（动物学专业论文）内蒙古典型草原牲畜粪分解过程中氮素转化特征研究.pdf

内蒙古师范大学硕士学位论文 中文摘要 2 0 0 8 年6 月至2 0 0 9 年9 月，在内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场， 采用人工堆置于地表和埋入地下2 种处理方法，追踪测定了放牧牲畜 ( 牛、马和羊) 粪分解过程中氮素形态的转化特征。主要研究结果如 下： 1 三种新鲜牲畜粪样中全氮含量的大小次序是羊粪 牛粪 马 粪。随分解时间延长，三种粪中全氮含量无显著的变化j 马粪和羊粪 埋入地下处理时全氮含量高于堆置于地表处理，牛粪中全氮含量的变 化在2 种处理下无明显差别。 2 三种新鲜粪样中碱解氮含量的大小次序为羊粪 牛粪 马粪。 含量变化趋势与全氮含量的变化趋势相似，无显著变化。马粪和羊粪 埋入地下处理时碱解氮氮含量高于堆置于地表处理，2 种处理下牛粪 中碱解氮含量的变化差异不明显。 3 三种新鲜粪样中有机氮各组分含量大小次序不同，氨态氮、 氨及氨基糖态氮和酸不溶性氮含量次序均为羊粪 马粪 牛粪；水解性 全氮含量次序为羊粪 牛粪 马粪；氨基酸态氮含量次序为牛粪 羊粪 马粪；氨基糖态氮含量次序为马粪 羊粪 牛粪。氨态氮、氨及氨基 糖态氮和酸不溶性氮含量在粪分解初期变化幅度较大，随粪分解时间 的延长稳定在比较低水平；随分解时间延长，水解性全氮含量变化幅 度不大；氨基酸态氮含量则有明显的下降趋势；氨基糖态氮含量变化 比较复杂。在分解过程中，三种粪中的氨态氮和氨及氨基糖态氮含量 均为埋入地下处理高于堆置于地表处理；马粪和羊粪中的水解性全 氮、氨基酸态氮和酸不溶性氮含量为埋入地下处理高于堆置于地表处 理，而牛粪无明显差别；氨基糖态氮含量比较特殊，羊粪和牛粪为埋 入地下处理高于堆置于地表处理，而马粪则无明显差别。 4 三种新鲜粪样中无机氮组分含量大小次序有所不同，铵态氮 的含量次序为羊粪 马粪 牛粪，硝态氮含量次序为牛粪 马粪 羊粪。 随分解时间延长，三种粪中的无机氮含量总体上呈下降趋势，但三种 粪中的硝态氮含量在植物生长季有较明显的增加。采用不同处理时， 内蒙古师范大学硕士学位论文 三种粪中无机氮含量随分解时间的变化无明显的差别。 5 在放牧牲畜粪便中，氮素主要以有机形态存在，矿化和淋溶 过程较慢，比较而言，马粪有相对较快的氮素释放速度。对于粪中的 全氮和大多数氮素组分，埋入地下处理均导致其含量的明显升高。 关键词：内蒙古典型草原，放牧牲畜，粪分解，氮素 a bs t r a c t f r o mj u n e ，2 0 0 8t os e p t e m b e q2 0 0 9 ，t w ot r e a t m e n tp r o c e s s e sw h i c h w e r ea r t i f i c i a lp l a c i n go nt h eg r o u n da n db u r i n gi ng r o u n dw e r eu s e dt o t r a c ea n dm e a s u r et r a n s f o r m a t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fn i t r o g e nf o r m so f g r a z i n gl i v e s t o c k ( c a t t l e ，h o r s ea n ds h e e p ) d u n gi nd e c o m p o s i t i o np r o c e s s i n b a i y i n x i l er a n c ho fx i l i n g u o l el e a g u e ，i n n e rm o n g o l i a t h em a i n r e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： 1 t h eo r d e ro ft o t a ln i t r o g e nc o n t e n ti n3k i n d so ff r e s hl i v e s t o c k d u n g w a s s h e e p c a t t l e h o r s e s d u n g w i t h t h ee x t e n s i o no f d e c o m p o s i t i o n ，t o t a ln i t r o g e nh a dn os i g n i f i c a n tc h a n g ea m o n gt h et h r e e k i n d so fd u n g ：n i t r o g e nc o n t e n to fs u b t e r r a n e a nd i s p o s a lw a sh i g h e rt h a n l a n dd i s p o s a li nh o r s ea n ds h e e pd u n g ，w h i l et h e r eh a dn o s i g n i f i c a n t c h a n g ei nc