聶勝委,張巧萍,李向東,張玉亭,王二耀,康源春
(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所,河南鄭州 450002;2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所,河南鄭州 450002;3.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所,河南鄭州 450002)
廢棄的菌渣主要是木屑、棉籽殼、玉米芯及作物秸稈等食用菌分解吸收后殘留的粗物質(zhì)、食用菌代謝產(chǎn)物以及部分菌絲體[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)平均每年產(chǎn)生的菌渣量超過(guò)400萬(wàn)t[3-5],而利用率約為33%。這不僅造成了資源的極大浪費(fèi),而且容易滋生霉菌和害蟲,增加空氣中霉菌孢子和害蟲數(shù)量,造成環(huán)境污染[6]。許多研究表明,廢棄菌渣通過(guò)一定途徑還田能提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、有效鉀含量,改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),降低土壤容重[7-9],同時(shí)能夠調(diào)節(jié)土壤酸堿性[8-9],增加土壤微生物多樣性[10]。此外,菌渣還可以作為礦井水污染土壤改良劑,改善土壤理化性質(zhì)和提高小麥產(chǎn)量[11]。水稻田施用菌渣肥后,能有效提高土壤堿解氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量,改善水稻旗葉光合性能[12],增加水稻有效分蘗數(shù)、穗數(shù)和產(chǎn)量[13-14]。也有研究表明,施用菌渣肥后對(duì)作物品質(zhì)有一定改善效果[15-17]。說(shuō)明菌渣作為栽培食用菌后的副產(chǎn)物,還有很多價(jià)值可以利用、研究和開發(fā)。菌渣廢棄物還田能夠提高土壤有效養(yǎng)分含量,這些研究多是集中在作物生長(zhǎng)的單季或者某一個(gè)生育階段,而菌渣肥還田對(duì)土壤養(yǎng)分的影響是長(zhǎng)期的,同時(shí)依據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要研究不同配比的菌渣肥對(duì)土壤養(yǎng)分的影響鮮有報(bào)道。
本研究從不同配比的菌渣有機(jī)肥及施用量方面著手,探討和分析施用菌渣肥后對(duì)小麥、玉米輪作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分影響,旨在為拓展食用菌廢棄菌渣利用的方法、途徑和思路,制定合理的施肥技術(shù),減輕對(duì)環(huán)境的危害提供借鑒。
試驗(yàn)地位于河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技(原陽(yáng))試驗(yàn)示范基地(34°47′N,113°40′E),氣候類型為暖溫帶季風(fēng)氣候,四季分明,年平均氣溫為14.4℃,>10℃積溫約5169℃。7月最熱,平均為27.3℃;1月最冷,平均0.2℃;年平均降雨量645mm,無(wú)霜期224d,年平均蒸發(fā)量1450mm,年日照時(shí)間約2400h。土壤類型為潮土,pH值為8.3,土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)78.2 mg/kg,全氮 0.74 g/kg,有效磷(Olsen-P)25.6mg/kg,有效鉀(K)98.2 mg/kg。
