黃容，高明，葉夏伊，汪文強(qiáng)，劉彬彬，劉江，代文才

(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715)

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萵筍-空心菜-萵筍種植模式下不同改良劑對(duì)退化土壤中植株養(yǎng)分利用的影響

黃容，高明*，葉夏伊，汪文強(qiáng)，劉彬彬，劉江，代文才

(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715)

摘要：在退化土壤中添加不同改良劑，通過(guò)萵筍-空心菜-萵筍的盆栽試驗(yàn)，對(duì)比分析了6種改良劑對(duì)蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分的影響，以期為評(píng)價(jià)改良劑對(duì)退化土壤中的植株養(yǎng)分的利用效果提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明，1)不同改良劑處理能有效提高蔬菜產(chǎn)量，其中化肥配施生物質(zhì)灰渣(NPKH)和化肥配施生物肥(NPKW)處理的蔬菜產(chǎn)量增幅最大。2)各處理較CK提高了蔬菜體內(nèi)NO3--N含量，本試驗(yàn)中萵筍的硝酸鹽含量符合GB/T15401規(guī)定，未對(duì)萵筍品質(zhì)產(chǎn)生不利影響；而化肥配施改良劑比單施化肥(NPK)有利于降低萵筍中NO3--N含量，以NPKW處理最佳，較NPK處理下降了7.8%～63.0%。與單施化肥相比，NPKH處理提高了蔬菜氨基酸含量，降低了硝酸鹽含量，提高了氮肥表觀利用率。3)NPKH處理的肥料農(nóng)學(xué)利用率較高，可以有效提高萵筍中全磷、全鉀含量，其中全鉀含量較CK顯著提高了43.4%～58.9%；NPKH和NPKW處理在空心菜種植期間，對(duì)氮肥、磷肥、鉀肥的農(nóng)學(xué)利用率較高，提高了空心菜對(duì)全氮、全磷、全鉀營(yíng)養(yǎng)元素的吸收量。研究表明化肥配施改良劑，特別是化肥配施生物質(zhì)灰渣或生物肥可以提高蔬菜養(yǎng)分利用率，增加產(chǎn)量的同時(shí)降低硝酸鹽的累積。

關(guān)鍵詞：改良劑；生物質(zhì)灰渣；退化土壤；作物養(yǎng)分

近年來(lái)，隨著社會(huì)工業(yè)化的快速發(fā)展，我國(guó)耕地面積不斷縮小，由于人類不合理的利用，加快了土壤退化，嚴(yán)重威脅了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，土壤酸化、貧瘠化、鹽漬化等均是土壤退化的表現(xiàn)[1-2]，土壤酸化作為土壤退化的重要表現(xiàn)之一，引起了人們的關(guān)注，眾多學(xué)者對(duì)不同地方的土壤酸化進(jìn)行了調(diào)查，一致認(rèn)為：土壤pH較第二次土壤普查結(jié)果都有不同程度的下降[3-5]。目前，隨著蔬菜產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，尤其是一些復(fù)種指數(shù)高的蔬菜種植地，土壤退化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，加上長(zhǎng)期大量的施用化肥[6]，造成土壤酸化，使得土壤理化性質(zhì)惡化，不利于為蔬菜作物的生長(zhǎng)發(fā)育供應(yīng)氮、磷、鉀等元素，嚴(yán)重威脅了作物產(chǎn)量和品質(zhì)[7]，蔡澤江等[8]18年的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)表明，長(zhǎng)期施用化肥，尤其是單施氮肥，土壤的pH值明顯降低，酸化土壤會(huì)抑制作物的生長(zhǎng)，減少蔬菜對(duì)氮素的吸收，導(dǎo)致氮肥的利用率降低，造成惡性循環(huán)[9]，氮肥的過(guò)量施用不僅會(huì)降低氮素利用率，作物產(chǎn)量下降，病蟲(chóng)害發(fā)生嚴(yán)重，也會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[10]。因此，提高肥料利用率，特別是氮肥利用率，可以有效緩解土壤酸化，改善退化土壤，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。對(duì)于退化土壤的改良劑已有大量研究，石灰是一種傳統(tǒng)的酸化土改良劑，但是長(zhǎng)期施用石灰會(huì)加強(qiáng)土壤復(fù)酸化程度，加快了酸化進(jìn)程[11]。趙慶雷等[12]研究表明有機(jī)肥和化肥配施促進(jìn)了土壤中磷素的活化，改善了磷素肥力水平。增施有機(jī)肥，雖能增強(qiáng)土壤保肥保水能力，起到改善退化土壤的目的，但是有機(jī)肥容易造成微生物和作物爭(zhēng)氮現(xiàn)象，不利于作物生長(zhǎng)[7]。生物改良劑可以有效緩解土壤酸化[13-14]，俞映倞等[9]研究表明，生物炭添加可以提高酸性土壤的pH值，對(duì)土壤氮素具有“削峰填谷”的調(diào)節(jié)功能，促進(jìn)氮素轉(zhuǎn)化吸收，提高作物產(chǎn)量。生物質(zhì)灰渣是農(nóng)業(yè)廢棄物包括秸稈等在高溫800～900 ℃下熱解形成的副產(chǎn)品，富含磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，呈堿性，具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)[15]，但現(xiàn)有的研究主要集中在對(duì)退化土壤理化性質(zhì)改良[16-19]，對(duì)改良劑添加條件下退化土壤中作物養(yǎng)分利用的研究并不多，尤其是連續(xù)多季種植的養(yǎng)分利用研究更少。本研究以退化黃壤為研究對(duì)象，通過(guò)萵筍-空心菜-萵筍的盆栽試驗(yàn)，對(duì)比分析幾種改良劑對(duì)蔬菜產(chǎn)量、氮素貯存形態(tài)、肥料利用率、養(yǎng)分利用情況等影響，從植株角度選取較優(yōu)的退化土壤改良劑。

