馬鈴薯加工廢水灌溉農(nóng)田土壤肥力特征及其對施肥的響應(yīng)①

雷金銀，雷曉婷，何進勤*，祁煥軍,2，金建新，周麗娜，桂林國，馮付軍

馬鈴薯加工廢水灌溉農(nóng)田土壤肥力特征及其對施肥的響應(yīng)①

雷金銀1，雷曉婷1，何進勤1*，祁煥軍1,2，金建新1，周麗娜1，桂林國1，馮付軍3

(1 寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，銀川 750002；2 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，銀川 750021；3 寧夏西吉縣農(nóng)技推廣中心，寧夏西吉 756200)

為探明施肥措施對馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉后農(nóng)田土壤肥力的影響，設(shè)置7個施肥處理：T1(CK)，不施肥；T2，常規(guī)施肥；T3，優(yōu)化施肥(減氮增磷)；T4，優(yōu)化施肥+增氧劑；T5，優(yōu)化施肥70%+生物有機肥；T6，優(yōu)化施肥70%+生物有機肥+增氧劑；T7，緩釋肥(沃夫特26-10-12)，取樣并檢測土壤養(yǎng)分指標及微生物數(shù)量。結(jié)果表明，與灌溉前相比，灌溉后種植前0 ～ 20 cm和20 ～ 50 cm土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀均激增，分別增加68.65%、70.73%，95.47%、86.41%，434.60%、931.05% 和485.07%、580.31%，收獲后不同施肥處理土壤養(yǎng)分均顯著下降，且處理間差異顯著。灌溉后種植前0 ～ 20 cm土壤真菌、細菌和放線菌分別增加10倍、50倍和1.5倍，微生物總量增加34倍，收獲后T1中土壤真菌有所下降，其余施肥處理下土壤真菌顯著增加，各施肥處理土壤細菌和微生物總量顯著降低，放線菌顯著增加。其中T5、T6細菌、放線菌和微生物總量最高，T4真菌最高。兩種供試玉米品種株高和地上生物量在不同施肥措施下均由高到低為：T6>T5>T7>T3>T4>T2>T1。由此可知，馬鈴薯淀粉廢水灌溉農(nóng)田具有一定的肥效，且通過減施化肥，增施有機肥和增氧劑可有效促進馬鈴薯淀粉廢水的肥效作用。