a t t l ed u n gu n d e rt h et w o d i s p o s a l s 2 t h eo r d e ro fa l k a l i h y d r o l y z a b l en i t r o g e nc o n t e n ti n3k i n d so f f l e s h d u n g w a s s h e e p c a t t l e h o r s e d u n g c h a n g e t r e n d o f a l k a l i h y d r o l y z a b l en i t r o g e nc o n t e n tw a ss i m i l a rt ot o t a ln i t r o g e nc o n t e n t c h a n g e ，+ w i t h n o s i g n i f i c a n tc h a n g e ! r e l a t i v e l y s p e a k i n g ， a l k a l i h y d r o l y z a b l en i t r o g e nc o n t e n ta c c o u n t e df o ro n l ya b o u t12 o f t o t a l n i t r o g e n c o n t e n t a l k a l i - h y d r o l y z a b l e n i t r o g e n c o n t e n to - f s u b t e r r a n e a nd i s p o s a lw a sh i g h e rt h a nl a n dd i s p o s a li nh o r s e sa n ds h e e p d u n g ，w h i l et h e r eh a dn os i g n i f i c a n tc h a n g e si nc a t t l ed u n gu n d e rt h et w o d i s p o s a l s 一r n l 。 一 3 ln eo r d e ro fo r g a n i cn i t r o g e nc o m p o n e n t sc o n t e n tw a sd i f f e r e n ti n 3k in d so ff r e s hd u n g ，t h ec o n t e n to fa m m o n i a c a ln i t r o g e n ，a m m o n i aa n d a m i n o s u g a r n i t r o g e n a n d a c i d i n s o l u b l e n i t r o g e n w a s s h e e p h o f s e s c a t t l ed u n g ；t h eo r d e ro f h y d r o l y z a b l e t o t a l n i t r o g e n c o n t e n tw a ss h e e p c a t t l e h o r s e sd u n g ；t h eo r d e r o fa m i n oa c i dn i t r o g e n c o n t e n tw a sc a t t l e s h e e p h o r s e s d u n g ；t h eo r d e ro fa m i n os u g a r n i t r o g e nc o n t e n tw a sh o r s e s s h e e p c a t t l ed u n g t h ec o n t e n to fa m m o n i a n i t r o g e n ，a m m o n i aa n da m i n os u g a rn i t r o g e na n da c i d i n s o l u b l en i t r o g e n v a r i e dl a r g e l yi nt h ei n i t i a ld e c o m p o s i t i o n ，a n dk e e pa tar e l a t i v e l yl o w l e v e lw i t ht h ee x t e n s i o no fd e c o m p o s i t i o n ；w i t ht h e e x t e n s i o no f d e c o m p o s i t i o n 九t h ec h a n g i n gm a g n i t u d eo fh y d r o l y z a b l et o t a 1n i t r o g e n c o n t e n tw a sn o tl a r g e ；a m i n on i t r o g e nc o n t e n ts h o w e das i g n i f i c a n tt r e n d o fd e c r e a s e ，a n