1材料與方法

1.1供試材料

供試土壤為黃壤，采集地位于重慶市武隆縣仙女山(東經(jīng)107°13′-108°05′，北緯29°02′-29°40′)，均采集0～20 cm表層土壤。其基本理化性質(zhì)如下：pH=4.8(呈強(qiáng)酸性)，全氮1.72 g/kg，全磷1.49 g/kg，全鉀20.71 g/kg，土壤肥力不高。

供試改良劑為熟石灰、沸石、生物質(zhì)灰渣、生物有機(jī)肥、草炭。熟石灰為氫氧化鈣85%～90%，含水量≤0.20%，白度≥90%，細(xì)度(過(guò)0.05 mm篩)98%。沸石為乳白色無(wú)定型顆粒狀(0.45～0.85 mm)，顆粒度≥70.0%，可溶性鹽類≤1.5%，鈣離子交換能力≥15.0 mg/g。生物質(zhì)灰渣為鋸木灰(pH=12.8，全N 0.078%，P2O50.599%，K2O 2.489%)，于2013年4月在重慶生息節(jié)能公司采集，通過(guò)從工廠以及農(nóng)戶中收集的鋸木生物質(zhì)經(jīng)粉碎并篩分后，放入鍋爐中在800～900 ℃下焚燒，所產(chǎn)生的副產(chǎn)品即本試驗(yàn)所需的生物質(zhì)灰渣。生物有機(jī)肥(簡(jiǎn)稱生物肥)為善耕原生物有機(jī)肥，全N 2.44%，P2O53.74%，K2O 3.61%，有機(jī)碳11.85%。草炭為東北泥炭土，全N 1.458%，P2O50.312%，K2O 0.242%，腐殖酸 27.4%。

供試植株為萵筍(Lactucasativavar.angustana)和空心菜(Ipomoeaaquatica)。供試肥料氮肥為含N 46%的市售商品尿素，磷肥為含P2O512%的過(guò)磷酸鈣，鉀肥為含K2O 60%的市售商品氯化鉀。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖1　盆栽試驗(yàn)裝置Fig.1　Pot experiment apparatus