試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),4種由不同體積比配制的菌渣肥,分別為JZA(純菌渣)、JZB(菌渣∶牛糞=1∶2)、JZC(菌渣∶牛糞=1∶1)、JZD(菌渣∶牛糞=2∶1);3 個(gè)施用量水平,分別為 JZ1(3 000 kg/hm2),JZ2(6 000 kg/hm2),JZ3(9 000 kg/hm2);同時(shí)以不施菌渣肥處理(CK-JZ0)作為對(duì)照,共13個(gè)處理,重復(fù)3次,共計(jì)39個(gè)小區(qū),小區(qū)面積為5 m×8 m。小麥種植季田間作業(yè)順序?yàn)椋簩⑸霞居衩椎慕斩捜糠鬯檫€田,各小區(qū)施入對(duì)應(yīng)量的菌渣肥,然后進(jìn)行犁翻耕,犁深度為20 cm左右,旋耕2遍,最后打埂播種。分別于2012,2013年的10月中旬播種,次年的6月上旬收獲;小麥季各個(gè)處理除菌渣肥施用量不同外,其他品種、化肥使用以及田間管理等均保持一致。
小麥機(jī)械收獲后,貼茬種植夏玉米。試驗(yàn)選用的玉米品種為鄭單958,分別于2013,2014年6月中旬播種,機(jī)播耬播種,寬窄行種植,寬行距80 cm,窄行距40 cm,株距29 cm,密度為6.3萬(wàn)株/hm2;氮肥為尿素(CO(NH2)2),施純氮 188 kg/hm2,基肥、追肥比為 3∶7;磷肥為磷酸二氫鈣(Ca(H2PO4)2),施磷肥(P2O5)94 kg/hm2;鉀肥為硫酸鉀(K2SO4),施鉀肥(K2O)94 kg/hm2,磷、鉀肥作底肥一次性施入。于當(dāng)年9月下旬收獲,各個(gè)小區(qū)實(shí)收測(cè)產(chǎn),玉米生育期內(nèi)各個(gè)小區(qū)田間管理一致。
2012—2014年,分別在菌渣肥施用后當(dāng)季小麥成熟期(2013年6月)、菌渣肥施用后下季玉米成熟期(2013年10月)、連續(xù)施用菌渣肥后當(dāng)季小麥成熟期(2014年6月)、連續(xù)施用菌渣肥用后下季玉米成熟期(2014年10月)采集耕層0~20 cm土壤樣品,分析測(cè)定土壤全氮、速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量,小麥小區(qū)實(shí)收4 m2計(jì)算產(chǎn)量,玉米小區(qū)實(shí)收2行計(jì)算產(chǎn)量。
數(shù)據(jù)采用Excel 2003,DPS 7.05等軟件進(jìn)行整理分析。
菌渣肥施用后當(dāng)季小麥成熟期(2013年6月),所有處理之間耕層土壤全氮含量差異不顯著(P≥0.05);僅JZA-JZ3處理全氮含量高于CK-JZ0處理。在玉米成熟期(2013年10月),所有菌渣肥處理耕層土壤全氮含量與CK-JZ0相比均存在一定差異,但是未達(dá)到顯著水平;與CK-JZ0(0.58 g/kg)相比,JZB-JZ1,JZD-JZ1,JZC-JZ2 處理的全氮含量較低,其他處理則較高;菌渣肥處理之間,JZA-JZ1,JZB-JZ3,JZD-JZ3,JZB-JZ2 處理的耕層土壤全氮含量較高,其中,JZA-JZ1 處理最高(0.69 g/kg),顯著高于 JZB-JZ1(0.53 g/kg)和 JZC-JZ2(0.56 g/kg)處理;菌渣肥用量為9 000 kg/hm2時(shí),玉米成熟期土壤全氮含量較高(表1)。
