有机碳生态肥对温室土壤理化性质和番茄经济效益的影响

2019-03-20马世江殷学云秦嘉海

蔬菜 2019年3期

刘静，马世江，闫刚，殷学云，秦嘉海

（1.酒泉市农辉农业科技开发有限公司，甘肃酒泉 735000；2.肃州区蔬菜技术服务中心，甘肃酒泉 735000；3.河西学院农业与生物技术学院，甘肃张掖 734000）

近年来，甘肃河西市内陆灌区的武威、金昌、张掖、酒泉和嘉峪关市从国内外引进了黄瓜、番茄、茄子、辣椒和西葫芦等蔬菜新品种100多个，建立了温室蔬菜基地1.54×104hm2，温室蔬菜产业已发展成为农民增收的重要支柱产业之一[1]。目前，温室蔬菜化肥氮磷钾投入量与有机肥氮磷钾投入量比例为1∶0.15，由于有机肥料投入量不足，化学肥料超量施用，导致土壤有机质含量低，养分比例失衡，生产的蔬菜品质差，产量低而不稳。针对上述存在的问题，选择鸡粪、羊粪、牛粪、糠醛渣[2-4]、菜籽饼渣、沼渣、生物菌肥和聚丙烯酰胺为原料，采用正交试验方法确定原料间最佳配合比例，合成有机碳生态肥，并进行田间验证试验，以便对有机碳生态肥对温室土壤的改良效果做出确切的评价。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2016—2017年在甘肃省酒泉市肃州区东洞乡旧沟村日光节能温室内进行，温室坐北向南，长度70 m，跨度8 m，脊高4 m，后屋面仰角大于45 ° ，墙体底宽2.2 m，上口宽1.8 m，前屋面采用无立柱大棚骨架。试验地海拔1 505 m，99°38′63″E，38°29′33″N，年均温7.0 ℃，年均降水量82 mm，年均蒸发量2 400 mm，无霜期150 d。土壤类型是耕种棕漠土[5]，0～20 cm耕作层含有机质18.99 g/kg、碱解氮33.59 mg/kg、速效磷6.01 mg/kg、速效钾124.0 mg/kg，pH值8.26，土壤质地为轻质壤土，前茬作物是茄子。

1.2 试验材料

腐熟鸡粪（有机质42.77%、N 1.03%、P2O50.41%、K2O 0.72%，粒径1～5 mm，肃州区下河清镇农户提供）；腐熟羊粪（有机质38.30 %、N 1.01%、P2O50.22%、K2O 0.53%，粒径1～5 mm，肃州区总寨镇农户提供）；腐熟牛粪（有机质16%、N 0.32%、P2O50.25%、K2O 0.16%，粒径1～5 mm，肃州区东洞乡农户提供）；改性糠醛渣（在糠醛渣中加入4%的NH4HCO3，将pH值调整到6.5～7.5，含有机质70.23%、N 0.61%、P2O50.36%、K2O 1.18%，粒径1～5 mm，临泽县汇隆化工有限责任公司提供）；菜籽饼渣（有机质77.50%、N 4.50%、P2O51.50%、K2O 1.43%，粒径1～5 mm，肃州区榨油厂提供）；沼渣（有机质26.42%、N 1.25%、P2O51.90%、K2O 1.33%，粒径1～5 mm，肃州区东洞乡农户提供）；生物菌肥（有效活菌数≥10亿个/g，粒径1～2 mm，山东大地生物科技有限公司产品）；聚丙烯酰胺（吸水倍率200 g/g，pH值6.9，粒径1～2 mm，北京汉力淼新技术有限公司产品）；畜禽粪便组合肥（自制，腐熟鸡粪、腐熟羊粪、腐熟牛粪风干质量比按0.50∶0.30∶0.20混合，含有机质36.19%、有机碳20.99%、N 0.86%、P2O50.33%、K2O 0.55%，粒径4～6 mm）；废渣组合肥（自制，改性糠醛渣、菜籽饼渣、沼渣、生物菌肥风干质量比按0.40∶0.30∶0.28∶0.02混合，含有机质56.53%、有机碳32.79%、N 1.10%、P2O50.83%、K2O 1.16%，有效活菌数≥0.20亿个/g，粒径4～6 mm）。

