黃 容 高 明 呂 盛 徐國鑫 黎嘉成
(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,重慶 400715)
生物質(zhì)作為一種新型的可再生環(huán)保性能源,主要是由光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體,即一切有生命的可以生長的有機(jī)物質(zhì)[1]。我國是農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源、林業(yè)生物質(zhì)資源等豐富,不僅含有大量的纖維素、木質(zhì)素,還富含有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素和各種微量元素[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國每年農(nóng)作物秸稈有7×108t,林地廢棄物2×1 08t,畜禽糞便和農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)廢水約有2.6×109t,如加以充分利用可分別年替代3.48×108、0.99×108、1.12×108t標(biāo)準(zhǔn)煤[3-4]。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中,絕大多數(shù)廢棄物并未作為一種資源被利用,而是隨意丟棄或排放到環(huán)境中,對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了極大影響。因此實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源的合理化利用,消除環(huán)境污染,改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,對(duì)中國全面建成小康社會(huì)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
生物質(zhì)灰渣是生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的固體廢棄物,富含磷、鉀等營養(yǎng)元素[5],隨著生物質(zhì)燃料發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,產(chǎn)生的大量生物質(zhì)灰渣廢棄物如何得到充分有效地利用,成為生物質(zhì)燃料發(fā)電企業(yè)面臨的緊迫問題。與普通草木灰相比,生物質(zhì)灰渣廢棄物產(chǎn)量大,pH高,富含磷、鉀、硅等礦質(zhì)營養(yǎng),其中有效鉀含量提高約20%[6]。生物質(zhì)灰渣不僅可以改善土壤,提高土壤質(zhì)量,還能促進(jìn)作物生長、減少病害的發(fā)生[6-9]。鋸木灰渣作為生物質(zhì)灰渣的一種類型,研究表明,鋸木灰渣最大持水量可達(dá)368%,P、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu含量最高,較谷殼灰、玉米灰、水稻灰的含量高2倍~3倍[10]。在生物質(zhì)灰渣中加入磷酸二氫鉀能顯著抑制氨平均揮發(fā)量,而鋸木灰渣中加入氯化鉀、磷酸二氫鉀能減少氨的平均揮發(fā)量[11];同時(shí),鋸木灰渣對(duì)磷的吸附量為1.0~11.2 g kg-1,吸附率均超過55%[12]。陳龍等[13]研究表明,具有強(qiáng)堿性的生物質(zhì)灰渣施入土壤后,能增強(qiáng)土壤中P、K活性,從而提高土壤速效P、K含量。李晶等[5]在對(duì)生物灰渣對(duì)小白菜生長的影響及對(duì)酸性土壤的改良研究表明,灰渣與化肥的混合施用能明顯增加小白菜的鮮重,顯著提高其產(chǎn)量和葉片的P、K含量,改善小白菜的品質(zhì),明顯提高土壤 pH,補(bǔ)充土壤速效 P、K養(yǎng)分,改良酸性土壤。