有機肥發酵常用物料肥效試驗

李穎 王競 李娟 韓慧 孫權

摘要：研究不同類型有機肥發酵常見物料施入農田中，對結球甘藍生長指標、產量以及土壤養分的影響，通過不同有機物料培肥土壤，達到農業廢棄物資源化利用以及更好地提高土壤肥力的目的，為堆肥發酵有機肥料提供科學依據和理論指導。采用隨機區組設計進行田間試驗，設置6種有機物料以及對照（CK、不添加物料）8個處理，研究商品有機肥發酵常用物料對土壤肥力狀況、結球甘藍生長發育及產量的影響。結果表明，與滴灌肥、其他有機物料處理相比，施加腐殖酸處理對提高土壤有機質、速效養分含量效果更為明顯，進而有效增加結球甘藍產量，提高作物經濟效益，其對土壤肥力影響顯著，可使土壤有機質含量較對照增加90%，堿解氮含量增加106.3%，速效鉀含量增加63.3%，土壤全氮、全磷含量增加11.1%、30.8%，該處理在結球甘藍成熟期可有效增加葉片SPAD值，即增加葉綠素含量，相較于化肥處理，腐殖酸處理有效增產27.5%，且在經濟效益上增加34.0%，產投比最大;而腐熟羊糞處理也可顯著增加結球甘藍產量，但其與腐殖酸處理相比差異不顯著，而經濟效益差異明顯。但在培肥土壤中，腐熟羊糞處理表現一般。

關鍵詞：有機肥發酵;結球甘藍;腐殖酸;腐熟羊糞;風化煤;有機肥配方

中圖分類號： S141? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）10-0268-04

過量施用化學肥料產生的農作物品質下降、土壤質量變差以及農業面源污染已成為當今世界一大公害，迫切需要有機肥料部分替代化肥，以增加土壤有機質含量，改善土壤理化性狀，確保農田基礎養分含量以及農作物品質與產量。有機肥料對農業生產有極大的積極作用[1]，一方面是由于有機肥料中含有豐富的碳、氮、磷、鉀、鈣、鎂以及微量元素等，包含植物生長所需的營養物質較全面[2]，能有效調節土壤酸堿性，改善土壤結構;另一方面有機肥料的來源廣、種類多，可以說有農業和畜牧業的地方，就有豐富的有機物料，把農業與畜牧業廢棄物作為肥料資源來處理，使之以新的形態參與生態系統的循環，可有力促進農業可持續發展能力[3]。鑒于傳統有機肥具有品質差、施用量大、運輸成本高等缺點，目前國內大多通過多種有機物料進行快速好氧發酵生產商品有機肥。由于商品有機肥質量標準規定有機肥的有機質含量必須大于等于45%，有機質含量較低的雞糞、牛糞等必須通過添加有機碳含量更高的腐殖酸、風化煤、糠醛渣等輔助物料才能達到國家有機肥商品銷售標準。因此，通過田間試驗驗證常見生產商品有機肥的有機物料肥效，對農業生態系統養分循環及其持續發展具有重要的意義。目前，大量研究報道，對土壤增施外源有機物料能提高土壤肥力及土壤團聚體的穩定性、改善土壤物理結構[4-6]。畜禽糞是好氧發酵生產有機肥的主要原料，也是農作物營養元素的來源，施用腐熟羊糞可加快有機物質腐殖化過程，并能顯著提高土壤有機碳含量，增加土壤微生物數量及酶活性[7-9]。腐殖酸能與土壤中無機膠體結合形成復合體，對提高土壤肥力以及改善土壤結構、質量等具有重要作用[10-12]。袁麗峰等研究表明，施用腐殖酸可使土壤速效氮、有效磷含量提高，并可提高植株對氮的吸收量，增加蔬菜等作物的產量[13-14]。風化煤為煤礦生產后的廢煤，其腐殖酸含量豐富且有多種活性基團，施入土壤后可增加土壤養分含量，改善各土壤團聚體的質量[15-17]。糠醛渣為農業廢棄物，同樣在農業上被廣泛利用，研究發現，糠醛渣是一種酸性有機物質，能夠降低土壤pH值和堿化度，并能夠增加土壤有機碳含量和保水保肥能力，同時是改良鹽堿土的重要改良劑[18-19]。