dt h ec h a n g eo fa m i n os u g a rn i t r o g e nc o n t e n tw a sr a t h e r c o m p l i c a t e d i nt h ed e c o m p o s i t i o np r o c e s s ，a m m o n i an i t r o g e n ，a m m o n i a a n da m i n os u g a rn i t r o g e nc o n t e n to fs u b t e r r a n e a nd i s p o s a lw a sh i g h e r t h a nl a n dd i s p o s a li nt h et h r e ek i n d so fd u n g l ；t h eh y d r o l y z a b l et o t a l n i t r o g e n ，a m i n oa c i dn i t r o g e na n da c i d i n s o l u b l en i t r o g e nc o n t e n t so f s u b t e r r a n e a nd i s p o s a lw a sh i g h e rt h a nl a n dd i s p o s a li nh o r s e sa n ds h e e p d u n g ，w h i l et h e r eh a dn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e si nc a t t l ed u n g a m i n o s u g a rn i t r o g e ni ss p e c i a l ，w h i c hc o n t e n to fs u b t e r r a n e a nd i s p o s a lw a s h i g h e rt h a nl a n dd i s p o s a li ns h e e pa n dc a t t l ed u n g ，w h i l eh o r s e sd u n gh a d n os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s 4 t h eo r d e ro fa m m o n i u mn i t r o g e nc o n t e n tw a ss h e e p h o r s e s c a t t l e d u n g ，t h eo r d e ro fn i t r a t en i t r o g e nc o n t e n tw a sc a t t l e h o r s e s s h e e pd u n g w i t hd e c o m p o s i t i o ne x t e n s i o n ，i n o r g a n i cn i t r o g e nc o n t e n to ft h et h r e e k i n d so fd u n gs h o w e da no v e r a l ld o w n w a r dt r e n d ，b u ti n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l yi np l a n t sg r o w i n gs e a s o n i n o r g a n i cn i t r o g e nc o n t e n to ft h e t h r e ek i n d so fd u n gw e r en o ts i g n i f i c a n td i f f e r e n td u r i n gd e c o m p o s i t i o ni n d i f f e r e n td i s p o s a l s 5 o r g a n i cn i t r o g e nw a st h em a i ne x i s t i n gf o r mi ng r a z i n gl i v e s t o c k d u n g ，m i n e r a l i z a t i o na n de l u t i o np r o c e s s e sw e r es l o w b yc o m p a r i s o n ， h o r s e sd u n gh a dar e l a t i v ef a s tr a t eo fn i t r o g e nr e l e a s e f o rt h em a jo r i t yo f c o m p o n e n t sc o n t e n ta n d t o t a l n i t r o g e n ，t h ed i s p o s a l o fb u r i n gi n u n d e r g r o u n dr e s u l t e di ns i g n i f i c a n ti n