不同有機(jī)物料配比組合對(duì)黃筋泥田土壤性狀及作物產(chǎn)量的影響

朱銘， 劉琛， 林義成， 郭彬， 李華， 傅慶林*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.安吉縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 湖州 313300)

紅壤地區(qū)黃筋泥田是分布在浙江低山丘陵地區(qū)的主要土壤類(lèi)型[1]，因存在土壤酸化[2]和有機(jī)質(zhì)含量低下[3]等問(wèn)題，土壤的自然肥力不強(qiáng)，嚴(yán)重制約了該區(qū)域的糧食生產(chǎn)和安全。如何快速提升紅壤地區(qū)耕地的生產(chǎn)能力成為事關(guān)浙江省農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的成敗關(guān)鍵[4]。運(yùn)用有機(jī)源土壤調(diào)理劑對(duì)紅壤地區(qū)黃筋泥田進(jìn)行理化性狀改良是一種受到廣泛認(rèn)可的做法，不僅效果顯著，還能實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，有利于農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展[5]。大量研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物料的添加能夠提高土壤肥力[6-8]，通過(guò)改變土壤團(tuán)聚體的分布來(lái)改善物理結(jié)構(gòu)[9]，增加土壤養(yǎng)分含量[10]，進(jìn)而增強(qiáng)土壤微生物豐度和群落多樣性[11]，實(shí)現(xiàn)耕地地力的提升和作物產(chǎn)量的增加[12]。

當(dāng)前有機(jī)物料的來(lái)源主要有畜禽糞便、綠肥、秸稈和木屑等[6,13]。繁多的有機(jī)添加物料在提供豐富選擇的同時(shí)，對(duì)土壤和作物的改善效果需進(jìn)一步探究明確。本文選取牛糞、秸稈、木屑、菇渣和草木灰5種農(nóng)業(yè)廢棄物開(kāi)展盆栽試驗(yàn)，通過(guò)在黑麥草-水稻輪作下不同有機(jī)物料配比組合對(duì)土壤養(yǎng)分和作物產(chǎn)量的影響研究，篩選出最適宜的改良黃筋泥田土壤性狀的有機(jī)土壤調(diào)理劑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤來(lái)源于浙江省東陽(yáng)市六石街道王村村稻田，稻田土壤類(lèi)型為黃筋泥田。采集0～20 cm土層的土壤，自然風(fēng)干后過(guò)2 mm篩，裝盆備用。供試土壤的基本化學(xué)性狀：pH值5.4，有機(jī)質(zhì)8.96 g·kg-1，全氮0.83 g·kg-1，堿解氮42.44 mg·kg-1，有效磷10.77 mg·kg-1，速效鉀66.75 mg·kg-1。

采用牛糞、秸稈、木屑、菇渣和草木灰5種有機(jī)物料，通過(guò)一定比例混合造粒，制成4種顆粒狀有機(jī)土壤調(diào)理劑(有機(jī)物料和調(diào)理劑成品均來(lái)源于金華的肥料廠(chǎng))。石灰石粉(95.00%CaCO3+0.72%Al2O3+0.14%Fe2O3，pH值9.10，使用前過(guò)2.36 mm篩)與聚丙烯酰胺均來(lái)源于浙江省農(nóng)科院環(huán)境資源與土壤肥料研究所。以上物料的養(yǎng)分含量測(cè)定方法均依據(jù)《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[14]。第一季作物為黑麥草，種子購(gòu)買(mǎi)于江蘇萌蘊(yùn)種業(yè)有限公司；第二季作物為水稻，品種為浙優(yōu)18。

