增氧型水溶肥料在辣椒上的應用效果研究*

鄭樹林, 陳 建, 王 偉, 劉兆憲, 陳宏坤

(1.養分資源高效開發與綜合利用國家重點實驗室/菏澤金正大生態工程有限公司 山東菏澤 274000;2.金正大生態工程集團股份有限公司 山東臨沂 276700)

土地退化嚴重是我國農業發展過程中面臨的主要問題之一。據統計,我國土地退化面積高達約4億hm2,占我國土地總面積的40%[1]。土壤結構不良、板結透氣性差屬于土壤性質惡化范疇,通過影響土壤透氣和透水性,危害作物根系的正常生長和作物對養分的吸收,嚴重威脅我國糧食安全和農民增產增收。現階段,改良板結、黏重土壤的方法主要有深耕、秸稈還田、增施有機肥、施用高分子或微生物土壤改良劑等[2],但這些方法都有明顯的缺陷。增施有機肥和秸稈還田雖能有效提高土壤有機質的含量,促進土壤團粒結構的形成,但其耗時較長,且安全性不高,若農家肥施用不當會造成燒苗,秸稈還田易造成有害蟲卵增多、增加土傳病害風險等;使用高分子改良劑所需成本及技術要求較高,且難以降解,易造成環境污染。因此,亟需探索一種新型、綠色、成本低,且能廣泛推廣、可克服土壤板結透氣性差的新技術。

近年來我國洪澇災害頻發,且強度呈逐年增大趨勢,對我國農業和種植業的發展造成了嚴重的危害[3]。土壤淹水造成作物根系缺氧,作物根系有氧呼吸受阻,嚴重影響作物對營養的吸收;無氧呼吸替代有氧呼吸,還會產生大量的有害物質,如乳酸和酒精等,這些有害物質的不斷積累容易對作物根系產生毒害,造成作物產量下降甚至死亡。因此,日本及歐美的一些國家開展了對增氧肥料的研究,并在農業、水產養殖、環保等方面取得了較多的成果。20世紀90年代,我國開始將部分增氧劑應用于水產養殖中,取得了較好的效果,但有關增氧技術在種植業中的應用較少,真正篩選出適合種植業發展的增氧技術,并將其應用到肥料領域的研究更少,因此肥料增氧技術具有廣闊的研究和發展前景[4]。新型增氧水溶肥料溶于水后,可緩慢釋放氧氣,促進厭氧條件下作物根系有氧呼吸和正常生長,且本身無毒害,不會污染環境,新型增氧肥料對打破厭氧環境、促進板結和透氣性較差土壤作物的增產增收具有重要意義。本文通過在透氣性較差的土壤和地塊開展辣椒試驗,以盆栽結合大田的形式,將增氧型水溶肥料與普通水溶肥料進行對比,旨在探明增氧型水溶肥料在辣椒上的應用效果,為我國新型肥料的研發與推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試作物:辣椒(羊角椒)。

試驗地點:臨沂國家緩控釋肥工程技術研究中心溫室(盆栽試驗);山東省濰坊市青州市陳樓村設施大棚(大田試驗)。

試驗形式:大田結合盆栽試驗,試驗用土均為板結和透氣性較差的黏土,土壤理化性狀見表1。

表1 試驗用土壤理化性狀

供試肥料:普通固體水溶肥料(N-P2O5-K2O=20-20-20)、增氧型固體水溶肥料(N-P2O5-K2O=20-20-20),均由金正大生態工程集團股份有限公司生產。

1.2 試驗設計

試驗采用大田結合盆栽的形式。盆栽試驗于2021年3月15日—5月31日進行,設2個處理,每個處理3次重復,共6盆,每盆裝土量均為5 kg;選用長勢一致的辣椒苗進行移栽,對照(CK)處理施用普通固體水溶肥料,T處理施用增氧型固體水溶肥料;每盆沖施水溶肥1 g/次(稀釋500倍),7～10 d沖施1次,共沖施4次。大田試驗于2021年3月10日—6月15日進行,大棚面積共2畝(1畝=667 m2),T、CK處理各1畝,辣椒栽培密度為2 000 株/畝,灌溉模式為滴灌,大棚土壤因常年種植,土壤板結、土傳病害問題突出;T、CK處理除施用的水溶肥料種類不同外,其他操作管理均一致,大田試驗設計見表2。

