不同有機物料配比組合對黃筋泥田土壤性狀及作物產量的影響

朱銘， 劉琛， 林義成， 郭彬， 李華， 傅慶林*

(1.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.安吉縣農業農村局，浙江 湖州 313300)

紅壤地區黃筋泥田是分布在浙江低山丘陵地區的主要土壤類型[1]，因存在土壤酸化[2]和有機質含量低下[3]等問題，土壤的自然肥力不強，嚴重制約了該區域的糧食生產和安全。如何快速提升紅壤地區耕地的生產能力成為事關浙江省農業高質量發展的成敗關鍵[4]。運用有機源土壤調理劑對紅壤地區黃筋泥田進行理化性狀改良是一種受到廣泛認可的做法，不僅效果顯著，還能實現資源循環利用，有利于農業綠色發展[5]。大量研究發現，有機物料的添加能夠提高土壤肥力[6-8]，通過改變土壤團聚體的分布來改善物理結構[9]，增加土壤養分含量[10]，進而增強土壤微生物豐度和群落多樣性[11]，實現耕地地力的提升和作物產量的增加[12]。

當前有機物料的來源主要有畜禽糞便、綠肥、秸稈和木屑等[6,13]。繁多的有機添加物料在提供豐富選擇的同時，對土壤和作物的改善效果需進一步探究明確。本文選取牛糞、秸稈、木屑、菇渣和草木灰5種農業廢棄物開展盆栽試驗，通過在黑麥草-水稻輪作下不同有機物料配比組合對土壤養分和作物產量的影響研究，篩選出最適宜的改良黃筋泥田土壤性狀的有機土壤調理劑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤來源于浙江省東陽市六石街道王村村稻田，稻田土壤類型為黃筋泥田。采集0～20 cm土層的土壤，自然風干后過2 mm篩，裝盆備用。供試土壤的基本化學性狀：pH值5.4，有機質8.96 g·kg-1，全氮0.83 g·kg-1，堿解氮42.44 mg·kg-1，有效磷10.77 mg·kg-1，速效鉀66.75 mg·kg-1。

采用牛糞、秸稈、木屑、菇渣和草木灰5種有機物料，通過一定比例混合造粒，制成4種顆粒狀有機土壤調理劑(有機物料和調理劑成品均來源于金華的肥料廠)。石灰石粉(95.00%CaCO3+0.72%Al2O3+0.14%Fe2O3，pH值9.10，使用前過2.36 mm篩)與聚丙烯酰胺均來源于浙江省農科院環境資源與土壤肥料研究所。以上物料的養分含量測定方法均依據《土壤農業化學分析方法》[14]。第一季作物為黑麥草，種子購買于江蘇萌蘊種業有限公司；第二季作物為水稻，品種為浙優18。

1.2 處理設計

盆栽試驗于2019年11月至2020年9月在浙江省農業科學院溫室進行。共設6個處理，分別為牛糞+秸稈(T1)、牛糞+秸稈+木屑(T2)、菇渣(T3)、菇渣+草木灰(T4)、菇渣+草木灰+石灰石粉(T5)、菇渣+草木灰+石灰石粉+聚丙烯酰胺(T6)。6個處理間的碳和養分施用總量保持一致，N、P2O5、K2O含量分別為240、120、150 kg·hm-2。T1、T2、T3、T4調理劑施用量分別為35、50、40和35 g；T5在T4的基礎上添加16.7 g石灰石粉，T6在T5的基礎上再添加3.3 g聚丙烯酰胺。每處理重復4次，隨機區組排列。施入有機物料養分不足的部分，用化學肥料投入補足。氮肥為尿素(46% N)，磷肥為鈣鎂磷肥(12% P2O5)，鉀肥為氯化鉀(60%K2O)。所有有機物料和肥料做基肥一次性施入，后期不再添加任何肥料。盆栽規格為42 cm×42 cm×31 cm(長×寬×高)，每個盆中裝入10 kg的風干土，與供試物料充分混勻后裝入盆中。于2019年11月裝盆種植黑麥草，2020年3月收獲黑麥草；2020年4月下旬播種水稻，6月初移栽，9月中旬收獲。各處理的黑麥草季和水稻季全生育期管理措施一致，水稻季不添加肥料。

1.3 樣品采集和測定方法

在黑麥草和水稻收割前，分別從每個盆栽土中取500 g土壤樣品，自然風干后過篩進行養分測定。黑麥草和水稻整株收獲后，經清洗和烘干，測定生物量和株高。水稻籽粒烘干后測千粒重和產量；將植株烘干粉碎后測其氮磷鉀含量，分析黑麥草和水稻的養分吸收利用情況。

根據《土壤農業化學分析方法》[14]測定土壤基本化學性狀。pH值采用玻璃電極法測定，有機質采用重鉻酸鉀容量-外加熱法測定，全氮采用濃硫酸催化消煮-凱氏定氮儀定氮法測定，堿解氮采用堿解擴散法測定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定。

將植株先進行硫酸-過氧化氫消煮，全氮采用凱氏定氮儀定氮法測定，全磷采用鉬銻抗比色法測定，全鉀采用火焰光度計法測定。

1.4 數據分析

采用Excel和SPSS分析軟件進行數據分析，所有結果用平均數±標準偏差表示。采用SPSS 26.0統計軟件對結果進行單因素方差分析(One-way ANOVA)，利用Tukey法檢驗同一因數下各處理間差異顯著性(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 有機物料配比組合的養分含量

