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      蚯蚓糞與果園底土混合培養(yǎng)對(duì)部分水溶性物質(zhì)含量的影響

      2015-10-20 02:08:30杭瓊等
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年9期

      杭瓊等

      摘要:為了評(píng)估果園底層土壤與蚯蚓糞等材料合成的技術(shù)新成土(Technosol)用于園林、道路綠化、污染退化土壤修復(fù)改良的安全性,對(duì)該混合物中水溶性物質(zhì)的含量變化開展研究。以獼猴桃果園底層土壤(30~60 cm)為材料,分別添加0%(CK)、5%、10%、15%、20%的蚯蚓糞,充分混合,探討蚯蚓糞-底土混合物在培養(yǎng)過(guò)程中部分水溶性物質(zhì)含量變化情況。結(jié)果表明:添加適量蚯蚓糞能增加該混合物中水溶性養(yǎng)分含量,滿足作物生長(zhǎng)對(duì)氮、磷、鉀等養(yǎng)分的需求;過(guò)量加入蚯蚓糞會(huì)導(dǎo)致土壤水溶性物質(zhì)含量過(guò)高,可能對(duì)作物造成一定程度的脅迫,并引起水環(huán)境污染;本試驗(yàn)條件下,加入5%~20%的蚯蚓糞能在一定程度上降低混合物中水溶性有機(jī)碳含量。

      關(guān)鍵詞:蚯蚓糞;底土;水溶性物質(zhì)

      中圖分類號(hào): S156文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào):1002-1302(2015)09-0353-04

      當(dāng)前我國(guó)非農(nóng)用地面積不斷增加,耕地資源越來(lái)越少,生態(tài)環(huán)境、地球氣候變化以及人為活動(dòng)都在一定程度上給我國(guó)土地資源造成更多壓力,對(duì)現(xiàn)有耕地進(jìn)行合理利用與保護(hù)顯得十分重要[1-5]。改良果園土壤的方法很多,如傳統(tǒng)獼猴桃果園土壤一般采用一年生作物的管理方式,以清耕、裸露、中耕為主要手段,還包括果園生草,施用無(wú)機(jī)、有機(jī)肥料等手段[6- 10]。以往對(duì)土壤改良的研究多集中于土壤表層,關(guān)于果園底層土壤改良的研究很少。底層土壤是土表30 cm以下的土壤,也稱為底土,它的特點(diǎn)是通氣性差、氧擴(kuò)散率低,不同地區(qū)、不同土壤的底土化學(xué)性質(zhì)不同[11-13]。一般而言,底土養(yǎng)分的有效性遠(yuǎn)低于耕層土壤,這是由于植物根從底土吸收養(yǎng)分,通過(guò)養(yǎng)分循環(huán)進(jìn)入耕層土壤,且耕層大量施用化肥。底土中較高的pH值和大量的活性膠體物質(zhì)能將養(yǎng)分固定,導(dǎo)致養(yǎng)分很難被植物根利用[12]。當(dāng)耕層的資源潛力無(wú)法利用或開發(fā)達(dá)到極限時(shí),改良底土將成為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、增加糧食產(chǎn)量的重要措施。蚯蚓糞作為一種高效有機(jī)肥料,最大特點(diǎn)是富含活性有機(jī)物與微生物,與土壤混合后可以進(jìn)行多種復(fù)雜反應(yīng),將植物各生長(zhǎng)因子合理結(jié)合起來(lái),改善土壤物理化學(xué)環(huán)境,最終達(dá)到增肥、抗病、養(yǎng)土的目的[14-15]。土壤有機(jī)質(zhì)是保持土壤良好物理性狀的必要條件,也是植物營(yíng)養(yǎng)的重要來(lái)源[16]。蚯蚓糞可促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成,提高土壤通透性、保水性、保肥力[17-20]。本研究以獼猴桃果園貧瘠底土為研究對(duì)象,在底土中充分混合不同比例的蚯蚓糞,探討蚯蚓糞-底土混合物在培養(yǎng)過(guò)程中部分水溶性物質(zhì)含量變化情況,旨在為更好地開發(fā)利用底土提供參考依據(jù)。