表2 大田試驗設計

1.3 測定項目及方法

盆栽試驗在收獲期對辣椒株高、莖粗、葉片葉綠素相對含量(SPAD值)、根系(地下部)生物量、莖葉(地上部)生物量和總生物量進行測定,大田試驗增加對辣椒產量和死亡棵數的統計。試驗區和對照區各選取長勢均一的連續100株辣椒進行后期計產,各計產5次;株高用卷尺測量,記錄土壤表面到植株頂端高度;莖粗用游標卡尺測量;SPAD值用SPAD儀測量;生物量和辣椒產量用天平進行稱量。

1.4 數據統計與分析

試驗數據采用Excel 2010和DPS 7.05軟件進行統計、分析,差異顯著性分析采用最小顯著差異法(LSD法),試驗結果均以3次測定的平均值表示。

2 結果與分析

從表3可知:在盆栽試驗中,T處理的莖粗較CK處理的顯著提高,增幅為5.3%,說明增氧型水溶肥料可使辣椒植株更加健壯;T處理的株高和SPAD值較CK處理的也有提高,但差異未達到顯著水平;T處理可有效提高辣椒地上部、地下部和總生物量,與CK處理的相比分別提高15.5%、10.8%和15.0%,差異均達到顯著水平,表明增氧型水溶肥料的促生效果顯著。增氧型水溶肥料通過根系增氧功能,促進作物地下部根系生長,帶動辣椒地上部植株長勢,從而促進辣椒地上部生物量和總生物量的提高。

表3 盆栽試驗辣椒的各項指標

由表4可知:T處理的辣椒株高、莖粗和SPAD值較CK處理的均有小幅度提高,與盆栽試驗結果較一致;株高較CK處理的提高約3.5 cm,差異達到顯著水平;莖粗和SPAD值分別較CK處理的提高0.47 mm和1.5,差異未達到顯著水平。

表4 大田試驗辣椒的各項指標

從辣椒產量上看,經連續100株辣椒5次計產,T處理的辣椒計產產量為328.5 kg,與CK處理的相比,增產率為15.7%;T處理的辣椒單果質量比CK處理的提高3.7 g,差異達顯著水平,說明T處理的辣椒膨果更好。

另外,與CK處理相比,T處理的辣椒因根腐病、枯萎病等土傳病害死亡的棵數大幅減少,說明增氧技術憑借其本身具備的殺菌消毒功能,以及作物根際厭氧環境和微生物區系的改變,具有減輕根腐病等土傳病害的作用。

3 結語

試驗結果顯示:增氧型水溶肥料應用于板結、透氣性較差的土壤中效果突出,主要表現為辣椒根系生長更加旺盛,地下部根系生物量顯著提高,其中盆栽試驗中地下部根系生物量較對照處理的提高約10.8%;另外,辣椒株高、莖粗、葉綠素相對含量和總生物量等相關生長指標較普通水溶肥料處理的均有不同程度的提高,大田試驗中增氧型水溶肥料處理的辣椒植株長勢旺盛,株高較對照處理的提高3.5 cm,辣椒單果質量和產量顯著提高,促生和增產效果顯著。有學者認為,透氣性或土壤厭氧條件是作物生長的重要限制因子,土壤透氣性好或氧氣充足,可有效促進作物根部的新陳代謝,增加葉綠素含量,增強光合作用,提高作物的產量和品質[5];同時,有效改善作物根際的厭氧環境后,可保障作物根系健康正常生長,保證土壤微生物的活動及礦物質的轉化,提高水肥的利用效率,這可能是增氧型水溶肥料促生作用顯著的主要原因[5]。研究人員還發現,作物根際氧氣含量低,或根際二氧化碳含量高,都會阻礙作物根系的正常生長,影響作物地上部的長勢和產量提高[6]。

增氧型水溶肥料處理的辣椒因土傳病害死亡的數量較對照處理的明顯減少,表明其具有降低辣椒土傳病害發病的作用。有學者認為,作物根系長時間處于透氣性差或缺氧狀態,首先會導致作物根系正常生長受阻,根基分泌物減少[6],直接影響土壤微生物的數量和種類以及土壤酶的活性[7];其次,厭氧環境還會導致土壤中的好氧微生物數量減少和厭氧微生物數量增加,致使作物根際微生物群落結構發生變化[8-10],產生乙烯、甲烷等危害植物生長的有害物質,造成土傳病害加劇。增氧型水溶肥料可有效增加作物根際氧氣供應,促進作物根系有氧呼吸,提高根際有益微生物和土壤酶活性,從而起到降低土傳病害發病的作用。另外,增氧劑自身具有殺菌消毒的功能,可促進作物的生長,提升作物自身的抗病能力,也會為作物根系提供健康的土壤環境,減輕土傳病害。