目前,蔬菜消費(fèi)量日益增加,促使人們長期大量施用化肥,導(dǎo)致菜園土壤質(zhì)量下降,主要表現(xiàn)為養(yǎng)分失調(diào)、酸化嚴(yán)重、微生物多樣性下降等現(xiàn)象;同時(shí)菜園土壤種植結(jié)構(gòu)單一,復(fù)種指數(shù)高,土壤經(jīng)常翻耕易破壞土壤團(tuán)聚體,加劇了菜園土壤的退化過程。因此,本文以菜園退化紫色土為研究對(duì)象,研究了鋸木灰渣對(duì)退化紫色土改良效果,并從土壤生物角度,進(jìn)一步分析了鋸木灰渣對(duì)土壤微生物群落及微生物生物量碳、氮的影響,以期為菜園退化土壤養(yǎng)分和酸化的修復(fù)提供合理措施,同時(shí)實(shí)現(xiàn)循環(huán)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
供試生物質(zhì)灰渣為鋸木灰渣,于2013年在重慶生息節(jié)能公司采集。通過從工廠以及農(nóng)戶中收集的鋸木生物質(zhì)經(jīng)粉碎、篩分后,放入鍋爐中在800~900℃下焚燒,所產(chǎn)生的副產(chǎn)品即本試驗(yàn)所需的生物質(zhì)灰渣(pH 12.8,N 0.78 g kg-1,P2O55.99 g kg-1,K2O 24.9 g kg-1,MgO 17.4 g kg-1,CaO 15.7 g kg-1,F(xiàn)e 14.3 g kg-1,Cu 0.19 g kg-1,Zn 0.20 g kg-1,Mn 1.5 g kg-1)。
研究區(qū)位于重慶九龍坡區(qū)白市驛鎮(zhèn)蔬菜基地,白市驛鎮(zhèn)是重慶“主城西拓”即西部新城建設(shè)的重點(diǎn)區(qū)域,屬典型的亞熱帶濕潤季風(fēng)型氣候區(qū)。1997年之前,重慶市九龍坡區(qū)白市驛鎮(zhèn)主要種植水稻、玉米等糧食作物。在1997年之后,該地區(qū)慢慢地向蔬菜種植方向發(fā)展,至今已有了較大面積范圍的蔬菜基地。重慶市九龍坡區(qū)的土壤為灰棕紫泥土。該地區(qū)的土壤主要用于種植蔬菜,同時(shí)蔬菜在一年種植4~6季,復(fù)種指數(shù)達(dá)到400%~600%,比種植糧食的復(fù)種指數(shù)高很多。由于長期種植蔬菜,集約化程度高,大量的使用化肥,導(dǎo)致土壤酸化嚴(yán)重,板結(jié)、活土層變淺等問題,亟需尋求方便、快捷解決此問題的方案。
在重慶市九龍坡區(qū)白市驛選取地帶養(yǎng)分差異較小的田塊(pH4.5,有機(jī)質(zhì)26.9 g kg-1,堿解氮134.4 mg kg-1,有效磷132.8 mg kg-1,速效鉀171.5 mg kg-1),試驗(yàn)設(shè)7個(gè)處理,每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積為4×5 m2,每個(gè)小區(qū)分別按0、3 000、6 000、9 000、12 000、15 000、18 000 kg hm-2添加生物質(zhì)灰渣,標(biāo)記為A0、A200、A400、A600、A800、A1000、A1200,每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù),按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。
試驗(yàn)于2013年4月開始,施用1 500 kg hm-2的有機(jī)肥(雞糞),7 d后,通過撒施的方式,一次性施入鋸木灰渣,于機(jī)械翻耕使鋸木灰渣與土壤混勻后3 d,種植蔬菜(飄兒白),每季作物種植期間按當(dāng)?shù)氐姆绞竭M(jìn)行田間管理并根據(jù)當(dāng)?shù)氐某R?guī)施肥量,其中底肥施用450 kg hm-2的NPK復(fù)合肥(N-P2O5- K2O:15-15-15,總養(yǎng)分≥45%),追施300 kg hm-2的NPK復(fù)合肥(N-P2O5- K2O:22-9-9,總養(yǎng)分≥40%)。