c r e a s eo fi t sc o n t e n t k e y w o r d s ：i n n e rm o n g o l i at y p i c a ls t e p p e ，l i v e s t o c k ，d u n gd e c o m p o s - i t i o n ，n i t r o g e n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果，尽我所知，除了文中特别加以标注和 致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含本人为获得内蒙古师范大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料本人保证所呈交的论文不侵犯国家机 密、商业秘密及其他合法权益。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示感谢。 签名：。缝迎 日期：批年j 月；f 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解内蒙古师范大学有关保留、使用学 位论文的规定：内蒙古师范大学有权保留并向国家有关部门或机 构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：泳导师签名：剀“h 日期：砌l 年才月? 7 日 1 引言 1 引言 物质循环和能量流动是生态系统最基本的功能，物质循环是一切生命活动的 基础，而一切生命活动都伴随着能量的转化，没有能量的转化，也就没有生命和 生态系统i 。在草地生态系统中物质循环是系统可持续的基础。草地是世界最广 布的植被类型之一，草地生态系统是陆地生态系统重要的组成部分，它覆盖地球 表面土地面积的1 4 1 3 。我国草地面积约4 亿h m 2 ，是覆盖陆地面积最大的绿 色植被【2 1 。在以放牧为主的草地生态系统中，家畜和牧草是系统营养循环链的两 个节点，作为养分载体的家畜排泄物是家畜散草的纽带，动物与草地之间的相 互作用是放牧生态系统的关键生态过程。放牧家畜通过排泄物的归还来影响生态 系统，是生态系统物质循环过程的环节之一i ”】。草原生态系统中，牛、马、羊 等是主要的放牧家畜，家畜粪便是一个含大量水分、微生物及其代谢产物和未消 化植物纤维的复杂基质，富含n 、p 、k 等营养物质和丰富的有机质，是一种长 效的有机肥料，有改善土壤，培养地力之效f 6 】。 放牧草原是一个复杂的生态系统。氮是草原生态系统化学元素循环中的重要 元素，放牧家畜通过土壤一植物一动物系统对草原土壤氮养分施加着显著的影响 i 阳】。放牧家畜对其消化的养分只是吸收利用了8 t 曼4 , 的一部分，其中6 0 一9 0 的 养分又以粪尿的形式归还到草原【1 0 】，粪尿尤其是尿中存在着大量的氮，因此尿 斑和粪斑成为氮转化的主要场所【8 9 j 。在放牧生态系统中，粪斑可以把一定量的 氮素归还给放牧草地【1 1 ，1 2 】，因此，有粪斑的放牧草地小生境内的根系层土壤氮素 水平在理论上应当高于没有粪斑的生境，但这样的趋势可能在很大程度上受到时 间因素的制约。h a k a m a t a 等1 1 3 】在日本北海道寒冷地区的放牧草地所作的研究结 果表明，在粪斑排泄后的1 乞月之内，养分的释放量最大，其后的释放过程则趋 于平缓和微弱。 家畜排泄物的降解是放牧生态系统物质循环过程的环节之一。家畜粪便成为 氮肥施入草地土壤，可以为土壤提供有机质和部分有机、无机氮，有机氮经过微 生物的分解变成硝酸盐，这些n o - 3 盐除被作物吸收利用外，大部分n o 一，盐通过 淋溶、反硝化、n h 3 挥发以及n o 一2 的化学分解等途径损失掉1 1 4 , 1 5 】。有3 0 6 5 的氮通过淋溶和气体( n h 3 ，n o ，n 2 0 ，n 2 ) 挥发损失掉l l o 1 6 j ，氮的损失不仅降低了土 壤肥力而且由于淋溶( 主要是n o 一3 ) 和气体( n n 3 ，n o ，n z o ) 的挥发，对地下水和大 气环境造都成了一定程度的污染和破坏【1 7 19 1 。f l e s s e 等1 2 0 l ( 1 9 9 6 ) 通过研究发现， 内蒙古师范大学硕士学位论文 草地生态系统中牲畜粪便中的氮素通过硝化和反硝化过程产生的n 2 0 不仅是重 要的温室效应气体，而且还对臭氧层具有很强的破坏作用。放牧家畜排泄物氮的 氨化作用是大气n h 3 含量增加的主要原因，自1 9 世纪5 0 年代以来，大气中n h 3 含量增加了5 0 - 5 5 ，其中家畜排泄物氮的氨化作用是主要来源之一1 2 。大气 n h 3 含量的增加对生态环境产生了显著影响1 2 1 2 2 1 。j e n k i n s o n l 2 3 l 指出大气中n h 3 和o h 一反应生成n o x ，占进入大气中n o x 总量的1 0 ，与温室气体有关。从全 球水平看，放牧草原排放的n 2 0 就占到了全部n 2 0 排放量的1 0 1 5 1 2 4 1 。另 外，硝态氮不仅容易在植物中富集而危害人类健康，而且还会淋溶进入地下水， 污染水质p l 。 