随着养殖业的迅速发展 ,大、中型养殖场越来越多 ,由此而引起的环保问题逐渐受到人们的重视。畜禽排泄物处理的主要途径是做为有机肥还田。关于有机肥料的营养机理到目前为止不是十分清楚 ,原因之一就是有机肥的种类多 ,腐熟过程中的中间产物复杂 ,其对植物生长发育及土壤养分有效性的影响不一。有机酸是有机肥腐熟过程中的一类重要产物 ,在植物营养方面 ,有机酸可能有两方面的作用。一是影响土壤养分的有效性 ,如通过螯合作用减少磷的吸附固定 ,提高Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ等微量营养元素的有效性 ;二是直接对植物产生克生作用 ,影响植物的生长和发育<1 > 。近年来 ,有机酸在植物营养中的作用渐受关注<2～4> 。一方面由于有机肥的种类多 ,性质差异大 ,因此各种有机肥料中有机酸的种类、数量及变化规律也可能完全不同。另一方面有机酸的测定方法复杂 ,而且需要一些特殊仪器设备。因此 ,国内外对有机肥中的有机酸研究报道很少<5,6> 。全面研究有机肥中有机酸的种类、数量和腐熟过程中的变化规律 ,对探索有机肥的营养机理 ,缩短积制时间 ,合理施用有机肥料是大有裨益。本研究主要针对鸡粪在堆腐过程中产生的有机酸的种类、含量及其变化规律 ;通过土培试验研究其对土壤速效养分的影响1 材料与方法1 .1 供试材料鸡粪 取自西北农业大学畜牧站种鸡场 ,基本性状为 :风干样含水量 1 87 4ｇｋｇ- 1,全氮含量30 4ｇｋｇ- 1,全磷 1 2 3ｇｋｇ- 1,全钾 2 2 5ｇｋｇ- 1,碳氮比为 1 7 7,粗纤维含量 84 5ｇｋｇ- 1,脂蜡含量 97 0ｇｋｇ- 1,水溶物含量 1 1 6 5ｇｋｇ- 1。供试土壤的基本性状为 :有机质 1 2 1ｇｋｇ- 1,ｐＨ7 87,全氮 1 2ｇｋｇ- 1,全磷1 1ｇｋｇ- 1,全钾 1 7 1ｇｋｇ- 1,碱解氮 90ｍｇｇ- 1,速效磷 3ｍｇｇ- 1,速效钾 1 2 7ｍｇｇ- 1。1 .2 研究方法1 .2 .1 堆腐方法 将取回的新鲜鸡粪 ,拣去杂质 ,混合均匀 ,在通风处阴干至含水量分别为 70 91 %。将处理好的堆腐材料混合均匀 ,分别装入直径 8 5ｃｍ ,高 1 2 5ｃｍ的塑料盒中 ,每盒装鸡粪 60 0ｇ,然后将盒子套上塑料袋 ,放入恒温恒湿箱中模拟堆肥条件堆腐 ,调节温度使恒温箱的温度始终比粪肥低 1℃～2℃ ,避免粪肥热量损失和防止人为升温的影响。每天定时观察粪肥温度和调节培养箱温度。重复 30次。每周取粪肥两盒 ,测定有机酸、ｐＨ等项目。1 .2 .2 有机酸的提取 参考Ｔｈｏｍａｓ<7> 等人的方法 ,简要过程如下 :称取 1 0 0 0ｇ的粪肥样品 ,用ｐＨ值为 1 1的碱性乙醇溶液浸提 2 4ｈ ,振荡 30ｍｉｎ后离心 ;上清液过 731型阳离子交换树脂柱 ,酸化至ｐＨ值为 2左右。用蒸馏法提取挥发性有机酸 ;用蒸馏的残液提取不挥发性有机酸。将残液用ＮａＯＨ溶液中和后 ,在水浴上蒸干 ;用饱和ＮａＨＳＯ4 溶液酸化残渣 ,再用 1∶1的氯仿∶正丁醇溶液反复浸提数次 ,浸提液用浓氨水调至ｐＨ值为 8～ 9,再用少量蒸馏水萃取数次 ,将萃取液置于Ｐ2 Ｏ5干燥器中浓缩至 2～ 3ｍｌ,再转入含浓盐酸的干燥器中沉淀腐殖酸 ,离心 ;将上清液置于含Ｐ2 Ｏ5和钠石灰的干燥器中除去水分和ＨＣｌ。