盆栽作物对堆肥有机质的消耗利用情况研究

张热萍+卫晋波+李义勇+任随周+柳燕贞+张瑞民+孙国萍

摘要 为了给堆肥施用和土壤有机质管理提供依据，设计盆栽试验定量分析评价了作物对堆肥有机质的利用状况。结果表明，堆肥和作物之间存在相互选择性；未栽培作物组与栽培作物组中有机质消耗率分别为0.5%～42.0%和8.0%～99.9%，作物栽培显著促进了有机质的消耗；尽管不同作物对有机质的消耗存在差异，但作物生长过程中都消耗了大量的有机质（达90%）；一次种植后盆栽基质中有机质即降至4.2%～12.6%，接近耕作层土壤的普通有机质含量水平。可见，作物栽培对有机质的消耗很大，应该增强和坚持堆肥施用，防止土壤有机质过度消耗。

关键词 盆栽作物；堆肥；有机质；消耗利用

中图分类号 S318；S147.5 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）10-0008-03

Abstract In order to provide basis for compost application and management of soil organic matter，the utilization of organic matter in compost was quantitatively analyzed by quantitative analysis in pot experiment. The results showed that there was a mutual selectivity between the composts and the crops.The group without crop cultivation had organic matter consumption rates of 0.5%-42.0%，while the group with crop cultivation of 8.0%-99.9%，so a crop cultivation significantly promoted the consumption of organic matter.Although there was difference among the consumptions of organic matter for the crops，but large amounts of organic matter was consumed in the process of crop growth（90%）.The organic matter content were decreased to 4.2%-12.6% after one planting cycle，closing to the ordinary level of organic matter content in cultivate layer of soil. Therefore，crop cultivation had a serious consumption of organic matter，compost application should be heightened and persevered，preventing an excessive consumption of soil organic matter.

Key words potted crops；compost；organic matter；consumption and utilization

堆肥的研究與应用有着悠久的历史。施用堆肥可以增加土壤有机碳量和其他养分，改善土壤性质，调控土壤微生物生态环境，在维持土壤肥力和活力方面有着不可替代的作用。生产实践证明，若有机肥投入量不足，会导致土壤板结、贮水功能削弱、作物品质和产量下降及病害频发等一系列问题，影响农田和农作物的可持续性生产。研究表明，随着堆肥施用量的增加，土壤有机质、全氮、全磷含量随之显著增加，且植物生物量也有增加，与不施用堆肥处理存在显著差异[1-2]。当堆肥施用体积比由5%增加到100%时，栽培基质中有机质含量从22.68 g/kg增加到317.71 g/kg，全氮含量从1.36 g/kg增加到14.9 g/kg，速效磷含量从33.18 mg/kg增加到228.25 mg/kg；同时促进了花卉植物的生长，尤其5%～20%处理的促进作用显著[3]。李淑芹等[4]研究发现堆肥可提高大豆作物产量，且最佳施肥量为24 t/hm2。深入研究发现，堆肥有机质中的腐殖质类物质具有明显的促进作物早期生长发育、缩短成熟期的作用，生理机制包括改善光合作用和气孔导度等[5]。已有研究还发现，尽管不同种类有机堆肥（啤酒污泥堆肥、牛粪堆肥和菇渣堆肥）都能促进土壤中有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量显著增加，但对土壤性状和微生物量的影响程度却表现出了差异[6]。同样是屠宰场废弃物堆肥，猪、牛和羊的屠宰废弃物堆肥对土壤肥力和苜蓿生物量的影响仍存在差异[7]。因此，推测堆肥与作物之间可能存在着相互选择性，而这点还缺少系统的、大批量的栽培试验证实。更重要的是，当前堆肥研究仅关注了作物生长与土壤有机质变化状况，而缺乏对堆肥自身有机质消耗利用规律的认知，恰恰这点对于堆肥施用管理（消耗与补充）十分关键。张 鑫等[8]在盆栽试验中发现，堆肥基质中有机质会被不断消耗，7周内由起始的5.5%迅速降低至2.6%，随之基质中的微生物活力受到抑制、多样性有所降低。可见，基质中有机质消耗造成的影响是确切的，应该重视对堆肥有机质消耗利用的研究。本研究拟通过系统的盆栽试验，定量分析探讨作物栽培对堆肥有机质的消耗，强化对堆肥自身有机质消耗利用规律的认知，为堆肥科学施用和土壤有机质管理提供更加充分的参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试大棚采用钢架结构支撑，长×宽×高为25 m×25 m×8 m，顶部为密封塑料、遮阳网上下双层结构并配备自动喷雾装置，周边采用带孔塑料、密封塑料里外双层结构。4种作物为常见的蔬菜、粮食或经济作物，分别是青瓜、西红柿、番薯和玉米。其中番薯苗购自农贸市场，其他作物种子购自广东省农业科学院。

