不同有機物投入對新墾耕地紅壤肥力及蔬菜生長的影響

沈建國, 王 忠, 李 丹, 朱徐燕, 謝國雄, 樓 玲

(1.杭州市余杭區農業生態與植物保護管理總站, 浙江 杭州 311100;2.杭州市植保土肥總站, 浙江 杭州 310020; 3.杭州市余杭區農業技術推廣中心, 浙江 杭州 311100)

耕地是人類賴以生存和發展的物質基礎，是農業生產不可替代的最基本生產資料。中國人多地少，以約占7%的耕地養活了約占全球20%的人口，耕地資源尤為緊缺，耕地對國家糧食生產安全、國民經濟發展、社會穩定的作用和地位不可取代[1]。近幾十年來，隨著經濟迅速發展、工業規模逐步擴大和城市化不斷推進，中國對土地的需求也顯著增加，經濟建設對耕地的占用與國家糧食安全對耕地數量和質量的要求，已經成為當前中國耕地保護的主要矛盾，為了確保耕地占補動態平衡，中國許多地方進行了大面積的補充耕地建設[2-3]，當前人均耕地不足、優質耕地少、耕地后備資源不斷減少是中國基本的土地國情[4]。南方地區耕地后備資源比較缺乏，以開發利用低丘緩坡資源為主的土地開發整理成為補充耕地的主要途徑之一[5]。由于地形地貌、坡度、母質類型、客土來源等因素，使得建成的新墾山地土壤肥力不平衡，基礎肥力差，養分含量低，必須進行土壤培肥改良，才能滿足作物生長需求[6-7]。中國學者對有機物投入在耕地土壤培肥效果方面做了大量的研究[8-10]，但絕大多數研究是針對水田、旱地土壤的，對于新墾耕地的有機物土壤培肥方面研究鮮見報道。為此，以杭州市余杭區瓶窯鎮南山村2012—2013年建成的新墾山地為研究對象，在蔬菜種植模式下開展連續3 a的定位試驗，比較不同有機物對新墾耕地紅壤肥力和作物生長的影響，為開展新墾耕地培肥改良提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

(1) 供試土壤。試驗地點安排在杭州市余杭區瓶窯鎮南山村2012—2013年建成的新墾山地生產基地內(119°56′13″E，30°23′39″N)，供試土壤為黃泥砂土[11]，屬紅壤土類、黃紅壤亞類，質地偏砂，土壤肥力較差，試驗前土壤理化性狀詳見表1。

表1 研究區供試土壤理化性狀

(2) 供試有機物。供試商品有機肥為杭州綠寶有機肥有限公司生產的以畜禽糞便為主要原料的精制有機肥，食用菌廢渣為杭州鑫瓏錦生物科技有限公司提供的秀珍菇菌渣，水稻秸稈為杭州滿元農業科技有限公司提供的常規晚稻秸稈，其養分含量見表2。

表2 研究區供試有機物養分含量 %

(3) 供試化肥。供試尿素(N 46.4%)由靈谷化工有限公司生產；復合肥(N 18%，P2O518%，K2O 18%)由中國—阿拉伯化肥有限公司生產。

(4) 供試作物。供試作物為青菜，品種為冬春22青梗菜，種子由福州科翔種業有限公司提供，然后采用基質穴盤育苗，定植密度為20 cm×10 cm，第一季4月上旬定植，5月上旬收獲，第二季6月上旬定植，7月上旬收獲，第三季10月上旬移栽，10月下旬收獲。

1.2 試驗方法

在一年三熟蔬菜種植模式下，以不同有機物為因素，連續3 a開展新墾紅壤土壤培肥效果定位對比試驗，設4個處理，3次重復，共12個小區，每個小區面積48 m2，小區之間用預制五孔板埋深40 cm進行隔離，各小區隨機排列。T1(CK)無任何有機物投入，T2每年投入商品有機肥22 500 kg/hm2，T3每年投入食用菌廢渣22 500 kg/hm2，T4每年投入水稻秸稈7 500 kg/hm2。商品有機肥、食用菌廢渣和水稻秸稈(經粉碎)每年一次性投入，在第一茬青菜移栽前結合翻耕施入。除處理內容外，各處理的化肥用量一致，施用量為：每季青菜，基施復合肥375 kg/hm2，3葉心時施尿素150 kg/hm2。試驗連續實施3 a(2015—2017年)。

1.3 測定項目與方法

于試驗前后按照“梅花型”布點，分別采集各小區耕層土壤樣品，采用常規分析方法測定土壤容重、pH值、有機質、全氮、有效磷和速效鉀等土壤養分指標。具體測定方法為：容重采用環刀法測定；pH值采用氧化還原電位法測定；有機質采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化—容量法測定；全氮含量采用濃硫酸消煮—半微量凱式法測定；有效磷采用鹽酸—氟化銨提取—鉬銻抗比色法(Bray法)測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提—火焰光度法測定[12]。在試驗過程中，對各小區每季青菜進行測產。其中對2017年第一茬青菜生長后期對各小區抽苔情況進行了田間調查記錄。

