有機(jī)物料組合肥還田對耕地質(zhì)量及甜菜品質(zhì)和效益的影響

趙 蕊，毛 濤，秦嘉海

(1.張掖市耕地質(zhì)量建設(shè)管理站，甘肅 張掖 734000；2.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生態(tài)工程學(xué)院，甘肅 張掖 734000)

甘肅省張掖黑河內(nèi)陸灌區(qū)截止2019年甜菜種植面積達(dá)到1 500 hm2[1]，經(jīng)社會實(shí)踐調(diào)查，農(nóng)戶種植的甜菜產(chǎn)量為102～108 t·hm-2，氮磷鉀純養(yǎng)分投入量為0.98～1.08 t·hm-2，而有機(jī)肥氮磷鉀純養(yǎng)分投入量為0.15～0.16 t·hm-2。長期施用化肥導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降，生產(chǎn)的甜菜產(chǎn)量低，品質(zhì)差[2-5]。

有關(guān)有機(jī)物料對土壤質(zhì)量和作物品質(zhì)影響的研究報(bào)道較多。玉米秸稈還田提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，使土壤理化性質(zhì)得到改善[6]；牛糞對玉米田土壤物理化學(xué)性質(zhì)的改善表現(xiàn)出積極作用[7]；雞糞與稻稈、生物炭混施提高了磚紅壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性[8]；牛糞降低了土壤酸堿度、電導(dǎo)率和堿化度[9]；生物炭和有機(jī)物料配合施用提高了沙土的氮磷鉀含量[10]]；有機(jī)物料提高了土壤磷的有效性[11]、改善了黃壤土壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性[12]、提高了土壤微團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量[13]。玉米秸稈還田為土壤微生物的生長繁殖提供了充足的碳源[14]；蘑菇渣促進(jìn)了土壤微生物的繁殖[15]；雞糞和家畜糞配合施用提高了土壤微生物的數(shù)量[16]；牛糞提高了土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量，抑制了真菌的增長[17]。有機(jī)物料與化肥配施能夠提高土壤酶活性[18]；葡萄酒渣復(fù)混肥提高了蔗糖酶、脲酶和磷酸酶酶活性[19]。雞糞可以降低重金屬離子的生物有效性[20]；豬糞對土壤重金屬Cu、Zn 累積具有一定的促進(jìn)作用[21]；雞糞對土壤中Pb、Cd具有較強(qiáng)的鈍化作用[22]；豬糞、雞糞和污泥促進(jìn)了 Cu、Zn 在土壤中的累積，但對Cd、Cr、Pb和 Ni沒有顯著影響[23]；有機(jī)物料降低了水稻根系對土壤Cd的吸收富集[24]。牛糞可以明顯提高大豆的脂肪、游離氨基酸和可溶性糖含量[25]；沼渣還田改善了番茄的品質(zhì)[26]；有機(jī)物提升了黃瓜果實(shí)Vc含量[27]；糠醛渣生態(tài)肥提高了甜菜單株塊根重和塊鮮根產(chǎn)量28]；糠醛渣有機(jī)碳生態(tài)肥提高了甜菜根體長度和產(chǎn)量[29]；有機(jī)物料還田能夠顯著提高作物產(chǎn)量[30]。