大田試驗(yàn)共種植5季蔬菜(飄兒白),分別于蔬菜收獲后的2013年5月18日、8月14日、10月31日、12月20日、2014年3月24日(分別標(biāo)記為T1、T2、T3、T4、T5)記錄蔬菜產(chǎn)量,并采集了最后一季0~20 cm和20~40 cm土樣,每個(gè)小區(qū)采集5點(diǎn)(梅花形布點(diǎn)),將5點(diǎn)土樣均勻混合成一個(gè)樣品,取部分土樣置于放了冰袋的保溫箱中運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室,并置于4℃冰箱保存用于測(cè)定微生物數(shù)量和微生物生物量碳、氮指標(biāo),另一部分在室內(nèi)剔除石礫、肉眼可見的植物殘?bào)w及根系等雜質(zhì)后,經(jīng)自然風(fēng)干后測(cè)定土壤的基本理化性質(zhì)等指標(biāo)。
土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定:土壤全氮采用H2SO4-H2O2消煮―蒸餾滴定法測(cè)定;土壤全磷采用H2SO4-H2O2消煮―釩鉬黃比色法測(cè)定;土壤全鉀采用H2SO4-H2O2消煮―火焰光度計(jì)法測(cè)定;土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;土壤有效磷采用pH8.5,0.5 mol L-1NaHCO3浸提―鉬藍(lán)比色法測(cè)定;土壤速效鉀采用pH 7,1 mol L-1醋酸銨浸提―火焰光度計(jì)法測(cè)定;土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定;土壤活性酸采用電位法測(cè)定(水土比1︰1);土壤潛在酸采用中性1 mol L-1KCl淋洗,0.1 mol L-1HCl標(biāo)準(zhǔn)液滴定法測(cè)定,具體測(cè)定步驟參見文獻(xiàn)[14]。
微生物數(shù)量測(cè)定:土壤微生物種類豐富,主要有細(xì)菌、真菌及放線菌等。細(xì)菌采用牛肉汁蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基平板混菌法培養(yǎng)測(cè)定;真菌采用馬丁氏瓊脂培養(yǎng)基平板混菌法培養(yǎng)測(cè)定;放線菌采用高氏1號(hào)瓊脂培養(yǎng)基平板混菌法培養(yǎng)測(cè)定。
土壤微生物生物量碳、氮測(cè)定:采用氯仿熏蒸直接提取法,其中土壤微生物C用重鉻酸鉀-硫酸消煮―硫酸亞鐵滴定法,N用過硫酸鉀消煮―比色法,利用熏蒸和未熏蒸土壤提取的有機(jī)碳、全氮含量之差分別乘以系數(shù)0.38(微生物生物量碳)、0.45(微生物生物量氮),求得土壤微生物生物量碳、氮。
圖1 不同鋸木灰渣施用量下各季蔬菜產(chǎn)量箱式圖Fig. 1 Yield of vegetable relative to application rate of the ash
數(shù)據(jù)處理和作圖采用Excel 2010、SPSS18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,不同處理之間差異采用One-Way ANOVA進(jìn)行比較(LSD法,p<0.05)。
鋸木灰渣施用能顯著提高各季蔬菜產(chǎn)量,如圖1所示,隨著鋸木灰渣施用量的增加,蔬菜產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)。其中鋸木灰渣施用量15 000和18 000 kg hm-2(A1000和A1200)處理的蔬菜產(chǎn)量均值分別為15 417和16 996 kg hm-2,顯著高于其他處理,較未施用鋸木灰渣(A0)處理分別顯著提高了66.6%~95.0%和76.1%~121.9%(p<0.05)。從五季蔬菜產(chǎn)量的離散程度可以看出,A1200處理的蔬菜產(chǎn)量在上下四分位數(shù)之間箱體最長,數(shù)據(jù)分布也較為分散,而其他鋸木灰渣施用量處理的數(shù)據(jù)分布較為集中,可見鋸木灰渣的高施用量對(duì)于各季蔬菜產(chǎn)量間的提升效果較為明顯。
