有機(jī)物料改良土壤對(duì)小白菜生長及其抗旱效果的影響

劉 方，朱 健，劉元生，何騰兵

(貴州大學(xué) 環(huán)境與資源研究所，貴州 貴陽 550025)

小白菜是中國南方常年種植的重要蔬菜之一，由于生產(chǎn)上偏施、重施化學(xué)氮肥，以及與磷、鉀、有機(jī)肥配比不當(dāng)，小白菜出現(xiàn)了品質(zhì)下降、硝酸鹽含量超標(biāo)等問題[1-3]。土壤中保持適宜的水分及營養(yǎng)元素含量有利于改善小白菜的品質(zhì)。在優(yōu)質(zhì)蔬菜生產(chǎn)中，有機(jī)肥增施與秸稈還田、水肥耦合等農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)措施日益受到重視[1-6]。蚯蚓糞作為一種新型有機(jī)肥，具有良好的孔隙度、通氣性、排水性和高持水量，富含腐殖酸、有益微生物、氨基酸、微量元素、植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)和有效的氮、磷、鉀，在多種蔬菜育苗及生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用[7-10]。生物質(zhì)炭作為土壤改良劑，可以改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤孔隙度和比表面積，降低土壤容重，提高土壤保水能力，調(diào)節(jié)土壤通透性，提高植物養(yǎng)分的有效性，促進(jìn)作物生長及改善作物品質(zhì)[11-15]。近年來，在有機(jī)肥對(duì)耕地土壤性質(zhì)影響方面開展了較多的研究工作，就蚯蚓糞及生物質(zhì)炭對(duì)蔬菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響方面也進(jìn)行了一些研究[7-13]，但在蚯蚓糞及生物質(zhì)炭對(duì)蔬菜地土壤的保水及抗旱效果影響方面還缺乏系統(tǒng)性的研究。本研究以蚯蚓糞、生物質(zhì)炭為土壤改良劑，探討有機(jī)物料對(duì)小白菜生長及其抗旱效果的影響，以期為蔬菜地土壤培肥及蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究材料與方法

1.1 供試材料

以奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)的牛糞作為原料，將新鮮牛糞經(jīng)過堆放發(fā)酵后，加入引種蚯蚓(大平2號(hào))，蚯蚓飼養(yǎng)過程中牛糞含水量維持在75%～85%，待牛糞被蚯蚓徹底消化成蚯蚓顆粒糞便時(shí)，過篩將蚯蚓分離取出，得到粒度均勻的蚯蚓糞。同時(shí)，以牛糞與作物秸稈混合物(1 ∶1)為原料，通過燒制炭化過程，制備生物質(zhì)炭。試驗(yàn)土壤為石灰?guī)r發(fā)育的旱作土，土壤pH值7.74、有機(jī)質(zhì)38.6 g/kg、堿解氮172 mg/kg、速效磷7.5 mg/kg、速效鉀159 mg/kg。小白菜品種為上海青。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取旱作土表層0—15 cm的土壤，帶回實(shí)驗(yàn)室過2 mm的土篩后，混合均勻待用。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為對(duì)照處理(未施用土壤改良劑)、吸水劑處理(5%土壤保水劑，珠海農(nóng)神)、生物質(zhì)炭處理(5%牛糞-秸稈炭)、蚯蚓糞處理(5%干蚯蚓糞)。小白菜種植采用大孔育苗盤(12孔)，1個(gè)盤上每個(gè)處理重復(fù)3次，一共種植6盤。種植時(shí)，先將土與改良劑混合均勻，再分別裝入育苗盤孔穴中，于2013年6月20日播種(每穴播5粒小白菜種子)，待小白菜發(fā)芽出苗至三葉后，保留3棵健壯苗，進(jìn)行日常澆水管理。選擇3盤觀察小白菜生長情況及測(cè)定不同時(shí)期的株高，40 d后收獲小白菜植株，從根頸處將其分為地上部分和地下部分，對(duì)地上部分進(jìn)行稱量(鮮質(zhì)量)。收獲小白菜時(shí)，采用烘干法測(cè)定其對(duì)應(yīng)孔穴中土壤的含水率。各種測(cè)定數(shù)據(jù)均采用3次重復(fù)的平均值。