      1材料與方法

      1.1材料

      供試底土取自江蘇省南京市六合區(qū)某獼猴桃種植園土表以下30~60 cm土層。土壤基本性質(zhì):pH值5.74,電導(dǎo)率574 μS/cm,有機(jī)質(zhì)含量9.37 g/kg,全氮含量1.063 g/kg,全磷含量0.509 g/kg,全鉀含量1.803 g/kg,硝態(tài)氮含量 5.33 mg/kg,銨態(tài)氮含量8.12 mg/kg,速效磷含量 11.0 mg/kg,速效鉀含量101.9 mg/kg。試驗(yàn)前將土壤風(fēng)干、磨細(xì)、過(guò)篩。蚯蚓糞(簡(jiǎn)稱蚓糞):取自揚(yáng)州大學(xué)奶牛場(chǎng)蚯蚓養(yǎng)殖基地,為蚯蚓消解牛糞獲得的蚓糞;其養(yǎng)分含量:有機(jī)質(zhì)468.9 g/kg,全氮39.55 g/kg,全磷14.86 g/kg,全鉀7.385 g/kg,硝態(tài)氮2.366 g/kg,銨態(tài)氮134.8 mg/kg,速效磷1.54 g/kg,速效鉀1.65 g/kg。

      1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      試驗(yàn)于2013年7—9月在揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)采用室內(nèi)模擬培養(yǎng)方式進(jìn)行。設(shè)5個(gè)處理,以不加蚓糞的自然底土為對(duì)照(CK),其余4種處理是將自然底土加蚓糞,蚓糞的添加比例(按質(zhì)量計(jì)算)分別為5%(T1處理)、10%(T2處理)、15%(T3處理)、20%(T4處理),充分混合,置于塑料周轉(zhuǎn)箱內(nèi),室溫條件下連續(xù)培養(yǎng)60 d。培養(yǎng)期間,維持土壤含水量在20%~30%。為了減緩水分蒸發(fā),在混合物表面覆蓋1層塑料保鮮膜。每周取樣1次,測(cè)定混合物中部分水溶性物質(zhì)含量。

      1.3方法

      采用水土比5 ∶1浸提混合物獲得待測(cè)液。采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定銨態(tài)氮含量,采用紫外分光光度法測(cè)定硝態(tài)氮含量,采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定無(wú)機(jī)磷含量,采用總有機(jī)碳(TOC)全自動(dòng)測(cè)定儀測(cè)定TOC含量,采用過(guò)硫酸鉀氧化后的紫外分光光度法測(cè)定全氮含量,采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定全磷含量。

      1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

      采用Excel 2003、SPSS軟件統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。

      2結(jié)果與分析

      2.1混合物中水溶性無(wú)機(jī)磷含量變化情況

      從表1可以看出,隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng),5種處理混合物中水溶性無(wú)機(jī)磷含量基本呈現(xiàn)先增后降趨勢(shì)。不添加蚯蚓糞處理(CK)混合物在培養(yǎng)期間水溶性無(wú)機(jī)磷含量為0~3.4 mg/kg,變幅較小,低于多數(shù)作物對(duì)水溶性磷需求的適宜水平。T1處理下混合物中水溶性無(wú)機(jī)磷含量為15.1~39.1 mg/kg,達(dá)到了絕大多數(shù)作物對(duì)水溶性磷需求的適宜水平,T1處理下混合物水溶性無(wú)機(jī)磷含量最大值出現(xiàn)在培養(yǎng)第6周。隨著蚯蚓糞添加比例的增加,混合物中水溶性無(wú)機(jī)磷含量明顯增加。T2、T3、T4處理下混合物中水溶性無(wú)機(jī)磷含量變幅分別為46.3~61.7、49.2~108.0、74.3~115.0 mg/kg,培養(yǎng)1~2周達(dá)到最大值,并且維持在較高水平。培養(yǎng)8~9周后混合物中水溶性無(wú)機(jī)磷含量雖然趨于平穩(wěn),但仍保留在較高水平,遠(yuǎn)超出一般作物對(duì)水溶性磷濃度要求的范圍。表1不同培養(yǎng)時(shí)間混合物中水溶性無(wú)機(jī)磷含量變化

      取樣時(shí)間水溶性無(wú)機(jī)磷含量(mg/kg)CKT1處理T2處理T3處理T4處理第1周0.00Aa23.4±1.4Aab50.7±1.10ABCabc49.2±0.00Aa74.3±0.3Aa第2周0.00Aa21.6±0.0Aab59.5±1.70CDde108.0±0.90Fg115.0±4.9Ce第3周0.00Aa18.3±1.4Aab61.7±0.30De88.3±0.90DEef90.3±3.0ABabc第4周0.00Aa23.8±0.3Aab56.5±0.80BCDcde90.1±1.20Eef86.3±0.3ABbcd第5周1.06±0.00Aab19.3±0.5Aab54.5±0.80ABCDbcd76.3±0.90BCc94.4±0.3ABCabc第6周1.43±0.00Aab39.1±28.5Ab48.3±1.11ABab85.6±2.30CDEde108.0±17.9BCde第7周3.44±0.28Ab20.1±2.2Aab59.3±0.80CDde93.6±2.00Ef105.0±4.2BCcde第8周2.37±3.36Aab15.8±1.1Aab51.9±7.90ABCDabc68.6±8.20Bb77.3±0.9Aa第9周 1.27±1.79Aab15.1±1.1Aa46.3±0.60Aa79.2±0.90CDcd76.4±3.9Aa注:同列數(shù)字后標(biāo)有不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01),標(biāo)有不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

