李 武,胡才喜,楊龍元,王漢林,劉先利,李雙來
(1.湖北省農業(yè)科學院 植保土肥研究所農業(yè)農村部廢棄物肥料化利用重點實驗室,湖北 武漢 430070;2.湖北理工學院 礦區(qū)環(huán)境污染控制與修復湖北省重點實驗室,湖北 黃石 435003;3.武漢科技大學 資源與環(huán)境工程學院,湖北 武漢 430081)
柑橘是世界上第一大宗水果,是全球第四大貿易農產品,在大多數(shù)亞熱帶國家均有栽培。同其他水果相比,柑桔的總種植面積和總產量均為世界第一[1-2]。土壤養(yǎng)分是影響柑桔產量品質的重要因素之一,若施肥不當,會導致土壤質量惡化,給柑桔產量和品質造成影響[3-4],使養(yǎng)分流失,甚至污染水體。因此,減量施肥或高效利用化肥越來越受到重視[5]。
沼液是經過畜禽糞便等有機物厭氧發(fā)酵后的殘余物,營養(yǎng)比較全面,且含有豐富的速效養(yǎng)分,其中的維生素、氨基酸及抗生素類物質對作物生長發(fā)育有促進作用,可提高作物品質,節(jié)約生產成本,同時可以保持和改善土壤質量、減少施用化肥帶來的負面影響[6]。但沼液直接施用時養(yǎng)分含量低,肥效不高,物流成本較大,缺乏相應的肥料標準,因而難以直接實現(xiàn)商品化應用[6-7]。
鑒于此,本研究通過沼液配合減量化肥、不施肥、常規(guī)施肥、等量施用沼液對比實驗,探索化肥減量施用的新思路,以實現(xiàn)沼液資源化利用,旨在達到農業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求。
實驗地點為湖北省農業(yè)科學院金水基地柑桔種植園。金水基地桔園土壤的主要養(yǎng)分含量見表1。
表1 金水基地桔園土壤的主要養(yǎng)分含量
沼液取自金水基地種豬場沼氣工程,發(fā)酵原料為豬糞和豬尿液。發(fā)酵完全后,沼液呈黑褐色,無明顯臭味。金水基地種豬場沼氣池糞水和沼液的主要養(yǎng)分含量見表2。
表2 金水基地種豬場沼氣池糞水和沼液的主要養(yǎng)分含量
在金水基地柑桔種植園中選取生長狀況良好、生長差異較小的32株桔樹進行實驗。根據桔園土壤養(yǎng)分分析結果,桔園全年施氮肥32 g/m2(尿素約46.74 kg);磷肥9 g/m2(過磷酸鈣約52.5 kg);鉀肥16 g/m2(硫酸鉀約21 kg)。按0.09株/m2計算,每株年施尿素約779 g,過磷酸鈣約875 g,硫酸鉀約350 g。本實驗半年施3次。每次每株施尿素100 g,過磷酸鈣110 g,硫酸鉀45 g。
實驗分4個處理組(水處理、NPK處理、沼液處理、NPK+沼液處理),每組8株。
1)水處理。每次只施清水10 L/株。
2)NPK處理。氮、磷和鉀常規(guī)施肥,每次施尿素100 g/株,過磷酸鈣110 g/株,硫酸鉀45 g/株。
3)沼液處理。沼液單獨施肥,每次施沼液約42 L/株。
4)沼液+NPK處理。沼液+NPK肥搭配施肥,每次施沼液10 g/株,尿素約76 g/株,過磷酸鈣約91 g/株,硫酸鉀約44 g/株。
土壤取樣時間為7月、9月和11月,取樣3次,各組按照五點取樣法取施肥點周圍20 cm深土壤1 kg左右,取樣位置、厚度、寬度和深度盡量保持一致,土壤經混合后自然風干碾磨過1 mm篩后保存。柑桔采摘后記錄產量及單果重,留樣保存后分析。
1.4.1土壤測樣
土壤樣品測定指標及方法參考文獻[8]。
1.4.2柑桔樣品品質成分測定
產量和果重由計重法測定。果實橫徑、縱徑由游標卡尺測定??扇苄怨绦挝飬⒖肌陡探埘r果檢驗方法》(GB/T 8210—2011)測定??扇苄蕴菂⒖肌端?、蔬菜可溶性糖測定法》(GB 6194—1986)測定??傻味ㄋ釁⒖肌端?、蔬菜制品 可滴定酸度的測定》(GB 12293—1990)測定。維生素C參考《食品中抗壞血酸的測定》(GB 5009.86—2016)測定。
采用Excel 和Origin 9.0進行數(shù)據整理和作圖分析。
