3种典型有机肥对魔芋土壤养分吸收量和品质的影响

2022-08-11洪永忠王世华杨国盟徐胜光马焕锦潘春妹范志伟

江苏农业科学 2022年15期

洪永忠，王世华，杨国盟，徐胜光，马焕锦，李宇，潘春妹，范志伟

(1.昆明学院农学与生命科学学院/云南省高校生物炭工程研究中心，云南昆明 650214；2.云南省镇雄县雨河镇农业农村和集体经济发展中心，云南镇雄 657200；3.曲靖职业技术学院，云南曲靖 655000)

魔芋为天南星科(Araceae)魔芋属()多年生单子叶植物，球茎中富含葡甘聚糖，在食用、药用及保健品开发等方面有诸多应用，并因此广泛种植于我国秦岭以南的山区。据不完全统计，近年来魔芋规模化种植面积已逾10多万hm，工农业总产值达数百亿元。

由于有机肥具有增加土壤有机质和改善土壤理化性质等优点，因而已在魔芋等各类作物栽培中被广泛应用。就不同有机肥对土壤养分的影响而言，前人已有较多研究，例如陈晓萍等研究发现，蚕沙有机肥比羊粪有机肥提高土壤有机质、有效磷和速效钾含量效果更好；原寒等研究的结果表明，腐熟牛粪有机肥相对于腐熟兔粪和大豆发酵有机肥提高土壤中有机碳、全氮、全磷和全钾含量。但是已有研究却少有关注不同有机肥对植株的土壤有机质和氮磷钾元素吸收量的影响。同时，也尚未有研究关注不同有机肥对魔芋品质指标即葡甘聚糖含量和黏度值的影响。

针对上述问题，本研究以花魔芋和蚕沙、鸡粪和羊粪3种典型有机肥为材料，通过观测魔芋根际土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，以及魔芋葡甘聚糖含量和产量，研究了蚕沙等3种典型有机肥对魔芋的土壤养分吸收量和魔芋品质的影响差异，为揭示有机肥对魔芋养分利用和品质形成的影响机制奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年在云南省昆明市呈贡区瑞雪农草莓园(102°83′E，24°85′N，海拔1 913.8 m)进行；试验地年均温14.7 ℃，年蒸发量2 384 mm，年日照时数2 200 h，无霜期285 d，常年平均降水量为 960 mm，主要集中在6—10月；试验地土壤为山地红壤，pH值为7.2，有机质含量为3.2%，含全氮0.18%、全磷1.45 g/kg、全钾9.31 g/kg。

1.2 试验设计

供试魔芋品种为在云南实际生产中广泛应用的花魔芋(K.Koch)。有机肥由云南千州生物有限公司提供，其中鸡粪有机肥有机质含量为25.5%，氮磷钾元素含量分别为1.63%、1.54%和0.85%，羊粪有机肥有机质含量为26.0%，氮磷钾元素含量分别为0.90%、0.50%、0.45%，蚕沙中有机质含量为36.0%，氮磷钾元素含量分别为2.20%、0.65%、0.30%。

试验设鸡粪(T1)、羊粪(T2)和蚕沙(T3)有机肥3个处理，3次重复，随机区组布局。各处理种植密度为25 000株/hm，株行距均为50 cm×80 cm。之所以选择以上3种典型有机肥作为试验材料，是因为农业生产中鸡粪数量较多且含大量病原物和各种寄生虫，需考虑如何合理化利用，羊粪的有机质含量较高，蚕沙则具有活化土壤磷钾元素效应。

