沈建國, 王 忠, 李 丹, 朱徐燕, 謝國雄, 樓 玲

(1.杭州市余杭區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)與植物保護管理總站, 浙江 杭州 311100;2.杭州市植保土肥總站, 浙江 杭州 310020; 3.杭州市余杭區(qū)農(nóng)業(yè)技術推廣中心, 浙江 杭州 311100)

耕地是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可替代的最基本生產(chǎn)資料。中國人多地少，以約占7%的耕地養(yǎng)活了約占全球20%的人口，耕地資源尤為緊缺，耕地對國家糧食生產(chǎn)安全、國民經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定的作用和地位不可取代[1]。近幾十年來，隨著經(jīng)濟迅速發(fā)展、工業(yè)規(guī)模逐步擴大和城市化不斷推進，中國對土地的需求也顯著增加，經(jīng)濟建設對耕地的占用與國家糧食安全對耕地數(shù)量和質(zhì)量的要求，已經(jīng)成為當前中國耕地保護的主要矛盾，為了確保耕地占補動態(tài)平衡，中國許多地方進行了大面積的補充耕地建設[2-3]，當前人均耕地不足、優(yōu)質(zhì)耕地少、耕地后備資源不斷減少是中國基本的土地國情[4]。南方地區(qū)耕地后備資源比較缺乏，以開發(fā)利用低丘緩坡資源為主的土地開發(fā)整理成為補充耕地的主要途徑之一[5]。由于地形地貌、坡度、母質(zhì)類型、客土來源等因素，使得建成的新墾山地土壤肥力不平衡，基礎肥力差，養(yǎng)分含量低，必須進行土壤培肥改良，才能滿足作物生長需求[6-7]。中國學者對有機物投入在耕地土壤培肥效果方面做了大量的研究[8-10]，但絕大多數(shù)研究是針對水田、旱地土壤的，對于新墾耕地的有機物土壤培肥方面研究鮮見報道。為此，以杭州市余杭區(qū)瓶窯鎮(zhèn)南山村2012—2013年建成的新墾山地為研究對象，在蔬菜種植模式下開展連續(xù)3 a的定位試驗，比較不同有機物對新墾耕地紅壤肥力和作物生長的影響，為開展新墾耕地培肥改良提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

(1) 供試土壤。試驗地點安排在杭州市余杭區(qū)瓶窯鎮(zhèn)南山村2012—2013年建成的新墾山地生產(chǎn)基地內(nèi)(119°56′13″E，30°23′39″N)，供試土壤為黃泥砂土[11]，屬紅壤土類、黃紅壤亞類，質(zhì)地偏砂，土壤肥力較差，試驗前土壤理化性狀詳見表1。

表1 研究區(qū)供試土壤理化性狀

(2) 供試有機物。供試商品有機肥為杭州綠寶有機肥有限公司生產(chǎn)的以畜禽糞便為主要原料的精制有機肥，食用菌廢渣為杭州鑫瓏錦生物科技有限公司提供的秀珍菇菌渣，水稻秸稈為杭州滿元農(nóng)業(yè)科技有限公司提供的常規(guī)晚稻秸稈，其養(yǎng)分含量見表2。

表2 研究區(qū)供試有機物養(yǎng)分含量 %

(3) 供試化肥。供試尿素(N 46.4%)由靈谷化工有限公司生產(chǎn)；復合肥(N 18%，P2O518%，K2O 18%)由中國—阿拉伯化肥有限公司生產(chǎn)。

(4) 供試作物。供試作物為青菜，品種為冬春22青梗菜，種子由福州科翔種業(yè)有限公司提供，然后采用基質(zhì)穴盤育苗，定植密度為20 cm×10 cm，第一季4月上旬定植，5月上旬收獲，第二季6月上旬定植，7月上旬收獲，第三季10月上旬移栽，10月下旬收獲。

