耦合發酵全元有機無機復合肥對小白菜生長及土壤養分的影響*

李 雪, 陳 舟, 孫子欽, 高鳳婕, 郭?？? 卓文韜, 王 淳, 陳寶成

(土肥高效利用國家工程研究中心/山東農業大學資源與環境學院 山東泰安 271018)

近年來,為提高蔬菜產量,過量施肥的現象越來越嚴重[1-2],已造成作物產量與品質下降[3],土壤理化性狀惡化,加劇了農業污染[4-5],威脅了農業的可持續發展和經濟效益[6]。

為減輕化肥施用過量帶來的不利影響,有機肥與化肥合理配施是措施之一。有研究表明,有機無機肥配合施用,可以提高土壤生產力[7],為作物生長營造良好的生長環境[8],提高作物產量[9-10]。張緒美等[11]的研究發現,與單施無機肥相比,不同比例有機無機肥配施可以顯著提高土壤有機質、全氮含量,分別增加13.1%～43.8%、5.3%～25.0%;當有機氮與無機氮質量比為11∶9時,水稻產量達到最高。黃晶等[12]通過28 a長期定位試驗發現,與單施化肥相比,有機無機肥配施處理的水稻增產3.3%～19.9%。有機無機肥配施還可以提高作物品質,高偉等[13]的試驗結果表明,有機(豬糞)無機肥料配施能顯著降低芹菜可食部分的硝酸鹽含量,較單施化肥的平均降低16.7%,維生素C(Vc)含量平均提高36.8%;杜中平等[14]的研究發現,施用腐熟羊糞和化肥可以顯著降低番茄果實中的亞硝酸鹽含量,顯著提高可溶性蛋白質、Vc、可溶性總糖含量。

有機液體肥作為一種新型水溶性肥料,與化肥配施,能夠活化土壤養分,實現對養分資源的高效管理,從而達到作物高產和農田環境保護的目的[15],將成為我國今后肥料施用的趨勢[16]。噴施有機液體肥還可提高蔬菜的產量與品質[17],徐兵劃等[18]的研究發現,隨著有機液體肥施用量的增加,小麥分蘗數也不斷增加。有機液體肥中的有益微生物及大中微量元素可以增加作物產量,改善作物品質,減輕有害物質對作物的危害[19],有機液體肥在高經濟價值作物種植中已得到廣泛應用,并逐漸被用戶接受和施用。

在農業生產中,化肥養分濃度高、肥效快,但養分單一且易淋失或固定;有機肥養分濃度低、肥效慢,但所含養分種類多,高含量有機質能改善土壤性質。如果將化肥特別是礦質元素中的磷、鉀及中微量元素與有機肥進行耦合發酵,有機物質經發酵后養分轉化成速效養分,化肥中的速效養分和有機物質結合形成有機無機復合物,可以減少養分淋失,提高有效性。本文通過大量、中量及微量元素無機肥料與不同有機物料進行耦合發酵,制作養分全面的有機無機固體肥和液體肥,研究其對蔬菜產量、品質以及土壤理化性狀的影響,為新型全元素有機無機肥生產及蔬菜施用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤:土壤類型為普通棕壤(簡育濕潤淋溶土),中壤質地,pH(水土比2.5∶1)為8.37,電導率(水土比為5∶1)167.3 μS/cm,w(有機質)為8.79 g/kg,w(硝態氮)為9.06 mg/kg,w(銨態氮)為17.7 mg/kg,w(有效磷)為86.4 mg/kg,w(速效鉀)為103.84 mg/kg。

供試作物:四季春小白菜,生育期約為40 d。

供試材料:尿素,w(N)為46%;磷酸一銨,w(P2O5)為60%;硫酸鉀,w(K2O)為50%;硫酸亞鐵,w(鐵)為20%;碳酸鈣,w(鈣)為40%;硫酸鋅,w(鋅)為24%;有機物料為鮮羊糞,秸稈為市售粉碎花生秸稈;復合菌劑為酵母菌劑和芽孢桿菌劑,含菌量大于2.5億/g。

