不同有機(jī)物投入對(duì)新墾耕地紅壤肥力及蔬菜生長(zhǎng)的影響

沈建國(guó), 王 忠, 李 丹, 朱徐燕, 謝國(guó)雄, 樓 玲

(1.杭州市余杭區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)與植物保護(hù)管理總站, 浙江 杭州 311100;2.杭州市植保土肥總站, 浙江 杭州 310020; 3.杭州市余杭區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心, 浙江 杭州 311100)

耕地是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可替代的最基本生產(chǎn)資料。中國(guó)人多地少，以約占7%的耕地養(yǎng)活了約占全球20%的人口，耕地資源尤為緊缺，耕地對(duì)國(guó)家糧食生產(chǎn)安全、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定的作用和地位不可取代[1]。近幾十年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展、工業(yè)規(guī)模逐步擴(kuò)大和城市化不斷推進(jìn)，中國(guó)對(duì)土地的需求也顯著增加，經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)耕地的占用與國(guó)家糧食安全對(duì)耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量的要求，已經(jīng)成為當(dāng)前中國(guó)耕地保護(hù)的主要矛盾，為了確保耕地占補(bǔ)動(dòng)態(tài)平衡，中國(guó)許多地方進(jìn)行了大面積的補(bǔ)充耕地建設(shè)[2-3]，當(dāng)前人均耕地不足、優(yōu)質(zhì)耕地少、耕地后備資源不斷減少是中國(guó)基本的土地國(guó)情[4]。南方地區(qū)耕地后備資源比較缺乏，以開(kāi)發(fā)利用低丘緩坡資源為主的土地開(kāi)發(fā)整理成為補(bǔ)充耕地的主要途徑之一[5]。由于地形地貌、坡度、母質(zhì)類(lèi)型、客土來(lái)源等因素，使得建成的新墾山地土壤肥力不平衡，基礎(chǔ)肥力差，養(yǎng)分含量低，必須進(jìn)行土壤培肥改良，才能滿足作物生長(zhǎng)需求[6-7]。中國(guó)學(xué)者對(duì)有機(jī)物投入在耕地土壤培肥效果方面做了大量的研究[8-10]，但絕大多數(shù)研究是針對(duì)水田、旱地土壤的，對(duì)于新墾耕地的有機(jī)物土壤培肥方面研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，以杭州市余杭區(qū)瓶窯鎮(zhèn)南山村2012—2013年建成的新墾山地為研究對(duì)象，在蔬菜種植模式下開(kāi)展連續(xù)3 a的定位試驗(yàn)，比較不同有機(jī)物對(duì)新墾耕地紅壤肥力和作物生長(zhǎng)的影響，為開(kāi)展新墾耕地培肥改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

(1) 供試土壤。試驗(yàn)地點(diǎn)安排在杭州市余杭區(qū)瓶窯鎮(zhèn)南山村2012—2013年建成的新墾山地生產(chǎn)基地內(nèi)(119°56′13″E，30°23′39″N)，供試土壤為黃泥砂土[11]，屬紅壤土類(lèi)、黃紅壤亞類(lèi)，質(zhì)地偏砂，土壤肥力較差，試驗(yàn)前土壤理化性狀詳見(jiàn)表1。

表1 研究區(qū)供試土壤理化性狀

(2) 供試有機(jī)物。供試商品有機(jī)肥為杭州綠寶有機(jī)肥有限公司生產(chǎn)的以畜禽糞便為主要原料的精制有機(jī)肥，食用菌廢渣為杭州鑫瓏錦生物科技有限公司提供的秀珍菇菌渣，水稻秸稈為杭州滿元農(nóng)業(yè)科技有限公司提供的常規(guī)晚稻秸稈，其養(yǎng)分含量見(jiàn)表2。

表2 研究區(qū)供試有機(jī)物養(yǎng)分含量 %

(3) 供試化肥。供試尿素(N 46.4%)由靈谷化工有限公司生產(chǎn)；復(fù)合肥(N 18%，P2O518%，K2O 18%)由中國(guó)—阿拉伯化肥有限公司生產(chǎn)。

(4) 供試作物。供試作物為青菜，品種為冬春22青梗菜，種子由福州科翔種業(yè)有限公司提供，然后采用基質(zhì)穴盤(pán)育苗，定植密度為20 cm×10 cm，第一季4月上旬定植，5月上旬收獲，第二季6月上旬定植，7月上旬收獲，第三季10月上旬移栽，10月下旬收獲。