由表1可知,菌渣肥連續(xù)施用后第2年小麥成熟期(2014年6月),所有菌渣肥處理的土壤速效氮含量均高于 CK-JZ0(69.58 mg/kg),其中,JZD-JZ1(107.16 mg/kg),JZD-JZ2(101.59 mg/kg)處理顯著高于CK-JZ0;施用菌渣肥的各處理之間土壤速效氮含量差異不顯著。在玉米成熟期(2014年10月),除JZD-JZ2(57.06 mg/kg)處理外,其他菌渣肥處理的土壤速效氮含量均高于CK-JZ0(64.02 mg/kg),其中,JZC-JZ2(93.24 mg/kg),JZA-JZ3(111.33 mg/kg),JZB-JZ3(89.07 mg/kg),JZC-JZ3(94.63 mg/kg)處理顯著高于CK-JZ0。
表1 施用不同菌渣肥后土壤氮含量的變化
表2 施用不同菌渣肥后土壤速效磷含量的變化 mg/kg
從表2可以看出,菌渣肥施用后當(dāng)季小麥成熟期,JZD-JZ1(32.99 mg/kg),JZC-JZ2(30.05 mg/kg),JZD-JZ2(33.58 mg/kg)處理的速效磷含量高于CK-JZ0(26.64 mg/kg),其他處理則低于 CK-JZ0;施用菌渣肥的各處理之間,JZB-JZ1(14.47 mg/kg),JZB-JZ2(17.78 mg/kg),JZC-JZ3(16.17 mg/kg)處理較低,顯著低于JZD-JZ1,JZD-JZ2處理。在玉米成熟期,JZB-JZ1,JZD-JZ1,JZC-JZ2 處理的土壤速效磷含量低于CK-JZ0(20.43 mg/kg),但是差異不顯著;其他處理的含量則高于CK-JZ0,其中,JZC-JZ3(44.51 mg/kg)處理最高,顯著高于對(duì)照;菌渣肥各處理之間,JZC-JZ3處理顯著高于 JZB-JZ1,JZD-JZ1,JZC-JZ2處理。
菌渣肥連續(xù)施用后第2年小麥成熟期,僅JZA-JZ1(12.03 mg/kg)處理土壤速效磷含量低于CK-JZ0(16.73 mg/kg),其他處理則高于 CK-JZ0,其中,JZB-JZ3,JZD-JZ3 處理顯著高于 CK-JZ0,分別為46.10,53.93 mg/kg;菌渣肥各處理間,JZB-JZ3,JZD-JZ3處理土壤速效磷含量顯著高于JZA-JZ1,JZB-JZ1,JZC-JZ1,JZD-JZ1,JZA-JZ3。在玉米成熟期,施用菌渣肥處理的土壤速效磷含量均高于CK-JZ0 處理(13.43mg/kg),其中,JZC-JZ2,JZB-JZ3,JZC-JZ3顯著高于 CK-JZ0,分別為 39.40,33.80,63.93 mg/kg;菌渣肥處理之間,JZC-JZ3最高,顯著高于其他菌渣肥處理,JZC-JZ2次之,顯著高于JZAJZ1,JZB-JZ1,JZD-JZ1,JZD-JZ2,JZD-JZ3 處理。
由表3可知,菌渣肥施用后當(dāng)季小麥成熟期,菌渣肥處理的耕層土壤速效鉀含量均低于CK-JZ0(234.53 mg/kg),其中,JZB-JZ1(118.69 mg/kg),JZBJZ2(130.47mg/kg)達(dá)到顯著水平;菌渣肥處理間,JZAJZ1,JZD-JZ1,JZC-JZ3處理的土壤速效鉀含量較高,JZD-JZ1(224.71mg/kg)處理顯著高于 JZB-JZ1處理。玉米成熟期,與 CK-JZ0(116.29 mg/kg)相比,僅JZB-JZ1,JZD-JZ1處理的土壤速效鉀含量較低,其他處理則高于 CK-JZ0,JZB-JZ3 (177.32 mg/kg),JZD-JZ3(186.57 mg/kg)處理顯著高于 CK-JZ0。菌渣肥各處理之間,JZB-JZ3,JZC-JZ3,JZD-JZ3 處理的速效鉀含量較高,顯著高于JZB-JZ1處理,JZB-JZ3,JZD-JZ3處理顯著高于JZD-JZ1。
