鄭樹林, 陳 建, 王 偉, 劉兆憲, 陳宏坤

(1.養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國家重點實驗室/菏澤金正大生態(tài)工程有限公司 山東菏澤 274000;2.金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司 山東臨沂 276700)

土地退化嚴(yán)重是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中面臨的主要問題之一。據(jù)統(tǒng)計,我國土地退化面積高達(dá)約4億hm2,占我國土地總面積的40%[1]。土壤結(jié)構(gòu)不良、板結(jié)透氣性差屬于土壤性質(zhì)惡化范疇,通過影響土壤透氣和透水性,危害作物根系的正常生長和作物對養(yǎng)分的吸收,嚴(yán)重威脅我國糧食安全和農(nóng)民增產(chǎn)增收?，F(xiàn)階段,改良板結(jié)、黏重土壤的方法主要有深耕、秸稈還田、增施有機肥、施用高分子或微生物土壤改良劑等[2],但這些方法都有明顯的缺陷。增施有機肥和秸稈還田雖能有效提高土壤有機質(zhì)的含量,促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成,但其耗時較長,且安全性不高,若農(nóng)家肥施用不當(dāng)會造成燒苗,秸稈還田易造成有害蟲卵增多、增加土傳病害風(fēng)險等;使用高分子改良劑所需成本及技術(shù)要求較高,且難以降解,易造成環(huán)境污染。因此,亟需探索一種新型、綠色、成本低,且能廣泛推廣、可克服土壤板結(jié)透氣性差的新技術(shù)。

近年來我國洪澇災(zāi)害頻發(fā),且強度呈逐年增大趨勢,對我國農(nóng)業(yè)和種植業(yè)的發(fā)展造成了嚴(yán)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,嚴(yán)重影響作物對營養(yǎng)的吸收;無氧呼吸替代有氧呼吸,還會產(chǎn)生大量的有害物質(zhì),如乳酸和酒精等,這些有害物質(zhì)的不斷積累容易對作物根系產(chǎn)生毒害,造成作物產(chǎn)量下降甚至死亡。因此,日本及歐美的一些國家開展了對增氧肥料的研究,并在農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、環(huán)保等方面取得了較多的成果。20世紀(jì)90年代,我國開始將部分增氧劑應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中,取得了較好的效果,但有關(guān)增氧技術(shù)在種植業(yè)中的應(yīng)用較少,真正篩選出適合種植業(yè)發(fā)展的增氧技術(shù),并將其應(yīng)用到肥料領(lǐng)域的研究更少,因此肥料增氧技術(shù)具有廣闊的研究和發(fā)展前景[4]。新型增氧水溶肥料溶于水后,可緩慢釋放氧氣,促進(jìn)厭氧條件下作物根系有氧呼吸和正常生長,且本身無毒害,不會污染環(huán)境,新型增氧肥料對打破厭氧環(huán)境、促進(jìn)板結(jié)和透氣性較差土壤作物的增產(chǎn)增收具有重要意義。本文通過在透氣性較差的土壤和地塊開展辣椒試驗,以盆栽結(jié)合大田的形式,將增氧型水溶肥料與普通水溶肥料進(jìn)行對比,旨在探明增氧型水溶肥料在辣椒上的應(yīng)用效果,為我國新型肥料的研發(fā)與推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試作物:辣椒(羊角椒)。

試驗地點:臨沂國家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心溫室(盆栽試驗);山東省濰坊市青州市陳樓村設(shè)施大棚(大田試驗)。

試驗形式:大田結(jié)合盆栽試驗,試驗用土均為板結(jié)和透氣性較差的黏土,土壤理化性狀見表1。

表1 試驗用土壤理化性狀

供試肥料:普通固體水溶肥料(N-P2O5-K2O=20-20-20)、增氧型固體水溶肥料(N-P2O5-K2O=20-20-20),均由金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用大田結(jié)合盆栽的形式。盆栽試驗于2021年3月15日—5月31日進(jìn)行,設(shè)2個處理,每個處理3次重復(fù),共6盆,每盆裝土量均為5 kg;選用長勢一致的辣椒苗進(jìn)行移栽,對照(CK)處理施用普通固體水溶肥料,T處理施用增氧型固體水溶肥料;每盆沖施水溶肥1 g/次(稀釋500倍),7～10 d沖施1次,共沖施4次。大田試驗于2021年3月10日—6月15日進(jìn)行,大棚面積共2畝(1畝=667 m2),T、CK處理各1畝,辣椒栽培密度為2 000 株/畝,灌溉模式為滴灌,大棚土壤因常年種植,土壤板結(jié)、土傳病害問題突出;T、CK處理除施用的水溶肥料種類不同外,其他操作管理均一致,大田試驗設(shè)計見表2。

