減量施肥條件下生物有機肥對土壤養分供應及小白菜吸收的影響

魏曉蘭, 吳彩姣, 孫 瑋, 湯 燕, 谷勛剛

(安徽農業大學 資源與環境學院, 安徽 合肥 230036)

減量施肥條件下生物有機肥對土壤養分供應及小白菜吸收的影響

魏曉蘭, 吳彩姣, 孫 瑋, 湯 燕, 谷勛剛

(安徽農業大學 資源與環境學院, 安徽 合肥 230036)

[目的] 研究化肥減量施用條件下混合加入生物有機肥對土壤養分供應、蔬菜養分吸收及生物量的影響，為化肥減量化應用的實踐提供理論依據。[方法] 采用盆栽試驗方法，以小白菜為供試作物，研究生物有機肥與不同比例的化肥配合施用，對土壤堿解氮、速效磷、速效鉀以及蔬菜生物量、氮磷鉀吸收量的影響。[結果] 生物有機肥在一定的時間內能夠提高土壤氮、磷、鉀的供給，在減少該區常規施肥用量15%～25%的條件下，對土壤供肥能力不產生明顯的影響，并可減少農業面源污染，減輕環境污染壓力；小白菜生長試驗顯示，兩種肥料混合施用，在減少化肥常規用量的15%～25%時，對小白菜的生物量、氮磷鉀吸收量均不產生不利影響，并在一定程度上提高肥料的利用率。[結論] 生物有機肥對土壤氮、磷、鉀不僅具有活化作用，還能穩定氮、磷、鉀養分的供應。

生物有機肥; 土壤養分供應; 生物量; 化肥減量化

文獻參數： 魏曉蘭, 吳彩姣, 孫瑋, 等.減量施肥條件下生物有機肥對土壤養分供應及小白菜吸收的影響[J].水土保持通報，2017,37(1)：040-044.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.007; Wei Xiaolan, Wu Caijiao, Sun Wei, et al. Effect of bio-organic fertilizer on soil nutrient supply and absorption of bok choy under different decreasing fertilization[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(1)：040-044.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.007

中國人口多，耕地少，為滿足糧食需求，提高單位面積作物產量是行之有效的措施，增加肥料施用量為作物產量的提高提供了保證。但過量施肥易于導致肥料利用率低下[1]、面源污染增加[2-3]、水土流失加劇、農產品質量降低等問題[4]。基于此，農業部于2015年印制文件明確提出，至2020年底中國農業種植實現化肥零增長目標[5]。

如何保證農產品產量和質量的同時，又減少化肥施用量就成為農業工作者面臨的一個緊迫問題。前期研究者證實，有機無機肥料混合施用可提高肥料的利用率[6]。因此生物有機肥與化肥混合施用也應該有一定的效果，因為該肥料以農業有機廢棄物為原料，通過微生物快速發酵形成的一類有機弱酸混合物，并含有一定的活性成分，與土壤有機質組成類似[7]。長期施用，可提高土壤有機質含量，豐富微生物種類和數量，改善土壤生態環境[8-9]，促進植物生長發育，改善農產品品質[10]，并在土壤重金屬及有毒有機污染物修復方面發揮重要作用[11]。目前，生物有機肥研究的較多，也是一個熱點[12]。本文擬采用小白菜盆栽試驗，通過生物有機肥與不同量化肥配合施用，研究生物有機肥對土壤有效養分變化以及作物吸收利用的影響，為化肥減量化施用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗在安徽農業大學試驗基地進行，該地為亞熱帶季風氣候，土壤類型為為黃褐土，供試土壤采集于郊區農田表層0—20 cm。原土去除石塊及其他雜物后，風干、混勻、過5 mm篩，同時測定土壤基礎成分，結果見表1。

表1 供試土壤基本性質

1.2 試驗設計

試驗采用土培法進行，每盆裝風干土4.5 kg。該區農戶種植蔬菜普遍采用傳統施肥方法，施肥量為：尿素(含N46%)750 kg/hm2，磷酸氫二銨(含N18%，P2O546%)450 kg/hm2，硫酸鉀(含K2O 50%)300 kg/hm2。根據生產商的建議，生物有機肥最佳用量為150 kg/hm2，該肥料含功能菌≥2億個/g，有機質≥60%，N，P，K 分別為0.56%，0.38%，1.91%。根據這種施肥狀況，盆栽試驗設計采用6個處理方式，每個處理的施肥量根據4.5 kg土壤計算，即處理1(空白)；處理2(傳統施肥)；處理3(傳統施肥+生物有機肥)；處理4(85%傳統施肥+生物有機肥)；處理5(75%傳統施肥+生物有機肥)；處理6(65%傳統施肥+生物有機肥)。每處理設10次重復，隨機分組排列。盆栽小白菜品種為“抗熱605”，2015年9月15日播種，種子發芽出土后每盆保留長勢相同小白菜幼苗15株，半個月后隨機選2盆第一次全部取樣，以后每10 d取1次全部植株樣品，共取5次樣品，每1次相同水平用2盆進行土壤及植株樣品分析。