将结晶用乙醚连续提取 2 4小时 ,将乙醚提取液蒸干 ,残渣用 70 %的乙醇溶解并定容至 5ｍｌ。1 .2 .3 培养试验 土壤培养试验Ⅰ 主要研究鸡粪对石灰性土壤的Ｎ、Ｐ、Ｋ等养分的有效性的影响。用装土 0 5ｋｇ的塑料盒在恒温培养箱中进行培养。试验共设 3个处理 :ＣＫ不加有机肥 ;鸡1每盒加鸡粪1 6 7ｇ ;鸡2 每盒加鸡粪 33 3ｇ。将土壤和有机肥混匀后 ,装入盒中 ,加水至含水量 2 0 0ｇｋｇ- 1,用塑料袋封口 ,防止水分过度蒸发。然后放入 2 5℃培养箱中培养。每处理重复 1 0次。每隔一周测定一次含水量、速效Ｎ、Ｐ、Ｋ及土壤ｐＨ值 ,并补加水分。土壤培养试验Ⅱ 用分析纯的琥珀酸、乳酸、柠檬酸和草酸分别配制两种浓度的有机酸及其混合液溶液培养土壤 ,试验处理见表 1。称取过 0 5ｍｍ的风干土 2 5ｇ,各加入 5ｍｌ有机酸溶液 ,重复 5次 ,在 2 5℃条件下培养 2 4ｈ ,然后用Ｏｌｓｅｎ法测定土壤速效磷含量。培养液中各加入 1 0ｇＬ- 1的ＨｇＣｌ2 和ＮａＮ3抑制土壤微生物和酶的活性。表 1 各种有机酸的浓度Ｔａｂｌｅ 1 Ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄｓ (ｇＬ- 1)处理水平蒸馏水琥珀酸乳酸柠檬酸草酸混合酸ＴｒｅａｔｍｅｎｔＤｉｓｔｉｌｌｅｄｗａｔｅ ｒＳｕｃｃｉｎｉｃａｃｉｄＬａｃｔｉｃａｃｉｄＣｉｔｒｉｃａｃｉｄＯｘａｌｉｃａｃｉｄＭｉｘｅｄａｃｉｄ处理1 (Ｔ1) — 5 .0 1 .5 0 .5 0 .5 5 .0 +1 .5 +0 .5 +0 .5处理 2 (Ｔ2 ) — 1 0 .0 3 .0 1 .0 1 .0 1 0 .0 +3 .0 +1 .0 +1 .01 .3 测定方法有机酸总量的测定、挥发酸总量的测定 ,将蒸馏液装入带有长玻璃管的橡皮塞的三角瓶中 ,加热沸腾 1 0ｍｉｎ ,除去ＣＯ2 。然后 ,加一滴酚酞指示剂 ,用 0 0 0 5ｍｏｌＬ- 1的ＮａＯＨ标准液滴定。不挥发酸总量的测定 ,取 1ｍｌ提取液 ,加 1 0ｍｌ蒸馏水 ,然后用ＮａＯＨ标准液滴定。不挥发酸组分的分析用英国ＶＧ公司生产的ＴＲＩ0 2 0 0 0型ＧＣ ＭＳ ＤＳ(气相色谱 -质谱信息系统 )进行。上机前 ,样品用重氮甲烷法甲酯化。分析条件 ,柱型 :ＳＥ 5 4 30ｍ× 0 2 5ｍｍ石英毛细管柱 ;柱温 :60～30 0℃ ,程序升温 7℃ｍｉｎ- 1,并在 30 0℃保持 2 0ｍｉｎ ;进样口温度 :2 90℃ ;电子轰击源 ;倍增器电压 :65 0Ｖ ;发射电流 :0 2 5ｍＡ ;电子能量 70ｅＶ ;源温 :1 80℃ ;扫描范围 :30～ 5 0 0ａｍｕ。通过计算机检索系统 ,进行未知物的鉴定 ,根据分子离子峰面积计算各种物质的相对含量。多元羧酸的测定 ,用ＮＩＨＯＮＷＡＴＥＲＳＬＴＤ型高效液相色谱仪测定。分析条件 ,柱高 :ＭｉｃｒｏｂｏｎｄａｐａｋＣ1 8;流动相 :2 5 %ＮＨＡＨＰＯ(ｐＨ2 5 0 ) ;流速 :2ｍｌｍｉｎ- 1;纸速 :0 5ｃｍｍｉｎ- 1;ＵＶ波长 :2 0 0ｎｍ ;灵敏度 :0 0 5ＡＵＥＳ。