有机矿化活性肥料作用机理及功能概述

有机矿化活性肥料作用机理及功能概述（共3篇）

篇1：有机矿化活性肥料作用机理及功能概述

奥普尔有机矿化活性肥料作用机理及功能概述

奥普尔有机矿化活性肥料含有极高的腐殖酸及腐殖酸胶体，可充分发挥腐殖酸的特征。因此，奥普尔肥料具有如下功能特性：

(1)奥普尔主要成份完全取自于天然有机质，由动、植物残体经微生物酵解而产生，是天然制剂。且对人畜无毒、安全。奥普尔丰富的有机质成分可充分增加、补充土壤中有机质含量，增加土壤肥力；其次奥普尔种类齐全的矿质元素除提供植物正常生活所必需的全部矿质营养，充分补偿、协调业已破坏的营养平衡外，其余矿质元素可改善土壤微区环境、参与土壤营养平衡体系及缓冲体系的调节，并提供给微生物生长所需，促进其繁殖。因此，奥普尔不仅可以提供充分的营养，而且可以调节营养平衡及土壤缓冲系统，对根际微区产生有利的作用。

(2)奥普尔丰富的有机酸，可以将土壤中的矿质营养离子鳌合，固定在土壤表层的植物根际区，防止矿质离子的沉结和淋洗。这样，既可以大大提高无机肥的利用效率，同时又避免矿质沉淀即土壤垃圾的产生，有利于土壤改良。另外，有机腐殖酸架桥剂最大的优势在于把沉结的矿质即时活化，转变为植物吸收态的矿质离子，这就是奥普尔区别于一般有机肥之所在，也是奥普尔对生态农业最重要的贡献。奥普尔这一神奇功能，将逐步减少土壤的沉结物、清除土壤垃圾、改良土壤及盐碱地，促进微生物的活动。因此，使用奥普尔既可以降低化肥用量、提高肥效，同时又能逐步解决化学农业造成的生态问题。

(3)奥普尔能激发土壤本身之活力，能促进微生物的繁殖及活动，强化其分解功能。由于奥普尔有利于调节微生物生长环境、缓和化学农业对微生物的降解作用，给土壤分解更多矿质营养成份，有利于土壤循环体系良性化。

(4)奥普尔的上述功能，最终表现为农作物提高抗逆性，促进植物生长健壮、农作物产量、质量的提高。

篇2：有机矿化活性肥料作用机理及功能概述

有机肥料是农村中利用各种有机物质, 就地积造或直接耕埋施用的一种自然肥料, 习惯上也称作农家肥料。有机肥料主要分为粪尿肥类、堆沤肥类、饼肥类、泥炭类、泥土类、城镇废弃物类和杂肥类这七个大类。有机肥料来源广泛, 种类多, 养分含量丰富, 除含有氮、磷、钾和有机碳养分外, 还可提供相当数量的中量、微量元素和氨基酸、核酸、糖、维生素等有机营养成分[1,2]。

1 我国有机肥料的利用现状发展前景

1.1 我国有机肥料的利用现状

我国拥有巨大的有机肥料资源储量。据农业部估算, 2002年全国有机肥料资源总量约48.8亿t, 其中畜禽粪便资源量为20.4亿t, 堆沤肥资源约20.2亿t, 秸秆类资源约7亿t, 饼肥资源2000多万t, 绿肥约1亿多t[3]。而据金继运的估算, 我国每年来自农业内部的有机物质 (粪尿类、秸秆类、绿肥类、饼肥类) 为40亿t, 可提供氮磷钾养分5316万t[4]。我国素有利用有机肥的传统。早在3000多年前的春秋时期, 我国的农民就开始应用有机肥。但是由于有机肥产业化生产进展缓慢, 易受环境污染, 质量下降等原因, 使得有机肥料的生产和使用受到很大的限制[1,2]。据有关数据显示, 有机肥在肥料总投入量中的比例由1949年99.9%降至1995年32.1%[5], 到2003年全国有机肥施用量仅占肥料施用总量的25%, 我国农业科技人员普遍认为, 有机肥以占50%左右的比例为好, 高产田化肥与有机肥的比例约为60∶40, 而低产田化肥与有机肥的比例约为40∶60。由此可见, 目前有机肥的施用比例是很不恰当的。