自2 0 世纪7 0 年代以来，以提高氮利用效率和减少温室气体排放为目的的家 畜排泄物氮转化的研究越来越受到入们的重视。从而对放牧家畜排泄物氮的转化 进行研究具有重要的理论和现实意义i 捌。放牧家畜排泄物中养分的归环状况， 与养分的化学性质、在排泄物中的存在形式密切相关。 1 1 放牧生态系统氮素形态转化研究概况 在放牧生态系统中，放牧家畜排泄物中氮素的主要存在形式是有机态氮和无 机态氮，其中9 0 以上的氮为有机形态，有机态氮在分解者作用下才转化为无机 态氮，被植物吸收利用1 2 7 - 2 9 1 。氮素是放牧家畜排泄的尿液和粪斑中的主要养分形 式，它的有效性或可利用性通常可以影响放牧草地上植物的生长闭j 。尿液中的 养分可以快速地被植物所利用，而粪斑中的养分却并非如此，但粪斑的分解速率 比植物立枯体或凋落物快得多1 3 l l 。在无施肥的放牧草地上，通过放牧家畜的排 泄作用而归还给草地的养分成为影响土壤养分动态的重要因素之一。 在草地生态系统中，氮的生物地球化学途径主要是在大气、土壤、植物、动 物、微生物等之间进行的，可分为内循环和外循环。外循环过程是指氮素向生态 系统中输入和从生态系统中输出的过程。内循环过程是指氮素化学形态的转变和 在系统中不同库问的转移过程，其中包括：氮素的矿化和固定过程；硝化和反硝 化过程；植物残体、动物排泄物归还土壤；植物吸收氮素的过程等【3 2 l 。氮素的 内循环过程的通量远大于外循环。草地土壤氮转化过程是内循环的重要组成部 分，对于揭示草地生态系统功能、生物地球化学循环过程的机理有重要意义。 放牧家畜排泄物氮转化是草原生态系统氮循环的关键环节。在家畜排泄物中 氮转化的研究主要包括氮矿化、硝化作用和反硝化作用、氨化作用等三个方面。 2 1 引言 在氮矿化、硝化和反硝化、氨化间存在促进或抑制作用关系。除气候条件外n h + 4 的浓度和土壤p h 值也是影响氨化作用的关键因素【3 3 , 3 4 1 ，有机氮矿化由于产生大 量的n h + 4 和o h ，而加速了氮的氨化作用过程【3 5 ，3 6 】，但抑制了硝化作用和反硝 化作j 喟 3 7 , 3 8 1 主要是硝化和反硝化作用降低了n h + 4 浓度和土壤p h 值的原因。 硝化作用是需氧过程，氧气对硝化细菌( 亚硝酸菌和硝酸菌) 是绝对必需的【3 9 】， 硝化与反硝化是两个相反过程，对于粪便分解来讲，通气状况、水分含量、温度 和p h 值是影响硝化与反硝化作用的主要因素【4 0 ，4 1 1 。家畜粪便氮的主要矿化途径 包括蛋白物质的氨化、氨基酸糖及其多聚体的氨化和核酸物质的脱氨，另外也有 少量的尿素脱氨【4 2 , 4 3 l 。由于高比例的木质素【州，家畜粪便氮的矿化速率非常慢， 通常要比所食入的牧草慢得多【”，4 5 1 。与家畜排泄物的c n 比、木质素氮素比、 木质素含量和纤维素含量呈负相关关系，而与全氮含量和水溶性氮含量呈正相 关，土壤动物和微生物可以显著促进氮的矿化过程。 放牧草地中家畜粪便的分解主要与粪便类型、气候状况、植被、季节、分解 者生物的活动有关【矧。氮循环中分解者作为中间环节是一个不可缺少和不可代 替的成分。家畜粪便主要由分解者作用后将其中的各种物质归还到无机环境中， 分解者起着维持生态系统物质循环的作用。放牧系统中，微生物通过对植物、动 物及其残体的作用影响群落结构，虽然是间接的，但却是重要的。分解者主要是 一些无脊椎动物和营腐生生活的细菌、放线菌、真菌等各类微生物。无脊椎动物 包括具有粪食性或腐食性作用的蝇类幼虫、金龟子科成虫和幼虫等【4 7 , 4 8 l 。 国外有关放牧家畜粪便分解过程中养分的归还状况以及氮素转化方面的研 比较多。 。 国内对于氮素的研究主要以农田生态系统为主，对放牧家畜排泄物分解研究 的文献较少，仅有些零星报道【4 9 删。 1 2 选择背景和研究意义 氮是大气圈中含量最丰富的元素，是大多数陆地生态系统植物光合作用和初 级生产过程中最受限制的营养元素。氮循环是陆地生态系统重要的物质循环 f 5 1 j 创，对于无施肥的放牧草地生态系统，牲畜粪便是系统氮素循环的重要储库， 其中氮素的储量和随分解的形态变化，对系统的氮素循环、氮素营养有效性有重 要影响。 本文以内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场为研究地点，探讨主要放牧牲畜( 马、 内蒙古师范大学硕士学位论文 牛和羊) 粪分解过程中氮素形态变化特征，以为全面了解草地生态系统的氮素循 环特征、及草地生态系统的科学管理和利用提供基础资料。 4 2 研究方法 2 研究方法 2 1 研究地区自然概况 研究地区位于内蒙古自治区锡林郭勒盟中部，海拔高度在1 0 0 0 m - 1 5 0 0 m ， 地势从东南与西北逐渐降低。地貌类型多样化，有丘陵、塔拉、风成沙地、熔岩 台地和河谷低地等基本类型。属大陆性半干旱中温带气候，年平均温度 一1 1 加2 ，最热月均温1 8 5 ，无霜期9 0 1 1 0 d ，年降雨量2 8 0 3 4 5 m m ，多集 中在6 - 8 月。