菌渣肥連續(xù)施用后第2年小麥成熟期,與CKJZ0(200.13 mg/kg)相比,JZA-JZ1,JZA-JZ2,JZAJZ3,JZC-JZ3處理的土壤速效鉀含量較低,其他處理較高;菌渣肥各處理中,JZD-JZ3(279.25 mg/kg)處理的最高,JZA-JZ3(153.59 mg/kg)處理最低;JZC-JZ3 處理顯著高于 JZA-JZ1,JZB-JZ1,JZC-JZ1,JZA-JZ2,JZD-JZ2,JZA-JZ3,JZC-JZ3 處理。在玉米成熟期,JZC-JZ1,JZA-JZ2,JZA-JZ3,JZB-JZ3,JZCJZ3,JZD-JZ3處理的土壤速效鉀含量高于CK-JZ0(186.72 mg/kg),分別為 223.46,186.79,225.42,225.17,217.34,201.73 mg/kg;而 JZA-JZ1,JZB-JZ1,JZD-JZ1,JZB-JZ2,JZC-JZ2,JZD-JZ2 處理低于 CKJZ0,分別為 168.61,175.00,158.07,175.87,185.42,124.38 mg/kg,其中,JZD-JZ2顯著低于JZC-JZ1,JZA-JZ3,JZB-JZ3,JZC-JZ3 處理。
表3 施用不同菌渣肥后土壤速效鉀含量的變化 mg/kg
從表4可以看出,菌渣肥施用后當(dāng)季小麥成熟期,所有菌渣肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均低于CK-JZ0(1.19%),其中,JZB-JZ1,JZA-JZ2,JZB-JZ2,JZC-JZ2,JZC-JZ3顯著低于CK-JZ0,分別為0.80%,0.81%,0.83%,0.85%,0.85%;菌渣肥各處理間,JZB-JZ1處理最低,顯著低于JZD-JZ1,JZA-JZ3,JZB-JZ3處理。在玉米成熟期,與CK-JZ0(0.83%)相比,除JZB-JZ1,JZB-JZ3處理外,其他處理土壤有機(jī)質(zhì)含量則高于 CK-JZ0,其中,JZD-JZ2(0.99%),JZD-JZ3(1.13%)處理顯著高于 CK-JZ0;菌渣肥各處理間,JZD-JZ3處理顯著高于JZB-JZ1,JZD-JZ1,JZA-JZ2,JZB-JZ2,JZC-JZ2,JZB-JZ3 處理,JZD-JZ2處理顯著高于JZB-JZ3處理。
菌渣肥連續(xù)施用后第2年小麥成熟期,施菌渣肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于CK-JZ0(0.88%),其中,JZD-JZ2(1.36%),JZD-JZ3(1.43%)處理顯著高于對(duì)照、JZB-JZ1和JZC-JZ1處理。在玉米成熟期,除 JZC-JZ1,JZD-JZ1,JZC-JZ3 處理的有機(jī)質(zhì)含量低于CK-JZ0(1.01%)外,其他處理均高于CK-JZ0;菌渣肥處理間中,JZC-JZ2(1.27%)處理有機(jī)質(zhì)含量最高,顯著高于JZC-JZ1,JZD-JZ1,JZC-JZ3處理。
討論不同菌渣肥對(duì)小麥、玉米輪作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分的影響,首先要考慮菌渣肥施用后輪作系統(tǒng)生產(chǎn)力的變化。由表5可知,2013年,小麥季,與CKJZ0(4 922.5 kg/hm2)相比,JZA-JZ2,JZA-JZ3,JZBJZ3,JZC-JZ3,JZD-JZ3 處理小麥產(chǎn)量均較高,其中,JZC-JZ3(6116.4 kg/hm2)處理顯著高于 CK-JZ0。玉米季,JZA-JZ3,JZB-JZ3,JZC-JZ3,JZB-JZ2 處理的玉米產(chǎn)量高于CK-JZ0(10 176.8 kg/hm2),而其他處理的玉米產(chǎn)量則低于CK-JZ0,其中,JZB-JZ3(11 613.5 kg/hm2)處理的玉米產(chǎn)量最高,JZD-JZ2處理的最低(7 312.3 kg/hm2)。綜合全年輪作系統(tǒng)的產(chǎn)量來(lái)看,JZB-JZ2,JZA-JZ3,JZB-JZ3,JZC-JZ3 生產(chǎn)力較高,均超過(guò)了CK-JZ0(15 099.21 kg/hm2)。