沼液源鸟粪石对酸性土壤的改良研究

祁步凡，李 俊，王 虹，蒋小妹，王文国

(1. 成都大学 药学与生物工程学院，成都 610106；2．农业农村部沼气科学研究所，成都 610041)

目前我国土壤已呈现日益酸化的现象，酸性土壤已成为影响农业生产和生态环境的重要问题之一[1]。土壤酸化的根本原因是由于H+，Al3+，还原态锰浓度增加，磷、钾、钙和镁含量低所导致[2]。酸性土壤会降低土壤微生物活性，对农作物产生毒害作用、破坏细胞膜结构、影响养分的吸收[1-3]。现有研究主要是通过使用土壤改良剂有效地改善土壤理化性状[4]，主要方法有：石灰、生物质炭和土壤调理剂白云石与碱渣[5]，其中石灰是常用的方法，但长期或大量使用会引起土壤板结，还会引起土壤中营养元素的平衡失调而导致作物减产[6]。

鸟粪石是一种不易被雨水冲刷、具有缓释性的肥料，常被用作农业生产的底肥以及林业的优质肥料[7]。鸟粪石中磷和镁的含量较高，有利于改善酸性土壤中磷、镁含量低的现象，有利于改善酸性土壤[8-9]。并且可以平衡植物养分，提高养分物质，改善土壤的理化性质，提高土壤保持水分和营养能力，提高土壤的整体质量[10-11]。另一方面，畜禽养殖废弃物沼气化处理，是一种有效的能源化和资源化利用的途经[12]。但我国养殖场和所建沼气工程的规模越来越大,随之产生的沼液越来越多，没有足够的农业用地承载和消纳沼液[13-15]，沼液的处置问题已成为限制我国沼气技术发展、乃至畜禽养殖业发展的瓶颈问题之一[16]。鸟粪石结晶沉淀法是一种较高氨氮废水的处理方法，在沼液处理领域也取得一定的进展[17]。但关于沼液源鸟粪石肥效及对土壤改良效果的研究较少。

本研究针对改善酸性土壤的问题，选取四川地区酸性黄壤土为供试土壤，实验室已有的沼液源鸟粪石为肥料，以市场现有化肥作为对照，研究两种肥料对酸性土壤的改善作用，并分析对小白菜生长情况的影响。试验为沼液源鸟粪石的高效利用以及改善酸性土壤问题提供一定的研究基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试小白菜：从某种子公司购买的小白菜种子，在实验室育苗。供试土壤：四川省成都市某地区酸性黄壤土，取供试酸性黄壤土，平铺在干净的纸上，于室内阴凉处通风风干，当土样达到半干状态时，宜将大土块捏碎。用四分法取适量风干土样，用圆木棍将土样碾碎，使土样通过1 mm孔径的试验筛。称取10.0 g土样，置于50 mL的离心管中，并加入25 mL水和1 mol·L-1的KCL溶液，用涡旋器涡旋5 min，然后静置3 h，再用已矫正的pH计进行读数[18]，土壤pH值为3.34±0.15。供试化肥：购买某品牌高钙钾宝复合肥，腐植酸≥3.0 %，N+P2O5+K2O≥20 %。

1.2 试验方法

1.2.1 沼液源鸟粪石的获得

表1 沼液理化性质

1.2.2 小白菜种植试验

试验每盆装过1 mm孔径试验筛风干土样300 g，共设4个处理，设置施入鸟粪石肥料总氮含量3个浓度梯度分别为T1，T2和T3，3个处理组，并以T2总氮含量为化肥组的总氮含量作为对照(CK)，每处理2次重复(见表2)。试验育苗待小白菜长至4叶期，每盆移栽定植3株，期间逢干浇水，栽培管理措施按常规方式进行，各处理保持一致。待收货时，测定小白菜鲜重，地上部叶绿素、可溶性糖等营养指标及硝酸盐含量。土壤风干后经破碎处理，混匀取样备用。

表2 试验肥料施入总氮含量

1.2.3 土壤pH值测定

称取10.0 g土样，置于50 mL的离心管中，并加入25 mL水和1 mol·L-1的KCL溶液，用涡旋器涡旋5 min，然后静置3 h，再用已矫正的pH计进行读数[20]。

1.2.4 植物生理指标测定

待收获后，植物叶绿素含量用 Gene Quant 1300紫外可见分光光度计进行测定[21]；植株可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[22]；硝酸盐含量采用双波长紫外分光光度法测定[23]。

1.2.5 数据分析

得到的数据利用 Origin 2017,Excel 和 SPSS 生物统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同肥料施入量对土壤pH值的影响

制备的沼液源鸟粪石，对土壤pH值具有调节作用，不同肥料施入量对土壤pH值的影响不同，结果如图1所示。各处理组土壤pH值与对照组相比，存在着显著性差异(p<0.05)。随着鸟粪石施入量的增加，土壤pH值有增大的趋势，当鸟粪石的施入量为0.1%时，pH值相较初始土壤pH值平均增加了0.76，相较于对照组平均增加了0.59。继续增加鸟粪石的施入量，当施入量达到0.3%时，pH值相较于初始土壤pH值平均增加1.02，相较于对照组平均增加了0.85。酸化土壤的改善是一个较为长期的过程，并且鸟粪石是一种具有缓释性的肥料，为了不破坏土壤性质，本研究建议单次施用沼液源鸟粪石提升土壤pH值1个单位较为合适，因此沼液源鸟粪石施入量为0.3%对酸性土壤的改良较为有效。单次施用沼液源鸟粪石对提升酸性土壤的pH值范围较小，但如果连续性使用沼液源鸟粪石肥料作为追肥，可能会更有效地改良酸性土壤。

