养殖废弃物生物有机肥料对藜蒿产量及肥料利用率的影响

张建，蒋细旺（江汉大学生命科学学院，武汉，430056)



养殖废弃物生物有机肥料对藜蒿产量及肥料利用率的影响

张建，蒋细旺
（江汉大学生命科学学院，武汉，430056)

摘要：研究了养殖废弃物生物有机肥料和化肥配施与单施化肥对云南藜蒿产量、相对干物质含量、土壤养分含量及肥料利用率的影响。试验结果表明，各施肥处理的藜蒿产量（21 273～29 110 kg/hm2）均显著高于对照（17 765 kg/hm2），其中有机无机肥配施处理的藜蒿产量（20 334～29 110 kg/hm2）比单施化肥处理（21 273 kg/hm2）增加19.8%～36.8%；同时，有机无机肥配施处理的藜蒿相对干物质含量比单施化肥处理提高了1.14%～5.48%；与单施化肥处理相比，有机无机肥配施处理明显提高了土壤养分含量、改善了土壤供肥特性、提高了肥料利用率；藜蒿地上部的养分积累量、肥料回收率和肥料农学利用效率及生理利用效率均显著提高。

关键词：藜蒿；生物有机肥料；产量；肥料利用率

张建（1991-），男，硕士，专业方向为植物生物化学，

E-mail：1272025458@qq.com

蒋细旺（1964-），通信作者，男，教授，硕导，专业方向为园艺，

E-mail：xiwangjiang@163.com

随着化肥施用量的逐年递增，化肥对农业生产及环境的负面效应日渐突显。据研究表明，在中国，氮肥利用率为30%～35%，磷肥利用率为10%～25%，钾肥利用率为35%～50%[1]。化肥的低利用率，除了带来经济损失外，大量养分通过各种方式进入生态系统，对系统中的动植物造成巨大危害[2]。长期不合理的施用，加上化肥本身成分单一的特性，导致耕作土壤肥力下降，板结严重，土壤理化性状破坏严重，除此之外，化肥的不合理施用也使得农产品的品质受到严重的影响[3]。与此同时，集约化的大规模畜禽养殖产生的粪便对生态环境造成巨大的污染。将畜禽粪制成生物有机肥料，不仅可以为植物生长提供长效而全面的养分、提高肥料利用效率、减少对生态系统的危害，而且还可以改良土壤理化性状、增强土壤肥力、提高农产品品质、增加作物产量、促进农业的可持续发展[4，5]。因此，近年来，以新型环境友好的高效肥料取代化肥逐渐成为我国肥料研究的热点[6]。

藜蒿（Artemisia selengensis)，别名蒌蒿，为菊科多年生宿根性草本植物。藜蒿营养丰富，并且具有较高的药用价值。藜蒿抗性强、繁殖速度快，因此也具有很高的经济价值。目前，藜蒿已成为武汉市特色蔬菜之一，每年总产值可达到1.3亿余元，有效提高了当地农业经济产值。国内关于藜蒿的组织培养技术[7]、成分提取[8]、药理[9]、抗逆性[10]等方面研究较多，而关于生物有机肥料对藜蒿产量、肥料利用率等的影响还尚未见报道。因此，以云南藜蒿为试验材料，研究了生物有机肥料对藜蒿产量、肥料利用率及对土壤肥力的影响，为指导藜蒿大面积有机无机肥配施、提高生物有机肥利用率及农业废弃物的资源化利用提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验材料

供试材料为云南藜蒿，由武汉荷香源农业发展有限公司提供，2014年9月底移栽。武汉江大高新农业发展有限公司提供养殖废弃物生物有机肥料（N 1.17%、P2O50.44%、K2O 0.95%)。根据施肥处理和藜蒿的需肥特性，生物肥料中营养不足的部分用无机肥料补充，其中氮肥用尿素（含N 46%)、磷肥用钙镁磷肥（含P2O512%)、钾肥用硫酸钾（含K2O 50%)。供试土壤为普通黄棕壤，经测定土壤含有机质11.24 g/kg、碱解氮58.42 mg/kg、有效磷21.202 mg/kg、速效钾115.19 mg/kg，pH值6.22。试验于2014年2月至2015年2月在江汉大学园艺试验基地进行。

