不同有机物投入对新垦耕地红壤肥力及蔬菜生长的影响

沈建国, 王 忠, 李 丹, 朱徐燕, 谢国雄, 楼 玲

(1.杭州市余杭区农业生态与植物保护管理总站, 浙江 杭州 311100;2.杭州市植保土肥总站, 浙江 杭州 310020; 3.杭州市余杭区农业技术推广中心, 浙江 杭州 311100)

耕地是人类赖以生存和发展的物质基础，是农业生产不可替代的最基本生产资料。中国人多地少，以约占7%的耕地养活了约占全球20%的人口，耕地资源尤为紧缺，耕地对国家粮食生产安全、国民经济发展、社会稳定的作用和地位不可取代[1]。近几十年来，随着经济迅速发展、工业规模逐步扩大和城市化不断推进，中国对土地的需求也显著增加，经济建设对耕地的占用与国家粮食安全对耕地数量和质量的要求，已经成为当前中国耕地保护的主要矛盾，为了确保耕地占补动态平衡，中国许多地方进行了大面积的补充耕地建设[2-3]，当前人均耕地不足、优质耕地少、耕地后备资源不断减少是中国基本的土地国情[4]。南方地区耕地后备资源比较缺乏，以开发利用低丘缓坡资源为主的土地开发整理成为补充耕地的主要途径之一[5]。由于地形地貌、坡度、母质类型、客土来源等因素，使得建成的新垦山地土壤肥力不平衡，基础肥力差，养分含量低，必须进行土壤培肥改良，才能满足作物生长需求[6-7]。中国学者对有机物投入在耕地土壤培肥效果方面做了大量的研究[8-10]，但绝大多数研究是针对水田、旱地土壤的，对于新垦耕地的有机物土壤培肥方面研究鲜见报道。为此，以杭州市余杭区瓶窑镇南山村2012—2013年建成的新垦山地为研究对象，在蔬菜种植模式下开展连续3 a的定位试验，比较不同有机物对新垦耕地红壤肥力和作物生长的影响，为开展新垦耕地培肥改良提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

(1) 供试土壤。试验地点安排在杭州市余杭区瓶窑镇南山村2012—2013年建成的新垦山地生产基地内(119°56′13″E，30°23′39″N)，供试土壤为黄泥砂土[11]，属红壤土类、黄红壤亚类，质地偏砂，土壤肥力较差，试验前土壤理化性状详见表1。

表1 研究区供试土壤理化性状

(2) 供试有机物。供试商品有机肥为杭州绿宝有机肥有限公司生产的以畜禽粪便为主要原料的精制有机肥，食用菌废渣为杭州鑫珑锦生物科技有限公司提供的秀珍菇菌渣，水稻秸秆为杭州满元农业科技有限公司提供的常规晚稻秸秆，其养分含量见表2。

表2 研究区供试有机物养分含量 %

(3) 供试化肥。供试尿素(N 46.4%)由灵谷化工有限公司生产；复合肥(N 18%，P2O518%，K2O 18%)由中国—阿拉伯化肥有限公司生产。

(4) 供试作物。供试作物为青菜，品种为冬春22青梗菜，种子由福州科翔种业有限公司提供，然后采用基质穴盘育苗，定植密度为20 cm×10 cm，第一季4月上旬定植，5月上旬收获，第二季6月上旬定植，7月上旬收获，第三季10月上旬移栽，10月下旬收获。

1.2 试验方法

在一年三熟蔬菜种植模式下，以不同有机物为因素，连续3 a开展新垦红壤土壤培肥效果定位对比试验，设4个处理，3次重复，共12个小区，每个小区面积48 m2，小区之间用预制五孔板埋深40 cm进行隔离，各小区随机排列。T1(CK)无任何有机物投入，T2每年投入商品有机肥22 500 kg/hm2，T3每年投入食用菌废渣22 500 kg/hm2，T4每年投入水稻秸秆7 500 kg/hm2。商品有机肥、食用菌废渣和水稻秸秆(经粉碎)每年一次性投入，在第一茬青菜移栽前结合翻耕施入。除处理内容外，各处理的化肥用量一致，施用量为：每季青菜，基施复合肥375 kg/hm2，3叶心时施尿素150 kg/hm2。试验连续实施3 a(2015—2017年)。

1.3 测定项目与方法

于试验前后按照“梅花型”布点，分别采集各小区耕层土壤样品，采用常规分析方法测定土壤容重、pH值、有机质、全氮、有效磷和速效钾等土壤养分指标。具体测定方法为：容重采用环刀法测定；pH值采用氧化还原电位法测定；有机质采用油浴加热重铬酸钾氧化—容量法测定；全氮含量采用浓硫酸消煮—半微量凯式法测定；有效磷采用盐酸—氟化铵提取—钼锑抗比色法(Bray法)测定；速效钾含量采用乙酸铵浸提—火焰光度法测定[12]。在试验过程中，对各小区每季青菜进行测产。其中对2017年第一茬青菜生长后期对各小区抽苔情况进行了田间调查记录。