      2.2混合物中水溶性全磷含量變化情況

      從表2可以看出,添加不同比例的蚯蚓糞處理與對(duì)照相比,水溶性全磷含量波動(dòng)較大。隨著蚯蚓糞添加比例的增加,水溶性全磷含量大幅提高,但波動(dòng)性增大。培養(yǎng)1周后,不添加蚯蚓糞的對(duì)照(CK)和T1處理的混合物中水溶性全磷含量減少,T2、T3、T4處理下水溶性全磷含量均極顯著增加。隨著添加蚯蚓糞比例的提高,混合物中水溶性全磷含量增加;隨著時(shí)間的推移,水溶性全磷含量逐漸趨于平穩(wěn),但仍保持在較高水平,如果進(jìn)入水體環(huán)境,水體磷元素富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)較大。

      2.3混合物中水溶性硝態(tài)氮含量的變化

      從表3可以看出,隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng),5種處理混合物中水溶性硝態(tài)氮含量呈增長(zhǎng)趨勢(shì),不添加蚯蚓糞(CK)處理混合物中水溶性硝態(tài)氮含量為14.5~26.9 mg/kg。T1處理下混合物中水溶性硝態(tài)氮含量范圍為37.7~77.6mg/kg,能較好地滿足多數(shù)作物生長(zhǎng)的需求。隨著蚯蚓糞添加比例的不斷增加,培養(yǎng)中后期混合物中水溶性硝態(tài)氮含量都出現(xiàn)了大幅度上升。蚯蚓糞添加過(guò)多會(huì)導(dǎo)致混合物硝態(tài)氮含量增加,對(duì)水環(huán)境可能造成徑流污染。

      2.4混合物中水溶性銨態(tài)氮含量的變化

      中水溶性銨態(tài)氮含量均呈波動(dòng)下降趨勢(shì),但變化范圍均不大。所有處理下混合物中水溶性銨態(tài)氮含量都在1.3 mg/kg以下。盡管蚯蚓糞本身含有一定濃度的銨態(tài)氮,但可能由于底土的吸附、固定作用,或是培養(yǎng)過(guò)程中微生物的生物固定、硝化作用等,導(dǎo)致混合物中水溶性銨態(tài)氮含量并未隨蚯蚓糞添加比例的提高而顯著增加。

      2.5混合物中水溶性全氮含量變化

      從表5可以看出,不添加蚯蚓糞(CK)和添加5%蚯蚓糞(T1)2個(gè)處理下混合物中水溶性全氮含量變化幅度相對(duì)較小。T2、T3、T4處理下混合物中水溶性全氮含量隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)基本上一直增加。隨著蚯蚓糞添加比例的提高,混合物中水溶性全氮含量提高,可以推測(cè)添加過(guò)高比例的蚯蚓糞存在一定的導(dǎo)致水體氮素富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。

      2.6混合物中水溶性TOC含量的變化

      從表6可以看出,隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng),不同處理下混合物中水溶性TOC含量呈“下降-上升”多次波動(dòng)變化趨勢(shì)。與對(duì)照相比,T1、T2、T3、T4處理下混合物中水溶性TOC含量均明顯降低,添加蚯蚓糞在一定程度上有助于減少混合物中水溶性總有機(jī)碳含量,有利于減少有機(jī)碳流失。隨著蚯蚓糞添加比例的增加,土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著增加的同時(shí),也有利于抑制有機(jī)碳的流失及其引起的環(huán)境污染負(fù)荷。

      3結(jié)論與討論

      蚯蚓糞含有豐富的高品質(zhì)有機(jī)質(zhì)、大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),添加蚯蚓糞既可以提高土壤綜合肥力,也可能引起高濃度電解質(zhì)對(duì)作物滲透脅迫程度加重。添加適量蚯蚓糞,不但能使混合物中水溶性養(yǎng)分含量處于作物生長(zhǎng)適宜水平,而且可以使水溶性養(yǎng)分含量在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到相對(duì)平衡狀態(tài)。添加適量蚯蚓糞并不會(huì)對(duì)混合物中水溶性氮、磷含量產(chǎn)生很大影響,同時(shí)可以避免水體污染,降低混合物中水溶性總有機(jī)碳的含量及碳素流失的風(fēng)險(xiǎn)。過(guò)量添加蚯蚓糞,能較大幅度地提高混合物中水溶性氮、磷含量,對(duì)水體環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)較大。表5不同培養(yǎng)時(shí)間混合物中水溶性全氮含量變化

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