1.2试验方法

采用随机区组设计，共6个处理，处理为每1 hm2用量，CK：空白对照；处理P：纯无机肥料（尿素478.3 kg、钙镁磷肥667 kg、硫酸钾360 kg)；处理A：有机肥料3 700 kg+无机肥料（尿素435.01 kg、钙镁磷肥650.42 kg、硫酸钾324.85 kg)；处理B：5 600 kg有机肥料+无机肥料（尿素412.78 kg、钙镁磷肥642.06 kg、硫酸钾306.8 kg)；处理C：有机肥料7 500 kg+无机肥料（尿素390.55 kg、钙镁磷肥633.7 kg、硫酸钾288.75 kg)；处理D：有机肥料9 400 kg+无机肥料（尿素368.32 kg、钙镁磷肥625.34 kg、硫酸钾270.7 kg)。除纯无机肥料外，其余肥料处理利用无机氮、磷、钾肥调节，使各处理的氮、磷、钾素总量分别为220、80、180 kg。每个处理重复3次，每个小区面积为1 m2。藜蒿插条定植的株行距为10 cm×10 cm。各处理肥料均作为基肥施入，常规栽培管理。

1.3测定指标与方法

试验结束后，称量各小区收获藜蒿的鲜质量，各小区挑取具代表性植株10株于105℃下杀青30 min，70℃烘干至恒质量。植株样品烘干称质量，粉碎后用硫酸-过氧化氢消煮，全氮含量的测定采用凯氏定氮法；植株全磷含量的测定采用钒钼黄比色法；植株全钾含量的测定采用原子吸收法[11]。分别于植株移栽后第12、24、36、48、60天在各小区按“S”形采集土壤、混匀，过1 mm筛。土壤速效氮含量用碱解定氮法测定；土壤速效磷含量用钼锑抗比色法测定；土壤速效钾含量采用原子吸收法测定[11]。

1.4数据处理与分析

试验数据用Excel 2003软件进行处理并绘制图表，采用SPSS 19.0软件进行差异显著性分析，多重比较采用Duncan's新复极差法。有关氮肥利用效率、回收率计算按照左青松等[12]的方法，而磷肥和钾肥的相关参数计算方法同氮肥。

图1　不同肥料处理对藜蒿地上部产量的影响

图2　不同肥料处理对藜蒿地上部相对干物质含量的影响

氮肥回收率（NRR，%)=[（施氮区地上部吸氮量-无氮空白区地上部吸氮量)/施氮量]×100%；氮肥农学利用效率（ANUE，kg/kg)=（施氮区产量-无氮空白区产量)/施氮量；氮肥生理利用效率（PNUE，kg/kg)=（施氮区产量-无氮空白区产量)/（施氮区地上部吸氮量-无氮空白区地上部吸氮量)。

2　结果与分析

2.1不同肥料处理对藜蒿地上部产量的影响

从图1可以看出，除处理A外，各施肥处理的产量均高于对照，达到显著差异水平。除处理A外，其余的有机无机肥料配施处理产量比处理P高19.8%～36.8%，差异显著。在有机无机肥料配施处理之间，随着有机肥料在所占比例的增加，藜蒿地上部产量也随之提高，但是处理C、D间产量并没有显著差异。

图3　不同肥料处理对土壤速效氮含量的影响

图4　不同肥料处理对土壤速效P含量的影响

图5　不同肥料处理对土壤速效钾含量的影响

2.2不同肥料处理对藜蒿相对干物质含量的影响

如图2所示，除处理P外，各施肥处理的地上部相对干物质含量均显著高于对照，同时各有机无机肥料配施处理的地上部相对干物质含量比处理P高1.14%～5.48%，达到显著差异水平。在一定范围内，藜蒿地上部相对干物质含量随着有机肥料所占比例的增大而升高，各处理之间达到显著差异水平。处理D的地上部相对干物质含量比处理C下降了0.62%，说明当有机肥料所占比例超过一定界限，将会导致藜蒿地上部相对干物质含量降低。

2.3不同肥料处理对土壤养分变化的影响

图6　不同肥料处理对藜蒿地上部养分含量积累的影响

图7　不同肥料处理对肥料回收率的影响

如图3～5所示，在肥料施入的第12～24天，处理P的土壤中速效氮、速效磷、速效钾的含量迅速下降，而有机无机肥料配施的处理A到处理D速效氮、速效磷、速效钾的含量逐渐增加。第24～60天，处理D的速效氮含量变化幅度不大，速效磷含量在第36天达到最高，随后又逐渐下降，速效钾含量在第48天达到高峰，随后缓慢下降。处理A、B、C的速效氮、速效磷、速效钾的含量也在24～48 d达到一个高峰，随之逐渐下降。而对照的速效氮含量在藜蒿整个生长过程中变化略有波动，速效磷含量在48 d时达到高峰，随后呈下降趋势，速效钾含量在整个过程呈下降趋势。有机无机肥料配施各处理的速效氮、速效磷、速效钾的含量在24 d后高于处理P。试验结束时，有机无机肥料配施各处理的速效氮含量比处理P高14.4～56.3 mg/kg，速效磷含量高6.7～26.0 mg/kg、速效钾含量高5.2～17.8 mg/kg。