1.3 种植管理

起垄开沟双行播种，垄高和垄宽分别为30 cm和100 cm，沟深和沟宽分别为30 cm和50 cm。播种和收获时间分别为2021年5月4日和12月9日。为了准确探究不同有机肥是否影响魔芋对土壤养分的吸收量，施用有机肥时遵循了各处理有机质含量一致的原则。具体是，以5 737.50 kg/hm的有机质施入量为基准，鸡粪、羊粪和蚕沙有机肥施用量分别为22 500、22 067.31、15 937.50 kg/hm，后期不再追肥。不同处理的有机肥施用量不同以及不同有机肥的氮磷钾元素含量不一致，会导致不同处理的氮磷钾元素施入量不一致，因此播种时加施尿素、过磷酸钙和硫酸钾等化学肥料，以保证各处理氮磷钾元素施入量一致。采用滴灌与喷灌相结合的方式，视天气状况每10～15 d浇1次水；除草、病虫害防治与种植地区生产实践一致。

1.4 观测指标与方法

2021年12月9日收获魔芋时，用抖根法采集每个处理的5株魔芋植株根际土壤。土壤有机质含量测定采用重铬酸钾外加热法，土壤碱解氮测定采用扩散法，土壤有效磷测定采用NaHCO浸提-钼锑抗比色法，土壤速效钾测定采用乙酸铵浸提-原子吸收火焰光度计法。魔芋块茎全氮测定采用杜氏法，全磷测定采用酸溶-钼锑比色法，全钾测定采用火焰光度计法法。采用NY/T 494—2010《魔芋粉》所规定的方法测定魔芋葡甘聚糖含量和黏度值。魔芋收获时，每个处理随机选取15株称量块茎鲜质量，并按25 000株/hm的种植密度折合公顷产量。

1.5 数据处理

采用SPSS26.0对数据进行统计分析，Duncan’s法进行差异显著性分析，显著水平均为=0.05，使用Origin 2021作图。

2 结果与分析

2.1 不同有机肥对魔芋根际土壤有机质的影响

土壤有机质是指土壤中以碳、氮、氢、氧元素为主，以及少量硫、磷和金属元素组成的有机化合物，其含量多少是衡量土壤肥力的重要指标。由图1可知，T1、T2和T3各处理根际土壤有机质含量分别为2.70%、2.10%和1.72%，T3处理较T1处理显著降低36.47%，T2处理较T1处理显著降低22.31%，T2处理与T3处理无显著差异。

2.2 不同有机肥对魔芋根际土壤碱解氮、有效磷和速效钾的影响

由图2可知，T1、T2、T3各处理碱解氮含量分别为80.76、72.01、58.10 mg/kg，T3处理较T1和T2处理分别显著降低28.10%和19.30%，T2处理较T1处理显著降低10.80%；T1、T2和T3各处理有效磷含量分别为4.23、3.04、2.16 mg/kg，T3处理较T1和T2处理分别显著降低48.99%和28.92%，T2处理较T1处理显著降低28.23%；T1、T2、T3各处理土壤速效钾含量分别为161.48、150.08、84.71 mg/kg，T3处理较T1和T2处理分别显著降低47.54%和43.04%，T1处理与T2处理差异已达边缘显著。

2.3 不同有机肥对魔芋球茎氮磷钾含量的影响

由图3可知，T1、T2、T3各处理魔芋球茎的全氮含量分别为14 300、16 433、16 866 mg/kg，T2处理和T3处理较T1处理分别显著提高14.91%和17.95%，T2处理与T3处理无显著差异；T1、T2、T3各处理魔芋球茎的全磷含量分别为343.08、392.36、566.54 mg/kg，T3处理较T1和T2处理分别显著提高65.21%和44.44%，T1处理与T2处理无显著差异；T1、T2、T3各处理魔芋球茎的全钾含量分别为 17 726.89、18 741.08、20 480.36 mg/kg，T3处理较T1处理显著提高15.53%，T2处理与其余处理无显著差异。

2.4 不同有机肥对魔芋球茎葡甘聚糖含量和黏度值的影响

葡甘聚糖是魔芋球茎所含的中性高分子多糖，具有良好的吸水性、成膜性、胶凝性和保湿性等特殊生理功能，其含量高低以及其水溶胶黏度是评价魔芋品质最重要的指标。由图4可知，T1、T2和T3各处理的魔芋葡甘聚糖含量分别为24.88%、31.57%和26.75%，T2处理较T1和T3处理分别显著提高26.89%和18.02%，T3处理与T1处理无显著差异；T1、T2、T3各处理的魔芋黏度值分别为900.67、7 505、5 657.17 mPa·s，T2处理较T1和T3处理分别显著提高733.47%和32.70%，T3处理较T1处理显著提高528.11%。

