滕明姣,萬(wàn)兵兵,王東升,焦加國(guó),劉滿強(qiáng),陳小云*
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蚓糞施用方式對(duì)不同品種番茄生長(zhǎng)和土壤肥力的影響①
滕明姣1, 2,萬(wàn)兵兵1, 3,王東升1, 3,焦加國(guó)1, 2,劉滿強(qiáng)1, 2,陳小云1, 2*
(1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,南京 210095;2 江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心,南京 210095; 3 南京市蔬菜科學(xué)研究所,南京 210042)
肥料的施用方式會(huì)影響有機(jī)肥料的分解和養(yǎng)分釋放過(guò)程,且不同作物品種在養(yǎng)分需求方面也各有差異。蚓糞是一種能夠改善土壤和促進(jìn)植物生長(zhǎng)的新型替代肥料。采用盆栽試驗(yàn)研究了蚓糞施用方式對(duì)不同番茄品種生長(zhǎng)和土壤肥力的影響,盆栽試驗(yàn)設(shè)置為:兩個(gè)番茄品種:金棚三號(hào)和艾瑞爾;4種施肥方式:?jiǎn)问┗?CF);蚓糞表施(VS),即蚓糞與盆缽上部8 cm厚土壤混施;蚓糞中施(VL),即蚓糞均勻平鋪緊鄰8 cm處下方;蚓糞全土混施(VM),即蚓糞與所有土壤混合。結(jié)果表明:相比全土混施,蚓糞表施和中施更能增加番茄的莖葉生物量并且促進(jìn)其對(duì)氮、鉀的吸收;與單施化肥相比,蚓糞的效果更依賴于施用方式,蚓糞表施和全土混施比中施更能提高土壤pH和有機(jī)碳含量。在盛花期,無(wú)論番茄品種,土壤有效磷、速效鉀含量都在蚓糞表施時(shí)最高;而在收獲期,蚓糞表施和全土混施的有效磷含量高于中施處理。相比蚓糞中施和全土混施,表施降低了艾瑞爾的土壤礦質(zhì)氮含量??傊?,蚓糞的集中施用如表施和中施,能促進(jìn)番茄生長(zhǎng)及養(yǎng)分吸收,并且在不同品種之間效應(yīng)一致。
蚓糞;施用方式;植物生長(zhǎng);土壤肥力
設(shè)施集約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)追求更高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益,因此不可避免地長(zhǎng)期且大量地投入化肥,這不僅對(duì)環(huán)境造成污染,同時(shí)也對(duì)土壤質(zhì)量和作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生消極影響[1]。伴隨畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展,大量有機(jī)廢棄物的積累和不恰當(dāng)?shù)奶幚硪矊?dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。實(shí)際上,有機(jī)廢棄物如畜禽糞便的合理利用不僅可以為作物生長(zhǎng)提供所必需的大量及微量元素,也可以促進(jìn)土壤生物群落發(fā)展進(jìn)而改善土壤功能。利用蚯蚓處理有機(jī)廢棄物具有悠久的歷史,所獲得的堆制產(chǎn)物大部分為蚯蚓取食有機(jī)廢物而排泄的糞便,即蚓糞或者蚓堆肥[2]。蚓糞具有良好的孔性、通氣性及保水性,且質(zhì)地均一、表面積大,同時(shí)含有多種植物促生物質(zhì)[3]。因此,蚓糞被越來(lái)越多地認(rèn)可為是一種能夠部分替代化肥的高效生物有機(jī)肥料[4]。
