耦合發(fā)酵全元有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥對(duì)小白菜生長(zhǎng)及土壤養(yǎng)分的影響*

李 雪, 陳 舟, 孫子欽, 高鳳婕, 郭?？? 卓文韜, 王 淳, 陳寶成

(土肥高效利用國(guó)家工程研究中心/山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 山東泰安 271018)

近年來(lái),為提高蔬菜產(chǎn)量,過(guò)量施肥的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重[1-2],已造成作物產(chǎn)量與品質(zhì)下降[3],土壤理化性狀惡化,加劇了農(nóng)業(yè)污染[4-5],威脅了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益[6]。

為減輕化肥施用過(guò)量帶來(lái)的不利影響,有機(jī)肥與化肥合理配施是措施之一。有研究表明,有機(jī)無(wú)機(jī)肥配合施用,可以提高土壤生產(chǎn)力[7],為作物生長(zhǎng)營(yíng)造良好的生長(zhǎng)環(huán)境[8],提高作物產(chǎn)量[9-10]。張緒美等[11]的研究發(fā)現(xiàn),與單施無(wú)機(jī)肥相比,不同比例有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可以顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量,分別增加13.1%～43.8%、5.3%～25.0%;當(dāng)有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮質(zhì)量比為11∶9時(shí),水稻產(chǎn)量達(dá)到最高。黃晶等[12]通過(guò)28 a長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),與單施化肥相比,有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的水稻增產(chǎn)3.3%～19.9%。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施還可以提高作物品質(zhì),高偉等[13]的試驗(yàn)結(jié)果表明,有機(jī)(豬糞)無(wú)機(jī)肥料配施能顯著降低芹菜可食部分的硝酸鹽含量,較單施化肥的平均降低16.7%,維生素C(Vc)含量平均提高36.8%;杜中平等[14]的研究發(fā)現(xiàn),施用腐熟羊糞和化肥可以顯著降低番茄果實(shí)中的亞硝酸鹽含量,顯著提高可溶性蛋白質(zhì)、Vc、可溶性總糖含量。

有機(jī)液體肥作為一種新型水溶性肥料,與化肥配施,能夠活化土壤養(yǎng)分,實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)分資源的高效管理,從而達(dá)到作物高產(chǎn)和農(nóng)田環(huán)境保護(hù)的目的[15],將成為我國(guó)今后肥料施用的趨勢(shì)[16]。噴施有機(jī)液體肥還可提高蔬菜的產(chǎn)量與品質(zhì)[17],徐兵劃等[18]的研究發(fā)現(xiàn),隨著有機(jī)液體肥施用量的增加,小麥分蘗數(shù)也不斷增加。有機(jī)液體肥中的有益微生物及大中微量元素可以增加作物產(chǎn)量,改善作物品質(zhì),減輕有害物質(zhì)對(duì)作物的危害[19],有機(jī)液體肥在高經(jīng)濟(jì)價(jià)值作物種植中已得到廣泛應(yīng)用,并逐漸被用戶接受和施用。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,化肥養(yǎng)分濃度高、肥效快,但養(yǎng)分單一且易淋失或固定;有機(jī)肥養(yǎng)分濃度低、肥效慢,但所含養(yǎng)分種類多,高含量有機(jī)質(zhì)能改善土壤性質(zhì)。如果將化肥特別是礦質(zhì)元素中的磷、鉀及中微量元素與有機(jī)肥進(jìn)行耦合發(fā)酵,有機(jī)物質(zhì)經(jīng)發(fā)酵后養(yǎng)分轉(zhuǎn)化成速效養(yǎng)分,化肥中的速效養(yǎng)分和有機(jī)物質(zhì)結(jié)合形成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合物,可以減少養(yǎng)分淋失,提高有效性。本文通過(guò)大量、中量及微量元素?zé)o機(jī)肥料與不同有機(jī)物料進(jìn)行耦合發(fā)酵,制作養(yǎng)分全面的有機(jī)無(wú)機(jī)固體肥和液體肥,研究其對(duì)蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)以及土壤理化性狀的影響,為新型全元素有機(jī)無(wú)機(jī)肥生產(chǎn)及蔬菜施用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤:土壤類型為普通棕壤(簡(jiǎn)育濕潤(rùn)淋溶土),中壤質(zhì)地,pH(水土比2.5∶1)為8.37,電導(dǎo)率(水土比為5∶1)167.3 μS/cm,w(有機(jī)質(zhì))為8.79 g/kg,w(硝態(tài)氮)為9.06 mg/kg,w(銨態(tài)氮)為17.7 mg/kg,w(有效磷)為86.4 mg/kg,w(速效鉀)為103.84 mg/kg。

