类、胺类碳源利用能力平均分别提高了1.02倍、4.47倍、2.43倍。HTC、FRM、CvC处理间相比,CvC处理增加了土壤微生物对碳水化合物、胺类的利用,HTC处理的羧酸、氨基酸类利用率较高,FRM处理的土壤微生物对酚酸类利用率最高。

        图  2  不同施肥处理下2016、2017年土壤培养120 h微生物群落对碳源的利用率

        Figure 2.  Carbon source utilization by microbial community in soils under different treatments after 120 h incubation in 2016 and 2017

      • 回归分析表明 (表8),水稻产量与土壤电导率 (EC)、土壤有机碳、土壤全氮及AWCD值呈显著的正线性相关关系。说明本试验条件下,水稻产量随土壤EC、土壤有机碳、土壤全氮含量以及微生物活性的增加有增加的趋势。而Person相关性分析表明,土壤矿质氮含量、植株钾累计吸收量均与土壤全氮含量及AWCD值有显著正相关关系。由此说明,超高温堆肥施用可提高微生物活性,增加土壤矿质氮、有机碳的含量,促进水稻对钾的吸收,因而有利于增产。

        表 8  不同施肥处理下水稻产量与其他相关指标间的回归关系

        Table 8.  Regression analysis of rice yield and other soil indexes under different fertilization treatments

        因变量 (y) Dependent variable自变量 (x) Independent variable回归方程Regression equationR2
        水稻产量Rice yield土壤电导率Soil ECY = 5.45 + 0.177x 0.7999 (P = 0.006)
         土壤有机碳Soil organic C Y = –14.51 + 3.90x0.665 (P = 0.036)
        土壤全氮Soil Total N Y = –18.69 + 42.45x0.705 (P = 0.023)
           土壤AWCD值Soil AWCD Y = 19.48 + 40.52x0.819 (P = 0.004)
      • 在本研究中,施用有机氮各处理水稻产量比纯化肥处理均有不同程度增加 (表2),其中配施超高温堆肥促进效果更为明显。这表明有机无机肥配合施用对水稻增产有促进作用,这与其他研究者的结论一致[21-23]。Zhang等[22]在太湖流域开展了为期5年的定点试验,研究结果表明有机肥和化肥配施的水稻生物学产量和经济效益分别比纯化肥处理提高11%~13%、4%~5%,氮素利用率提高10%。刘红江[11]等用25%、50%、75%、100%有机肥替代化肥,结果表明,配施处理较纯化肥处理水稻产量高出28.1%~45. 9%,氮素利用率提高3.9%~69.5%。本试验结果可知,与纯化肥相比,超高温堆肥或普通有机肥等有机物料与化肥配施处理可以提高稻茎叶中的养分含量,有利于水稻植株养分累积。一般而言,化肥养分释放速率快,单施化肥可以迅速提供作物生长所必需的养分,满足农作物的生长需求;有机肥矿化速度慢,因此会导致有机无机肥配施处理的作物在试验初期长势弱于单施化肥处理。但与普通有机肥相比,超高温堆肥含有较多的速效养分 (铵态氮),因此在苗期能显著促进水稻分蘖。此外,相对于普通有机肥,超高温堆肥较高的NH4+被土壤中粘土矿物吸附固定,导致K+固定量减少,生物有效性增加,因而水稻钾吸收能力增强,有利于增产[24]

        氮素形态和施用量是控制水稻分蘖的数量和质量及分蘖成穗率关键因素[25]。纯化肥施用条件下,由于前期氮素释放速率过快,氮素供应过量往往导致分蘖后期无效分蘖多,成穗率下降,对群体生长不利,影响水稻产量。Zhang等[26]研究表明,用25%的有机氮代替无机氮,由于有机氮矿化速率慢,其养分供应与水稻氮素需求更为匹配,有利于提高氮肥利用率。本试验中,与普通有机肥或发酵原料相比,超高温堆肥中铵态氮、游离氨基酸的含量更高 (表1)。研究表明,等氮量条件下,单施氨基酸态氮或与硫酸铵配施处理的水稻干物重、吸氮量均大于纯硫酸铵态氮[27]。超高温堆肥促进水稻产量与其显著增加有效分蘖以及每株穗数有关。Razavipour等[28]和Hall等[29]研究表明,超高温堆肥拥有比普通尿素更稳定和高效的氮素供应,能够增加水稻在营养生长阶段株高、分蘖数,从而提高水稻光合效率,进一步在生殖生长阶段增加水稻穗数,提高结实率,从而增加生物量和产量-。本试验结果也显示,超高温堆肥处理的水稻氮素利用率高于化肥,而普通有机肥和发酵原料处理则低于化肥。可能的原因是,发酵原料施用后在土壤发酵产生有机酸等有毒有害物质,容易对苗期水稻产生根系毒害[30],而普通有机肥的速效氮和小分子有机酸、氨基酸等含量较低 (表1),供肥能力特别是生育前期不如超高温堆肥。而超高温堆肥配施化肥可以实现作物需肥时期与土壤肥料供肥性协调一致,在作物整个生长发育期提供稳定均衡的养分,因而有效提高水稻的氮素利用率[31]