然而，前人的研究多集中在有機肥料與化肥按一定比例進行有機無機配施方面，對單一肥料以及未腐熟物料在田間施用的研究較少，本試驗在寧夏堿性土壤中通過田間試驗驗證常見生產商品有機肥的有機物料肥效，以明確不同物料對土壤養分含量、作物農藝性狀的影響程度，并篩選出最優的有機物料，旨在為尋求合理的有機肥料配方提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗地位于寧夏鹽池縣高沙窩鎮，其北鄰毛烏素沙地，冬春季沙塵暴較多，導致植被覆蓋率為25%～35%。光照資源十分豐富，但作物無霜期較短，晝夜溫差較大，年降水量為200～350 mm，是典型的干旱半干旱溫帶大陸性氣候。供試土壤為風沙土，其基本理化性質為有機質含量0.28 g/kg，全氮含量0.18 g/kg，全磷含量0.24 g/kg，堿解氮含量 18.76 mg/kg，速效磷含量5.4 mg/kg，速效鉀含量108 mg/kg，全鹽含量 0.15 g/kg，pH值8.69，屬于強堿性土壤。總體評價，土壤屬于6級以下低肥力水平。

1.2 供試有機物料、化肥與作物

供試有機物料：風化煤、腐殖酸購買于內蒙古烏海市;生羊糞為于農戶家購買的干羊糞;腐熟羊糞通過干羊糞加菌進行腐熟獲得;糠醛渣購買于銀川市永寧縣。化肥（滴灌肥）采用惠農大量元素水溶性肥料（屬于水溶性無機肥料），N、P2O5、K2O含量之和≥50%。

供試作物：“京育一號”結球甘藍穴盤苗。

1.3 試驗方法

本試驗采用隨機區組設計，設8個處理（表1），2次重復。進行田間翻耕、泡田，劃分小區，其中每壟為一個小區，壟長9 m，寬1.4 m，高0.3 m，小區面積為12.6 m2，起壟后覆膜，在5月中旬左右每壟栽種3行結球甘藍穴盤苗。有機物料全部基施，鋪雙滴灌帶，根據作物生育期，每個處理追施滴灌肥，共750 kg/hm2，病蟲防治、雜草防除等農藝措施統一田間管理，7月中旬收獲結球甘藍。

1.4 采樣與指標測定

1.4.1 樣品的采集與預處理 采用五點取樣法取土樣，取各處理0～20 cm土層的土壤，帶回實驗室。在常溫避光條件下風干，去除雜物，用分樣板將土樣混合均勻，再按1/2的比例分取樣品，研磨，過1.00 mm篩的土樣用于測定pH值以及全鹽、速效養分含量，而過0.25 mm篩的土樣用來測定有機質、全氮、全磷含量。

在作物各生育時期，每個小區采集長勢基本相似的植株10株，帶回實驗室。將植株洗干凈并快速擦干，稱其鮮質量。剪下根部，測定根長、根體積及根表面積，隨后用報紙包裹植株地上部，放入烘箱，在105 ℃條件下殺青15 min，然后在 70 ℃ 條件下烘干至恒質量，稱量干質量。

1.4.2 樣品的相關指標測定

1.4.2.1 土壤的化學性質測定 土壤pH值采用雷磁 PHS·3G 酸度計測定;全鹽含量采用DDS-11電導率儀測定;有機質含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定;堿解氮含量采用堿解擴散法測定;有效磷含量采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定;速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定;全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定;全磷含量采用鉬銻抗比色法測定[13]。

1.4.2.2 植株指標測定 植株全氮含量采用凱氏定氮法測定;全磷含量采用鉬銻抗比色法測定;全鉀含量采用火焰光度計測定。

在作物的苗期、營養生長期、成熟期進行數據采集，用SPAD-502葉綠素儀測定葉綠素含量;用鋼卷尺測定葉長、葉寬、有效葉片數，并計算葉面積;用根系掃描儀測定根表面積、根體積及根長。作物成熟后進行實收測產。

1.5 統計分析

采用Excel 2010軟件進行數據整理和作圖，采用SPSS 17.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤肥力的影響