1.2 我国有机肥料的发展前景

合理施用有机肥料一方面可以增加土壤有机质含量和多种生物活性物质, 改善土壤物理、化学和生物学性状, 提高土壤肥力;另一方面能够为作物提供渐进、持续、全面的养分供应, 不仅可以增加作物产量, 而且还能够改善农产品品质。

有机肥种类很多, 其中最大项是畜禽粪尿与作物秸秆, 还有绿肥、饼粕、草木灰、污泥、生活垃圾与污水、熏土、海肥等等。秸秆与畜禽粪尿除少量用于燃料与工业原料外, 大部分可用于有机肥。有资料表明秸秆的氮磷钾比例约为1∶0.32∶1.92[6], 畜禽粪尿氮磷钾比例为1∶0.53∶1.08, 其丰富的养分可以缓解我国磷钾肥不足, 此外, 绿肥、沼渣、沼液[1]及可用的生活垃圾等也是我国有机肥料发展利用的重点。

2 有机肥料对土壤的作用

2.1 有机肥料对土壤物理性状的作用

土壤物理性状的好坏直接关系到土壤养分供给能力的大小, 众多研究[7,8,9]都表明有机肥料的施用能显著改善土壤的物理性状。据李纯华[10]在对有机肥对紫色土容重及孔隙度的影响中报道, 作物秸秆中含有作物生长所必需的各种矿质元素及有机成分, 是一种完全肥料, 增施作物秸秆对增强土壤供钾能力和改善设施土壤物理性状具有积极的作用, 有效的保护土壤环境。徐阳春[11]的研究结果表明, 长期施用有机肥能改变土壤不同粒级的组成, 由于有机物质的胶结作用使<2μm粒级土壤颗粒的含量减少, 而2~10μm粒级的含量明显增加, 这对于促进土壤团粒结构的形成, 改善土壤的理化性质具有积极意义。除此, 有机肥料对于降低土壤盐渍化也有重要的作用。

2.2 有机肥料对土壤速效养分含量的作用

土壤有机氮是土壤有机质的重要组成部分, 施入有机肥料是保持和提高土壤有机氮和氮贮量的有效措施[12]。武金果等试验表明, 不同种类有机肥单施的日光温室土壤经过两季作物种植后, 耕层氮素的变化情况显示6种有机肥单施的处理均比试验前有所提高[13]。周建斌等经研究指出, 长期施用有机肥使耕层 (0~20 cm) 全氮含量提高了92.1%, 下层土壤全氮增加更为明显。葛晓光等[14]研究表明, 施用有机肥可以减弱无机氮对土壤的酸化作用, 而且土壤中可矿化氮含量也随之增加, 说明增施有机肥土壤的供氮能力加强。

施用有机肥料可以有效提高土壤磷素的供应量。赵晓齐[15]早在1991年研究结果表明, 施用猪粪可显著提高设施土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P的含量, 对提高土壤供磷能力有明显的促进作用。陆欣等[16]研究结果表明, 腐殖酸能增强土壤中碱性磷酸酶活性, 加速土壤有机磷向有效磷的转化过程, 提高土壤供磷能力。

我国钾资源含量不足, 大量研究表明, 施用有机肥料可有效提高植株中的含钾量, 并有效提高土壤速效钾含量和增加作物产量, 这将对解决我国钾肥资源不足问题起到重要的作用。郭亚芬等[17]研究了不同施肥处理对保护地番茄土壤性状的影响, 结果说明增施生物菌肥可提高缓效钾含量, 提高地力。刘义新等[18]的研究表明, 结晶有机肥料能促进土壤中贮存态钾向速效钾转化, 增加土壤钾的有效性。