盆栽試驗(yàn)于2014年4月開(kāi)始，4-5月種植萵筍，6-8月種植空心菜，9-10月種植萵筍。試驗(yàn)用白瓷盆缽分上下兩部分，上部分高22 cm、直徑20 cm，用于裝土種植植株，下部分高10 cm、直徑20 cm，用于承接從上部分滲漏下來(lái)的水(圖1)，每盆裝風(fēng)干土(過(guò)2 mm篩)4 kg，試驗(yàn)設(shè)7個(gè)處理，連續(xù)種植三季植株，在每季作物收獲后，每個(gè)處理隨機(jī)取3個(gè)進(jìn)行植株樣分析，每個(gè)處理重復(fù)9次，共63盆：1)CK(無(wú)肥)，不施任何肥和改良劑；2)單施化肥(NPK)；3)化肥與2 g/kg 熟石灰配合施用(NPKS)；4)化肥與2 g/kg 熟石灰、5 g/kg 沸石配合施用(NPKSF)；5)化肥與50 g/kg 生物質(zhì)灰渣配合施用(NPKH)；6)化肥與2 g/kg生物肥配合施用(NPKW)；7)化肥與2 g/kg 草炭配合施用(NPKC)[20-21]。各改良劑在裝盆時(shí)一次性施入，與土樣一起充分混勻，每個(gè)處理中除CK外所施入化學(xué)肥料的氮磷鉀含量均保持一致。試驗(yàn)施肥標(biāo)準(zhǔn)：萵筍氮肥按N 0.15 g/kg，磷肥按P2O50.075 g/kg，鉀肥按K2O 0.075 g/kg；空心菜氮肥按N 0.10 g/kg，磷肥按P2O50.04 g/kg，鉀肥按K2O 0.08 g/kg。

移栽2葉1心的萵筍苗2株于盆缽中，在萵筍移栽第10天后，除CK外，施入全部磷肥和鉀肥，氮肥施入總量的40%，施肥后的第7天追施剩余的60%氮肥。萵筍生長(zhǎng)過(guò)程中，按田間持水量60%定時(shí)定量澆水，防治病蟲(chóng)害，在萵筍生長(zhǎng)45 d后收獲，測(cè)定萵筍的產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分含量。

在萵筍收獲后，移栽形態(tài)和長(zhǎng)勢(shì)基本一致的空心苗5株于盆缽中，在空心菜移栽第10天后，除CK處理外，施入全部氮肥、磷肥和鉀肥?？招牟松L(zhǎng)過(guò)程中，及時(shí)澆水，防治病蟲(chóng)害，在空心菜生長(zhǎng)30 d后收獲第1茬，測(cè)定空心菜的產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分含量；在第1茬收獲7 d后，除CK外施入全部氮肥、磷肥和鉀肥，按田間持水量75%定時(shí)定量澆水，按常規(guī)作物栽培管理方式管理，于成熟期收獲第2茬，測(cè)定空心菜產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分含量。

空心菜收獲后，待盆缽中的水分瀝干后，同樣移栽2葉1心的萵筍苗2株于盆缽中，施肥方式及管理同于第1季萵筍，在萵筍生長(zhǎng)45 d后收獲，測(cè)定萵筍的產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分含量。

1.3測(cè)定方法

植株全N：采用H2SO4—H2O2消煮，蒸餾水滴定測(cè)定；植株全P：采用H2SO4—H2O2消煮，釩鉬黃比色法測(cè)定；植株全K：采用H2SO4—H2O2消煮，火焰光度計(jì)法測(cè)定；植株游離氨基酸和硝酸鹽含量分別采用水合茚三酮溶液顯色法，紫外分光光度法測(cè)定。土壤pH值采用1 mol/L KCl浸提(水土比為1∶1)，電位法測(cè)定。

具體測(cè)定步驟參見(jiàn)《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[22]和《土壤農(nóng)化分析與環(huán)境監(jiān)測(cè)》[23]。

以上比色法所用儀器為TU-1901雙光束紫外可見(jiàn)光光度計(jì)和721-P可見(jiàn)分光光度計(jì)。

1.4數(shù)據(jù)處理及分析

蔬菜肥料利用率的計(jì)算[24]：

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2003、SPSS 18.0等統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析(LSD法)。

2結(jié)果與分析

圖2　不同改良劑處理對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響Fig.2　Effects of different amendments on vegetable production　　　不同字母表示同一季度下各處理間在5%水平差異顯著。Different letters in the same crop season mean significant differences at 5% level between the groups.

