蔥麥輪作模式下菌渣有機肥與氮肥配施對作物產(chǎn)量、品質(zhì)的影響

馬 征,崔榮宗,宮志遠(yuǎn),譚德水,張柏松,董曉霞,魏建林

(山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 廢棄物基質(zhì)化利用重點實驗室/山東省植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，山東 濟南 250100)

我國是食用菌生產(chǎn)第一大國,據(jù)中國食用菌協(xié)會統(tǒng)計,2016年全國食用菌生產(chǎn)總量達(dá)到了3596.6萬t,產(chǎn)值超過2700億元,占世界總產(chǎn)量的70%～80%。隨著食用菌產(chǎn)量增長，菌渣量也大幅升高,但目前我國食用菌菌渣仍普遍存在隨意堆放或焚燒現(xiàn)象,這不僅造成廢料中養(yǎng)分流失和浪費,還會增加空氣中霉菌孢子和害蟲的數(shù)量,進(jìn)而污染環(huán)境[1-4]。因此,研究菌渣有效的利用不僅可以減少環(huán)境污染、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,更對節(jié)約能源與農(nóng)業(yè)廢棄物高效生態(tài)資源化利用具有長遠(yuǎn)意義。

有研究表明,菌渣中含有豐富營養(yǎng)物質(zhì)及生物活性成分[5],如蛋白質(zhì)、氨基酸、菌類多糖及鐵、鈣、鋅、鎂等微量元素和維生素等,同時,菌渣里殘留著大量的菌絲體,菌絲體在生長發(fā)育過程中會分泌出激素類物質(zhì)和多種酶,這些生物活性物質(zhì)不僅能夠分解復(fù)雜的有機物,抑制部分土傳性病菌,還能促進(jìn)植物生長，改善作物品質(zhì)[6-7]。菌渣經(jīng)合理開發(fā),不僅可以用于食用菌配料二次生產(chǎn),亦可應(yīng)用于動物飼料[8]、栽培基質(zhì)[9-10]、有機肥料以及土壤改良劑等[11],具有較高的利用價值。馮慧翎等[12]研究發(fā)現(xiàn),沙化土壤中添加菌渣能顯著提高土壤有機碳含量和土壤酶活性,對提高植被蓋度、高度、生物量、土壤含水量和降低土壤容重均有顯著效果。毛碧增等[13]將蘑菇菌糠作為栽培基質(zhì),研究發(fā)現(xiàn)可以提高番茄株高、莖粗、根冠比及光合速率。王篤超等[14]研究了不同有機物料對連作大豆土壤養(yǎng)分及生物性狀的影響,發(fā)現(xiàn)菌渣類有機物料抑制正茬大豆田土壤pH值下降的效果比秸稈、牧草等天然有機物料明顯,菌渣等有機肥類物料可顯著提高連作土壤微生物量碳、氮、磷含量,明顯提高連作土壤的呼吸作用。菌渣作為肥料在糧食、蔬菜等作物上施用已有較多的研究,但在蔥麥輪作模式下與氮肥配施的研究還未見報道。因此，筆者利用工廠化金針菇菌渣生產(chǎn)的有機肥在大蔥-小麥上進(jìn)行肥效試驗,進(jìn)一步研究了菌渣有機肥與氮肥不同比例配施對作物生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,旨在為菌渣再利用和化肥減施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與供試土壤

試驗于2014年6月～2015年6月在山東省章丘市縣慶元村進(jìn)行,地理位置為N36°46′39.7″,E117°26′51.3″。試驗地塊為當(dāng)?shù)氐湫投嗄甏笫[小麥輪作種植地塊,土壤類型為褐土,表層質(zhì)地中壤。地勢平坦,地力均勻,水澆條件良好。在大蔥定植前采集耕層土壤樣品,其基本理化性狀:有機質(zhì)16.7 g/kg,堿解氮78.65 mg/kg,有效磷30.56 mg/kg,速效鉀148.0 mg/kg,pH值為7.85。該地區(qū)種植模式為大蔥/冬小麥輪作,大蔥自6月底開始定植,11月底收獲;冬小麥自每年10月上旬種植,至次年6月中下旬收獲;從10月初到11月底,冬小麥與大蔥大約有50 d的共生期。

1.2 供試材料

供試菌渣有機肥由山東省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所研制,有機肥全氮含量2.34%,全磷含量2.07%,全鉀含量1.78%,有機質(zhì)含量58.97%。菌渣有機肥的原料是出過一潮菇的工廠化金針菇菌渣(培養(yǎng)料配方:棉籽殼50%、玉米芯20%、麥麩28%、輕質(zhì)碳酸鈣2%),取自芳綠農(nóng)業(yè)科技有限公司。供試氮肥包括金正大43%控釋尿素(N含量43%)和普通尿素(N含量46%)、重過磷酸鈣(P2O5含量44%)、硫酸鉀(K2O含量50%)。供試大蔥(AlliumfistulosumL.var.giganteamMakino)品種為‘大梧桐’,供試小麥品種為‘濟麥22’。