土壤速效氮 ,用扩散皿法测定 ;土壤速效磷 ,用Ｏｌｓｅｎ法测定 ;土壤速效钾 ,用ＮＨ4 Ａｃ浸提 ,火焰光度计法测定。2 结果与分析2 .1 鸡粪堆腐过程中有机酸的变化姚政等认为鸡粪堆腐过程中产生的有机酸可能是影响种子萌发的主要因素<8> 。鸡粪图 1 鸡粪堆腐过程中有机酸含量的变化Ｆｉｇ.1 Ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｏｒｇａｎｉｃａｃ ｉｄｓｉｎｔｈｅｃｏｍｐｏｓｔｏｆｃｈｉｃｋｅｎｆｅｃｅｓ堆腐过程中的有机酸变化趋势见图1。鸡粪堆腐过程中,有机酸的变化比较复杂。挥发性有机酸有两个高峰 ,分别在堆腐的第 5周和第 9周。最多为 64 57ｃｍｏｌｋｇ- 1 干样。第 1 1周后基本消失。不挥发性有机酸分别在第 3周和第 5周出现高峰 ,最高值为 46 5ｃｍｏｌｋｇ- 1 干样。有机酸总量在第 5周时达最高 ,为 88 3ｃｍｏｌｋｇ- 1 干样 ,此时挥发性和不挥发性有机酸含量均较高 ,可能是鸡粪中水溶性物质和脂蜡转化产物。挥发性有机酸的高峰期与不挥发性有机酸的低谷相耦合 ,说明两类有机酸可能相互转化。到第 6周后 ,易分解物质减少 ,有机酸的生产量也减少。2 .2 鸡粪肥堆腐过程中芳香族有机化合物的变化芳香族有机酸作为化学克生物质 ,受到了人们的普遍关注<9> 。它们对植物的生长和发育具有刺激和抑制作用。我们用气相色谱 质谱分离检测 ,计算机检索研究了不挥发酸的化合物组成。结果见表 2 ,含量为各组分在本时期的相对量。堆腐开始时鸡粪中不挥发性酸的种类较少 ,第一周只有 2 3种 ,随着堆腐的进行 ,鸡粪中的不挥发酸的种类大大增加 ,Ｊ3为 52种 ,Ｊ6 为 47种 ,Ｊ9为 53种。各阶段中的主要组分见表 2。从有机酸的组成看 ,鸡粪中除含有大量的芳香族有机酸 ,如苯甲酸、苯乙酸、苯二羧酸、氢化肉桂酸及吡啶羧酸等外 ,腐熟过程中还产生了大量的多元羧酸 ,如丁酸 ,丁二酸 ,戊二羧酸及其衍生物 ,并产生了许多长链脂肪酸 ,如三十烷酸等。2 .3 鸡粪中多元羧酸的变化许多研究表明 ,二元和三元羧酸对土壤磷素的有效性影响较大 ,可减少土壤对磷的吸表 2 鸡粪堆腐过程中的主要大分子酸性化合物及相对含量1)Ｔａｂｌｅ 2 Ｔｈｅｍａｉｎｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄｓａｎｄｔｈｅｉｒｃｏｎｔｅｎｔｓｉｎｔｈｅｃｏｍｐｏｓｔｏｆｃｈｉｃｋｅｎｆｅｃｅｓ堆腐时间 (周 )化合物名称相对含量堆腐时间 (周 )化合物名称相对含量Ｔｉｍｅ(ｗｅｅｋ)ＯｒｇａｎｉｃａｃｉｄｓＲｅｌａｔｉｖｅＴｉｍｅ(ｗｅｅｋ)ＯｒｇａｎｉｃａｃｉｄｓＲｅｌａｔｉｖｅｃｏｎｔｅｎｔ(% )ｃｏｎｔｅｎｔ(% )Ｊ2 )1呋喃羧酸 1 .46Ｊ33 羟基 3 甲基 丁酸 0 .1 14 甲氧基苯甲酸 1 .484 异丙基丁酸 1 .653 甲氧基苯甲酸 3 .81丁二酸 9.5 1苯甲酸 2 (4 甲基苯基 ) 2 .69甲基丁二酸 0 .741 .2 苯二羧酸 2 .93
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