有机物料组合肥还田对耕地质量及甜菜品质和效益的影响

赵 蕊，毛 涛，秦嘉海

(1.张掖市耕地质量建设管理站，甘肃 张掖 734000；2.河西学院农业与生态工程学院，甘肃 张掖 734000)

甘肃省张掖黑河内陆灌区截止2019年甜菜种植面积达到1 500 hm2[1]，经社会实践调查，农户种植的甜菜产量为102～108 t·hm-2，氮磷钾纯养分投入量为0.98～1.08 t·hm-2，而有机肥氮磷钾纯养分投入量为0.15～0.16 t·hm-2。长期施用化肥导致耕地质量下降，生产的甜菜产量低，品质差[2-5]。

有关有机物料对土壤质量和作物品质影响的研究报道较多。玉米秸秆还田提高了土壤有机质含量，使土壤理化性质得到改善[6]；牛粪对玉米田土壤物理化学性质的改善表现出积极作用[7]；鸡粪与稻秆、生物炭混施提高了砖红壤团聚体的稳定性[8]；牛粪降低了土壤酸碱度、电导率和碱化度[9]；生物炭和有机物料配合施用提高了沙土的氮磷钾含量[10]]；有机物料提高了土壤磷的有效性[11]、改善了黄壤土壤团聚体的结构和稳定性[12]、提高了土壤微团聚体的有机碳含量[13]。玉米秸秆还田为土壤微生物的生长繁殖提供了充足的碳源[14]；蘑菇渣促进了土壤微生物的繁殖[15]；鸡粪和家畜粪配合施用提高了土壤微生物的数量[16]；牛粪提高了土壤细菌和放线菌数量，抑制了真菌的增长[17]。有机物料与化肥配施能够提高土壤酶活性[18]；葡萄酒渣复混肥提高了蔗糖酶、脲酶和磷酸酶酶活性[19]。鸡粪可以降低重金属离子的生物有效性[20]；猪粪对土壤重金属Cu、Zn 累积具有一定的促进作用[21]；鸡粪对土壤中Pb、Cd具有较强的钝化作用[22]；猪粪、鸡粪和污泥促进了 Cu、Zn 在土壤中的累积，但对Cd、Cr、Pb和 Ni没有显著影响[23]；有机物料降低了水稻根系对土壤Cd的吸收富集[24]。牛粪可以明显提高大豆的脂肪、游离氨基酸和可溶性糖含量[25]；沼渣还田改善了番茄的品质[26]；有机物提升了黄瓜果实Vc含量[27]；糠醛渣生态肥提高了甜菜单株块根重和块鲜根产量28]；糠醛渣有机碳生态肥提高了甜菜根体长度和产量[29]；有机物料还田能够显著提高作物产量[30]。

综上所述，前人研究主要集中在有机物料单独施用对土壤理化性质、生物学性质、重金属和作物产量方面，而有机物料组合肥还田对耕地质量及甜菜品质和效益影响的研究尚少见文献报道。2016年甘肃省张掖市分布着9.78×106t的有机物料(畜禽粪便有机肥8.08×106t，作物秸秆1.55×106t，废渣9.83×104t，饼肥5.54×104t)，用于沼气工程、直接还田的占55%，剩余4.40×106t有机物料堆放在农村居民点周围，对农村生态环境造成了污染[31]。经分析这些有机物料含有机质25.41%～42.27%，N 0.21%～1.03%，P2O50.17%～0.81%，K2O 0.13%～0.63%，而重金属Hg，Cd，Cr，Pb含量均小于国家规定的畜禽粪便含量标准(GB8172—87)[32]。为了解决研究区域长期施用化肥、耕地质量下降、甜菜品质差和有机物料对乡村生态环境污染的问题，本文以研究区资源丰富的有机物料为试材，在室内合成系列有机物料组合肥并进行田间验证试验，旨在为研究区有机物料资源循环利用、改善耕地质量、提高甜菜品质和效益提供理论指导和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验地概况 试验在甘肃省张掖市甘州区明永镇燎原村甜菜种植基地(100°21′45″E，39°01′53″N)进行，海拔1 453 m，降水量116 mm, 蒸发量1 850 mm，气温7.50℃，日照时数3 053 h，无霜期160 d。土壤类型是灌淤旱作人为土[33]，0～20 cm土层碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为72.03、9.69、135.32 mg·kg-1；有机质、CEC(阳离子交换量)、全盐和pH值分别为20.87 g·kg-1、19.72 cmol·kg-1、2.42 g·kg-1和8.22；容重、总孔隙度和团聚体分别为1.49 g·cm-3、43.77%和24.87%，前茬作物是葵花。