供試作物:四季春小白菜,生育期約為40 d。

供試材料:尿素,w(N)為46%;磷酸一銨,w(P2O5)為60%;硫酸鉀,w(K2O)為50%;硫酸亞鐵,w(鐵)為20%;碳酸鈣,w(鈣)為40%;硫酸鋅,w(鋅)為24%;有機(jī)物料為鮮羊糞,秸稈為市售粉碎花生秸稈;復(fù)合菌劑為酵母菌劑和芽孢桿菌劑,含菌量大于2.5億/g。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 全元有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥、液體肥的制作

綜合考慮發(fā)酵速率及一般農(nóng)田養(yǎng)分施用量,各處理發(fā)酵物料配比為100 kg有機(jī)物料加尿素2 kg、磷酸一銨2 kg、硫酸鉀2 kg、碳酸鈣1 kg、硫酸鋅0.1 kg、硫酸亞鐵0.1 kg、菌劑0.2 kg。有機(jī)無(wú)機(jī)耦合發(fā)酵物料分別為:JG,秸稈+復(fù)合菌劑;YF,羊糞+復(fù)合菌劑;JGF,秸稈+化肥+復(fù)合菌劑;YFF,羊糞+化肥+復(fù)合菌劑;JYF,秸稈+羊糞+化肥+復(fù)合菌劑,秸稈與羊糞的干質(zhì)量比為1∶5。各處理所有物料混合均勻后,加水至質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%左右,混勻,發(fā)酵至腐熟,得到有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥。

有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥制作:取部分耦合發(fā)酵制作的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥,按照發(fā)酵物與水質(zhì)量比1∶5浸泡24 h,過(guò)濾,得到有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥。

1.2.2 肥效試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為盆栽試驗(yàn),栽培盆為陶土盆,高25 cm,直徑34 cm,凈質(zhì)量5 kg,裝土15 kg。試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理:CK,對(duì)照處理,不施肥;JH,發(fā)酵后秸稈加化肥;GH,發(fā)酵后羊糞加化肥;OR,秸稈與化肥耦合發(fā)酵的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥;DI,羊糞與化肥耦合發(fā)酵的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥;MQ,秸稈、羊糞與化肥耦合發(fā)酵的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥。除CK處理外,其他各處理相應(yīng)的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥用量一致,均為每盆450 g,其中各施肥處理的固體肥均作為基肥與土壤混勻施用,并分別在小白菜出苗后第15天、第22天對(duì)OR、DI、MQ處理采用相應(yīng)的有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥進(jìn)行葉面噴施和土壤澆施,噴澆施有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥總量及濃度相同,分別為200 mL、1.0 mS/cm,其他處理噴澆施相同體積的清水。每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3 樣品采集

土壤樣品采集:小白菜全部收獲后,使用土鉆采集0～20 cm土壤樣品,每盆取3鉆土混合,土樣風(fēng)干磨細(xì)后分別過(guò)2、0.15 mm篩,備用。

植株樣品采集:小白菜在收獲期一次性收獲后稱重,植株樣品于105 ℃殺青30 min,在75 ℃烘干至恒質(zhì)量后,用粉碎機(jī)粉碎磨細(xì)。

1.4 樣品測(cè)定指標(biāo)及方法

土壤樣品測(cè)定:土壤中的銨態(tài)氮含量采用紫外分光光度法-靛酚藍(lán)比色法測(cè)定;土壤中的有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提,分光光度法測(cè)定;土壤中的速效鉀含量采用乙酸銨浸提,火焰光度法測(cè)定;土壤中的有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定。

植株樣品測(cè)定:植株樣品采用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮,消煮液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶定容,全氮含量采用凱氏定氮儀法測(cè)定,全磷含量采用Smart 200流動(dòng)注射分析儀測(cè)定,全鉀含量采用火焰光度法測(cè)定。

生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定:在噴施有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥前4 d與噴施有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥后的第15天測(cè)定小白菜生長(zhǎng)指標(biāo),采用直尺測(cè)定小白菜的株高、葉長(zhǎng)與葉寬(葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×0.85),葉綠素儀測(cè)定小白菜葉片葉綠素相對(duì)含量(SPAD值)。

小白菜品質(zhì)測(cè)定:Vc含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定;硝酸鹽含量采用水楊酸法測(cè)定。

產(chǎn)量測(cè)定:小白菜在收獲期一次收獲進(jìn)行測(cè)產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理,分別用SPSS 2020、Origin軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖,采用Duncan法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)小白菜產(chǎn)量指標(biāo)的影響

