方雅瑜，胡逸萱，聶 芳，冉啟洋，張賽輝，羅志誠

（湖南恒凱環(huán)保科技投資有限公司，湖南 長沙 410000）

在農業(yè)生產活動中，肥料對維護農業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展重大意義，氮、磷等營養(yǎng)元素在植物生長過程中發(fā)揮了重要作用，是目前農用肥料的主要組成部分[1-2]。 據(jù)聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織出具的《2020年世界糧食及農業(yè)統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計表明，2020年全球磷肥施用量超過6000萬t，氮肥施用量將近2億t，并呈逐年增長趨勢。但在當前世界各國尤其是我國磷資源緊張的情況下，有學者預測，磷礦的世界探明儲量僅可維持80~100 a，而中國的磷肥需求2020—2025年預計將達1800萬t[3-4]。

鳥糞石（磷酸銨鎂）是從污水或工業(yè)廢水中回收的氮磷產品[5]，可作為緩釋肥施入土壤，為植物提供氮、磷、鎂等營養(yǎng)元素，從而緩解當前磷酸鹽儲量緊張的局勢[6]。鈣基膨潤土是一種層狀硅鋁酸鹽，其陽離子交換性、吸附性、穩(wěn)定性等較為突出，對廢水中殘留的氮、磷及未沉淀的鳥糞石晶體去除效果好[7-8]。因此，將鈣基膨潤土與鳥糞石通過一定化學手段結合，不僅可以提高污水中氮磷元素的回收效率，還可以作為一種優(yōu)質載體材料促進鳥糞石的沉淀結晶，為農業(yè)生產提供綠色、高效的原材料。研究以自制鈣基膨潤土鳥糞石肥為材料，探究其在南方酸性紅壤中的養(yǎng)分釋放特性以及對生菜生長的促進作用，為實現(xiàn)城市生活污水資源化利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試作物為意大利耐抽薹生菜。土壤培養(yǎng)試驗和盆栽試驗均以長沙市周邊0~20 cm深度酸性紅壤為供試土壤，土樣取回后置于室內通風處自然風干，除去枝葉和碎石等，研磨后過10目、100目篩備用。測定其土壤理化性質如下：土壤pH值4.98，有機質7.78 g/kg、全氮620 mg/kg、全磷344 mg/kg、全鉀1.22×104mg/kg、水解性氮（堿解氮）32.4 mg/kg、有效磷1.8 mg/kg、速效鉀52 mg/kg。

供試肥料為3種，分別為普通復混肥（NF）、緩釋復合肥（SF）、鈣基膨潤土鳥糞石肥（MCF），其中普通復混肥和緩釋復合肥為市面上常見肥料，鈣基膨潤土鳥糞石肥為實驗室前期以鈣基膨潤土為晶核應用鳥糞石法從廢水中提取N、P制成。3種肥料的pH值及養(yǎng)分含量見表1。

表1 3種肥料的pH值及養(yǎng)分含量

土壤培養(yǎng)試驗供試容器為直徑85 mm、高98 mm、 容量450 mL的廣口高密度聚乙烯瓶；盆栽供試容器為上徑24 cm、下徑19.5 cm、高26 cm的帶托加侖盆。

1.2 試驗設計

1.2.1 土壤培養(yǎng)試驗按MCF的用量，設置0（CK）、5（MCF1）、10（MCF2）和20 g/kg（MCF3）4個處理，分別與200 g供試土壤置于供試容器中，加入去離子水使含水量保持在田間最大持水量的60%左右（培養(yǎng)過程中定期采用稱重差額法補充水分保持恒重），充分拌合均勻制成樣品，覆好保鮮膜（設10個4~6 mm透氣孔）隨機放置于25℃恒溫恒濕遮光培養(yǎng)箱內進行培養(yǎng)。培養(yǎng)1、7、14、21和28 d時，取樣風干，測定土壤的pH值、有機質、全氮、全磷、有效磷，每個處理重復3次，培養(yǎng)期間一共取樣5次，共計15瓶。