圖3　不同改良劑對(duì)萵筍氨基酸及硝酸鹽含量的影響Fig.3　Effects of different amendments on amino acid contents and nitrate contents of lettuce

圖4　不同改良劑對(duì)空心菜氨基酸及硝酸鹽含量的影響Fig.4　Effects of different amendments on amino acid contents and nitrate contents of water spinach

2.1不同改良劑處理對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響

從圖2可以看出，與對(duì)照CK相比，各處理能有效提高蔬菜產(chǎn)量，其中化肥配施生物質(zhì)灰渣(NPKH)處理的蔬菜產(chǎn)量的增幅最大，每一季產(chǎn)量分別較CK顯著增加了170，136，98和170 g/株，同時(shí)較單施化肥(NPK)處理增加了62.5%，522.7%，405.0%，100.0%。經(jīng)過(guò)空心菜輪作后，對(duì)比前后兩季萵筍產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，第2季產(chǎn)量較第1季均下降，NPKH和NPKW處理的下降幅度最小，僅10 g/株，而單施化肥(NPK)處理的下降幅度達(dá)到了40 g/株，可見(jiàn)化肥配施生物質(zhì)灰渣(NPKH)處理，經(jīng)過(guò)萵筍-空心菜-萵筍輪作之后，依然能夠保持該處理最初的產(chǎn)量水平，較NPK處理產(chǎn)量高出近一倍。在空心菜種植期間，各處理的產(chǎn)量較CK均提高了，其中在第2茬空心菜收獲后，NPKW處理的產(chǎn)量達(dá)到了234 g/株，較CK顯著提高了231 g/株。

2.2不同改良劑處理對(duì)蔬菜氮貯存形態(tài)的影響

2.2.1萵筍氮貯存形態(tài)植株體內(nèi)的氨基酸和硝酸鹽含量是氮素的主要貯存形態(tài)。如圖3所示，兩季萵筍的氨基酸含量變化趨勢(shì)基本一致，與對(duì)照CK相比，除化肥配施生物肥的NPKW處理的萵筍氨基酸含量降低了16.1%～18.6%外，其他處理的萵筍氨基酸含量均增加，其中NPKH處理增幅最大，比對(duì)照CK增加了92.8%～114.5%。對(duì)比前后兩季發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)輪種后，第2季萵筍的氨基酸含量較第1季均有下降，其中單施化肥的NPK處理的氨基酸含量下降幅度最大，較第1季下降了33.6%，而NPKH、NPKSF、NPKC處理的前后兩季萵筍的氨基酸含量基本不變。從圖3還可以看出，各處理的萵筍硝酸鹽(NO3--N)含量較CK均提高，且前后兩季的萵筍NO3--N含量變化趨勢(shì)也基本一致，大小表現(xiàn)為NPK>NPKC>NPKS>NPKH>NPKSF>NPKW>CK，其中NPKW處理的NO3--N增加幅度最小，比CK增加了33.51%，而單施化肥NPK比CK增加了260.1%，可見(jiàn)化肥配施改良劑比單施化肥有利于降低萵筍中NO3--N含量，以NPKW處理最佳，其次為NPKSF處理。

2.2.2空心菜氮貯存形態(tài)在空心菜種植期間，各試驗(yàn)處理的氨基酸含量差異較大。如圖4所示，化肥配施生物質(zhì)灰渣的NPKH處理較其他處理能顯著提高氨基酸的含量，較對(duì)照CK增加了55.6%～147.1%，而連續(xù)種植兩茬空心菜使NPKS、NPKSF、NPKW、NPKC處理的氨基酸含量下降?？招牟藢贉\根系蔬菜，對(duì)水肥依賴性很高，容易富集硝酸鹽，使其含量相對(duì)偏高，因此空心菜體內(nèi)的硝酸鹽含量普遍高于萵筍。與CK相比，各處理的空心菜硝酸鹽(NO3--N)含量均增加，且前后兩茬的NO3--N含量變化趨勢(shì)一致，同時(shí)第2茬的NO3--N含量均高于第1茬；與單施化肥NPK處理相比，化肥配施改良劑處理能降低空心菜中的NO3--N含量，以NPKSF處理最佳。