1.3 试验方法

1.3.1 有机碳生态肥配方筛选试验

2016年9月1日选择畜禽粪便组合肥、废渣组合肥和聚丙烯酰胺3种原料，每种原料设计3个水平，按正交表L9（33）配制9种有机碳生态肥[6]（表1）。试验小区面积为22.5 m2（7.5 m×3.0 m），每个小区四周筑埂，埂宽35 cm、高35 cm。

1.3.2 有机碳生态肥最佳施用量研究试验

2017年9月1日，按照1.3.1试验筛选出最佳配方比例，将畜禽粪便组合肥、废渣组合肥和聚丙烯酰胺风干后按最佳质量比混合搅拌均匀，采用螺旋挤压造粒机造粒（粒径4～6 mm），得到有机碳生态肥产品。将有机碳生态肥施用量梯度设计为0（CK）、20、40、60、80、100 t/hm2共6个处理，每个处理重复3次，小区面积同1.3.1，随机区组排列。

表1 L9（33）正交试验设计

1.3.3 番茄栽培管理

两个试验的有机碳生态肥均在定植前施入0～20 cm耕作层作底肥。定植时间为每年的9月1日，定植深度10～12 cm，株距30 cm，垄距50 cm，垄高35 cm，每个小区种植3垄，每垄定植2行，每个小区定植150株。每个试验小区为1个支管单元，在支管单元入口安装闸阀、压力表和水表，在垄上安装1条薄壁滴灌带进行膜下滴灌，滴头间距0.30 m，流量2.60 L/（m·h），每个支管单元压力控制在0.14 MPa。分别在番茄定植后、开花期、第1穗果膨大期、第2穗果膨大期、第3穗果膨大期和收获前各灌水1次，每个小区灌水量为2.06 m3，其他田间管理措施与大田相同。

1.4 样品采集方法

番茄收获时，在试验小区内按照传统采样方法，连续采集30株，测定单株结果数、单果质量和单株果实质量。每个试验小区单独收获，将小区产量折合成公顷产量进行统计分析。番茄收获后，分别在试验小区内按对角线布置5个采样点，采集0～20 cm耕作层土样5 kg，用四分法带回1 kg混合土样，风干后过1 mm筛供室内化验分析，其中土壤容重、土壤团聚体用环刀采集原状土，未进行风干。

1.5 测定指标与方法

土壤容重测定采用环刀法；孔隙度测定采用计算法；0.25 mm团聚体测定采用干筛法；pH值测定采用酸度计法（水土比5∶1）；CEC（阳离子交换量）测定采用交换剂浸提—乙酸铵—氯化铵法；有机质测定采用重铬酸钾法；碱解氮测定采用扩散法；速效磷测定采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法；速效钾测定采用中性醋酸铵溶液浸提—火焰光度计法；饱和蓄水量按公式（饱和蓄水量＝面积×总孔隙度×土层深度）求得；毛管蓄水量按公式（毛管蓄水量＝面积×毛管孔隙度×土层深度）求得；非毛管蓄水量按公式（非毛管蓄水量＝面积×非毛管孔隙度×土层深度）求得[7]；边际产量按公式（每增加1个单位肥料用量时所得到的产量减前1个处理的产量）求得；边际产值按公式（边际产量×产品价格）求得；边际成本按公式（边际施肥量×肥料价格）求得；边际利润按公式（边际产值－边际成本）求得；边际施肥量按公式（后1个处理施肥量减前1个处理施肥量）求得[8]。