土壤全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質采用常規方法測定[13]。小白菜樣品中氮、磷、鉀含量采用硫酸—雙氧水消煮，常規法測定；小白菜生物量用烘干稱重法完成。

數據處理與分析采用Excel 2003和SPSS 19.0軟件。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理中盆栽土壤養分變化

2.1.1 有機質及全氮含量變化 土壤有機質是影響土壤質地優劣的重要因素，并且與土壤供肥能力呈正相關；土壤全氮反應了土壤的供氮潛力，在未施肥的土壤中，有機質的含量一般與土壤全氮的含量呈現出良好的相關性，幾種處理及分次采樣測定有機質及全氮的結果見圖1。從圖1的結果來看，幾種處理及不同時間段取樣，有機質含量變化不大，盡管盆栽土壤中由處理2—5也加入了生物有機肥，但所含有機質總量不高，與土壤有機質含量比較可以忽略，因此土壤固有的有機質幾乎不變，在培養時間范圍內穩定。而盆栽土壤不同處理及幾個時間段取樣得到全氮含量出現了變化，可能是施入氮肥的原因，后期全氮有所減少與小白菜吸收有關。

注：試驗只做了2次重復，無法計算偏差，圖中的數據為2次結果的平均值。下同。圖1 2015年不同施肥處理中土壤有機質、全氮含量的變化、堿解氮、速效磷及速效鉀

2.1.2 堿解氮的變化 土壤堿解氮含量的高低反應了土壤供氮的強度水平，同時也與氮素流失關系密切[14]。圖1顯示，施肥后堿解氮含量明顯增加，施肥25 d(至10月12日)明顯減少，隨后趨于穩定并緩慢下降。由于堿解氮含量的高低與氮素地表徑流損失有相關性[3]，所以農業種植施肥后約15 d，應注重控制地表徑流導致的氮素流失。從幾個處理結果來看，施肥后15 d(10月2日)，加入生物有機肥(處理3) 與不加入的施肥(處理2)比較，能夠降低土壤堿解氮的含量，一定程度上控制氮素釋放的總量和強度，如發生地表徑流時，能降低氮素流失的總量。隨著施氮水平的降低，由處理4—6，堿解氮含量逐漸降低，表明即使是施用了生物有機肥，施氮水平仍然是影響土壤有效氮素含量最重要的因素之一，在相同水平下，生物有機肥只能夠起著一定程度的緩釋效果。隨著盆栽試驗時間延長至35 d(10月22日)、45 d(11月1日)，土壤堿解氮趨于平穩，氮素地表徑流損失將會降低，堿解氮的減少主要是因為植物的吸收或土壤氮素的形態轉化損失。

2.1.3 速效磷的變化 土壤速效磷反應了土壤供磷的強度水平，與植物生長呈正相關[15]。總體來看，隨時間的延長(圖1)，土壤各個施肥水平試驗中速效磷含量降低，主要是因為植物小白菜的吸收所致，反應了盆栽小白菜吸收的主要是速效磷。在相同的幾個取樣時間段，處理2和處理3比較，發現加入生物有機質能活化磷素，減少被土壤固定的機會，表現為速效磷含量有一定水平的提高。時間延長(45 d，55 d，第4次、第5次取樣)，在減施磷肥15%～35%的條件下(處理4—6)，土壤速效磷含量水平幾乎與傳統施肥的接近，表明生物有機質在后期對土壤磷素活化效應更加明顯，同時也證實有機肥與化肥混合配施在一定程度上減施磷肥對土壤有效磷的供應沒有太大影響。顯然生物有機肥對土壤磷素具有增效作用，通過改善肥料物理性狀來提高穩定性和有效性[16]。

2.1.4 速效鉀的變化 對蔬菜生長而言鉀素的重要性不言而喻，隨時間的延長(圖1)各施肥水平試驗中速效鉀含量緩慢降低，主要是小白菜吸收所致。但本試驗所取土壤鉀素的本底值含量很高，達到了210.1 mg/kg的水平，足以滿足該蔬菜對鉀的需求，因此各個施肥水平中速效鉀的差異不太明顯，從減施化肥的幾個處理上來看(處理4—6)，生物有機肥與鉀肥配合使用也能活化鉀素，增加鉀肥的有效性。此研究結果表明，生物有機肥對土壤鉀素的供應具有促進作用，雖有一定的緩釋效果[17]，并有潛在的提高提高鉀肥利用率的可能性[18]，但土壤速效鉀總量過高，地表徑流造成的損失不可避免。

