褐煤基有機肥和土壤生態(tài)調(diào)理劑對姜田土壤養(yǎng)分及生姜生長的影響

褚 嶼 王亞寧 陳 亮，2* 郭力莉 程振國

（1元泰豐（包頭）生物科技有限公司，內(nèi)蒙古包頭 014199；2天津大學建筑工程學院，天津 300350）

生姜（Zingiber officinale Rosc.）屬多年生宿根性單子葉草本植物，具有很高的藥用、食用及經(jīng)濟價值，是我國重要的經(jīng)濟作物之一[1-2]。生姜具有生育期長、產(chǎn)量高、需肥量高的特點，施肥能顯著影響其產(chǎn)量和品質(zhì)，同時施肥量與生姜產(chǎn)量有密切的關(guān)系[3]。姜農(nóng)施肥多以化學肥料為主，雖然在一定程度上提高了生姜產(chǎn)量，但盲目施肥、隨意施用有機肥、過量施用化肥等問題嚴重影響了土壤生態(tài)環(huán)境[4-5]。生姜根系不發(fā)達，吸肥能力較弱，過量施肥會導致肥料利用率低、產(chǎn)量下降、品質(zhì)變差、經(jīng)濟效益下滑，嚴重制約生姜產(chǎn)業(yè)發(fā)展[6]。

與施用化肥相比，施用有機肥不僅可以有效緩解化肥濫用帶來的環(huán)境問題，還能改善土壤結(jié)構(gòu)及土壤養(yǎng)分供應能力，長期施用有機肥可以提高土壤的酶活性和微生物數(shù)量[7]。前人研究表明，增施有機肥，土壤有機質(zhì)含量增加26.3%～42.6%，耕層土壤中銨態(tài)氮含量提高11.2%～25.9%，植株磷素積累量增加13.7%～41.5%[8-10]。孔祥波等[11]研究表明，有機肥與化肥配施處理較單施化肥處理生姜產(chǎn)量提高12.6%。但在蔬菜生產(chǎn)中，有機肥的用量和種類選擇較盲目，且施用腐熟不完全的肥料會給農(nóng)作物帶來燒苗等隱患，有機肥的合理選擇是培肥地力、促進作物生長的關(guān)鍵因素。

吉納泰有機肥是以低質(zhì)煤（煙煤、褐煤等）為主要原料，針對煤基物質(zhì)穩(wěn)定和難以生化利用的技術(shù)難題，通過添加專利催化劑，利用生物、化學和工程手段激活和促進微生物活性，經(jīng)過一級酸化階段和二級產(chǎn)甲烷階段，生產(chǎn)出的有機質(zhì)含量高、富含中微量元素且比例協(xié)調(diào)、微生物種類豐富且活性高的有機肥。泰豐土壤生態(tài)調(diào)理劑中有效活菌≥2.0億/mL，能釋放土壤中吸附的營養(yǎng)物質(zhì)供給植物，與植物根系形成緊密互利的協(xié)同共生關(guān)系，顯著改善土壤根際生態(tài)環(huán)境，提高營養(yǎng)物質(zhì)的可利用性。為了驗證吉納泰褐煤基有機肥及泰豐土壤生態(tài)調(diào)理劑在提高土壤養(yǎng)分和農(nóng)作物產(chǎn)量方面的效果，本試驗以生姜為供試樣品進行了肥效試驗分析，探究其對土壤肥力、生姜產(chǎn)量及病蟲害發(fā)病指數(shù)的影響，以期為褐煤基有機肥推廣應用和生姜優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年4—10月在山東省昌邑市前南逄村進行，年平均降雨量604.5mm。供試土壤為壤土，pH值6.6，電導率 101.8 μS/cm，有機碳含量0.8%，含全氮0.1%、全磷0.3%、全鉀2.0%。

1.2 試驗材料

試驗種植作物為生姜（金昌大姜），供試肥料為元泰豐（包頭）生物科技有限公司生產(chǎn)的吉納泰褐煤基有機肥（有機質(zhì)≥85%，純N 1.5%，P2O52.2%，K2O 3.2%，水分25.3%，pH值6.6）、泰豐土壤生態(tài)調(diào)理劑（有效活菌≥2.0億/mL）、腐熟農(nóng)家肥和常規(guī)復合肥（15-15-15）。

1.3 試驗設計

試驗共設4個處理，以常規(guī)施肥為對照（CK）。采用大區(qū)對比試驗設計，每個處理面積為0.67 hm2，不設重復，統(tǒng)一施用底肥（撒施、滴灌），7月27日統(tǒng)一追肥（溝施），具體肥料施用量見表1。除施肥措施外，田間其他各項農(nóng)藝管理措施均一致。

