沼液源鳥糞石對酸性土壤的改良研究

祁步凡，李 俊，王 虹，蔣小妹，王文國

(1. 成都大學 藥學與生物工程學院，成都 610106；2．農業農村部沼氣科學研究所，成都 610041)

目前我國土壤已呈現日益酸化的現象，酸性土壤已成為影響農業生產和生態環境的重要問題之一[1]。土壤酸化的根本原因是由于H+，Al3+，還原態錳濃度增加，磷、鉀、鈣和鎂含量低所導致[2]。酸性土壤會降低土壤微生物活性，對農作物產生毒害作用、破壞細胞膜結構、影響養分的吸收[1-3]。現有研究主要是通過使用土壤改良劑有效地改善土壤理化性狀[4]，主要方法有：石灰、生物質炭和土壤調理劑白云石與堿渣[5]，其中石灰是常用的方法，但長期或大量使用會引起土壤板結，還會引起土壤中營養元素的平衡失調而導致作物減產[6]。

鳥糞石是一種不易被雨水沖刷、具有緩釋性的肥料，常被用作農業生產的底肥以及林業的優質肥料[7]。鳥糞石中磷和鎂的含量較高，有利于改善酸性土壤中磷、鎂含量低的現象，有利于改善酸性土壤[8-9]。并且可以平衡植物養分，提高養分物質，改善土壤的理化性質，提高土壤保持水分和營養能力，提高土壤的整體質量[10-11]。另一方面，畜禽養殖廢棄物沼氣化處理，是一種有效的能源化和資源化利用的途經[12]。但我國養殖場和所建沼氣工程的規模越來越大,隨之產生的沼液越來越多，沒有足夠的農業用地承載和消納沼液[13-15]，沼液的處置問題已成為限制我國沼氣技術發展、乃至畜禽養殖業發展的瓶頸問題之一[16]。鳥糞石結晶沉淀法是一種較高氨氮廢水的處理方法，在沼液處理領域也取得一定的進展[17]。但關于沼液源鳥糞石肥效及對土壤改良效果的研究較少。

本研究針對改善酸性土壤的問題，選取四川地區酸性黃壤土為供試土壤，實驗室已有的沼液源鳥糞石為肥料，以市場現有化肥作為對照，研究兩種肥料對酸性土壤的改善作用，并分析對小白菜生長情況的影響。試驗為沼液源鳥糞石的高效利用以及改善酸性土壤問題提供一定的研究基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試小白菜：從某種子公司購買的小白菜種子，在實驗室育苗。供試土壤：四川省成都市某地區酸性黃壤土，取供試酸性黃壤土，平鋪在干凈的紙上，于室內陰涼處通風風干，當土樣達到半干狀態時，宜將大土塊捏碎。用四分法取適量風干土樣，用圓木棍將土樣碾碎，使土樣通過1 mm孔徑的試驗篩。稱取10.0 g土樣，置于50 mL的離心管中，并加入25 mL水和1 mol·L-1的KCL溶液，用渦旋器渦旋5 min，然后靜置3 h，再用已矯正的pH計進行讀數[18]，土壤pH值為3.34±0.15。供試化肥：購買某品牌高鈣鉀寶復合肥，腐植酸≥3.0 %，N+P2O5+K2O≥20 %。

1.2 試驗方法

1.2.1 沼液源鳥糞石的獲得

表1 沼液理化性質

1.2.2 小白菜種植試驗

試驗每盆裝過1 mm孔徑試驗篩風干土樣300 g，共設4個處理，設置施入鳥糞石肥料總氮含量3個濃度梯度分別為T1，T2和T3，3個處理組，并以T2總氮含量為化肥組的總氮含量作為對照(CK)，每處理2次重復(見表2)。試驗育苗待小白菜長至4葉期，每盆移栽定植3株，期間逢干澆水，栽培管理措施按常規方式進行，各處理保持一致。待收貨時，測定小白菜鮮重，地上部葉綠素、可溶性糖等營養指標及硝酸鹽含量。土壤風干后經破碎處理，混勻取樣備用。

