增氧型水溶肥料在辣椒上的应用效果研究*

郑树林, 陈 建, 王 伟, 刘兆宪, 陈宏坤

(1.养分资源高效开发与综合利用国家重点实验室/菏泽金正大生态工程有限公司 山东菏泽 274000;2.金正大生态工程集团股份有限公司 山东临沂 276700)

土地退化严重是我国农业发展过程中面临的主要问题之一。据统计,我国土地退化面积高达约4亿hm2,占我国土地总面积的40%[1]。土壤结构不良、板结透气性差属于土壤性质恶化范畴,通过影响土壤透气和透水性,危害作物根系的正常生长和作物对养分的吸收,严重威胁我国粮食安全和农民增产增收。现阶段,改良板结、黏重土壤的方法主要有深耕、秸秆还田、增施有机肥、施用高分子或微生物土壤改良剂等[2],但这些方法都有明显的缺陷。增施有机肥和秸秆还田虽能有效提高土壤有机质的含量,促进土壤团粒结构的形成,但其耗时较长,且安全性不高,若农家肥施用不当会造成烧苗,秸秆还田易造成有害虫卵增多、增加土传病害风险等;使用高分子改良剂所需成本及技术要求较高,且难以降解,易造成环境污染。因此,亟需探索一种新型、绿色、成本低,且能广泛推广、可克服土壤板结透气性差的新技术。

近年来我国洪涝灾害频发,且强度呈逐年增大趋势,对我国农业和种植业的发展造成了严重的危害[3]。土壤淹水造成作物根系缺氧,作物根系有氧呼吸受阻,严重影响作物对营养的吸收;无氧呼吸替代有氧呼吸,还会产生大量的有害物质,如乳酸和酒精等,这些有害物质的不断积累容易对作物根系产生毒害,造成作物产量下降甚至死亡。因此,日本及欧美的一些国家开展了对增氧肥料的研究,并在农业、水产养殖、环保等方面取得了较多的成果。20世纪90年代,我国开始将部分增氧剂应用于水产养殖中,取得了较好的效果,但有关增氧技术在种植业中的应用较少,真正筛选出适合种植业发展的增氧技术,并将其应用到肥料领域的研究更少,因此肥料增氧技术具有广阔的研究和发展前景[4]。新型增氧水溶肥料溶于水后,可缓慢释放氧气,促进厌氧条件下作物根系有氧呼吸和正常生长,且本身无毒害,不会污染环境,新型增氧肥料对打破厌氧环境、促进板结和透气性较差土壤作物的增产增收具有重要意义。本文通过在透气性较差的土壤和地块开展辣椒试验,以盆栽结合大田的形式,将增氧型水溶肥料与普通水溶肥料进行对比,旨在探明增氧型水溶肥料在辣椒上的应用效果,为我国新型肥料的研发与推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试作物:辣椒(羊角椒)。

试验地点:临沂国家缓控释肥工程技术研究中心温室(盆栽试验);山东省潍坊市青州市陈楼村设施大棚(大田试验)。

试验形式:大田结合盆栽试验,试验用土均为板结和透气性较差的黏土,土壤理化性状见表1。

表1 试验用土壤理化性状

供试肥料:普通固体水溶肥料(N-P2O5-K2O=20-20-20)、增氧型固体水溶肥料(N-P2O5-K2O=20-20-20),均由金正大生态工程集团股份有限公司生产。

1.2 试验设计

试验采用大田结合盆栽的形式。盆栽试验于2021年3月15日—5月31日进行,设2个处理,每个处理3次重复,共6盆,每盆装土量均为5 kg;选用长势一致的辣椒苗进行移栽,对照(CK)处理施用普通固体水溶肥料,T处理施用增氧型固体水溶肥料;每盆冲施水溶肥1 g/次(稀释500倍),7～10 d冲施1次,共冲施4次。大田试验于2021年3月10日—6月15日进行,大棚面积共2亩(1亩=667 m2),T、CK处理各1亩,辣椒栽培密度为2 000 株/亩,灌溉模式为滴灌,大棚土壤因常年种植,土壤板结、土传病害问题突出;T、CK处理除施用的水溶肥料种类不同外,其他操作管理均一致,大田试验设计见表2。