1.2 處理設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)于2019年11月至2020年9月在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院溫室進(jìn)行。共設(shè)6個(gè)處理，分別為牛糞+秸稈(T1)、牛糞+秸稈+木屑(T2)、菇渣(T3)、菇渣+草木灰(T4)、菇渣+草木灰+石灰石粉(T5)、菇渣+草木灰+石灰石粉+聚丙烯酰胺(T6)。6個(gè)處理間的碳和養(yǎng)分施用總量保持一致，N、P2O5、K2O含量分別為240、120、150 kg·hm-2。T1、T2、T3、T4調(diào)理劑施用量分別為35、50、40和35 g；T5在T4的基礎(chǔ)上添加16.7 g石灰石粉，T6在T5的基礎(chǔ)上再添加3.3 g聚丙烯酰胺。每處理重復(fù)4次，隨機(jī)區(qū)組排列。施入有機(jī)物料養(yǎng)分不足的部分，用化學(xué)肥料投入補(bǔ)足。氮肥為尿素(46% N)，磷肥為鈣鎂磷肥(12% P2O5)，鉀肥為氯化鉀(60%K2O)。所有有機(jī)物料和肥料做基肥一次性施入，后期不再添加任何肥料。盆栽規(guī)格為42 cm×42 cm×31 cm(長(zhǎng)×寬×高)，每個(gè)盆中裝入10 kg的風(fēng)干土，與供試物料充分混勻后裝入盆中。于2019年11月裝盆種植黑麥草，2020年3月收獲黑麥草；2020年4月下旬播種水稻，6月初移栽，9月中旬收獲。各處理的黑麥草季和水稻季全生育期管理措施一致，水稻季不添加肥料。

1.3 樣品采集和測(cè)定方法

在黑麥草和水稻收割前，分別從每個(gè)盆栽土中取500 g土壤樣品，自然風(fēng)干后過(guò)篩進(jìn)行養(yǎng)分測(cè)定。黑麥草和水稻整株收獲后，經(jīng)清洗和烘干，測(cè)定生物量和株高。水稻籽粒烘干后測(cè)千粒重和產(chǎn)量；將植株烘干粉碎后測(cè)其氮磷鉀含量，分析黑麥草和水稻的養(yǎng)分吸收利用情況。

根據(jù)《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[14]測(cè)定土壤基本化學(xué)性狀。pH值采用玻璃電極法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量-外加熱法測(cè)定，全氮采用濃硫酸催化消煮-凱氏定氮儀定氮法測(cè)定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定。

將植株先進(jìn)行硫酸-過(guò)氧化氫消煮，全氮采用凱氏定氮儀定氮法測(cè)定，全磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀采用火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel和SPSS分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，所有結(jié)果用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，利用Tukey法檢驗(yàn)同一因數(shù)下各處理間差異顯著性(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)物料配比組合的養(yǎng)分含量

不同有機(jī)物料配比組合的養(yǎng)分含量如表1。

表1 不同有機(jī)物料配比組合的養(yǎng)分含量

2.2 土壤化學(xué)性狀

不同有機(jī)物料配比組合在黑麥草-水稻輪作下對(duì)土壤化學(xué)性狀的影響如表2所示。

由表2可知，在黑麥草季，T5、T6的pH值顯著高于其他處理，說(shuō)明石灰石粉改善了黑麥草季土壤的酸性；T2、T3的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于T4～T6，說(shuō)明牛糞+秸稈+木屑、菇渣處理提升土壤有機(jī)質(zhì)含量的作用優(yōu)于菇渣+草木灰處理；T1、T2和T3間有機(jī)質(zhì)含量無(wú)顯著差異，表明牛糞+秸稈、牛糞+秸稈+木屑和菇渣3個(gè)處理在有機(jī)質(zhì)的提升效果上相似；T3的土壤全氮指標(biāo)顯著高于T2和T4，與T1無(wú)顯著差異，說(shuō)明菇渣對(duì)土壤全氮的提升作用要優(yōu)于牛糞+秸稈+木屑和菇渣+草木灰處理。各處理的土壤堿解氮和有效磷含量間無(wú)顯著差異；T3的土壤速效鉀含量顯著低于其他處理，說(shuō)明菇渣處理對(duì)土壤速效鉀的提升效果最差。

表2 不同有機(jī)物料配比組合對(duì)黑麥草-水稻輪作下土壤化學(xué)性狀的影響

在水稻季，T1、T2、T3和T4的土壤pH值間無(wú)顯著差異，說(shuō)明這4個(gè)處理對(duì)土壤酸性的改善作用相似。T4的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著低于其他各處理。各處理的全氮和堿解氮含量間無(wú)顯著差異。T2的有效磷含量顯著高于T4，說(shuō)明牛糞+秸稈+木屑處理對(duì)土壤有效磷的提升效果顯著優(yōu)于菇渣+草木灰處理。T2的土壤速效鉀含量顯著高于T3和T4，而與T1間無(wú)顯著差異。