2 结果与分析

2.1 土壤肥力变化动态

土壤肥力是指土壤为植物生长供应和协调养分、水分、空气和热量的能力，是土壤物理、化学和生物学性质的综合反应[13]。从影响当地新垦红壤肥力的主要因素出发，选取土壤容重、pH值、有机质、全氮、有效磷、速效钾这6个土壤养分指标，将各处理试验前后土壤肥力状况进行比较，由图1可知，通过连续3 a的土壤培肥，T1(CK)，T2，T3，T4各主要肥力指标均发生了显著变化。其中容重分别下降0.03，0.21，0.17，0.15 g/cm3，pH值分别下降0.44，0.35，0.42，0.52，有机质含量分别提高2.50，10.40，10.50，4.50 g/kg，全氮含量分别提高0.04，0.20，0.10，0.16 g/kg，有效磷含量分别提高74.50，191.00，104.30，87.60 mg/kg，速效钾含量分别提高12.00，68.30，47.40，17.00 mg/kg。

总体而言，该6项肥力指标中，pH值呈负向变化，且变化幅度依次为T4>T1(CK)>T3>T2，其余5项肥力指标均呈正向变化，变化幅度依次为T2>T3>T4>T1(CK)。单从指标变化的绝对值方面分析，T2明显优于其他3个处理。

注：T1(CK)无任何有机物投入； T2每年投入商品有机肥22 500 kg/hm2； T3每年投入食用菌废渣22 500 kg/hm2； T4每年投入水稻秸秆7 500 kg/hm2。下同。

图1试验前后各处理土壤肥力指标的比较

2.2 对土壤肥力变化的影响

3年试验结束后各处理土壤肥力指标比较结果见图2。由图2可知，从5个正向变化的肥力指标的变化上分析，3个有机物投入的处理(T2，T3，T4)均较T1(CK)的变化幅度大，其中容重降幅分别高出13.04%，10.58%和8.88%，有机质增幅分别高出93.93%，93.61%和27.92%，全氮增幅分别高出25.09%，8.07 %和15.50%，有效磷增幅分别高出2 583.82%，2 154.66%和1 458.82%，速效钾增幅分别高出28.31%，17.49%和2.45%；从负向变化pH值这个指标的变化上分析，唯有T2和T3，分别下降0.35，0.42个单位，较T1(CK)下降少，而T4下降0.52个单位，较T1(CK)下降多。由此可见：增施有机物可使新垦红壤容重下降，有机质、全氮、有效磷、速效钾含量均有提高，且发酵腐熟有机物也可有效缓解土壤酸化，未经发酵腐熟水稻秸秆则有进一步加重土壤酸化的趋势。

2.3 对蔬菜生育的影响

抽薹是蔬菜从营养生产转入生殖生长的主要标志，白菜类蔬菜菜薹的形成与肥水丰缺有密切关系[14]。试验第3 a(2017年)第1季青菜生长中后期，首次于发现青菜出现了先期抽薹现象，随之于定植后第26 d开始，以2 d为1个时段，分4次对各处理青菜抽薹情况进行调查。

由图3可知，第26 d，第28 d，第30 d青菜抽薹率均依次为T1(CK)>T4>T3>T2，而第32 d青菜抽薹率则发生变化，表现为T4>T1(CK)>T3>T2，且彼此之间的差异缩小，趋于一致，可见此时土壤里大部分的速效养分已经消耗，难以维持青菜正常的营养生长所需，逐渐转入生殖生长。同时，从侧面也印证了一个结论，即增施有机物可提高新垦红壤的保水保肥能力，且表现为T2>T3>T4。

图2 不同有机肥对土壤肥力指标影响

图3 各处理下青菜抽苔率比较

2.4 对蔬菜产量的影响

作物产量是土壤肥力的综合反映，也能表征土壤

培肥改良的效果[15]。表3为各试验小区的3 a平均青菜年产量。从表3中可知，较T1(CK)相比，T2和T3青菜增产极为显著，增幅分别达123.07%和95.85%，且T2与T3之间亦存在极显著差异；而T4则减产1.95%，但与CK间的差异不显著。

2.5 对蔬菜增产效果的影响

由图4可知，从有机物投入对青菜增产效果上分析，3 a间的产量较CK相比，T2增产幅度依次为43.02%，89.82%，222.52%，T3增产幅度依次为33.42%，72.06%，171.25%，T4增产幅度依次为-18.37%，9.38%，0.33%，由此可见：T2和T3的增产效果基本呈倍数提高，尤以T2表现最为突出，而T4增产效果不显著，甚至于第1年表现出减产。