圖2 不同鋸木灰渣施用量下土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化Fig. 2 Content of soil organic matter in the soil relative to application rate of the ash
鋸木灰渣施用對(duì)有機(jī)質(zhì)含量的影響如圖2所示。與對(duì)照A0(0 kg hm-2)相比,鋸木灰渣的施用能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,且表層(0~20 cm)土壤的有機(jī)質(zhì)含量平均較亞表層(20~40 cm)高出0.16~5.82 g kg-1,其中A800和A1000處理的表層和亞表層的土壤有機(jī)質(zhì)含量相差不大,而其他處理的差值超過了3 g kg-1。在0~20 cm土層中,鋸木灰渣的施用能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,其中A1200處理的有機(jī)質(zhì)含量最高(36.30 g kg-1),較A0處理顯著增加了9.39 g kg-1,而其他處理間差異不顯著。在20~40 cm土層中,各處理的有機(jī)質(zhì)含量為A1200>A1000>A800>A600>A200>A0>A400,但各處理間差異不顯著??傮w上,高量的鋸木灰渣施用較中低量的對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的提升效果較佳。
鋸木灰渣施用對(duì)退化紫色菜園土pH的影響如圖3所示。鋸木灰渣施用可以提高土壤表層(0~20 cm)及亞表層(20~40 cm)pH,且亞表層土壤的pH均高于表層土壤。在0~20 cm土層中,除A600處理外,其他鋸木灰渣處理的土壤pH較A0處理(5.01)顯著提高了0.97~1.11個(gè)單位(p<0.05),其中A1200處理的表層土壤pH最大,為6.12;在20~40 cm土層中,各鋸木灰渣處理的土壤pH較A0處理(5.19)均顯著提高了0.90~1.33個(gè)單位(p<0.05);可見施用鋸木灰渣可以有效提高土壤pH。
圖3 不同鋸木灰渣施用量下土壤pH的變化Fig. 3 Soil pH in the soil relative to application rate of the ash
鋸木灰渣施用對(duì)退化紫色菜園土交換性H+、Al3+的影響如圖4所示。土壤中交換性H+和Al3+可以反映出土壤酸化程度。如圖4a所示,在0~20 cm土層中,與對(duì)照A0相比,鋸木灰渣處理的土壤中交換性H+、Al3+均顯著下降,其中A1000處理的交換性H+、Al3+總量最低,僅0.83 cmol kg-1,其次為A800(0.87 cmol kg-1)和A1200(1.02 cmol kg-1)處理。鋁的活化和釋放是酸性土壤緩沖酸化的主要途徑,與此同時(shí)溶解態(tài)鋁的增加對(duì)陸地和水生生物造成潛在傷害。本試驗(yàn)中,隨著鋸木灰渣施用量的增加,0~20 cm土層的交換性Al3+含量較A0處理呈顯著的下降趨勢(shì),其中A1000處理的交換性Al3+含量最低,僅為0.63 cmol kg-1,較對(duì)照A0顯著下降了0.88 cmol kg-1,可見鋸木灰渣高施用量處理可以有效地降低鋁害,提高土壤pH;但過高的鋸木灰渣施用量(A1200)處理的0~20 cm土層的交換性Al3+含量達(dá)0.90 cmol kg-1,較A1000處理顯著提高了0.27 cmol kg-1,可見過高的施用量,降低鋁害的效果反而下降。
圖4 不同鋸木灰渣施用量下表層土壤(a)和亞表層土壤(b)中交換性H+、Al3+的變化Fig. 4 Contents of exchangeable H+ and Al3+ in the surface layer (a) and subsurface layer (b) of the soil relative to application rate of the ash