1.1.2 试验材料 甜菜品种(HIO-474，瑞士先正达公司选育)；改性糠醛渣(在1 000 kg糠醛渣中加入35 kg碳酸氢铵把pH值由4.20调整到6.50)；鸡粪+食用菌渣+油菜籽饼组合肥(鸡粪、食用菌渣、油菜籽饼风干重量比按0.8500∶0.1250∶0.025混合)；羊粪+改性糠醛渣+葵花籽饼组合肥(羊粪、改性糠醛渣、葵花籽饼风干重量比按0.8500∶0.1250∶0.025混合)；猪粪+沼渣+棉籽饼组合肥(猪粪、沼渣、棉籽饼风干重量比按0.8500∶0.1250∶0.025混合)；牛粪+葡萄酒渣+胡麻籽饼组合肥(牛粪、葡萄酒渣、胡麻籽饼风干重量比按0.8500∶0.1250∶0.025混合)，其他试验材料有效成分见表1。

表1 参试材料有效成分

1.2 试验方法

1.2.1 有机物料组合肥发酵 2016年4月15日将各种有机物料自然风干粉碎后过20 mm筛。按照试验处理配制4种有机物料组合肥，调整水分含量至60%～65%，堆成高2.00 m的梯形，盖上废旧塑料薄膜，在塑料薄膜上开直径3～5 cm小洞若干个，堆在温室内(室温25℃～30℃)，鸡粪+食用菌渣+油菜籽饼组合肥发酵70 d，间隔35 d搅拌1次，羊粪+改性糠醛渣+葵花籽饼组合肥发酵140 d，间隔46 d搅拌1次，猪粪+沼渣+棉籽饼组合肥发酵55 d，间隔28 d搅拌1次，牛粪+葡萄酒渣+胡麻籽饼组合肥发酵90 d，间隔30 d搅拌1次。待堆内温度降到室温，堆内出现灰白色菌丝时发酵结束[34]，将上述发酵物料放置在阴凉干燥处自然风干至含水量小于5%后备用。

1.2.2 试验处理 试验设计6个处理，处理1为对照(不施肥)；处理2为传统化肥,尿素+磷酸二铵+硫酸钾施用量为0.90 t·hm-2+0.53 t·hm-2+0.45 t·hm-2；处理3为鸡粪+食用菌渣+油菜籽饼，施用量34.67 t·hm-2；处理4为羊粪+改性糠醛渣+葵花籽饼，施用量74.17 t·hm-2；处理5为猪粪+沼渣+棉籽饼，施用量施用量76.41 t·hm-2；处理6为牛粪+葡萄酒渣+胡麻籽饼，施用量81.53 t·hm-2。2017—2019年，于每年的4月20日将磷酸二铵、硫酸钾、有机物料组合肥在播种前撒入小区，浅耕翻入20cm土层；在甜菜苗期结合灌水追施尿素0.30 t·hm-2，在块根膨大期结合灌水追施尿素0.60 t·hm-2，追肥方法为穴施，追肥深度10 cm。为了使试验具有可比性，将处理2、3、4、5和6施肥成本均设计为0.50万元·hm-2。每个处理3次重复，随机区组排列。

1.2.3 种植方法 小区面积36 m2(8.00 m×4.50 m)，每个小区四周筑埂。播种前起垄，垄高、垄距和垄宽为35 cm×50 cm×50 cm，在垄上铺上滴灌带和地膜。2017—2019年，每年4月20日播种，深度、株距和行距为1.50 cm×24 cm×50 cm，每垄2行。在播种后、苗期、生长盛期、块根膨大期和收获前各灌水1次，每小区灌水量9 m3，2017—2019每年的10月6日收获。

1.2.4 样品采集方法 2017—2019每年的10月3日甜菜收获时每个小区随机采集15株测定根体长度、根直径、单株鲜根质量和鲜根产量，将小区鲜根产量换算成公顷产量进行统计分析。连续定点试验3 a后，于2019年10月6日甜菜采收后，分别在试验小区内按对角线布置5个采样点，各采集0～20 cm耕作层土样5 kg，用四分法留2 kg，其中1 kg新鲜土样放入4 ℃冰箱避光保存用于测定土壤酶活性，另外1 kg土样风干过1 mm筛供室内化验分析(容重、团聚体用环刀采集原状土，未进行风干)。