2 結果與分析

2.1 土壤肥力變化動態

土壤肥力是指土壤為植物生長供應和協調養分、水分、空氣和熱量的能力，是土壤物理、化學和生物學性質的綜合反應[13]。從影響當地新墾紅壤肥力的主要因素出發，選取土壤容重、pH值、有機質、全氮、有效磷、速效鉀這6個土壤養分指標，將各處理試驗前后土壤肥力狀況進行比較，由圖1可知，通過連續3 a的土壤培肥，T1(CK)，T2，T3，T4各主要肥力指標均發生了顯著變化。其中容重分別下降0.03，0.21，0.17，0.15 g/cm3，pH值分別下降0.44，0.35，0.42，0.52，有機質含量分別提高2.50，10.40，10.50，4.50 g/kg，全氮含量分別提高0.04，0.20，0.10，0.16 g/kg，有效磷含量分別提高74.50，191.00，104.30，87.60 mg/kg，速效鉀含量分別提高12.00，68.30，47.40，17.00 mg/kg。

總體而言，該6項肥力指標中，pH值呈負向變化，且變化幅度依次為T4>T1(CK)>T3>T2，其余5項肥力指標均呈正向變化，變化幅度依次為T2>T3>T4>T1(CK)。單從指標變化的絕對值方面分析，T2明顯優于其他3個處理。

注：T1(CK)無任何有機物投入； T2每年投入商品有機肥22 500 kg/hm2； T3每年投入食用菌廢渣22 500 kg/hm2； T4每年投入水稻秸稈7 500 kg/hm2。下同。

圖1試驗前后各處理土壤肥力指標的比較

2.2 對土壤肥力變化的影響

3年試驗結束后各處理土壤肥力指標比較結果見圖2。由圖2可知，從5個正向變化的肥力指標的變化上分析，3個有機物投入的處理(T2，T3，T4)均較T1(CK)的變化幅度大，其中容重降幅分別高出13.04%，10.58%和8.88%，有機質增幅分別高出93.93%，93.61%和27.92%，全氮增幅分別高出25.09%，8.07 %和15.50%，有效磷增幅分別高出2 583.82%，2 154.66%和1 458.82%，速效鉀增幅分別高出28.31%，17.49%和2.45%；從負向變化pH值這個指標的變化上分析，唯有T2和T3，分別下降0.35，0.42個單位，較T1(CK)下降少，而T4下降0.52個單位，較T1(CK)下降多。由此可見：增施有機物可使新墾紅壤容重下降，有機質、全氮、有效磷、速效鉀含量均有提高，且發酵腐熟有機物也可有效緩解土壤酸化，未經發酵腐熟水稻秸稈則有進一步加重土壤酸化的趨勢。

2.3 對蔬菜生育的影響

抽薹是蔬菜從營養生產轉入生殖生長的主要標志，白菜類蔬菜菜薹的形成與肥水豐缺有密切關系[14]。試驗第3 a(2017年)第1季青菜生長中后期，首次于發現青菜出現了先期抽薹現象，隨之于定植后第26 d開始，以2 d為1個時段，分4次對各處理青菜抽薹情況進行調查。

由圖3可知，第26 d，第28 d，第30 d青菜抽薹率均依次為T1(CK)>T4>T3>T2，而第32 d青菜抽薹率則發生變化，表現為T4>T1(CK)>T3>T2，且彼此之間的差異縮小，趨于一致，可見此時土壤里大部分的速效養分已經消耗，難以維持青菜正常的營養生長所需，逐漸轉入生殖生長。同時，從側面也印證了一個結論，即增施有機物可提高新墾紅壤的保水保肥能力，且表現為T2>T3>T4。

圖2 不同有機肥對土壤肥力指標影響

圖3 各處理下青菜抽苔率比較

2.4 對蔬菜產量的影響

作物產量是土壤肥力的綜合反映，也能表征土壤

培肥改良的效果[15]。表3為各試驗小區的3 a平均青菜年產量。從表3中可知，較T1(CK)相比，T2和T3青菜增產極為顯著，增幅分別達123.07%和95.85%，且T2與T3之間亦存在極顯著差異；而T4則減產1.95%，但與CK間的差異不顯著。

2.5 對蔬菜增產效果的影響

由圖4可知，從有機物投入對青菜增產效果上分析，3 a間的產量較CK相比，T2增產幅度依次為43.02%，89.82%，222.52%，T3增產幅度依次為33.42%，72.06%，171.25%，T4增產幅度依次為-18.37%，9.38%，0.33%，由此可見：T2和T3的增產效果基本呈倍數提高，尤以T2表現最為突出，而T4增產效果不顯著，甚至于第1年表現出減產。

