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菌渣配施土壤改良劑對馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤理化性質(zhì)的影響

2019-12-24 01:11:27楊正濤姚利王建中張海蘭單洪濤郭兵趙自超
山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019年11期

楊正濤 姚利 王建中 張海蘭 單洪濤 郭兵 趙自超

摘要:通過大田試驗,研究了菌渣與蚯蚓糞以及聚丙烯酰胺PAM配合施用對馬鈴薯生長發(fā)育、產(chǎn)量、商品性、品質(zhì)以及土壤理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明,與對照組CK(常規(guī)化肥)相比,各處理對馬鈴薯以上各項指標(biāo)以及土壤理化性質(zhì)的改良效果均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。其中,T3處理的馬鈴薯株高、莖粗、主莖數(shù)的增幅分別為20.11%、29.97%、17.89%;產(chǎn)量增加24.26%;品質(zhì)方面,淀粉、還原糖、VC、粗蛋白含量分別提升47.80%、28.26%、16.64%、29.96%;土壤理化性狀方面,對土壤容重、孔隙度、鹽分、pH的改良程度分別為4.39%、7.13%、23.23%、9.14%。綜合考慮,T3處理(常規(guī)化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞7 500 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2)為本試驗的最佳配比方案。

關(guān)鍵詞:菌渣;蚯蚓糞;PAM;馬鈴薯;生長發(fā)育;土壤理化性質(zhì)

中圖分類號:S532.061文獻(xiàn)標(biāo)識號:A文章編號:1001-4942(2019)11-0097-06

Effects of Combined Application of Mushroom Residue and Soil Amendment on Potato Yield, Quality and Soil Properties

Yang Zhengtao1,Yao Li1,Wang Jianzhong2,Zhang Hailan1,Shan Hongtao1,Guo Bing1,Zhao Zichao1

(1.Institute of Agricultural Resources and Environment, Shandong Academy of Agricultural Sciences/ Key Laboratory of Wastes Matrix Utilization, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Jinan 250100, China;

2. Jiaozhou Agriculture and Rural Bureau, Jiaozhou 266300, China)

Abstract The field experiment was conducted to study the effects of combined application of mushroom residue, vermicompost and PAM on growth and development, yield, commodity and quality of potato and soil physicochemical properties. The results showed that compared with the blank control (CK) group, the improvement effects of all the treatments on the above indexes reached significant level(P<0.05). In which, under T3 treatment, the plant height, stem diameter and main stem number of potato increased by 20.11%, 29.97% and 17.89%,respectively; the yield increased by 24.26%; the contents of starch, reducing sugar, VC and crude protein of potato increased by 47.80%, 28.26%, 16.64% and 29.96% respectively; the soil bulk density, porosity, salinity and pH value improved by 4.39%, 7.13%, 23.23% and 9.14% respectively. Considering comprehensively, T3 treatment (chemical fertilizer+12 000 kg/hm2 of mushroom residue+7 500 kg/hm2 of vermicompost+50 kg/hm2 of PAM) was the best mixing scheme.

Keywords Mushroom residue; Vermicompost; PAM; Potato; Growth and development; Soil physico-chemical properties

馬鈴薯富含蛋白質(zhì)、淀粉、礦物質(zhì)、維生素等,營養(yǎng)成分豐富,加之其豐產(chǎn)性、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),被聯(lián)合國糧農(nóng)組織列為“世界第四大糧食作物”。我國也于2015 年將馬鈴薯確定為第四大糧食作物,并積極推進(jìn)主糧化進(jìn)程[1]。近年來隨著栽培技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化及機(jī)械化水平的提高,我國馬鈴薯種植產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展,種植總規(guī)模已達(dá)到573.3萬公頃,總產(chǎn)量約1億噸,成為居世界第一的馬鈴薯產(chǎn)區(qū),截至2017年,中國馬鈴薯出口額2.81億美元,占馬鈴薯全球貿(mào)易額的5.8%[2]。然而通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),我國馬鈴薯的單產(chǎn)水平較低,約為15 t/hm2,低于世界平均水平的19.95 t/hm2,而歐美等發(fā)達(dá)國家則超過了40.05 t/hm2,因此我國的馬鈴薯栽培技術(shù)仍有很大的提升空間[2]。近些年隨著人們生活水平的提高,消費(fèi)者對馬鈴薯加工制品的需求量和品質(zhì)等提出了更高的要求,特別是其中粗蛋白、淀粉、還原糖等含量都是極為重要的指標(biāo),因此如何獲得高產(chǎn)、高品質(zhì)的馬鈴薯是當(dāng)前亟待解決的問題。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),在馬鈴薯栽培中由于化肥施用過多易造成土壤板結(jié)、酸化、鹽化,還造成馬鈴薯營養(yǎng)失衡,影響商品薯的產(chǎn)量和質(zhì)量。商品有機(jī)肥效果雖然好,但價格偏高而使生產(chǎn)成本提高導(dǎo)致農(nóng)戶不愿使用。與此同時,隨著我國食用菌產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,每年產(chǎn)生的食用菌菌渣可達(dá)4 000萬噸,大量菌渣的隨意丟棄、堆積或焚燒,不但造成農(nóng)業(yè)有機(jī)資源的巨大損失,還對周圍環(huán)境造成巨大污染[3]。另一方面菌渣里面含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì),如蛋白質(zhì)、氨基酸以及鈣、鎂等微量元素,是優(yōu)良的天然有機(jī)肥[4]。同時蚯蚓糞是一種良好的有機(jī)肥和土壤改良劑,對于土壤結(jié)構(gòu)的改良、培肥地力等方面具有良好的應(yīng)用效果[5-7],而聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)在保土、保水、保肥、增產(chǎn)方面也有突出效果[8]。