有機(jī)物料養(yǎng)分釋放與作物吸收的協(xié)調(diào)同步是評(píng)價(jià)有機(jī)肥潛力價(jià)值的重要因素。雖然研究表明不同種類(lèi)有機(jī)物料的質(zhì)量或組成差異是決定其分解過(guò)程的重要因素,但實(shí)際上有機(jī)物料施用的方式也對(duì)養(yǎng)分的釋放動(dòng)態(tài)具有重要的影響。很多研究業(yè)已證明有機(jī)物的空間分布異質(zhì)性對(duì)土壤生物群落和分解過(guò)程產(chǎn)生顯著的影響[5-6];但有機(jī)物料的不同施用方式對(duì)其在土壤中的作用的影響卻極少被關(guān)注。理論上,有機(jī)物料在土壤中的空間分布位置會(huì)影響其分解和養(yǎng)分釋放過(guò)程,進(jìn)而影響著作物對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用,從而影響著作物生長(zhǎng)及土壤肥力。目前,已有學(xué)者對(duì)肥料不同施肥方式的效果進(jìn)行了比較和研究,如表施、混施等[7-9]。但是嚴(yán)格比較有機(jī)物空間分布位置特別是蚓糞施用方式的研究尚未有報(bào)道。除了來(lái)自有機(jī)物料的影響外,同一作物的不同品種在養(yǎng)分生理代謝及根系生長(zhǎng)等方面的差異也影響其養(yǎng)分吸收和利用[10-12],并可能對(duì)肥料的空間分布位置會(huì)表現(xiàn)出不同的響應(yīng)特點(diǎn)。迄今,關(guān)于有機(jī)肥和作物品種交互作用的研究尚屬空白。就蚓糞而言,關(guān)于蚓糞改善土壤肥力和促進(jìn)作物生長(zhǎng)的研究較多[13-17],但有關(guān)其施用方式的影響特別是與作物品種的相互關(guān)系鮮有報(bào)道。
番茄是世界范圍內(nèi)廣泛種植的蔬菜,長(zhǎng)期發(fā)展過(guò)程中培育出了各種在生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)等方面差異明顯的品種。本研究選擇市場(chǎng)上在產(chǎn)量和品質(zhì)差異較大的兩個(gè)品種的番茄,結(jié)合有機(jī)物料在田間的典型施用方式,如表施、條(穴)施和混施等,通過(guò)盆栽調(diào)控試驗(yàn),探討有機(jī)物料的空間分布與作物品種的交互作用,研究結(jié)果不僅有助于了解有機(jī)肥施用方式對(duì)養(yǎng)分釋放與作物生長(zhǎng)之間協(xié)同關(guān)系的影響,而且對(duì)于利用有機(jī)廢棄物資源、減少化肥用量和選擇合適的品種具有一定的指導(dǎo)意義。
1.1 試驗(yàn)材料
本試驗(yàn)中選擇的番茄品種為金棚三號(hào)和艾瑞爾。金棚三號(hào)為高秧類(lèi)型,上市期熟性較早,產(chǎn)量較高,能達(dá)到每畝(667 m2)地5 000 ~ 6 000 kg;艾瑞爾為以色列進(jìn)口雜交一代,大紅果,硬度好,顏色亮麗,酸甜適中,坐果率強(qiáng),是目前品質(zhì)表現(xiàn)最優(yōu)秀的紅果之一。
供試土壤采自南京市蔬菜花卉科學(xué)研究所的溫室大棚,該大棚前期采用常規(guī)化肥方法連續(xù)種植過(guò)番茄、黃瓜、小青菜等,采集土壤前已閑置1 a。蚓糞采自南京市湯泉農(nóng)場(chǎng)附近的蚯蚓養(yǎng)殖場(chǎng),為赤子愛(ài)勝蚓()處理半腐熟牛糞近4個(gè)月的產(chǎn)物。土壤與蚓糞的基本性質(zhì)見(jiàn)表1。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
盆栽試驗(yàn)于2014年8—12月在南京市蔬菜花卉科學(xué)研究所的溫室中進(jìn)行。采用番茄品種(2水平)和肥料施用方式(4水平)雙因子完全交互設(shè)計(jì),其中番茄品種選用金棚三號(hào)和艾瑞爾,肥料施用包括單施化肥(CF)、蚓糞表施(VS)、蚓糞中施(VL)和蚓糞全土混施(VM)4類(lèi)方式,共計(jì)8個(gè)處理,每個(gè)處理重復(fù)10次,即保證每次破壞性采樣時(shí)各處理有5個(gè)重復(fù)。
表1 供試土壤和蚓糞的基本性質(zhì)