馬鈴薯加工廢水；灌溉；土壤肥力；施肥措施

寧夏南部山區(qū)生態(tài)環(huán)境惡劣，干旱缺水是當?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的最大限制因素[1]。馬鈴薯由于適應(yīng)能力強，成為當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和脫貧致富的支柱產(chǎn)業(yè)，在當?shù)亟?jīng)濟和社會發(fā)展中處于無法替代的地位。區(qū)內(nèi)西吉縣素有“中國馬鈴薯之鄉(xiāng)”之稱。每年西吉馬鈴薯加工業(yè)給當?shù)剞r(nóng)民帶來的經(jīng)濟收入占總收入的1/4以上，占工業(yè)經(jīng)濟的1/2左右。20世紀90年代初期，馬鈴薯淀粉產(chǎn)業(yè)的興起為山區(qū)農(nóng)民脫貧致富找到了一條出路，有力地拉動了當?shù)亟?jīng)濟的增長，取得了良好的經(jīng)濟效益和顯著的社會效益。目前，馬鈴薯淀粉加工成為寧南山區(qū)馬鈴薯鮮薯消化的重要途徑，每年全區(qū)1/3的馬鈴薯用于生產(chǎn)淀粉，產(chǎn)值達2億多元。但隨之而產(chǎn)生的淀粉加工廢水的污染問題也日益凸現(xiàn)出來，據(jù)測算，每加工生產(chǎn)1 t 精淀粉需耗水12 t，每年排放的淀粉廢水將近3×106t[2-3]。何進勤等[4]、李曉婷等[5]和趙博超等[6]研究指出，馬鈴薯淀粉的生產(chǎn)加工過程主要是物理變化過程，生產(chǎn)中一般不添加任何有毒、有害化學(xué)物質(zhì)，只需加入少量的檸檬酸(用于漂白淀粉)，廢水中含有大量氨基酸、氮、磷、鉀等作物需要的營養(yǎng)物質(zhì)。以“肥水”還田加以利用，不僅可以避免對環(huán)境造成嚴重污染，而且減少水肥資源的巨大浪費。國內(nèi)外關(guān)于廢水灌溉發(fā)展農(nóng)業(yè)開展了大量研究，許多研究表明廢水灌溉能夠提高土壤肥力、增加土壤酶活性、促進種植作物生長[7-13]；但也有專家研究指出，長期施用高含量碳耗氧有機物的淀粉廢水會使農(nóng)田土壤腐殖質(zhì)組分變劣、土壤物理結(jié)構(gòu)變差。此外，在污灌過程中NO3–、Ca2+和Mg2+等物質(zhì)下移，潛伏著污染地下水的危險[14-15]。因此，在利用淀粉廢水進行灌溉的過程中，如何做到揚長避短是一個值得長期探索的問題。本文針對馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉農(nóng)田后營養(yǎng)物質(zhì)在土壤中的穩(wěn)定性及其肥效特征進行研究，探討施肥措施對其養(yǎng)分的影響，提出基于馬鈴薯廢水灌溉的旱作農(nóng)田土壤肥力調(diào)控技術(shù)，為完善馬鈴薯廢水還田和可持續(xù)利用提供技術(shù)保障。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于寧夏原州區(qū)西吉縣將臺鄉(xiāng)火溝村，該區(qū)海拔1 830 ～ 2 052 m，年干燥度1.42，年均氣溫5.3 ℃，多年平均降雨量378 mm，無霜期123 d，≥10℃ 年活動積溫1 928.4 ℃。土壤為黑壚土，種植前表層0 ～ 20 cm土壤肥力狀況為有機質(zhì)12.25 g/kg，堿解氮75 mg/kg，有效磷15.75 mg/kg，速效鉀167.5 mg/kg。試驗廢水取自附近西吉萬里馬鈴薯淀粉加工有限公司生產(chǎn)廢水，廢水基本成分見表1。

表1 馬鈴薯淀粉加工廢水基本成分含量

1.2 試驗設(shè)計

試驗在種植前利用馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉一次，然后以廢水灌溉農(nóng)田為研究對象，采用完全隨機試驗設(shè)計，共設(shè)7個施肥處理：T1(CK)，不施肥；T2，常規(guī)施肥；T3，優(yōu)化施肥(減氮增磷)；T4，優(yōu)化施肥+增氧劑；T5，優(yōu)化施肥70%+生物有機肥；T6，優(yōu)化施肥70%+生物有機肥+增氧劑；T7，緩釋肥(沃夫特26-10-12)。每個小區(qū)面積4 m × 10 m，重復(fù)3次。供試作物為青貯玉米，選用屯玉188和遼單565兩個品種。于灌溉2個月后開展施肥、播種，所有肥料均在播種前一次性施入，各小區(qū)試驗方案見表2。

1.3 觀測指標與方法

1.3.1 廢水指標測定馬鈴薯淀粉加工廢水COD、BOD5、pH、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷、粗纖維、淀粉、蛋白質(zhì)等測定參考文獻[16]。

1.3.2 土壤養(yǎng)分指標測定 土壤有機質(zhì)測定采用K2Cr2O7容量法–外加熱法；堿解氮測定采用堿解擴散法；有效磷測定采用NaHCO3浸提–分光光度計法；速效鉀采用乙酸氨浸提–火焰光度計法[17]。

1.3.3 土壤微生物數(shù)量及其區(qū)系特征 在播種前和收獲后采集各處理土壤，主要測定表層0 ～ 20 cm土壤微生物區(qū)系組成。細菌、真菌和放線菌采用平板培養(yǎng)計數(shù)法測定，培養(yǎng)基分別用牛肉膏蛋白胨瓊脂、PDA和改良高氏1號瓊脂培養(yǎng)基[18]。

表2 施肥方案(kg/hm2)

1.3.4 玉米株高和生物量測定 株高標記測定，生物量采用樣方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

應(yīng)用Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理和作圖，Minitab 17.0進行ANOVA統(tǒng)計分析和LSD法均值兩兩比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對馬鈴薯加工廢水灌溉農(nóng)田土壤養(yǎng)分特征的影響

