有機物下腳料對土壤改良及蔬菜增產的效果研究

李宏告，張躍龍，吳同斌，邵 賽，張樂平，李麗輝，彭家葵

（1. 湖南省核農學與航天育種研究所，湖南 長沙 410125；2. 新寧縣農業局，湖南 新寧 422700）

我國是人口大國，也是農業大國，糧食安全關系著國家的穩定[1]。糧食生產需要耕地，我國人多地少，耕地面積緊張[2]，隨著我國經濟的發展，城鎮化進程加快[3]，耕地面積正面臨著“安全紅線”的威脅[4]，為了保證7%的耕地養活世界五分一的人口[5]，耕地質量保證是個關鍵[6]。

中國農業生產歷史悠久，在20世紀中后期我國人口增長過快，農業生產面積迅速擴大，掠奪式農業生產模式泛濫[7]，導致耕地出現大面積荒漠化、紅漠化、鹽堿化[8]，使我國可耕種的耕地面積大幅減少，嚴重影響了我國糧食生產安全。另外在農業生產過程中，由于單一持久施用化肥和農藥，我國大部分耕地飽受“化肥污染和農藥污染”困擾，土壤酸化嚴重，生產能力下降，糧食安全受到威脅。針對現狀，為了保證糧食生產持久的安全，人們提出了低碳農業[9]，就是生物多樣性農業。發展生物多樣性農業，可以避免使用農藥、化肥等。無需生產工業化肥，每年可為世界節省1%的石油能源，不用化肥能降低30%的農業排放，可部分抵消其他農業排放：如牲畜腸道發酵、稻田、生物質燃燒和糞肥處理等。低碳農業要求耕地的固碳率達到400 kg/hm2·a，牧場則需達到200 kg/hm2·a，有機農業系統能夠達到這一水平，即抵消80%的因農業導致的全球溫室氣體排放量[10]。

在現實生產實踐中，農業生產的下腳料如：菌糠、秸稈等，生產結束后都采用了焚毀方式，不但污染了空氣，還造成了浪費。針對此情況，根據低碳農業的要求，提出充分利用農業生產中的有機廢物的辦法[11]。農業生產中產生的廢舊有機物中，菌糠是一種良好的土壤改良材料[12]；秸稈的土壤改良效果也已經被人們發現和利用[13-14]；在水稻產區，稻殼是常見的有機物下腳料；隨著加工業的發展，鋸木屑也成為了一種常見有機物。因此，試驗對比菌糠、鋸木屑、稻殼、秸稈4種有機物下腳料對土壤改良的效果，為農業生產中有機廢棄物的再利用和農業土壤改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗有機物下腳料選擇常見的菌糠、秸稈、鋸木屑、稻殼。菌糠選擇闊葉樹為主要原料的菌類培養基剩余物；鋸木屑來源于鋸木加工廠，是松樹等多種林木加工的余料；稻殼是普通稻米加工廠的余料；秸稈是稻草粉碎料。栽培蔬菜按順序選擇紅莧菜、上海青小白菜、南畔洲白蘿卜、二白皮萵筍。栽培用化肥為尿素（中石化巴陵公司，總氮含量46.4%）、硫酸鉀（羅布泊鉀鹽公司，K2O含量51%）和鈣鎂磷肥（瀏陽市磷肥廠，P2O5含量14%），全是作基肥一次性施用，鈣鎂磷肥用量為600 kg/hm2·a，尿素和硫酸鉀用量分別為225和300 kg/hm2·a。

1.2 試驗方法

2012年4月，將發酵6個月的有機物下腳料菌糠、秸稈、稻殼、鋸木屑作為土壤改良劑添加入菜園土壤，添加比例為土壤體積70%，有機物料30%，用普通菜園土作對比（CK），測量在土壤中添加有機物下腳料后土壤的保水保溫能力和增產效果。

1.2.1 保水效果 利用一種可儲水的自動澆灌栽培裝置，其栽培容器上部長寬均為20 cm，下部長寬均為15 cm，高為23 cm的底部密封的方形桶，把土壤與不同有機物混合后添加于其中，2012年6月12日至16日每天測量桶中的儲水容器中水減少數量，以計算栽培桶每天水分消耗量。

1.2.2 保溫效果 將4種有機物土壤改良劑與土調制的混合土壤和純菜園土按寬1. 2 m、高20 cm在地里分別起垅3 m，組成5垅。從4月22日測量地溫到5月23日，每天上午10點測量垅中溫度，溫度計插入土中10 cm，記錄測量結果進行分析。

1.2.3 增產效果 5個栽培垅，按適宜季節分別栽培莧菜、小白菜、蘿卜和萵筍（表1），測量栽培蔬菜的生物產量。

表1 試驗蔬菜栽培與收獲時間Table 1 Plant time of 4 vegetables investigated

2 結果與分析

2.1 添加有機物下腳料對地溫的影響

從4月22日開始測量土壤溫度，一直測量到5月13日，共測量22 d，所有處理土壤地溫平均數見表1。從表中發現，在耕地的土壤里添加有機物均能提高地溫，其中以添加鋸木屑升溫效果最好，平均升溫達到1. 2℃，其次是添加秸稈和稻殼，升溫分別達到1. 1℃和1. 0℃。添加菌糠升溫最少，也達0. 6℃。地溫升高有利于植物根系發育，促進根系菌類活動，加快有機物的發酵，有利于地力的提高，所以在耕地的土壤里添加有機物有利于提高蔬菜的產量。

2.2 添加有機物下腳料對土壤保水效果的影響

圖1表明：添加有機物均可減少水分蒸發，從而達到提高土壤保水的目的。添加稻殼保水效果最佳，其次是秸稈和鋸木屑，每天耗水量均極顯著低于對照處理；保水效果最差的是菌糠，比對照每天少消耗5 mL水。

2.3 添加有機物下腳料對產量的影響

土壤中添加上述4種有機物下腳料后在不同季節按順序栽培莧菜、小白菜、蘿卜和萵筍4種蔬菜，并測量其生物產量，見圖2。從圖2中可知，在土壤中添加菌糠（處理1）增產效果最好，莧菜、小白菜、蘿卜和萵筍產量均極顯著高于其他處理；其次是在土壤中添加秸稈（處理2），4種試驗蔬菜產量均極顯著高于添加稻殼、添加鋸木屑及普通菜園土（CK）的處理。相對之下，在土壤中添加鋸木屑（處理4）和稻殼（處理3）的處理對蔬菜增產效果均不顯著，其中，處理3、處理4的小白菜產量低于CK，處理3的莧菜產量也低于CK，但均未達顯著水平，這可能是因為有機物發酵不充分。

3 小結與討論

在土壤中添加有機物能有效提高地溫，降低水分蒸發量。在土壤中添加菌糠和秸稈，能有效增加蔬菜產量，而添加鋸木屑和稻殼增產效果不顯著。

由于有機物下腳料的結構和成分有區別，發酵所需要的時間和環境要求均不同，鋸木屑和稻殼需要更長時間的發酵才能完全分解，這可能是本試驗添加鋸木屑和稻殼處理對蔬菜增產效果不顯著的原因之一。

試驗僅探索了添加不同有機物下腳料對地溫和水分蒸發及蔬菜產量的影響，為有機物改良土壤效果的一種嘗試性研究。土壤中，有機物下腳料添加比例不同，對土壤的改良效果也不同；另外，在土壤中添加有機物下腳料后，土壤有機質、堿解氮、速效鉀、有效磷、和微生物生物量碳的含量及粘粒、水穩性團聚體的比例，土壤容重、pH值等的變化也有待進一步研究。

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