2.2 不同處理對小白菜生物量及養分吸收的影響

2.2.1 小白菜生物量 為了評價不同施肥處理對小白菜生長情況影響，試驗中測定了每盆得到的小白菜的干物質重量，結果見表2。處理1為未施肥時各個時間段取樣的干重，播種15 d(10月2日取樣)，生物量較低，此時為幼苗階段，吸收養分有限；25 d以后(10月12日)，干物質重量逐漸增加，反映了小白菜在不斷地生長發育，但未施肥條件下整體長勢不良，表明土壤養分供應不足。施肥后(處理2—6)，小白菜生長也體現了相同的規律，幼苗期生物量低，以后逐漸增加，但與未施肥處理比較，長勢較好，生物量高。僅從小白菜生物量看，處理2，處理3，處理4，處理5各個階段沒有顯著差別，所以添加生物有機肥后，減少化肥用量15%～25%是可行的，對蔬菜的產量沒有太大的影響。但減少常規施肥總量的35%，會影響小白菜的產量(處理6)。因此，合肥郊區蔬菜種植區可通過適量施用生物有機肥，減少化肥總量20%左右，即不影響產量，又能節省成本，同時還能減輕農業面源污染的壓力。化肥減量化應用的實踐在油料作物中也有相同的規律[19]。

表2 不同施肥處理中每盆小白菜生物量 g

注:數據后的小寫字母不同表示在0.05水平上的差異顯著性。

2.2.2 小白菜氮吸收量變化 蔬菜對氮素的吸收受土壤有效氮的影響，氮素含量很低，小白菜產量不高，吸收帶走的氮素也很少，表3中處理1(未施肥)進一步證實了這種現象。處理2與處理3比較，即小白菜生長25 d(10月12日)至45 d(11月1日)范圍內，處理3中體內含量高于處理2，表明在施用化肥量等同條件下，加入生物有機肥提高了小白菜對氮素的吸收(生物有機肥所含氮量低，施用量小，此處可忽略)，換言之，即提高了氮素的利用率(本試驗未計算肥料的利用率)。在化肥減量15%(處理4) 及25%(處理5) 的情況下，添加生物有機肥時，小白菜吸收氮素的總量在幾個取樣時間段也較高，多數高于處理2，證明減施氮肥15%～25%時，加入生物有機肥不會影響小白菜對氮的吸收，當然氮素的利用率會進一步提高[20-21]。當化肥減少施用過多，如減少35%(處理6)，對小白菜后期吸收氮是不利的，表現為后期氮素供應乏力，植株生長不旺盛。

表3 不同施肥處理中每盆小白菜吸收氮總量 mg

2.2.3 小白菜磷吸收量變化 磷素容易被土壤黏粒固定，未施肥與施肥處理比較雖然沒有氮素的差異大，但是也十分顯著。從加入生物有機肥的處理來看(處理3—6)，這種有機肥能一定程度活化土壤磷素，生長的中期(25—35 d)尤為明顯，后期吸收總量雖然沒有增加，但不同程度地提高了磷的利用效果。生物有機肥雖能活化土壤磷素，但隨時間延長這種活化能力會不同程度地降低，主要原因可能是微生物分解了其中的有機質(表4)。

表4 不同施肥處理中每盆小白菜吸收磷總量 mg

2.2.4 小白菜吸收總鉀量變化 鉀在蔬菜體內含量高、流動性很強、易于轉移，是典型的品質成分。表5是小白菜在不同時間段對鉀的吸收結果，但未施肥處理(處理1) 中小白菜吸收鉀的量也很多，與單一施入化肥及化肥與生物有機肥混合施用結果比較，沒有氮素的顯著，主要試驗土壤中速效鉀含量較高。總體來講，加入生物有機肥能促進小白菜對鉀的吸收，并提高蔬菜對鉀的利用效率，在處理2與處理3—6的各個生長階段都明顯地體現出來。中國鉀肥資源匱缺，價格很高，減少鉀肥的施用及提高利用率勢在必行，本試驗顯示，在一定范圍內減施鉀肥，混合施用生物有機肥能夠滿足蔬菜各個階段的鉀素需求，并能提高利用率，減少地表徑流損失。