2.1.1 土壤有機質(zhì) 馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉農(nóng)田極顯著地增加了土壤有機質(zhì)含量(<0.01)。灌溉后60 d種植前表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm土壤有機質(zhì)比灌溉前分別增加68.65% 和70.73%(表3)。廢水灌溉帶來的土壤有機質(zhì)增加，經(jīng)過一季玉米生長，土壤有機質(zhì)仍然有所增加，與廢水灌溉前相比，收獲后T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7處理下表層0 ～ 20 cm土壤有機質(zhì)分別增加17.14%、3.59%、16.24%、2.94%、13.4%、16.98%、23.02%，底層20 ～ 50 cm土壤有機質(zhì)除T5處理略有下降外，T1、T2、T3、T4、T6、T7處理下均有所增加，分別提高32.26%、35.56%、57.59%、55.77%、53.42%、60.68%。廢水灌溉帶入的有機物料，導(dǎo)致土壤有機質(zhì)激增，但是其很不穩(wěn)定，與廢水灌溉后種植前相比，收獲后T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7處理下表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm土壤有機質(zhì)極顯著下降，分別降低30.54%、22.53%，38.58%、20.71%，31.07%、7.7%，38.96%、8.76%，32.72%、46.31%，30.64%、10.14% 和27.06%、5.88%。表層0 ～ 20 cm土壤有機質(zhì)T2和T7處理差異極顯著，其他各處理間差異不顯著。其中T2、T4處理有機質(zhì)最低，T7最高，表明常規(guī)施肥氮肥過量和增施增氧劑增加土壤氧氣含量，促進土壤有機質(zhì)礦化，合理施肥有利于有機質(zhì)固持與蓄存。底層20 ～ 50 cm土壤有機質(zhì)T5和T7分別與各處理差異極顯著，其他各處理之間差異不顯著，其中T5處理最低，T7最高，表明增施有機肥導(dǎo)致深層土壤有機質(zhì)的消耗。

2.1.2 土壤堿解氮 馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉農(nóng)田極顯著地增加土壤堿解氮含量(<0.01)。灌溉后種植前土壤表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm土壤堿解氮比廢水灌溉前分別增加95.47% 和86.41%(表3)。玉米在生長過程中氮的消耗較大，各施肥處理下土壤堿解氮含量均有所下降，與廢水灌溉前相比，收獲后T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7處理下表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm土壤堿解氮顯著下降，分別下降93.87%、96.10%，53.97%、56.66%，59.37%、70.39%，22.91%、51.15%，73.84%、86.21%，28.64%、2.91% 和40.49%、61.59%。通過廢水增加土壤堿解氮極不穩(wěn)定，在生長季內(nèi)快速降低，與廢水灌溉后種植前相比，收獲后T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7處理表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm土壤堿解氮也均極顯著下降，分別降低96.86%、97.91%，76.45%、76.75%，79.22%、84.11%，60.56%、73.79%，86.62%、92.60%，63.49%、47.92% 和69.56%、79.40%。表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm土壤堿解氮各處理之間差異極顯著。其中T1和T5處理最低，表明不施肥處理堿解氮失衡，而增施生物有機肥促進土壤氮礦化和吸收利用，T6處理最高，在優(yōu)化施肥的基礎(chǔ)上，增施增氧劑和生物有機肥對氮素的穩(wěn)定有影響?？芍?，合理的施肥處理，可將廢水的肥力優(yōu)勢發(fā)揮出來，維持氮的穩(wěn)定和平衡，同時降低氮的無效損失和對土壤環(huán)境的影響。

2.1.3 土壤有效磷 馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉農(nóng)田極顯著地增加土壤有效磷含量(<0.01)。灌溉后60 d種植前土壤表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm土壤有效磷比灌溉前分別增加434.60% 和931.05%(表3)。廢水灌溉帶入的養(yǎng)分成分造成的土壤有效磷增加，經(jīng)過一季玉米生長，土壤有效磷仍然有所增加，與廢水灌溉前相比，收獲后表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm土壤有效磷極顯著增加，T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7分別增加41.84%、312.63%，321.08%、582.37%，250.03%、1386.84%，259.81%、982.37%，173.08%、292.37%，147.05%、856.58% 和359.05%、1562.11%。同樣地，廢水灌溉導(dǎo)致土壤有效磷的激增，但是很不穩(wěn)定，與廢水灌溉后種植前相比，T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7處理表層0 ～ 20 cm土壤有效磷均極顯著下降，分別降低73.47%、21.24%、34.52%、32.70%、48.92%、53.79%、14.13%。T3、T4、T7底層20 ～ 50 cm土壤有效磷分別增加44.21%、4.98%、61.20%，T1、T3、T5、T6處理分別下降59.98%、33.82%、61.94%、7.22%。各處理表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm土壤有效磷差異極顯著。其中T7最高、T1最低。

