有機(jī)碳生態(tài)肥對(duì)溫室土壤理化性質(zhì)和番茄經(jīng)濟(jì)效益的影響

劉 靜，馬世江，閆 剛，殷學(xué)云，秦嘉海

（1.酒泉市農(nóng)輝農(nóng)業(yè)科技開(kāi)發(fā)有限公司，甘肅 酒泉 735000；2.肅州區(qū)蔬菜技術(shù)服務(wù)中心，甘肅 酒泉 735000；3.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅 張掖 734000）

近年來(lái)，甘肅河西市內(nèi)陸灌區(qū)的武威、金昌、張掖、酒泉和嘉峪關(guān)市從國(guó)內(nèi)外引進(jìn)了黃瓜、番茄、茄子、辣椒和西葫蘆等蔬菜新品種100多個(gè)，建立了溫室蔬菜基地1.54×104hm2，溫室蔬菜產(chǎn)業(yè)已發(fā)展成為農(nóng)民增收的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一[1]。目前，溫室蔬菜化肥氮磷鉀投入量與有機(jī)肥氮磷鉀投入量比例為1∶0.15，由于有機(jī)肥料投入量不足，化學(xué)肥料超量施用，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量低，養(yǎng)分比例失衡，生產(chǎn)的蔬菜品質(zhì)差，產(chǎn)量低而不穩(wěn)。針對(duì)上述存在的問(wèn)題，選擇雞糞、羊糞、牛糞、糠醛渣[2-4]、菜籽餅渣、沼渣、生物菌肥和聚丙烯酰胺為原料，采用正交試驗(yàn)方法確定原料間最佳配合比例，合成有機(jī)碳生態(tài)肥，并進(jìn)行田間驗(yàn)證試驗(yàn)，以便對(duì)有機(jī)碳生態(tài)肥對(duì)溫室土壤的改良效果做出確切的評(píng)價(jià)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016—2017年在甘肅省酒泉市肅州區(qū)東洞鄉(xiāng)舊溝村日光節(jié)能溫室內(nèi)進(jìn)行，溫室坐北向南，長(zhǎng)度70 m，跨度8 m，脊高4 m，后屋面仰角大于45 ° ，墻體底寬2.2 m，上口寬1.8 m，前屋面采用無(wú)立柱大棚骨架。試驗(yàn)地海拔1 505 m，99°38′63″E，38°29′33″N，年均溫7.0 ℃，年均降水量82 mm，年均蒸發(fā)量2 400 mm，無(wú)霜期150 d。土壤類型是耕種棕漠土[5]，0～20 cm耕作層含有機(jī)質(zhì)18.99 g/kg、堿解氮33.59 mg/kg、速效磷6.01 mg/kg、速效鉀124.0 mg/kg，pH值8.26，土壤質(zhì)地為輕質(zhì)壤土，前茬作物是茄子。