1.2.5 测定指标与方法 土壤容重、总孔隙度和>0.25 mm土壤团聚体测定分别采用环刀法、计算法和干筛法；pH值、CEC、全盐和有机质测定分别采用酸度计法(水土比5∶1)、乙酸铵-氯化铵法、电导法和重铬酸钾氧化-外加热法；碱解氮、速效磷和速效钾测定分别采用扩散法、NaHCO3浸提-钼锑抗比色法、NH4OAC3浸提-火焰光度法；总持水量按公式：总持水量(t·hm-2)=面积×总孔隙度(%)×土层深度(m)求得[35]；土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性测定分别采用3,5-二硝基水杨酸比色法、靛酚比色法、磷酸苯二钠比色法、碘量滴定法[36]；甜菜含糖率和根直径测定分别采用手持式测糖仪和游标卡尺。

1.3 数据分析

采用SPSS 19.0软件进行数据统计分析，采用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 施用有机物料组合肥对土壤质量的影响

2.1.1 对理化性质的影响 连续定点试验3 a后于2019年10月3日测定数据可知(表2)，不同处理土壤容重为：处理4<处理3<处理5<处理6<处理2<处理1；总孔隙度、>0.25 mm团聚体和总持水量为：处理4>处理3>处理5>处理6>处理2>处理1。处理4、处理3与处理2比较，容重降低9.59%和8.22%，总孔隙度增加5.28%和4.52%，>0.25 mm团聚体增加4.24%和3.37%，总持水量增加11.76%和10.06%(P<0.01)；处理5、处理6与处理2比较，容重降低6.16%和5.84%，总孔隙度增加3.69%和2.82%，>0.25 mm团聚体增加2.48%和1.89%，总持水量增加8.22%和6.28%(P<0.05)。不同处理土壤pH值为：处理4<处理3<处理5<处理6<处理2<处理1；CEC为：处理4>处理3>处理5>处理6>处理2>处理1；全盐为：处理4<处理3<处理5<处理6<处理1<处理2。处理4与处理2比较，pH值降低9.17%，CEC增加23.53%(P<0.01)，全盐降低7.79%，(P<0.05)；处理3与处理2比较，pH值和全盐降低6.97%和5.74%(P<0.05)，CEC增加13.41%(P<0.01)；处理5与处理2比较，pH值和全盐降低3.92%和4.10%(P>0.05)，CEC增加12.56%(P<0.01)；处理6与处理2比较，pH值和全盐分别降低3.30%和3.28%(P>0.05)，CEC增加12.01%(P<0.01)。

表2 施用有机物料组合肥对土壤理化性质的影响

2.1.2 对有机质和速效氮磷钾的影响 由表3可知，不同处理土壤有机质为：处理3>处理4>处理5>处理6>处理2>处理1。处理3、处理4与处理2比较，有机质分别增加16.69%和15.77%(P<0.01)，处理5、处理6与处理2比较，有机质分别增加7.37%和6.87%。不同处理碱解氮为：处理3>处理5>处理4>处理6>处理2>处理1；速效磷为：处理3>处理5>处理6>处理4>处理2>处理1；速效钾为：处理3>处理4>处理5>处理6>处理2>处理1。处理3与处理2比较，碱解氮增加10.78%(P<0.01)；处理5、处理4、处理6与处理2比较，碱解氮分别增加4.12%、2.04%和1.01%(P>0.05)。处理3与处理2比较，速效磷增加12.03%(P<0.01)；处理5与处理2比较，速效磷增加5.89%(P<0.05)；处理6、处理4与处理2比较，速效磷分别增加3.12%和2.08%(P>0.05)。处理3、处理4与处理2比较，速效钾分别增加7.77%和5.33%(P<0.05)；处理5、处理6与处理2比较，速效钾分别增加2.28%和0.62%(P>0.05)。

2.1.3 对酶活性的影响 由表3可知，不同处理土壤酶活性为：处理3>处理4>处理5>处理6>处理2>处理1。处理3与处理2比较，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性分别增加16.78%、30.36%、27.14%和19.23%(P<0.01)；处理4与处理2比较，脲酶和磷酸酶活性分别增加27.74%和15.02%(P<0.01)，蔗糖酶和多酚氧化酶活性分别增加8.72%和7.69%(P<0.05)；处理5与处理2比较，脲酶活性增加16.21%(P<0.01)，蔗糖酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性分别增加7.61%、8.51%和5.13%(P<0.05)；处理6与处理2比较，蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分别增加6.27%、6.39%和5.27%(P<0.05)，多酚氧化酶活性增加2.56%(P>0.05)。