由表2可知，供試土壤有機質含量較低，處于低肥力水平，其中腐殖酸處理土壤中的有機質含量最大，達1.38 g/kg，顯著高于其余施肥處理，腐熟羊糞、化肥處理的有機質含量顯著高于對照處理，但是二者之間沒有顯著差異，說明有機物料可以增加土壤有機質含量，而化肥也可在一定程度上增加土壤有機質含量。腐殖酸處理土壤的堿解氮含量也較高，較對照增加106.3%，同樣顯著高于其他施肥處理，腐熟羊糞、糠醛渣處理土壤堿解氮含量與對照無顯著差異，顯著高于化肥、風化煤、糠醛渣+腐熟羊糞處理，但是它們之間差異不顯著，風化煤處理與糠醛渣+腐熟羊糞處理無顯著差異。腐熟羊糞、風化煤處理的土壤有效磷含量較高，與對照相比，增加42.6%、35.0%，而化肥、糠醛渣+腐熟羊糞處理的土壤有效磷含量與對照相比無顯著差異。施腐殖酸處理的土壤速效鉀含量高于其他處理，且較對照增加63.3%。腐殖酸處理的土壤全氮含量與其他處理相比顯著增加，且比對照增加111%。綜上所述，腐殖酸處理可有效提高土壤有機質含量，增強土壤肥力。

2.2 不同處理對植株生長指標的影響

2.2.1 不同處理對植株葉面積的影響 由圖1可知，在苗期，化肥處理的植株葉面積最大，且顯著高于其他處理。與對照相比，腐殖酸、生羊糞、腐熟羊糞處理的植株葉面積差異不顯著。在連作期與結球期，化肥處理的植株葉面積仍為最大值，且顯著高于其他處理，說明施化肥可明顯增加植株葉面

積。有機物料處理在連作期，兩兩之間沒有顯著差異，而在結球期，糠醛渣+腐熟羊糞處理與對照相比，植株葉面積增加19.5%，其余處理表現一般。

2.2.2 不同處理對植株根長、根體積、根表面積的影響 根系是植物與外界環境之間進行物質和養分交換的主要器官。由表3可知，在不同處理中，不施肥處理的根長顯著高于其他處理。風化煤、糠醛渣+腐熟羊糞處理的植株根體積除與對照差異不顯著外，與其他處理差異顯著。與其他處理相比，糠醛渣+腐熟羊糞處理可顯著增加植株根系的表面積，較對照顯著增加2.6%，而風化煤、糠醛渣處理與對照相比無顯著差異。總體來說，風化煤、腐殖酸、糠醛渣和糠醛渣+腐熟羊糞處理與對照相比對根長、根體積、根表面積的促進效果較明顯。

2.2.3 不同處理對植株SPAD值的影響 由表4可知，在苗期，腐熟羊糞處理的結球甘藍葉片SPAD值最高，與其他處理之間存在顯著差異，腐殖酸、生羊糞處理下SPAD值次之，但與CK相比無顯著性差異，其他處理下結球甘藍葉片SPAD值與CK相比顯著降低;在連作期，腐殖酸、腐熟羊糞、生羊糞處理的結球甘藍葉片SPAD值較高;在成熟期，腐殖酸處理下結球甘藍葉片的SPAD值最高，與對照相比顯著增加了 30.4%，而腐熟羊糞、生羊糞、風化煤處理之間差異不顯著。綜上所述，腐殖酸處理的葉片SPAD值隨著結球甘藍的成熟明顯增加。

2.2.4 不同處理對植株全氮、全磷、全鉀的影響 由表5可知，與對照相比，除生羊糞、糠醛渣處理外，其他處理植株體內全氮含量均無顯著性差異，生羊糞處理顯著減少33.8%，而糠醛處理顯著增加30.6%;與化肥處理相比，除生羊糞處理植株體內全氮含量顯著減少35.0%外，其他處理均無顯著性差異;腐熟羊糞處理比生羊糞處理的全氮含量顯著增加 731%。與對照相比，風化煤處理全磷含量顯著增加548%，其他有機物料處理均無顯著性差異;與化肥處理相比，各有機物料處理全磷含量均有顯著性差異，且均減少;與生羊糞處理相比，腐熟羊糞處理全磷含量顯著增加了1.5%。各處理全鉀含量與空白對照相比均存在顯著性差異，其中腐殖酸、糠醛渣處理減少，其他處理均升高;與生羊糞處理相比，腐熟羊糞處理全鉀含量顯著減少13.4%。