2.3 有机肥料对土壤生物环境的作用

土壤中的生物化学反应几乎都是在酶的参与下进行的, 土壤酶促作用直接影响到土壤有机物质的转化、合成过程及植物的生长发育, 土壤酶活性是土壤肥力的重要指标。众多研究表明, 耕作土壤酶活性与土壤肥力因素之间存在显著的相关[19,20,21]。施用有机肥可提高土壤中的转化酶、蛋白酶、淀粉酶、蔗糖酶、磷酸酶、脱氢酶、ATP酶等多种酶活性, 适量施用有机肥能增加土壤有益微生物群落, 又为土壤微生物活动提供能源和物质, 促进微生物合成维生素B 1、B6、B12、生物素和生长素, 有利于作物生长[22]。有机肥料的施用还可促进根系磷酸酶及A T P酶的活性[23]。据刘添毅报道[24], 施用菜籽饼和花生饼后在烟草团棵期土壤中磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶活性明显增强, 其中化肥配施饼肥的处理蔗糖酶活性比化肥处理提高了8.9%~11.0%, 蛋白酶活性提高了15.0%~43.2%。

土壤中的有机物质是土壤微生物营养源和能源, 长期施用有机肥可以提高土壤微生物活性[25,26]。刘添毅[24]研究指出, 烟田施用菜籽饼和花生饼后土壤中细菌、放线菌、好气性纤维分解菌和亚硝化细菌数量明显增加。高强研究了有机复合肥对设施土壤及微生物组成的影响, 结果表明有机肥处理与对照和无机肥处理相比细菌增加1.0~1.2倍, 放线菌增加1.2~4.5倍, 真菌比对照减少将近1~2倍, 并且施有机肥之后脲酶和磷酸酶活性均高于无机肥处理。

3 有机肥料对作物的作用

3.1 有机肥料对作物产量的作用

有机肥料对对土壤物理性状的改良和对土壤肥力的提高, 最直接的作用表现在提高作物的产量上。很多研究都表明, 施用有机肥料对提高作物产量具有明显的促进作用。张恩平[27]研究指出施用有机肥的处理产量均高于相应的不施有机肥处理, 说明有机肥具有良好的增产效果, 土壤有效养分对产量的通径分析表明土壤有机质是提高产量的主要因素, 其通过碱解氮的间接作用也很大, 土壤速效氮含量对提高产量作用也很明显, 施用有机肥比不施有机肥增产29.3%。

3.2 有机肥料对作物品质的作用

在改善作物品质的方面, 大量的研究都表明, 有机肥料对改善作物的品质具有重要的作用。何萍等[28]通过试验证明, 与等养分化学复合肥相比, 腐殖酸复合肥可以使番茄果实Vc含量增加, 糖含量增加, 蛋白质含量增加。彭正萍等发现[29], 油菜在等养分量条件下, 腐殖酸复合肥处理与化肥 (尿素) 处理相比, 前者能提高Vc和可溶性糖的含量, 提高硝酸还原酶的活性, 降低硝酸盐的含量。刘世亮等[30]研究, 在小麦籽粒的蛋白质组分形成中, 配施有机肥既能改善小麦营养品质 (清蛋白和球蛋白含量有所增加) , 同时小麦的加工品质 (醇蛋白和谷蛋白含量增加, 谷/醇比增大) 也有所提高。沈中泉等[31]研究表明, 在施氮量相同的条件下, 有机肥料与尿素配合施用比单施尿素可显著提高西瓜果实中总糖、可溶性固形物、Vc含量, 口感评价效果也相应显著提高;在N、K施用量相同的前提下, 猪粪与化肥配施比单一施用化肥可显著提高番茄中总糖、赖氨酸含量, 而可滴定酸的含量显著降低。张广臣等[32]研究表明, 鸡粪在施用水平在2.5~7.5 t/667 m2范围内, 茄子可溶性固形物、可溶性总糖和V c含量较高, 而可溶性蛋白质的含量则以施肥水平为7.5~1.0 t/667 m2为最高;猪粪在5~10 t/667 m2施用范围内, 可显著提高茄子可溶性蛋白、V c、可溶性固形物和可溶性总糖的含量。

4 问题与展望

我国有机肥料的储量虽然巨大, 但是由于各种有机组分的生物效应还不太清楚, 再加上对这些肥料的标准化、规模化生产的研究还不多, 其应用试验还不太系统, 致使效果不太稳定, 有机营养肥料的应用还不太广泛, 所以应该加强对有机肥料无害化处理的研究, 加强有机肥料商品化、产业化研究, 以增加有机肥料的施用量, 保证我国土壤养分的平衡和对匮乏资源的补充。近年来, 生物有机肥料的研制逐步兴起, 生物有机肥兼具微生物肥料与有机肥料双重优点, 能明显改土培肥, 且可大幅减少投入肥料的劳工, 便于大规模生产和使用, 故应加强对生物有机肥料的研究, 使之能尽快走向产业