供試土壤過(guò)5 mm篩,并挑出其中的植物殘?bào)w等雜物后,裝入20 cm × 17 cm(高 × 上口徑)的盆中,每盆裝土3.5 kg。各肥料處理施入土壤的方式模擬田間肥料施用的不同途徑,其中,單施化肥(CF)是將化肥溶解于蒸餾水,然后噴施于土壤;蚓糞表層(VS)混施是將蚓糞與盆缽上部8 cm厚土壤混施;蚓糞中施(VL)是將蚓糞均勻一層平鋪緊挨8 cm處下方;蚓糞全土混施(VM)是將蚓糞與盆內(nèi)所有土壤混合(圖1)。施用的化肥選用化學(xué)純?cè)噭┠蛩亍⒘姿岫滗@和氯化鉀。單施化肥處理的施用量根據(jù)當(dāng)?shù)爻R?guī)生產(chǎn)設(shè)定,以200 kg/hm2純氮量施用,N︰P︰K比例為2︰1︰2。根據(jù)養(yǎng)分等量原則,蚓糞的施用量依據(jù)于化肥中氮施用量計(jì)算,換算后每盆施用量約為76 g,即42 t/hm2,其余磷、鉀養(yǎng)分不足的則用化肥來(lái)補(bǔ)足,使每個(gè)處理所施用的總養(yǎng)分量保證一致。
化肥和蚓糞在定植前做基肥一次性施入,定植后,在番茄的生育期內(nèi)不再追肥。8月下旬,將已育好的番茄苗移栽到盆缽中,每盆2株。1周后進(jìn)行間苗,每盆保留1株長(zhǎng)勢(shì)基本一致的健壯苗。后期管理措施(澆水、搭架、打叉、去頂)按照當(dāng)?shù)卦O(shè)施蔬菜種植管理標(biāo)準(zhǔn)并保持一致。
1.3 樣品采集與測(cè)定
2014年10月和12月分別在番茄盛花期和收獲期時(shí)進(jìn)行2次破壞性采樣,每個(gè)處理采集5個(gè)重復(fù):將整個(gè)盆缽中的土壤全部倒在干凈的塑料袋上,挑出番茄植株的根系后,把土壤均勻平鋪,利用四分法取適量土樣。新鮮土樣一部分放入4℃ 冰箱中保存,另一部分在陰涼處自然風(fēng)干,用于測(cè)定土壤的理化性質(zhì)。其中,土壤pH采用電位法測(cè)定(水土比為5︰1);土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀容量-外加熱法測(cè)定;有效磷用NH4F-HCl浸提,鉬銻抗比色法測(cè)定;速效鉀采用NH4OAc浸提,火焰光度法測(cè)定;礦質(zhì)氮采用2 mol/L KCl浸提,連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定濾液中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量[18]。
植株莖葉采集時(shí),用剪刀貼土壤表面將其剪斷,各盆植株分別裝入紙袋中;根系采集在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),將根系從土壤中挑出,用水將其沖洗干凈,再用吸水紙擦干根系表面水分。莖葉和根系分別在105 ℃ 烘箱殺青30 min,然后在70 ~ 80℃ 下烘干至恒重,稱量生物量干重。烘干后,磨碎并過(guò)0.5 mm篩,用于測(cè)定養(yǎng)分含量。全氮、全磷、全鉀在H2SO4-H2O2消煮后,分別用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法、火焰光度計(jì)法進(jìn)行測(cè)定[18]。
1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析
采用 SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,以重復(fù)測(cè)量方差分析評(píng)估蚓糞施用方式和番茄品種、采樣時(shí)間(番茄生長(zhǎng)期)對(duì)各變量的主效應(yīng)和交互效應(yīng)?;诓蓸悠诘挠绊懸话愣歼_(dá)到顯著水平,因此在各采樣時(shí)間內(nèi)以單因素方差分析考察蚓糞施用方式和番茄組合處理間的差異。均值多重比較檢驗(yàn)采用Duncan新復(fù)極差法(顯著水平選擇< 0.05)。數(shù)據(jù)以平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤呈現(xiàn)。
2.1 蚓糞不同施用方式對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響
番茄的莖葉生物量和根冠比明顯受蚓糞施用方式的影響(表2)。在番茄盛花期,3種蚓糞施用方式中,蚓糞表施和中施比全土混施明顯增加了金棚三號(hào)