表2 大田試驗設(shè)計

1.3 測定項目及方法

盆栽試驗在收獲期對辣椒株高、莖粗、葉片葉綠素相對含量(SPAD值)、根系(地下部)生物量、莖葉(地上部)生物量和總生物量進(jìn)行測定,大田試驗增加對辣椒產(chǎn)量和死亡棵數(shù)的統(tǒng)計。試驗區(qū)和對照區(qū)各選取長勢均一的連續(xù)100株辣椒進(jìn)行后期計產(chǎn),各計產(chǎn)5次;株高用卷尺測量,記錄土壤表面到植株頂端高度;莖粗用游標(biāo)卡尺測量;SPAD值用SPAD儀測量;生物量和辣椒產(chǎn)量用天平進(jìn)行稱量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010和DPS 7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計、分析,差異顯著性分析采用最小顯著差異法(LSD法),試驗結(jié)果均以3次測定的平均值表示。

2 結(jié)果與分析

從表3可知:在盆栽試驗中,T處理的莖粗較CK處理的顯著提高,增幅為5.3%,說明增氧型水溶肥料可使辣椒植株更加健壯;T處理的株高和SPAD值較CK處理的也有提高,但差異未達(dá)到顯著水平;T處理可有效提高辣椒地上部、地下部和總生物量,與CK處理的相比分別提高15.5%、10.8%和15.0%,差異均達(dá)到顯著水平,表明增氧型水溶肥料的促生效果顯著。增氧型水溶肥料通過根系增氧功能,促進(jìn)作物地下部根系生長,帶動辣椒地上部植株長勢,從而促進(jìn)辣椒地上部生物量和總生物量的提高。

表3 盆栽試驗辣椒的各項指標(biāo)

由表4可知:T處理的辣椒株高、莖粗和SPAD值較CK處理的均有小幅度提高,與盆栽試驗結(jié)果較一致;株高較CK處理的提高約3.5 cm,差異達(dá)到顯著水平;莖粗和SPAD值分別較CK處理的提高0.47 mm和1.5,差異未達(dá)到顯著水平。

表4 大田試驗辣椒的各項指標(biāo)

從辣椒產(chǎn)量上看,經(jīng)連續(xù)100株辣椒5次計產(chǎn),T處理的辣椒計產(chǎn)產(chǎn)量為328.5 kg,與CK處理的相比,增產(chǎn)率為15.7%;T處理的辣椒單果質(zhì)量比CK處理的提高3.7 g,差異達(dá)顯著水平,說明T處理的辣椒膨果更好。

另外,與CK處理相比,T處理的辣椒因根腐病、枯萎病等土傳病害死亡的棵數(shù)大幅減少,說明增氧技術(shù)憑借其本身具備的殺菌消毒功能,以及作物根際厭氧環(huán)境和微生物區(qū)系的改變,具有減輕根腐病等土傳病害的作用。

3 結(jié)語

試驗結(jié)果顯示:增氧型水溶肥料應(yīng)用于板結(jié)、透氣性較差的土壤中效果突出,主要表現(xiàn)為辣椒根系生長更加旺盛,地下部根系生物量顯著提高,其中盆栽試驗中地下部根系生物量較對照處理的提高約10.8%;另外,辣椒株高、莖粗、葉綠素相對含量和總生物量等相關(guān)生長指標(biāo)較普通水溶肥料處理的均有不同程度的提高,大田試驗中增氧型水溶肥料處理的辣椒植株長勢旺盛,株高較對照處理的提高3.5 cm,辣椒單果質(zhì)量和產(chǎn)量顯著提高,促生和增產(chǎn)效果顯著。有學(xué)者認(rèn)為,透氣性或土壤厭氧條件是作物生長的重要限制因子,土壤透氣性好或氧氣充足,可有效促進(jìn)作物根部的新陳代謝,增加葉綠素含量,增強光合作用,提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[5];同時,有效改善作物根際的厭氧環(huán)境后,可保障作物根系健康正常生長,保證土壤微生物的活動及礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,提高水肥的利用效率,這可能是增氧型水溶肥料促生作用顯著的主要原因[5]。研究人員還發(fā)現(xiàn),作物根際氧氣含量低,或根際二氧化碳含量高,都會阻礙作物根系的正常生長,影響作物地上部的長勢和產(chǎn)量提高[6]。

增氧型水溶肥料處理的辣椒因土傳病害死亡的數(shù)量較對照處理的明顯減少,表明其具有降低辣椒土傳病害發(fā)病的作用。有學(xué)者認(rèn)為,作物根系長時間處于透氣性差或缺氧狀態(tài),首先會導(dǎo)致作物根系正常生長受阻,根基分泌物減少[6],直接影響土壤微生物的數(shù)量和種類以及土壤酶的活性[7];其次,厭氧環(huán)境還會導(dǎo)致土壤中的好氧微生物數(shù)量減少和厭氧微生物數(shù)量增加,致使作物根際微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[8-10],產(chǎn)生乙烯、甲烷等危害植物生長的有害物質(zhì),造成土傳病害加劇。增氧型水溶肥料可有效增加作物根際氧氣供應(yīng),促進(jìn)作物根系有氧呼吸,提高根際有益微生物和土壤酶活性,從而起到降低土傳病害發(fā)病的作用。另外,增氧劑自身具有殺菌消毒的功能,可促進(jìn)作物的生長,提升作物自身的抗病能力,也會為作物根系提供健康的土壤環(huán)境,減輕土傳病害。