2.5 不同有机肥对魔芋产量的影响

由图5可知，T1、T2、T3各处理魔芋产量分别为43 875、44 542.50、50 227.50 kg/hm，T3处理较T1和T2处理分别显著提高14.48%和12.76%，T1处理与T2处理处理无显著差异。

3 讨论

土壤有机质在改善土壤理化性质、保证植物正常生长方面发挥着重要作用，被称为“土壤养分储藏库”。前人已对不同有机肥对土壤有机质含量的影响进行了研究，例如陈晓萍等发现，蚕沙有机肥比羊粪有机肥提高土壤有机质含量效果更好，但是已有研究却少有关注不同有机肥对植株的土壤有机质吸收量的影响差异。本研究结果表明，与鸡粪和羊粪有机肥相比，蚕沙有机肥处理的根际土壤有机质含量最低，由于各处理的起始有机质含量一致，因此这一结果说明，相对于施用鸡粪和羊粪有机肥，蚕沙有机肥处理的土壤有机质被作物更多吸收利用，即蚕沙有机肥相对鸡粪和羊粪有机肥更可以提高作物对土壤有机质的吸收。

作物根际土壤的氮磷钾元素含量与作物的生理代谢、生长发育和产量形成密切相关。不同有机肥对土壤氮磷钾元素含量影响的研究已有较多见于报道，例如，原寒等的研究结果表明，牛粪有机肥比兔粪和大豆发酵有机肥提高土壤全氮、全磷和全钾含量效果更佳。但是，已有研究却少有关注不同有机肥对植株氮磷钾吸收量的影响。本研究结果表明，与鸡粪和羊粪有机肥相比，蚕沙有机肥处理的根际土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量最低，且魔芋球茎的氮磷钾元素含量最高。由于本试验中，各处理氮磷钾元素施入量一致，进而根据上述结果可以推断，蚕沙有机肥相对鸡粪和羊粪有机肥更可促进魔芋对土壤氮磷钾元素的吸收。这一发现也被李庆荣等和吴日章等的研究结果证实，其研究发现蚕沙有机肥具有解磷和解钾的菌株，有利于土壤中被固定的磷钾元素被重新释放利用。当然其具体机理究竟如何仍需进一步研究。

葡甘聚糖是魔芋地下球茎的主要成分，其优良的理化性质使得魔芋葡甘聚糖在食品工业、生物医学、功能材料等领域具有广泛的应用。已有研究表明，相对于不施任何肥料，施用有机肥可以显著提高魔芋葡甘聚糖含量，但是尚未有研究报道不同有机肥对魔芋葡甘聚糖含量的影响差异。本研究结果表明，羊粪有机肥处理的魔芋葡甘聚糖含量和水溶胶黏度值显著高于鸡粪和蚕沙有机肥处理，但鸡粪和蚕沙有机肥处理之间的差异则相对较小。这应该是因为，尽管钾元素吸收和魔芋葡甘聚糖的形成密切相关，蚕沙有机肥处理相对鸡粪和羊粪有机肥处理的钾元素吸收量高应该更有利于其葡甘聚糖形成，但是，由于蚕沙有机肥处理的魔芋产量高于鸡粪和羊粪有机肥处理，导致其葡甘聚糖被稀释而含量降低，因此蚕沙有机肥处理的魔芋葡甘聚糖含量反而与鸡粪有机肥处理无显著差异，甚至显著小于羊粪有机肥处理。由于钾肥有利于葡甘聚糖在魔芋块茎积累，因此这种产量增加伴随葡甘聚糖含量下降的情况，可以考虑通过增施钾肥措施予以应对。