綜上所述，前人研究主要集中在有機(jī)物料單獨(dú)施用對土壤理化性質(zhì)、生物學(xué)性質(zhì)、重金屬和作物產(chǎn)量方面，而有機(jī)物料組合肥還田對耕地質(zhì)量及甜菜品質(zhì)和效益影響的研究尚少見文獻(xiàn)報(bào)道。2016年甘肅省張掖市分布著9.78×106t的有機(jī)物料(畜禽糞便有機(jī)肥8.08×106t，作物秸稈1.55×106t，廢渣9.83×104t，餅肥5.54×104t)，用于沼氣工程、直接還田的占55%，剩余4.40×106t有機(jī)物料堆放在農(nóng)村居民點(diǎn)周圍，對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境造成了污染[31]。經(jīng)分析這些有機(jī)物料含有機(jī)質(zhì)25.41%～42.27%，N 0.21%～1.03%，P2O50.17%～0.81%，K2O 0.13%～0.63%，而重金屬Hg，Cd，Cr，Pb含量均小于國家規(guī)定的畜禽糞便含量標(biāo)準(zhǔn)(GB8172—87)[32]。為了解決研究區(qū)域長期施用化肥、耕地質(zhì)量下降、甜菜品質(zhì)差和有機(jī)物料對鄉(xiāng)村生態(tài)環(huán)境污染的問題，本文以研究區(qū)資源豐富的有機(jī)物料為試材，在室內(nèi)合成系列有機(jī)物料組合肥并進(jìn)行田間驗(yàn)證試驗(yàn)，旨在為研究區(qū)有機(jī)物料資源循環(huán)利用、改善耕地質(zhì)量、提高甜菜品質(zhì)和效益提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)在甘肅省張掖市甘州區(qū)明永鎮(zhèn)燎原村甜菜種植基地(100°21′45″E，39°01′53″N)進(jìn)行，海拔1 453 m，降水量116 mm, 蒸發(fā)量1 850 mm，氣溫7.50℃，日照時(shí)數(shù)3 053 h，無霜期160 d。土壤類型是灌淤旱作人為土[33]，0～20 cm土層堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為72.03、9.69、135.32 mg·kg-1；有機(jī)質(zhì)、CEC(陽離子交換量)、全鹽和pH值分別為20.87 g·kg-1、19.72 cmol·kg-1、2.42 g·kg-1和8.22；容重、總孔隙度和團(tuán)聚體分別為1.49 g·cm-3、43.77%和24.87%，前茬作物是葵花。

1.1.2 試驗(yàn)材料 甜菜品種(HIO-474，瑞士先正達(dá)公司選育)；改性糠醛渣(在1 000 kg糠醛渣中加入35 kg碳酸氫銨把pH值由4.20調(diào)整到6.50)；雞糞+食用菌渣+油菜籽餅組合肥(雞糞、食用菌渣、油菜籽餅風(fēng)干重量比按0.8500∶0.1250∶0.025混合)；羊糞+改性糠醛渣+葵花籽餅組合肥(羊糞、改性糠醛渣、葵花籽餅風(fēng)干重量比按0.8500∶0.1250∶0.025混合)；豬糞+沼渣+棉籽餅組合肥(豬糞、沼渣、棉籽餅風(fēng)干重量比按0.8500∶0.1250∶0.025混合)；牛糞+葡萄酒渣+胡麻籽餅組合肥(牛糞、葡萄酒渣、胡麻籽餅風(fēng)干重量比按0.8500∶0.1250∶0.025混合)，其他試驗(yàn)材料有效成分見表1。

表1 參試材料有效成分

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 有機(jī)物料組合肥發(fā)酵 2016年4月15日將各種有機(jī)物料自然風(fēng)干粉碎后過20 mm篩。按照試驗(yàn)處理配制4種有機(jī)物料組合肥，調(diào)整水分含量至60%～65%，堆成高2.00 m的梯形，蓋上廢舊塑料薄膜，在塑料薄膜上開直徑3～5 cm小洞若干個(gè)，堆在溫室內(nèi)(室溫25℃～30℃)，雞糞+食用菌渣+油菜籽餅組合肥發(fā)酵70 d，間隔35 d攪拌1次，羊糞+改性糠醛渣+葵花籽餅組合肥發(fā)酵140 d，間隔46 d攪拌1次，豬糞+沼渣+棉籽餅組合肥發(fā)酵55 d，間隔28 d攪拌1次，牛糞+葡萄酒渣+胡麻籽餅組合肥發(fā)酵90 d，間隔30 d攪拌1次。待堆內(nèi)溫度降到室溫，堆內(nèi)出現(xiàn)灰白色菌絲時(shí)發(fā)酵結(jié)束[34]，將上述發(fā)酵物料放置在陰涼干燥處自然風(fēng)干至含水量小于5%后備用。