1.3 試驗設(shè)計

采用大田小區(qū)隨機區(qū)組試驗,試驗設(shè)置7個處理,即:FP(農(nóng)民習(xí)慣施肥)、OPT(優(yōu)化施肥)、MN0(菌渣有機肥+OPT基礎(chǔ)上不施氮肥)、MN140(菌渣有機肥+OPT基礎(chǔ)上氮肥減施50%)、MN280(菌渣有機肥+OPT)、MN420(菌渣有機肥+OPT基礎(chǔ)上氮肥增施50%)、MNc(菌渣有機肥+控釋氮肥)。每個處理重復(fù)3次,小區(qū)面積為3.4 m× 8.8 m=30 m2,每小區(qū)設(shè)4溝蔥種植行。在大蔥種植季，各處理肥料均底施1次,追施3次，其中菌渣有機肥和磷肥做底肥一次性施入,氮肥分4次施用,比例為15∶15∶20∶50,鉀肥4次施用比例為50∶0∶25∶25；2014年6月19日起壟施底肥,6月20日移栽蔥苗,8月12日、8月26日、9月13日結(jié)合培土進(jìn)行追肥,其中MNc處理氮肥分2次施入,基肥為控釋氮肥,追施為普通尿素,比例為50∶50。11月13日大蔥收獲。在小麥種植季，各處理肥料均底施1次,追施1次,其中磷、鉀肥一次性作底肥施入,氮肥分基肥、追肥兩次施用,每次用量50%；MNc處理氮肥為控釋尿素，一次性基施；2014年10月8日結(jié)合平整田畦施入底肥、播種,2015年3月22日結(jié)合澆水撒施追肥,6月8日小麥?zhǔn)斋@。各處理的具體施肥量見表1。

表1 試驗方案及施肥量 kg/hm2

1.4 樣品采集與測定方法

在大蔥種植前和小麥?zhǔn)斋@后按五點法取0～30 cm土層土樣進(jìn)行混合,在自然條件下風(fēng)干,研磨過2 mm尼龍篩備用,測定土壤基本理化性質(zhì)。在大蔥收獲時取小區(qū)中間兩壟代表性樣段整株蔥鮮樣10株,進(jìn)行生育性狀調(diào)查及品質(zhì)分析。

土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-濃硫酸油浴法[15]測定。大蔥生物性狀調(diào)查指標(biāo)包括株高、莖粗、蔥白(假莖)長,品質(zhì)指標(biāo)中可溶性固形物含量采用奧利龍0%～20%手持糖度計測定，維生素C含量采用2,6-二氯靛酚滴定法[16]測定，硝酸鹽含量采用紫外分光光度法[17]測定。大蔥、小麥產(chǎn)量按小區(qū)實收計算。氮肥偏生產(chǎn)力(Partial factor productivity from applied N,PFPN)指單位投入的肥料氮所能生產(chǎn)的作物產(chǎn)量,其計算公式[18]為:PFPN=Y/F，其中Y為施氮后所獲得的產(chǎn)量,F代表氮肥的投入量。

氮肥農(nóng)學(xué)效率(Agronomy efficiency from applied N,AEN)(kg/kg)=(施肥區(qū)大蔥產(chǎn)量-減素處理區(qū)大蔥產(chǎn)量)/施肥量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)計算;采用DPS統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌渣有機肥與氮肥配施對大蔥農(nóng)藝性狀的影響

從表2可知,隨著施氮量的增加，大蔥的株高和假莖長均呈逐漸增加趨勢,各處理大蔥的株高較不施氮處理(MN0)增加了2.14%～10.89%,其中MN280、MN420和MNc處理的株高顯著高于MN0處理;各處理大蔥的假莖長較MN0增加了5.56%～24.37%,其中MN280處理的假莖長顯著高于MN0處理,而在其他各處理間無顯著差異(P>0.05)。各處理大蔥的假莖直徑雖無顯著差異,但隨著施肥量的增加,假莖直徑出現(xiàn)下降趨勢,其中MN420處理的假莖直徑較MN0降低了6%。