2.3不同改良劑處理對(duì)蔬菜全氮、全磷和全鉀養(yǎng)分的影響

2.3.1萵筍全氮、全磷和全鉀養(yǎng)分不同改良劑對(duì)蔬菜養(yǎng)分含量的影響存在差異。從表1可以看出，在種植萵筍期間，兩季萵筍的全氮、全磷、全鉀含量變化趨勢(shì)相似。與對(duì)照CK相比，NPK、NPKS和NPKSF處理的萵筍全氮含量分別提高了53.1%～55.5%，34.9%～38.7%和34.0%～41.2%，而NPKH、NPKW和NPKC處理全氮含量較CK顯著下降了9.0%～19.1%，32.5%～41.9%和3.5%～10.2%。對(duì)比前后兩季的萵筍全氮含量，經(jīng)輪作后的第2季萵筍全氮含量增加幅度高于第1季，可見(jiàn)輪作有助于提高萵筍的全氮含量。

各處理萵筍全磷含量均不同程度的提高，其中NPK、NPKSF、NPKH和NPKW處理顯著高于對(duì)照CK，且NPKH和NPKW處理較其他處理的高，增幅分別為348.7%～485.1%，933.7%～1565.9%，1383.4%～2076.5%，1742.5%～2519.1%。從表1還可以看出，NPKSF、NPKH、NPKW和NPKC處理的萵筍全鉀含量與對(duì)照CK存在顯著差異，除NPKH處理的全鉀含量顯著提高了43.4%～58.9%外，其他處理較對(duì)照CK均有不同程度的下降，而NPK和NPKS處理與對(duì)照CK無(wú)顯著差異?？梢?jiàn)，化肥配施生物質(zhì)灰渣可以顯著提高萵筍全磷、全鉀的含量。

表1　不同改良劑對(duì)萵筍養(yǎng)分含量的影響Table 1　Effects of different amendments on nutrient contents of lettuce 　g/kg

數(shù)據(jù)以干基計(jì)算。同列不同字母表示各處理間在5%水平差異顯著。下同。The dates are calculated by dry weight. Different letters in the same column mean significant differences at 5% level between the groups. The same below.

2.3.2空心菜全氮、全磷和全鉀養(yǎng)分空心菜喜較高的空氣濕度、濕潤(rùn)的土壤及充足光照。因其喜肥喜水，以比較黏重、保水保肥力強(qiáng)的土壤為好?？招牟说娜~梢大量而迅速地生長(zhǎng)，需肥量大，耐肥力強(qiáng)，對(duì)氮肥的需要量特大。從表2可以看出，與對(duì)照CK相比，NPKS、NPKSF、NPKH、NPKW和NPKC處理的空心菜全氮含量均不同程度增加，增幅為28.5%～50.9%，6.5%～37.9%，25.3%～43.4%，15.4%～50.3%，23.4%～55.7%，且第2茬全氮含量的增幅明顯高于第1茬。對(duì)全磷而言，NPKH和NPKW處理較CK提高了50.0%～77.4%和10.1%～11.1%；各處理的空心菜全鉀含量較對(duì)照CK顯著增加了63.8%～150.7%，30.3%～192.5%，9.9%～155.5%，62.9%～630.4%，43.6%～223.1%，26.2%～313.7%，且第2茬全鉀含量的增幅明顯低于第1茬。總體上，NPKH處理的空心菜全氮、全磷、全鉀的含量較高，其次為NPKW處理。

