耦合发酵全元有机无机复合肥对小白菜生长及土壤养分的影响*

李 雪, 陈 舟, 孙子钦, 高凤婕, 郭保俊, 卓文韬, 王 淳, 陈宝成

(土肥高效利用国家工程研究中心/山东农业大学资源与环境学院 山东泰安 271018)

近年来,为提高蔬菜产量,过量施肥的现象越来越严重[1-2],已造成作物产量与品质下降[3],土壤理化性状恶化,加剧了农业污染[4-5],威胁了农业的可持续发展和经济效益[6]。

为减轻化肥施用过量带来的不利影响,有机肥与化肥合理配施是措施之一。有研究表明,有机无机肥配合施用,可以提高土壤生产力[7],为作物生长营造良好的生长环境[8],提高作物产量[9-10]。张绪美等[11]的研究发现,与单施无机肥相比,不同比例有机无机肥配施可以显著提高土壤有机质、全氮含量,分别增加13.1%～43.8%、5.3%～25.0%;当有机氮与无机氮质量比为11∶9时,水稻产量达到最高。黄晶等[12]通过28 a长期定位试验发现,与单施化肥相比,有机无机肥配施处理的水稻增产3.3%～19.9%。有机无机肥配施还可以提高作物品质,高伟等[13]的试验结果表明,有机(猪粪)无机肥料配施能显著降低芹菜可食部分的硝酸盐含量,较单施化肥的平均降低16.7%,维生素C(Vc)含量平均提高36.8%;杜中平等[14]的研究发现,施用腐熟羊粪和化肥可以显著降低番茄果实中的亚硝酸盐含量,显著提高可溶性蛋白质、Vc、可溶性总糖含量。

有机液体肥作为一种新型水溶性肥料,与化肥配施,能够活化土壤养分,实现对养分资源的高效管理,从而达到作物高产和农田环境保护的目的[15],将成为我国今后肥料施用的趋势[16]。喷施有机液体肥还可提高蔬菜的产量与品质[17],徐兵划等[18]的研究发现,随着有机液体肥施用量的增加,小麦分蘖数也不断增加。有机液体肥中的有益微生物及大中微量元素可以增加作物产量,改善作物品质,减轻有害物质对作物的危害[19],有机液体肥在高经济价值作物种植中已得到广泛应用,并逐渐被用户接受和施用。

在农业生产中,化肥养分浓度高、肥效快,但养分单一且易淋失或固定;有机肥养分浓度低、肥效慢,但所含养分种类多,高含量有机质能改善土壤性质。如果将化肥特别是矿质元素中的磷、钾及中微量元素与有机肥进行耦合发酵,有机物质经发酵后养分转化成速效养分,化肥中的速效养分和有机物质结合形成有机无机复合物,可以减少养分淋失,提高有效性。本文通过大量、中量及微量元素无机肥料与不同有机物料进行耦合发酵,制作养分全面的有机无机固体肥和液体肥,研究其对蔬菜产量、品质以及土壤理化性状的影响,为新型全元素有机无机肥生产及蔬菜施用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤:土壤类型为普通棕壤(简育湿润淋溶土),中壤质地,pH(水土比2.5∶1)为8.37,电导率(水土比为5∶1)167.3 μS/cm,w(有机质)为8.79 g/kg,w(硝态氮)为9.06 mg/kg,w(铵态氮)为17.7 mg/kg,w(有效磷)为86.4 mg/kg,w(速效钾)为103.84 mg/kg。

供试作物:四季春小白菜,生育期约为40 d。

供试材料:尿素,w(N)为46%;磷酸一铵,w(P2O5)为60%;硫酸钾,w(K2O)为50%;硫酸亚铁,w(铁)为20%;碳酸钙,w(钙)为40%;硫酸锌,w(锌)为24%;有机物料为鲜羊粪,秸秆为市售粉碎花生秸秆;复合菌剂为酵母菌剂和芽孢杆菌剂,含菌量大于2.5亿/g。