1.3 萎蔫程度的觀察

選擇另外3盤，待小白菜生長40 d后，澆水使土壤水分飽和，然后停止?jié)菜?，在持續(xù)高溫干旱(7月中旬)的條件下，觀察自然失水過程中各處理小白菜植株出現(xiàn)萎蔫的時(shí)間、株數(shù)及嚴(yán)重程度。根據(jù)植株莖葉失水情況進(jìn)行萎蔫程度分級(jí)，記錄及計(jì)算相應(yīng)等級(jí)的萎蔫率。共分4級(jí)：0級(jí)，植株生長正常，無任何缺水萎蔫現(xiàn)象；1級(jí)，部分(15%以下)植株葉片開始出現(xiàn)輕度失水癥狀，葉尖下垂、皺縮，但莖干直立；2級(jí)，大部分(85%以上)植株葉片出現(xiàn)中度失水癥狀，植株莖葉開始出現(xiàn)下垂現(xiàn)象；3級(jí)，大部分(85%以上)植株重度失水，莖葉出現(xiàn)倒伏及死亡現(xiàn)象。同時(shí)，采用烘干法測(cè)定對(duì)應(yīng)孔穴中土壤的含水率。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)物料改土對(duì)小白菜生長的影響

從播種后10 d測(cè)定的株高來看(表1)，生物質(zhì)炭、蚯蚓糞、吸水劑處理小白菜平均株高比對(duì)照處理(未施用改良劑)分別增加14.29%、54.29%和20.00%；到播種后20 d時(shí)，3個(gè)處理的小白菜平均株高分別比對(duì)照增加18.75%、42.19%和14.06%；到播種后30 d時(shí)，3個(gè)處理的小白菜平均株高分別比對(duì)照增加8.75%、43.75%和7.50%；到播種后40 d時(shí)，3個(gè)處理的小白菜平均株高分別比對(duì)照增加9.89%、81.32%和4.40%?？梢?，在旱地土壤上施用生物質(zhì)炭、蚯蚓糞、吸水劑后，小白菜的株高都呈現(xiàn)一定程度的增加，其中以蚯蚓糞處理小白菜的生長狀況最好。

表1 不同改良劑處理下小白菜的生長狀況

小白菜盆栽種植40 d后，不同處理之間小白菜的生物量出現(xiàn)較明顯的差異。由表1可以看出，各處理按小白菜地上部分鮮質(zhì)量平均值的大小排序?yàn)轵球炯S>生物質(zhì)炭>吸水劑>對(duì)照，生物質(zhì)炭、蚯蚓糞及吸水劑處理的地上部分鮮質(zhì)量分別比對(duì)照提高了42.06%、71.96%和30.84%?？梢?，小白菜施用蚯蚓糞、生物質(zhì)炭的產(chǎn)量明顯高于施用吸水劑。

2.2 有機(jī)物料改土對(duì)小白菜植株萎蔫時(shí)間的影響

根據(jù)持續(xù)干旱下植物的失水特點(diǎn)，可以把小白菜植株的萎焉過程分為兩個(gè)階段。階段Ⅰ(0—1萎蔫級(jí)別)：即小白菜種植40 d后，澆水使土壤水分飽和，然后停止?jié)菜?，至部分小白?15%以下)植株葉片開始出現(xiàn)輕度失水癥狀(葉尖下垂、皺縮，但莖干直立)階段。從表2看出，停止?jié)菜? d，對(duì)照處理小白菜部分植株開始出現(xiàn)輕度失水癥狀，葉尖下垂；停止?jié)菜? d，生物質(zhì)炭、吸水劑處理小白菜部分植株開始出現(xiàn)輕度失水癥狀；而停止?jié)菜? d，蚯蚓糞處理小白菜植株才開始出現(xiàn)輕度失水癥狀。