2.1.1對桔園土壤pH值的影響
不同施肥處理下桔園土壤的pH值如圖1所示。由圖1可知,在第1次施加基肥后,各處理組的pH值有差異。不施肥(施加水)、單獨施NPK肥、沼液處理組相比于初始值5.41均有增加,不施肥處理和單獨施NPK處理增幅較大,分別提高約4.81 %和4.99 %;而沼液+NPK處理組土壤的pH值稍微有所降低,約為1.11 %。在第2次追肥后,各處理組(水、NPK肥、沼液、沼液+NPK)的pH值分別為5.03,5.10,5.11,4.81,各組的pH值均有所降低。在第3次施肥后,各處理組土壤的pH值均有所上升,分別為5.32,5.3,5.85,5.02,沼液處理組相比于土壤初始值升高了8.13 %,其他組(水、NPK肥、沼液+NPK)的pH值均有所下降,下降幅度分別為1.66 %,2.03 %,7.21 %。
圖1 不同施肥處理下桔園土壤的pH值
2.1.2對桔園土壤有機質含量的影響
不同施肥處理下桔園土壤的有機質含量如圖2所示。由圖2可知,在第1次施加基肥后,各處理組的有機質含量比土壤初始值(15.32±0.22 g/kg)有較大增幅,分別為1.63 %,12.27 %,11.42 %,34.4 %。第2次追肥后,各組有機質含量仍有所升高,分別為9.14 %,18.8 %,17.61 %,48.76 %。在第3次施肥后,各組的有機質含量相比于土壤初始值增加了17.04 %,18.28 %,21.61 %,127.02 %。因此,水處理組的有機質含量低于其他處理組,而施加NPK肥和沼液+NPK肥土壤的有機質含量有大幅度的增加,特別是沼液+NPK肥處理組的土壤有機質含量。
圖2 不同施肥處理下桔園土壤的有機質含量
2.1.3對桔園土壤堿解氮含量的影響
不同施肥處理下桔園土壤的堿解氮含量如圖3所示。由圖3可知,在第1次施肥后,各組土壤的堿解氮含量均顯著提高,其中,NPK組和沼液+NPK組增幅相對較大,分別提高了127.44 %和122.06 %,不施肥組增幅最小,提高28.57 %。第2次追肥后,NPK組和沼液+NPK組的堿解氮含量增幅仍相對較大,分別為163.07 %和154.06 %,水處理和沼液組相對于土壤初始值分別升高40.67 %和21.77 %。第3次施肥后,各組土壤的堿解氮含量增幅最大,相比于未施肥之前各組上升的比例為:沼液+NPK(177.05 %)>NPK(157.93 %)>沼液(76.75 %)>不施肥(61.33 %)。
圖3 不同施肥處理下桔園土壤的堿解氮含量
2.1.4對桔園土壤有效磷含量的影響
不同施肥處理下桔園土壤的有效磷含量如圖4所示。由圖4可知,在第1次施肥后,各組土壤的有效磷含量均顯著增加,其中沼液+NPK組土壤有效磷含量達到68.66 mg/kg,增幅最大,其他依次為水處理組(53.56 mg/kg)>沼液(51.7 mg/kg)>NPK(50.49 mg/kg)。第2次追肥后,各組土壤有效磷含量均有不同程度的降低,沼液+NPK組降幅最明顯,從68.66 mg/kg降為57.08 mg/kg,其他各組均有下降。第3次施肥后,沼液+NPK組土壤的有效磷含量最大,為114.24 mg/kg,其他依次為NPK(71.56 mg/kg)>水處理組(41.28 mg/kg)>沼液(28.98 mg/kg)。
圖4 不同施肥處理下桔園土壤的有效磷含量
2.1.5對桔園土壤速效鉀含量的影響
不同施肥處理下桔園土壤的速效鉀含量如圖5所示。由圖5可知,在第1次施肥后,各組土壤的速效鉀含量均有較大程度的增加,NPK組和沼液+NPK組的差異不顯著。第2次追肥后,水、沼液和沼液+NPK處理的土壤的速效鉀含量有明顯升高,NPK組與上一次施肥無顯著差異。在第3次施肥后,沼液+NPK組土壤速效鉀含量降為534.57 mg/kg,與水處理組(393.04 mg/kg)和沼液組(261.75 mg/kg)有顯著差異。
圖5 不同施肥處理下桔園土壤的速效鉀含量