的莖葉生物量,艾瑞爾的莖葉生物量同樣以蚓糞表施最高(圖2A);番茄的根冠比在兩品種間的趨勢(shì)一致,都以蚓糞中施最低(圖2E)。在收獲期,金棚三號(hào)的莖葉生物量以蚓糞中施最大,而艾瑞爾以蚓糞表施最大(圖2B),同時(shí),蚓糞中施艾瑞爾的根冠比顯著降低(圖2F)。根系生物量在不同生長(zhǎng)期均未受到蚓糞施用方式的顯著影響(圖2C、2D)。同時(shí),番茄的莖葉和根系生物量在兩品種間也有明顯差異(表2),相同施肥方式下,艾瑞爾的都高于金棚三號(hào)(圖2)。
番茄植株的氮、磷、鉀養(yǎng)分總吸收量同樣受蚓糞施用方式的顯著影響(表2)。在盛花期,金棚三號(hào)的植株氮吸收量以蚓糞表施和中施最高,與蚓糞全土混施差異顯著,且高于單施化肥處理,而艾瑞爾在各處理間沒(méi)有明顯差異(圖3A)。植株磷吸收量在兩品種間都以蚓糞中施最低,全土混施最高(圖3C),而鉀吸收量則在蚓糞表施最高,但與單施化肥處理相比無(wú)明顯差異(圖3E)。在收獲期時(shí),金棚三號(hào)的磷、鉀吸收量在各處理間無(wú)明顯差異,氮吸收量以蚓糞表施最高;艾瑞爾的氮磷鉀吸收量都以蚓糞表施最高,全土混施最低(圖3B、3D、3F)。
2.2 蚓糞不同施用方式對(duì)土壤肥力的影響
土壤的pH、礦質(zhì)氮、有效磷和速效鉀含量受蚓糞施用方式的影響,但pH和礦質(zhì)氮含量在不同品種間的差異不顯著,而土壤有效磷和速效鉀的含量在品種間的差異達(dá)到顯著水平(表3)。在番茄盛花期,蚓糞中施土壤pH最低,這在兩個(gè)品種中表現(xiàn)一致(表4)。金棚三號(hào)的土壤有機(jī)碳、礦質(zhì)氮含量以蚓糞中施最低,而艾瑞爾在各處理間沒(méi)有顯著差異。兩品種在3種蚓糞施用方式中,土壤有效磷和速效鉀含量都以蚓糞表施最高(表4)。
相比于番茄盛花期,收獲期的土壤pH整體提高,而速效養(yǎng)分含量減少(表5)。兩品種的土壤pH變化趨勢(shì)與盛花期一致,都以蚓糞中施最低,有機(jī)碳含量也以蚓糞中施最低。礦質(zhì)氮含量在金棚三號(hào)中處理間差異不顯著,而艾瑞爾的礦質(zhì)氮含量以蚓糞表施最低,且與其他處理差異顯著;土壤有效磷含量都以蚓糞中施最低,而速效鉀含量在本生長(zhǎng)期內(nèi)各處里間差異不顯著(表5)。
3.1 蚓糞施用方式對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響
蚓糞促進(jìn)了番茄的生長(zhǎng),增加了植株的生物量及養(yǎng)分吸收量。有研究表明,蚓糞能夠促進(jìn)番茄生長(zhǎng)、及氮磷鉀吸收[19]。蚓糞中含有豐富的養(yǎng)分,且比傳統(tǒng)堆肥以更高比例的植物易吸收的形式存在,如硝酸鹽、可交換的磷和可溶性鉀、鈣、鎂等,能夠被植物直接吸收利用,促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育,同時(shí)作物的不同品種對(duì)蚓糞的響應(yīng)也存在差異[20]。
表2 番茄品種、蚓糞施用方式及采樣時(shí)間對(duì)番茄生長(zhǎng)影響的重復(fù)測(cè)量方差分析(F值及P < 0.05顯著水平)
相比蚓糞全土混施,表施和中施更能促進(jìn)番茄植株的生長(zhǎng)及其對(duì)養(yǎng)分的吸收。植物根系的生長(zhǎng)具有趨肥性,中施蚓糞肥料比較集中,而全土混施加大了肥料與土壤的接觸面積,使根系分布得更廣,因此蚓糞中施下的根冠比較小。在盛花期時(shí),蚓糞表施和中施相比全土混施,明顯提高了植株的生物量。番茄植株的氮養(yǎng)分吸收量同樣在這兩個(gè)處理中最高,說(shuō)明在這兩種施用方式中,蚓糞中氮的利用率高。番茄生長(zhǎng)前期,植株根系大多分布在土層上部,蚓糞表施與中施的處理養(yǎng)分比較集中,縮短了根系與養(yǎng)分的吸收距離,方便植物吸收利用,促進(jìn)了植物生長(zhǎng)[10]。在不同小麥品種上研究不同施用方式下氮的利用率的結(jié)果表明,側(cè)深施比混施更有利于氮素向小麥轉(zhuǎn)移,且氮肥利用率高[10]。目前,田間條件下有關(guān)蚓糞施用方式對(duì)不同番茄生長(zhǎng)的影響研究鮮有報(bào)道,未來(lái)需結(jié)合田間試驗(yàn)加強(qiáng)有機(jī)肥施用方式與作物品種相互關(guān)系的研究。