1.2 试验设计

1.2.1 全元有机无机复合肥、液体肥的制作

综合考虑发酵速率及一般农田养分施用量,各处理发酵物料配比为100 kg有机物料加尿素2 kg、磷酸一铵2 kg、硫酸钾2 kg、碳酸钙1 kg、硫酸锌0.1 kg、硫酸亚铁0.1 kg、菌剂0.2 kg。有机无机耦合发酵物料分别为:JG,秸秆+复合菌剂;YF,羊粪+复合菌剂;JGF,秸秆+化肥+复合菌剂;YFF,羊粪+化肥+复合菌剂;JYF,秸秆+羊粪+化肥+复合菌剂,秸秆与羊粪的干质量比为1∶5。各处理所有物料混合均匀后,加水至质量分数50%左右,混匀,发酵至腐熟,得到有机无机复合肥。

有机无机液体肥制作:取部分耦合发酵制作的有机无机复合肥,按照发酵物与水质量比1∶5浸泡24 h,过滤,得到有机无机液体肥。

1.2.2 肥效试验设计

试验为盆栽试验,栽培盆为陶土盆,高25 cm,直径34 cm,净质量5 kg,装土15 kg。试验共设6个处理:CK,对照处理,不施肥;JH,发酵后秸秆加化肥;GH,发酵后羊粪加化肥;OR,秸秆与化肥耦合发酵的有机无机复合肥;DI,羊粪与化肥耦合发酵的有机无机复合肥;MQ,秸秆、羊粪与化肥耦合发酵的有机无机复合肥。除CK处理外,其他各处理相应的有机无机复合肥用量一致,均为每盆450 g,其中各施肥处理的固体肥均作为基肥与土壤混匀施用,并分别在小白菜出苗后第15天、第22天对OR、DI、MQ处理采用相应的有机无机液体肥进行叶面喷施和土壤浇施,喷浇施有机无机液体肥总量及浓度相同,分别为200 mL、1.0 mS/cm,其他处理喷浇施相同体积的清水。每个处理重复3次。

1.3 样品采集

土壤样品采集:小白菜全部收获后,使用土钻采集0～20 cm土壤样品,每盆取3钻土混合,土样风干磨细后分别过2、0.15 mm筛,备用。

植株样品采集:小白菜在收获期一次性收获后称重,植株样品于105 ℃杀青30 min,在75 ℃烘干至恒质量后,用粉碎机粉碎磨细。

1.4 样品测定指标及方法

土壤样品测定:土壤中的铵态氮含量采用紫外分光光度法-靛酚蓝比色法测定;土壤中的有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提,分光光度法测定;土壤中的速效钾含量采用乙酸铵浸提,火焰光度法测定;土壤中的有机质含量采用重铬酸钾-外加热法测定。

植株样品测定:植株样品采用H2SO4-H2O2联合消煮,消煮液转移至100 mL容量瓶定容,全氮含量采用凯氏定氮仪法测定,全磷含量采用Smart 200流动注射分析仪测定,全钾含量采用火焰光度法测定。

生长指标测定:在喷施有机无机液体肥前4 d与喷施有机无机液体肥后的第15天测定小白菜生长指标,采用直尺测定小白菜的株高、叶长与叶宽(叶面积=叶长×叶宽×0.85),叶绿素仪测定小白菜叶片叶绿素相对含量(SPAD值)。

小白菜品质测定:Vc含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定;硝酸盐含量采用水杨酸法测定。

产量测定:小白菜在收获期一次收获进行测产。

1.5 数据处理方法

采用Excel软件进行试验数据的整理,分别用SPSS 2020、Origin软件进行统计分析和作图,采用Duncan法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对小白菜产量指标的影响

