盆栽作物對堆肥有機質(zhì)的消耗利用情況研究

張熱萍+衛(wèi)晉波+李義勇+任隨周+柳燕貞+張瑞民+孫國萍

摘要 為了給堆肥施用和土壤有機質(zhì)管理提供依據(jù)，設(shè)計盆栽試驗定量分析評價了作物對堆肥有機質(zhì)的利用狀況。結(jié)果表明，堆肥和作物之間存在相互選擇性；未栽培作物組與栽培作物組中有機質(zhì)消耗率分別為0.5%～42.0%和8.0%～99.9%，作物栽培顯著促進了有機質(zhì)的消耗；盡管不同作物對有機質(zhì)的消耗存在差異，但作物生長過程中都消耗了大量的有機質(zhì)（達90%）；一次種植后盆栽基質(zhì)中有機質(zhì)即降至4.2%～12.6%，接近耕作層土壤的普通有機質(zhì)含量水平。可見，作物栽培對有機質(zhì)的消耗很大，應(yīng)該增強和堅持堆肥施用，防止土壤有機質(zhì)過度消耗。

關(guān)鍵詞 盆栽作物；堆肥；有機質(zhì)；消耗利用

中圖分類號 S318；S147.5 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）10-0008-03

Abstract In order to provide basis for compost application and management of soil organic matter，the utilization of organic matter in compost was quantitatively analyzed by quantitative analysis in pot experiment. The results showed that there was a mutual selectivity between the composts and the crops.The group without crop cultivation had organic matter consumption rates of 0.5%-42.0%，while the group with crop cultivation of 8.0%-99.9%，so a crop cultivation significantly promoted the consumption of organic matter.Although there was difference among the consumptions of organic matter for the crops，but large amounts of organic matter was consumed in the process of crop growth（90%）.The organic matter content were decreased to 4.2%-12.6% after one planting cycle，closing to the ordinary level of organic matter content in cultivate layer of soil. Therefore，crop cultivation had a serious consumption of organic matter，compost application should be heightened and persevered，preventing an excessive consumption of soil organic matter.

Key words potted crops；compost；organic matter；consumption and utilization

堆肥的研究與應(yīng)用有著悠久的歷史。施用堆肥可以增加土壤有機碳量和其他養(yǎng)分，改善土壤性質(zhì)，調(diào)控土壤微生物生態(tài)環(huán)境，在維持土壤肥力和活力方面有著不可替代的作用。生產(chǎn)實踐證明，若有機肥投入量不足，會導(dǎo)致土壤板結(jié)、貯水功能削弱、作物品質(zhì)和產(chǎn)量下降及病害頻發(fā)等一系列問題，影響農(nóng)田和農(nóng)作物的可持續(xù)性生產(chǎn)。研究表明，隨著堆肥施用量的增加，土壤有機質(zhì)、全氮、全磷含量隨之顯著增加，且植物生物量也有增加，與不施用堆肥處理存在顯著差異[1-2]。當(dāng)堆肥施用體積比由5%增加到100%時，栽培基質(zhì)中有機質(zhì)含量從22.68 g/kg增加到317.71 g/kg，全氮含量從1.36 g/kg增加到14.9 g/kg，速效磷含量從33.18 mg/kg增加到228.25 mg/kg；同時促進了花卉植物的生長，尤其5%～20%處理的促進作用顯著[3]。李淑芹等[4]研究發(fā)現(xiàn)堆肥可提高大豆作物產(chǎn)量，且最佳施肥量為24 t/hm2。深入研究發(fā)現(xiàn)，堆肥有機質(zhì)中的腐殖質(zhì)類物質(zhì)具有明顯的促進作物早期生長發(fā)育、縮短成熟期的作用，生理機制包括改善光合作用和氣孔導(dǎo)度等[5]。已有研究還發(fā)現(xiàn)，盡管不同種類有機堆肥（啤酒污泥堆肥、牛糞堆肥和菇渣堆肥）都能促進土壤中有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量顯著增加，但對土壤性狀和微生物量的影響程度卻表現(xiàn)出了差異[6]。同樣是屠宰場廢棄物堆肥，豬、牛和羊的屠宰廢棄物堆肥對土壤肥力和苜蓿生物量的影響仍存在差異[7]。因此，推測堆肥與作物之間可能存在著相互選擇性，而這點還缺少系統(tǒng)的、大批量的栽培試驗證實。更重要的是，當(dāng)前堆肥研究僅關(guān)注了作物生長與土壤有機質(zhì)變化狀況，而缺乏對堆肥自身有機質(zhì)消耗利用規(guī)律的認(rèn)知，恰恰這點對于堆肥施用管理（消耗與補充）十分關(guān)鍵。張 鑫等[8]在盆栽試驗中發(fā)現(xiàn)，堆肥基質(zhì)中有機質(zhì)會被不斷消耗，7周內(nèi)由起始的5.5%迅速降低至2.6%，隨之基質(zhì)中的微生物活力受到抑制、多樣性有所降低。可見，基質(zhì)中有機質(zhì)消耗造成的影響是確切的，應(yīng)該重視對堆肥有機質(zhì)消耗利用的研究。本研究擬通過系統(tǒng)的盆栽試驗，定量分析探討作物栽培對堆肥有機質(zhì)的消耗，強化對堆肥自身有機質(zhì)消耗利用規(guī)律的認(rèn)知，為堆肥科學(xué)施用和土壤有機質(zhì)管理提供更加充分的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試大棚采用鋼架結(jié)構(gòu)支撐，長×寬×高為25 m×25 m×8 m，頂部為密封塑料、遮陽網(wǎng)上下雙層結(jié)構(gòu)并配備自動噴霧裝置，周邊采用帶孔塑料、密封塑料里外雙層結(jié)構(gòu)。4種作物為常見的蔬菜、糧食或經(jīng)濟作物，分別是青瓜、西紅柿、番薯和玉米。其中番薯苗購自農(nóng)貿(mào)市場，其他作物種子購自廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。