3.2 蚓糞施用方式對(duì)土壤肥力的影響
與單施化肥相比,蚓糞施用對(duì)土壤pH和有機(jī)碳含量的提升效果更依賴于施用方式。在蚯蚓消化道作用下,蚓糞pH趨于中性[21]。本研究中,蚓糞與土壤表層及全部土壤混施更能明顯提高土壤pH,可能是植物-微生物相互作用的復(fù)雜結(jié)果,尚難以給出滿意的解釋。雖然蚓糞能夠增加土壤有效養(yǎng)分[22-23],但與單施化肥相比,在番茄盛花期,由于不同品種對(duì)磷的需求量不同,兩種番茄對(duì)土壤有效磷的影響截然不同。同時(shí),添加蚓糞的土壤中速效鉀及礦質(zhì)氮的含量與單施化肥比都有所降低。蚓糞中養(yǎng)分大部分是以有機(jī)態(tài)的形式存在,主要通過(guò)生物礦化過(guò)程被逐漸釋放[24],因此速效養(yǎng)分水平較低。不過(guò),由于蚓糞中含有大量的激素、類(lèi)激素和腐殖酸物質(zhì)[25],能夠顯著促進(jìn)植物生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收(圖2、3),這可能也加劇了蚓糞添加處理中土壤速效養(yǎng)分限制的狀況。在番茄盛花期,蚓糞中施的土壤速效養(yǎng)分含量比蚓糞混施低,這是因?yàn)轵炯S中施使有效養(yǎng)分集中分布于土壤某層中,利于根系的吸收利用,故而呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。在收獲期時(shí),蚓糞表施的礦質(zhì)氮含量比中施和全土混施的含量低,一方面可能與植物的吸收利用有關(guān),另一方面可能是氮素以氨的形式揮發(fā)造成的。有研究表明,氮肥深施可使肥料集中在深層土壤中,從而減少表層土壤的氮肥濃度,有效降低銨態(tài)氮向氨氣的轉(zhuǎn)化速率及氮肥的硝化速率,提高氮肥利用率[26]。
表3 番茄品種、蚓糞施用方式及采樣時(shí)間對(duì)土壤肥力影響的重復(fù)測(cè)量方差分析(F值及P < 0.05顯著水平)
表4 蚓糞不同施用方式對(duì)番茄盛花期土壤肥力的影響
注:表中數(shù)據(jù)為平均值± 標(biāo)準(zhǔn)誤,不同小寫(xiě)字母表示同一番茄品種下不同施肥方式間差異在< 0.05水平顯著;下同。
表5 蚓糞不同施用方式對(duì)番茄收獲期土壤肥力的影響
蚓糞的相對(duì)集中施用,如表施和中施,更能增加番茄的莖葉生物量及氮磷鉀的吸收。與單施化肥相比,蚓糞施用方式對(duì)土壤pH和有機(jī)碳含量影響更大。在番茄盛花期,金棚三號(hào)的土壤礦質(zhì)氮含量以蚓糞中施最低;而兩種番茄的土壤有效磷和速效鉀含量同樣都以蚓糞表施最高。在收獲期時(shí),兩種番茄的土壤有效磷含量都以蚓糞中施最低。總之,在施用等量蚓糞的條件下,蚓糞的集中施用如表施和中施,由于提高了養(yǎng)分的濃度,更能促進(jìn)番茄的養(yǎng)分吸收及生長(zhǎng),且在不同品種之間效應(yīng)一致,說(shuō)明肥料集中施用更能發(fā)揮其效用。但在本研究中并未表現(xiàn)出明顯的蚓糞施用方式與作物品種二者的交互作用。
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Effects of Vermicompost Application Modes on Growth of Two Tomato Cultivars and Soil Fertility
TENG Mingjiao1, 2, WAN Bingbing1, 3, WANG Dongsheng1, 3, JIAO Jiaguo1, 2, LIU Manqiang1, 2, CHEN Xiaoyun1, 2*
(1 College of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2 Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization, Nanjing 210095, China; 3 Nanjing Institute of Vegetable Science, Nanjing 210042, China)
