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        炭基肥對(duì)設(shè)施土壤肥力、番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

        2015-11-05 11:09:16王育紅程文娟王立艷高賢彪
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年16期
        關(guān)鍵詞:使用量硝酸鹽基肥

        王育紅,肖 輝,程文娟,王立艷,潘 潔,高賢彪

        (1.天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)技術(shù)研究院,天津300384;2.天津市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,天津300192)

        設(shè)施栽培是一種高投入、高產(chǎn)出的集約化生產(chǎn)方式,肥料使用量大,極易產(chǎn)生土壤鹽漬化、板結(jié)、重金屬累積、地下水污染、蔬菜品質(zhì)下降等不良影響。提高肥料利用率、降低化肥使用量、科學(xué)配比有機(jī)無機(jī)成分是設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。生物黑炭是秸稈等生物質(zhì)在厭氧高溫條件下進(jìn)行熱解炭化,生成富含碳素的固體物質(zhì)[1]。它具有空隙度高、比表面積大[2]、有機(jī)官能團(tuán)豐富[3]等特性,在土壤中應(yīng)用可降低土壤容重[4],增加土壤孔隙率和持水量[5],提高土壤 CEC[6],與肥料配合使用可延緩肥料在土壤中的釋放。Lehmann等[7]研究表明,生物質(zhì)炭對(duì)具有相當(dāng)強(qiáng)的吸附特性,可有效降低土壤氮素淋失,提高氮肥利用率。陳琳等[8]研究表明,炭基肥在減氮19.94%的情況下仍能提高水稻產(chǎn)量6.70%以上。付嘉英等[9]也研究表明,小麥秸稈炭基肥在養(yǎng)分含量降低18%的情況下,小白菜產(chǎn)量提高了45.03%。前人研究均已表明,生物黑炭可作為化肥緩釋劑,提高肥料利用率,但對(duì)于不同栽培方式、不同作物品種,結(jié)果可能存在差異。以設(shè)施番茄為例,通過田間小區(qū)試驗(yàn),筆者研究了炭基尿素對(duì)設(shè)施土壤肥力、番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,以期為炭基肥在設(shè)施番茄栽培中合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)地點(diǎn)在天津市西青第六埠。該區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,全年平均氣溫12℃,無霜期7個(gè)月。年降雨量570~690 mm,分布不均,70%集中在6~8月份,年均蒸發(fā)量1 100 mm。地下水位0.9~1.5 m。選取典型日光溫室。供試土壤類型為潮土,質(zhì)地為中壤土。試驗(yàn)前(2012年2月)0~20 cm土層土壤基本性狀為:土壤有機(jī)質(zhì)42.30 g/kg,水解氮 132.4 mg/kg,速效磷 263.4 mg/kg,速效鉀 285.7 mg/kg,pH 8.31。

        1.2 供試炭基肥養(yǎng)分含量 以利用棉花秸稈制成的生物黑炭為包裹材料,包裹尿素,形成炭基肥。炭基肥有機(jī)質(zhì)含量252.1 g/kg,全氮(N)31.62%,全磷(P2O5)0.34%,全鉀(K2O)1.82%。

        1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理,分別為CK,農(nóng)民習(xí)慣(普通尿素);T1,與CK等氮量炭基肥;T2,減氮20%炭基肥;T3,減氮50%炭基肥。每個(gè)處理重復(fù)3次,隨機(jī)區(qū)組排列,小區(qū)面積8.4 m2。番茄于2012年2月18日定植,2012年6月26日拉秧,留4穗果摘心。各小區(qū)施N 300 kg/hm2、P2O5225 kg/hm2、K2O 375 kg/hm2、農(nóng)家肥15 t/hm2。所用化肥為尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含 P2O512%)、氯化鉀(含 K2O 60%);農(nóng)家肥為雞糞+稻殼(干基N1.72%、P2O52.13%、K2O 1.55%)。農(nóng)家肥、磷肥全部基施,氮肥、鉀肥40%做基肥,60%做追肥。追肥共分3次,其中氮肥的追施比例分別為30%、20%、10%,鉀肥的追施比例分別為10%、20%、30%。