4種堆肥依次編號為C1～C4，生產(chǎn)地分別為我國的河南、北京、山東和重慶，具有一定區(qū)域代表性；生產(chǎn)的主要原料分別為雞糞、雞牛羊糞+作物秸稈、糠醛渣+大豆蛋白渣、牛糞，具有多樣性。4種堆肥的有機質(zhì)和氮磷鉀含量見表1。

1.2 試驗設(shè)計

在溫室大棚中開展盆栽試驗。選取大棚東南角一塊空地開展試驗，試驗期間正常光照（未使用遮陽網(wǎng)），四周通風(fēng)。塑料花盆規(guī)格為口徑18 cm、底徑14 cm、高度17 cm，底部帶有4個直徑1 cm圓孔，附有托盤。向每個塑料花盆中裝入有效體積1/5的堆肥（500.0 g）和4/5的石英砂（1 435.0 g），澆透自來水（滲入托盤的水倒回盆中），放置3 d。每盆播種5粒種子，待第3片真葉長出后間苗，選擇生長好且長勢一致苗定苗，每盆僅留下1株；同時選擇生長好且長勢一致的番薯苗，每盆栽種1株。每天自來水澆灌1次，澆水量為最大持水量的70%，且盡量保證不滲出（滲入托盤的水倒回盆中）。每種作物的每種肥料做10次重復(fù)。同時，設(shè)置不播種作物的空白組，每種肥料空白做3次重復(fù)，澆水情況與試驗組一致。每天觀察作物的生長情況，75 d后收獲作物。

1.3 調(diào)查內(nèi)容與方法

小心取出作物全株，用清水洗掉根部附帶的基質(zhì)，并用吸水紙吸干，用塑料帶封裝后帶回實驗室，測定作物干重。將塑料花盆中的全部基質(zhì)倒入一個容器中，手動反復(fù)顛倒使之盡可能混勻，以四分法取出約200 g基質(zhì)樣品，用塑料帶封裝后帶回實驗室，測定基質(zhì)有機質(zhì)含量。作物和基質(zhì)樣品在測試之前，均于4 ℃冰箱保存。

作物干重測定采用稱重法。基質(zhì)有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀氧化—容量法[9]，為了減少試驗誤差，增大取樣量為2 g，平行試驗允許誤控制為10%。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物生長情況

在栽培過程中，對作物的生長情況進行了跟蹤觀察，并測定收獲的生物量（干重），結(jié)果見表2。作物在不同堆肥基質(zhì)上的生長情況普遍存在差異。以青瓜為例，4種堆肥基質(zhì)上生物量大小排序為堆肥C3>堆肥C4>堆肥C2>堆肥C1，相互之間均存在顯著差異（p<0.05）。劉希鳳等[7]發(fā)現(xiàn)在3種屠宰場廢棄物堆肥施用下，苜蓿的出苗率、出苗時間和生物量等指標(biāo)也出現(xiàn)了明顯差異。可見，作物對堆肥存在選擇性。

同時，堆肥對不同作物的生長影響也存在明顯差異。以堆肥C1為例，4種作物的生物量大小排序為玉米>番薯>西紅柿>青瓜，相互之間均存在顯著差異（p<0.05）。趙樹蘭等[10]在田間試驗中發(fā)現(xiàn)，不同品種草坪植物對垃圾堆肥（主要為廚余垃圾）的生長響應(yīng)存在明顯差異。郭 浩等[11]在草本植物的盆栽試驗中也觀察到該現(xiàn)象。可見，堆肥對作物同樣存在選擇性。