表3 各处理小区青菜年产量 kg/hm2

注：表中数据为2015—2017年3 a平均值； “+”，“-”号分别表示与CK(T1)比较的增加或减少量； 差异显著性分析栏不同小写字母表示差异显著。

图4 各处理青菜产量变化

3 讨 论

3.1 水稻秸秆还田对土壤pH值的影响

本研究过程中，4个处理中土壤pH值均呈下降态势，这与中国南方地区农用地土壤pH值下降[16-21]呈现出了一致性。一般而言，增施有机物应该可以缓解土壤酸化趋势，但以水稻秸秆为有机物的处理实际表现并未和其他2类有机肥处理一样缓解土壤酸化，反而加剧了土壤酸化。但高利华等[22]，刘义国等[23]，袁金华等[24]，勾芒芒等[25]认为秸秆还田可降低耕层土壤pH值，这又与其他相关研究结果相吻合。

3.2 水稻秸秆还田对青菜产量的影响

本研究过程中，投入水稻秸秆的处理青菜产量较T1(CK)相比并无明显提高，特别是第1 a还出现减产现象，极可能与秸秆还田产生的负面影响有关。已有研究[26-29]认为：秸秆施入土壤后，可能会释放出一些毒素物质，对作物幼苗生长有抑制作用，并会刺激微生物的迅速繁殖，很有可能导致秸秆本身释放出来的氮素短期内不能满足作物需求，转而向土壤吸收氮素，形成氮的生物固定，从而影响作物氮素的供应。这在一定程度上可以解释投入水稻秸秆的处理青菜产量同期较CK无明显提高的原因所在。

3.3 有机物投入对青菜抽薹的影响

本研究过程出现青菜抽薹现象，是我们难以预想的，但又从中反映出青菜从营养生产向生殖生长转变的一个重要标志，有研究表明这与肥水丰缺密切相关。而从4个时段的监测调查结果与分析，抽薹率总体上呈现出T1(CK)>T4>T3>T2，可见增施有机物料可提升新垦耕地红壤的保水保肥能力，且提升能力以商品有机肥>食用菌废渣>水稻秸秆。

3.4 3种有机物投入量确定

在本研究过程中，将水稻秸秆还田量定为7 500 kg/hm2，并未与另外两种有机物投入量(22 500 kg/hm2)保持一致。基于以下两方面的因素考虑：一方面基于不对新垦耕地质量产生较大负面影响和该县域范围内新垦耕地土壤培肥改良采用“边种边改”原则的前提下，在设计上追求新垦耕地稳产、增产的前提下，采用不同有机物的最佳用量，并未刻意保持投入量的一致性；另一方面基于当地新垦耕地红壤的肥力水平和3种有机物自身的特性确定其投入量，商品有机肥和食用菌废渣养分含量接近，其投入量均受土壤污染风险限制，确定22 500 kg/hm2系最佳用量。而水稻秸秆的投入虽在提高土壤总养分和降低土壤污染风险上优于前者，但其势必会对土壤物理性状影响较大，造成保水保肥能力骤降，导致农作物大幅减产，同时鉴于近年来杂交水稻秸秆全量还田(10 500～12 000 kg/hm2)导致下茬旱作小麦或油菜出苗率较低影响产量的现象频发，故此，以当地常规水稻秸秆平均产量为7 500 kg/hm2作为参考，确定水稻秸秆投入量。

4 结 论

连续3 a对商品有机肥、食用菌废渣和水稻秸秆等3种不同有机物投入对新垦耕地红壤肥力及蔬菜生长的影响研究结果表明，从每年投入商品有机肥和食用菌废渣各22 500 kg/hm2，水稻秸秆7 500 kg/hm2对新垦耕地红壤肥力及蔬菜生长所产生影响来看，在3种有机物中，商品有机肥无论是在土壤培肥方面还是在蔬菜作物生产方面，其均能体现出最佳效果，在土壤肥力方面，较CK增减幅度相比，5个指标呈正向变化上，容重降幅高出13.04%，有机质、全氮、有效磷和速效钾含量的增幅分别高出93.93%，25.09%，2 583.82%和28.31%，从负向变化上pH值仅下降0.35个单位，降幅最少；在蔬菜生长方面，青菜抽薹率最低，先后测定的4个时段，分别较T1(CK)低5.73%，7.78%，8.17%，3.50%，3 a间分别较T1(CK)实现增产43.02%，89.82%，222.52%，同期增幅最大，可作为新垦红壤地区施用的外源有机物之一予以推荐。而食用菌废渣的效果次之，可作为替代物品，水稻秸秆效果较差。