商品有機肥用量對新墾山地土壤肥力和蔬菜產量的影響

沈建國，樓玲，邵小青，馬偉洪，白頌華，王忠

(1.杭州市余杭區農業生態與植物保護管理總站，浙江 杭州 311100； 2.杭州市余杭區徑山鎮農業公共服務中心，浙江 杭州 311116；3.杭州市滿山紅蔬果專業合作社，浙江 杭州 311118)

杭州市余杭區位于浙江省北部、杭嘉湖南段，西依天目山，南瀕錢塘江，人均耕地面積僅0.028 hm2，耕地資源比較緊缺。作為杭州市都市新區，近年來，余杭區城鎮化進程快速推進，同時還要承擔交通、能源、水利等領域國家級，以及省市重點項目的建設任務，導致轄區耕地資源因建設占用不斷減少。為實現耕地占補動態平衡，從2006年開始，余杭區基于土地整理、建設用地復耕、墾造耕地等一系列措施開展了補充耕地建設，僅2012—2017年就建成新墾耕地 799.92 hm2。但這些補充耕地基礎肥力差、熟化程度低，需要進行土壤培肥改良，才能滿足作物生長需求[1-2]。

有機肥具有養分齊全、緩效性強等特點，科學施用能有效增加、更新土壤有機質，改善土壤理化性質，提高土壤酸堿緩沖性能，促進微生物繁殖[3-6]。商品有機肥是以畜禽糞便、動植物殘體等為主要原料，經發酵腐熟制成，符合國家相關標準，并作為商品進入流通的有機肥料[7]，是補充土壤有機質的主要來源，也是提高土壤肥力的重要物質基礎[8]。我國學者就商品有機肥在耕地土壤培肥上的效果做了不少研究[9-11]，但大多數研究只關注水田、旱地土壤，關于商品有機肥在新墾耕地培肥方面的研究鮮見報道。為此，以杭州市余杭區瓶窯鎮南山村2012—2013年建成的新墾山地為研究對象，在蔬菜種植模式下開展商品有機肥用量梯度試驗，探討不同商品有機肥用量對新墾山地土壤肥力和作物生長的影響，為新墾耕地培肥改良提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試土壤

試驗地點位于杭州市余杭區瓶窯鎮南山村滿園新墾山地基地內(119°56′12.54″E，30°23′39.27″N)，供試土壤為黃泥砂土[12]，屬紅壤土類黃紅壤亞類，質地偏砂，土壤肥力低下。經測定，土壤基本理化性狀如下：土壤容重1.25 g·cm-3，pH值5.40，有機質8.9 g·kg-1，全氮0.45 g·kg-1，有效磷68.3 mg·kg-1，速效鉀338.8 mg·kg-1。

1.1.2 供試肥料

供試商品有機肥由杭州綠寶有機肥有限公司提供，以豬糞為主要原料， pH值8.4，有機質57%，總氮(N)3.28%，磷(P2O5)2.89%，鉀(K2O)2.72%。供試化肥有4種：尿素(N 46.4%)，靈谷化工有限公司；氯化鉀(K2O 60%)，中化化肥有限公司提供，系加拿大進口產品；復合肥1(N 21%，P2O56%，K2O 13%)、復合肥2(N 18%，P2O518%，K2O 18%)，均由中國-阿拉伯化肥有限公司生產。

1.1.3 供試作物

供試作物為包心菜和青菜，包心菜品種為綠貝，青菜品種為上海青，種子均由福州科翔種業有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 處理設計

在等量施用化肥的基礎上，以商品有機肥用量為因素，設5個處理，每處理3次重復，共計15個小區(隨機排列)，各處理的商品有機肥施用量依次為0(CK)、7.5 t·hm-2(T1)、15 t·hm-2(T2)、22.5 t·hm-2(T3)、30 t·hm-2(T4)。小區之間用五孔板(深埋40 cm)隔離。商品有機肥在每茬蔬菜定植前結合翻耕施入，連續種植4茬蔬菜(2016—2017年)。

各處理化肥施用方案為：包心菜基施600 kg·hm-2復合肥1，封行前追施300 kg·hm-2復合肥1，結球前期追施600 kg·hm-2復合肥1、氯化鉀130 kg·hm-2；青菜基施375 kg·hm-2復合肥2，三葉一心時追施150 kg·hm-2尿素。

1.2.2 栽培措施

試驗區塊蔬菜種植茬口安排為包心菜—青菜—青菜—包心菜。包心菜種植密度為40 cm×40 cm，青菜種植密度為20 cm×20 cm。第1茬于2016年9月23日移栽，2017年1月3日收獲；第2茬于2017年3月27日移栽，2017年5月5日收獲；第3茬于2017年5月26日移栽，2017年6月30日收獲；第4茬于2017年9月1日移栽，2017年11月20日收獲。

1.3 測定項目與方法

在試驗前、后分別采集試驗地耕層土壤樣品，測定土壤容重、pH值，以及有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量等土壤養分指標和Pb、Cr、Cd、Hg、As等重金屬元素含量。具體測定方法如下：容重采用環刀法測定；pH值采用氧化還原電位法測定；有機質含量采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化-滴定法測定；全氮含量采用濃硫酸消煮-半微量凱式法測定；有效磷采用鹽酸-氟化銨提取-鉬銻抗比色法(Bray法)測定；速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定[13]。