2.1.1 不同施肥处理对小白菜产量的影响

测定不同施肥处理盆栽小白菜的产量,结果见表1。

表1 不同施肥处理的盆栽小白菜产量

由表1可知:与CK处理相比,施用不同种类有机无机复合肥的处理均不同程度地提高了小白菜的产量,差异达显著水平;施用耦合发酵复合肥的OR、DI、MQ处理比CK处理分别增产110.09%、121.33%、114.68%,增产效果最好的是DI处理,原因可能是羊粪与化肥耦合发酵后的养分种类较全面,更适合小白菜的生长,但3个处理间差异未达显著水平;与CK处理相比,JH、GH处理分别增产61.03%、61.72%;GH处理与JH处理相比,增产0.42%,差异不显著;与JH处理相比,OR、DI、MQ处理分别增产30.46%、37.45%、33.31%,差异显著;与GH处理相比,OR、DI、MQ处理分别增产29.91%、36.87%、32.75%,差异显著。以上结果说明有机无机耦合发酵复合肥更有利于小白菜的生长。

2.1.2 不同施肥处理对小白菜叶片SPAD值的影响

在小白菜喷施有机无机液体肥前及2次喷施有机无机液体肥后,分别测定小白菜叶片SPAD值,结果见图1。

图1 不同施肥处理的小白菜SPAD值

由图1可知:小白菜叶片在清水或有机无机液体肥喷施与浇施前,SPAD值为42.5～45.8,各处理间无显著性差异;在完成两次清水或有机无机液体肥喷施与浇施后,小白菜正处于成熟期,SPAD值整体偏低,为37.8～41.5,各处理间差异不显著,但与CK处理相比有明显的差异性(GH处理除外);喷施和浇施有机无机液体肥后,DI处理的SPAD值最高。

2.1.3 不同施肥处理对小白菜株高的影响

小白菜的株高是反映其产量的重要指标。分别在喷施与浇施清水或有机无机液体肥前和2次喷施与浇施清水或有机无机液体肥后对小白菜的株高进行测定,结果见图2。

图2 不同施肥处理的小白菜株高

由图2可知:喷施与浇施清水或有机无机液体肥前,各处理的小白菜株高无显著性差异;2次喷施与浇施清水或有机无机液体肥后,效果最好的处理是GH(株高为39.6 cm),次之是DI处理(株高为37.6 cm)。

2.1.4 不同施肥处理对小白菜叶面积的影响

叶菜类植株的叶面积可以在很大程度上反映作物的产量,对光合效率以及物质的积累也有一定影响。分别在喷施与浇施清水或有机无机液体肥前、2次喷施与浇施清水或有机无机液体肥后测定不同施肥处理的小白菜叶面积,结果见图3。

图3 不同施肥处理的小白菜叶面积

由图3可知:与CK处理相比,OR、DI、MQ处理喷施与浇施2次有机无机液体肥后,叶面积有不同程度的增加,说明喷施与浇施有机无机液体肥能增加小白菜的叶面积;DI处理的叶面积增加效果最好,与CK处理相比,喷施与浇施有机无机液体肥前后,叶面积分别增加了32.33%、68.67%,差异显著,说明在施用羊粪与化肥耦合发酵的有机无机固体复合肥的基础上,喷施与浇施相应的有机无机液体肥,可以明显增加小白菜的生物量。

2.2 不同施肥处理对小白菜品质指标的影响

不同施肥处理对小白菜品质指标的影响见表2。

表2 不同施肥处理的小白菜品质指标

Vc含量是判断蔬菜品质的重要指标。由表2可知:与CK处理相比,不同施肥处理均能提高小白菜Vc含量,其中DI处理的Vc含量最高,比CK处理的提高了53.08%,显著高于其他处理的;各施肥处理的小白菜可食部分的硝酸盐含量以MQ处理的最高,但与GH、DI处理的差异不显著;在所有施肥处理中,JH处理的硝酸盐含量最低,但仍比CK处理的高86.48%。