植被为以大针茅( s t i p ag r a n d i s ) 、羊草( l e y m u sc h i n e n s i s ) 为建群 种的典型草原群落为主，群落优势植物还包括冰草( a g r o p y r o nc r i s t a t u m ) 、糙隐 子草( c l e i s t o g e n e s s q u a r r o s a ) 和葱类( a u i u ms p p ) 等。地带性土壤以暗栗钙土 和典型栗钙土为主【5 3 巧5 1 。 2 2 野外试验设计 试验地点选择在内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场，地理坐标为 1 1 6 。0 7 - 1 1 7 0 0 5 e 和4 3 0 2 6 4 4 0 0 8 7 n 。于2 0 0 8 年6 月底，收集新鲜的放牧家畜 粪便，以重约5 0 0 9 为1 个实验样品，采用人工堆置于地表和装入尼龙网袋后埋 入地下约1 0 c m 两种处理方法，设置了主要放牧家畜( 马j 牛、羊) 粪便野外分 解实验样品6 0 0 个( 马粪、牛粪和羊粪每种处理各1 0 0 个) 。以每种样品、每次 5 个重复，于2 0 0 8 年6 - 9 月、2 0 0 9 年5 - 9 月每月月底采集以上样品，称重，带 回实验室，用于相关指标的测定。 2 0 0 9 年5 - 9 月每月月底，在无放牧牲畜粪便覆盖处，采集0 5 c m 和5 1 0 c m 深度土壤，每次5 个重复，用于相关指标的测定。 2 3 采集样品的分析测试 采集的样品在室内风干，去除杂质，粉碎后将5 个重复样品充分混匀，过 6 0 目筛，用于相关指标的测定。 开氏法测定样品中的全氮含型5 引。 碱解扩散法测定样品中的水解性氮含量1 5 6 1 。 酸水解，蒸馏法用于样品中有机氮形态分析1 5 6 j 。 内蒙古师范大学硕士学位论文 采用鲁如坤介绍的方法1 5 6 】测定样品中铵态氮含量；双波长分光光度法测定 样品中硝态氮含量【5 7 l 。 采用e x c e l2 0 0 3 软件进行绘图和数据的计算整理。 6 3 结果与分析 3 结果与分析 3 1 粪分解过程中全氮含量的变化 由图3 1 可以看出，三种新鲜粪样中的全氮含量均明显高于土壤全氮含量。 三种新鲜粪样比较，全氮含量的大小次序是羊粪( 2 0 0 3g k g - 1 ) 牛粪( 1 6 1 9 g 。k g 1 ) - b 粪( 1 5 3 1g k g 1 ) 。 在实验期间，三种粪样之间、以及不同处理之间全氮含量的最低值较新鲜粪 样全氮含量值的降低幅度显著不同。马粪堆置于地表处理和埋入地下处理分别降 低2 7 和1 7 ，羊粪分别为2 6 和4 ，牛粪分别为1 6 和3 。但实验结束时，各 处理粪样中的全氮含量与新鲜粪样相比，降低幅度不明显，在个别处理甚至有增 加趋势。因此，从整个分解时间来看，并没有引起氮素过多的损失。 分解时问( d ) 分解时问( d ) ， t o 羊 v 捌 缸 磁 删 d 分解时间( d ) 采样时间( 月) 图3 1 马粪( a ) 、牛粪( b ) 和羊粪( c ) 分解过程中全氮含量的变化。七壤( d ) 全 氮含量的季节变化( 2 0 0 9 年) f i g 3 - 1c h a n g e so ft o t a ln i t r o g e nc o n t e n to fh o r s e ( a ) ，c a t t l e ( b ) a n ds h e e p ( c ) d u n gd u r i n gt h e d e c o m p o s i t i o np r o c e s s a n dt h es e a s o n a ld y n a m i co ft o t a ln i t r o g e nc o n t e n to fs o i l ( d ) 随粪分解时间的延长，三种粪中的全氮含量变化趋势各有特点，比较而言， 内蒙古师范大学硕士学位论文 堆置于地表的马粪和埋入地下的马粪中的全氮含量变化趋势基本相同( 图3 1 a ) ， 呈先下降后上升，但总体上看趋于平衡。堆置于地表处理和埋入地下处理马粪中 的全氮含量经过一个植物生长季和一个冬季的分解，均在粪分解3 3 0 d 时含量表现 为最低，分别为1 1 2 1g k g - 1 7 h 1 1 2 6 9g - k g 1 ，随后逐渐上升。而此变化趋势的原因 可能是，在粪分解期间，有机物降解的同时氮素含量也有一定量的损失，从而粪 分解至t j 3 3 0 d 时全氮含量仅剩现有的部分已不再损失，之后随季节的变动全氮含量 又明显回升。见图3 1 b 可知，与马粪相同堆置于地表处理和埋入地下处理牛粪中 的全氮含量变化趋势也基本相同，分别在粪分解9 0 d 和3 9 0 d 时含量呈现最低值， 但变化幅度不大，总体上呈平缓下降趋势。羊粪中的全氮含量变化与马粪和牛粪 中的全氮含量变化均不同，不同处理下的全氮含量变化趋势略有差异( 图3 1 c ) ， 但含量变化趋势总体上保持平稳状态。堆置于地表处理羊粪中的全氮含量在粪分 解4 2 0 d 时，即植物生长季的8 月份时明显呈现最低值，这是由于温度是影响总氮 矿化的最重要的环境因子，对氮矿化速率有很强的控制作用，且呈正相关【5 8 】。 因此高温和相对干燥可能有利于氮矿化，从而使全氮含量在此月份表现出最低 值。 