基于化肥、菌肥與沼肥對(duì)白菜生長影響的經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

賀密密, 劉紅艷, 隴娟娟, 蔡雪濤, 張 振, 周雙雙, 吳 凱, 尹 芳, 張無敵

(云南師范大學(xué)， 云南 昆明 650500)

化肥是指用化學(xué)方法制造或開采礦石，經(jīng)過加工制成的肥料，也稱無機(jī)肥料，具有以下一些共同特點(diǎn)：成分單純，養(yǎng)分含量高；肥效快。有機(jī)肥經(jīng)生物質(zhì)、動(dòng)植物廢棄物、植物殘?bào)w加工而來，消除了其中的有毒有害物質(zhì)，富含大量有益物質(zhì)，包括：多種有機(jī)酸、肽類以及包括氮、磷、鉀在內(nèi)的豐富的營養(yǎng)元素。有機(jī)肥不僅能為農(nóng)作物提供全面營養(yǎng)，而且肥效長，可增加和更新土壤有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)微生物繁殖，改善土壤理化性質(zhì)和生物活性，是綠色食品生產(chǎn)的主要養(yǎng)分[1]。我國有機(jī)肥資源十分豐富，所含養(yǎng)分量相當(dāng)于化肥的137%，但是我們僅利用了41%。未被利用的有機(jī)廢物，進(jìn)入生物圈循環(huán)又造成惡臭及氨的危害，對(duì)土壤、水體等生態(tài)環(huán)境造成不良影響，并通過食物鏈對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生毒害作用，它的處理又成了一大難題。本研究使用水葫蘆發(fā)酵的沼肥，水葫蘆作為滇池一霸，對(duì)水面采取了野蠻的封鎖策略，擋住陽光，導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照而死亡，破壞水下動(dòng)物的食物鏈，導(dǎo)致水生動(dòng)物死亡。施用水葫蘆制作的沼肥，研究并推廣沼肥的使用具有緩解化肥使用過度帶來的問題，增加農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)的變害為寶的作用。沼肥成本很低，且營養(yǎng)元素齊全，化肥營養(yǎng)元素只有一種或幾種。菌肥，確切的說是菌，它本身并不含有植物生長發(fā)育所需的營養(yǎng)元素，而是含有大量的微生物，其機(jī)理是：在土壤中通過微生物的生命活動(dòng)，改善作物的營養(yǎng)條件。因此，在植物根際施用菌肥，就可以增加根際土壤的有益菌的數(shù)量和活性，使得土壤肥力的增強(qiáng)[2]。試驗(yàn)采用的菌肥是實(shí)驗(yàn)室制作的紫莖澤蘭菌肥，紫莖澤蘭作為一種有害植物在云南生長量很大，通過一系列處理后將有害的紫莖澤蘭做成具有促進(jìn)植物生長的菌肥，并對(duì)其對(duì)作物生長的影響進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，探究其可行性。

我國目前存在著明顯的化肥施用過度，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過多依賴化肥，有機(jī)肥使用量不足等現(xiàn)象。長期施用化肥導(dǎo)致土壤酸化板結(jié)，土壤肥力下降和土壤結(jié)構(gòu)劣化，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[3]。為貫徹中央1號(hào)文件關(guān)于全國農(nóng)業(yè)工作的要求，按照“一控兩減三基本”的要求，農(nóng)業(yè)部制定了《開展果菜茶有機(jī)肥替代化肥行動(dòng)方案》。本次課題就化肥、菌肥與沼肥對(duì)作物的生長影響進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，使用大白菜為作物試材，從不同肥料對(duì)作物生長影響的先行指標(biāo)(原始數(shù)據(jù)指標(biāo)測(cè)定)、同步指標(biāo)(實(shí)驗(yàn)中的直觀指標(biāo)測(cè)定)、滯后指標(biāo)(一些主要指標(biāo)的變化趨勢(shì)分析)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析。采用盆栽試驗(yàn)方法，測(cè)定作物生長發(fā)育特性、品質(zhì)和養(yǎng)分吸收等指標(biāo)以及分析不同施肥條件對(duì)蔬菜品質(zhì)、養(yǎng)分吸收、土壤養(yǎng)分含量的影響，對(duì)化肥、菌肥、沼肥進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，并得出結(jié)果。為菌肥，沼肥及化肥的生產(chǎn)與推廣使用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，探究有機(jī)肥逐漸取代化肥的可行性，解決一些農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)肥料使用的選擇和可行性的實(shí)際問題。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

次試驗(yàn)地點(diǎn)：能源與環(huán)境科學(xué)院；

供試作物：大白菜、番茄(選購大小相似，菜齡相同的菜苗進(jìn)行栽種)；

供試土壤：紅土壤；供試肥料：沼肥(經(jīng)水葫蘆發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液)，化肥(云天化硫酸鉀18-18-18復(fù)合肥)，菌肥(紫莖澤蘭去根后晾干處理所制)。相關(guān)測(cè)定指標(biāo)參見表1。