表2 持續(xù)高溫干旱下小白菜植株萎蔫狀況

階段Ⅱ(2—3萎蔫級(jí)別)：即小白菜大部分(85%以上)植株葉片出現(xiàn)中度失水癥狀(植株莖葉開始出現(xiàn)下垂現(xiàn)象)，至大部分(85%以上)植株出現(xiàn)重度失水癥狀(莖葉出現(xiàn)倒伏及死亡現(xiàn)象)階段。從表2看出，停止?jié)菜? d，對(duì)照處理小白菜大部分植株葉片出現(xiàn)中度失水癥狀，植株莖葉開始出現(xiàn)下垂現(xiàn)象；停止?jié)菜? d，生物質(zhì)炭、吸水劑處理小白菜大部分植株開始出現(xiàn)中度失水癥狀，而此時(shí)對(duì)照處理小白菜大部分植株出現(xiàn)重度失水癥狀，莖葉倒伏，出現(xiàn)永久性萎蔫。但是，蚯蚓糞處理大部分植株在停止?jié)菜? d才開始出現(xiàn)中度失水癥狀，而這時(shí)其他處理小白菜大部分植株已經(jīng)出現(xiàn)永久性萎蔫；在連續(xù)干旱7 d后，蚯蚓糞處理小白菜植株才出現(xiàn)永久性萎蔫?？梢姡寥朗┯抿球炯S后，小白菜植株出現(xiàn)永久萎蔫的時(shí)間推遲了2 d，蚯蚓糞對(duì)土壤有良好的保水作用；土壤分別施用生物質(zhì)炭、吸水劑后，小白菜植株出現(xiàn)永久萎蔫的時(shí)間推遲了1 d，但從小白菜植株的萎蔫株數(shù)來看，生物質(zhì)炭的保水效果優(yōu)于吸水劑。

2.3 有機(jī)物料改土對(duì)土壤含水率及抗旱效果的影響

通過對(duì)各試驗(yàn)處理小白菜不同生長時(shí)期(測(cè)定株高及生物量時(shí))的土壤含水率進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明(表3)，不同處理之間土壤含水率出現(xiàn)明顯的差異，其總體的大小順序表現(xiàn)為蚯蚓糞>生物質(zhì)炭>吸水劑>對(duì)照。施用生物質(zhì)炭、蚯蚓糞及吸水劑處理的土壤平均含水率(5次測(cè)定值的平均數(shù))分別比對(duì)照提高了16.15%、21.08%和9.63%，施用蚯蚓糞、生物質(zhì)炭處理的土壤含水率明顯高于施用吸水劑處理，說明施用蚯蚓糞、生物質(zhì)炭對(duì)土壤有明顯的保墑作用。

表3 不同改良劑處理下小白菜不同生長時(shí)期的土壤含水率

小白菜盆栽種植40 d后(7月10日)，澆水使土壤水分飽和，然后停止?jié)菜?，觀察持續(xù)高溫干旱條件下，不同處理土壤含水率的變化。從表2和表4看出，在持續(xù)高溫干旱的第4 d，對(duì)照處理小白菜大部分植株莖葉出現(xiàn)下垂現(xiàn)象，其土壤含水率為14.62%，但蚯蚓糞、生物質(zhì)炭處理的土壤含水量仍然達(dá)20%以上；在持續(xù)高溫干旱的第5 d，對(duì)照處理小白菜大部分植株出現(xiàn)永久性萎蔫，此時(shí)其土壤含水率為9.12%，而蚯蚓糞、生物質(zhì)炭處理的土壤含水率分別為15.74%和12.60%；在持續(xù)高溫干旱的第6 d，生物質(zhì)炭和吸水劑處理小白菜大部分植株開始出現(xiàn)永久性萎蔫，其土壤含水率小于10%，而蚯蚓糞處理的土壤含水率為11.04%，大部分植株才開始出現(xiàn)失水及下垂現(xiàn)象；至第7 d，蚯蚓糞處理的小白菜植株出現(xiàn)永久性萎蔫，此時(shí)其土壤含水率為8.42%。這說明蚯蚓糞、生物質(zhì)炭的施用明顯提高了土壤的保水能力，在持續(xù)高溫干旱條件下使小白菜的存活天數(shù)明顯延長，從而提高了小白菜的抗旱能力。