4种堆肥依次编号为C1～C4，生产地分别为我国的河南、北京、山东和重庆，具有一定区域代表性；生产的主要原料分别为鸡粪、鸡牛羊粪+作物秸秆、糠醛渣+大豆蛋白渣、牛粪，具有多样性。4种堆肥的有机质和氮磷钾含量见表1。

1.2 试验设计

在温室大棚中开展盆栽试验。选取大棚东南角一块空地开展试验，试验期间正常光照（未使用遮阳网），四周通风。塑料花盆规格为口径18 cm、底径14 cm、高度17 cm，底部带有4个直径1 cm圆孔，附有托盘。向每个塑料花盆中装入有效体积1/5的堆肥（500.0 g）和4/5的石英砂（1 435.0 g），浇透自来水（渗入托盘的水倒回盆中），放置3 d。每盆播种5粒种子，待第3片真叶长出后间苗，选择生长好且长势一致苗定苗，每盆仅留下1株；同时选择生长好且长势一致的番薯苗，每盆栽种1株。每天自来水浇灌1次，浇水量为最大持水量的70%，且尽量保证不渗出（渗入托盘的水倒回盆中）。每种作物的每种肥料做10次重复。同时，设置不播种作物的空白组，每种肥料空白做3次重复，浇水情况与试验组一致。每天观察作物的生长情况，75 d后收获作物。

1.3 调查内容与方法

小心取出作物全株，用清水洗掉根部附带的基质，并用吸水纸吸干，用塑料带封装后带回实验室，测定作物干重。将塑料花盆中的全部基质倒入一个容器中，手动反复颠倒使之尽可能混匀，以四分法取出约200 g基质样品，用塑料带封装后带回实验室，测定基质有机质含量。作物和基质样品在测试之前，均于4 ℃冰箱保存。

作物干重测定采用称重法。基质有机质测定采用重铬酸钾氧化—容量法[9]，为了减少试验误差，增大取样量为2 g，平行试验允许误控制为10%。

2 结果与分析

2.1 作物生长情况

在栽培过程中，对作物的生长情况进行了跟踪观察，并测定收获的生物量（干重），结果见表2。作物在不同堆肥基质上的生长情况普遍存在差异。以青瓜为例，4种堆肥基质上生物量大小排序为堆肥C3>堆肥C4>堆肥C2>堆肥C1，相互之间均存在顯著差异（p<0.05）。刘希凤等[7]发现在3种屠宰场废弃物堆肥施用下，苜蓿的出苗率、出苗时间和生物量等指标也出现了明显差异。可见，作物对堆肥存在选择性。

同时，堆肥对不同作物的生长影响也存在明显差异。以堆肥C1为例，4种作物的生物量大小排序为玉米>番薯>西红柿>青瓜，相互之间均存在显著差异（p<0.05）。赵树兰等[10]在田间试验中发现，不同品种草坪植物对垃圾堆肥（主要为厨余垃圾）的生长响应存在明显差异。郭 浩等[11]在草本植物的盆栽试验中也观察到该现象。可见，堆肥对作物同样存在选择性。