1.2 試驗(yàn)方法

在一年三熟蔬菜種植模式下，以不同有機(jī)物為因素，連續(xù)3 a開(kāi)展新墾紅壤土壤培肥效果定位對(duì)比試驗(yàn)，設(shè)4個(gè)處理，3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積48 m2，小區(qū)之間用預(yù)制五孔板埋深40 cm進(jìn)行隔離，各小區(qū)隨機(jī)排列。T1(CK)無(wú)任何有機(jī)物投入，T2每年投入商品有機(jī)肥22 500 kg/hm2，T3每年投入食用菌廢渣22 500 kg/hm2，T4每年投入水稻秸稈7 500 kg/hm2。商品有機(jī)肥、食用菌廢渣和水稻秸稈(經(jīng)粉碎)每年一次性投入，在第一茬青菜移栽前結(jié)合翻耕施入。除處理內(nèi)容外，各處理的化肥用量一致，施用量為：每季青菜，基施復(fù)合肥375 kg/hm2，3葉心時(shí)施尿素150 kg/hm2。試驗(yàn)連續(xù)實(shí)施3 a(2015—2017年)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

于試驗(yàn)前后按照“梅花型”布點(diǎn)，分別采集各小區(qū)耕層土壤樣品，采用常規(guī)分析方法測(cè)定土壤容重、pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀等土壤養(yǎng)分指標(biāo)。具體測(cè)定方法為：容重采用環(huán)刀法測(cè)定；pH值采用氧化還原電位法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化—容量法測(cè)定；全氮含量采用濃硫酸消煮—半微量凱式法測(cè)定；有效磷采用鹽酸—氟化銨提取—鉬銻抗比色法(Bray法)測(cè)定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提—火焰光度法測(cè)定[12]。在試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)各小區(qū)每季青菜進(jìn)行測(cè)產(chǎn)。其中對(duì)2017年第一茬青菜生長(zhǎng)后期對(duì)各小區(qū)抽苔情況進(jìn)行了田間調(diào)查記錄。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤肥力變化動(dòng)態(tài)

土壤肥力是指土壤為植物生長(zhǎng)供應(yīng)和協(xié)調(diào)養(yǎng)分、水分、空氣和熱量的能力，是土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的綜合反應(yīng)[13]。從影響當(dāng)?shù)匦聣t壤肥力的主要因素出發(fā)，選取土壤容重、pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀這6個(gè)土壤養(yǎng)分指標(biāo)，將各處理試驗(yàn)前后土壤肥力狀況進(jìn)行比較，由圖1可知，通過(guò)連續(xù)3 a的土壤培肥，T1(CK)，T2，T3，T4各主要肥力指標(biāo)均發(fā)生了顯著變化。其中容重分別下降0.03，0.21，0.17，0.15 g/cm3，pH值分別下降0.44，0.35，0.42，0.52，有機(jī)質(zhì)含量分別提高2.50，10.40，10.50，4.50 g/kg，全氮含量分別提高0.04，0.20，0.10，0.16 g/kg，有效磷含量分別提高74.50，191.00，104.30，87.60 mg/kg，速效鉀含量分別提高12.00，68.30，47.40，17.00 mg/kg。

總體而言，該6項(xiàng)肥力指標(biāo)中，pH值呈負(fù)向變化，且變化幅度依次為T(mén)4>T1(CK)>T3>T2，其余5項(xiàng)肥力指標(biāo)均呈正向變化，變化幅度依次為T(mén)2>T3>T4>T1(CK)。單從指標(biāo)變化的絕對(duì)值方面分析，T2明顯優(yōu)于其他3個(gè)處理。

注：T1(CK)無(wú)任何有機(jī)物投入； T2每年投入商品有機(jī)肥22 500 kg/hm2； T3每年投入食用菌廢渣22 500 kg/hm2； T4每年投入水稻秸稈7 500 kg/hm2。下同。

圖1試驗(yàn)前后各處理土壤肥力指標(biāo)的比較

2.2 對(duì)土壤肥力變化的影響

3年試驗(yàn)結(jié)束后各處理土壤肥力指標(biāo)比較結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，從5個(gè)正向變化的肥力指標(biāo)的變化上分析，3個(gè)有機(jī)物投入的處理(T2，T3，T4)均較T1(CK)的變化幅度大，其中容重降幅分別高出13.04%，10.58%和8.88%，有機(jī)質(zhì)增幅分別高出93.93%，93.61%和27.92%，全氮增幅分別高出25.09%，8.07 %和15.50%，有效磷增幅分別高出2 583.82%，2 154.66%和1 458.82%，速效鉀增幅分別高出28.31%，17.49%和2.45%；從負(fù)向變化pH值這個(gè)指標(biāo)的變化上分析，唯有T2和T3，分別下降0.35，0.42個(gè)單位，較T1(CK)下降少，而T4下降0.52個(gè)單位，較T1(CK)下降多。由此可見(jiàn)：增施有機(jī)物可使新墾紅壤容重下降，有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量均有提高，且發(fā)酵腐熟有機(jī)物也可有效緩解土壤酸化，未經(jīng)發(fā)酵腐熟水稻秸稈則有進(jìn)一步加重土壤酸化的趨勢(shì)。