1.2 試驗方法

在一年三熟蔬菜種植模式下，以不同有機物為因素，連續(xù)3 a開展新墾紅壤土壤培肥效果定位對比試驗，設4個處理，3次重復，共12個小區(qū)，每個小區(qū)面積48 m2，小區(qū)之間用預制五孔板埋深40 cm進行隔離，各小區(qū)隨機排列。T1(CK)無任何有機物投入，T2每年投入商品有機肥22 500 kg/hm2，T3每年投入食用菌廢渣22 500 kg/hm2，T4每年投入水稻秸稈7 500 kg/hm2。商品有機肥、食用菌廢渣和水稻秸稈(經(jīng)粉碎)每年一次性投入，在第一茬青菜移栽前結(jié)合翻耕施入。除處理內(nèi)容外，各處理的化肥用量一致，施用量為：每季青菜，基施復合肥375 kg/hm2，3葉心時施尿素150 kg/hm2。試驗連續(xù)實施3 a(2015—2017年)。

1.3 測定項目與方法

于試驗前后按照“梅花型”布點，分別采集各小區(qū)耕層土壤樣品，采用常規(guī)分析方法測定土壤容重、pH值、有機質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀等土壤養(yǎng)分指標。具體測定方法為：容重采用環(huán)刀法測定；pH值采用氧化還原電位法測定；有機質(zhì)采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化—容量法測定；全氮含量采用濃硫酸消煮—半微量凱式法測定；有效磷采用鹽酸—氟化銨提取—鉬銻抗比色法(Bray法)測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提—火焰光度法測定[12]。在試驗過程中，對各小區(qū)每季青菜進行測產(chǎn)。其中對2017年第一茬青菜生長后期對各小區(qū)抽苔情況進行了田間調(diào)查記錄。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤肥力變化動態(tài)

土壤肥力是指土壤為植物生長供應和協(xié)調(diào)養(yǎng)分、水分、空氣和熱量的能力，是土壤物理、化學和生物學性質(zhì)的綜合反應[13]。從影響當?shù)匦聣t壤肥力的主要因素出發(fā)，選取土壤容重、pH值、有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀這6個土壤養(yǎng)分指標，將各處理試驗前后土壤肥力狀況進行比較，由圖1可知，通過連續(xù)3 a的土壤培肥，T1(CK)，T2，T3，T4各主要肥力指標均發(fā)生了顯著變化。其中容重分別下降0.03，0.21，0.17，0.15 g/cm3，pH值分別下降0.44，0.35，0.42，0.52，有機質(zhì)含量分別提高2.50，10.40，10.50，4.50 g/kg，全氮含量分別提高0.04，0.20，0.10，0.16 g/kg，有效磷含量分別提高74.50，191.00，104.30，87.60 mg/kg，速效鉀含量分別提高12.00，68.30，47.40，17.00 mg/kg。

總體而言，該6項肥力指標中，pH值呈負向變化，且變化幅度依次為T4>T1(CK)>T3>T2，其余5項肥力指標均呈正向變化，變化幅度依次為T2>T3>T4>T1(CK)。單從指標變化的絕對值方面分析，T2明顯優(yōu)于其他3個處理。

注：T1(CK)無任何有機物投入； T2每年投入商品有機肥22 500 kg/hm2； T3每年投入食用菌廢渣22 500 kg/hm2； T4每年投入水稻秸稈7 500 kg/hm2。下同。

圖1試驗前后各處理土壤肥力指標的比較

2.2 對土壤肥力變化的影響

3年試驗結(jié)束后各處理土壤肥力指標比較結(jié)果見圖2。由圖2可知，從5個正向變化的肥力指標的變化上分析，3個有機物投入的處理(T2，T3，T4)均較T1(CK)的變化幅度大，其中容重降幅分別高出13.04%，10.58%和8.88%，有機質(zhì)增幅分別高出93.93%，93.61%和27.92%，全氮增幅分別高出25.09%，8.07 %和15.50%，有效磷增幅分別高出2 583.82%，2 154.66%和1 458.82%，速效鉀增幅分別高出28.31%，17.49%和2.45%；從負向變化pH值這個指標的變化上分析，唯有T2和T3，分別下降0.35，0.42個單位，較T1(CK)下降少，而T4下降0.52個單位，較T1(CK)下降多。由此可見：增施有機物可使新墾紅壤容重下降，有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量均有提高，且發(fā)酵腐熟有機物也可有效緩解土壤酸化，未經(jīng)發(fā)酵腐熟水稻秸稈則有進一步加重土壤酸化的趨勢。