表1 試驗(yàn)用的土壤、沼肥、菌肥和化肥的養(yǎng)分

注：澆肥都是按照澆沼肥每棵200 mL沼液[4]，化肥平均每棵取12 g溶于同量的水中澆灌[5]。菌肥每棵取12 g溶于同量水中澆灌。每周施肥一次。

由表1數(shù)據(jù)分析得，施肥前的土壤接近中性，沼肥偏堿，菌肥、化肥偏酸且菌肥酸性大于化肥。土壤接近中性，營養(yǎng)物質(zhì)指標(biāo)達(dá)到能種植作物的標(biāo)準(zhǔn)。用于種植白菜的原始土壤中的干物質(zhì)比沼肥，菌肥和化肥組都高。要用于施用白菜肥料中的氮，磷，鉀含量由多到少依次為：化肥>菌肥>沼肥。由于化肥是從市場(chǎng)上購買的專門的種植肥料，經(jīng)過長期的研究鉆研才得以在市場(chǎng)上銷售，養(yǎng)分含量配比都有一定依據(jù)，且化肥、菌肥還未加水溶解，所以全氮、速效磷、速效鉀含量遠(yuǎn)高于沼肥、土壤。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)分4組，分別為無肥組(對(duì)照)、沼肥組、菌肥組和化肥組。

無肥組：在裝有原始土樣的6個(gè)同等大小花盆中3盆種植白菜，3盆種植番茄，每1 d每株澆200 mL水，分別作為白菜和番茄的無肥對(duì)照組。

沼肥組：在裝有原始土樣的6個(gè)同等大小花盆中3盆種植白菜，3盆種植番茄，每1 d每株澆一次200 mL水，每7 d每株澆200 mL沼液并且當(dāng)天不澆水，分別作為白菜和番茄的沼肥組。

菌肥組：處理同沼肥組，每7 d每株取12 g紫莖澤蘭溶于188 mL水中做200 mL菌肥澆灌。分別作為白菜和番茄的菌肥組。

化肥組：處理同菌肥組，每7 d每株取12 g干化肥溶于188 mL水中做200 mL化肥澆灌。分別作為白菜和番茄的化肥組。

每澆肥兩次取一次土樣及進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)測(cè)試，最后對(duì)成熟白菜進(jìn)行一次收割測(cè)定。此次選用對(duì)比的指標(biāo)包括不同肥料處理后的土壤狀況，指標(biāo)為TS，全氮，速效磷，速效鉀；白菜的品質(zhì)，指標(biāo)為鮮重，株高，TS，VS，VC，總糖[6]；白菜市價(jià)與不同肥料市價(jià)。這些指標(biāo)作為同步指標(biāo)，用作對(duì)肥料即時(shí)效果的評(píng)測(cè)。由于番茄生長周期較長每次取樣時(shí)間間隔為一個(gè)月，綜合上述指標(biāo)對(duì)不同肥料對(duì)作物生長影響進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析。

1.3 測(cè)定方法

TS：用坩堝取適量待測(cè)樣品放入干燥器中，干燥后冷卻至室溫稱量；

VS：將已測(cè)過TS后的樣品放入馬弗爐中溫度調(diào)至500℃烘至恒重[7]；

總糖：3,5—二硝基水楊酸法(DNS)比色法測(cè)定[8]；

全氮：凱氏定氮法測(cè)定(全自動(dòng)凱氏定氮儀)[9]；

速效磷、速效鉀：分光光度計(jì)法測(cè)定(721分光光度計(jì))[10]；

VC：用紫外分光光度法測(cè)定(751分光光度計(jì))[11]；

鮮重：用電子天平稱量(精度0.001 g)；

株高：用直尺測(cè)量(精度0.1 cm)；

pH值：用pH計(jì)測(cè)量(精度0.01)。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)白菜生長、品質(zhì)及栽培土壤的影響

2.1.1 生長影響及產(chǎn)量的影響

不同施肥對(duì)白菜生長影響結(jié)果見圖1。

圖1 白菜長勢(shì)圖(實(shí)物照片)

從圖1可以看出，澆水的白菜葉片數(shù)，生長明顯比不過澆肥的；澆沼肥的白菜葉片數(shù)多余澆菌肥和化肥的，看起來長的比較好；澆化肥的白菜明顯比其他幾棵白菜長的更大，也更成熟，但是色澤不好，不夠新鮮；澆菌肥的白菜葉片相比其它施肥的寬度較窄，株高較高。根系是吸收水分、無機(jī)鹽和養(yǎng)分的主要部位，植物根系在生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)中的地位可以從兩個(gè)方面來看：一是根系作為碳和養(yǎng)