从1 5 个月的粪分解情况来看( 见图3 - 1 ) ，不同处理马粪和羊粪中的全氮 含量差异明显，堆置于地表处理中的全氮量低于埋入地下处理中的全氮含量， 可以认为，堆置于地表处理中的全氮损失量大于埋入地下处理中的全氮损失量， 牛粪则与之不同，在粪分解整个时期，不同处理中的全氮含量高低差异不明显， 说明，牛粪中的全氮水平受处理方法的影响较小，不同处理并没有引起氮素浓 度的太大变化。 一 ， 3 2 粪分解过程中碱解氮( 水解性氮) 含量的变化 水解性氮或称碱解氮包括无机态氮( 铵态氮、硝态氮) 及易水解的有机 态氮( 氨基酸、酰铵和易水解蛋白质) 。这部分氮素可以直接被作物吸收利 用，因此又称有效性氮【5 9 】。在放牧生态系统中，粪便中的水解性氮是草地植 物养分的直接来源，能够反映土壤氮素动态和供氮水平【6 0 1 。 实验结果可知，放牧家畜三种粪中碱解氮含量的变化与全氮含量的变化大致 相同，但碱解氮含量只占全氮含量的1 2 左右。三种新鲜粪样比较，碱解氮含量 依次为羊粪( 1 6 1g k g - 1 ) 牛粪( 1 3 4g - k g 以) 马粪( 1 1 8g k g 1 ) ，且三种新鲜 粪样中的碱解氮含量均明显高于土壤碱解氮含量。 8 3 结果与分析 在实验期间，三种粪样之间、以及不同处理之间新鲜粪样碱解氮含量值与碱 解氮含量最低值相比，降低幅度显著不同，牛粪堆置于地表处理和埋入地下处理 分别降低了3 3 和3 4 ；羊粪堆置于地表处理和埋入地下处理分别降低了2 9 和 2 9 ；马粪堆置于地表处理和埋入地下处理分别降低了2 2 和1 3 。但实验结束 时，各处理粪样中的碱解氮含量与新鲜粪样相比，降低幅度不明显，在个别处理 甚至有增加趋势。因此，从整个粪分解时间来看，并没有引起氮素过多的损失。 o 量 粤 棚 缸 聪 鐾 髻 分解时间( d ) 分解时间( d ) ? 蛩 粤 栅 缸 l 鐾 肇 分解时间( d ) 采样时问( 月) 图3 2 马粪( a ) 、牛粪( b ) 和羊粪( c ) 分解过程中碱解氮含量的变化。土壤( d ) 碱解氮含量的季节变化( 2 0 0 9 年) f i g 3 - 2t h ec h a n g e so fh y d r o l y s a b l en i t r o g e nc o n t e n to fh o r s e ( a ) ，c a t t l e ( b ) a n ds h e e p ( c ) d u n gd u r i n gt h ed e c o m p o s i t i o np r o c e s s a n dt h es e a s o n a ld y n a m i co fh y d r o l y s a b l en i t r o g e n c o n t e n to fs o i l ( d ) 随粪分解时间的延长，三种粪中的碱解氮含量的变化趋势各有其特点，马 粪中的碱解氮含量变化在不同处理间表现为不同的趋势( 图3 - 2 a ) ，埋入地 下处理马粪中的碱解氮含量变化幅度较大，总体上呈上升趋势。而堆置于地表 处理马粪中的碱解氮含量在粪分解过程中始终保持平稳。由此可见，马粪不 同处理中的碱解氮的分解速率有明显的差异。比较而言( 图3 2 b ) ，堆置于 地表处理和埋入地下处理牛粪中的碱解氮含量变化趋势基本相致，变化幅度较 小，总体上均呈下降趋势。但两种处理方法中的碱解氮含量在粪分解4 2 0 d 时表现 9 内蒙古师范大学硕士学1 立论文 出明显的相反趋势，堆置于地表处理牛粪中的碱解氮含量趋于下降，这可能是随 牛粪在草地上堆置时间的延长，到一定时期后，内部养分大量释放的阶段可能已 经基本结束，虽然粪斑的分解过程可能还在延续，但由于释放出的碱解氮量不大， 且又极易被草地植物在生长过程中所吸收或被淋溶，因此，这时期粪斑内的 氮素水平已经不再表现出升高趋势。与之相反，埋入地下处理牛粪中的碱解氮含 量在4 2 0 d 时有明显上升趋势，这可能与分解前期碱解氮含量的积累所致，因此， 可能预示着这部分氮素将要带到以后的分解时期。羊粪中的碱解氮含量变化趋 势与马和牛粪中的碱解氮含量变化趋势均不同，堆置于地表处理和埋入地下处 理中的碱解氮含量的变化也略不同，但总体上呈下降趋势( 图3 2 c ) 。其粪 分解n 3 3 0 d 时，埋入地下处理羊粪中的碱解氮含量有明显的凹陷，甚至低于堆 置于地表处理羊粪中的碱解氮含量，这可能与气温寒冷有关，加之通气状况不 良，使得埋入地下处理粪样中的氮素反硝化率增加，从而导致埋入地下处理 羊粪中的碱解氮损失量增强，但分解结束时碱解氮含量又有明显的回升趋势。 比较而言，堆置于地表处理羊粪中的碱解氮含量在整个分解期中比较平缓下降 的。 从1 5 个月的粪分解情况来看( 见图3 2 ) ，埋入地下处理马粪和羊粪中的 碱解氮含量明显高于堆置于地表处理马粪和羊粪中的碱解氮含量，可以认为， 堆置于地表处理中碱解氮含量的损失量大于埋入地下处理中的碱解氮含量 的损失量，这可能是易水解的有机氮易被氨挥发掉和易形成径流，使部分碱 解氮随径流和淋溶流失掉【6 硝。牛粪则与之不同，由图3 2 b 可见，在粪分解整 个时期，不同处理中的碱解氮含量大小差异不明显，说明，牛粪中的碱解氮水 平受其处理方法的影响较小，不同处理没有引起氮素浓度的明显变化。 