2.3 對蔬菜生育的影響

抽薹是蔬菜從營養(yǎng)生產(chǎn)轉(zhuǎn)入生殖生長的主要標志，白菜類蔬菜菜薹的形成與肥水豐缺有密切關系[14]。試驗第3 a(2017年)第1季青菜生長中后期，首次于發(fā)現(xiàn)青菜出現(xiàn)了先期抽薹現(xiàn)象，隨之于定植后第26 d開始，以2 d為1個時段，分4次對各處理青菜抽薹情況進行調(diào)查。

由圖3可知，第26 d，第28 d，第30 d青菜抽薹率均依次為T1(CK)>T4>T3>T2，而第32 d青菜抽薹率則發(fā)生變化，表現(xiàn)為T4>T1(CK)>T3>T2，且彼此之間的差異縮小，趨于一致，可見此時土壤里大部分的速效養(yǎng)分已經(jīng)消耗，難以維持青菜正常的營養(yǎng)生長所需，逐漸轉(zhuǎn)入生殖生長。同時，從側(cè)面也印證了一個結(jié)論，即增施有機物可提高新墾紅壤的保水保肥能力，且表現(xiàn)為T2>T3>T4。

圖2 不同有機肥對土壤肥力指標影響

圖3 各處理下青菜抽苔率比較

2.4 對蔬菜產(chǎn)量的影響

作物產(chǎn)量是土壤肥力的綜合反映，也能表征土壤

培肥改良的效果[15]。表3為各試驗小區(qū)的3 a平均青菜年產(chǎn)量。從表3中可知，較T1(CK)相比，T2和T3青菜增產(chǎn)極為顯著，增幅分別達123.07%和95.85%，且T2與T3之間亦存在極顯著差異；而T4則減產(chǎn)1.95%，但與CK間的差異不顯著。

2.5 對蔬菜增產(chǎn)效果的影響

由圖4可知，從有機物投入對青菜增產(chǎn)效果上分析，3 a間的產(chǎn)量較CK相比，T2增產(chǎn)幅度依次為43.02%，89.82%，222.52%，T3增產(chǎn)幅度依次為33.42%，72.06%，171.25%，T4增產(chǎn)幅度依次為-18.37%，9.38%，0.33%，由此可見：T2和T3的增產(chǎn)效果基本呈倍數(shù)提高，尤以T2表現(xiàn)最為突出，而T4增產(chǎn)效果不顯著，甚至于第1年表現(xiàn)出減產(chǎn)。

表3 各處理小區(qū)青菜年產(chǎn)量 kg/hm2

注：表中數(shù)據(jù)為2015—2017年3 a平均值； “+”，“-”號分別表示與CK(T1)比較的增加或減少量； 差異顯著性分析欄不同小寫字母表示差異顯著。

圖4 各處理青菜產(chǎn)量變化

3 討 論

3.1 水稻秸稈還田對土壤pH值的影響

本研究過程中，4個處理中土壤pH值均呈下降態(tài)勢，這與中國南方地區(qū)農(nóng)用地土壤pH值下降[16-21]呈現(xiàn)出了一致性。一般而言，增施有機物應該可以緩解土壤酸化趨勢，但以水稻秸稈為有機物的處理實際表現(xiàn)并未和其他2類有機肥處理一樣緩解土壤酸化，反而加劇了土壤酸化。但高利華等[22]，劉義國等[23]，袁金華等[24]，勾芒芒等[25]認為秸稈還田可降低耕層土壤pH值，這又與其他相關研究結(jié)果相吻合。

