鑒湖國家濕地公園泥炭對小青菜生長和土壤肥力的影響

王續棟, 李文軍, 薛亞云, 郭曉穎, 陳俊輝, 柳丹*

(1.浙江農林大學 浙江省土壤污染生物修復重點實驗室, 浙江 杭州 311300; 2.紹興市越城區陶堰街道事業綜合服務中心,浙江 紹興 312000; 3.浙江大學, 浙江 杭州 310013)

泥炭中含有豐富的有機質及一定量的氮磷鉀等營養元素, 可明顯改善土壤性質[1], 并吸附有機污染物[2]。研究表明, 泥炭在改善土壤結構、提高土壤肥力和作物產量與品質方面具有顯著作用[3]。泥炭與一般土壤相比不僅具有強大的保水功能, 同時含有大量腐殖酸, 能夠刺激多種植物生長[4]。泥炭能改良風沙土, 使其容重、黏粒含量、腐殖酸等物理化學性狀得到優良改善, 同時能提高農作物的生物量、株高等各種生長指標[5]。現有對泥炭的研究在改良風沙土方面較多, 對農田土壤改良及對植物促生作用的報道較少。浙江紹興鑒湖國家濕地公園位于紹興市中北部的越城區境內, 濕地內分布著大量的泥炭。前期的調查中發現, 該地泥炭中氮、磷和鉀養分豐富, 有機質含量高, 微量元素含量充足, 有毒元素含量低[6-7]。為分析該區域泥炭對當地農田土壤養分的影響, 本研究采集紹興鑒湖國家濕地公園泥炭, 以青菜為供試植物進行盆栽試驗, 研究不同泥炭添加量對土壤肥力提升效果和青菜生長狀況的影響, 為泥炭合理利用與保護提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

盆栽試驗位于浙江農林大學平山試驗基地,119°42′54″E, 30°15′50″N。試驗土壤取自浙江紹興鑒湖國家濕地公園區域內農田, 泥炭來源于前期在鑒湖國家濕地公園現場挖掘得到的樣品, 供試青菜為當地主栽品種德高夏龍7 號。兩者的理化性質見表1。

表1 泥炭和供試土的某些理化性質

1.2 試驗設計

盆栽試驗設置5 個泥炭添加水平, 分別為:0%、2%、5%、8%和10%。其中0%泥炭添加量處理為對照。具體做法是將泥炭在陰涼通風干燥處風干, 去除雜物, 研磨, 過4 mm 篩, 按照不同比例與供試土壤混合均勻裝入塑料盆中, 每盆質量為3 kg, 直徑13.5 cm, 高13.5 cm。每個處理4 次重復, 共計20 盆。灌水至飽和, 放置等待墑情適宜時間, 于2022 年6 月8 日播種, 6 月18 日定苗,每盆留苗5 株, 7 月23 日收獲。每日適當補充水分。此外還進行必要的施肥 (復合肥, N 18%,P2O510%, K2O 15%) 拔草、病蟲害防治等管理。

1.3 樣品采集與指標測定

盆栽收獲時用手持葉綠素儀(SPAD502, 日本)測定每盆中青菜葉片相同位置的葉綠素相對含量(SPAD) 值。利用不銹鋼小鐵鍬將青菜植株完整挖出, 根系采用去離子水清洗, 用濾紙吸干水分, 后用20 cm 直尺測青菜的株高、根長、葉面積, 分為地上部和地下部分別用百分之一電子天平稱重計算鮮重。隨后放入105 ℃烘箱內殺青30 min, 再75 ℃烘干至恒重, 測定干重, 計算其含水量。

采用五點法采集0 ～15 cm 的土壤樣品, 采集后風干、研磨, 分別過2 mm 和0.15 mm 篩保存待測。測定土壤pH 值、有機質含量、堿解氮含量、速效氮含量、速效磷含量, 測定方法參照 《土壤農業化學分析方法》[8]。

1.4 數據處理

采用Excel 2019 進行數據分析, SPSS 21 軟件對試驗數據進行單因素方差分析, Duncan 法多重比較判斷處理間的差異顯著性, 采用P＜0.05 水平, 利用Prism 9 進行作圖。試驗數據均采用平均值±標準差 (SD) 表示。

2 結果與分析

2.1 泥炭對土壤理化性質的影響

2.1.1 土壤pH 分析

由圖1 可知, 與對照相比, 5%、8%與10%處理pH 值有一定的提高, 2%處理略有降低。在所有泥炭比例中, 10%處理pH 值最高, 為5.63。各個處理pH 值無顯著性差異 (P＜0.05)。

圖1 不同泥炭比例對pH 值的影響

2.1.2 速效養分分析

由圖2 可知, 在所有處理中, 5%處理堿解氮含量最高, 為132.93 mg·kg-1, 分別比2%和10%處理泥炭土壤的堿解氮含量顯著提高46.41%和41.86% (P＜0.05)。在各個處理中, 5%處理土壤有效磷含量最高, 為15.34 mg·kg-1。2%與5%處理比10%處理土壤有效磷含量顯著提高21.12%和31.78% (P＜0.05)。在所有處理中, 5%泥炭比例土壤速效鉀含量最高為131.5 mg·kg-1, 2%、5%與8% 處理土壤速效鉀含量較對照顯著提高27.06%、39.52% 和29.97% (P＜0.05), 且 與10%處理有顯著性差異 (P＜0.05)。

2.1.3 有機質分析

由圖3 可知, 2%處理土壤有機質含量分別比其他處理顯著提高12.24%、5.79%、14.39%和18.56% (P＜0.05)。在所有處理中, 2%處理土壤有機質含量最高, 為25.04 mg·kg-1。5%處理也與0%、8%、10%處理土壤有機質含量之間有顯著性差異 (P＜0.05)。