1.2.2 試驗(yàn)處理 試驗(yàn)設(shè)計(jì)6個(gè)處理，處理1為對照(不施肥)；處理2為傳統(tǒng)化肥,尿素+磷酸二銨+硫酸鉀施用量為0.90 t·hm-2+0.53 t·hm-2+0.45 t·hm-2；處理3為雞糞+食用菌渣+油菜籽餅，施用量34.67 t·hm-2；處理4為羊糞+改性糠醛渣+葵花籽餅，施用量74.17 t·hm-2；處理5為豬糞+沼渣+棉籽餅，施用量施用量76.41 t·hm-2；處理6為牛糞+葡萄酒渣+胡麻籽餅，施用量81.53 t·hm-2。2017—2019年，于每年的4月20日將磷酸二銨、硫酸鉀、有機(jī)物料組合肥在播種前撒入小區(qū)，淺耕翻入20cm土層；在甜菜苗期結(jié)合灌水追施尿素0.30 t·hm-2，在塊根膨大期結(jié)合灌水追施尿素0.60 t·hm-2，追肥方法為穴施，追肥深度10 cm。為了使試驗(yàn)具有可比性，將處理2、3、4、5和6施肥成本均設(shè)計(jì)為0.50萬元·hm-2。每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。

1.2.3 種植方法 小區(qū)面積36 m2(8.00 m×4.50 m)，每個(gè)小區(qū)四周筑埂。播種前起壟，壟高、壟距和壟寬為35 cm×50 cm×50 cm，在壟上鋪上滴灌帶和地膜。2017—2019年，每年4月20日播種，深度、株距和行距為1.50 cm×24 cm×50 cm，每壟2行。在播種后、苗期、生長盛期、塊根膨大期和收獲前各灌水1次，每小區(qū)灌水量9 m3，2017—2019每年的10月6日收獲。

1.2.4 樣品采集方法 2017—2019每年的10月3日甜菜收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集15株測定根體長度、根直徑、單株鮮根質(zhì)量和鮮根產(chǎn)量，將小區(qū)鮮根產(chǎn)量換算成公頃產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。連續(xù)定點(diǎn)試驗(yàn)3 a后，于2019年10月6日甜菜采收后，分別在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按對角線布置5個(gè)采樣點(diǎn)，各采集0～20 cm耕作層土樣5 kg，用四分法留2 kg，其中1 kg新鮮土樣放入4 ℃冰箱避光保存用于測定土壤酶活性，另外1 kg土樣風(fēng)干過1 mm篩供室內(nèi)化驗(yàn)分析(容重、團(tuán)聚體用環(huán)刀采集原狀土，未進(jìn)行風(fēng)干)。

1.2.5 測定指標(biāo)與方法 土壤容重、總孔隙度和>0.25 mm土壤團(tuán)聚體測定分別采用環(huán)刀法、計(jì)算法和干篩法；pH值、CEC、全鹽和有機(jī)質(zhì)測定分別采用酸度計(jì)法(水土比5∶1)、乙酸銨-氯化銨法、電導(dǎo)法和重鉻酸鉀氧化-外加熱法；堿解氮、速效磷和速效鉀測定分別采用擴(kuò)散法、NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法、NH4OAC3浸提-火焰光度法；總持水量按公式：總持水量(t·hm-2)=面積×總孔隙度(%)×土層深度(m)求得[35]；土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性測定分別采用3,5-二硝基水楊酸比色法、靛酚比色法、磷酸苯二鈉比色法、碘量滴定法[36]；甜菜含糖率和根直徑測定分別采用手持式測糖儀和游標(biāo)卡尺。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用有機(jī)物料組合肥對土壤質(zhì)量的影響