        在盛果期(6月4日)采集番茄樣品,測(cè)定VC、硝酸鹽。在番茄植株拉秧前,取各小區(qū)位置相對(duì)一致的植株測(cè)定株高,并且統(tǒng)計(jì)全小區(qū)最終產(chǎn)量(累計(jì))。

        1.4 測(cè)定方法及數(shù)據(jù)處理 土壤水解氮的測(cè)定采用擴(kuò)散吸收法;土壤速效磷的測(cè)定采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-比色法(紫外可見分光光度計(jì)GENESY5);土壤速效鉀的測(cè)定采用醋酸銨浸提-火焰光度法(火焰光度計(jì)FP6410);土壤全氮的測(cè)定采用凱氏定氮法;土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化法;pH的測(cè)定采用土水比1.0∶2.5玻璃電極法;VC的測(cè)定采用2,6-二氯靛酚滴定法;蔬菜硝酸鹽的測(cè)定采用蒸餾水浸提-紫外分光光度法。

        數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0軟件進(jìn)行分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 炭基肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、氮素含量的影響 由表1可知,炭基肥能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,且使用量越大,效果越明顯,處理T1、T2、T3分別比CK高出4.45%、3.05%及1.28%,但均與CK之間差異不顯著,各炭基肥處理之間差異也不顯著。炭基肥含有較高的生物炭成分,生物炭穩(wěn)定性強(qiáng),不易降解,因此施入土壤后能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

        設(shè)施土壤施用炭基肥能提高土壤水解氮和全氮的含量。處理T1、T2、T3土壤水解氮含量與CK相比分別提高7.30%、1.78%及-3.06%,處理T1與CK之間差異在0.05水平顯著,處理T2、T3與CK之間差異不明顯,處理T1與T2、T3之間差異也達(dá)0.05顯著水平。炭基肥對(duì)土壤全氮的影響和水解氮基本一致。處理T1、T2、T3土壤全氮含量與CK相比分別提高7.62%、3.33%及-4.29%,處理T1與CK、處理T2、T3之間差異均達(dá)0.05顯著水平;處理T2與CK之間差異不明顯,但與處理T3之間差異在0.05水平顯著;處理T3與CK之間差異不明顯。這表明等氮量炭基肥可顯著提高土壤表層氮素含量,且在減氮20%的情況下仍能保持較高的土壤肥力,在減氮50%的情況下土壤氮素有下降趨勢(shì),但與習(xí)慣施肥之間差異不明顯。

        表1 炭基肥對(duì)土壤氮素、有機(jī)質(zhì)含量的影響

        2.2 炭基肥對(duì)番茄株高的影響 由圖1可知,各處理株高高低順序?yàn)樘幚鞹1>處理T2>CK>處理T3,處理T1、T2與CK相比番茄株高分別提高7.76%和4.31%,處理T1與CK之間的差異達(dá)0.05顯著水平,處理T2與CK之間差異不顯著。這表明施用炭基肥可促進(jìn)番茄植株生長(zhǎng),增加番茄株高,且在降低施氮量20%的情況下,施用炭基肥也能完全滿足番茄生長(zhǎng)需求。處理T3株高略低于CK,但與CK之間的差異不明顯。這表明在減氮50%的條件下,炭基肥處理雖然與對(duì)照差異不明顯,但施氮量偏低可能會(huì)影響番茄的正常生長(zhǎng)。

        2.3 炭基肥對(duì)番茄品質(zhì)的影響 由表2可知,炭基肥能明顯提高番茄VC含量,且總氮量越小,VC含量越高。各處理高低順序?yàn)樘幚鞹3>處理T2>處理T1>CK,處理T3、T2、T1分別比CK高出9.54%、7.25%及3.26%,處理T3、T2與CK之間差異達(dá)0.05顯著水平,且與處理T1之間的差異也達(dá)0.05顯著水平,處理T3、T2間差異不顯著,處理T1、CK之間差異不顯著。這表明在等氮量的情況下,炭基肥處理T1與對(duì)照之間雖然差異不顯著,但能提高番茄VC含量;在減氮情況下,氮素使用量越少,番茄VC含量越高。