2.3 對(duì)蔬菜生育的影響

抽薹是蔬菜從營(yíng)養(yǎng)生產(chǎn)轉(zhuǎn)入生殖生長(zhǎng)的主要標(biāo)志，白菜類(lèi)蔬菜菜薹的形成與肥水豐缺有密切關(guān)系[14]。試驗(yàn)第3 a(2017年)第1季青菜生長(zhǎng)中后期，首次于發(fā)現(xiàn)青菜出現(xiàn)了先期抽薹現(xiàn)象，隨之于定植后第26 d開(kāi)始，以2 d為1個(gè)時(shí)段，分4次對(duì)各處理青菜抽薹情況進(jìn)行調(diào)查。

由圖3可知，第26 d，第28 d，第30 d青菜抽薹率均依次為T(mén)1(CK)>T4>T3>T2，而第32 d青菜抽薹率則發(fā)生變化，表現(xiàn)為T(mén)4>T1(CK)>T3>T2，且彼此之間的差異縮小，趨于一致，可見(jiàn)此時(shí)土壤里大部分的速效養(yǎng)分已經(jīng)消耗，難以維持青菜正常的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)所需，逐漸轉(zhuǎn)入生殖生長(zhǎng)。同時(shí)，從側(cè)面也印證了一個(gè)結(jié)論，即增施有機(jī)物可提高新墾紅壤的保水保肥能力，且表現(xiàn)為T(mén)2>T3>T4。

圖2 不同有機(jī)肥對(duì)土壤肥力指標(biāo)影響

圖3 各處理下青菜抽苔率比較

2.4 對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響

作物產(chǎn)量是土壤肥力的綜合反映，也能表征土壤

培肥改良的效果[15]。表3為各試驗(yàn)小區(qū)的3 a平均青菜年產(chǎn)量。從表3中可知，較T1(CK)相比，T2和T3青菜增產(chǎn)極為顯著，增幅分別達(dá)123.07%和95.85%，且T2與T3之間亦存在極顯著差異；而T4則減產(chǎn)1.95%，但與CK間的差異不顯著。

2.5 對(duì)蔬菜增產(chǎn)效果的影響

由圖4可知，從有機(jī)物投入對(duì)青菜增產(chǎn)效果上分析，3 a間的產(chǎn)量較CK相比，T2增產(chǎn)幅度依次為43.02%，89.82%，222.52%，T3增產(chǎn)幅度依次為33.42%，72.06%，171.25%，T4增產(chǎn)幅度依次為-18.37%，9.38%，0.33%，由此可見(jiàn)：T2和T3的增產(chǎn)效果基本呈倍數(shù)提高，尤以T2表現(xiàn)最為突出，而T4增產(chǎn)效果不顯著，甚至于第1年表現(xiàn)出減產(chǎn)。

表3 各處理小區(qū)青菜年產(chǎn)量 kg/hm2

注：表中數(shù)據(jù)為2015—2017年3 a平均值； “+”，“-”號(hào)分別表示與CK(T1)比較的增加或減少量； 差異顯著性分析欄不同小寫(xiě)字母表示差異顯著。

圖4 各處理青菜產(chǎn)量變化

3 討 論

3.1 水稻秸稈還田對(duì)土壤pH值的影響

本研究過(guò)程中，4個(gè)處理中土壤pH值均呈下降態(tài)勢(shì)，這與中國(guó)南方地區(qū)農(nóng)用地土壤pH值下降[16-21]呈現(xiàn)出了一致性。一般而言，增施有機(jī)物應(yīng)該可以緩解土壤酸化趨勢(shì)，但以水稻秸稈為有機(jī)物的處理實(shí)際表現(xiàn)并未和其他2類(lèi)有機(jī)肥處理一樣緩解土壤酸化，反而加劇了土壤酸化。但高利華等[22]，劉義國(guó)等[23]，袁金華等[24]，勾芒芒等[25]認(rèn)為秸稈還田可降低耕層土壤pH值，這又與其他相關(guān)研究結(jié)果相吻合。