2.1.1 對理化性質(zhì)的影響 連續(xù)定點(diǎn)試驗(yàn)3 a后于2019年10月3日測定數(shù)據(jù)可知(表2)，不同處理土壤容重為：處理4<處理3<處理5<處理6<處理2<處理1；總孔隙度、>0.25 mm團(tuán)聚體和總持水量為：處理4>處理3>處理5>處理6>處理2>處理1。處理4、處理3與處理2比較，容重降低9.59%和8.22%，總孔隙度增加5.28%和4.52%，>0.25 mm團(tuán)聚體增加4.24%和3.37%，總持水量增加11.76%和10.06%(P<0.01)；處理5、處理6與處理2比較，容重降低6.16%和5.84%，總孔隙度增加3.69%和2.82%，>0.25 mm團(tuán)聚體增加2.48%和1.89%，總持水量增加8.22%和6.28%(P<0.05)。不同處理土壤pH值為：處理4<處理3<處理5<處理6<處理2<處理1；CEC為：處理4>處理3>處理5>處理6>處理2>處理1；全鹽為：處理4<處理3<處理5<處理6<處理1<處理2。處理4與處理2比較，pH值降低9.17%，CEC增加23.53%(P<0.01)，全鹽降低7.79%，(P<0.05)；處理3與處理2比較，pH值和全鹽降低6.97%和5.74%(P<0.05)，CEC增加13.41%(P<0.01)；處理5與處理2比較，pH值和全鹽降低3.92%和4.10%(P>0.05)，CEC增加12.56%(P<0.01)；處理6與處理2比較，pH值和全鹽分別降低3.30%和3.28%(P>0.05)，CEC增加12.01%(P<0.01)。

表2 施用有機(jī)物料組合肥對土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.2 對有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀的影響 由表3可知，不同處理土壤有機(jī)質(zhì)為：處理3>處理4>處理5>處理6>處理2>處理1。處理3、處理4與處理2比較，有機(jī)質(zhì)分別增加16.69%和15.77%(P<0.01)，處理5、處理6與處理2比較，有機(jī)質(zhì)分別增加7.37%和6.87%。不同處理堿解氮為：處理3>處理5>處理4>處理6>處理2>處理1；速效磷為：處理3>處理5>處理6>處理4>處理2>處理1；速效鉀為：處理3>處理4>處理5>處理6>處理2>處理1。處理3與處理2比較，堿解氮增加10.78%(P<0.01)；處理5、處理4、處理6與處理2比較，堿解氮分別增加4.12%、2.04%和1.01%(P>0.05)。處理3與處理2比較，速效磷增加12.03%(P<0.01)；處理5與處理2比較，速效磷增加5.89%(P<0.05)；處理6、處理4與處理2比較，速效磷分別增加3.12%和2.08%(P>0.05)。處理3、處理4與處理2比較，速效鉀分別增加7.77%和5.33%(P<0.05)；處理5、處理6與處理2比較，速效鉀分別增加2.28%和0.62%(P>0.05)。

2.1.3 對酶活性的影響 由表3可知，不同處理土壤酶活性為：處理3>處理4>處理5>處理6>處理2>處理1。處理3與處理2比較，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性分別增加16.78%、30.36%、27.14%和19.23%(P<0.01)；處理4與處理2比較，脲酶和磷酸酶活性分別增加27.74%和15.02%(P<0.01)，蔗糖酶和多酚氧化酶活性分別增加8.72%和7.69%(P<0.05)；處理5與處理2比較，脲酶活性增加16.21%(P<0.01)，蔗糖酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性分別增加7.61%、8.51%和5.13%(P<0.05)；處理6與處理2比較，蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分別增加6.27%、6.39%和5.27%(P<0.05)，多酚氧化酶活性增加2.56%(P>0.05)。

表3 施用有機(jī)物料組合肥對土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀及土壤酶活性的影響

2.2 施用有機(jī)物料組合肥對甜菜經(jīng)濟(jì)性狀及品質(zhì)和效益的影響

從2017—2019年測定的平均數(shù)據(jù)可以看出(表4)，不同處理甜菜根體長度、根直徑和單株鮮根質(zhì)量為：處理3>處理5>處理4>處理6>處理2>處理1。處理3與處理2比較，根體長度和根直徑分別增加13.04%和11.94%(P<0.01)，單株鮮根質(zhì)量和鮮根產(chǎn)量分別增加7.01%和5.94%(P<0.05)；處理5與處理2比較，根體長度、根直徑、單株鮮根質(zhì)量和鮮根產(chǎn)量分別增加6.27%、5.19%、5.14%、5.09%(P<0.05)；處理4與處理2比較，根體長度、根直徑和鮮根產(chǎn)量分別增加3.08%、3.15%、4.25%(P>0.05)，單株鮮根質(zhì)量增加5.26%(P<0.05)；處理6與處理2比較，根體長度、根直徑、單株鮮根質(zhì)量和鮮根產(chǎn)量分別增加1.02%、2.13%、4.39%、3.80%(P>0.05)。不同處理含糖率為：處理3>處理4>處理5>處理6>處理2>處理1。處理3、處理4與處理2比較，含糖率分別增加16.63%和15.34%(P<0.01)，處理5、處理6與處理2比較，含糖率分別增加5.62%和5.38%(P<0.05)。不同處理施肥利潤為：處理3>處理5>處理4>處理6>處理2。處理處理3、處理5、處理4、處理6與處理2比較，施肥利潤分別增加0.23、0.20、0.17、0.15萬元·hm-2。