2.3 作物產(chǎn)量

如圖1所示，黑麥草的產(chǎn)量為T(mén)3最高，產(chǎn)量為29.48 g·盆-1，顯著高于其他處理，且其他5個(gè)處理間無(wú)顯著差異，產(chǎn)量在8.83～16.16 g·盆-1之間。水稻稻谷的產(chǎn)量表現(xiàn)為T(mén)3、T4和T5無(wú)顯著性差異，產(chǎn)量在50.42～54.30 g·盆-1，顯著高于T1、T2和T6。

柱上無(wú)相同小寫(xiě)字母者表示同一作物組間差異顯著(P<0.05)。圖1 不同有機(jī)物料配比組合對(duì)黑麥草-水稻產(chǎn)量的影響

2.4 作物吸收的養(yǎng)分

由表3可知，T3、T4和T5的黑麥草全氮含量間無(wú)顯著性差異，但均顯著高于T1和T2，其中T3的黑麥草全氮含量比T1提高53.45%；各處理黑麥草的全磷和全鉀含量間無(wú)顯著性差異。

表3 不同有機(jī)物料配比組合對(duì)水稻吸收養(yǎng)分的影響

水稻的全氮、全磷含量以T6處理最高，T6的全氮含量顯著高于其他處理；各處理間全鉀含量無(wú)顯著性差異。

3 討論

本研究表明，不同有機(jī)物料的配比投入對(duì)黑麥草-水稻輪作下的土壤肥力均有不同的提升和改善，如黑麥草季添加石灰石粉處理的pH值迅速升高，但到水稻季土壤pH值又有所下降，證明石灰石粉對(duì)土壤酸堿性的調(diào)理效果迅速，但不持久[15]。有機(jī)物料配比投入土壤并經(jīng)微生物降解后，最直接的培肥效果就是土壤有機(jī)碳含量的增加[16]。黑麥草季和水稻季顯示，牛糞+秸稈、牛糞+秸稈+木屑、菇渣處理對(duì)有機(jī)質(zhì)的提升效果要明顯優(yōu)于菇渣+草木灰處理；而菇渣處理對(duì)黃筋泥田土壤全氮的提升作用要優(yōu)于牛糞+秸稈+木屑和菇渣+草木灰2個(gè)處理，但在水稻季，牛糞+秸稈、牛糞+秸稈+木屑和菇渣處理的全氮含量間無(wú)明顯差異，這表明可能3種有機(jī)物料配比組合對(duì)土壤全氮的提升作用迅速但短效。土壤速效氮磷鉀養(yǎng)分在黑麥草季的差異并不顯著，而在水稻季各有差異，這可能與有機(jī)質(zhì)分解緩慢有關(guān)，在第二年種植水稻并經(jīng)水分干濕交替加速分解后，有機(jī)物料對(duì)土壤的改善作用才逐漸顯現(xiàn)[17]。由于黃筋泥田土壤的主要障礙因子是土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤酸堿性高低，并且根據(jù)黑麥草-水稻兩季作物的土壤理化性狀綜合判斷，牛糞+秸稈、牛糞+秸稈+木屑和菇渣3種有機(jī)物料配比組合對(duì)土壤理化性狀的改良作用要優(yōu)于菇渣+草木灰處理。

水稻季各處理的生物量要遠(yuǎn)多于黑麥草，這可能與有機(jī)質(zhì)到第二年才釋放養(yǎng)分有關(guān)，也可能與種植作物種類(lèi)有關(guān)。本研究還表明，在黑麥草季，菇渣處理的黑麥草產(chǎn)量要顯著高于其他處理，說(shuō)明菇渣處理對(duì)黑麥草的增產(chǎn)效果最佳，可能是因?yàn)榕c黑麥草季菇渣處理的土壤有機(jī)質(zhì)和全氮養(yǎng)分含量較高有關(guān)；在水稻季，菇渣和菇渣+草木灰2個(gè)處理對(duì)水稻的增產(chǎn)效果最佳，但各處理下水稻對(duì)氮磷鉀養(yǎng)分的吸收差異并不明顯。

綜合6個(gè)有機(jī)物料配比組合對(duì)黃筋泥田土壤性狀、作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的影響，明確了菇渣對(duì)土壤理化性狀的改良和作物養(yǎng)分的吸收優(yōu)于其他處理，并且菇渣處理的黑麥草和水稻產(chǎn)量均顯著優(yōu)于其他處理，所以菇渣可作為改良黃筋泥田土壤的適宜有機(jī)物料。