綜合來看，作物與堆肥之間存在相互選擇性，因此應(yīng)該盡可能視作物種類施用合適堆肥。

2.2 堆肥中有機質(zhì)的消耗利用

少有研究者關(guān)注作物栽培時基質(zhì)中有機質(zhì)的變化，相關(guān)數(shù)據(jù)十分缺乏，但它對于深刻認(rèn)識作物生長需要利用基質(zhì)中的有機質(zhì)是非常重要的。仝少偉等[6]在盆栽試驗中分別測定了堆肥、土壤和栽培后基質(zhì)中的有機質(zhì)含量，但并沒有對有機質(zhì)絕對量進行物質(zhì)衡算，故無法明確有機質(zhì)消耗利用情況。郭 浩等[11]分別測定了栽培前與栽培后的堆肥+土壤混合基質(zhì)中的有機質(zhì)含量，但也未進行有機質(zhì)的物質(zhì)衡算。因此，本研究著重對栽培時基質(zhì)中的有機質(zhì)總量進行了衡算，并計算了空白組和試驗組中有機質(zhì)的消耗率（圖1）。

由圖1可知，在不栽培作物的情況下（空白組），4種堆肥基質(zhì)中仍發(fā)生了有機質(zhì)消耗，這部分消耗是由堆肥自身的微生物代謝造成的。張 鑫等[8]在不栽培植物的盆栽試驗中也發(fā)現(xiàn)了這個現(xiàn)象。為了證明這個觀點，筆者測定了4種堆肥的呼吸活性（單位為mL CO2/kg堆肥樣品），其大小順序為堆肥C3（156.84）>堆肥C2（95.10）>堆肥C4（85.12）>堆肥C1（34.99），基本與堆肥基質(zhì)的有機質(zhì)消耗次序一致。

較之空白對照，在栽培作物的情況下，4種堆肥基質(zhì)中的有機質(zhì)消耗大幅增加，除了青瓜外，其他3種作物對堆肥基質(zhì)中有機質(zhì)消耗均達90%以上。可見，作物栽培顯著促進了堆肥基質(zhì)中的有機質(zhì)消耗。郭 浩等[11]觀測針茅和車前草種植對堆肥基質(zhì)中養(yǎng)分的消耗，發(fā)現(xiàn)了有機質(zhì)的大量消耗（由14.5%降至1.1%和1.5%），與本研究的結(jié)果一致。因此，在種植作物前，應(yīng)該施用充足的有機肥作底肥，減少對土壤有機質(zhì)的消耗。

盡管在同一堆肥基質(zhì)中，不同作物對有機質(zhì)的消耗存在差異，但4種作物生長過程中都消耗了大量的有機質(zhì)（達90%）。大量生產(chǎn)實踐證明，農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥還田可緩解土壤基質(zhì)中的有機質(zhì)消耗[12]。因此，作物栽培都需要施用有機肥。

2.3 栽培后基質(zhì)中的有機質(zhì)水平

該次種植作物后，栽培基質(zhì)中的殘留有機質(zhì)含量水平（已換算為干基）見圖2。

由圖2可知，一次種植后有機質(zhì)即降至4.2%～12.6%，甚至栽培西紅柿的堆肥C4基質(zhì)降低至0.3%，已經(jīng)接近了耕作層土壤的普通有機質(zhì)含量水平（5%）。若需要二次種植，有必要重新施加堆肥。盡管趙樹蘭等[10]研究發(fā)現(xiàn)，以垃圾堆肥作為草坪植物生長的主體基質(zhì)時，其促生長作用在二茬草中仍得到明顯體現(xiàn)，但遺憾的是未對基質(zhì)中有機質(zhì)的消耗進行分析評價。從本研究數(shù)據(jù)看來，對于耕作密度強度大的農(nóng)田，有必要堅持長期施用有機肥。

3 結(jié)論與討論

試驗結(jié)果表明，堆肥和作物之間存在相互選擇性。因此，應(yīng)該盡可能視作物種類施用合適堆肥。在4種堆肥基質(zhì)中，對照組和試驗組中有機質(zhì)消耗率分別為0.5%～42%和8.0%～99.9%，可見作物栽培顯著促進了有機質(zhì)的消耗。因此，在種植作物前，應(yīng)該施用充足的有機肥作底肥，減少對土壤有機質(zhì)的消耗。盡管不同作物對有機質(zhì)的消耗存在差異，但4種作物生長過程中都消耗了大量的有機質(zhì)（達90%），因此作物栽培都需要施用有機肥。一次種植后有機質(zhì)即降至4.2%～12.6%，接近耕作層土壤的普通有機質(zhì)含量水平。因此，對于耕作密度強度大的農(nóng)田，有必要堅持長期施用有機肥。

綜合看來，作物栽培對有機質(zhì)的消耗很大，應(yīng)該增加和堅持堆肥施用，防止土壤有機質(zhì)過度消耗。

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