篇3：有机矿化活性肥料作用机理及功能概述

关键词：土壤；碳矿化；活性有机碳；影响因子

中图分类号： S153.6+2文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）10-0004-03

收稿日期：2014-01-24

基金项目：国家自然科学基金（编号：41301314、41201559）；江苏省自然科学基金（编号：BK2011412）。

作者简介：徐洪文（1979—），男，黑龙江齐齐哈尔人，博士，副教授，主要研究方向为环境生态。E-mail：hongwen_xu@163.com。

通信作者：卢妍，黑龙江齐齐哈尔人，博士，副教授，主要研究方向为环境变化与物质循环。E-mail：yanyan0451_0451@163.com。随着气候变暖成为与社会经济可持续发展以及资源和环境保护密切相关的全球性重大问题[1]，土壤有机碳的动态变化也已经成为近年来陆地生态系统碳循环和全球气候变化研究中的热点[2-3]。土壤有机碳库的矿化是土壤中重要的生物化学过程，直接关系到土壤中养分元素的释放、温室气体的形成以及土壤质量的保持等，同时影响到土壤碳向大气的排放量，进而与全球气候变化密切相关[4-5]。另外，由于土壤活性有机碳周转较快，对干扰的反应比较敏感，故土壤活性有机碳也常作为评价土壤碳库微小变化的有效指标。开展有机碳矿化和活性有机碳的影响因子研究，对于深入了解土壤碳循环对环境变化响应机理具有重要的现实意义。

1土壤碳矿化影响因子研究进展

随着陆地碳循环机制及其对全球气候变化的影响逐渐受到科学界的重视，土壤有机碳矿化影响因子已成为研究热点，相关研究主要集中在土壤水分、温度、养分输入、土壤耕作制度等方面。 第一，温湿条件。土壤含水量是土壤有机碳矿化的主要影响因子之一。土壤含水量适度提高不仅可以提高微生物的活性，也可以增加土壤微生物的数量，从而加快土壤有机碳的矿化速度。土壤有机碳的矿化同样明显受到土壤温度的影响[6-8]，白洁冰等研究发现温度对高寒草甸和高寒湿地土壤碳矿化影响显著，而高寒草原土壤碳矿化速率与温度间未呈现明显的函数关系，但不同温度间的土壤碳矿化速率存在显著差异[9]。第二，耕作制度。免耕、少耕对土壤碳库变化的影响一直是国内外研究的热点问题。Hernanz等认为经过长期耕作后，免耕处理的土壤有机碳含量明显高于传统翻耕[10]，而Al-Kaisi等则认为免耕和翻耕处理土壤有机碳储量差异不显著[11]。由此可见，不同环境条件下土壤-植物根际体系中碳素特征会有很大变化，所以还需要进一步探讨土壤-植物根际体系中碳素循环的内在机理以及在外界影响下的变化规律[12]。第三，养分输入。有机肥的施入可以显著提高土壤微生物量碳含量[13]，而且还能提高土壤中水溶性有机碳的生物有效性。低剂量的氮素输入没有对高寒湿地和高寒草甸土壤碳矿化产生影响，但是显著增加了高寒草原土壤的碳矿化。说明氮素输入对土壤碳矿化的影响存在生态系统类型间的差异[9]。第四，丛枝菌根。菌根真菌不仅吸收利用植物光合固定的碳源，同时也是将碳源从植物传输到土壤的重要载体[14-16]。菌根真菌以生物量形式固定的碳源在自然生态系统中起到了重要的碳汇功能。另外，菌根真菌还具有降解有机碳的功能，在营养匮乏或光合能力减弱的环境条件下，丛枝菌根真菌能够采取降解土壤有机质作为自身生长营养需求的生存策略[17-18]。因此，菌根真菌在土壤碳代谢中的任何变化都将对土壤碳平衡产生重大影响。