2.1.1 不同施肥處理對(duì)小白菜產(chǎn)量的影響

測(cè)定不同施肥處理盆栽小白菜的產(chǎn)量,結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同施肥處理的盆栽小白菜產(chǎn)量

由表1可知:與CK處理相比,施用不同種類有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥的處理均不同程度地提高了小白菜的產(chǎn)量,差異達(dá)顯著水平;施用耦合發(fā)酵復(fù)合肥的OR、DI、MQ處理比CK處理分別增產(chǎn)110.09%、121.33%、114.68%,增產(chǎn)效果最好的是DI處理,原因可能是羊糞與化肥耦合發(fā)酵后的養(yǎng)分種類較全面,更適合小白菜的生長(zhǎng),但3個(gè)處理間差異未達(dá)顯著水平;與CK處理相比,JH、GH處理分別增產(chǎn)61.03%、61.72%;GH處理與JH處理相比,增產(chǎn)0.42%,差異不顯著;與JH處理相比,OR、DI、MQ處理分別增產(chǎn)30.46%、37.45%、33.31%,差異顯著;與GH處理相比,OR、DI、MQ處理分別增產(chǎn)29.91%、36.87%、32.75%,差異顯著。以上結(jié)果說(shuō)明有機(jī)無(wú)機(jī)耦合發(fā)酵復(fù)合肥更有利于小白菜的生長(zhǎng)。

2.1.2 不同施肥處理對(duì)小白菜葉片SPAD值的影響

在小白菜噴施有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥前及2次噴施有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥后,分別測(cè)定小白菜葉片SPAD值,結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同施肥處理的小白菜SPAD值

由圖1可知:小白菜葉片在清水或有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥噴施與澆施前,SPAD值為42.5～45.8,各處理間無(wú)顯著性差異;在完成兩次清水或有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥噴施與澆施后,小白菜正處于成熟期,SPAD值整體偏低,為37.8～41.5,各處理間差異不顯著,但與CK處理相比有明顯的差異性(GH處理除外);噴施和澆施有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥后,DI處理的SPAD值最高。

2.1.3 不同施肥處理對(duì)小白菜株高的影響

小白菜的株高是反映其產(chǎn)量的重要指標(biāo)。分別在噴施與澆施清水或有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥前和2次噴施與澆施清水或有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥后對(duì)小白菜的株高進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同施肥處理的小白菜株高

由圖2可知:噴施與澆施清水或有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥前,各處理的小白菜株高無(wú)顯著性差異;2次噴施與澆施清水或有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥后,效果最好的處理是GH(株高為39.6 cm),次之是DI處理(株高為37.6 cm)。

2.1.4 不同施肥處理對(duì)小白菜葉面積的影響

葉菜類植株的葉面積可以在很大程度上反映作物的產(chǎn)量,對(duì)光合效率以及物質(zhì)的積累也有一定影響。分別在噴施與澆施清水或有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥前、2次噴施與澆施清水或有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥后測(cè)定不同施肥處理的小白菜葉面積,結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同施肥處理的小白菜葉面積

由圖3可知:與CK處理相比,OR、DI、MQ處理噴施與澆施2次有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥后,葉面積有不同程度的增加,說(shuō)明噴施與澆施有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥能增加小白菜的葉面積;DI處理的葉面積增加效果最好,與CK處理相比,噴施與澆施有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥前后,葉面積分別增加了32.33%、68.67%,差異顯著,說(shuō)明在施用羊糞與化肥耦合發(fā)酵的有機(jī)無(wú)機(jī)固體復(fù)合肥的基礎(chǔ)上,噴施與澆施相應(yīng)的有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥,可以明顯增加小白菜的生物量。

2.2 不同施肥處理對(duì)小白菜品質(zhì)指標(biāo)的影響

不同施肥處理對(duì)小白菜品質(zhì)指標(biāo)的影響見(jiàn)表2。

表2 不同施肥處理的小白菜品質(zhì)指標(biāo)

Vc含量是判斷蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)。由表2可知:與CK處理相比,不同施肥處理均能提高小白菜Vc含量,其中DI處理的Vc含量最高,比CK處理的提高了53.08%,顯著高于其他處理的;各施肥處理的小白菜可食部分的硝酸鹽含量以MQ處理的最高,但與GH、DI處理的差異不顯著;在所有施肥處理中,JH處理的硝酸鹽含量最低,但仍比CK處理的高86.48%。

2.3 不同施肥處理對(duì)土壤理化性狀的影響

2.3.1 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥力的重要指標(biāo)。小白菜收獲后測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量,結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同施肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量