2014年,小麥季,與 CK-JZ0相比,JZA-JZ1,JZAJZ2,JZB-JZ2,JZC-JZ2,JZB-JZ3,JZC-JZ3 處理產(chǎn)量較高,分別達(dá)到 9 734.9,10 021.7,9 838.3,9 811.6,10 628.6,10 206.8 kg/hm2,其他處理的小麥產(chǎn)量比較低。玉米季,JZA-JZ1,JZB-JZ1,JZD-JZ1,JZA-JZ2,JZA-JZ3,JZB-JZ3,JZC-JZ3,JZD-JZ3 處理的產(chǎn)量則高于 CK-JZ0(8 739.4 kg/hm2),其中,JZA-JZ1(10 348.2 kg/hm2),JZA-JZ3(10 485.2 kg/hm2)處 理的產(chǎn)量顯著高于CK-JZ0。綜合輪作系統(tǒng)全年的生產(chǎn) 力 分 析 ,JZA-JZ1,JZA-JZ2,JZB-JZ2,JZC-JZ2,JZA-JZ3,JZB-JZ3,JZC-JZ3 處理的總生產(chǎn)能力超過(guò)了 CK-JZ0(18 235.8 kg/hm2)。
前人研究表明,菌渣還田能夠提高作物(小麥、玉米)產(chǎn)量[10-12],從本研究2 a的結(jié)果來(lái)看,不同配比的菌渣肥和施用量以及施用年限對(duì)作物的產(chǎn)量影響不同,首先是施用量,施用量為9 000 kg/hm2時(shí),作物生產(chǎn)力以及輪作系統(tǒng)生產(chǎn)力可持續(xù)性最強(qiáng)。其次是配比的問(wèn)題,JZB(菌渣∶牛糞=1∶2)、JZC(菌渣∶牛糞=1∶1)配比的菌渣肥施用效果最好,2年4季均優(yōu)于對(duì)照。此外,隨著施用年限的增加,菌渣肥施用量為 6 000 kg/hm2時(shí),JZA(純菌渣)、JZB(菌渣∶牛糞=1∶2)、JZC(菌渣∶牛糞=1∶1)配比的菌渣肥對(duì)整個(gè)輪作系統(tǒng)的增產(chǎn)趨勢(shì)開始顯現(xiàn)。這與單個(gè)研究施用菌渣肥及后效對(duì)當(dāng)季小麥[17]和下茬玉米產(chǎn)量[18]的影響來(lái)比較,所得結(jié)論更為客觀和全面。因此,本研究中土壤養(yǎng)分變化的結(jié)論應(yīng)考慮作物生產(chǎn)力情況整體。
土壤養(yǎng)分對(duì)作物產(chǎn)量起著決定性作用,以往的研究認(rèn)為,小麥、玉米的籽粒產(chǎn)量與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、速效鉀、有效磷均呈極顯著的正相關(guān)[19]。本研究發(fā)現(xiàn),不同配比的菌渣肥施用后,改變了土壤的養(yǎng)分狀況,小麥籽粒產(chǎn)量與土壤中磷、鉀、有機(jī)質(zhì)含量呈顯著或極顯著的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.40,0.55,0.59;與土壤氮(r=0.33)則呈正相關(guān)性。玉米籽粒產(chǎn)量則與土壤磷(r=0.26)、鉀(r=0.07)呈正相關(guān),與土壤氮(r=-0.14)、有機(jī)質(zhì)(r=-0.17)則呈一定的負(fù)相關(guān)(圖1)。說(shuō)明在本研究的條件下,菌渣肥施用的當(dāng)季,土壤養(yǎng)分狀況對(duì)小麥產(chǎn)量的影響依然起著重要作用,但是與土壤氮(r=0.33)的正相關(guān)性在減弱;到玉米季,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月土壤生理生化過(guò)程后,對(duì)玉米產(chǎn)量的影響相對(duì)越來(lái)越弱,僅有土壤磷、鉀保持正相關(guān)性,而土壤氮、有機(jī)質(zhì)則呈負(fù)的相關(guān)性,說(shuō)明施用菌渣肥后對(duì)土壤氮和有機(jī)質(zhì)影響較大。