2土壤活性碳影响因子研究进展

土壤活性有机碳库是指在一定的时空条件下，受植物、微生物影响强烈，对植物、微生物来说活性比较高的那一部分土壤碳素。其含量高低直接影响土壤微生物的活性，进而影响温室气体的排放。水溶性有机碳、微生物量碳、土壤易矿化碳等均属于土壤活性有机碳的表征形态。

2.1易氧化有机碳

易氧化有机碳是土壤中易被氧化且活性较高的有机碳，对土壤碳库平衡和土壤化学、生物学稳定性维持具有重要的意义。目前国内外关于土壤易氧化有机碳影响因子的研究报道较少，主要集中在施肥、土地利用和土壤湿度等方面。研究表明长期施用有机肥和氮磷钾配施都能够提高土壤中易氧化有机碳的含量。施用氮磷或氮磷钾肥可以显著提高潮棕壤土易氧化有机碳含量[19]，施用化肥（氮、氮磷和氮磷钾）同样可以显著增加棕壤土耕作层易氧化有机碳的含量。

可通过改变地表凋落物和根系分泌物的数量及化学组成性质而影响土壤易氧化碳含量的变化。在林地利用方面，王国兵等研究发现，土地利用变化显著影响了土壤易氧化碳的空间分布特征，但对土壤易氧化碳的季节波动没有显著影响[20]。刘正刚等发现由天然林土地利用类型到人工土地利用类型，土壤有机碳和易氧化态碳的含量明显下降[21]。除此之外，随着间伐强度的增大，林地土壤易氧化碳含量也会显著提高[22]。在农田利用方面，在西部黄土高原黄绵土区，采用免耕结合秸秆覆盖的保护性耕作措施有利于土壤总有机碳和易氧化有机碳含量的提高[23-24]。王莹等则认为土壤易氧化碳含量表现出春夏季节大于冬季[25]，这归因于春夏季节植物进入生长期，为土壤微生物提供了足够的易分解的新鲜有机质。

土壤湿度较高的环境有利于活性有机碳的累积。高湿度环境能够抑制土壤中大部分微生物的活性，从而提高土壤中易氧化碳的积累，且间接对植物根系和耗氧微生物的活动产生抑制，降低土壤有机碳的分解速率，使得更多的活性碳积聚在土壤中[26]。

2.2微生物量碳

施用化肥、秸秆还田及有机肥化肥配合施用可以显著提高土壤微生物量碳的含量[27]。马晓霞等研究发现施肥处理可以不同程度提高土壤微生物量碳的含量[28]，可能因为施用有机物质能为微生物提供充足的碳源，促进微生物的大量生长。而任卫东等指明了平衡施肥的重要性，长期平衡施肥能有效增加植物根际和非根际土壤微生物量碳的含量，但不平衡施肥对土壤微生物量碳含量无明显作用[29]。董博等认为单施有机肥，尤以农家肥对土壤微生物量碳的影响最大[30]，且随着有机肥用量的增加土壤微生物量碳含量增加[31]。而有机肥与其他肥料的配合施用也逐渐受到人们的广泛关注。有机肥与化肥配合施用不仅有利于植物的生长，增加微生物量碳的含量，而且还能改善土壤结构[32]，混施对提高土壤中微生物量碳的作用较单纯施用化肥更为显著[33-34]，鸡粪与有机肥配施同样能够提高土壤微生物量碳的含量[35]。

除气候和土壤等环境因素外，土地利用方式是影响土壤微生物量碳的重要因子之一。赵先丽等研究发现，土地利用方式对土壤微生物量有显著影响，其中土壤微生物量碳依次为森林>湿地>稻田>旱地>果园>草地[36]。也有研究表明：不同土地利用方式下土壤微生物量碳表现为果园、林地高于农田和草地，这可能是由于林地和果园每年地表有大量的凋落物，为微生物提供了丰富的碳源，同时也保持了表层土壤水分含量，更有利于土壤微生物的生长[37]。从不同农业用地方式来看，微生物量碳含量差异显著，具体表现为：粮田>菜地>林地[38]。董博等研究发现短期免耕对土壤微生物量碳含量有明显增加的现象[39]。陈英等研究发现秸秆覆盖耕翻土壤微生量碳含量高于常规耕翻[40]，这是由于作物秸秆为微生物增殖提供大量碳源，微生物利用碳源物质进行自我繁殖，将有机秸秆中的碳同化为微生物量碳[41]。