表2 試驗肥料施入總氮含量

1.2.3 土壤pH值測定

稱取10.0 g土樣，置于50 mL的離心管中，并加入25 mL水和1 mol·L-1的KCL溶液，用渦旋器渦旋5 min，然后靜置3 h，再用已矯正的pH計進行讀數[20]。

1.2.4 植物生理指標測定

待收獲后，植物葉綠素含量用 Gene Quant 1300紫外可見分光光度計進行測定[21]；植株可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[22]；硝酸鹽含量采用雙波長紫外分光光度法測定[23]。

1.2.5 數據分析

得到的數據利用 Origin 2017,Excel 和 SPSS 生物統計軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同肥料施入量對土壤pH值的影響

制備的沼液源鳥糞石，對土壤pH值具有調節作用，不同肥料施入量對土壤pH值的影響不同，結果如圖1所示。各處理組土壤pH值與對照組相比，存在著顯著性差異(p<0.05)。隨著鳥糞石施入量的增加，土壤pH值有增大的趨勢，當鳥糞石的施入量為0.1%時，pH值相較初始土壤pH值平均增加了0.76，相較于對照組平均增加了0.59。繼續增加鳥糞石的施入量，當施入量達到0.3%時，pH值相較于初始土壤pH值平均增加1.02，相較于對照組平均增加了0.85。酸化土壤的改善是一個較為長期的過程，并且鳥糞石是一種具有緩釋性的肥料，為了不破壞土壤性質，本研究建議單次施用沼液源鳥糞石提升土壤pH值1個單位較為合適，因此沼液源鳥糞石施入量為0.3%對酸性土壤的改良較為有效。單次施用沼液源鳥糞石對提升酸性土壤的pH值范圍較小，但如果連續性使用沼液源鳥糞石肥料作為追肥，可能會更有效地改良酸性土壤。

注:不同小寫字母表示某指標組間差異顯著(p<0. 05)，下同。圖1 不同肥料施入量對土壤pH值的影響

2.2 不同肥料施入量對作物品質的影響

2.2.1 對小白菜生物量和株高的影響

土壤條件的改變會對作物的生長產生影響，施入不同比例的沼液源鳥糞石對小白菜的生物量和株高具有較為明顯的影響。由表3可以看出，隨著肥料施入比例的上升，小白菜的生物量有增加的趨勢，其中各處理組小白菜生物量和株高與對照組相比，存在著顯著性差異(p<0.05)。其中施入0.1%鳥糞石生物量提高26.42%；施入0.3%鳥糞石肥料對生物量增加較大，相較于對照組生物量增加54.15%；小白菜株高逐漸增高，施入0.3%鳥糞石肥料小白菜株高最高，達到14.20 cm。結合沼液源鳥糞石對土壤pH值的改良效果，以及對小白菜生物量和株高的影響，綜合考慮，本研究建議施用0.3%的沼液源鳥糞石提高小白菜的生物量和株高。

表3 不同肥料施入量對小白菜生物量和株高的影響

2.2.2 對小白菜葉綠素含量的影響

葉綠素含量是體現小白菜生長品質的主要因素，沼液源鳥糞石對小白菜葉綠素a，葉綠素b及總葉綠素含量有提高的趨勢(見表4)。與對照組相比，葉綠素a含量隨鳥糞石施入量的增加呈升高的趨勢。在T1，T2和T3的處理下，其均比對照顯著增加，分別是對照的1.09，1.21和1.32倍(p<0.05)。與葉綠素a含量趨勢相似，經過T1，T2和T3的處理，葉綠素b含量相比對照組分別增加1.37，1.39和1.53倍(p<0.05)，T1和T2處理間沒有顯著性差異，T3處理后的葉綠素b含量最高。

表4 不同肥料施入量對小白菜葉綠素含量的影響(mg·g -1)