表2 不同施肥處理對大蔥收獲期農(nóng)藝性狀的影響

2.2 菌渣有機肥與氮肥配施對大蔥產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

從表3可知,各處理大蔥產(chǎn)量在56322.22 kg/hm2到64833.33 kg/hm2之間,大蔥產(chǎn)量隨著施氮量的增加出現(xiàn)逐漸增加的趨勢,其中MN420處理的大蔥產(chǎn)量最高,比MN0顯著提高了15.11%。與其他施用氮肥的處理相比,不施氮肥處理減產(chǎn)了1544.45～8511.11 kg/hm2。相對于農(nóng)民習(xí)慣施肥處理,處理MN280、MN420和MNc均有不同程度的增產(chǎn),說明增施有機肥、合理施用化肥對大蔥產(chǎn)量有著重要影響,合理的碳氮比有利于大蔥的生長發(fā)育、產(chǎn)量形成。MN280與OPT相比,在化肥施用量一致的基礎(chǔ)上,增施有機肥可平均提高大蔥產(chǎn)量1455.55 kg/hm2,但兩者沒有顯著性差異,這可能與有機肥肥效慢、一季試驗時間短有關(guān)。MNc處理的大蔥產(chǎn)量分別較OPT和MN280顯著增長了8.28%和5.63%,說明控釋肥可以緩慢分解釋放養(yǎng)分,減少養(yǎng)分流失,提高肥料利用率,在等養(yǎng)分量投入的情況下可以實現(xiàn)大蔥的增產(chǎn)。

從表3還可以看出,與FP相比,施用菌渣有機肥可顯著提高大蔥Vc含量13.43%～37.24%。大蔥硝酸鹽含量隨施氮量增加呈先降低后增大的趨勢,以MN280處理的硝酸鹽含量最低；MN0、MN140和MNc處理的大蔥硝酸鹽含量雖然有所增大,但與MN280處理差異不顯著；MN420處理的大蔥硝酸鹽含量較MN280顯著增加了39.81%；在同等化肥氮水平下,配施菌渣有機肥處理的大蔥硝酸鹽含量顯著降低了17.48%～22.85%。隨著施氮量增加，大蔥的可溶性固形物含量有增加的趨勢,增施菌渣有機肥可顯著提高大蔥的可溶性固形物含量22.76%～29.25%?？傮w來看,施用菌渣有機肥對大蔥品質(zhì)有較大的改善作用。

表3 不同配施處理對大蔥產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

2.3 菌渣有機肥與氮肥配施對小麥產(chǎn)量及肥料貢獻(xiàn)率的影響

由圖1可見,各處理的小麥產(chǎn)量在8342.0～9100.5 kg/hm2,以MN420的小麥產(chǎn)量最高,以MN0的產(chǎn)量最低。與不施化肥氮處理相比,各處理的小麥產(chǎn)量增幅在2.10%～9.09%,隨著施氮量的增加，小麥產(chǎn)量有逐漸增加的趨勢,其中,OPT、MN280和MN420處理的小麥產(chǎn)量增加顯著。MN280與OPT相比,在化肥施用量一致的基礎(chǔ)上,增施有機肥有提高小麥產(chǎn)量的趨勢,說明上季增施有機肥對小麥產(chǎn)量有影響,合理的碳氮比有利于小麥的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成。處理MNc與MN280相比,在總養(yǎng)分投入等量的情況下,將氮素肥料改成控釋肥后小麥產(chǎn)量下降了4.46%,這可能是由于小麥生育期長,施用控釋肥難以滿足小麥生育后期對養(yǎng)分的需求。

圖2表明,在不同施肥處理下,大蔥和小麥的氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)均以MN140最大,PFPN隨著施氮量的增大而降低。在化肥施用量一致的基礎(chǔ)上,配施有機肥處理MN280、MNc的PFPN值分別較OPT和FP處理有所提升。從氮肥農(nóng)學(xué)效率(AEN)來看,增施有機肥各處理大蔥的AEN比單施化肥處理平均提高了91.19%,且其AEN值隨施氮量的增大而增大；而各處理小麥的AEN值偏低且差異不顯著。

圖1 不同施肥處理對小麥產(chǎn)量的影響

圖2 不同處理對大蔥、小麥的肥料貢獻(xiàn)率的影響

2.4 菌渣有機肥與氮肥配施對土壤有機質(zhì)含量的影響

在小麥?zhǔn)斋@后,對各小區(qū)耕層土壤樣品進(jìn)行采集,分析其有機質(zhì)含量情況。圖3結(jié)果顯示,施用菌渣有機肥對蔥/麥周年土壤有機質(zhì)含量影響顯著,施用菌渣有機肥各處理土壤的有機質(zhì)含量較OPT處理分別增加了13.57%、12.63%、6.61%、9.13%和7.04%,說明增施有機肥能顯著提高土壤有機質(zhì)含量,改善土壤地力。在施用菌渣有機肥的各處理中,以不施氮處理的土壤有機質(zhì)含量最高,且隨著施氮量的增加,土壤有機質(zhì)含量呈先降低后升高的變化趨勢,其中MN280和MNc處理較MN0顯著降低,說明適量的氮肥施用可促進(jìn)土壤有機質(zhì)的礦化作用。