        施用超高温堆肥提高水稻氮素利用率还可能与减少土壤氮素损失有关,HTC处理的土壤矿质氮水平显著高于CvC处理。与普通有机肥相比,超高温堆肥为酸性,能缓解有机氮施入土壤后氨化作用产生的pH增大效应,从而减少氨挥发损失[32];另外,有机氮需要一定时间才能矿化并最终转化为硝态氮,在等施氮量情况下,与单施化肥相比,较短时间内不会在土壤中形成过多的速效氮,减少了矿质氮的的淋失,以及水稻淹水条件下反硝化产生的N2O损失[33];由于发酵时间短,超高温堆肥比普通有机肥保留了更多的腐殖酸,腐殖酸富含糖、醛、酚类以及羧基类活性基团,其吸附并固定NH4+的能力更高,进一步提升了其减少氮素损失的效果[34]

        超高温堆肥与无机肥配施在增加产量、提高氮素利用率的同时,促进土壤微生物繁殖,改善了土壤生物学特性,有利于提高土壤肥力,这与前期研究结果一致[13, 35],原因可能与HTC中较高的DOC为微生物提供碳源和能源。水稻成熟收获后,有机无机肥配施处理,尤其是超高温堆肥处理后的土壤全氮、有效磷、速效钾、有机质等的养分含量都比化肥处理高,这说明超高温堆肥与无机氮肥配施处理中有机养分和矿质养分的释放既补充了土壤养分的不足,还具备持续释放的能力,因此还能对后茬作物生长提供养分。长期单施化肥氮土壤的微生物碳源利用多样性较低,偏好糖类[36],有机无机肥料配施可以提高土壤微生物多样性和微生物活性。本研究中,CF处理土壤微生物对碳水化合物类的利用率较高。有机无机氮配施三个处理提高了土壤微生物AWCD值,且对羧酸类、多聚类、胺类碳源利用能力显著提高。这可能与有机物料中含有新类型的有机碳,促使新的微生物种类的产生有关[37]。施用堆肥原料处理土壤微生物对酚酸类利用率较高,可能是因为水稻种植过程中,发酵原料中的稻壳粉中的木质纤维素类在土壤中逐步降解为酚酸,刺激了酚酸代谢微生物的生长。超高温堆肥中含有较多的有机酸和氨基酸,施用该肥料土壤微生物对羧酸、氨基酸类的利用率较高。超高温堆肥相较普通有机肥含有更高的可溶性有机碳,为土壤中微生物提供更多的碳源,因而施用超高温堆肥处理促进了微生物繁殖,增强了微生物群落的代谢活动,提升了土壤微生物的功能多样性,进而加速土壤养分矿化分解、提高水稻产量。

      • 超高温堆肥符合有机肥中有害微生物限量国家标准,符合《粪便无害化卫生标准 (GB 7959-1987)》,但比普通有机肥保留了更多的铵态氮、有机酸、氨基酸。由于超高温堆肥腐熟程度不如普通有机肥,在实际应用中应根据作物需肥特点与土壤性质合理施用。

        相对于普通有机肥,超高温堆肥有利于提高水稻钾素吸收,且超高温堆肥可溶性有机碳,尤其是挥发性有机酸、氨基酸含量显著高于普通有机肥,土壤微生物碳源利用能力和代谢活性均显著高于常温堆肥;超高温堆肥较高的腐殖酸有利于固定矿质氮,其稳定供应养分好于普通有机肥,对水稻增产、氮素利用率提升效果更明显。

    参考文献 (37)
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