表1 各處理基肥和追肥施用情況

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤檢測項目與方法。分別在生姜種植前、發(fā)棵期及收獲期進行土壤采樣，測定其pH值、電導率以及有機碳、大量元素（氮、磷、鉀）、中微量元素（鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅、硼）含量。有機碳采用總有機碳分析儀法測定，全氮含量依據(jù)《土壤檢測 第24部分：土壤全氮的測定 自動定氮儀法》（NY/T 1121.24—2012）測定，全磷、全鉀及中微量元素（鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅、硼）均采用微波消解-電感耦合等離子體法測定。

1.4.2 生姜病蟲害調(diào)查。在生姜發(fā)棵期及收獲期分別進行病蟲害調(diào)查，采用5點式調(diào)查方法，每點調(diào)查20株，記錄調(diào)查數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計。計算公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤養(yǎng)分的影響

2.1.1 不同處理對土壤基礎(chǔ)理化性狀的影響。在生姜不同生育期，對土壤理化性狀進行了檢測。由表2可以看出：在生姜發(fā)棵期，與CK相比，處理T1、T2、T3EC值（電導率）顯著降低，下降幅度為32.8%～49.0%；各處理間土壤pH值差異不顯著，為6.05～6.34；有機碳、全氮、全磷、全鉀含量均無顯著差異。在生姜收獲期，處理T1、T3pH值與CK差異顯著，而處理T2pH值與CK差異不顯著；處理T2、T3的EC值（電導率）顯著高于CK，分別提高了38.3%、10.6%；各處理有機碳、全氮、全鉀含量均無明顯差異；處理T1、T2的全磷含量顯著高于CK，分別提高了4.0%、20.0%。試驗結(jié)果表明，褐煤基有機肥及土壤生態(tài)調(diào)理劑的施入，能提高土壤中有機碳含量，同時能顯著增加土壤中全磷含量，改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力，為作物生長提供良好的環(huán)境。

表2 土壤基礎(chǔ)理化性狀

2.1.2 不同處理對土壤中微量元素的影響。在生姜不同生育期，對土壤中微量元素進行了檢測。由表3可以看出：在生姜發(fā)棵期，處理 T1、T2、T3鈣含量顯著高于CK，分別提高了23.5%、23.5%、20.6%；與CK相比，處理T2、T3的銅含量顯著降低，分別降低了6.46%、6.54%；各處理間鎂、硼、鐵、錳、鋅含量均無顯著差異。在生姜收獲期，與 CK 相比，處理 T1、T2、T3鈣含量顯著提高，分別提高了57.1%、57.1%、185.7%；與 CK 相比，處理 T1、T2、T3鎂含量增加了 0.3～6.3 倍，其中處理T2、T3與CK差異顯著，以處理T3鎂含量最高；而處理 T1、T2、T3錳含量較CK顯著降低，均降低了25.0%；各處理硼、銅、鐵含量均無顯著差異。該試驗結(jié)果表明，單獨施用褐煤基有機肥、土壤調(diào)理劑或二者配合施用均能顯著增加土壤中鈣、鎂含量，增加土壤中量元素含量，為植物生長發(fā)育提供更全面的養(yǎng)分。

表3 土壤中微量元素含量

2.2 不同處理對作物病蟲害的影響

生姜發(fā)棵期及收獲期對試驗地各處理進行了病蟲害調(diào)查，發(fā)棵期主要發(fā)生的病蟲害包括白星病、炭疽病、白絹病，收獲期主要蟲害為線蟲。由表4可以看出：生姜白星病發(fā)病率為9.67%～11.00%，病情指數(shù)為2.16～2.23，各處理間差異不顯著；炭疽病發(fā)病率為2.00%～2.67%，病情指數(shù)為0.30～0.39，各處理間差異不顯著；白絹病發(fā)病率為6.00%～11.00%，與CK相比，處理T3發(fā)病率及病情指數(shù)顯著下降，其中發(fā)病率降低了45.5%，病情指數(shù)降低了23.1%；生姜收獲期根結(jié)線蟲的發(fā)病率為6.00%～9.00%，病情指數(shù)為 1.34～1.83，與 CK 相比，處理 T1、T2、T3病情指數(shù)均有所降低但差異不顯著，其中處理T3病情指數(shù)下降幅度最大，達到26.8%。試驗結(jié)果表明，單獨施用褐煤基有機肥或土壤生態(tài)調(diào)理劑均可降低白絹病、根結(jié)線蟲的發(fā)病率及病情指數(shù)，以二者配合施用（處理T3）效果最佳。

表4 生姜病害發(fā)生情況

2.3 不同處理對生姜產(chǎn)量的影響

收獲期對試驗地各處理進行了理論測產(chǎn)。從表5可以看出，與CK相比，處理 T1、T2、T3的單株姜重分別提高了0.8%、4.5%、15.0%，各處理間差異不顯著；產(chǎn)量分別提高了5.9%、9.7%、11.6%，處理T3產(chǎn)量最高且顯著高于處理T1和CK。該試驗結(jié)果表明，單施褐煤基有機肥或土壤生態(tài)調(diào)理劑生姜產(chǎn)量均有明顯的提高，以二者配合施用（處理T3）增產(chǎn)效果最佳。