1.2 試驗(yàn)材料

腐熟雞糞（有機(jī)質(zhì)42.77%、N 1.03%、P2O50.41%、K2O 0.72%，粒徑1～5 mm，肅州區(qū)下河清鎮(zhèn)農(nóng)戶提供）；腐熟羊糞（有機(jī)質(zhì)38.30 %、N 1.01%、P2O50.22%、K2O 0.53%，粒徑1～5 mm，肅州區(qū)總寨鎮(zhèn)農(nóng)戶提供）；腐熟牛糞（有機(jī)質(zhì)16%、N 0.32%、P2O50.25%、K2O 0.16%，粒徑1～5 mm，肅州區(qū)東洞鄉(xiāng)農(nóng)戶提供）；改性糠醛渣（在糠醛渣中加入4%的NH4HCO3，將pH值調(diào)整到6.5～7.5，含有機(jī)質(zhì)70.23%、N 0.61%、P2O50.36%、K2O 1.18%，粒徑1～5 mm，臨澤縣匯隆化工有限責(zé)任公司提供）；菜籽餅渣（有機(jī)質(zhì)77.50%、N 4.50%、P2O51.50%、K2O 1.43%，粒徑1～5 mm，肅州區(qū)榨油廠提供）；沼渣（有機(jī)質(zhì)26.42%、N 1.25%、P2O51.90%、K2O 1.33%，粒徑1～5 mm，肅州區(qū)東洞鄉(xiāng)農(nóng)戶提供）；生物菌肥（有效活菌數(shù)≥10億個(gè)/g，粒徑1～2 mm，山東大地生物科技有限公司產(chǎn)品）；聚丙烯酰胺（吸水倍率200 g/g，pH值6.9，粒徑1～2 mm，北京漢力淼新技術(shù)有限公司產(chǎn)品）；畜禽糞便組合肥（自制，腐熟雞糞、腐熟羊糞、腐熟牛糞風(fēng)干質(zhì)量比按0.50∶0.30∶0.20混合，含有機(jī)質(zhì)36.19%、有機(jī)碳20.99%、N 0.86%、P2O50.33%、K2O 0.55%，粒徑4～6 mm）；廢渣組合肥（自制，改性糠醛渣、菜籽餅渣、沼渣、生物菌肥風(fēng)干質(zhì)量比按0.40∶0.30∶0.28∶0.02混合，含有機(jī)質(zhì)56.53%、有機(jī)碳32.79%、N 1.10%、P2O50.83%、K2O 1.16%，有效活菌數(shù)≥0.20億個(gè)/g，粒徑4～6 mm）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 有機(jī)碳生態(tài)肥配方篩選試驗(yàn)

2016年9月1日選擇畜禽糞便組合肥、廢渣組合肥和聚丙烯酰胺3種原料，每種原料設(shè)計(jì)3個(gè)水平，按正交表L9（33）配制9種有機(jī)碳生態(tài)肥[6]（表1）。試驗(yàn)小區(qū)面積為22.5 m2（7.5 m×3.0 m），每個(gè)小區(qū)四周筑埂，埂寬35 cm、高35 cm。

1.3.2 有機(jī)碳生態(tài)肥最佳施用量研究試驗(yàn)

2017年9月1日，按照1.3.1試驗(yàn)篩選出最佳配方比例，將畜禽糞便組合肥、廢渣組合肥和聚丙烯酰胺風(fēng)干后按最佳質(zhì)量比混合攪拌均勻，采用螺旋擠壓造粒機(jī)造粒（粒徑4～6 mm），得到有機(jī)碳生態(tài)肥產(chǎn)品。將有機(jī)碳生態(tài)肥施用量梯度設(shè)計(jì)為0（CK）、20、40、60、80、100 t/hm2共6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積同1.3.1，隨機(jī)區(qū)組排列。

表1 L9（33）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.3 番茄栽培管理

兩個(gè)試驗(yàn)的有機(jī)碳生態(tài)肥均在定植前施入0～20 cm耕作層作底肥。定植時(shí)間為每年的9月1日，定植深度10～12 cm，株距30 cm，壟距50 cm，壟高35 cm，每個(gè)小區(qū)種植3壟，每壟定植2行，每個(gè)小區(qū)定植150株。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)為1個(gè)支管單元，在支管單元入口安裝閘閥、壓力表和水表，在壟上安裝1條薄壁滴灌帶進(jìn)行膜下滴灌，滴頭間距0.30 m，流量2.60 L/（m·h），每個(gè)支管單元壓力控制在0.14 MPa。分別在番茄定植后、開(kāi)花期、第1穗果膨大期、第2穗果膨大期、第3穗果膨大期和收獲前各灌水1次，每個(gè)小區(qū)灌水量為2.06 m3，其他田間管理措施與大田相同。

1.4 樣品采集方法

番茄收獲時(shí)，在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按照傳統(tǒng)采樣方法，連續(xù)采集30株，測(cè)定單株結(jié)果數(shù)、單果質(zhì)量和單株果實(shí)質(zhì)量。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)單獨(dú)收獲，將小區(qū)產(chǎn)量折合成公頃產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。番茄收獲后，分別在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按對(duì)角線布置5個(gè)采樣點(diǎn)，采集0～20 cm耕作層土樣5 kg，用四分法帶回1 kg混合土樣，風(fēng)干后過(guò)1 mm篩供室內(nèi)化驗(yàn)分析，其中土壤容重、土壤團(tuán)聚體用環(huán)刀采集原狀土，未進(jìn)行風(fēng)干。