表4 不同處理下持續(xù)高溫干旱時(shí)的土壤含水率 %

3 結(jié) 語

(1)在土壤中施用生物質(zhì)炭、蚯蚓糞的處理小白菜40 d后的平均株高比未施改良劑的處理分別增加了9.89%和81.32%，產(chǎn)量則提高了42.06%和71.96%。土壤施用蚯蚓糞、生物質(zhì)炭有利于小白菜的生長，可以明顯地提高小白菜的產(chǎn)量。

(2)在持續(xù)高溫干旱脅迫下，土壤施用蚯蚓糞、生物質(zhì)炭可以使小白菜植株出現(xiàn)永久性萎蔫的時(shí)間分別推遲2 d和1 d。蚯蚓糞及生物質(zhì)炭可促進(jìn)小白菜健壯生長，同時(shí)明顯延長了小白菜在干旱期的存活時(shí)間。

(3)施用蚯蚓糞、生物質(zhì)炭后種植小白菜的土壤平均含水率分別比未施改良劑處理提高了21.08%和16.15%，蚯蚓糞、生物質(zhì)炭對(duì)土壤有明顯的保墑作用，提高了小白菜的抗旱能力，特別是蚯蚓糞。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 靳亞忠,何曉蕾,何淑平,等.有機(jī)肥和無機(jī)肥配施對(duì)小白菜生長和硝酸鹽積累的影響[J].北方園藝,2009(11):30-32.

[2] 龔余亮,高其雙,黃海軍,等.沼肥綜合施肥模式對(duì)小白菜產(chǎn)量及硝酸鹽含量的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,51(15):3201-3203.

[3] 沈明星,劉鳳軍,吳彤東,等.有機(jī)無機(jī)氮肥比例對(duì)小白菜產(chǎn)量和硝酸鹽、VC含量的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2009,25(3):560-563.

[4] 梁運(yùn)江,依艷麗,尹英敏,等.水肥耦合效應(yīng)對(duì)辣椒產(chǎn)量影響初探[J].土壤通報(bào),2003,34(4):262-266.

[5] 肖厚軍，蔣太明,夏錦慧,等.貴州巖溶地區(qū)辣椒肥水耦合試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2003,22(4):79-80.

[6] 袁麗萍,米國全,趙靈芝,等.水氮耦合供應(yīng)對(duì)日光溫室番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].中國土壤與肥料,2008(2):69-73.

[7] 鄭金偉,楊文霞,李輝信,等.奶牛糞蚯蚓堆制物對(duì)生菜生長及品質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2006,25(6):1423-1426.

[8] 崔玉珍,牛明芬.蚯蚓糞對(duì)土壤的培肥作用及草莓產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].土壤通報(bào),1998,29(4):156-157.

[9] 呂振宇,馬永良.蚯蚓糞有機(jī)肥對(duì)土壤肥力與甘藍(lán)生長、品質(zhì)的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2005,21(12):236-240.

[10] 王東紅,史慶華,王秀峰,等.蚯蚓糞對(duì)櫻桃蘿卜生長和品質(zhì)的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(9):26-30.

[11] 張文玲,李桂花,高衛(wèi)東.生物質(zhì)炭對(duì)土壤性狀和作物產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2009,25(17):153-157.

[12] 張萬杰,李志芳,張慶忠,等.生物質(zhì)炭和氮肥配施對(duì)菠菜產(chǎn)量和硝酸鹽含量的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2011,30(10):1946-1952.

[13] 王冬冬,徐琪,楊洋,等.基施生物質(zhì)炭對(duì)菜用大豆植株?duì)I養(yǎng)吸收及土壤養(yǎng)分供應(yīng)初報(bào)[J].大豆科學(xué),2013,32(1):72-75.

[14] Steiner C,Teixeira W G,Lehmann J,et al.Long term effects of manure,charcoal and mineral fertilization on crop production and fertility on a highly weathered Central Amazonian upland soil[J].Plant and Soil,2007,291(1-2):275-290.

[15] Laird D A,Fleming P,Davis D D,et al.Impact of biochar amendments on the quality of a typical Midwestern agricultural soil[J].Geoderma,2010,158(3-4):443-449.