表4 施用有機(jī)物料組合肥對甜菜經(jīng)濟(jì)性狀及品質(zhì)和效益的影響

3 討 論

施用羊糞+改性糠醛渣+葵花籽餅組合肥的甜菜種植田物理性質(zhì)和持水量表現(xiàn)為：容重降低、孔隙度、團(tuán)聚體和總持水量增大；化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為：陽離子交換量增大、pH值和全鹽降低。上述變化規(guī)律究其原因是羊糞+改性糠醛渣+葵花籽餅組合肥比較疏松、容重小，因而增大土壤孔隙度，降低了容重；糠醛渣在土壤中合成的腐殖質(zhì)促進(jìn)了團(tuán)聚體的形成[37]；腐殖質(zhì)的吸水率為500%，因而提高了持水量[38]；腐殖質(zhì)提高了土壤的保肥性，因而增大了CEC[39]；糠醛渣是一種酸性有機(jī)廢棄物，因而降低了土壤pH值[40]；羊糞、糠醛渣和葵花籽餅鹽基離子含量比其他處理低，因而降低了土壤全鹽含量。

雞糞+食用菌渣+油菜籽餅組合肥比其他處理更有利于提高土壤有機(jī)質(zhì)、酶活性、速效氮磷鉀、甜菜含糖率、根體長度、根直徑、單株鮮根質(zhì)量和鮮根產(chǎn)量。究其原因是雞糞+食用菌渣+油菜籽餅組合肥有機(jī)質(zhì)含量比其他處理高，因而提升了肥料的有機(jī)質(zhì)含量；有機(jī)質(zhì)為土壤酶創(chuàng)造了良好的生態(tài)環(huán)境條件，因而提高了酶的活性；雞糞+食用菌渣+油菜籽餅組合肥速效氮磷鉀含量比其他處理高，因而提高了土壤氮磷鉀含量；雞糞+食用菌渣+油菜籽餅組合肥提高了甜菜含糖率，這種變化規(guī)律與有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量高有關(guān)，雞糞+食用菌渣+油菜籽餅組合肥土壤耕作層有機(jī)質(zhì)分別是處理4、5、6的1.01、1.08、1.09倍，速效鉀分別是處理4、5、6的1.02、1.05、1.07倍；雞糞+食用菌渣+油菜籽餅組合肥有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀含量高，肥效較長，源源不斷供給甜菜營養(yǎng)，因而提高了產(chǎn)量。

4 結(jié) 論

羊糞+改性糠醛渣+葵花籽餅組合肥比其他處理更有利于提高土壤孔隙度、團(tuán)聚體、總持水量和陽離子交換量，降低容重、pH值和全鹽含量；雞糞+食用菌渣+油菜籽餅組合肥比其他處理有利于提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、酶活性、速效氮磷鉀含量，使甜菜根體長度、根直徑、單株鮮根質(zhì)量、鮮根產(chǎn)量、含糖率和經(jīng)濟(jì)效益提升。而傳統(tǒng)化肥有利于提高土壤全鹽、CEC、堿解氮、速效磷和速效鉀，對容重、總孔隙度、團(tuán)聚體、總持水量、有機(jī)質(zhì)和土壤酶活性無顯著影響。在甜菜種植田上施用有機(jī)物料組合肥，改善了土壤理化性質(zhì)和甜菜品質(zhì)，提高了土壤有機(jī)質(zhì)及酶活性和甜菜經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了有機(jī)物料資源循環(huán)利用和增值，為保障國家甜菜安全生產(chǎn)提供了技術(shù)支撐。