表3 馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉前后土壤養(yǎng)分特征變化

注：表中大寫字母不同表示同一土層不同處理間差異達<0.01顯著水平，下表同。DF為自由度，SS為平均偏差平方和，MS為均方，0.01為統(tǒng)計量，為顯著性概率。

2.1.4 土壤速效鉀 馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉農(nóng)田極顯著地增加土壤速效鉀含量(<0.01)。灌溉后60 d種植前土壤表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm土壤速效鉀比灌溉前分別增加485.07% 和580.31%(表3)。廢水灌溉帶入的養(yǎng)分成分造成的土壤速效鉀增加，經(jīng)過一季玉米生長，各施肥處理土壤速效鉀仍然極顯著增加，與廢水灌溉前相比，收獲后T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7處理下表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm 土壤分別增加251.08%、324.52%，280.29%、353.88%，367.91%、440.09%，338.70%、594.17%，280.29%、497.87%，251.08%、478.61% 和382.51%、555.65%。廢水灌溉導(dǎo)致土壤速效鉀的激增，但是很不穩(wěn)定，與廢水灌溉后種植前相比，收獲后T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7各處理表層0 ～ 20 cm土壤速效鉀極顯著下降，分別降低39.99%、35.00%、20.03%、25.02%、35.00%、39.99%、17.53%。底層20 ～ 50 cm土壤速效鉀除T4處理有所增加外，T1、T2、T3、T5、T6、T7各處理均顯著下降，分別降低37.60%、33.28%、20.61%、12.12%、14.95%、3.63%。不同施肥處理之間差異顯著，其中T7最高、T1最低。

2.2 施肥對馬鈴薯加工廢水灌溉農(nóng)田土壤微生物區(qū)系及數(shù)量特征影響

由表4可知，馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉對土壤微生物區(qū)系及其數(shù)量特征具有極顯著影響(<0.01)。與廢水灌溉前相比，灌溉后種植前表層0 ～ 20 cm土壤真菌、細菌和放線菌分別增加10倍、50倍和1.5倍，微生物總量增加34倍。與土壤養(yǎng)分相似，土壤微生物量亦呈現(xiàn)出灌溉之初激增的不穩(wěn)定性和經(jīng)過種植與和施肥管理后的初步平衡穩(wěn)定的過程，不同施肥處理對土壤真菌、細菌、放線菌和微生物總量的影響極顯著(<0.01)。與廢水灌溉前相比，收獲后T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7處理表層0 ～ 20 cm土壤真菌、細菌、放線菌和微生物總量顯著增加，其中真菌分別增加800.61%、885.37%、1296.34%、1816.26%、1214.63%、1354.07%、1004.88%，細菌分別增加467.55%、860.38%、1157.74%、897.36%、1218.49%、1449.43%、733.21%，放線菌增加314.15%、60%、196.04%、249.81%、354.72%、406.23%、187.55%，微生物總量分別增加447.37%、729.10%、1001.86%、804.95%、1076.47%、1276.47%、647.68%。與廢水灌溉后種植前相比，收獲后除T1處理土壤真菌有所下降外，T2、T3、T4、T5、T6、T7處理土壤真菌顯著增加，分別增加8.46%、53.69%、110.92%、44.65%、60.04%、21.26%；T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7土壤細菌顯著降低，分別降低85.27%、75.08%、67.36%、74.12%、65.79%、59.79%、78.38%；放線菌顯著增加，分別增加184.70%、9.99%、103.50%、140.47%、212.58%、247.99%、97.67%；微生物總量顯著降低，分別下降82.89%、74.09%、65.56%、71.71%、63.23%、56.98%、76.63%。其中T5、T6處理細菌、放線菌和微生物總量最高，T4處理真菌最高，表明增施生物有機肥和增氧劑處理能夠有效改善土壤微生物的生存環(huán)境，提高土壤微生物數(shù)量，從而更加有利于發(fā)揮土壤對廢水的消納、利用作用。