2.3 不同處理對植株產量及經濟效益的影響

由表6可知，腐殖酸、腐熟羊糞處理可顯著增加甘藍產量，且產量均較高，其他有機物料處理均低于單施化肥處理，具體表現為腐殖酸、腐熟羊糞處理分別比CK增產137.0%、136.1%，比單施化肥處理增產27.5%、27.0%，且在經濟效益上，兩者比單施化肥處理分別增加150.3%、138.9%，盡管2處理產量差異不顯著，但兩者成本不同，因此經濟效益差異明顯。單施腐殖酸處理的產投比最高，高達6.69，而其他有機物料處理下產投比均低于化肥處理。糠醛渣處理下產量最低，比CK減產24.7%，可能是由于糠醛渣能夠有效改善土壤結構、質量，但本身的養分含量較低，作物吸收不到養分，因此出現減產現象。

3 討論

土壤是碳的重要儲層，維持土壤有機碳含量對維持土壤肥力、生產力和質量至關重要[21]。本研究中，施用腐殖酸明顯改善了土壤養分狀況，提高了當地土壤的有機質含量和速效養分含量，整體與其他處理之間達到顯著差異，這與葉協鋒等的研究成果[22]相同。腐殖酸增加土壤有機質含量的原因一方面是直接作用，腐殖酸是經過微生物分解動植物遺骸發生化學反應而累積的一類有機物質，可以有效提高土壤的保水保肥能力，改善土壤結構，提升土壤肥力;另一方面是間接作用，腐殖酸為土壤微生物提供碳源，使微生物數量增加，土壤酶活性增強，進而間接地增加有機質含量[23]。化肥、腐熟羊糞處理可顯著提高土壤有機質的含量，與前人關于不同有機物料培肥土壤的研究結果[2，20，24-25]一致。

無機肥料肥效快，有效氮的釋放比有機肥料迅速，有機肥料有效氮的釋放需要經過一系列的化學過程，導致單施有機肥料氮素利用率較低[26]，本試驗得到相似的結論。在本試驗中，與對照相比，腐殖酸處理顯著增加土壤全氮含量，而風化煤、腐熟羊 糞+ 糠醛渣處理均使土壤全氮、堿解氮含量有所降低，可能是由于風化煤作為煤礦生產的廢煤，有著豐富的腐殖酸，適宜改善土壤結構，不能增加土壤養分;而腐熟羊糞+糠醛渣處理對于土壤的化學作用仍需進一步研究。另外腐熟羊糞可培肥地力，增加土壤有機質含量，有效地釋放出固定在土壤中的磷，進而顯著增加土壤中的有效磷含量。這與秦嘉海等研究的結論[27]相符。土壤中的堿解氮含量可反映土壤中氮素的供應情況，施用風化煤的土壤堿解氮含量有所下降，可能是由于風化煤中的總腐殖酸含量達到63%，有大量的活性基團，對土壤改良有很大的影響，進而促進作物吸收土壤中的氮素，減少氮的固定。

土壤肥力的綜合反映是作物產量，不同施肥處理對土壤肥力的影響必然會反映到產量的變化上[28]。大量研究表明，有機物料的合理施用能夠提高作物產量，康宗利等研究表明，長期施用腐殖酸肥料，番茄的葉綠素含量增加14%，產量增加29.1%[29];周保等的研究表明，施用腐殖酸有機肥能夠顯著增加菜豆的產量[30];劉蘭蘭等研究表明，腐殖酸對甘薯、生姜有差異較顯著的增產效果[31]。本試驗中，與對照或滴灌肥處理相比，施用腐殖酸不僅能夠有效提高結球甘藍的產量，而且能夠提高土壤有機質含量，更好地培肥地力，與以上研究結論相符。

4 結論

綜上所述，與滴灌肥、其他有機物料處理相比，添加腐殖酸的處理對提高土壤有機質含量以及速效養分含量效果較為明顯，進而有效提高結球甘藍產量及作物經濟效益。施用化肥可促進結球甘藍葉片的增大，而要促進結球甘藍根表面積的增大，可施用糠醛渣+腐熟羊糞。糠醛渣處理可顯著增加結球甘藍全氮含量，糠醛渣+腐熟羊糞處理可有效增加結球甘藍的全磷含量，而化肥處理顯著增加作物的全鉀含量。在提高甘藍經濟效益方面，適當添加腐殖酸處理，可增加作物產投比。

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