3.2 水稻秸稈還田對(duì)青菜產(chǎn)量的影響

本研究過(guò)程中，投入水稻秸稈的處理青菜產(chǎn)量較T1(CK)相比并無(wú)明顯提高，特別是第1 a還出現(xiàn)減產(chǎn)現(xiàn)象，極可能與秸稈還田產(chǎn)生的負(fù)面影響有關(guān)。已有研究[26-29]認(rèn)為：秸稈施入土壤后，可能會(huì)釋放出一些毒素物質(zhì)，對(duì)作物幼苗生長(zhǎng)有抑制作用，并會(huì)刺激微生物的迅速繁殖，很有可能導(dǎo)致秸稈本身釋放出來(lái)的氮素短期內(nèi)不能滿足作物需求，轉(zhuǎn)而向土壤吸收氮素，形成氮的生物固定，從而影響作物氮素的供應(yīng)。這在一定程度上可以解釋投入水稻秸稈的處理青菜產(chǎn)量同期較CK無(wú)明顯提高的原因所在。

3.3 有機(jī)物投入對(duì)青菜抽薹的影響

本研究過(guò)程出現(xiàn)青菜抽薹現(xiàn)象，是我們難以預(yù)想的，但又從中反映出青菜從營(yíng)養(yǎng)生產(chǎn)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變的一個(gè)重要標(biāo)志，有研究表明這與肥水豐缺密切相關(guān)。而從4個(gè)時(shí)段的監(jiān)測(cè)調(diào)查結(jié)果與分析，抽薹率總體上呈現(xiàn)出T1(CK)>T4>T3>T2，可見(jiàn)增施有機(jī)物料可提升新墾耕地紅壤的保水保肥能力，且提升能力以商品有機(jī)肥>食用菌廢渣>水稻秸稈。

3.4 3種有機(jī)物投入量確定

在本研究過(guò)程中，將水稻秸稈還田量定為7 500 kg/hm2，并未與另外兩種有機(jī)物投入量(22 500 kg/hm2)保持一致。基于以下兩方面的因素考慮：一方面基于不對(duì)新墾耕地質(zhì)量產(chǎn)生較大負(fù)面影響和該縣域范圍內(nèi)新墾耕地土壤培肥改良采用“邊種邊改”原則的前提下，在設(shè)計(jì)上追求新墾耕地穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的前提下，采用不同有機(jī)物的最佳用量，并未刻意保持投入量的一致性；另一方面基于當(dāng)?shù)匦聣ǜ丶t壤的肥力水平和3種有機(jī)物自身的特性確定其投入量，商品有機(jī)肥和食用菌廢渣養(yǎng)分含量接近，其投入量均受土壤污染風(fēng)險(xiǎn)限制，確定22 500 kg/hm2系最佳用量。而水稻秸稈的投入雖在提高土壤總養(yǎng)分和降低土壤污染風(fēng)險(xiǎn)上優(yōu)于前者，但其勢(shì)必會(huì)對(duì)土壤物理性狀影響較大，造成保水保肥能力驟降，導(dǎo)致農(nóng)作物大幅減產(chǎn)，同時(shí)鑒于近年來(lái)雜交水稻秸稈全量還田(10 500～12 000 kg/hm2)導(dǎo)致下茬旱作小麥或油菜出苗率較低影響產(chǎn)量的現(xiàn)象頻發(fā)，故此，以當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)水稻秸稈平均產(chǎn)量為7 500 kg/hm2作為參考，確定水稻秸稈投入量。

4 結(jié) 論

連續(xù)3 a對(duì)商品有機(jī)肥、食用菌廢渣和水稻秸稈等3種不同有機(jī)物投入對(duì)新墾耕地紅壤肥力及蔬菜生長(zhǎng)的影響研究結(jié)果表明，從每年投入商品有機(jī)肥和食用菌廢渣各22 500 kg/hm2，水稻秸稈7 500 kg/hm2對(duì)新墾耕地紅壤肥力及蔬菜生長(zhǎng)所產(chǎn)生影響來(lái)看，在3種有機(jī)物中，商品有機(jī)肥無(wú)論是在土壤培肥方面還是在蔬菜作物生產(chǎn)方面，其均能體現(xiàn)出最佳效果，在土壤肥力方面，較CK增減幅度相比，5個(gè)指標(biāo)呈正向變化上，容重降幅高出13.04%，有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量的增幅分別高出93.93%，25.09%，2 583.82%和28.31%，從負(fù)向變化上pH值僅下降0.35個(gè)單位，降幅最少；在蔬菜生長(zhǎng)方面，青菜抽薹率最低，先后測(cè)定的4個(gè)時(shí)段，分別較T1(CK)低5.73%，7.78%，8.17%，3.50%，3 a間分別較T1(CK)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)43.02%，89.82%，222.52%，同期增幅最大，可作為新墾紅壤地區(qū)施用的外源有機(jī)物之一予以推薦。而食用菌廢渣的效果次之，可作為替代物品，水稻秸稈效果較差。