2.3 不同施肥处理对土壤理化性状的影响

2.3.1 对土壤有机质含量的影响

有机质含量是土壤肥力的重要指标。小白菜收获后测定土壤有机质含量,结果见图4。

图4 不同施肥处理的土壤有机质含量

由图4可知:施肥处理显著提高了土壤有机质含量,与CK处理相比,JH、GH、OR、DI、MQ处理的土壤有机质含量分别提高了34.3%、41.0%、27.7%、58.9%、34.9%;DI处理的土壤有机质含量最高,原因可能是羊粪与化肥耦合发酵有机无机复合肥提高了土壤有机质的含量,且在小白菜生长后期进行了羊粪与化肥耦合发酵有机无机液体肥的浇施,使大量有机质在土壤中积累;在各施肥处理中,GH、DI处理的土壤有机质含量高于JH、OR处理的,可能是羊粪中碳元素和有机质含量较为丰富。

2.3.2 对土壤有效磷含量的影响

测定不同施肥处理的土壤有效磷含量,结果见图5。

图5 不同施肥处理的土壤有效磷含量

由图5可知:各施肥处理的土壤有效磷含量均高于CK处理的;DI处理的土壤有效磷含量与CK处理的相比差异显著,说明施用羊粪与化肥耦合发酵的有机无机复合肥对提高土壤有效磷含量最有效;OR、DI、MQ处理的土壤有效磷含量高于JH、GH处理的,说明在小白菜生长后期喷施与浇施浓度适宜的耦合发酵有机无机液体肥可以提高土壤有效磷含量。

2.3.3 对土壤速效钾含量的影响

不同施肥处理对土壤速效钾含量的影响见图6。

图6 不同施肥处理的土壤速效钾含量

由图6可知:各施肥处理的土壤速效钾含量均高于CK处理的,其中GH、JH、DI处理的土壤速效钾含量显著高于CK处理的;OR、MQ处理的土壤速效钾含量与CK处理的相比无显著性差异。

2.3.4 对土壤铵态氮含量的影响

不同施肥处理对土壤铵态氮含量的影响见图7。

图7 不同施肥处理的土壤铵态氮含量

由图7可知:GH处理的土壤铵态氮含量显著高于其他处理的;与CK处理相比,各施肥处理均提高了土壤铵态氮的含量,JH、GH、OR、DI、MQ处理的分别提高了3.70%、36.79%、2.47%、18.27%、3.70%;DI处理的土壤铵态氮含量较高,但与JH、OR、MQ处理的相比无显著性差异。

3 讨论

试验结果显示,施肥处理均可显著增加小白菜产量,效果较好的处理是在施用羊粪与化肥耦合发酵有机无机复合肥的基础上喷施与浇施相应的有机无机液体肥,其次是施用秸秆、羊粪与化肥耦合发酵有机无机复合肥的基础上喷施与浇施相应的有机无机液体肥。说明在施用有机无机复合肥时,喷施与浇施相应的有机无机液体肥对增加作物产量效果更显著。康晓丽等[20]的研究表明,白菜和黄瓜施用不同种类的有机物料与菌剂制作的有机肥产量显著提高,Vc含量也有所增加。试验结果表明,施入有机肥或有机无机复合肥后,土壤中各养分含量都有增加的趋势,这与韦茂贵等[21]、孙薇等[22]等的研究结果一致。土壤中的有机质是植物营养的主要来源之一,能促进植物的生长发育,其含量与土壤肥力水平呈正相关[23]。试验结果显示,施用有机物料替代部分化肥并与无机肥耦合发酵的有机无机复合肥提高了土壤有机质和速效养分含量,这与肖洋等[24]的研究结果相似。

试验中施用羊粪与化肥耦合发酵的有机无机复合肥最有利于增加小白菜的Vc含量,能提高小白菜的营养品质与口感[25-26],更有利于小白菜生长,这与前人研究花椰菜、空心菜、番茄、菜豆所得的结论一致[27-29]。

4 结语

(1)有机无机耦合发酵生产的肥料可不同程度地提高小白菜的产量和品质,以羊粪与化肥耦合发酵的有机无机固体肥及液体肥效果较优。

(2)有机无机耦合发酵生产的肥料不同程度地提高了土壤有机质、有效磷、速效钾、铵态氮的含量,为蔬菜增产提供了较好的养分条件。