2.3 施肥對馬鈴薯加工廢水灌溉農(nóng)田玉米生長的影響

廢水灌溉農(nóng)田后，不同施肥處理對玉米生長發(fā)育影響顯著(圖1)。兩種供試玉米品種屯玉188和遼單565均表現(xiàn)出T6處理株高最高，T1處理株高最矮，兩個品種各處理株高由高到低均為：T6>T5>T7>T3> T4>T2>T1，T1與其余各施肥處理之間差異顯著。表明廢水灌溉后仍然需要一定的肥料配施，且減化肥、增施生物有機肥和增氧劑對廢水灌溉后的玉米生長影響效果最佳。

表4 馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉前后表層0 ～ 20 cm土壤微生物區(qū)系及其數(shù)量特征變化

(圖中小寫字母不同表示同一玉米品種不同處理間差異達P<0.05顯著水平，下圖同)

2.4 施肥對馬鈴薯加工廢水灌溉農(nóng)田玉米地上生物量的影響

廢水灌溉農(nóng)田后，不同施肥處理對玉米地上生物量影響顯著(圖2)，兩種供試玉米品種屯玉188和遼單565，不同施肥處理之間差異顯著，其中T6處理生物量最高，T1處理最低，生物量由高到低順序為T6>T5>T7>T3>T4>T2>T1，相對于T1，各施肥處理分別增加71.49%、50.34%，51.32%、33.57%，39.71%、25.58%，37.94%、19.95%，25.27%、18.60%和20.08%、16.23%。表明廢水灌溉后仍然需要一定的肥料配施，且減化肥、增施生物有機肥和增氧劑處理玉米生物量最高。

圖2 不同施肥處理對玉米地上生物量的影響

3 討論與結(jié)論

最早開始廢水處理的技術(shù)就是應(yīng)用廢水灌溉土地，究其原因主要是：①廢水還田處理成本低，簡單易行；②廢水中含有豐富的營養(yǎng)元素，可當做“肥水”補充植物生長必需的養(yǎng)分，避免隨意排放導(dǎo)致的環(huán)境污染和資源浪費問題；③利用廢水灌溉解決水資源短缺的問題。廢水灌溉能夠提供植物生長必需的營養(yǎng)元素，提高土壤養(yǎng)分含量。Castro 等[19]研究表明，城市污水灌溉草坪草通過增加土壤有機質(zhì)和改善土壤物理性質(zhì)促進植物養(yǎng)分吸收和增加產(chǎn)量。Krause等[20]研究表明，廢水灌溉提高土壤導(dǎo)電率，增加土壤養(yǎng)分和微生物活性。同樣地，馬鈴薯淀粉廢水灌溉攜帶大量有機無機營養(yǎng)物質(zhì)進入土壤，必然導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的變化，且馬鈴薯淀粉加工廢水相較于其他工業(yè)廢水，由于其生產(chǎn)過程中沒有任何化學(xué)物品的添加，不存在人們普遍關(guān)注的重金屬污染的問題。宰松梅等[21]和黃爽等[22]研究指出，基于土地凈化和肥水灌溉理論進行的灌溉還田處理以土地凈化和肥水灌溉理論為基礎(chǔ)的廢水“還田模式”不失為解決馬鈴薯廢水處理問題的有效途徑。Marzec[23]研究認為馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉增加草地土壤養(yǎng)分，但是土壤養(yǎng)分不穩(wěn)定，在灌溉8個月后出現(xiàn)顯著下降。本試驗也得出相似的結(jié)果，相比灌溉前，馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉農(nóng)田極顯著地增加土壤養(yǎng)分含量(<0.01)。灌溉后60 d種植前土壤表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀激增，分別增加68.65%、70.73%，95.47%、86.41%，434.60%、931.05% 和485.07%、580.31%。但是激增的土壤養(yǎng)分及其不穩(wěn)定，不施肥或者常規(guī)施肥管理下，收獲后僅以對照處理看，收獲后與廢水灌溉后種植前相比，收獲后不施肥及常規(guī)施肥處理下表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm土壤有機質(zhì)極顯著下降，分別降低30.54%、22.53% 和38.58%、20.71%；播種前灌溉后比收獲后不施肥處理下表層0 ～ 20 cm和底層20 ～ 50 cm土壤堿解氮也均極顯著下降，分別降低96.86%、97.91%；有效磷分別降低73.47%、21.24%，速效鉀分別降低39.99%、35.00%。本研究鑒于以往研究過多重視肥效和環(huán)境效應(yīng)研究，而對于配套的施肥管理措施研究不足的現(xiàn)狀，通過開展不同施肥對廢水灌溉土壤養(yǎng)分的影響研究，結(jié)果表明，從不同施肥處理差異來看，在優(yōu)化施肥的基礎(chǔ)上增施生物有機肥和增氧劑、施用緩釋肥兩種處理下土壤養(yǎng)分狀況優(yōu)于其他施肥處理，可有效調(diào)控大量有機物進入農(nóng)田后營養(yǎng)物質(zhì)的蓄存、轉(zhuǎn)化、吸收過程，從而實現(xiàn)消除對土壤的不利影響，最大化發(fā)揮廢水肥效作用的目的。由此可知，廢水灌溉后的配套施肥管理措施，是保持土壤健康、廢水養(yǎng)分高效利用的關(guān)鍵舉措。今后尚需進一步加強廢水灌溉后養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、吸收利用、遷移特征及其微生物過程、土壤物理性質(zhì)等方面的研究。