如圖4b所示,在20~40 cm土層中,鋸木灰渣處理能顯著降低土壤交換性H+、Al3+總量,各處理交換性H+、Al3+總量表現(xiàn)為A800<A1000<A1200<A 600<A200<A400<A0,較A0處理分別下降了1.06、1.04、1.00、0.88、0.87、0.71 cmol kg-1。對(duì)于土壤交換性Al3+而言,鋸木灰渣施用仍可以降低鋁害,其中A800和A1000處理效果較好,分別較A0顯著下降了1.04和1.01 cmol kg-1。
鋸木灰渣施用對(duì)退化紫色菜園土有效養(yǎng)分的影響如圖5所示。與A0處理相比,除A800處理顯著提高了土壤堿解氮含量外,其他施用量處理的堿解氮下降了3.1~10.4 mg kg-1,但無顯著差異。對(duì)土壤有效磷而言,鋸木灰渣還田1年后,僅A1200處理的土壤有效磷較A0處理增加了8.5 mg kg-1,其他處理則顯著下降。鋸木灰渣的施用能顯著提高土壤速效鉀含量,且隨著施用量的增加呈增加趨勢(shì),其中A1200處理的土壤有效磷含量最高,為164.3 mg kg-1,其次為A1000處理(148.9 mg kg-1),均分別較A0處理顯著提高了55.3和39.9 mg kg-1。
圖5 不同鋸木灰渣施用量下表層土壤有效養(yǎng)分含量的變化Fig. 5 Content of available nutrients in the surface layer of the soil relative to application rate of the ash
鋸木灰渣施用對(duì)退化紫色菜園土微生物群落的影響如表1所示。由表1可見,無論在表層土壤(0~20 cm)還是亞表層土壤(20~40 cm)中,細(xì)菌的總數(shù)量在土壤三大類菌的種群數(shù)量分布最多,其次為真菌和放線菌;同時(shí)表層土壤的三大類菌的種群數(shù)量高于亞表層土壤。對(duì)土壤細(xì)菌而言,隨著鋸木灰渣施用量的增加,0~20 cm土層的細(xì)菌數(shù)量呈先增加后減少的趨勢(shì),其中中等施用量(A600和A800)處理的細(xì)菌數(shù)量較高,分別較對(duì)照A0顯著提高了238%和283%(p<0.05),其次為高等施用量處理(A1000和A1200)。各鋸木灰渣處理較對(duì)照A0能顯著提高真菌數(shù)量,表現(xiàn)為A600>A400>A1200>A1000>A800>A200,其中A1000、A800和A200處理間差異不顯著,且顯著低于其他鋸木灰渣施用量處理。土壤放線菌含量明顯低于細(xì)菌和真菌,所占比例較低,A400和A800處理含量較大,分別較A0顯著提高了70%和58%??傮w上,中量(6 000~12 000 kghm-2)鋸木灰渣處理對(duì)提高土壤三大類菌的種群數(shù)量的效果較佳。
鋸木灰渣施用對(duì)退化紫色菜園土微生物生物量的影響如圖6所示。土壤微生物生物量是土壤中的活性營養(yǎng)庫,調(diào)控著土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化循環(huán)及有效性。隨著鋸木灰渣施用量的增加,土壤微生物生物量碳(SMBC)呈先增加后減少的趨勢(shì),其中A600和A800處理的SMBC含量明顯高于其他處理,分別較A0處理顯著提高了78.7%和70.4%(p<0.05),而其他處理(除A400外)的SMBC均顯著下降了23.7%~35.2%。與A0處理相比,鋸木灰渣處理顯著提高了土壤微生物生物量氮(SMBN)含量,其中A1200處理的SMBN含量最大(40.54 m gkg-1),其次為A600處理(34.32mg kg-1)。通過計(jì)算微生物碳氮比發(fā)現(xiàn),各處理的微生物生物量碳氮比表現(xiàn)為A0(19.09)>A800(12.80)>A600(10.44)>A400(9.81)>A200(7.45)>A1000(4.18)>A1200(3.78)。
表1 不同鋸木灰渣施用量下土壤三大類菌的種群數(shù)量Table 1 Populations of the three major groups of soil microbes in the soil relative to application rate of the ash