不同有機物料配比組合的養分含量如表1。

表1 不同有機物料配比組合的養分含量

2.2 土壤化學性狀

不同有機物料配比組合在黑麥草-水稻輪作下對土壤化學性狀的影響如表2所示。

由表2可知，在黑麥草季，T5、T6的pH值顯著高于其他處理，說明石灰石粉改善了黑麥草季土壤的酸性；T2、T3的有機質含量顯著高于T4～T6，說明牛糞+秸稈+木屑、菇渣處理提升土壤有機質含量的作用優于菇渣+草木灰處理；T1、T2和T3間有機質含量無顯著差異，表明牛糞+秸稈、牛糞+秸稈+木屑和菇渣3個處理在有機質的提升效果上相似；T3的土壤全氮指標顯著高于T2和T4，與T1無顯著差異，說明菇渣對土壤全氮的提升作用要優于牛糞+秸稈+木屑和菇渣+草木灰處理。各處理的土壤堿解氮和有效磷含量間無顯著差異；T3的土壤速效鉀含量顯著低于其他處理，說明菇渣處理對土壤速效鉀的提升效果最差。

表2 不同有機物料配比組合對黑麥草-水稻輪作下土壤化學性狀的影響

在水稻季，T1、T2、T3和T4的土壤pH值間無顯著差異，說明這4個處理對土壤酸性的改善作用相似。T4的土壤有機質含量顯著低于其他各處理。各處理的全氮和堿解氮含量間無顯著差異。T2的有效磷含量顯著高于T4，說明牛糞+秸稈+木屑處理對土壤有效磷的提升效果顯著優于菇渣+草木灰處理。T2的土壤速效鉀含量顯著高于T3和T4，而與T1間無顯著差異。

2.3 作物產量

如圖1所示，黑麥草的產量為T3最高，產量為29.48 g·盆-1，顯著高于其他處理，且其他5個處理間無顯著差異，產量在8.83～16.16 g·盆-1之間。水稻稻谷的產量表現為T3、T4和T5無顯著性差異，產量在50.42～54.30 g·盆-1，顯著高于T1、T2和T6。

柱上無相同小寫字母者表示同一作物組間差異顯著(P<0.05)。圖1 不同有機物料配比組合對黑麥草-水稻產量的影響

2.4 作物吸收的養分

由表3可知，T3、T4和T5的黑麥草全氮含量間無顯著性差異，但均顯著高于T1和T2，其中T3的黑麥草全氮含量比T1提高53.45%；各處理黑麥草的全磷和全鉀含量間無顯著性差異。

表3 不同有機物料配比組合對水稻吸收養分的影響

水稻的全氮、全磷含量以T6處理最高，T6的全氮含量顯著高于其他處理；各處理間全鉀含量無顯著性差異。

3 討論

本研究表明，不同有機物料的配比投入對黑麥草-水稻輪作下的土壤肥力均有不同的提升和改善，如黑麥草季添加石灰石粉處理的pH值迅速升高，但到水稻季土壤pH值又有所下降，證明石灰石粉對土壤酸堿性的調理效果迅速，但不持久[15]。有機物料配比投入土壤并經微生物降解后，最直接的培肥效果就是土壤有機碳含量的增加[16]。黑麥草季和水稻季顯示，牛糞+秸稈、牛糞+秸稈+木屑、菇渣處理對有機質的提升效果要明顯優于菇渣+草木灰處理；而菇渣處理對黃筋泥田土壤全氮的提升作用要優于牛糞+秸稈+木屑和菇渣+草木灰2個處理，但在水稻季，牛糞+秸稈、牛糞+秸稈+木屑和菇渣處理的全氮含量間無明顯差異，這表明可能3種有機物料配比組合對土壤全氮的提升作用迅速但短效。土壤速效氮磷鉀養分在黑麥草季的差異并不顯著，而在水稻季各有差異，這可能與有機質分解緩慢有關，在第二年種植水稻并經水分干濕交替加速分解后，有機物料對土壤的改善作用才逐漸顯現[17]。由于黃筋泥田土壤的主要障礙因子是土壤有機質含量和土壤酸堿性高低，并且根據黑麥草-水稻兩季作物的土壤理化性狀綜合判斷，牛糞+秸稈、牛糞+秸稈+木屑和菇渣3種有機物料配比組合對土壤理化性狀的改良作用要優于菇渣+草木灰處理。

水稻季各處理的生物量要遠多于黑麥草，這可能與有機質到第二年才釋放養分有關，也可能與種植作物種類有關。本研究還表明，在黑麥草季，菇渣處理的黑麥草產量要顯著高于其他處理，說明菇渣處理對黑麥草的增產效果最佳，可能是因為與黑麥草季菇渣處理的土壤有機質和全氮養分含量較高有關；在水稻季，菇渣和菇渣+草木灰2個處理對水稻的增產效果最佳，但各處理下水稻對氮磷鉀養分的吸收差異并不明顯。

綜合6個有機物料配比組合對黃筋泥田土壤性狀、作物產量和養分吸收的影響，明確了菇渣對土壤理化性狀的改良和作物養分的吸收優于其他處理，并且菇渣處理的黑麥草和水稻產量均顯著優于其他處理，所以菇渣可作為改良黃筋泥田土壤的適宜有機物料。