土壤各養(yǎng)分之間的協(xié)同互作效應(yīng),小麥季耕層土壤各養(yǎng)分之間均呈正相關(guān),而且N-K,N-SOM,P-K,P-SOM,K-SOM養(yǎng)分之間呈顯著或極顯著水平。玉米季,除P-SOM外,其他各養(yǎng)分之間均呈現(xiàn)出正的相關(guān)性,多數(shù)達(dá)到顯著或極顯著水平(圖2);而耕層土壤磷與有機(jī)質(zhì)沒(méi)有相關(guān)性,這可能是由于菌渣肥施入后,大大提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量,打破了土壤“庫(kù)”中原有的磷與有機(jī)質(zhì)的某種平衡關(guān)系。
本研究初步得出,與不施菌渣肥相比,在菌渣肥施用量為3 000 kg/hm2或6 000 kg/hm2時(shí),施用JZA(純菌渣)、JZB(菌渣∶牛糞=1∶2)、JZC(菌渣∶牛糞=1∶1)、JZD(菌渣∶牛糞=2∶1)配比的菌渣肥對(duì)小麥/玉米輪作系統(tǒng)中當(dāng)季小麥成熟期耕層土壤全氮、速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量影響均較??;隨著施用次數(shù)和時(shí)間的增加,對(duì)耕層土壤養(yǎng)分均有一定影響,但是沒(méi)有明顯的規(guī)律性。
菌渣肥施用量為9 000 kg/hm2時(shí),JZB(菌渣∶牛糞=1∶2)、JZC(菌渣∶牛糞=1∶1)菌渣肥均對(duì)小麥/玉米輪作系統(tǒng)中當(dāng)季小麥成熟期土壤全氮含量影響較小,能提高玉米季成熟期土壤全氮含量;降低當(dāng)季小麥成熟期耕層土壤速效磷、速效鉀含量,提高下茬玉米成熟期土壤速效磷速效鉀含量;降低對(duì)小麥成熟期耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量,改善或提高玉米成熟期耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量;隨著施用次數(shù)和時(shí)間的增加,施用菌渣肥能顯著提高小麥、玉米成熟期土壤速效氮含量(P≤0.05),土壤速效鉀含量增加趨勢(shì)變強(qiáng),能夠大幅度提高小麥、玉米成熟期土壤速效磷含量(P≤0.05);能夠明顯提高或改善小麥成熟期耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量。同時(shí)均能獲得較高的籽粒產(chǎn)量和系統(tǒng)總生產(chǎn)力,可持續(xù)性效果最好。
本研究初步得出,施用菌渣肥后減弱了小麥產(chǎn)量與土壤氮的相關(guān)性;玉米產(chǎn)量則與土壤磷(r=0.26)、鉀(r=0.07)呈正相關(guān),與土壤氮(r=-0.14)、有機(jī)質(zhì)(r=-0.17)則呈一定的負(fù)相關(guān)性。小麥季,土壤各養(yǎng)分之間呈現(xiàn)正的相關(guān)性,N-K,N-SOM,P-K,P-SOM,K-SOM養(yǎng)分之間呈顯著或極顯著的正相關(guān)。玉米季,除P-SOM沒(méi)有相關(guān)性外,其他各養(yǎng)分之間呈正的相關(guān)性,其中,N-P,N-K,N-SOM,K-SOM養(yǎng)分之間呈顯著或極顯著的正相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)(r)分別為 0.38,0.81,0.54,0.50。
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