1.2.2 盆栽試驗選取自制鈣基膨潤土鳥糞石肥與其他肥料進行植物盆栽試驗，研究自制鈣基膨潤土鳥糞石肥與市售肥料對生菜生長狀況的影響，盆栽試驗于2020年3—6月在恒凱環(huán)保科技產業(yè)園試驗大棚內進行。試驗設4個處理：CK（空白對照），不施肥；MCF，施加自制鈣基膨潤土鳥糞石肥2.50 g，尿素2.08 g，氯化鉀1.08 g；SF，施加緩釋復合肥4.33 g，氯化鉀0.72 g；NF，施加普通復混肥4.33 g，尿素0.94 g。除CK處理之外，其他各處理以N、P2O5、K2O計的施肥量分別為225、210和75 kg/hm2，試驗以肥料含磷量來確定施用量，若有不足的，使用尿素、氯化鉀補充各處理中氮、鉀含量，試驗過程中不再追肥。將過篩后的土壤和作基肥的各處理肥料充分混勻后裝盆，添加適量超純水，施用至少一周后再進行栽種，各處理隨機排列。生菜每盆5穴，每穴1株，定期用去離子水補充水分。每個處理2盆，重復3次，共計盆栽24盆。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 土壤理化性質土壤基本理化性質測定方法如下：pH值采用玻璃電極法（水土比為2.5∶1）測定[9]；有機質含量采用重鉻酸鉀法測定；全氮含量采用全自動凱氏定氮儀測定；全磷含量采用堿熔-鉬銻抗分光光度法測定；有效磷含量采用NaHCO3-鉬銻抗比色法測定。

1.3.2 盆栽試驗測量作物自然狀態(tài)下最高點與土壤水平面的距離為株高。收獲時用清水將作物泥土洗凈，控干水分，稱量作物鮮重。用清水、去離子水清洗作物直至干凈放入牛皮袋，置于105℃鼓風烘箱箱中烘30 min，再降至60℃繼續(xù)烘干至恒重，稱量其干重。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計檢驗與分析，使用Origin 9.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 鈣基膨潤土鳥糞石肥對土壤pH值及養(yǎng)分的影響

2.1.1 pH值由圖1可知，鈣基膨潤土鳥糞石肥對土壤pH值具有一定調節(jié)作用，且不同的施加濃度對土壤pH值的影響程度不同。培養(yǎng)1 d時，MCF3處理的pH值最高；培養(yǎng)7 d后，MCF1、MCF2和MCF3處理的pH值均顯著高于CK（P＜0.05），且鈣基膨潤土鳥糞石施用量越大，土壤pH值升高越多，MCF1、MCF2、MCF3處理土壤pH值分別比CK提升了0.07~0.50、0.04~0.57、0.26~0.89；而且，土壤培養(yǎng)1、7、21和28 d時，MCF3處理的土壤pH值均顯著高于其他處理（P＜0.05）。

圖1 各處理土壤pH值的變化

2.1.2 有機質由圖2可知，整個培養(yǎng)過程中施用了鈣基膨潤土鳥糞石肥的處理，土壤有機質含量均顯著高于CK（P＜0.05），且施用量越大，土壤有機質含量越高。從培養(yǎng)時間來看，有機肥含量在培養(yǎng)初期（0~7 d）是增加的，但在培養(yǎng)中后期（7~28 d）略有下降趨勢。培養(yǎng)第7天時，各處理有機質含量差異顯著（P＜ 0.05），其中MCF3處理的有機質含量最高，比CK增加52.4%；在培養(yǎng)第28天時，MCF1、MCF2和MCF3處理有機質含量分別比CK增加18.2%、39.3%和44.3%。

圖2 各處理土壤有機質含量的變化

2.1.3 全 氮由圖3可知，整個培養(yǎng)過程中施用了鈣基膨潤土鳥糞石肥的處理土壤全氮含量均顯著高于CK（P＜0.05）；且施用量越大，土壤全氮含量越高，培養(yǎng)28 d時，MCF1、MCF2和MCF3處理土壤全氮含量分別是CK的2.78、4.50、6.57倍；同時，施用量越大，土壤全氮含量也越穩(wěn)定，整個培養(yǎng)過程中，MCF1、MCF2和MCF3處理的全氮含量最大值與最小值之間相差分別為13.1%、7.4%和1.7%；不同施用量處理間土壤全氮含量差異顯著（P＜0.05），整個培養(yǎng)過程中，MCF3處理的土壤全氮含量是MCF1處理的2.24~2.53倍、是MCF2處理的1.4~1.57倍。

圖3 各處理土壤全氮含量的變化

2.1.4 全磷及有效磷由圖4可知，整個培養(yǎng)過程中施用了鈣基膨潤土鳥糞石肥的處理土壤全磷含量均顯著高于CK（P＜0.05），MCF1、MCF2和MCF3處理的全磷含量分別比CK平均增加16.1%、34.1%和46.2%。自培養(yǎng)第1天開始，各個處理之間的全磷含量均呈現(xiàn)出顯著性差異（P＜0.05）；培養(yǎng)28 d時， MCF1、MCF2和MCF3處理的全磷含量分別比CK高11.5%、27.1%和42.0%。