1.2 試驗設計

1.2.1 全元有機無機復合肥、液體肥的制作

綜合考慮發酵速率及一般農田養分施用量,各處理發酵物料配比為100 kg有機物料加尿素2 kg、磷酸一銨2 kg、硫酸鉀2 kg、碳酸鈣1 kg、硫酸鋅0.1 kg、硫酸亞鐵0.1 kg、菌劑0.2 kg。有機無機耦合發酵物料分別為:JG,秸稈+復合菌劑;YF,羊糞+復合菌劑;JGF,秸稈+化肥+復合菌劑;YFF,羊糞+化肥+復合菌劑;JYF,秸稈+羊糞+化肥+復合菌劑,秸稈與羊糞的干質量比為1∶5。各處理所有物料混合均勻后,加水至質量分數50%左右,混勻,發酵至腐熟,得到有機無機復合肥。

有機無機液體肥制作:取部分耦合發酵制作的有機無機復合肥,按照發酵物與水質量比1∶5浸泡24 h,過濾,得到有機無機液體肥。

1.2.2 肥效試驗設計

試驗為盆栽試驗,栽培盆為陶土盆,高25 cm,直徑34 cm,凈質量5 kg,裝土15 kg。試驗共設6個處理:CK,對照處理,不施肥;JH,發酵后秸稈加化肥;GH,發酵后羊糞加化肥;OR,秸稈與化肥耦合發酵的有機無機復合肥;DI,羊糞與化肥耦合發酵的有機無機復合肥;MQ,秸稈、羊糞與化肥耦合發酵的有機無機復合肥。除CK處理外,其他各處理相應的有機無機復合肥用量一致,均為每盆450 g,其中各施肥處理的固體肥均作為基肥與土壤混勻施用,并分別在小白菜出苗后第15天、第22天對OR、DI、MQ處理采用相應的有機無機液體肥進行葉面噴施和土壤澆施,噴澆施有機無機液體肥總量及濃度相同,分別為200 mL、1.0 mS/cm,其他處理噴澆施相同體積的清水。每個處理重復3次。

1.3 樣品采集

土壤樣品采集:小白菜全部收獲后,使用土鉆采集0～20 cm土壤樣品,每盆取3鉆土混合,土樣風干磨細后分別過2、0.15 mm篩,備用。

植株樣品采集:小白菜在收獲期一次性收獲后稱重,植株樣品于105 ℃殺青30 min,在75 ℃烘干至恒質量后,用粉碎機粉碎磨細。

1.4 樣品測定指標及方法

土壤樣品測定:土壤中的銨態氮含量采用紫外分光光度法-靛酚藍比色法測定;土壤中的有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提,分光光度法測定;土壤中的速效鉀含量采用乙酸銨浸提,火焰光度法測定;土壤中的有機質含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測定。

植株樣品測定:植株樣品采用H2SO4-H2O2聯合消煮,消煮液轉移至100 mL容量瓶定容,全氮含量采用凱氏定氮儀法測定,全磷含量采用Smart 200流動注射分析儀測定,全鉀含量采用火焰光度法測定。

生長指標測定:在噴施有機無機液體肥前4 d與噴施有機無機液體肥后的第15天測定小白菜生長指標,采用直尺測定小白菜的株高、葉長與葉寬(葉面積=葉長×葉寬×0.85),葉綠素儀測定小白菜葉片葉綠素相對含量(SPAD值)。

小白菜品質測定:Vc含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定;硝酸鹽含量采用水楊酸法測定。

產量測定:小白菜在收獲期一次收獲進行測產。

1.5 數據處理方法

采用Excel軟件進行試驗數據的整理,分別用SPSS 2020、Origin軟件進行統計分析和作圖,采用Duncan法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對小白菜產量指標的影響