針對以上問題和因素,本研究以食用菌菌渣為主料,配合蚯蚓糞、PAM等輔料,進(jìn)行馬鈴薯栽培的土壤改良應(yīng)用試驗。通過分析各處理馬鈴薯生長狀況,產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤相關(guān)理化性質(zhì)等各指標(biāo),初步探究菌渣與其他改良劑的配施技術(shù),旨在為菌渣的有效利用和馬鈴薯的增產(chǎn)、提質(zhì)以及后續(xù)施肥方案的優(yōu)化提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點(diǎn)概況

試驗于山東省青島市膠州膠西鎮(zhèn)家河崖村多年栽培馬鈴薯的地塊進(jìn)行。該地年平均氣溫 12℃,無霜期210 d,有效積溫4 599.2℃,降水量 724.8 mm,為典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候。試驗田土壤為棕壤,前茬作物為小麥。試驗前耕層土壤基本理化性狀為有機(jī)質(zhì)1.44 g/kg、有效氮10431 mg/kg、速效磷68.00 mg/kg、速效鉀224.00 mg/kg ,pH值6.66,電導(dǎo)率72.10 μS/cm。

1.2 試驗材料

馬鈴薯供試品種為荷蘭15號。當(dāng)?shù)爻R?guī)化肥:尿素(N 46.0%)、重過磷酸鈣(P2O5 45.0%)、硫酸鉀(K2O 50.0%),均購自山東史丹利化肥股份有限公司。菌渣為大球蓋菇的栽培菌渣,自然堆放狀態(tài),未進(jìn)行好氧發(fā)酵。化學(xué)改良劑聚丙烯酰胺PAM,購自濟(jì)南萊德化工有限公司。蚯蚓糞為壽光市豐凱蚯蚓養(yǎng)殖合作社提供的以牛糞為原料養(yǎng)殖的蚯蚓糞。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)5個處理,隨機(jī)區(qū)組排列,重復(fù)3次。小區(qū)面積為50 m2(5 m×10 m)。每公頃種植密度 6.0萬株,試驗區(qū)周邊設(shè)2行保護(hù)區(qū)。試驗于 4月25日播種,6月29日收獲,苗齊時中耕、除草1次,其他田間管理方法一致。播前將PAM和菌渣、蚯蚓糞等混合后均勻撒施在小區(qū)內(nèi)整地。具體施肥方案見表1。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 株高和莖粗的測定 收獲之前在每小區(qū)均隨機(jī)抽取10株馬鈴薯樣品,測定株高、莖粗、主莖數(shù),取平均值。

1.4.2 產(chǎn)量測定 收獲時每小區(qū)取兩行,每行2 m,測產(chǎn)并折算為666.7m2產(chǎn)量。同時分別記錄大薯(商品薯)、中薯、小薯產(chǎn)量,測定標(biāo)準(zhǔn)為大薯150 g以上、中薯50~150 g、小薯50 g以下。

1.4.3 品質(zhì)測定 淀粉含量采用沉淀過濾法測定[9];維生素C含量采用改進(jìn)紫外分光光度法[10]測定;還原糖含量采用蒽酮比色法測定[11]。