表2 大田试验设计

1.3 测定项目及方法

盆栽试验在收获期对辣椒株高、茎粗、叶片叶绿素相对含量(SPAD值)、根系(地下部)生物量、茎叶(地上部)生物量和总生物量进行测定,大田试验增加对辣椒产量和死亡棵数的统计。试验区和对照区各选取长势均一的连续100株辣椒进行后期计产,各计产5次;株高用卷尺测量,记录土壤表面到植株顶端高度;茎粗用游标卡尺测量;SPAD值用SPAD仪测量;生物量和辣椒产量用天平进行称量。

1.4 数据统计与分析

试验数据采用Excel 2010和DPS 7.05软件进行统计、分析,差异显著性分析采用最小显著差异法(LSD法),试验结果均以3次测定的平均值表示。

2 结果与分析

从表3可知:在盆栽试验中,T处理的茎粗较CK处理的显著提高,增幅为5.3%,说明增氧型水溶肥料可使辣椒植株更加健壮;T处理的株高和SPAD值较CK处理的也有提高,但差异未达到显著水平;T处理可有效提高辣椒地上部、地下部和总生物量,与CK处理的相比分别提高15.5%、10.8%和15.0%,差异均达到显著水平,表明增氧型水溶肥料的促生效果显著。增氧型水溶肥料通过根系增氧功能,促进作物地下部根系生长,带动辣椒地上部植株长势,从而促进辣椒地上部生物量和总生物量的提高。

表3 盆栽试验辣椒的各项指标

由表4可知:T处理的辣椒株高、茎粗和SPAD值较CK处理的均有小幅度提高,与盆栽试验结果较一致;株高较CK处理的提高约3.5 cm,差异达到显著水平;茎粗和SPAD值分别较CK处理的提高0.47 mm和1.5,差异未达到显著水平。

表4 大田试验辣椒的各项指标

从辣椒产量上看,经连续100株辣椒5次计产,T处理的辣椒计产产量为328.5 kg,与CK处理的相比,增产率为15.7%;T处理的辣椒单果质量比CK处理的提高3.7 g,差异达显著水平,说明T处理的辣椒膨果更好。

另外,与CK处理相比,T处理的辣椒因根腐病、枯萎病等土传病害死亡的棵数大幅减少,说明增氧技术凭借其本身具备的杀菌消毒功能,以及作物根际厌氧环境和微生物区系的改变,具有减轻根腐病等土传病害的作用。

3 结语

试验结果显示:增氧型水溶肥料应用于板结、透气性较差的土壤中效果突出,主要表现为辣椒根系生长更加旺盛,地下部根系生物量显著提高,其中盆栽试验中地下部根系生物量较对照处理的提高约10.8%;另外,辣椒株高、茎粗、叶绿素相对含量和总生物量等相关生长指标较普通水溶肥料处理的均有不同程度的提高,大田试验中增氧型水溶肥料处理的辣椒植株长势旺盛,株高较对照处理的提高3.5 cm,辣椒单果质量和产量显著提高,促生和增产效果显著。有学者认为,透气性或土壤厌氧条件是作物生长的重要限制因子,土壤透气性好或氧气充足,可有效促进作物根部的新陈代谢,增加叶绿素含量,增强光合作用,提高作物的产量和品质[5];同时,有效改善作物根际的厌氧环境后,可保障作物根系健康正常生长,保证土壤微生物的活动及矿物质的转化,提高水肥的利用效率,这可能是增氧型水溶肥料促生作用显著的主要原因[5]。研究人员还发现,作物根际氧气含量低,或根际二氧化碳含量高,都会阻碍作物根系的正常生长,影响作物地上部的长势和产量提高[6]。

增氧型水溶肥料处理的辣椒因土传病害死亡的数量较对照处理的明显减少,表明其具有降低辣椒土传病害发病的作用。有学者认为,作物根系长时间处于透气性差或缺氧状态,首先会导致作物根系正常生长受阻,根基分泌物减少[6],直接影响土壤微生物的数量和种类以及土壤酶的活性[7];其次,厌氧环境还会导致土壤中的好氧微生物数量减少和厌氧微生物数量增加,致使作物根际微生物群落结构发生变化[8-10],产生乙烯、甲烷等危害植物生长的有害物质,造成土传病害加剧。增氧型水溶肥料可有效增加作物根际氧气供应,促进作物根系有氧呼吸,提高根际有益微生物和土壤酶活性,从而起到降低土传病害发病的作用。另外,增氧剂自身具有杀菌消毒的功能,可促进作物的生长,提升作物自身的抗病能力,也会为作物根系提供健康的土壤环境,减轻土传病害。