1.6 数据处理方法

经济性状和产量采用DPS 13.0软件分析，差异显著性采用多重比较，LSR检验。有机碳生态肥施用量与土壤理化性状、番茄经济性状和产量的关系，按回归方程y＝a＋bx求得；依据最佳施用量计算公式x0＝[（Px/Py）－b]/2c求得有机碳生态肥最佳施用量（x0），Px为有机碳生态肥价格，Py为番茄平均售价；依据肥料效应回归方程式y＝a＋bx±cx2，求得有机碳生态肥最佳施用量时的番茄理论产量（y）。

2 结果与分析

2.1 有机碳生态肥配方筛选结果

从2017年4月30日番茄收获后测定数据（表2）可以看出，有机碳生态肥原料间的效应（R）是A＞B＞C，说明影响番茄产量的原料效应依次是：畜禽粪便组合肥（R＝55.12）＞废渣组合肥（R＝51.44）＞聚丙烯酰胺（R＝38.19）。比较各原料不同水平的T值可以看出，TA1＞TA3＞TA2，说明畜禽粪便组合肥最佳施用量宜为30.00 t/hm2；TB3＞TB2＞TB1，说明随着废渣组合肥施用量梯度的增加，番茄产量在增加，废渣组合肥适宜施用量一般为45.00 t/hm2；TC3＞TC1＞TC2，说明随着聚丙烯酰胺施用量梯度的增加，番茄产量先降后升，聚丙烯酰胺适宜施用量为0.09 t/hm2。从各因素的T值可以看出，原料间最佳原料组合为A1（畜禽粪便组合肥）30.00 t/hm2、B3（废渣组合肥）45.00 t/h m2、C3（聚丙烯酰胺）0.09 t/hm2，即畜禽粪便组合肥、废渣组合肥和聚丙烯酰胺风干质量配方比按0.399 5∶0.599 3∶0.001 2混合得到有机碳生态肥，经室内化验分析，含有机质48.40%、有机碳28.07%、N 0.99%、P2O50.63%、K2O 0.92%。

2.2 有机碳生态肥对温室土壤物理性质和蓄水量的影响

2018年4月30日番茄收获后，采集耕作层0～20 cm土样测定数据（表3）可以看出，随着有机碳生态肥施用量梯度的增加，土壤容重在递减，孔隙度、团聚体和蓄水量递增。有机碳生态肥施用量100 t/hm2与CK相比，容重降低11.86%，差异极显著；总孔隙度和毛管孔隙度分别增加12.32%和20.59%，差异极显著，但毛管孔隙度与80 t/hm2差异不显著；非毛管孔隙度增加6.69%，差异显著；团聚体增加42.95%，差异极显著，但与80 t/hm2差异不显著；饱和蓄水量和毛管蓄水量分别增加12.32%、26.30%，差异极显著；非毛管蓄水量增加6.68%，差异显著，但与60、80 t/hm2差异不显著。经相关性分析，有机碳生态肥施用量与容重之间呈显著的负相关关系，与总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、团聚体、饱和蓄水量、毛管蓄水量和非毛管蓄水量之间呈显著正相关，相关系数分别为－0.997 3、0.996 4、0.979 1、0.864 1、0.975 4、0.967 1、0.958 5和0.964 1。

表2 L9（33）正交试验结果分析

2.3 有机碳生态肥对温室土壤化学性质及有机质和速效氮磷钾的影响

由表4可知，随着有机碳生态肥施用量梯度的增加，土壤pH值在递减，CEC、有机质和速效氮磷钾在递增。有机碳生态肥施用量100 t/hm2与CK相比，pH值降低5.32%，差异显著；CEC、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾分别增加33.05%、24.07%、23.97%、20.29%和10.98%，差异极显著，但有机质、速效磷和速效钾含量与80 t/hm2差异不显著。经相关性分析，有机碳生态肥施用量与pH值之间呈显著的负相关关系，与CEC、有机质和速效氮磷钾之间呈显著的正相关关系，相关系数分别为－0.994 1、0.991 8、0.960 6、0.984 0、0.995 1和0.957 6。