圖3 不同處理對土壤有機質(zhì)含量的影響

3 討論

3.1 菌渣有機肥與化肥配施對作物產(chǎn)量的影響

肥料的種類和配比是直接影響土壤養(yǎng)分積累及作物產(chǎn)量的重要因素。合理的施肥可以改善土壤理化性質(zhì)、增加作物產(chǎn)量[19-20]。研究表明,有機無機肥配施既能補充速效養(yǎng)分,又可以保證后期養(yǎng)分的持續(xù)供應(yīng),根據(jù)作物生育期對養(yǎng)分的需要特點合理配施可達(dá)到協(xié)調(diào)作物養(yǎng)分的平衡供應(yīng),實現(xiàn)作物增產(chǎn)的目的[21]。譚力彰等[22]利用豬糞、沼渣沼液與化肥配施發(fā)現(xiàn),長期有機無機肥配施可在一定程度上提高水稻株高、穗長、每穗實粒數(shù)、每蔸有效穗數(shù)、千粒重和結(jié)實率,從而提高雙季稻產(chǎn)量。許小偉等[23]通過有機糞肥與化肥配施發(fā)現(xiàn),中量配施比例促進(jìn)了花生新陳代謝和生殖生長,花生單株結(jié)莢數(shù)和百粒重明顯提高,產(chǎn)量顯著增加。張晶等[24]的研究結(jié)果表明,有機肥與適量化肥配施主要提高了小麥的單位面積穗數(shù)和千粒重,從而實現(xiàn)了高產(chǎn)。本研究發(fā)現(xiàn),280 kg/hm2氮肥+有機肥處理的大蔥株高、假莖長均顯著高于單施等量化肥的OPT處理,說明在優(yōu)化施肥的基礎(chǔ)上,增施菌渣有機肥可協(xié)同提高大蔥的產(chǎn)量構(gòu)成要素；該處理小麥季的產(chǎn)量較OPT處理也有所增加,表明菌渣與無機化肥配施可以有效提高大蔥的株高、假莖長,還可以在一定程度上提高小麥季產(chǎn)量；隨著施用年限增加,有機肥的肥力將不斷積累,最終實現(xiàn)蔥/麥周年高產(chǎn)。

3.2 菌渣有機肥與化肥配施對大蔥品質(zhì)的影響

菌渣不僅含有植物生長所必需的大量元素,還含有植物可直接吸收利用的有機質(zhì),研究表明,施用菌渣有機肥具有改善作物品質(zhì)的效果[25]。陳世昌等[26]研究認(rèn)為,菌渣還田可顯著提高梨園土壤有機質(zhì)含量和生物活性,從而顯著提高梨的可溶性固形物和可溶性糖含量,降低可滴定酸含量,改善果實品質(zhì)。劉中良等[27]研究發(fā)現(xiàn),麥秸、稻殼及菌渣還田處理可顯著提高番茄中Vc、番茄紅素和可溶性糖含量。本研究結(jié)果也表明,施用菌渣有機肥可提高大蔥的Vc含量,與氮肥合理配施可提高大蔥的可溶性固形物含量,還可顯著降低同一施肥水平下作物的硝酸鹽含量。

3.3 菌渣有機肥與化肥配施對土壤有機質(zhì)含量的影響

大量研究表明,與不施肥或單施化肥相比,有機無機肥配施可顯著提高土壤的有機質(zhì)含量[28]。有機肥不僅可以增加土壤的外源碳,還可以提高土壤肥力,促進(jìn)地上部分植物的生長,增加作物有機殘體與根茬的歸還量；適量的氮肥投入可以增加土壤微生物的活性和作物根系分泌,還可以促進(jìn)土壤有機質(zhì)的礦化作用[29]。本研究發(fā)現(xiàn),施用有機肥處理的土壤有機質(zhì)含量增加了6.61%～13.57%,隨著施氮量的增加,土壤有機質(zhì)含量先降后升,說明適宜的施氮量可促進(jìn)土壤有機質(zhì)的礦化。

4 結(jié)論

在本試驗條件下,與單施化肥處理相比,菌渣有機肥與化肥配施可顯著提高大蔥的株高；在化肥施用量一致的基礎(chǔ)上,增施菌渣有機肥可提高大蔥平均產(chǎn)量1455.55 kg/hm2,菌渣有機肥與控釋氮肥配施可提高大蔥平均產(chǎn)量4811.11 kg/hm2,而在增施有機肥的基礎(chǔ)上氮肥減施50%,大蔥產(chǎn)量降低了244.44 kg/hm2;有機無機肥配施可有效降低大蔥硝酸鹽含量17.48%～22.85%,顯著提高大蔥的可溶性固形物含量22.76%～29.25%;有機無機肥配施處理的小麥產(chǎn)量較單施化肥處理增加了164 kg/hm2,但MNc處理的小麥產(chǎn)量降低了308 kg/hm2。