        表2 炭基肥對(duì)番茄品質(zhì)的影響 mg/kg

        施用炭基肥能降低番茄硝酸鹽含量,且使用量越低,效果越明顯。處理T1、T2、T3番茄硝酸鹽含量分別比CK低4.24%、9.52%及15.31%。處理T1與CK之間差異不顯著,但處理T2、T3與CK之間差異達(dá)0.05顯著水平,且處理T1、T2與T3之間差異也達(dá)0.05顯著水平。這表明炭基肥與普通肥料相比能降低番茄硝酸鹽含量,且減量處理效果更加明顯。

        2.4 炭基肥對(duì)番茄產(chǎn)量的影響 由圖2可知,施用適量炭基肥可明顯提高番茄產(chǎn)量。各處理中,減氮20%處理T2產(chǎn)量最高,比CK增產(chǎn)6.43%,差異達(dá)0.05顯著水平;等氮量處理T1與對(duì)照相比也提高產(chǎn)量4.29%,但與對(duì)照之間差異不顯著;50%減氮量處理T3雖與對(duì)照差異不顯著,但造成減產(chǎn)2.14%。這表明設(shè)施土壤施用炭基肥可提高番茄產(chǎn)量,且在適量降低施氮量的情況下,增產(chǎn)效果依然明顯,但氮素減少量也不宜過多,避免造成減產(chǎn)。

        3 結(jié)論與討論

        生物黑炭含有豐富的有機(jī)碳,且不易降解[10],施入土壤能提高土壤有機(jī)碳含量[11]。康日峰等[12]研究表明,隨炭基肥中生物炭添加量的增大,土壤有機(jī)質(zhì)含量增加,并呈線性相關(guān)。試驗(yàn)所用炭基肥含有近25%的生物炭,因此隨施用量的增加,土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯上升,但因總投入量不大,致使與對(duì)照之間差異不顯著。生物黑炭孔隙度高,比表面積大,且具有豐富的官能團(tuán),因此吸附能力強(qiáng),能吸附氮素,延緩肥料氮素的釋放,降低肥料流失率,進(jìn)而提高肥料利用率[13-15]。因此,與CK相比,在番茄生長(zhǎng)后期炭基肥處理仍能提供充足的氮素營(yíng)養(yǎng),甚至在減氮20%的情況下炭基肥處理水解氮和全氮含量仍高于習(xí)慣處理,表明炭基肥具有較強(qiáng)的保肥能力,在減少氮肥使用量的情況下仍能保持土壤較高肥力。

        炭基肥可促進(jìn)植物生長(zhǎng),增加作物產(chǎn)量[12,16-17]。試驗(yàn)炭基肥處理與CK相比可提高番茄株高,增加番茄產(chǎn)量,其中減氮20%處理增產(chǎn)效果最為明顯。原因可能為炭基肥養(yǎng)分釋放慢,持續(xù)供養(yǎng)能力強(qiáng),且能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,改善土壤結(jié)構(gòu)。但是,在炭基肥使用量偏低的情況(減少氮素50%)下,番茄產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。因此,炭基肥使用量不宜過少,避免造成減產(chǎn)。

        喬志剛等[18]研究表明,炭基肥可提高青椒VC和可溶性糖含量;付嘉英等[9]指出,炭基肥可降低小白菜硝酸鹽含量。該試驗(yàn)結(jié)果與前人基本一致,即炭基肥能增加番茄VC含量3.26% ~9.54%,降低硝酸鹽含量4.24% ~15.31%,且隨著氮素使用量的減少,效果越明顯。原因可能為一方面氮素總量降低,且炭基肥養(yǎng)分釋放相對(duì)緩慢,降低了番茄對(duì)氮素的奢侈吸收;另一方面,隨生物黑炭的施入,帶入了其他礦質(zhì)養(yǎng)分(如鈣、鎂、硅、硫等),養(yǎng)分供應(yīng)更加平衡,因此提高了番茄品質(zhì)。

        該研究表明,炭基肥可以增加設(shè)施土壤有機(jī)質(zhì)含量,提高土壤全氮、水解氮含量,增加番茄產(chǎn)量,改善番茄品質(zhì)。其中,減氮量20%炭基肥處理綜合效果最好。在保持土壤肥力的前提下,該處理可增加番茄產(chǎn)量6.43%,提高VC含量7.25%,降低硝酸鹽含量9.52%。

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