圖6 不同鋸木灰渣施用量下表層土壤微生物生物量的變化Fig. 6 Biomass of soil microbes in the soil relative to application rate of the ash
鋸木灰渣是植株莖部在高溫(800~900 ℃)下焚燒所得生物質(zhì)灰渣[10],富含磷、鉀等礦質(zhì)元素,灰渣的應(yīng)用不僅能促進(jìn)作物生長,減少病害發(fā)生,而且因其呈堿性,施入土壤后能調(diào)節(jié)土壤酸堿度,增加硝態(tài)氮含量,補(bǔ)給微量元素,提高土壤肥力,使蔬菜持續(xù)高產(chǎn)。本研究中,鋸木灰渣較對(duì)照A 0能顯著提高蔬菜產(chǎn)量,且隨著鋸木灰渣施用量的增加,各處理的產(chǎn)量呈增加趨勢(shì),這與陳龍等[13]研究結(jié)果類似。這是因?yàn)槌蕢A性的鋸木灰渣施入土壤后,提高了土壤的pH(圖3),同時(shí)鋸木灰渣中富含作物生長所需的P、K等營養(yǎng)元素,最終提高蔬菜產(chǎn)量。土壤有機(jī)質(zhì)是衡量土壤肥力高低的重要指標(biāo)之一,它能改善土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)過程的條件,提高土壤的吸收性能和緩沖性能。本試驗(yàn)條件下,鋸木灰渣的施用能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,尤其是大量施用鋸木灰渣能有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,這是因?yàn)殇從净以哂锌紫抖却?、比表面積大等特點(diǎn),施入土壤后,表面大量的含氧官能團(tuán)如羧基和酚羥基等,以陰離子形態(tài)存在,增強(qiáng)了對(duì)土壤養(yǎng)分離子的保持,促進(jìn)了土壤團(tuán)粒的形成,使之在調(diào)整土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤有機(jī)質(zhì)含量方面有重要的作用[15];同時(shí)鋸木灰渣施入土壤后,有助于增加土壤細(xì)菌、真菌和放線菌三大類菌的種群數(shù)量(表1),促進(jìn)腐殖化過程,提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。隨著鋸木灰渣施用量的增加,其中的礦質(zhì)營養(yǎng)大部分被植物吸收利用后,剩余的鋸木灰渣會(huì)繼續(xù)改善土壤結(jié)構(gòu),促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的形成。
我國土壤酸化問題較為嚴(yán)重,而由土壤酸化所引發(fā)的鹽基離子淋失、有毒重金屬活化、活性鋁溶出等一系列問題,會(huì)嚴(yán)重影響土壤安全、植物生長和人體健康;特別是土壤酸化后,氫離子會(huì)與土壤膠體上的鹽基離子交換,導(dǎo)致營養(yǎng)元素大量流失,引起土壤肥力下降,嚴(yán)重影響作物生長,不利于可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)平衡[4]。鋸木灰渣的強(qiáng)堿性及其豐富的堿金屬、微量元素,使其可以作為酸性土壤的改良劑。本研究中,亞表層的pH較表層土壤的高,這是因?yàn)楸韺油寥澜?jīng)撒施鋸木灰渣后,采用了翻耕操作,有助于表層和亞表層土壤混合,但土壤的酸化大部分是由于施肥引起的,而追施的化肥大多數(shù)只針對(duì)于土壤的耕作層,即0~20 cm土層范圍內(nèi),20~40 cm土層位于耕作層(0~20 cm)下方,致使大量化肥無法到達(dá)該層次(亞表層,20~40 cm),從而亞表層土壤的pH高于表層。但鋸木灰渣的施用均可以有效提高土壤表層和亞表層的pH,且隨著施用量的增加,pH也隨之上升,這與大多的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)殇從净以泻袎A性物質(zhì),一方面能中和酸性土壤,提高土壤pH;另一方面一些大分子物質(zhì)可與各種陰、陽離子結(jié)合生成鹽,從而形成了相互轉(zhuǎn)化的緩沖體系,調(diào)節(jié)和穩(wěn)定了土壤pH,減緩了土壤酸化[16],主要表現(xiàn)在土壤交換性酸含量的降低(圖4)。