料庫所起的作用;二是根系通過生長、死亡、分解對(duì)碳和養(yǎng)分循環(huán)的推動(dòng)作用[12]。澆水的白菜根系延展最少，所以吸收養(yǎng)分能力最弱，長的最小，其次是菌肥，澆沼肥的根系直根最多細(xì)根沒有澆化肥的多，細(xì)根的死亡、分解會(huì)促進(jìn)白菜的生長，但直根的壽命更長，所以澆化肥的最先成熟，色澤沒有澆沼肥的鮮綠，直觀品質(zhì)不好。

不同肥料對(duì)白菜生長及白菜的影響結(jié)果參見表2。

表2 不同施肥的白菜株高和產(chǎn)量的測(cè)定

從表2可知，不同施肥處理后的白菜株高和鮮重排序都為：水<沼肥<菌肥<化肥。

2.1.2 不同肥料對(duì)白菜品質(zhì)的影響

不同的施肥方式對(duì)白菜TS，VS，VC，總糖的影響結(jié)果參見表3。

表3 不同肥料對(duì)白菜TS、VS、VC和總糖的影響結(jié)果

從表3可以看出，白菜的干物質(zhì)和灰分含量與株高為：澆水>澆沼肥>澆菌肥>澆化肥鮮。從白菜總糖含量和VC含量看四種處理的白菜，澆沼肥的白菜總糖含量比無肥組提高了159.16%，VC含量提高了23.68%；澆菌肥的總糖含量比無肥組的提高了128.97%，VC含量提高了11.98%。而化肥的施用沒有對(duì)白菜的品質(zhì)有明顯改善，其總糖含量相對(duì)于無肥組提高了42.27%，VC含量提高了0.08%。

2.1.3 不同肥料對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

不同施肥方式對(duì)土壤pH值、TS、全氮、速效磷、速效鉀的影響結(jié)果參見表4.

表4 不同肥料不同時(shí)間白菜土壤的養(yǎng)分

由表4可以得出，施用肥料兩周的土壤相對(duì)于只澆水的土壤，氮磷鉀含量均有所提高，其中施用化肥的土壤中氮磷鉀含量最高，施用沼肥土壤的氮磷鉀含量較菌肥和水的高，施用水的土壤中干物質(zhì)含量較高，其次為化肥，沼肥，菌肥，說明施肥早期化對(duì)土壤肥力提高見效最快，沼肥對(duì)土壤肥力的提高作用接近化肥都比較明顯，但是菌肥早期對(duì)土壤肥力影響十分微小。澆肥四周后土壤都有明顯的酸化，程度最嚴(yán)重的是澆水的對(duì)照組，土壤中的干物質(zhì)含量也明顯下降。澆水的由于沒有營養(yǎng)的補(bǔ)充對(duì)比沒種植白菜前的土壤，全氮，速效磷、速效鉀含量均因?yàn)榘撞说纳L有一定程度的下降。此外土壤中氮磷鉀含量總體情況為：澆化肥>澆沼肥>澆菌肥。澆肥6周后，蔬菜成熟時(shí)，土壤的干物質(zhì)含量以澆菌肥的最高，營養(yǎng)物質(zhì)含量從大到小為：澆沼肥>澆化肥>澆菌肥>澆水。可以看出到了后期澆沼肥的土壤所含的營養(yǎng)物質(zhì)漸漸超過澆化肥的，澆菌肥的始終維持著比較穩(wěn)定的長勢(shì)，而且澆化肥的土壤pH值逐漸降低，明顯低于澆菌肥的和澆沼肥的。

2.2 對(duì)不同施肥處理的土壤指標(biāo)做預(yù)測(cè)分析

通過對(duì)種植白菜過程中各樣分的變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)下一輪白菜的種植情況，做出合理的預(yù)測(cè)分析。

2.2.1 對(duì)土壤pH值的預(yù)測(cè)分析

對(duì)不同施肥處理土壤pH值的分析結(jié)果見圖3。

圖3 土壤pH值變化趨勢(shì)圖

上圖表示，不同肥料處理的土壤其pH值的趨勢(shì)有所不同，且其中澆沼肥的土壤酸化程度最淺，趨勢(shì)平緩，澆化肥pH值下降趨勢(shì)最陡，其次是澆水的，澆菌肥的土壤酸化程度小于澆水的。由趨勢(shì)線判斷下一輪種植時(shí)澆化肥的土壤pH值將會(huì)低于澆水的，澆菌肥和澆沼肥的土壤pH值變化趨于平緩，繼續(xù)酸化趨勢(shì)不嚴(yán)重。研究表明，土壤酸化會(huì)影響土壤質(zhì)量健康，影響作物生長發(fā)育及產(chǎn)量形成,降低農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì),且果實(shí)中重金屬元素的積累也會(huì)通過食物鏈危害人或動(dòng)物的健康[13]。由此，可推斷下一輪種出來的白菜產(chǎn)量排序?yàn)椋簼簿?澆化肥>澆菌肥>澆水；質(zhì)量排序?yàn)椋簼舱臃?澆菌肥>澆水>澆化肥?；适┯玫目沙掷m(xù)性低。