注:不同小写字母表示某指标组间差异显著(p<0. 05)，下同。图1 不同肥料施入量对土壤pH值的影响

2.2 不同肥料施入量对作物品质的影响

2.2.1 对小白菜生物量和株高的影响

土壤条件的改变会对作物的生长产生影响，施入不同比例的沼液源鸟粪石对小白菜的生物量和株高具有较为明显的影响。由表3可以看出，随着肥料施入比例的上升，小白菜的生物量有增加的趋势，其中各处理组小白菜生物量和株高与对照组相比，存在着显著性差异(p<0.05)。其中施入0.1%鸟粪石生物量提高26.42%；施入0.3%鸟粪石肥料对生物量增加较大，相较于对照组生物量增加54.15%；小白菜株高逐渐增高，施入0.3%鸟粪石肥料小白菜株高最高，达到14.20 cm。结合沼液源鸟粪石对土壤pH值的改良效果，以及对小白菜生物量和株高的影响，综合考虑，本研究建议施用0.3%的沼液源鸟粪石提高小白菜的生物量和株高。

表3 不同肥料施入量对小白菜生物量和株高的影响

2.2.2 对小白菜叶绿素含量的影响

叶绿素含量是体现小白菜生长品质的主要因素，沼液源鸟粪石对小白菜叶绿素a，叶绿素b及总叶绿素含量有提高的趋势(见表4)。与对照组相比，叶绿素a含量随鸟粪石施入量的增加呈升高的趋势。在T1，T2和T3的处理下，其均比对照显著增加，分别是对照的1.09，1.21和1.32倍(p<0.05)。与叶绿素a含量趋势相似，经过T1，T2和T3的处理，叶绿素b含量相比对照组分别增加1.37，1.39和1.53倍(p<0.05)，T1和T2处理间没有显著性差异，T3处理后的叶绿素b含量最高。

表4 不同肥料施入量对小白菜叶绿素含量的影响(mg·g -1)

2.2.3 对小白菜可溶性糖的影响

各处理对小白菜可溶性糖含量的影响不同，总体趋势是可溶性糖含量随着鸟粪石施入量的增加而增加(见图2)。T2处理组与对照组没有显著性差异(p>0.05)，T3处理小白菜的可溶性糖含量最高，可以达到17.73±0.12 mg·g-1，与对照组之间差异显著(p<0.05)。除此之外，T1处理组小白菜可溶性糖含量低于对照组。

图2 不同肥料施入量对小白菜可溶性糖的影响

2.2.4 对小白菜硝酸盐的影响

硝酸盐会在硝酸还原酶的作用下产生亚硝酸盐，而蔬菜中亚硝酸盐的含量是评判蔬菜质量安全的一项重要的指标，硝酸盐含量会对蔬菜体内的亚硝酸盐含量有明显的影响[14]。从图3可以看出，硝酸盐的含量随着鸟粪石施入量的降低而下降，对照组的处理中硝酸盐含量是最高的，达到1.04±0.01mg·kg-1，与0.3%鸟粪石处理组之间没有显著性差异(p>0.05)，但硝酸盐含量较低。0.1%鸟粪石处理组的硝酸盐含量最低0.84±0.01 mg·kg-1，并且与其他处理有显著差异(p<0.05)。

图3 不同肥料施入量对小白菜硝酸盐含量的影响

3 结论与讨论

鸟粪石是一种具有缓释性的肥料，鸟粪石中磷和镁的含量较高，对土壤有一定的改良作用。本文利用不同沼液源鸟粪石施入量对酸性土壤进行改良，其中施入0.3%沼液源鸟粪石的效果较好，可以提高土壤pH值1个单位，虽单次施用沼液源鸟粪石对提升酸性土壤的pH值范围较小，但如果连续性使用沼液源鸟粪石肥料作为追肥，可能会更有效地改良酸性土壤。并且可增加小白菜的鲜重、叶绿素和可溶性糖含量，但不会影响小白菜的硝酸盐含量，不会影响小白菜的安全品质。因此，适宜的沼液源鸟粪石施入量可改善酸性土壤，提高土壤pH值，这与Liu[24]等的研究结论一致。Ryu等曾利用鸟粪石肥料培育大白菜，其鲜重随着鸟粪石施入量的增加而增加[25]，在笔者试验条件下，沼液源鸟粪石对小白菜鲜重的影响与之前研究基本一致。

植物叶片叶绿素含量是直接反映光合能力的重要指标，沼液源鸟粪石能够提高小白菜叶绿素含量，可能会对小白菜的光合作用具有促进作用，有利于小白菜的生长[26]。此外，植物中可溶性糖含量与干旱的抗逆性相关[27]，沼液源鸟粪石可以提高小白菜可溶性糖的含量，也就是说可能会提高其抗逆性，与此同时，可以提高小白菜在利用方面的品质。

硝酸盐会在硝酸还原酶的作用下产生亚硝酸盐，而蔬菜中亚硝酸盐的含量是评判蔬菜质量安全的一项重要的指标[14]，试验中沼液源鸟粪石培育小白菜的硝酸盐含量与普通化肥相似，可以体现小白菜的质量安全，说明沼液源鸟粪石作为肥料具有一定的安全性[28]。

综上所述，沼液源鸟粪石作为肥料对酸性土壤具有一定的改良作用，并且对小白菜的鲜重，叶绿素含量和可溶性糖含量有促进作用。这可能会增强小白菜的光合作用，且可能会提高其抗逆性，从而有利于小白菜的生长和品质。此外，沼液源鸟粪石培育的小白菜中硝酸盐含量相较于普通化肥没有明显变化，可以说明沼液源鸟粪石肥料和小白菜产品的安全性。但沼液源鸟粪石对作物作用的具体机制尚不清楚，有待进一步研究。