2.4不同改良劑處理下的肥料利用率

2.4.1肥料農(nóng)學(xué)利用率從表3可以看出，不同改良劑處理的肥料農(nóng)學(xué)利用率存在差異。在種植萵筍期間，各處理對(duì)鉀肥的農(nóng)學(xué)利用率低于氮肥和磷肥，其中NPKH處理對(duì)氮肥、磷肥、鉀肥的農(nóng)學(xué)利用率均最高，分別較NPK處理提高了142.8%～240.4%，142.9%～240.0%，111.1%～240.0%，其次為NPKC處理；而NPKW處理的氮肥、磷肥、鉀肥的農(nóng)學(xué)利用率最低，比單施化肥即NPK處理分別降低了19.9%～57.2%，20.0%～57.1%，20.0%～44.4%。從表3還可以看出，在空心菜種植期間，與NPK處理相比，除NPKS、NPKC處理的第1茬空心菜，NPKSF處理的第2茬空心菜對(duì)氮肥、磷肥、鉀肥的農(nóng)學(xué)利用率下降外，其他處理的均提高，其中NPKH和NPKW處理的氮肥、磷肥、鉀肥的農(nóng)學(xué)利用率較高，NPKH處理較單施化肥即NPK處理分別提高了447.0%～546.6%，475.5%～548.0%，402.6%～547.4%，NPKW處理分別提高了75.9%～1260.1%，76.3%～1256.6%，76.1%～1084.6%?？傮w上，化肥配施生物質(zhì)灰渣可以有效地提高氮肥、磷肥和鉀肥的農(nóng)學(xué)利用率。

表2　不同改良劑對(duì)空心菜養(yǎng)分含量的影響Table 2　Effects of different amendments on nutrient contents of water spinach 　g/kg

表3　不同改良劑處理的肥料農(nóng)學(xué)利用率Table 3　Agronomic fertilizer utilization efficiency of plants in different amendments 　kg/kg

2.4.2氮肥表觀利用率通過(guò)計(jì)算各處理的氮肥表觀利用率(表4)發(fā)現(xiàn)，在種植萵筍期間，各處理的第1季萵筍對(duì)氮肥表觀利用率表現(xiàn)為NPK>NPKS>NPKH>NPKC>NPKSF>MPKW，其中NPK處理的氮肥表觀利用率最高，達(dá)到了6.24%，但單施化肥處理所吸收的氮素并未轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量(即產(chǎn)量不高)，而是累積在萵筍葉片中，導(dǎo)致了單施化肥處理的硝酸鹽含量高。隨著種植時(shí)間的增加，與第1季萵筍相比，NPKSF、NPKH、NPKW和NPKC處理的第2季萵筍對(duì)氮肥表觀利用率分別增加了1.51%，0.85%，0.97%和0.03%，而NPK處理的氮肥表觀利用率下降幅度最大，下降了1.76%，可見(jiàn)長(zhǎng)期施用化肥會(huì)影響萵筍對(duì)氮的利用。從表4可以看出，在第1茬空心菜種植收獲后，NPKH處理的氮肥表觀利用率最大，比NPK處理增加了14.25%，其次為NPKW處理，而NPKC處理的氮肥表觀利用率最低，比NPK處理減少了0.49%；在第2茬空心菜收獲后，NPKW處理的氮肥表觀利用率最大，達(dá)到了25.51%，這時(shí)由于生物肥含有多種的微生物菌群，固氮、解磷和解鉀能力較強(qiáng)，促進(jìn)了空心菜對(duì)氮肥的表觀利用率，但NPKW處理的蔬菜產(chǎn)量并不高，導(dǎo)致其硝酸鹽含量較高。

2.5不同改良劑處理下的土壤pH值

盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明(表5)，不同改良劑可以有效提高土壤pH值，但隨著種植時(shí)間的增加，pH值呈下降趨勢(shì)。在同一季度下，各處理對(duì)土壤pH值的影響表現(xiàn)為NPKH>NPKSF>NPKS>NPKW>NPKC>CK>NPK，可見(jiàn)化肥配施改良劑處理的土壤pH值均高于對(duì)照CK和單施化肥NPK處理。從表5可以看出，與原始土樣(pH=4.8)相比，CK和NPK處理的pH值均下降，NPK處理的土壤pH值較對(duì)照CK下降了0.1～0.2，可見(jiàn)長(zhǎng)時(shí)間施用化肥降低了土壤pH值，提高土壤酸性。