3 3 家畜粪分解过程中有机氮形态变化特征 3 3 1 水解性全氮 有机态氮是氮素的主要存在形式，只有在微生物作用下矿化转变为无机态氮 才能被植物直接利用，是交换性铵和硝态氮的来源f 6 3 】。有机氮各组分中水解性 全氮是主要的形态，试验证明，在粪分解期间，不同处理水解性全氮约占全氮比 例的7 0 8 0 ，三种新鲜粪样中的水解性全氮含量均明显高于土壤水解性全氮 含量，其含量变化规律与全氮相似。 l o 3 结果与分析 实验结果可知，三种新鲜粪样中的水解性全氮含量大小明显不同，依次为羊 粪( 1 3 8 7g k g 以) 牛粪( 1 2 9 9g k g d ) 马粪( 1 1 7 9g k 百1 ) 。在整个实验期内， 三种粪样之间、以及不同处理之间新鲜粪样中的水解性全氮含量与含量最低值相 比，牛粪堆置于地表处理和埋入地下处理分别降低了3 0 _ ； 1 3 0 ；羊粪堆置于地 表处理和埋入地下处理分别降低了2 9 和1 2 ；马粪堆置于地表处理和埋入地下 处理分别降低了2 2 和1 8 。但实验结束时，各处理粪样中的水解性全氮含量与 新鲜粪样相比，降低幅度不明显，在个别处理甚至有增加趋势。因此，从整个分 解时间来看，并没有引起氮素过多的损失。 ， 蟹 粤 嘲 缸 嚼 剞 掣 琏 * o 堂 钿 v 棚 缸 裱 剞 掣 鐾 簧 分解时问( d ) 分解时问( d ) o 堂 毛o v 删 钿 撼 剞 掣 鐾 * f 暨 钿 v 棚 缸 腻 甜 枣 鐾 簧 d 分解时间( d ) 采样时间( 月) 图3 3 马粪( a ) 、牛粪( b ) 和羊粪( c ) 分解过程中水解性全氮含量的变化。土壤( d ) 水解性全氮含量的季节变化( 2 0 0 9 年) f i g 3 - 3 t h ec h a n g e so fh y d r o l y s a b l et o t a ln i t r o g e nc o n t e n to fh o r s e ( a ) ，c a t t l e ( b ) a n ds h e e p ( 6 3 d u n gd u r i n gt h ed e c o m p o s i t i o np r o c e s s a n dt h es e a s o n a ld y n a m i co fh y d r o l y s a b l et o t a ln i t r o g e n c o n t e n to fs o i l ( d ) 随粪分解时间的延长，三种粪中水解性全氮含量的变化趋势各有其特点，比 较而言，堆置于地表处理和埋入地下处理马粪中的水解性全氮含量的变化趋势基 本相同( 图3 3 a ) ，在实验开始的0 9 0 d 期间，两种处理马粪中的水解性全氮含 量变化比较平稳，之后迅速下降，分别在粪分解3 6 0 d 和3 3 0 d 时含量呈现最低值， 主要原因可能是微生物的氨化作用将有机念氮快速分解成n h + 4 ，并在碱性条件 覆一 内蒙古师范大学硕士学位论文 下转化n h 3 ，挥发到空气中，之后因分解前期的积累量所致又缓慢上升。总体上 来看，两种处理马粪中的水解性全氮含量变化，呈平稳趋势。由图3 3 b 可知，堆 置于地表处理牛粪中的水解性全氮含量变化直呈平缓下降趋势， 埋入地下处 理牛粪中的水解性全氮含量波动比较大，在6 0 9 0 d 期间呈上升趋势，之后，迅速 下降到分解3 3 0 d 时含量为最低9 1 1g k 百1 ，到分解后期又趋于回升。但总体来看， 两种处理牛粪中的水解性全氮含量均呈下降趋势。羊粪中的水解性全氮含量变化 与马粪中的水解性全氮含量变化相一致( 见图3 3 c ) ，堆置于地表处理羊粪和埋 入地下处理羊粪中的水解性全氮含量变化趋势基本相同，埋入地下处理羊粪中的 水解性全氮含量在前9 0 d 的分解时间内呈上升趋势，之后又迅速下降直到粪分解 3 6 0 d 时含量降为最低1 2 1 7 9 k 9 1 ，最后又有上升趋势。堆置于地表处理羊粪中的 水解性全氮含量在粪分解4 2 0 d 时表现为最低9 8 2g k g - 1 ，这可能是此季节雨水量 充沛的原因，使得堆置于地表处理羊粪中的水解性全氮损失量增大。但在整个实 验期内，两种处理羊粪中的水解性全氮平均含量均趋于平稳状态。 从1 5 个月的分解情况来看( 见图3 3 ) ，埋入地下处理马粪和羊粪中的水解 性全氮含量总体上大于堆置于地表处理马粪和羊粪中的含量。可以认为，马粪 和羊粪堆置于地表处理中的水解性全氮损失量要高于埋入地下处理中的水解性 全氮的损失量。牛粪则与之不同，由图3 - 3 b 可见，在整个粪分解期间，不同 处理中的水解性全氮含量大小差异不明显；说明，牛粪中的水解性全氮水平受 其处理方法的影响较小，不同处理没有引起水解性全氮含量的明显不同。 3 3 2 氨基酸态氮 氨基酸态氮是酸解有机态氮的主要形态之一【6 4 1 。实验结果可知，三种新鲜 粪样中的氨基酸态氮含量大小显著不同，依次为牛粪( 6 4 4g k g d ) 羊粪( 5 3 1 g k 9 1 ) 马粪( 3 6 3g k 9 1 ) ，三种新鲜粪样中的氨基酸态氮含量均明显高于土 壤氨基酸态氮含量。 在实验期内，三种粪样之间