表5 生姜產(chǎn)量統(tǒng)計

3 結(jié)論與討論

3.1 褐煤基有機肥及土壤生態(tài)調(diào)理劑對土壤養(yǎng)分的影響

施用有機肥能顯著改善土壤團聚程度、保水保肥能力和養(yǎng)分狀況，提高土壤肥力，并大幅度提高耕地土壤高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)性能[12-14]。前人研究表明，在土壤中施入有機肥，增加了可以被微生物利用的碳源和氮源，提高了微生物活性，從而影響土壤中有機碳的轉(zhuǎn)化與固定，提高了表層土壤有機碳和易氧化有機碳的含量[15-16]。本試驗研究也表明，施用褐煤基有機肥處理與單施化肥處理相比，土壤有機碳含量增加了1.2%～2.5%，有機碳的累積顯著高于單施化肥。本試驗所用褐煤基有機肥的有機質(zhì)含量≥85%，是土壤有機質(zhì)增加的主要因素。同時，施用土壤生態(tài)調(diào)理劑的處理有機碳含量也略有提高，這是由于有益活菌的施入釋放了土壤中吸附的營養(yǎng)物質(zhì)，與植物根系形成緊密互利的協(xié)同共生關(guān)系，促進了有機物質(zhì)的形成與轉(zhuǎn)化。

同時，褐煤基有機肥及土壤調(diào)理劑的施入使土壤中大量元素及中微量元素含量也有不同程度的提高，其中鈣元素提高了57.1%～185.7%、鎂含量增加了0.3～6.3倍，這與土壤有機碳含量增加及土壤性狀得到有效改善密切相關(guān)。因為有機質(zhì)具有較強的陽離子代換能力，能夠吸附較多的氮、鉀、鋅、鎂等營養(yǎng)元素，防止養(yǎng)分淋失，提高土壤保肥能力[17]。另外，褐煤基有機肥除了含有有機質(zhì)以外，還含有多種中微量元素，能夠為生姜生長發(fā)育提供所需的各類養(yǎng)分；土壤生態(tài)調(diào)理劑中所含的有益活菌能夠提高與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化有關(guān)的微生物和酶的活性，其中含有的微生物菌群可以將基肥及土壤中的大量元素、中量元素釋放出來[18]，保持速效養(yǎng)分供應平衡，增加中微量元素的豐富度和有效性，為生姜生長發(fā)育及時補充各種養(yǎng)分。

3.2 褐煤基有機肥及土壤生態(tài)調(diào)理劑對作物病蟲害的影響

本試驗發(fā)現(xiàn)，施用吉納泰褐煤基有機肥及泰豐土壤生態(tài)調(diào)理劑的處理白絹病病情指數(shù)降低了15.4%～23.1%，根結(jié)線蟲病情指數(shù)降低了7.7%～26.8%，這可能與吉納泰褐煤基有機肥含碳高、多微孔以及對土壤微生態(tài)環(huán)境的調(diào)控等有關(guān)。多項研究表明，碳肥的多微孔結(jié)構(gòu)及豐富的碳、氮源養(yǎng)分，在為土壤微生物提供了良好物理生存空間的同時，也為其生命活動提供了一定的養(yǎng)分來源，有利于促進微生物菌群生長，改變微生物菌群比例，抑制某些真菌類有害微生物生長，從而減少病害發(fā)生[19-20]。另外，吉納泰褐煤基有機肥在制備發(fā)酵過程中可能含有一些揮發(fā)類物質(zhì)，可阻抑蟲害發(fā)生，從而降低生姜病蟲害發(fā)生率。

3.3 褐煤基有機肥及土壤生態(tài)調(diào)理劑對生姜產(chǎn)量的影響

合理施用有機肥一直是我國農(nóng)業(yè)施肥的指導方針，前人在水稻、棉花、烤煙等作物上試驗研究表明，有機肥的合理施用能顯著提高作物產(chǎn)量[21-23]。本試驗研究表明，施用褐煤基有機肥及土壤生態(tài)調(diào)理劑的處理，單株姜重提高了0.8%～15.0%，生姜產(chǎn)量提高了5.9%～11.6%，以吉納泰褐煤基有機肥和泰豐土壤生態(tài)調(diào)理劑配合施用處理增產(chǎn)效果最佳。這是由于褐煤基有機肥的施入，增加了有機質(zhì)含量，延長了肥效，加快了腐殖酸對土壤養(yǎng)分的活化速度，改善了土壤團粒結(jié)構(gòu)，從而使土壤疏松，優(yōu)化了生姜的生長環(huán)境，促進了生姜根系發(fā)展[24-25]；土壤生態(tài)調(diào)理劑的施入增加了有益微生物，有益菌的存在可以抑制有害菌群的增長、減少植株死亡率，其旺盛的代謝活動可以提高肥料利用率，促進生姜膨大。