廢水灌溉農(nóng)田帶入大量的碳、氮有機物質(zhì)，為促進微生物的迅速生長和繁殖提供了可利用的碳源、氮源，同時土壤微生物又是促進有機物質(zhì)分解、養(yǎng)分循環(huán)的主要源動力。郭曉明等[24]提出污水中的營養(yǎng)物質(zhì)輸入土壤后引發(fā)微生物活性提高的“激發(fā)效應(yīng)”；白璐等[25]利用廢水灌溉修復(fù)鹽堿土研究表明，造紙廢水灌溉增加土壤微生物量，尤其是增加了放線菌在微生物總量中所占的比重。商冉等[26]人利用啤酒廢水與清水的不同比例灌溉盆栽小麥和玉米發(fā)現(xiàn)：隨著污水濃度的不斷增大，細菌、放線菌、好氣性纖維素分解菌、硝酸菌、亞硝酸菌、自生固氮菌等的數(shù)量均呈先增加后減少的變化規(guī)律。本試驗結(jié)果表明，馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉對土壤微生物區(qū)系及其數(shù)量特征具有極顯著影響。與廢水灌溉前相比，灌溉后種植前表層0 ～ 20 cm土壤真菌、細菌和放線菌分別增加10倍、50倍和1.5倍，微生物總量增加34倍。但是這種廢水灌溉導(dǎo)致的土壤微生物量激增極其不穩(wěn)定，尚需配套的施肥技術(shù)對微生物量的平衡穩(wěn)定進行調(diào)控。在經(jīng)過一季作物種植后，不施肥處理下土壤真菌、細菌分別下降0.8%、85.27%，放線菌增加184.70%，微生物總量下降82.89%。收獲后增施有機肥處理和增施有機肥+增氧劑兩個處理細菌、放線菌和微生物總量最高，增施增氧劑處理真菌最高，表明增施生物有機肥和增氧劑處理能夠有效補充廢水耗費土壤中的氧氣，改善土壤微生物的生存環(huán)境，提高土壤微生物數(shù)量，從而更加有利于發(fā)揮土壤對廢水有機物的消納、利用。

廢水灌溉通過增加土壤養(yǎng)分、微生物特征，從而對作物生長和產(chǎn)量具有明顯的促進作用。Daneshvar等[27]、夏偉立等[28]和齊志明等[290]通過城市廢水灌溉玉米、草坪草研究發(fā)現(xiàn)，廢水灌溉促進草坪草的生長。方海軍等[7]通過在固原市定位3 a馬鈴薯淀粉加工廢水灌溉試驗表明，廢水灌溉農(nóng)田后，促進作物生長，增加作物產(chǎn)量。本試驗研究表明，兩種供試玉米品種屯玉188和遼單565株高均在70%常規(guī)施肥+生物有機肥+增氧劑處理下最高，不施肥處理株高最矮，地上生物量分別比對照增產(chǎn)71.49% 和50.34%。表明廢水灌溉后仍然需要一定的肥料配施，且減化肥、增施生物有機肥和增氧劑對廢水灌溉后的玉米生長影響效果最佳。