2.2.2 對(duì)土壤中全氮的預(yù)測(cè)分析

對(duì)不同施肥處理土壤全氮含量的分析結(jié)果見圖4。

圖4 土壤中全氮含量趨勢(shì)圖

從圖4知，澆沼肥的土壤中全氮含量上升最明顯，其次是澆菌肥的，澆化肥的上升趨勢(shì)小于澆水的，但是澆化肥的土壤中土壤含量較高。預(yù)測(cè)下一輪培養(yǎng)中土壤的全氮含量排序?yàn)椋簼舱臃?澆化肥>澆菌肥>澆水。

2.2.3 對(duì)土壤速效磷的預(yù)測(cè)分析

對(duì)不同施肥處理土壤中速效磷的分析結(jié)果見圖5。

圖5 土壤中速效磷含量趨勢(shì)圖

圖5表明，土壤中速效磷含量變化澆菌肥和澆水的都呈先減后增的趨勢(shì)，澆化肥的和澆沼肥的土壤速效磷含量都在增加，澆沼肥的土壤增勢(shì)更快，預(yù)測(cè)下一輪土壤中速效磷的含量為：澆沼肥>澆化肥>澆菌肥>澆水。

2.2.4 對(duì)土壤速效鉀的預(yù)測(cè)分析

對(duì)不同施肥處理土壤中速效鉀的分析結(jié)果見圖6。

圖6 土壤中速效鉀含量趨勢(shì)圖

圖6所示，除去澆化肥的土壤其他處理的土壤中速效鉀含量都是先減少后增加，但是澆沼肥和澆菌肥的土壤中速效鉀含量增長趨勢(shì)迅速，預(yù)測(cè)下一輪種植的土壤中速效鉀含量將為：澆沼肥>澆菌肥>澆化肥>澆水。

綜合分析可得：從下一輪起白菜種植將從產(chǎn)量和品質(zhì)上越來越呈現(xiàn)出澆沼肥的白菜優(yōu)于澆菌肥的，澆菌肥優(yōu)于澆水的，澆水的白菜優(yōu)于澆化肥的白菜的趨勢(shì)。

2.3 不同肥料的相對(duì)經(jīng)濟(jì)成本與收益

試驗(yàn)所購化肥單價(jià)為11元·kg-1，沼肥和菌肥為學(xué)院實(shí)驗(yàn)室制備，水葫蘆對(duì)環(huán)境有危害，經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)氣后得到沼肥，實(shí)驗(yàn)成本約為零，紫莖澤蘭是有害生物經(jīng)簡單工藝處理成本約2元·kg-1。白菜市場(chǎng)均價(jià)2.5元·kg-1。不同澆肥處理相對(duì)澆水的作物的經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析見表5。

表5 不同施肥處理的白菜經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

3 結(jié)論

由實(shí)驗(yàn)澆肥對(duì)無肥的對(duì)照可得：澆化肥的土壤和作物前期見效快，土壤的pH值比其它兩種肥的低，酸性更強(qiáng)，后期肥效欠佳，化肥可持續(xù)性低。菌肥對(duì)土壤全氮、速效磷、速效鉀的增長作用始終不如沼肥和化肥，但是對(duì)土壤的酸化沒有化肥嚴(yán)重，可持續(xù)性較好。澆沼肥的土壤營養(yǎng)物質(zhì)一直保持良好增勢(shì)，最后所含營養(yǎng)物質(zhì)是含量最高的，且土壤酸化程度最輕，可持續(xù)性最優(yōu)。白菜品質(zhì)為：施用沼肥優(yōu)于施用菌肥優(yōu)于施用化肥。本次種植的經(jīng)濟(jì)效益為：沼肥>菌肥>化肥>澆水。從經(jīng)濟(jì)可持續(xù)對(duì)比分析的角度：化肥效果先強(qiáng)后弱，沼肥持續(xù)增強(qiáng)，菌肥效果穩(wěn)定而緩慢的增強(qiáng)。農(nóng)民種植蔬菜是一項(xiàng)長遠(yuǎn)的事業(yè)，施用化肥短時(shí)間內(nèi)能取得較多收益，但可持續(xù)性不強(qiáng)；澆菌肥的經(jīng)濟(jì)增長較沼肥少，各項(xiàng)指標(biāo)居中，適合與其他肥配合施用[14]；施用沼肥的收益最好，發(fā)展空間最大。

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