土壤交換性酸主要是由交換性H+、Al3+等決定的,是土壤緩沖體系的總酸容量[17],Saarsalmi等[18-19]研究表明生物質(zhì)灰渣因其含有鈣、鎂和鉀氧化物、氫氧化物、碳酸鹽,這些含氧官能團(tuán)能與鋁形成穩(wěn)定的配(鰲)合物,使土壤交換性鋁轉(zhuǎn)化為活性較低的有機(jī)絡(luò)合態(tài)鋁,使其對(duì)酸性土壤具有強(qiáng)烈的中和作用。本試驗(yàn)施用的生物質(zhì)灰渣鋸木灰渣富含鈣、鎂和鉀氧化物(K2O 24.9 g kg-1,MgO 17.4 g kg-1,CaO 15.7 g kg-1),較水稻灰、谷殼灰和玉米灰含量高2~3倍[10],因此隨著鋸木灰渣施用量的增加,可供酸性土壤中和作用的堿性物質(zhì)越多,對(duì)土壤酸化的改善效果越佳,但是過高鋸木灰渣施用量(18 000 kg hm-2)對(duì)于降低土壤中交換性H+、Al3+效果低于中低灰渣施用量,可見雖然鋸木灰渣具有疏松多孔、強(qiáng)堿性的特征,但對(duì)于土壤中交換性H+、Al3+的中和存在一定的飽和性。
土壤有效養(yǎng)分是作物生長直接吸收利用的重要營養(yǎng)成分。有研究表明,土壤改良劑不僅可以調(diào)節(jié)土壤酸度,還可以提高土壤中有效磷和速效鉀含量,降低堿解氮含量[20-21]。本研究中,鋸木灰渣不同施用量降低了堿解氮的含量,但影響并不明顯,而對(duì)土壤有效磷和速效鉀的影響較為明顯。黃容等[11]對(duì)生物質(zhì)灰渣與化肥混合對(duì)氨揮發(fā)的影響研究表明,鋸木灰渣與化肥特別是尿素混合施用時(shí),會(huì)增加氨的揮發(fā)速率;同時(shí)鋸木灰渣是多年生木本植物莖部焚燒所得,pH(12.8)較高,在相同NH4+-N水平下,pH每升高一個(gè)單位,氨揮發(fā)量增加10倍[22]。因此與對(duì)照A0相比,鋸木灰渣施用降低了堿解氮含量,一方面是因?yàn)閴A性鋸木灰渣的施用,通過與尿素的配施增加了氨的揮發(fā),減少了堿解氮的部分來源;另一方面鋸木灰渣處理的葉菜類的蔬菜產(chǎn)量較高,相應(yīng)的吸收土壤氮素也高。有研究表明,鋸木灰渣對(duì)磷的吸附量和吸附率較高,其中吸附率最高可達(dá)97.7%[12],故在呈強(qiáng)堿性的鋸木灰渣施入土壤后,一方面活化了難溶性的鐵磷和鋁磷,減少了磷的固定,提高了土壤中水溶性磷的含量;另一方面,鋸木灰渣的施入增加了土壤磷的含量,而且通過鋸木灰渣吸附作用,提高了磷的有效性[15]。但是隨著種植時(shí)間的增加,被鋸木灰渣活化的有效磷被作物吸收利用,同時(shí)當(dāng)含鈣離子高的生物質(zhì)灰渣施入土壤后會(huì)與磷形成鈣磷,從而減少有效磷含量[8],而高量的鋸木灰渣因其自身的磷含量高,補(bǔ)充了土壤的磷庫資源[23]。因此,本研究中鋸木灰渣還田1年后,除施用過高量的鋸木灰渣處理外,其他鋸木灰渣處理的有效磷含量均低于對(duì)照。對(duì)于速效鉀而言,由于鋸木灰渣的施用提高了土壤pH,土壤中交換性Al3+含量降低,從而增強(qiáng)了鉀對(duì)吸附位點(diǎn)的競爭能力,減少了礦質(zhì)鉀的釋放,從而減少了鉀的淋失,促進(jìn)鉀轉(zhuǎn)化為可被作物吸收利用的速效鉀[24]。
土壤微生物作為土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分循環(huán)的主要驅(qū)動(dòng)者,對(duì)養(yǎng)分的有效性以及土壤質(zhì)量有重要的作用[25-26]。菜地土壤復(fù)種指數(shù)高,加上長期連作、施肥,導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降、作物減產(chǎn)等連作障礙發(fā)生[27],微生物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要部分,其群落結(jié)構(gòu)以及生態(tài)功能多樣性已成為連作障礙和土壤肥力的重要指標(biāo)之一[28-29]。