綜上所述，馬鈴薯淀粉加工廢水具有較高的營養(yǎng)成分，可以當作污水灌溉的一種資源進行農(nóng)田利用。但是，單純的廢水灌溉帶入的肥效不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)脫肥造成減產(chǎn)。因此，廢水灌溉農(nóng)田要有配套的合理施肥管理策略，從而保證廢水灌溉農(nóng)田的土壤養(yǎng)分平衡穩(wěn)定，增加土壤微生物活性，促進作物生長發(fā)育。本試驗結(jié)果表明，減施化肥、增施生物有機肥和配施增氧劑對于玉米的生長發(fā)育和生物量均具有顯著效果。為進一步摸清廢水灌溉對土壤養(yǎng)分的影響機理與農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量“預(yù)警”研究，尚需進一步開展不同施肥條件下土壤對不同濃度灌溉廢水有機物質(zhì)的消納、轉(zhuǎn)化能力及其分解途徑的研究。

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Soil Fertility Characteristics and Its Response to Fertilization of Potato Starch Processing Wastewater Irrigation

LEI Jinyin1, LEI Xiaoting1, HE Jinqin1*, QI Huanjun1, 2, JIN Jianxin1, ZHOU Lina1, GUI Linguo1, FENG Fujun3

(1 Institute of Agricultural Resources and Environment, Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Yinchuan 750002, China; 2 Agricultural College, Ningxia University, Yinchuan 750021, China; 3 Ningxia Xiji Agricultural Technology Extension and Service Center, Xiji, Ningxia 756200, China)

An experiment was conducted in 2017—2018 to explore the effects of potato starch processing wastewater irrigation on soil fertility characteristics, crop yield, and the regulatory effects of different fertilization on its fertilizer efficiency. 7 fertilization treatments were set: T1(CK), no fertilization; T2, conventional fertilization; T3, optimized fertilization (reduced nitrogen and increased phosphorus); T4, optimized fertilization + oxygenator; T5, optimized fertilization 70% + bio-organic fertilizer; T6, optimized fertilization 70% + bio-organic fertilizer + oxygenator; T7, slow-release fertilizer (Wofte 26-10-12), soil nutrients and microbial counts were detected. The results showed that the contents of soil organic matter, available nitrogen, phosphorus and potassium of topsoil (0–20 cm) and subsurface soil (20–50 cm) were increased by 68.65% and 70.73%, 95.47% and 86.41%, 434.60% and 931.05%, 485.07% and 580.31% after 60 days irrigation and before planting compared to before irrigation. After harvest, soil nutrient contents were all decreased significantly and significantly different in different fertilizations. Meanwhile, fungi, bacteria and actinomycetes in topsoil were increased by 10, 50 and 1.5 times respectively, and total microbes increased by 34 times. Fungi was increased under different fertilization except T1, bacteria and total microbes were decreased, and actinomycetes was increased significantly after harvest. Among different fertilization, bacteria, actinomycetes and total microbes were highest under T5and T6, and fungi was highest under T4. The height and aboveground biomass of both tested maize varieties were in the same sequence under different fertilization: T6>T5>T7>T3>T4>T2>T1. Hence, it can be concluded that potato starch processing wastewater has a certain fertilizer efficiency, and the fertilizer effect of potato starch wastewater can be effectively promoted by reducing the application of chemical fertilizer and increasing the application of organic fertilizer and oxygenator.

Potato starch processing wastewater; Irrigation; Soil fertility; Fertilization

S-3

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.03.006

雷金銀, 雷曉婷, 何進勤, 等. 馬鈴薯加工廢水灌溉農(nóng)田土壤肥力特征及其對施肥的響應(yīng). 土壤, 2022, 54(3): 473–480.

國家自然科學(xué)基金項目(41561059)、寧夏回族自治區(qū)重點研發(fā)項目(2017BY085)和寧夏農(nóng)林科學(xué)院全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新項目(YES-2016-06，NKYG-17-01)資助。

(hexiaofei1211@163.com)

雷金銀(1981—)，男，寧夏西吉人，博士，副研究員，主要從事土壤質(zhì)量與農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境構(gòu)建等方面研究。E-mail: leijinyin@ 126.com