表1　不同肥料处理对肥料利用效率的影响　kg/kg

2.4不同肥料处理对藜蒿养分积累和肥料利用率的影响

图6表明，各施肥处理藜蒿地上部养分积累量均显著高于对照。有机无机肥料配施各处理地上部养分积累量均不低于处理P。高水平有机肥料处理D与处理P地上部养分积累量间呈显著差异，其中氮、磷、钾积累量分别比处理P高出39.8%、42.4%、29.6%，高水平有机肥料处理D与低水平有机肥料处理A之间也呈显著差异，处理P与低水平有机肥料处理A的地上部养分积累量相当，无显著差异。在有机无机肥料配施处理之间，地上部养分积累量与肥料量呈正相关关系。处理C与处理D地上部磷、钾素积累量差异不显著。

从图7可以看出，有机无机肥料配施各处理的氮素回收率比处理P高出0.76%～21.66%，在有机无机肥料配施各处理内，氮素回收率随着有机肥所占比例的提高而增加，各处理间差异显著。除处理A以外，有机无机肥料配施各处理的磷、钾素回收率分别比处理P高1.05%～7.69%、7.79%～17.19%。在有机无机肥料配施各处理中，钾、磷素回收率随着有机肥料所占比例的提高相应增加，各处理间达到显著差异水平，但处理C、D间钾素回收率的差异并不显著。

肥料的生理利用效率与农学利用效率是施肥增产效应的不同表现。从表1可以看出，有机无机肥料配施各处理的肥料生理利用效率及农学利用效率均高于处理P，但处理A与处理P间差异不显著。在有机无机肥料配施处理中，随着有机肥所占比例提高，肥料生理利用效率和农学利用效率都呈现先升高后降低的趋势，除磷肥生理利用效率外，处理C的肥料生理利用效率和农学利用效率均高于其他处理。

3　讨论与结论

本试验结果表明，有机无机肥料配施可以显著提高藜蒿产量，这个结果与前人的许多研究结果一致，王海滨[13]研究表明，有机无机肥料配施比单施无机肥料使大白菜增产15.38%、茄子增产38.38%、结球甘蓝增产10.40%；黄涛[14]研究表明，与纯无机肥料相比，猪粪堆肥和无机肥料配施可使小白菜增产达到12.2%。由于有机无机肥料配施优化土壤养分供应，与单施化肥相比，土壤肥效更加平衡稳定，因此，可以明显提高藜蒿产量[15，16]，既可以改善单施有机肥不能满足藜蒿前期生长养分不足的问题，又能够解决单施化肥藜蒿生长后期养分不够的缺点。

干物质积累是作物、蔬菜产量形成的基础[17]，而干物质则来源于作物、蔬菜对养分的吸收。从试验结果可以看出，藜蒿总产量与干物质含量之间存在显著正相关关系[18]。合理优化有机无机肥料比例可以增加藜蒿干物质累积量、提高干物质累积速率、增加藜蒿产量。但有机肥所占的比例不是越高越好，当有机无机肥料比例超过一定界限，会导致干物质累积、累积速率的降低[19，20]，最终导致藜蒿产量降低。原因可能是有机肥比例过高会导致肥料中矿质养分释放缓慢，不能满足藜蒿早期生长需要。此外有机肥施用量越大，在后期分解过程中占用土壤中的氮素越多，引起藜蒿生长初期的氮素供应不足。

有机肥料养分全，有机质丰富，含有多种微量元素、微生物等，有机无机肥料配合施用，不但可以合理利用肥料资源、有效促进养分吸收，还能提高土壤养分含量、培肥土壤。Rathke等[21]研究表明，有机无机肥料配合施用可显著提高土壤肥力，原因在于可以有效促使有机氮转化为无机氮，提高土壤中速效氮的含量。李想等[22]研究表明，有机无机肥料配施可有效减少土壤对磷源的固定，提高磷素的利用效率，而且更符合作物的养分动态需求规律。Sharma等[23]研究表明，有机无机肥配施可以明显促进土壤钾素加速积累，对保持钾素的有效形态、减少钾素固定有很好的效果。