1.4.4 土壤指標(biāo)的測定環(huán)刀法測土壤容重,比重瓶法測比重,根據(jù)兩者的值計算土壤孔隙度[12];土壤pH值采用1∶5土水比,pHSJ-3F型酸度計電位法測定;土壤可溶性鹽采用1∶5土水比浸提重量法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和表格繪制,SPSS 22.0進(jìn)行顯著性檢驗(P<005)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對馬鈴薯植株生長發(fā)育的影響

株高、莖粗以及主莖數(shù)是直接反映馬鈴薯生長狀態(tài)的重要農(nóng)藝性狀指標(biāo)[13]。將不同處理下的馬鈴薯植株形態(tài)指標(biāo)統(tǒng)計后進(jìn)行方差分析,結(jié)果(表2)表明,處理間馬鈴薯各形態(tài)指標(biāo)的大小順序均為T3>T4>T2>T1>CK。與CK相比,各處理的馬鈴薯株高增幅為9.07%~2011%,莖粗增幅為8.05%~29.97%,主莖數(shù)增幅為596%~17.89%,差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。其中,T3的效果最好,但與T4處理之間無明顯差異,T1、T2、T3兩兩之間差異顯著。以上說明施加菌渣、蚯蚓糞以及配合PAM有利于提高馬鈴薯生長發(fā)育水平。

2.2 不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表3可以看出,不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量影響不同。各施肥處理與對照相比增產(chǎn)率介于7.79%~24.26%,增產(chǎn)效果達(dá)到顯著水平。其中T3處理最好,與T4無明顯差異,但T1、T2、T3之間差異顯著。在產(chǎn)量構(gòu)成方面,各處理與對照組相比均降低了小薯質(zhì)量百分比,提高了大薯(商品薯)質(zhì)量百分比,差異達(dá)顯著水平,但各處理間無顯著差異,其中T3處理中薯質(zhì)量百分比最高,T2處理大薯質(zhì)量百分比最高。以上說明在本試驗條件下,各處理均能提高馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)和商品性。

2.3 不同處理對馬鈴薯品質(zhì)的影響

由表4可以看出,與CK相比,各處理馬鈴薯品質(zhì)指標(biāo)提升效果均達(dá)到顯著水平。其中淀粉產(chǎn)量增加14.58%~47.80%,還原性糖含量增加870%~28.26%,VC增加2.77%~18.71%,粗蛋白增加13.08%~30.38%。其中淀粉產(chǎn)量和還原糖含量兩個指標(biāo)中,T3處理最好,但與T4處理無顯著差異,同時T1、T2、T3之間互相差異顯著; 而VC、粗蛋白兩個指標(biāo)中,T4處理最好,但T3、T4之間無明顯差異,同時T1、T2、T3之間互相差異顯著。綜合這四個指標(biāo)來看,T3處理對淀粉產(chǎn)量和還原性糖含量的提升效果最好,而T4處理對VC和粗蛋白的提升效果最好,但在這四個指標(biāo)中,T3和T4兩處理的效果差異不顯著。考慮到總投入物的用量和成本問題,仍選擇T3為本試驗的最佳處理。

2.4 不同處理對土壤理化性質(zhì)的影響

土壤容重和孔隙度是評價土壤松緊程度和宜耕狀況的重要物理指標(biāo)[14]。由表5可以看出,CK土壤容重最大,對應(yīng)的孔隙度最小,各處理土壤容重均減小,相應(yīng)的孔隙度都增大。各處理土壤容重與對照相比其降幅介于2.47%~4.39%之間,多數(shù)差異達(dá)到顯著水平;對應(yīng)的各處理土壤孔隙度與CK相比增幅為3.46%~7.13%,差異均達(dá)到顯著水平。這兩個指標(biāo)中T3處理效果最明顯,T3、T4之間無明顯差異。以上表明添加菌渣、蚯蚓糞及添加劑PAM能有效降低土壤容重、增加土壤孔隙度、改善土壤通透性。

土壤pH值和全鹽量是反映土壤性質(zhì)的重要化學(xué)指標(biāo)。馬鈴薯收獲后各處理土壤的pH值CK最低,其他處理都有明顯提升,增幅為5.10%~9.14%,提升效果均達(dá)到顯著水平。就效果來看,T2、T3、T4處理之間效果相差不大,但好于T1。各處理土壤全鹽量與CK相比降幅在18.18%~23.23%,其效果也均達(dá)到顯著水平,其中T3和T4效果最好,但兩者差異不明顯。這說明施加菌渣、蚯蚓糞及其輔助添加劑能有效改善土壤的酸化問題以及降低土壤中的全鹽量。