圖4 各處理土壤全磷含量的變化

由圖5可知，隨著培養(yǎng)時間的變化，施加鈣基膨潤土鳥糞石肥的各處理土壤有效磷含量整體呈現(xiàn)出先上升后逐漸穩(wěn)定的趨勢，而對照處理中有效磷含量初期略有上升，其后呈下降趨勢。整個培養(yǎng)過程中，施加鈣基膨潤土鳥糞石肥處理的土壤有效磷含量均顯著高于CK（P＜0.05）。土壤培養(yǎng)第1天時，MCF1、MCF2和MCF3處理有效磷含量差異不顯著（P＞0.05），分別比CK高25.6%、44.2%和34.9%；培養(yǎng)14 d時，MCF1、MCF2和MCF3處理的有效磷含量差異顯著（P＜0.05），培養(yǎng)28 d時，MCF1、MCF2和MCF3處理的有效磷含量分別比CK高51.0%、84.3%和127.5%。

圖5 各處理土壤有效磷含量的變化

2.2 鈣基膨潤土鳥糞石肥對生菜生長的影響

由表2可知，相較于CK，施加肥料的各處理均能在一定程度上提升生菜的株高、鮮重及干重，其中MCF處理效果最佳，其次是SF，NF的效果稍差。NF、SF和MCF處理的生菜株高分別是CK的1.48、2.39和2.58倍，單株鮮重分別是CK處理的1.87、2.69和3.07倍，單株干重分別是CK處理的1.95、3.26和3.95倍。NF、SF、MCF處理間生菜株高以及單株鮮重差異顯著（P＜0.05），MCF、SF處理的生菜單株干重顯著重于NF和CK處理（P＜0.05）。

表2 試驗各處理的植株生物性狀

3 結論與討論

土壤培養(yǎng)試驗中，與CK相比，施加鈣基膨潤土鳥糞石肥（MCF）能提高土壤pH值及有機質、全氮、全磷和有效磷含量；隨培養(yǎng)時間的增加，施肥處理與CK之間的差異逐漸加大（P＜0.05）。隨著MCF施用量的增加，土壤的pH值之間升高，有機質、全氮、全磷和有效磷含量也隨之增加。土壤酸堿度對土壤內部養(yǎng)分以及植物生長有一定的動態(tài)調節(jié)作用，而pH值是其變化的具體體現(xiàn)。土壤培養(yǎng)試驗結果表明，施用MCF能顯著提升酸性土壤pH值，這是MCF中的鈣基膨潤土以及自身含有的鎂元素等堿性物質與土壤酸性物質發(fā)生中和作用的結果[10]。土壤有機質對土壤的孔隙度、持水性能、緩沖能力也有顯著改善作用[11]，同時也能為植物生長提供礦質營養(yǎng)和有機營養(yǎng)[12]。施用有機肥可增加土壤中有機質含量[13]。在試驗過程中，添加MCF的各處理中土壤有效磷含量均高于CK，在培養(yǎng)期間整體呈先上升后緩慢穩(wěn)定趨勢，這主要是MCF成分中含有磷、鈣、鎂等外源元素，施用后緩慢融入土壤中的結果[14]。

生物量的提高是保障作物產量的前提條件，而施肥則是調控作物生物量的重要農業(yè)措施[15]。在盆栽試驗中，施加的肥料對生菜的生長發(fā)育均有不同程度的促進作用，生菜株高、鮮重和干重均表現(xiàn)出MCF＞SF＞NF＞CK的趨勢。NF的肥效稍差于SF和MCF，主要是因為SF和MCF在土壤中肥效釋放較為緩慢，且不易隨澆灌水分流失[16-17]。

有研究表明，與常規(guī)用肥處理相比，施用磷酸鈣鎂緩釋肥可以提升作物產量[18]，并促進作物對土壤養(yǎng)分的吸收與轉化[19]。而不同成分的緩釋肥對作物的產量以及品質的影響不同[20]。筆者的試驗結果表明，鈣基膨潤土鳥糞石肥（MCF）的肥效優(yōu)于普通復混肥（NF） 與緩釋復合肥（SF），在改良酸性土壤的同時，也可作為一種有效的生態(tài)肥料為植物提供生長營養(yǎng)元素。