在試驗過程中，對每茬包心菜、青菜實地測產。

2 結果與分析

2.1 對土壤肥力的影響

土壤肥力是指土壤為植物生長供應和協調養分、水分、空氣和熱量的能力，是土壤物理、化學和生物學性質的綜合反映[14]。選用土壤容重、速效鉀等6個肥力指標，對不同商品有機肥用量下新墾山地試驗前后的土壤肥力變化進行比較(圖1)。從變化趨勢看，隨著商品有機肥用量增加，土壤容重降幅、有效磷增幅隨之加大，而pH值降幅隨之減小，有機質、全氮、速效鉀的增幅均呈先揚后抑態勢，表現為T3>T4>T2>T1>CK。從變化幅度看，容重的降幅、有效磷的增幅均以T4最大、CK最小，分別為16.0%、305.6%和4.8%、36.1%，pH值降幅以CK最大、T4最小，分別為11.5%和3.9%，有機質、全氮、速效鉀增幅均以T3最大、CK最小，分別為220.4%、243.9%、52.9%和72.3%、112.0%、5.3%。

由以上結果可見，增施商品有機肥不但能夠有效改善土壤結構，使土壤容重朝著更加利于耕作的方向改善。同時，由于其高溫發酵腐熟而成的中性偏堿特性，供試商品有機肥具備較強的酸堿度緩沖性能，可有效緩解土壤酸化[4]。另外，該商品有機肥滿足了有機質含量≥45%、總養分含量(N+P2O5+K2O)≥5%的行業標準要求，施入后可在直接提高土壤有機質及氮磷鉀含量的同時，積累大量的中低分子有機物，從而與土壤磷素競爭吸附位，增加土壤吸附態磷的釋放[15]，這可能正是土壤有效磷含量得以大幅提升的關鍵所在。

2.2 對蔬菜產量的影響

作物產量是土壤肥力的綜合反映，也能表征土壤改良的效果[3]。由表1可知，除第1茬蔬菜產量在各處理間無顯著差異外，合適的有機肥處理能顯著提高單茬蔬菜和4薦蔬菜的總產量。蔬菜總產以T2處理最高，較對照(CK)顯著增產36.6%，較T1顯著增產10.8%，與其他處理差異不顯著。

表1 各處理的蔬菜產量 kg·hm-2

注：同列數據后無相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。

圖1 試驗前后各處理土壤肥力指標的變化

分析可知，增施商品有機肥對頭茬作物的增產效果并不明顯，但隨著商品有機肥的持續投入，至第2茬出現最大增幅(85.6%)，平均產量增幅高達62.8%，但從第3茬開始，增幅呈整體下降態勢。不同種類蔬菜施用商品有機肥的增產效果也不一致。與對照(CK)相比，2茬青菜施用商品有機肥的產量平均增幅(42.6%)要高于2茬包菜施用商品有機肥的產量增幅(28.1%)。這可能是因為青菜比包菜生育期短，單位產量低，總需肥量少，因此，施用等量商品有機肥的產量貢獻率較包菜大。

2.3 對生產效益的影響

由表2可知，隨著商品有機肥用量的增加，蔬菜生產效益總體呈現2方面的變化特點：一是蔬菜增產增效以T2為分水嶺先增后減，以T2的增產增效效果最好；二是新增投入產出比逐漸降低，T1和T2處理的新增投入產出比大于1，而T3和T4處理的新增投入產出比均小于1，以T4處理最低，僅為0.53。

2.4 對土壤環境質量的影響

根據土壤常規5項重金屬檢測結果(表3)可知，試驗前后對比，各處理重金屬鎘、砷、鉻含量均有所上升，汞含量均有所下降，鉛含量有增有減。對照GB 15618—2018《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》，各處理的土壤中5項重金屬元素含量遠不及土壤污染風險篩選值。將試驗后施用有機肥的各處理的重金屬含量同CK相比，并未表現出隨著商品有機肥用量增加而導致各重金屬含量呈顯著增長的現象。可見，在重金屬自然背景值較低的新墾山地上，短期增施合格的商品有機肥并不致能對其土壤重金屬含量產生明顯不利影響。

表2 各處理的蔬菜綜合生產效益

注：產值以當茬蔬菜產量和當地批發價格計算(包心菜的平均價格為1.6元·kg-1，青菜平均價格為2.0元·kg-1；新增成本主要包括商品有機肥的價格和人工成本，商品有機肥價格為0.65元·kg-1，人工成本合0.10元·kg-1；平均增產增效指由增產而帶來的收益增加；新增投入產出比為每茬蔬菜平均增產增效與每茬商品有機肥投入成本的比。

表3 試驗前后各處理土壤重金屬含量對照 mg·kg-1

注：風險篩選值、風險管控值分別為Cd 0.3和1.5，Hg 1.3和2.0，As 40.0和200.0， Pb70.0和400.0，Cr 150.0和800.0。

3 小結

本試驗表明：增施商品有機肥能有效改善土壤結構，緩解土壤酸化，提高新墾山地土壤肥力，從而提高蔬菜作物產量和效益。從土壤肥力變化、蔬菜產量、生產效益及土壤環境質量的影響等綜合表現來看，在新墾山地上每茬蔬菜(包心菜和青菜)生產上以施用商品有機肥15 t·hm-2左右為宜。該用量有利于新墾耕地土壤的快速培肥和作物產量的持續提高，同時也能維持較高的投入產出比和較安全的投入環境質量，可作為推薦用量用于“邊種植邊培肥改良”的新墾耕地高效利用。