3 討論與結(jié)論

良好的土壤環(huán)境是作物生長的基礎(chǔ),土壤質(zhì)量的好壞將直接影響作物的生長發(fā)育,進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。本研究表明,與CK(常規(guī)化肥)相比,各處理均能明顯降低土壤容重,增加孔隙度,減少鹽分含量,提升pH值。本研究還發(fā)現(xiàn),T3處理(常規(guī)化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞7 500 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2)的土壤容重及全鹽量較其他幾組都低,相應(yīng)的土壤孔隙度和pH值都大于其他組。分析認(rèn)為,一方面菌渣中含有大量的纖維素、木質(zhì)素等碳源,自身容重小,結(jié)構(gòu)疏松,施用后能有效減少土壤的容重、增大孔隙度[15];另一方面施用菌渣可增加土壤中可溶性有機(jī)物質(zhì)的輸入量,有利于土壤大團(tuán)聚體的形成,提高團(tuán)聚體的穩(wěn)定性,進(jìn)一步降低土壤的容重[16]。蚯蚓糞則主要是通過增加大團(tuán)聚體的數(shù)量,提高土壤團(tuán)聚體抗侵蝕的能力以降低土壤容重。本試驗中,T2處理(常規(guī)化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞7 500 kg/hm2)降低容重的效果不如T1處理(常規(guī)化肥+菌渣24 000 kg/hm2),說明僅將二者簡單混合其效果不如單施菌渣,還需要其他添加劑。而PAM作為一種人工合成的土壤改良劑,具有微量高效的優(yōu)點(diǎn),其主要是通過增加土壤大團(tuán)聚體的數(shù)量,并保持大團(tuán)聚體和土壤孔隙結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,來降低土壤的容重,并使效果得以維持并加強(qiáng)。將三者按適當(dāng)比例混合后,三種配料產(chǎn)生協(xié)同作用:首先菌渣結(jié)構(gòu)的疏松性使土壤本身的容重降低,然后三者又能促進(jìn)土壤中大團(tuán)聚體的形成,進(jìn)一步降低土壤容重,且PAM使之效果保持穩(wěn)定,故T3處理對土壤容重的降低效果最好。而由于容重的減小、孔隙度的增大又有利于土壤中多余的鹽分隨水從栽培區(qū)域排除,同時菌渣和蚯蚓糞作為有機(jī)肥還田之后,經(jīng)微生物分解會產(chǎn)生有機(jī)酸、酶等物質(zhì),有利于土壤鹽分的進(jìn)一步降低[17]。pH值方面,菌渣和蚯蚓糞多呈中性或弱堿性,施入土壤之后可緩解土壤酸化問題,這與之前的一些研究結(jié)果相同[17]。但在試驗過程中還發(fā)現(xiàn),隨著蚯蚓糞用量的增加,T4處理(常規(guī)化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞10 000 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2)較T3出現(xiàn)土壤含鹽量上升、pH值下降的現(xiàn)象。這是由于蚯蚓糞中可溶性鹽分含量較高,當(dāng)施加量增多時,會引起土壤鹽分的增加;同時蚯蚓糞中含有大量的活性微生物,當(dāng)用量增加時,會加快菌渣和蚯蚓糞中的有機(jī)物的分解,導(dǎo)致酸化作用加強(qiáng),使pH值出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。但另一方面,蚯蚓糞本身用量的增加又會促使土壤pH值上升,有利于土壤大團(tuán)聚體的形成,導(dǎo)致容重降低,進(jìn)而減少鹽分含量。因此蚯蚓糞的用量問題需要進(jìn)一步試驗優(yōu)化確定。