2.4 有机碳生态肥对番茄经济性状和产量的影响

由表5可知，随着有机碳生态肥施用量梯度的增加，番茄经济性状和产量在递增，有机碳生态肥施用量100 t/hm2与CK相比，单株结果数、单果质量、单株果质量和产量分别增加31.03%、38.88%、11.76%和12.22%，差异极显著，但单株结果数与60、80 t/hm2差异不显著。经相关性分析，有机碳生态肥施用量与单株结果数、单果质量、单株果质量和产量之间呈显著的正相关关系，相关系数分别为0.953 8、0.995 1、0.982 7和0.994 1。

表3 不同用量有机碳生态肥对温室土壤物理性质和蓄水量的影响

表4 不同用量有机碳生态肥对土壤化学性质及有机质和速效氮磷钾的影响

2.5 有机碳生态肥最佳施用量确定

由表5可知，随着有机碳生态肥施肥量的增加，番茄边际产量由最初的1.72 t/hm2，递减到1.30 t/hm2，边际产值由最初的4 816元/hm2，递减到3 612元/hm2，边际利润由最初的1 114元/hm2，递减到－90元/hm2，有机碳生态肥施肥量在80 t/hm2的基础上，再继续增加施用量，边际利润出现负值。将有机碳生态肥不同梯度施用量与番茄产量间的关系采用肥料效应回归方程y＝a＋bx±cx2拟合[9]，得到如下回归方程：

对回归方程进行显著性测验，F＝17.91**＞F0.01＝16.74，r＝0.968 7**，说明回归方程拟合良好。有机碳生态肥价格（Px）为185.10元/t，番茄2017—2018年市场平均售价（Py）为2 800元/t，将Px、Py、回归方程的参数b和c，代入经济最佳施用量计算公式x0＝[（Px/Py）－b]/2c[10]，求得有机碳生态肥最佳施用量为79.65 t/hm2，将x0代入公式（1），求得番茄的理论产量（y）为62.01 t/hm2，计算结果与田间施肥80 t/hm2所得结果基本吻合（表5）。

3 结论与讨论

毕军等[11]研究认为施用有机生态肥能够明显提高土壤有机质、有效磷、有效钾含量和小麦、玉米产量。马世军等[12]研究认为豆粕有机生态肥施用量与制种玉米田孔隙度、团聚体、持水量、有机质、速效养分、微生物、酶活性、玉米农艺性状、经济性状和产量呈显著的正相关关系，与制种玉米田土壤容重、pH值呈显著的负相关；闫富海等[13]研究认为随着有机生态肥施用量梯度的增加，土壤容重在降低，总孔隙度、团聚体、有机质、有机碳、速效养分、玉米穗粒数、穗粒质量、百粒质量和产量在增加，而边际利润在递减。

本试验研究表明，随着有机生态肥施用量梯度的增加，土壤容重降低，总孔隙度增大，究其原因是有机生态肥含有丰富的有机质，施用有机生态肥后使板结的土壤变得疏松，因而增大了孔隙度，降低了容重。施用有机生态肥后土壤团聚体在增加，究其原因是有机生态肥中的聚丙烯酰胺具有良好的粘结作用，与土粒粘合后可以形成团聚体[14]。随着有机生态肥施用量梯度的增加，土壤蓄水量在增加，分析这一结果产生的原因是有机生态肥的糠醛渣、发酵羊粪和发酵鸡粪，在土壤微生物的作用下合成了腐殖质，腐殖质的最大吸水量可以超过500%，因而提高了土壤蓄水量[15]。随着有机生态肥施用量梯度的增加，土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾在增加，这种变化规律与有机生态肥中的有机质和氮磷钾含量有关。土壤pH值呈下降趋势，其原因是有机生态肥中的畜禽粪便组合肥和废渣组合肥在分解过程中产生了有机酸，因而降低了土壤酸碱度。将畜禽粪便组合肥、废渣组合肥和聚丙烯酰胺风干质量比按0.399 5∶0.599 3∶0.001 2混合得到的有机碳生态肥，其经济效益最佳施用量为79.65 t/hm2，经济效益最佳施用量时的番茄理论产量为62.01 t/hm2。