Application method affects the processes of decomposition and nutrient release of organic amendments, and moreover different crop cultivars varies in terms of growth and nutrient requirements. Vermicompost is a new kind of alternative fertilizers to promote soil quality and plant growth. A pot experiment was conducted to explore the effects of vermicompost application (including VS, vermicompost mixed evenly with topsoil above 8 cm depth; VL, vermicompost applied evenly just below 8 cm depth; VM, vermicompost mixed evenly with total soil) on the growth of two tomato cultivars (Jin Peng and Ai Ruier) and on soil fertility. The results showed that VS and VL increased shoot biomass and promoted nutrient uptakes including nitrogen, phosphorus and potassium. Compared with chemical fertilizer only (CF), vermicompost effect was dependent on application method, VS and VM increased more soil pH and organic carbon content than VL. At blooming stage, soil available phosphorus and potassium were highest under VS regardless of tomato cultivars. At harvesting stage, soil available phosphorus content was least under VL compared with VS and VM. VS decreased soil mineral nitrogen content for the cultivar of Ai Ruier compared with VL and VM. In summary, vermicompost applies intensively in soil such as VS and VL can promote tomato growth and nutrient uptake, and such effect is consistent between different tomato cultivars.
Vermicompost; Application mode; Plant growth; Soil fertility
10.13758/j.cnki.tr.2017.04.011
S158.3
A
國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0200305)、公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(201503121)及江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目(PAPD)資助。
(xychen@njau.edu.cn)
滕明姣(1991—),女,山東青島人,碩士研究生,主要從事蚯蚓堆肥資源化利用研究。E-mail:temj1216@163.com