2.1.1 不同施肥處理對小白菜產量的影響

測定不同施肥處理盆栽小白菜的產量,結果見表1。

表1 不同施肥處理的盆栽小白菜產量

由表1可知:與CK處理相比,施用不同種類有機無機復合肥的處理均不同程度地提高了小白菜的產量,差異達顯著水平;施用耦合發酵復合肥的OR、DI、MQ處理比CK處理分別增產110.09%、121.33%、114.68%,增產效果最好的是DI處理,原因可能是羊糞與化肥耦合發酵后的養分種類較全面,更適合小白菜的生長,但3個處理間差異未達顯著水平;與CK處理相比,JH、GH處理分別增產61.03%、61.72%;GH處理與JH處理相比,增產0.42%,差異不顯著;與JH處理相比,OR、DI、MQ處理分別增產30.46%、37.45%、33.31%,差異顯著;與GH處理相比,OR、DI、MQ處理分別增產29.91%、36.87%、32.75%,差異顯著。以上結果說明有機無機耦合發酵復合肥更有利于小白菜的生長。

2.1.2 不同施肥處理對小白菜葉片SPAD值的影響

在小白菜噴施有機無機液體肥前及2次噴施有機無機液體肥后,分別測定小白菜葉片SPAD值,結果見圖1。

圖1 不同施肥處理的小白菜SPAD值

由圖1可知:小白菜葉片在清水或有機無機液體肥噴施與澆施前,SPAD值為42.5～45.8,各處理間無顯著性差異;在完成兩次清水或有機無機液體肥噴施與澆施后,小白菜正處于成熟期,SPAD值整體偏低,為37.8～41.5,各處理間差異不顯著,但與CK處理相比有明顯的差異性(GH處理除外);噴施和澆施有機無機液體肥后,DI處理的SPAD值最高。

2.1.3 不同施肥處理對小白菜株高的影響

小白菜的株高是反映其產量的重要指標。分別在噴施與澆施清水或有機無機液體肥前和2次噴施與澆施清水或有機無機液體肥后對小白菜的株高進行測定,結果見圖2。

圖2 不同施肥處理的小白菜株高

由圖2可知:噴施與澆施清水或有機無機液體肥前,各處理的小白菜株高無顯著性差異;2次噴施與澆施清水或有機無機液體肥后,效果最好的處理是GH(株高為39.6 cm),次之是DI處理(株高為37.6 cm)。

2.1.4 不同施肥處理對小白菜葉面積的影響

葉菜類植株的葉面積可以在很大程度上反映作物的產量,對光合效率以及物質的積累也有一定影響。分別在噴施與澆施清水或有機無機液體肥前、2次噴施與澆施清水或有機無機液體肥后測定不同施肥處理的小白菜葉面積,結果見圖3。

圖3 不同施肥處理的小白菜葉面積

由圖3可知:與CK處理相比,OR、DI、MQ處理噴施與澆施2次有機無機液體肥后,葉面積有不同程度的增加,說明噴施與澆施有機無機液體肥能增加小白菜的葉面積;DI處理的葉面積增加效果最好,與CK處理相比,噴施與澆施有機無機液體肥前后,葉面積分別增加了32.33%、68.67%,差異顯著,說明在施用羊糞與化肥耦合發酵的有機無機固體復合肥的基礎上,噴施與澆施相應的有機無機液體肥,可以明顯增加小白菜的生物量。

2.2 不同施肥處理對小白菜品質指標的影響

不同施肥處理對小白菜品質指標的影響見表2。

表2 不同施肥處理的小白菜品質指標

Vc含量是判斷蔬菜品質的重要指標。由表2可知:與CK處理相比,不同施肥處理均能提高小白菜Vc含量,其中DI處理的Vc含量最高,比CK處理的提高了53.08%,顯著高于其他處理的;各施肥處理的小白菜可食部分的硝酸鹽含量以MQ處理的最高,但與GH、DI處理的差異不顯著;在所有施肥處理中,JH處理的硝酸鹽含量最低,但仍比CK處理的高86.48%。