表3 施用有机物料组合肥对土壤有机质、氮磷钾及土壤酶活性的影响

2.2 施用有机物料组合肥对甜菜经济性状及品质和效益的影响

从2017—2019年测定的平均数据可以看出(表4)，不同处理甜菜根体长度、根直径和单株鲜根质量为：处理3>处理5>处理4>处理6>处理2>处理1。处理3与处理2比较，根体长度和根直径分别增加13.04%和11.94%(P<0.01)，单株鲜根质量和鲜根产量分别增加7.01%和5.94%(P<0.05)；处理5与处理2比较，根体长度、根直径、单株鲜根质量和鲜根产量分别增加6.27%、5.19%、5.14%、5.09%(P<0.05)；处理4与处理2比较，根体长度、根直径和鲜根产量分别增加3.08%、3.15%、4.25%(P>0.05)，单株鲜根质量增加5.26%(P<0.05)；处理6与处理2比较，根体长度、根直径、单株鲜根质量和鲜根产量分别增加1.02%、2.13%、4.39%、3.80%(P>0.05)。不同处理含糖率为：处理3>处理4>处理5>处理6>处理2>处理1。处理3、处理4与处理2比较，含糖率分别增加16.63%和15.34%(P<0.01)，处理5、处理6与处理2比较，含糖率分别增加5.62%和5.38%(P<0.05)。不同处理施肥利润为：处理3>处理5>处理4>处理6>处理2。处理处理3、处理5、处理4、处理6与处理2比较，施肥利润分别增加0.23、0.20、0.17、0.15万元·hm-2。

表4 施用有机物料组合肥对甜菜经济性状及品质和效益的影响

3 讨 论

施用羊粪+改性糠醛渣+葵花籽饼组合肥的甜菜种植田物理性质和持水量表现为：容重降低、孔隙度、团聚体和总持水量增大；化学性质表现为：阳离子交换量增大、pH值和全盐降低。上述变化规律究其原因是羊粪+改性糠醛渣+葵花籽饼组合肥比较疏松、容重小，因而增大土壤孔隙度，降低了容重；糠醛渣在土壤中合成的腐殖质促进了团聚体的形成[37]；腐殖质的吸水率为500%，因而提高了持水量[38]；腐殖质提高了土壤的保肥性，因而增大了CEC[39]；糠醛渣是一种酸性有机废弃物，因而降低了土壤pH值[40]；羊粪、糠醛渣和葵花籽饼盐基离子含量比其他处理低，因而降低了土壤全盐含量。

鸡粪+食用菌渣+油菜籽饼组合肥比其他处理更有利于提高土壤有机质、酶活性、速效氮磷钾、甜菜含糖率、根体长度、根直径、单株鲜根质量和鲜根产量。究其原因是鸡粪+食用菌渣+油菜籽饼组合肥有机质含量比其他处理高，因而提升了肥料的有机质含量；有机质为土壤酶创造了良好的生态环境条件，因而提高了酶的活性；鸡粪+食用菌渣+油菜籽饼组合肥速效氮磷钾含量比其他处理高，因而提高了土壤氮磷钾含量；鸡粪+食用菌渣+油菜籽饼组合肥提高了甜菜含糖率，这种变化规律与有机质和速效钾含量高有关，鸡粪+食用菌渣+油菜籽饼组合肥土壤耕作层有机质分别是处理4、5、6的1.01、1.08、1.09倍，速效钾分别是处理4、5、6的1.02、1.05、1.07倍；鸡粪+食用菌渣+油菜籽饼组合肥有机质和速效氮磷钾含量高，肥效较长，源源不断供给甜菜营养，因而提高了产量。

4 结 论

羊粪+改性糠醛渣+葵花籽饼组合肥比其他处理更有利于提高土壤孔隙度、团聚体、总持水量和阳离子交换量，降低容重、pH值和全盐含量；鸡粪+食用菌渣+油菜籽饼组合肥比其他处理有利于提高土壤有机质含量、酶活性、速效氮磷钾含量，使甜菜根体长度、根直径、单株鲜根质量、鲜根产量、含糖率和经济效益提升。而传统化肥有利于提高土壤全盐、CEC、碱解氮、速效磷和速效钾，对容重、总孔隙度、团聚体、总持水量、有机质和土壤酶活性无显著影响。在甜菜种植田上施用有机物料组合肥，改善了土壤理化性质和甜菜品质，提高了土壤有机质及酶活性和甜菜经济效益，促进了有机物料资源循环利用和增值，为保障国家甜菜安全生产提供了技术支撑。