表3 各處理小區青菜年產量 kg/hm2

注：表中數據為2015—2017年3 a平均值； “+”，“-”號分別表示與CK(T1)比較的增加或減少量； 差異顯著性分析欄不同小寫字母表示差異顯著。

圖4 各處理青菜產量變化

3 討 論

3.1 水稻秸稈還田對土壤pH值的影響

本研究過程中，4個處理中土壤pH值均呈下降態勢，這與中國南方地區農用地土壤pH值下降[16-21]呈現出了一致性。一般而言，增施有機物應該可以緩解土壤酸化趨勢，但以水稻秸稈為有機物的處理實際表現并未和其他2類有機肥處理一樣緩解土壤酸化，反而加劇了土壤酸化。但高利華等[22]，劉義國等[23]，袁金華等[24]，勾芒芒等[25]認為秸稈還田可降低耕層土壤pH值，這又與其他相關研究結果相吻合。

3.2 水稻秸稈還田對青菜產量的影響

本研究過程中，投入水稻秸稈的處理青菜產量較T1(CK)相比并無明顯提高，特別是第1 a還出現減產現象，極可能與秸稈還田產生的負面影響有關。已有研究[26-29]認為：秸稈施入土壤后，可能會釋放出一些毒素物質，對作物幼苗生長有抑制作用，并會刺激微生物的迅速繁殖，很有可能導致秸稈本身釋放出來的氮素短期內不能滿足作物需求，轉而向土壤吸收氮素，形成氮的生物固定，從而影響作物氮素的供應。這在一定程度上可以解釋投入水稻秸稈的處理青菜產量同期較CK無明顯提高的原因所在。

3.3 有機物投入對青菜抽薹的影響

本研究過程出現青菜抽薹現象，是我們難以預想的，但又從中反映出青菜從營養生產向生殖生長轉變的一個重要標志，有研究表明這與肥水豐缺密切相關。而從4個時段的監測調查結果與分析，抽薹率總體上呈現出T1(CK)>T4>T3>T2，可見增施有機物料可提升新墾耕地紅壤的保水保肥能力，且提升能力以商品有機肥>食用菌廢渣>水稻秸稈。

3.4 3種有機物投入量確定

在本研究過程中，將水稻秸稈還田量定為7 500 kg/hm2，并未與另外兩種有機物投入量(22 500 kg/hm2)保持一致。基于以下兩方面的因素考慮：一方面基于不對新墾耕地質量產生較大負面影響和該縣域范圍內新墾耕地土壤培肥改良采用“邊種邊改”原則的前提下，在設計上追求新墾耕地穩產、增產的前提下，采用不同有機物的最佳用量，并未刻意保持投入量的一致性；另一方面基于當地新墾耕地紅壤的肥力水平和3種有機物自身的特性確定其投入量，商品有機肥和食用菌廢渣養分含量接近，其投入量均受土壤污染風險限制，確定22 500 kg/hm2系最佳用量。而水稻秸稈的投入雖在提高土壤總養分和降低土壤污染風險上優于前者，但其勢必會對土壤物理性狀影響較大，造成保水保肥能力驟降，導致農作物大幅減產，同時鑒于近年來雜交水稻秸稈全量還田(10 500～12 000 kg/hm2)導致下茬旱作小麥或油菜出苗率較低影響產量的現象頻發，故此，以當地常規水稻秸稈平均產量為7 500 kg/hm2作為參考，確定水稻秸稈投入量。

4 結 論

連續3 a對商品有機肥、食用菌廢渣和水稻秸稈等3種不同有機物投入對新墾耕地紅壤肥力及蔬菜生長的影響研究結果表明，從每年投入商品有機肥和食用菌廢渣各22 500 kg/hm2，水稻秸稈7 500 kg/hm2對新墾耕地紅壤肥力及蔬菜生長所產生影響來看，在3種有機物中，商品有機肥無論是在土壤培肥方面還是在蔬菜作物生產方面，其均能體現出最佳效果，在土壤肥力方面，較CK增減幅度相比，5個指標呈正向變化上，容重降幅高出13.04%，有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量的增幅分別高出93.93%，25.09%，2 583.82%和28.31%，從負向變化上pH值僅下降0.35個單位，降幅最少；在蔬菜生長方面，青菜抽薹率最低，先后測定的4個時段，分別較T1(CK)低5.73%，7.78%，8.17%，3.50%，3 a間分別較T1(CK)實現增產43.02%，89.82%，222.52%，同期增幅最大，可作為新墾紅壤地區施用的外源有機物之一予以推薦。而食用菌廢渣的效果次之，可作為替代物品，水稻秸稈效果較差。