本試驗(yàn)中,鋸木灰渣自身的疏松多孔的結(jié)構(gòu),較對(duì)照A0增加了微生物的棲息生存空間,同時(shí)提供了營養(yǎng)物質(zhì),增強(qiáng)了微生物活性,因此鋸木灰渣處理的土壤微生物數(shù)量高于對(duì)照;無論是在表層土壤(0~20 cm)還是在亞表層土壤(20~40 cm)中,細(xì)菌的總數(shù)量在土壤三大類菌的種群數(shù)量分布最多,其次為真菌和放線菌,這與大多數(shù)的研究結(jié)果相一致[30-32],且表層土壤的三大類菌含量一般高于亞表層[33],因表層土壤較亞表層土壤有充足的營養(yǎng)源,水熱與同期狀況較好,有利于微生物的生長和繁殖[34]。
土壤微生物生物量碳(SMBC)作為土壤碳庫中最活躍的部分,是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一[35];土壤微生物生物量氮(SMBN)是土壤有機(jī)氮的重要組成部分,雖然含量少,卻是碳、氮循環(huán)中不可缺少的部分[36-37]。因此,土壤微生物生物量對(duì)養(yǎng)分的供應(yīng)與轉(zhuǎn)化起重要作用,可以用于表征土壤微生物對(duì)鋸木灰渣響應(yīng)的情況。本研究表明添加鋸木灰渣能顯著增加SMBN,但是僅中量鋸木灰渣施用量(9 000~12 000 kg hm-2)顯著增加了SMBC。這是因?yàn)橹辛夸從净以幚淼耐寥牢⑸锘钚暂^高(表1),在同等碳庫的情況下,微生物對(duì)碳的同化量增加,從而顯著提高了SMBC。與SMBC不同的是,在施用同等氮肥的情況下,隨著鋸木灰渣施用量的增加,SMBN呈增加趨勢(shì),這是由于鋸木灰渣施入土壤后,一方面為微生物提供了部分氮源和增加了有機(jī)碳源的數(shù)量,通過相關(guān)性分析可知,SMBN與土壤有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p=0.040<0.05,r=0.776),從而增強(qiáng)了微生物活性,促進(jìn)了SMBN累積;另一方面鋸木灰渣比表面積大,孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),表面大量的Si-O-Si鍵與水作用后,使顆粒表面產(chǎn)生大量的羥基而顯示出親水性,這種高的水分滲透性提高了鋸木灰渣的持水性能,使之在調(diào)整土壤結(jié)構(gòu)、提高保水保肥性能方面有重要的作用吸水能力較強(qiáng)[10],在一定程度上減少了養(yǎng)分隨水流失;有研究表明,土壤微生物生物量碳氮比的高低可以反映土壤氮素供應(yīng)能力,微生物碳氮比較小時(shí)土壤氮素具有較高的生物有效性[38],因此隨著鋸木灰渣施用量的增加,SMBN呈增加趨勢(shì),其中A1200處理的SMBN含量最高。
鋸木灰渣的施用能顯著提高蔬菜產(chǎn)量,隨著施用量的增加,產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)。鋸木灰渣還田一年后,15 000~18 000 kg hm-2的鋸木灰渣施用量對(duì)表層土壤(0~20 cm)有機(jī)質(zhì)的提升效果較佳;鋸木灰渣呈堿性,與對(duì)照相比,經(jīng)鋸木灰渣處理的表層和亞表層土壤pH均提高,鋸木灰渣提高土壤pH
主要體現(xiàn)在降低了土壤交換性Al3+含量(鋁害),但過高的施用量(18 000 kg hm-2),降低表層土壤鋁害的效果反而下降;此外,12 000~15 000 kg hm-2的鋸木灰渣施用量對(duì)土壤堿解氮和速效鉀的提升效果較佳,18 000 kg hm-2的鋸木灰渣處理的有效磷含量最大。中量(9 000~12 000 kg hm-2)鋸木灰渣處理對(duì)提高土壤三大類菌的種群數(shù)量、微生物生物量碳的效果較佳。綜上,鋸木灰渣施用量為12 000~15 000 kg hm-2時(shí)對(duì)退化紫色土的改良效果較好。
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