1.5 測(cè)定指標(biāo)與方法

土壤容重測(cè)定采用環(huán)刀法；孔隙度測(cè)定采用計(jì)算法；0.25 mm團(tuán)聚體測(cè)定采用干篩法；pH值測(cè)定采用酸度計(jì)法（水土比5∶1）；CEC（陽(yáng)離子交換量）測(cè)定采用交換劑浸提—乙酸銨—氯化銨法；有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀法；堿解氮測(cè)定采用擴(kuò)散法；速效磷測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀測(cè)定采用中性醋酸銨溶液浸提—火焰光度計(jì)法；飽和蓄水量按公式（飽和蓄水量＝面積×總孔隙度×土層深度）求得；毛管蓄水量按公式（毛管蓄水量＝面積×毛管孔隙度×土層深度）求得；非毛管蓄水量按公式（非毛管蓄水量＝面積×非毛管孔隙度×土層深度）求得[7]；邊際產(chǎn)量按公式（每增加1個(gè)單位肥料用量時(shí)所得到的產(chǎn)量減前1個(gè)處理的產(chǎn)量）求得；邊際產(chǎn)值按公式（邊際產(chǎn)量×產(chǎn)品價(jià)格）求得；邊際成本按公式（邊際施肥量×肥料價(jià)格）求得；邊際利潤(rùn)按公式（邊際產(chǎn)值－邊際成本）求得；邊際施肥量按公式（后1個(gè)處理施肥量減前1個(gè)處理施肥量）求得[8]。

1.6 數(shù)據(jù)處理方法

經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量采用DPS 13.0軟件分析，差異顯著性采用多重比較，LSR檢驗(yàn)。有機(jī)碳生態(tài)肥施用量與土壤理化性狀、番茄經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量的關(guān)系，按回歸方程y＝a＋bx求得；依據(jù)最佳施用量計(jì)算公式x0＝[（Px/Py）－b]/2c求得有機(jī)碳生態(tài)肥最佳施用量（x0），Px為有機(jī)碳生態(tài)肥價(jià)格，Py為番茄平均售價(jià)；依據(jù)肥料效應(yīng)回歸方程式y(tǒng)＝a＋bx±cx2，求得有機(jī)碳生態(tài)肥最佳施用量時(shí)的番茄理論產(chǎn)量（y）。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)碳生態(tài)肥配方篩選結(jié)果

從2017年4月30日番茄收獲后測(cè)定數(shù)據(jù)（表2）可以看出，有機(jī)碳生態(tài)肥原料間的效應(yīng)（R）是A＞B＞C，說(shuō)明影響番茄產(chǎn)量的原料效應(yīng)依次是：畜禽糞便組合肥（R＝55.12）＞廢渣組合肥（R＝51.44）＞聚丙烯酰胺（R＝38.19）。比較各原料不同水平的T值可以看出，TA1＞TA3＞TA2，說(shuō)明畜禽糞便組合肥最佳施用量宜為30.00 t/hm2；TB3＞TB2＞TB1，說(shuō)明隨著廢渣組合肥施用量梯度的增加，番茄產(chǎn)量在增加，廢渣組合肥適宜施用量一般為45.00 t/hm2；TC3＞TC1＞TC2，說(shuō)明隨著聚丙烯酰胺施用量梯度的增加，番茄產(chǎn)量先降后升，聚丙烯酰胺適宜施用量為0.09 t/hm2。從各因素的T值可以看出，原料間最佳原料組合為A1（畜禽糞便組合肥）30.00 t/hm2、B3（廢渣組合肥）45.00 t/h m2、C3（聚丙烯酰胺）0.09 t/hm2，即畜禽糞便組合肥、廢渣組合肥和聚丙烯酰胺風(fēng)干質(zhì)量配方比按0.399 5∶0.599 3∶0.001 2混合得到有機(jī)碳生態(tài)肥，經(jīng)室內(nèi)化驗(yàn)分析，含有機(jī)質(zhì)48.40%、有機(jī)碳28.07%、N 0.99%、P2O50.63%、K2O 0.92%。