本研究表明,與CK(常規(guī)化肥)相比各試驗組對馬鈴薯的生長發(fā)育、產(chǎn)量以及品質(zhì)均有不同程度的提升且均達(dá)到顯著水平,這與之前的研究結(jié)果類似[18-20]。本研究中馬鈴薯以上各指標(biāo)的大小排序均為T3處理(常規(guī)化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞7 500 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2)>T2處理(常規(guī)化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞7 500 kg/hm2)>T1處理(常規(guī)化肥+菌渣24 000 kg/hm2)>CK(常規(guī)化肥),且各處理之間相互差異均達(dá)到顯著水平。分析認(rèn)為,首先菌渣、蚯蚓糞以及PAM作為土壤改良劑,為馬鈴薯的生長發(fā)育提供了良好的土壤環(huán)境,為其增產(chǎn)提質(zhì)打下基礎(chǔ);再者菌渣中含有豐富的氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)、粗蛋白、粗纖維以及其他一些活性物質(zhì),營養(yǎng)豐富,是天然優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥,施加后可為馬鈴薯的生長發(fā)育提供所需的各種營養(yǎng)物質(zhì);而蚯蚓糞除含以上營養(yǎng)物質(zhì)外,還含有大量腐殖質(zhì)、微量元素、植物激素、各種酶類物質(zhì),能有效調(diào)節(jié)植物多項生理功能,促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、轉(zhuǎn)移與積累,達(dá)到增產(chǎn)提質(zhì)的效果[21-23]。此外,蚯蚓糞中大量的活性有益微生物可加快土壤中有機(jī)物的分解速度;同時,PAM施入土壤后,增加了土壤的徑流剝蝕難度,能使土壤中的各種養(yǎng)分得以最大程度的保留,實(shí)現(xiàn)保肥效果;水分是馬鈴薯生長發(fā)育過程中的一個重要影響因素,PAM可通過吸水和溶脹兩種方式進(jìn)行吸水,能顯著提高土壤含水率,為馬鈴薯的生長提供足夠的水分 [24-28]。T3處理綜合了三者的優(yōu)點(diǎn),擁有良好的土壤、營養(yǎng)、激素及水分等條件,最終實(shí)現(xiàn)馬鈴薯的高產(chǎn)、提質(zhì),綜合效果最好。

本研究還發(fā)現(xiàn),T1處理對馬鈴薯的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的提升效果與其他試驗組相比也有明顯差異,這表明菌渣配施其他有機(jī)肥及添加劑的必要性。分析認(rèn)為,雖然菌渣中總養(yǎng)分含量豐富,但其中能被直接利用或易降解的只有一部分,在馬鈴薯短短2個月的生育期內(nèi),有一大部分營養(yǎng)物質(zhì)未被分解利用,導(dǎo)致其營養(yǎng)物質(zhì)相對不足,故提升效果不如其他試驗組。而蚯蚓糞的配施,一方面提供了部分營養(yǎng)物質(zhì),另一方面其中所含的大量活性微生物加快了菌渣中部分營養(yǎng)物質(zhì)的分解速度,增加菌渣的利用率。但對比T4與T3處理發(fā)現(xiàn),隨著蚯蚓糞用量的增加,兩者的試驗結(jié)果相比無明顯差異,甚至出現(xiàn)個別指標(biāo)下降的現(xiàn)象,表明蚯蚓糞的效果不是隨著添加量的增加而單向遞增,而是有個最佳值,多施不但不會增加效果還會對馬鈴薯的生長造成負(fù)面影響,并造成資源的浪費(fèi)。

在青島市膠州馬鈴薯種植地區(qū),在施用常規(guī)化肥基礎(chǔ)上施用不同配比菌渣、蚯蚓糞與PAM均能顯著改善馬鈴薯的生長發(fā)育、產(chǎn)量、商品性以及品質(zhì)等指標(biāo),并對馬鈴薯栽培土壤的容重、孔隙度、含鹽量、pH值等理化指標(biāo)都有明顯的改良作用,對土壤有機(jī)質(zhì)含量具有明顯的提升效果。[JP2]綜合考慮,本試驗以常規(guī)施肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞7 500 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2[JP]處理效果最佳。同時本試驗僅對菌渣、蚯蚓糞、PAM混施的效果進(jìn)行了初步研究,后續(xù)還應(yīng)對連續(xù)幾年的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄追蹤,其多年施用可能導(dǎo)致的土壤鹽分積累等問題也有待于進(jìn)一步研究,最終得出優(yōu)化的配施技術(shù),為馬鈴薯的高產(chǎn)提質(zhì)以及種植區(qū)土壤的改良提供技術(shù)支撐。

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收稿日期:2019-08-07

基金項目:山東省重點(diǎn)研發(fā)計劃項目(2018GSF116013);山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項目“廢棄物學(xué)科建設(shè)”(CXGC2018E03);山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系食用菌創(chuàng)新團(tuán)隊產(chǎn)后加工與菌渣利用崗位專家項目(SDAIT-07-09)

作者簡介:楊正濤(1990—),男,山東招遠(yuǎn)人,碩士,主要研究方向為廢棄物資源化。E-mail:804212947@qq.com

通訊作者:姚利(1979—),女,山東臨沭人,碩士,副研究員,主要從事廢棄物資源化研究。E-mail:nkyyaoli@163.com

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