2.2.3 對小白菜可溶性糖的影響

各處理對小白菜可溶性糖含量的影響不同，總體趨勢是可溶性糖含量隨著鳥糞石施入量的增加而增加(見圖2)。T2處理組與對照組沒有顯著性差異(p>0.05)，T3處理小白菜的可溶性糖含量最高，可以達到17.73±0.12 mg·g-1，與對照組之間差異顯著(p<0.05)。除此之外，T1處理組小白菜可溶性糖含量低于對照組。

圖2 不同肥料施入量對小白菜可溶性糖的影響

2.2.4 對小白菜硝酸鹽的影響

硝酸鹽會在硝酸還原酶的作用下產生亞硝酸鹽，而蔬菜中亞硝酸鹽的含量是評判蔬菜質量安全的一項重要的指標，硝酸鹽含量會對蔬菜體內的亞硝酸鹽含量有明顯的影響[14]。從圖3可以看出，硝酸鹽的含量隨著鳥糞石施入量的降低而下降，對照組的處理中硝酸鹽含量是最高的，達到1.04±0.01mg·kg-1，與0.3%鳥糞石處理組之間沒有顯著性差異(p>0.05)，但硝酸鹽含量較低。0.1%鳥糞石處理組的硝酸鹽含量最低0.84±0.01 mg·kg-1，并且與其他處理有顯著差異(p<0.05)。

圖3 不同肥料施入量對小白菜硝酸鹽含量的影響

3 結論與討論

鳥糞石是一種具有緩釋性的肥料，鳥糞石中磷和鎂的含量較高，對土壤有一定的改良作用。本文利用不同沼液源鳥糞石施入量對酸性土壤進行改良，其中施入0.3%沼液源鳥糞石的效果較好，可以提高土壤pH值1個單位，雖單次施用沼液源鳥糞石對提升酸性土壤的pH值范圍較小，但如果連續性使用沼液源鳥糞石肥料作為追肥，可能會更有效地改良酸性土壤。并且可增加小白菜的鮮重、葉綠素和可溶性糖含量，但不會影響小白菜的硝酸鹽含量，不會影響小白菜的安全品質。因此，適宜的沼液源鳥糞石施入量可改善酸性土壤，提高土壤pH值，這與Liu[24]等的研究結論一致。Ryu等曾利用鳥糞石肥料培育大白菜，其鮮重隨著鳥糞石施入量的增加而增加[25]，在筆者試驗條件下，沼液源鳥糞石對小白菜鮮重的影響與之前研究基本一致。

植物葉片葉綠素含量是直接反映光合能力的重要指標，沼液源鳥糞石能夠提高小白菜葉綠素含量，可能會對小白菜的光合作用具有促進作用，有利于小白菜的生長[26]。此外，植物中可溶性糖含量與干旱的抗逆性相關[27]，沼液源鳥糞石可以提高小白菜可溶性糖的含量，也就是說可能會提高其抗逆性，與此同時，可以提高小白菜在利用方面的品質。

硝酸鹽會在硝酸還原酶的作用下產生亞硝酸鹽，而蔬菜中亞硝酸鹽的含量是評判蔬菜質量安全的一項重要的指標[14]，試驗中沼液源鳥糞石培育小白菜的硝酸鹽含量與普通化肥相似，可以體現小白菜的質量安全，說明沼液源鳥糞石作為肥料具有一定的安全性[28]。

綜上所述，沼液源鳥糞石作為肥料對酸性土壤具有一定的改良作用，并且對小白菜的鮮重，葉綠素含量和可溶性糖含量有促進作用。這可能會增強小白菜的光合作用，且可能會提高其抗逆性，從而有利于小白菜的生長和品質。此外，沼液源鳥糞石培育的小白菜中硝酸鹽含量相較于普通化肥沒有明顯變化，可以說明沼液源鳥糞石肥料和小白菜產品的安全性。但沼液源鳥糞石對作物作用的具體機制尚不清楚，有待進一步研究。