2.2 有機(jī)碳生態(tài)肥對(duì)溫室土壤物理性質(zhì)和蓄水量的影響

2018年4月30日番茄收獲后，采集耕作層0～20 cm土樣測(cè)定數(shù)據(jù)（表3）可以看出，隨著有機(jī)碳生態(tài)肥施用量梯度的增加，土壤容重在遞減，孔隙度、團(tuán)聚體和蓄水量遞增。有機(jī)碳生態(tài)肥施用量100 t/hm2與CK相比，容重降低11.86%，差異極顯著；總孔隙度和毛管孔隙度分別增加12.32%和20.59%，差異極顯著，但毛管孔隙度與80 t/hm2差異不顯著；非毛管孔隙度增加6.69%，差異顯著；團(tuán)聚體增加42.95%，差異極顯著，但與80 t/hm2差異不顯著；飽和蓄水量和毛管蓄水量分別增加12.32%、26.30%，差異極顯著；非毛管蓄水量增加6.68%，差異顯著，但與60、80 t/hm2差異不顯著。經(jīng)相關(guān)性分析，有機(jī)碳生態(tài)肥施用量與容重之間呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、團(tuán)聚體、飽和蓄水量、毛管蓄水量和非毛管蓄水量之間呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為－0.997 3、0.996 4、0.979 1、0.864 1、0.975 4、0.967 1、0.958 5和0.964 1。

表2 L9（33）正交試驗(yàn)結(jié)果分析

2.3 有機(jī)碳生態(tài)肥對(duì)溫室土壤化學(xué)性質(zhì)及有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀的影響

由表4可知，隨著有機(jī)碳生態(tài)肥施用量梯度的增加，土壤pH值在遞減，CEC、有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀在遞增。有機(jī)碳生態(tài)肥施用量100 t/hm2與CK相比，pH值降低5.32%，差異顯著；CEC、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加33.05%、24.07%、23.97%、20.29%和10.98%，差異極顯著，但有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀含量與80 t/hm2差異不顯著。經(jīng)相關(guān)性分析，有機(jī)碳生態(tài)肥施用量與pH值之間呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與CEC、有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為－0.994 1、0.991 8、0.960 6、0.984 0、0.995 1和0.957 6。

2.4 有機(jī)碳生態(tài)肥對(duì)番茄經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量的影響

由表5可知，隨著有機(jī)碳生態(tài)肥施用量梯度的增加，番茄經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量在遞增，有機(jī)碳生態(tài)肥施用量100 t/hm2與CK相比，單株結(jié)果數(shù)、單果質(zhì)量、單株果質(zhì)量和產(chǎn)量分別增加31.03%、38.88%、11.76%和12.22%，差異極顯著，但單株結(jié)果數(shù)與60、80 t/hm2差異不顯著。經(jīng)相關(guān)性分析，有機(jī)碳生態(tài)肥施用量與單株結(jié)果數(shù)、單果質(zhì)量、單株果質(zhì)量和產(chǎn)量之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.953 8、0.995 1、0.982 7和0.994 1。

表3 不同用量有機(jī)碳生態(tài)肥對(duì)溫室土壤物理性質(zhì)和蓄水量的影響

表4 不同用量有機(jī)碳生態(tài)肥對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)及有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀的影響

2.5 有機(jī)碳生態(tài)肥最佳施用量確定

由表5可知，隨著有機(jī)碳生態(tài)肥施肥量的增加，番茄邊際產(chǎn)量由最初的1.72 t/hm2，遞減到1.30 t/hm2，邊際產(chǎn)值由最初的4 816元/hm2，遞減到3 612元/hm2，邊際利潤(rùn)由最初的1 114元/hm2，遞減到－90元/hm2，有機(jī)碳生態(tài)肥施肥量在80 t/hm2的基礎(chǔ)上，再繼續(xù)增加施用量，邊際利潤(rùn)出現(xiàn)負(fù)值。將有機(jī)碳生態(tài)肥不同梯度施用量與番茄產(chǎn)量間的關(guān)系采用肥料效應(yīng)回歸方程y＝a＋bx±cx2擬合[9]，得到如下回歸方程：