本试验也得出了相似的结果，有机无机肥料配施为土壤微生物提供了大量有机物质，刺激土壤微生物活动，间接改善了土壤养分供应流程，从而优化了肥料利用状况[24，25]。对土壤微生物而言，有机无机复混肥可以提供巨大的生命能源，因此肥料施用前期养分固定较多，后期土壤微生物活力下降，固定养分逐步释放，使土壤养分在藜蒿生长后期又达到一个小高峰。经有机无机肥配施处理的土壤，速效钾、速效磷、速效钾含量均比纯无机肥料显著提高，但是高水平有机肥处理D的速效氮、速效磷、速效钾含量处理后与处理前变化不大，这可能是因为有机肥所占比例过高，导致养分被过分固定，也因此导致干物质积累量下降，因此，必须根据藜蒿对养分的需求规律，探寻生物有机肥料与无机养分适宜的配比。

本试验结果表明，在藜蒿生长过程中，有机无机肥料配施能够明显促进植株养分的积累，提高肥料回收率、生理利用效率和农学利用效率。有机肥料中含有丰富的氮、磷、钾，与化肥配施后，有机氮与无机氮之间相互配合，促进氮素的矿化与固定，减少氮素损失，提高氮素利用率。随着有机肥料的腐殖分解，肥料中的磷素也逐步释放，转化成可被作物利用的速效磷[26]。此外，与土壤中的磷素相比，有机肥中的磷素不易被固定，分布较广，同藜蒿根系接触的面积相应也增大，因此更容易被藜蒿吸收利用。

有机肥料腐殖分解过程中产生的部分有机酸可以溶解被土壤吸附固定的磷、钾，提升土壤肥力，改善钾、磷肥利用率[27]。另外，养殖废弃物生物有机肥料中还含富含多种微量元素，可与有机肥料腐殖分解过程中产生的活性中间产物相结合，从而明显提升微量元素的有效性[28]，进而提高藜蒿产量与品质。有机肥可以促使藜蒿庞大的地下根系保持较高的活力，并且不断向四周及深层土壤扩展，使藜蒿在整个生长过程中保持较高的养分吸收能力，对提高肥料利用效率也起到一定的辅助作用。

肥料回收效率、农学利用效率和生理利用效率是肥料常用的利用效率评价指标。本试验中，处理D与处理C的氮、磷素回收率之间的差异并不显著，处理D的肥料回收效率、农学利用效率和生理利用效率也都低于处理C，说明在藜蒿生长过程中，有机肥料的用量存在一定的界限，用量过高导致肥料利用效率减小。综上所述，在本试验中，每1 hm2施用7 500 kg养殖业生物有机肥料，最有利于藜蒿地上部干物质积累，同时也能最大限度地提高肥料利用率。

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Effects of Bio-organic Fertilizer on Yield and Fertilizer Utilization Efficiency of Artemisia selengensis

ZHANG Jian,JIANG Xiwang
(College of Life Sciences,Jianhan University,Wuhan 430056)

Abstract:The field experiment was carried to study the effects of organic-inorganic mixed fertilizer and single chemical fertilizer on yield,comparative dry matter amount,soil nutrient content and fertilizer utilization efficiency of Yunnan Artemisia selengensis.The results showed that,the yields of fertilizer application treatments(21 273-29 110 kg/hm2)were significantly higher than the control treatment(17 765 kg/hm2,no fertilizer treatment),and the yields of the organicinorganic mixed fertilizers treatments(20 334-29 110 kg/hm2)were increased by 19.8%-36.8% compared with that of chemical fertilizer treatment(21 273 kg/hm2).Compared with chemical fertilizer treatment,the amounts of comparative dry matter of organic-inorganic mixed fertilizer treatments were increased by 1.14%-5.48%.Compared with chemical fertilizer treatment,the treatments of organic-inorganic mixed fertilizers were significantly higher in soil nutrient content,soil fertilizer-supplying characteristic and fertilizer utilization rate.Nutrient accumulation of overground part of A.selengensis,fertilizer recovery rate,agronomic utilization efficiency and physiological utilization efficiency had also been significantly improved.

Key words:Artemisia selengensis;Bio-organic fertilizer;Yield;Fertilizer utilization efficiency

收稿日期：2015-11-17

基金项目：2014年湖北省科技支撑计划项目（公益性科技研究类）（2014BBB009）；武汉花卉（菊花）工程技术研究中心项目（2013021005010466）

DOI:10.3865/j.issn.1001-3547.2016.04.024

中图分类号：S636.9

文献标识码：A

文章编号：1001-3547（2016)04-0060-06