除此之外，土壤温度和含水量均对土壤微生物量碳累积产生一定的影响，但已有研究发现不同生态系统及地区土壤微生物量碳和温度及含量的相关性并不一致[42]。

2.3水溶性有机碳

土壤水溶性有机碳主要包括溶解在土壤溶液中不同种类的低分子量有机质，以及以胶体状悬浮于土壤溶液中的大分子有机质。施肥对土壤水溶性有机碳的含量有很大影响。盛卫星等的研究结果表明，施用化肥特别是超量施用化肥显著增加板栗（Castanea mollissima） 林土壤水溶性有机碳的含量[43]。李永夫等也发现了化肥显著提高毛竹林土壤水溶性有机碳含量的规律[44-45]。温度主要通过影响微生物活性进而对土壤水溶性有机碳的分解起调节作用，随着土壤温度升高，水溶性有机碳的含量也不断提高，所以夏季土壤中水溶性有机碳的含量高于冬季，而且这种现象在实验室可控条件下更为明显。冻融作用由于能够增加土壤水溶性有机碳的淋溶损失，所以同样可以提高土壤中水溶性有机碳的含量[46]。

土壤可溶性有机碳作为土壤中最活跃的组分之一，对土地利用及其变化的响应更为迅速和敏感。王明慧等发现土地利用方式对土壤水溶性有机碳的影响并未达到显著水平[47]。张金波等则认为土地开垦耕作是导致土壤水溶性有机碳含量降低的主要原因，并且也会降低土壤水溶性有机碳的质量[48]。昌维贵等通过分析认为农耕地土壤水溶性有机碳含量最低的原因，可能是由于土地的经常翻耕使土壤通透性增加，有机质渗透进入地下水中大量流失，加上作物季节性被收割走，归还量较少所致[49]。可见人为干扰是导致不同土地利用类型土壤水溶性有机碳含量差异的重要原因。

3展望

土壤有机碳矿化受土壤温度、水分、养分输入、耕作模式及丛枝菌根等因素的影响。目前关于土壤有机碳矿化速率的影响因子开展了广泛的研究；但多侧重于单个或少数几个影响因子的研究，关于多个因子综合作用对土壤有机碳的影响研究不多，而土壤碳矿化过程是土壤生物活性的综合体现，所以国内外关于有机碳矿化与环境因子的关系研究结论不尽一致。同时全球气候变化也会极大地影响土壤碳代谢环境影响机制研究。例如随着二氧化碳的增加，菌根真菌会促进土壤有机碳的积累，但同时也会加速土壤中有机碳的分解，由此可见全球变暖使得丛枝菌根对土壤有机碳的影响愈加复杂。另外，由于环境因子对于土壤碳矿化的影响依赖于生态系统类型。因此，开展不同生态系统、不同生境土壤碳矿化途径及其季节转换机制研究，以及不同环境因子在驱动土壤碳矿化过程中可能存在的协同或拮抗作用等值得进一步研究。

土壤活性有机碳能够灵敏、准确地反映土壤质量和肥力的变化，所以是评价土壤碳库平衡的重要指标。就目前国内外开展的研究而言，关于不同植被类型对土壤活性碳组分的影响研究相对较少，而活性有机碳占总有机碳比例的高低对不同群落下植被对土壤碳行为的影响非常敏感，尤其是易氧化有机碳占总有机碳比例在不同植被群落下有显著差异。所以需要进一步深入研究植被类型对土壤活性碳库循环转化的影响，探讨植被类型与碳平衡之间的相互作用机制。另外，作为土壤活性有机碳的影响因子，土壤微生物数量和微生物活性对于土壤的温湿条件甚为敏感，所以开展不同环境条件下土壤活性碳库与土壤微生物及土壤酶活性的关系研究，对于准确迅速地评估其对温室气体排放的影响具有一定的理论和实践意义。

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