對(duì)回歸方程進(jìn)行顯著性測(cè)驗(yàn)，F(xiàn)＝17.91**＞F0.01＝16.74，r＝0.968 7**，說(shuō)明回歸方程擬合良好。有機(jī)碳生態(tài)肥價(jià)格（Px）為185.10元/t，番茄2017—2018年市場(chǎng)平均售價(jià)（Py）為2 800元/t，將Px、Py、回歸方程的參數(shù)b和c，代入經(jīng)濟(jì)最佳施用量計(jì)算公式x0＝[（Px/Py）－b]/2c[10]，求得有機(jī)碳生態(tài)肥最佳施用量為79.65 t/hm2，將x0代入公式（1），求得番茄的理論產(chǎn)量（y）為62.01 t/hm2，計(jì)算結(jié)果與田間施肥80 t/hm2所得結(jié)果基本吻合（表5）。

3 結(jié)論與討論

畢軍等[11]研究認(rèn)為施用有機(jī)生態(tài)肥能夠明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、有效鉀含量和小麥、玉米產(chǎn)量。馬世軍等[12]研究認(rèn)為豆粕有機(jī)生態(tài)肥施用量與制種玉米田孔隙度、團(tuán)聚體、持水量、有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分、微生物、酶活性、玉米農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，與制種玉米田土壤容重、pH值呈顯著的負(fù)相關(guān)；閆富海等[13]研究認(rèn)為隨著有機(jī)生態(tài)肥施用量梯度的增加，土壤容重在降低，總孔隙度、團(tuán)聚體、有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、速效養(yǎng)分、玉米穗粒數(shù)、穗粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量在增加，而邊際利潤(rùn)在遞減。

本試驗(yàn)研究表明，隨著有機(jī)生態(tài)肥施用量梯度的增加，土壤容重降低，總孔隙度增大，究其原因是有機(jī)生態(tài)肥含有豐富的有機(jī)質(zhì)，施用有機(jī)生態(tài)肥后使板結(jié)的土壤變得疏松，因而增大了孔隙度，降低了容重。施用有機(jī)生態(tài)肥后土壤團(tuán)聚體在增加，究其原因是有機(jī)生態(tài)肥中的聚丙烯酰胺具有良好的粘結(jié)作用，與土粒粘合后可以形成團(tuán)聚體[14]。隨著有機(jī)生態(tài)肥施用量梯度的增加，土壤蓄水量在增加，分析這一結(jié)果產(chǎn)生的原因是有機(jī)生態(tài)肥的糠醛渣、發(fā)酵羊糞和發(fā)酵雞糞，在土壤微生物的作用下合成了腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)的最大吸水量可以超過(guò)500%，因而提高了土壤蓄水量[15]。隨著有機(jī)生態(tài)肥施用量梯度的增加，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀在增加，這種變化規(guī)律與有機(jī)生態(tài)肥中的有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀含量有關(guān)。土壤pH值呈下降趨勢(shì)，其原因是有機(jī)生態(tài)肥中的畜禽糞便組合肥和廢渣組合肥在分解過(guò)程中產(chǎn)生了有機(jī)酸，因而降低了土壤酸堿度。將畜禽糞便組合肥、廢渣組合肥和聚丙烯酰胺風(fēng)干質(zhì)量比按0.399 5∶0.599 3∶0.001 2混合得到的有機(jī)碳生態(tài)肥，其經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量為79.65 t/hm2，經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量時(shí)的番茄理論產(chǎn)量為62.01 t/hm2。

表5 不同用量有機(jī)碳生態(tài)肥對(duì)番茄經(jīng)濟(jì)性狀和經(jīng)濟(jì)效益的影響

溫室土壤施用有機(jī)碳生態(tài)肥增大了土壤孔隙度，降低了土壤容重和pH值，促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成，提高了土壤蓄水量、有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀含量，緩解了甘肅河西內(nèi)陸灌區(qū)溫室土壤長(zhǎng)期超量施用化學(xué)肥料導(dǎo)致的土壤板結(jié)、養(yǎng)分比例失衡、有機(jī)質(zhì)含量下降等問(wèn)題。