3.2 水稻秸稈還田對青菜產(chǎn)量的影響

本研究過程中，投入水稻秸稈的處理青菜產(chǎn)量較T1(CK)相比并無明顯提高，特別是第1 a還出現(xiàn)減產(chǎn)現(xiàn)象，極可能與秸稈還田產(chǎn)生的負面影響有關。已有研究[26-29]認為：秸稈施入土壤后，可能會釋放出一些毒素物質(zhì)，對作物幼苗生長有抑制作用，并會刺激微生物的迅速繁殖，很有可能導致秸稈本身釋放出來的氮素短期內(nèi)不能滿足作物需求，轉(zhuǎn)而向土壤吸收氮素，形成氮的生物固定，從而影響作物氮素的供應。這在一定程度上可以解釋投入水稻秸稈的處理青菜產(chǎn)量同期較CK無明顯提高的原因所在。

3.3 有機物投入對青菜抽薹的影響

本研究過程出現(xiàn)青菜抽薹現(xiàn)象，是我們難以預想的，但又從中反映出青菜從營養(yǎng)生產(chǎn)向生殖生長轉(zhuǎn)變的一個重要標志，有研究表明這與肥水豐缺密切相關。而從4個時段的監(jiān)測調(diào)查結(jié)果與分析，抽薹率總體上呈現(xiàn)出T1(CK)>T4>T3>T2，可見增施有機物料可提升新墾耕地紅壤的保水保肥能力，且提升能力以商品有機肥>食用菌廢渣>水稻秸稈。

3.4 3種有機物投入量確定

在本研究過程中，將水稻秸稈還田量定為7 500 kg/hm2，并未與另外兩種有機物投入量(22 500 kg/hm2)保持一致。基于以下兩方面的因素考慮：一方面基于不對新墾耕地質(zhì)量產(chǎn)生較大負面影響和該縣域范圍內(nèi)新墾耕地土壤培肥改良采用“邊種邊改”原則的前提下，在設計上追求新墾耕地穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的前提下，采用不同有機物的最佳用量，并未刻意保持投入量的一致性；另一方面基于當?shù)匦聣ǜ丶t壤的肥力水平和3種有機物自身的特性確定其投入量，商品有機肥和食用菌廢渣養(yǎng)分含量接近，其投入量均受土壤污染風險限制，確定22 500 kg/hm2系最佳用量。而水稻秸稈的投入雖在提高土壤總養(yǎng)分和降低土壤污染風險上優(yōu)于前者，但其勢必會對土壤物理性狀影響較大，造成保水保肥能力驟降，導致農(nóng)作物大幅減產(chǎn)，同時鑒于近年來雜交水稻秸稈全量還田(10 500～12 000 kg/hm2)導致下茬旱作小麥或油菜出苗率較低影響產(chǎn)量的現(xiàn)象頻發(fā)，故此，以當?shù)爻Ｒ?guī)水稻秸稈平均產(chǎn)量為7 500 kg/hm2作為參考，確定水稻秸稈投入量。

4 結(jié) 論

連續(xù)3 a對商品有機肥、食用菌廢渣和水稻秸稈等3種不同有機物投入對新墾耕地紅壤肥力及蔬菜生長的影響研究結(jié)果表明，從每年投入商品有機肥和食用菌廢渣各22 500 kg/hm2，水稻秸稈7 500 kg/hm2對新墾耕地紅壤肥力及蔬菜生長所產(chǎn)生影響來看，在3種有機物中，商品有機肥無論是在土壤培肥方面還是在蔬菜作物生產(chǎn)方面，其均能體現(xiàn)出最佳效果，在土壤肥力方面，較CK增減幅度相比，5個指標呈正向變化上，容重降幅高出13.04%，有機質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量的增幅分別高出93.93%，25.09%，2 583.82%和28.31%，從負向變化上pH值僅下降0.35個單位，降幅最少；在蔬菜生長方面，青菜抽薹率最低，先后測定的4個時段，分別較T1(CK)低5.73%，7.78%，8.17%，3.50%，3 a間分別較T1(CK)實現(xiàn)增產(chǎn)43.02%，89.82%，222.52%，同期增幅最大，可作為新墾紅壤地區(qū)施用的外源有機物之一予以推薦。而食用菌廢渣的效果次之，可作為替代物品，水稻秸稈效果較差。