由圖4可知:施肥處理顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量,與CK處理相比,JH、GH、OR、DI、MQ處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高了34.3%、41.0%、27.7%、58.9%、34.9%;DI處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量最高,原因可能是羊糞與化肥耦合發(fā)酵有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量,且在小白菜生長(zhǎng)后期進(jìn)行了羊糞與化肥耦合發(fā)酵有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥的澆施,使大量有機(jī)質(zhì)在土壤中積累;在各施肥處理中,GH、DI處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量高于JH、OR處理的,可能是羊糞中碳元素和有機(jī)質(zhì)含量較為豐富。

2.3.2 對(duì)土壤有效磷含量的影響

測(cè)定不同施肥處理的土壤有效磷含量,結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 不同施肥處理的土壤有效磷含量

由圖5可知:各施肥處理的土壤有效磷含量均高于CK處理的;DI處理的土壤有效磷含量與CK處理的相比差異顯著,說(shuō)明施用羊糞與化肥耦合發(fā)酵的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥對(duì)提高土壤有效磷含量最有效;OR、DI、MQ處理的土壤有效磷含量高于JH、GH處理的,說(shuō)明在小白菜生長(zhǎng)后期噴施與澆施濃度適宜的耦合發(fā)酵有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥可以提高土壤有效磷含量。

2.3.3 對(duì)土壤速效鉀含量的影響

不同施肥處理對(duì)土壤速效鉀含量的影響見(jiàn)圖6。

圖6 不同施肥處理的土壤速效鉀含量

由圖6可知:各施肥處理的土壤速效鉀含量均高于CK處理的,其中GH、JH、DI處理的土壤速效鉀含量顯著高于CK處理的;OR、MQ處理的土壤速效鉀含量與CK處理的相比無(wú)顯著性差異。

2.3.4 對(duì)土壤銨態(tài)氮含量的影響

不同施肥處理對(duì)土壤銨態(tài)氮含量的影響見(jiàn)圖7。

圖7 不同施肥處理的土壤銨態(tài)氮含量

由圖7可知:GH處理的土壤銨態(tài)氮含量顯著高于其他處理的;與CK處理相比,各施肥處理均提高了土壤銨態(tài)氮的含量,JH、GH、OR、DI、MQ處理的分別提高了3.70%、36.79%、2.47%、18.27%、3.70%;DI處理的土壤銨態(tài)氮含量較高,但與JH、OR、MQ處理的相比無(wú)顯著性差異。

3 討論

試驗(yàn)結(jié)果顯示,施肥處理均可顯著增加小白菜產(chǎn)量,效果較好的處理是在施用羊糞與化肥耦合發(fā)酵有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥的基礎(chǔ)上噴施與澆施相應(yīng)的有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥,其次是施用秸稈、羊糞與化肥耦合發(fā)酵有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥的基礎(chǔ)上噴施與澆施相應(yīng)的有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥。說(shuō)明在施用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥時(shí),噴施與澆施相應(yīng)的有機(jī)無(wú)機(jī)液體肥對(duì)增加作物產(chǎn)量效果更顯著?？禃喳惖萚20]的研究表明,白菜和黃瓜施用不同種類的有機(jī)物料與菌劑制作的有機(jī)肥產(chǎn)量顯著提高,Vc含量也有所增加。試驗(yàn)結(jié)果表明,施入有機(jī)肥或有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥后,土壤中各養(yǎng)分含量都有增加的趨勢(shì),這與韋茂貴等[21]、孫薇等[22]等的研究結(jié)果一致。土壤中的有機(jī)質(zhì)是植物營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源之一,能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育,其含量與土壤肥力水平呈正相關(guān)[23]。試驗(yàn)結(jié)果顯示,施用有機(jī)物料替代部分化肥并與無(wú)機(jī)肥耦合發(fā)酵的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥提高了土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量,這與肖洋等[24]的研究結(jié)果相似。

試驗(yàn)中施用羊糞與化肥耦合發(fā)酵的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥最有利于增加小白菜的Vc含量,能提高小白菜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與口感[25-26],更有利于小白菜生長(zhǎng),這與前人研究花椰菜、空心菜、番茄、菜豆所得的結(jié)論一致[27-29]。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)有機(jī)無(wú)機(jī)耦合發(fā)酵生產(chǎn)的肥料可不同程度地提高小白菜的產(chǎn)量和品質(zhì),以羊糞與化肥耦合發(fā)酵的有機(jī)無(wú)機(jī)固體肥及液體肥效果較優(yōu)。

(2)有機(jī)無(wú)機(jī)耦合發(fā)酵生產(chǎn)的肥料不同程度地提高了土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮的含量,為蔬菜增產(chǎn)提供了較好的養(yǎng)分條件。