综合来看，作物与堆肥之间存在相互选择性，因此应该尽可能视作物种类施用合适堆肥。

2.2 堆肥中有机质的消耗利用

少有研究者关注作物栽培时基质中有机质的变化，相关数据十分缺乏，但它对于深刻认识作物生长需要利用基质中的有机质是非常重要的。仝少伟等[6]在盆栽试验中分别测定了堆肥、土壤和栽培后基质中的有机质含量，但并没有对有机质绝对量进行物质衡算，故无法明确有机质消耗利用情况。郭 浩等[11]分别测定了栽培前与栽培后的堆肥+土壤混合基质中的有机质含量，但也未进行有机质的物质衡算。因此，本研究着重对栽培时基质中的有机质总量进行了衡算，并计算了空白组和试验组中有机质的消耗率（图1）。

由图1可知，在不栽培作物的情况下（空白组），4种堆肥基质中仍发生了有机质消耗，这部分消耗是由堆肥自身的微生物代谢造成的。张 鑫等[8]在不栽培植物的盆栽试验中也发现了这个现象。为了证明这个观点，笔者测定了4种堆肥的呼吸活性（单位为mL CO2/kg堆肥样品），其大小顺序为堆肥C3（156.84）>堆肥C2（95.10）>堆肥C4（85.12）>堆肥C1（34.99），基本与堆肥基质的有机质消耗次序一致。

较之空白对照，在栽培作物的情况下，4种堆肥基质中的有机质消耗大幅增加，除了青瓜外，其他3种作物对堆肥基质中有机质消耗均达90%以上。可见，作物栽培显著促进了堆肥基质中的有机质消耗。郭 浩等[11]观测针茅和车前草种植对堆肥基质中养分的消耗，发现了有机质的大量消耗（由14.5%降至1.1%和1.5%），与本研究的结果一致。因此，在种植作物前，应该施用充足的有机肥作底肥，减少对土壤有机质的消耗。

尽管在同一堆肥基质中，不同作物对有机质的消耗存在差异，但4种作物生长过程中都消耗了大量的有机质（达90%）。大量生产实践证明，农业废弃物堆肥还田可缓解土壤基质中的有机质消耗[12]。因此，作物栽培都需要施用有机肥。

2.3 栽培后基质中的有机质水平

该次种植作物后，栽培基质中的残留有机质含量水平（已换算为干基）见图2。

由图2可知，一次种植后有机质即降至4.2%～12.6%，甚至栽培西红柿的堆肥C4基质降低至0.3%，已经接近了耕作层土壤的普通有机质含量水平（5%）。若需要二次种植，有必要重新施加堆肥。尽管赵树兰等[10]研究发现，以垃圾堆肥作为草坪植物生长的主体基质时，其促生长作用在二茬草中仍得到明显体现，但遗憾的是未对基质中有机质的消耗进行分析评价。从本研究数据看来，对于耕作密度强度大的农田，有必要坚持长期施用有机肥。

3 结论与讨论

试验结果表明，堆肥和作物之间存在相互选择性。因此，应该尽可能视作物种类施用合适堆肥。在4种堆肥基质中，对照组和试验组中有机质消耗率分别为0.5%～42%和8.0%～99.9%，可见作物栽培显著促进了有机质的消耗。因此，在种植作物前，应该施用充足的有机肥作底肥，减少对土壤有机质的消耗。尽管不同作物对有机质的消耗存在差异，但4种作物生长过程中都消耗了大量的有机质（达90%），因此作物栽培都需要施用有机肥。一次种植后有机质即降至4.2%～12.6%，接近耕作层土壤的普通有机质含量水平。因此，对于耕作密度强度大的农田，有必要坚持长期施用有机肥。

综合看来，作物栽培对有机质的消耗很大，应该增加和坚持堆肥施用，防止土壤有机质过度消耗。

4 参考文献

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