2.2 泥炭對青菜生長的影響

2.2.1 不同比例泥炭添加量對青菜地上部養分含量的影響

由圖4 可知, 各比例泥炭添加量對青菜地上部中氮、磷和鉀的積累量均有一定的提升作用效果,與對照相比, 各處理對青菜中氮含量增幅為2.48%～26.50% (10%泥炭處理除外), 其中5%處理提升效果最明顯。而各處理對青菜磷含量的增幅為0.44% ～17.65%, 5%泥炭添加量含量最高。各處理青菜中氮和磷含量無顯著性差異 (P＜0.05)。各處理對青菜中鉀含量增幅為5.53% ～46.30%, 5%處理增幅最高, 5%、8%和10%處理植物全鉀含量較對照顯著增加46.31%、38.76%和39.02% (P＜0.05), 也與2%處理有顯著性差異(P＜0.05)。

圖4 不同泥炭比例對青菜地上部養分含量的影響

2.2.2 不同比例泥炭添加量對青菜生長狀況的影響

由表2 可知, 隨著泥炭添加比例的增加, 葉片中相對葉綠素相對含量也隨之增加, 與對照相比,添加泥炭處理增幅為2.8% ～9.2%。0%處理青菜SPAD 值最低, 為34.70, 葉綠素相對含量最少。10%處理SPAD 值最高, 為37.88, 顯著高于對照處理, 增幅為9.2% (P＜0.05)。0%、2%、5%、8%、10% 處 理 青 菜 株 高 分 別 為14.43、14.52、15.45、14.80、14.50 cm, 與對照相比, 添加泥炭處理增幅為9.8%～16.3%。5%、8%和10%處理青菜株高較對照分別顯著增加了16.3%、13.7%和13.3% (P＜0.05)。而2%處理青菜株高相比于對照增加了9.8%, 增幅最小。與對照相比, 5%、8%與10%處理均能增加青菜的根長, 分別增加了14.62%、25.75%和45.24%。10%處理青菜根長最長, 為6.26 cm, 顯著高于0%、2%和5%泥炭處理的根長 (P＜0.05)。與對照相比, 其他處理均能增加青菜的葉面積, 增幅為23.44% ～46.23%。5%和8%處理的青菜葉面積最大, 分別為25.02 cm2和23.42 cm2, 分別顯著高于對照46.23%和36.88% (P＜0.05)。

表2 不同比例泥炭添加量對青菜生長狀況的影響

2.2.3 不同比例泥炭添加量對青菜地上部與地下部鮮重和干重的影響

由表3 可知, 與對照相比, 5%與8%處理均能增加青菜地上部干重, 分別增加了12.71% 與9.32%。5%和8%處理平均每盆地上部干重最高,為1.33 和1.29 g。而5%與8%處理地上部鮮重分別比對照提高45.27%和66.69% (P＜0.05)。5%和8%處理平均每盆地上部鮮重最高, 為25.16 和28.87 g, 且8% 處理與其他處理有顯著性差異(5%處理除外) (P＜0.05)。5%處理根鮮重比對照顯著增加了140.95% (P＜0.05)。5%處理平均每盆根鮮重最高, 為1.73 g。根干重中5%處理比對照顯著增加118.92% (P＜0.05)。5%處理最高,平均每盆根干重為0.081 g。

3 討論

泥炭是天然有機物料, 除了本身具有多種養分外, 還富含腐殖物質, 能更新和積累土壤有機質,促進土壤微生物活動, 有利于改良土壤團聚體結構, 增強土壤保水保肥性能[9]。本研究表明, 10%處理對土壤酸堿調節的效果最好, 5%處理的土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量最高, 2%處理的土壤有機質含量最高, 但8%與10%處理的有機質含量比對照低, 這可能是泥炭促進了有機質礦化以及植物對養分的吸收, 綜合來看5%處理對土壤理化性質的影響最明顯。周麗平等[10]研究表明, 通過對添加的修復材料中不同含量的組間及組內的差異分析得出, 對pH 值、速效磷含量和有機質含量影響最大的因素為泥炭, 其中在泥炭添加量為5%作用效果最好, 這與本研究結果一致。

泥炭能夠提高改善土壤養分, 為作物高產優產創造優良的條件[11]。馬云艷等[5]研究表明, 泥炭對白菜的株高、根長、鮮質量和干質量均有所提高,這與泥炭的優良特性密不可分。本文中植物內氮磷鉀含量、株高、葉面積、青菜地上部干重、根干重和根鮮重均在5%處理上最高, SPAD 值10%處理最高, 地上部鮮重8%處理最高, 5%處理其次。綜合分析不同處理對青菜生長狀況的影響, 5%泥炭施入量對作物的促進作用最好。因此, 對于提高青菜的產量和品質方面, 5%泥炭為最佳施用量。

根是植物吸收、轉化和貯存營養物質的重要器官[12], 有研究表明, 在植物生長過程中, 腐殖酸對根系的刺激作用是其對植物產生刺激作用的最初動力[13]。泥炭含有較多腐殖酸, 本試驗中隨著泥炭比例的增加, 供試植物青菜的根長也隨之增長, 10%泥炭處理根長最長, 達到6.26 cm, 這與Mora 等[14]研究一致, 高濃度腐殖酸具有良好的促根效果。

4 小結

泥炭施入對土壤養分有一定的提升作用。綜合來看, 5%泥炭添加量最有利于提升土壤肥力。

添加泥炭能夠促進青菜的生長和對養分的積累, 在本試驗中發現, 5%泥炭添加量對青菜的生長和產量增加作用效果最好。