表5 不同施肥處理中每盆小白菜吸收鉀總量 mg

3 討論與結論

目前，中國菜園土壤施肥量高、肥料利用率低、養分流失量大在業內已經形成共識，減少肥料投入總量、提高利用效率是土壤肥料工作者義不容辭的責任。適量的生物有機肥與化肥混合施用是一種很好的措施，有望能在保證產量的條件下減少肥料的用量。本試驗采用的生物有機肥呈弱酸性，表面富含羧基、羥基、酚羥基等極性官能團，與肥料混合施用，能有效束縛氮磷鉀等肥料的移動，具有一定的緩釋功效，相當于增加了土壤表面總的負電荷。培養半個月土壤樣品(10月2號)中堿解氮、速效磷變化似乎與施用化肥的總量關系更大，生物有機肥的用量較少，只能在一定程度上通過其表面電荷吸引以及鍵合作用起著緩釋效果。速效鉀在土壤中背景含量較高，生物有機肥表現并不明顯。在培養試驗中生物有機肥如果只起著增加土壤表面負電荷的作用，其功效與有機肥就沒有區別了，本試驗采用的生物有機肥另外一個特點體現在含有一定的功能微生物上，這些功能細菌通過加快分解土壤外源有機物，達到釋放氮、磷、鉀的目的，在分解有機物的同時，活化土壤不溶態的磷、鉀。在短期內，這種活化功效十分明顯。

將生物有機肥與化肥混合施用，應用到小白菜的盆栽試驗中，由于生物有機肥在一定時間內通過活化作用提升土壤氮、磷、鉀的供給，調節水溶態和吸附、結合態的比例，在減少化肥常規用量的15%～25%條件下，對土壤供肥能力不產生明顯的影響，并有減少地表徑流造成土壤氮、磷、鉀養分流失的可能性。盆栽小白菜生長試驗表明，二者混合施用，減少常規化肥用量的15%～25%時，對小白菜的生物量、氮磷鉀吸收量均不產生不利影響，并在一定程度上提高了肥料的利用率。因此，在小白菜的栽培過程中，提倡將生物有機肥與化肥混合施用，既能活化土壤氮、磷、鉀，又能穩定氮、磷、鉀養分的供應。

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Effect of Bio-organic Fertilizer on Soil Nutrient Supply and Absorption of Bok Choy Under Different Decreasing Fertilization

WEI Xiaolan, WU Caijiao, SUN Wei, TANG Yan, GU Xungang

(SchoolofResourcesandEnvironment,AnhuiAgricultureUniversity,Hefei,Anhui230036,China)

[Objective] The study aims to analyze the effect of bio-organic fertilizer on the supply of soil nutrient, the nutrient absorption by Bok choy, and vegetable biomass under the conditions of decreasing application of chemical fertilizer, and to provide theoretical basis for the practice of fertilizer-decreasing application. [Methods] We used the pot-test, with Bok choy as target species, to investigate the effect of bio-organic fertilizer and different amount chemical fertilizer mixtures on alkali-hydrolyzing nitrogen, rapidly available phosphorus, potassium on soil, and vegetable biomass and absorption of nitrogen, phosphorus, potassium by Bok choy. [Results] The bio-organic fertilizer could increase the supply of soil nitrogen, phosphorus and potassium in the limited period time if applying the mixture of both fertilizer. Furthermore, under the condition of the decreasing 15%～25% of conventionally chemical fertilizer application, the mixture fertilization technique did not affect the fertilizer supply of the soil, thus decreasing the non-point contamination of agriculture and stress of environment pollution. Bok choy growing test verified that under the decrease of 15%～25% of conventionally chemical fertilizer application, the mixture fertilization method did not reduce the biomass, and absorption of nitrogen, phosphorus, potassium of Bok choy, thus enhancing the utilization ratio of fertilizer. [Conclusion] Bio-organic fertilizer not only activate the soil available nitrogen, phosphorus, potassium, but also stabilize the supply.

bio-organic fertilizer; supply of soil nutrient; biomass; chemical fertilizer decrement.

2016-03-25

2016-05-15

水體污染控制與治理科技重大專項“南肥河流域農村有機廢棄物及農田養分流失污染控制技術研究與示范”子課題“農田養分控流失技術研究與示范”(2013ZX07103006-004); 國家自然科學基金項目“鉀對茶葉低萜類中間體異戊烯焦磷酸合成關鍵酶的調節研究”(31470688)

魏曉蘭(1989—),河南省林州市人,碩士研究生,研究方向為植物營養的土壤化學。E-mail:1056287378@qq.com。

谷勛剛(1967—),安徽省阜南縣人,博士,教授,主要從事植物營養的土壤化學方面研究。E-mail:xggu89@ahau.edu.cn。

A

1000-288X(2017)01-0040-05

S153, S14-3