不同施肥處理對柑桔品質的影響見表3。由表3可知,NPK組的單果重值最大,達到177.7 g,其他依次為沼液+NPK(165 g)>沼液(158.5 g)>水(152.2 g);NPK組的果實橫徑值最大,達到77.4 mm,沼液+NPK組與沼液組相近,分別為77.9 mm和77.4 mm,而水處理組果實橫徑為72.4 mm;果實縱徑大小依次為水(64.6 mm)>NPK(63.8 mm)>沼液+NPK(63.6 mm)>沼液(59.9 mm);沼液+NPK組柑桔的可溶性固形物含量最大,達到15%,其次為沼液(14.2 %)、水(13.9 %)和NPK(13.8 %)組柑桔可溶性固形物含量接近;沼液和沼液+NPK組可溶性糖含量最高,分別為11.7%和11.6%,水處理組可溶性糖含量(10.8%)最低;沼液+NPK組可滴定酸含量最高,為15.3 %,而沼液和NPK組可滴定酸含量接近,分別為1.08 %和1.04 %。另外,沼液+NPK組柑桔維生素C含量最高,達到32.94 mg/100 g,其次依次為沼液(31.06 mg/100 g)>水(27.98 mg/100 g)>NPK(26.98 mg/100 g)。
表3 不同施肥處理對柑桔品質的影響
施用沼液后,土壤的pH值、速效磷和速效鉀含量呈升高趨勢[6-7],說明施加沼液能夠顯著提高土壤的各種養(yǎng)分含量,能顯著提升土壤有機質、氮、磷、鉀等含量,提高果實品質,促進樹木生長[9]。高劉等[10]研究沼液配方肥對土壤性質和香蕉生長、產量、葉片生理特征等的影響,發(fā)現(xiàn)施用沼液肥可改善土壤酸堿度、增加土壤養(yǎng)分含量,土壤pH值提高了31.32 %,有機質含量提高了16.00 %,有效磷含量提高了252.59 %,速效鉀含量提高了236.13 %,堿解氮含量提高了55.98 %。本實驗研究表明,土壤pH值呈下降趨勢,而與水處理組相比,沼液+NPK組桔園土壤有機質、堿解氮、速效鉀和有效磷含量均有增加。沼液富含大量的N,P,K等元素以及各種微量元素,配合化肥施用能夠有效地提高土壤有機質含量,促進團粒形成,提高土壤保水保肥的能力,為農作物生長提供比較全面的養(yǎng)分。本研究發(fā)現(xiàn),沼液配合氮磷鉀肥能最大程度地提高土壤有機質含量,各處理組有效磷與速效鉀的含量變化趨勢相似,沼液組土壤有效磷、速效鉀含量均低于NPK組和沼液+NPK組,這可能是沼液中養(yǎng)分有限,無法提供充足養(yǎng)分。因此,沼液配合減量化肥施用,能促進氮磷鉀等元素的釋放,提高土壤養(yǎng)分。
通常以單果重、可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸和維生素C等指標來評價柑桔品質[11]。趙佐平等[12]研究發(fā)現(xiàn)施用有機肥的果實中的可溶性多糖和維生素C含量均高于對照處理,對品質有明顯的提升作用。有機肥施用的葡萄果實中可溶性多糖含量增加了10 %以上,而可滴定酸含量相比施用化肥的葡萄降低了近25 %,品質有著顯著提高[13]。周杰良和陳永杏[14-15],研究發(fā)現(xiàn)沼液配施能起到有機肥的作用,在沼液對有機基質栽培青椒果實產量及品質的影響研究發(fā)現(xiàn),沼液處理能明顯提高青椒的產量[14],另外,施用沼液可提高番茄果實維生素C含量[15]。本研究發(fā)現(xiàn),沼液施用能夠提高單果重、可溶性糖、可溶性固形物和維生素C含量,但并不顯著;而沼液+NPK組能夠顯著提高單果重、可溶性固形物和維生素C含量;但沼液+NPK組可滴定酸含量顯著增高。這可能是因為沼液為柑桔生長提供有機質,能提高柑桔的維生素C和可滴定酸含量,而沼液中N,P,K等元素含量有限,必須配合化肥施用才能顯著提高柑桔品質。
沼液+NPK處理能夠顯著地提高土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量,改善了桔園土壤質量,能夠顯著提高柑桔單果重、可溶性固形物和維生素C含量,提高柑桔品質,可為深入研究桔園減施化肥和施加有機肥提供參考和借鑒。