2.3 不同施肥處理對土壤理化性狀的影響

2.3.1 對土壤有機質含量的影響

有機質含量是土壤肥力的重要指標。小白菜收獲后測定土壤有機質含量,結果見圖4。

圖4 不同施肥處理的土壤有機質含量

由圖4可知:施肥處理顯著提高了土壤有機質含量,與CK處理相比,JH、GH、OR、DI、MQ處理的土壤有機質含量分別提高了34.3%、41.0%、27.7%、58.9%、34.9%;DI處理的土壤有機質含量最高,原因可能是羊糞與化肥耦合發酵有機無機復合肥提高了土壤有機質的含量,且在小白菜生長后期進行了羊糞與化肥耦合發酵有機無機液體肥的澆施,使大量有機質在土壤中積累;在各施肥處理中,GH、DI處理的土壤有機質含量高于JH、OR處理的,可能是羊糞中碳元素和有機質含量較為豐富。

2.3.2 對土壤有效磷含量的影響

測定不同施肥處理的土壤有效磷含量,結果見圖5。

圖5 不同施肥處理的土壤有效磷含量

由圖5可知:各施肥處理的土壤有效磷含量均高于CK處理的;DI處理的土壤有效磷含量與CK處理的相比差異顯著,說明施用羊糞與化肥耦合發酵的有機無機復合肥對提高土壤有效磷含量最有效;OR、DI、MQ處理的土壤有效磷含量高于JH、GH處理的,說明在小白菜生長后期噴施與澆施濃度適宜的耦合發酵有機無機液體肥可以提高土壤有效磷含量。

2.3.3 對土壤速效鉀含量的影響

不同施肥處理對土壤速效鉀含量的影響見圖6。

圖6 不同施肥處理的土壤速效鉀含量

由圖6可知:各施肥處理的土壤速效鉀含量均高于CK處理的,其中GH、JH、DI處理的土壤速效鉀含量顯著高于CK處理的;OR、MQ處理的土壤速效鉀含量與CK處理的相比無顯著性差異。

2.3.4 對土壤銨態氮含量的影響

不同施肥處理對土壤銨態氮含量的影響見圖7。

圖7 不同施肥處理的土壤銨態氮含量

由圖7可知:GH處理的土壤銨態氮含量顯著高于其他處理的;與CK處理相比,各施肥處理均提高了土壤銨態氮的含量,JH、GH、OR、DI、MQ處理的分別提高了3.70%、36.79%、2.47%、18.27%、3.70%;DI處理的土壤銨態氮含量較高,但與JH、OR、MQ處理的相比無顯著性差異。

3 討論

試驗結果顯示,施肥處理均可顯著增加小白菜產量,效果較好的處理是在施用羊糞與化肥耦合發酵有機無機復合肥的基礎上噴施與澆施相應的有機無機液體肥,其次是施用秸稈、羊糞與化肥耦合發酵有機無機復合肥的基礎上噴施與澆施相應的有機無機液體肥。說明在施用有機無機復合肥時,噴施與澆施相應的有機無機液體肥對增加作物產量效果更顯著?？禃喳惖萚20]的研究表明,白菜和黃瓜施用不同種類的有機物料與菌劑制作的有機肥產量顯著提高,Vc含量也有所增加。試驗結果表明,施入有機肥或有機無機復合肥后,土壤中各養分含量都有增加的趨勢,這與韋茂貴等[21]、孫薇等[22]等的研究結果一致。土壤中的有機質是植物營養的主要來源之一,能促進植物的生長發育,其含量與土壤肥力水平呈正相關[23]。試驗結果顯示,施用有機物料替代部分化肥并與無機肥耦合發酵的有機無機復合肥提高了土壤有機質和速效養分含量,這與肖洋等[24]的研究結果相似。

試驗中施用羊糞與化肥耦合發酵的有機無機復合肥最有利于增加小白菜的Vc含量,能提高小白菜的營養品質與口感[25-26],更有利于小白菜生長,這與前人研究花椰菜、空心菜、番茄、菜豆所得的結論一致[27-29]。

4 結語

(1)有機無機耦合發酵生產的肥料可不同程度地提高小白菜的產量和品質,以羊糞與化肥耦合發酵的有機無機固體肥及液體肥效果較優。

(2)有機無機耦合發酵生產的肥料不同程度地提高了土壤有機質、有效磷、速效鉀、銨態氮的含量,為蔬菜增產提供了較好的養分條件。