3討論

菜地土壤由于復(fù)種指數(shù)高，長(zhǎng)期大量的施用化肥，特別是氮肥，引發(fā)了一系列土壤環(huán)境問(wèn)題[6,25-26]，以土壤酸化最為突出，在20世紀(jì)80年代，氮肥的施用引發(fā)的土壤酸化已經(jīng)得到肯定。土壤酸性越強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞，土壤板結(jié)，物理性變差，抗逆能力下降，嚴(yán)重影響作物生長(zhǎng)，土壤改良劑是修復(fù)酸化土壤的有效措施之一，試驗(yàn)中不同改良劑處理的土壤pH值較原土(pH=4.8)均有所提高(表5)，化肥配施改良劑處理的土壤pH值比單施化肥和對(duì)照CK高，生物質(zhì)灰渣呈強(qiáng)堿性，富含磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，其在與化肥混合施用之后即NPKH處理的土壤pH值提高了1.99～2.92個(gè)單位，大大提高了萵筍和空心菜的產(chǎn)量，而且隨著種植時(shí)間的增加，NPKH處理的蔬菜產(chǎn)量仍保持較高的水平，說(shuō)明化肥配施生物質(zhì)灰渣可以更加長(zhǎng)效的促進(jìn)蔬菜增產(chǎn)。大量研究表明[20,27]，石灰施入土壤后，可以發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，使土壤pH值上升，本試驗(yàn)中化肥配施熟石灰NPKS和化肥配施熟石灰與沸石的NPKSF處理的土壤pH值分別提高了0.44～0.90和0.61～1.07個(gè)單位，因此這兩個(gè)處理下的蔬菜產(chǎn)量也得到了提高，但是隨著種植時(shí)間的增加，土壤中的熟石灰被消耗，改良效果下降，土壤易板結(jié)，因此在試驗(yàn)后期，植株產(chǎn)量均明顯下降。生物肥增產(chǎn)的原因很可能與其富含的腐殖酸有關(guān)，腐殖酸結(jié)構(gòu)中存在羧基和酚羧基含氧的活性官能團(tuán)，提高了土壤中多種營(yíng)養(yǎng)元素的有效性，有利于作物營(yíng)養(yǎng)平衡；腐殖酸結(jié)構(gòu)中多元酚的存在能加強(qiáng)作物呼吸作用，增強(qiáng)蔬菜體內(nèi)的氧化酶活性，使蔬菜生長(zhǎng)加快，產(chǎn)量提高[28]，李杰等[29]研究也表明，化肥配施生物肥在不影響花椰菜(Brassicaoleraceavar.botrytis)產(chǎn)量的同時(shí)，還能夠顯著改善作物品質(zhì)，提高肥料利用率，本試驗(yàn)研究結(jié)果與此類似。

表4　不同改良劑處理的氮肥表觀利用率Table 4　Apparent nitrogen recovery efficiency of plants in different amendments 　%

表5　不同改良劑處理的土壤pHTable 5　The soil pH after the experiment in treatments applied with urea

通過(guò)計(jì)算肥料農(nóng)學(xué)利用率發(fā)現(xiàn)(表3)，在萵筍種植期間，化肥配施生物質(zhì)灰渣的NPKH處理的肥料包括氮肥、磷肥、鉀肥的農(nóng)學(xué)利用率均明顯高于其他改良劑處理。有研究表明[30]，土壤pH值的提高可以有效降低酸性土壤對(duì)磷的吸持能力，增加土壤中磷酸鹽的溶解度。本試驗(yàn)的土壤呈強(qiáng)酸性，而生物質(zhì)灰渣屬?gòu)?qiáng)堿性，施入土壤后不僅提高了土壤pH，而且生物質(zhì)灰渣富含磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，除了磷、鉀肥供應(yīng)萵筍磷、鉀元素之外，生物質(zhì)灰渣中磷、鉀亦可以補(bǔ)充土壤速效 P、K養(yǎng)分。李晶等[15]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)灰渣與化肥配施可以增加土壤中有效養(yǎng)分，特別是有效磷和速效鉀的含量，從而顯著提高了葉片中P、K含量。陳龍等[18]在對(duì)生物質(zhì)灰渣與化肥配施對(duì)土壤性質(zhì)及油菜生長(zhǎng)的影響研究表明，生物質(zhì)灰渣配施化肥可以提高油菜(Brassicanapus)植株吸收鉀的能力，油菜全鉀含量最大增幅達(dá)44.43%。因此，本研究中NPKH處理的萵筍磷、鉀含量明顯高于其他處理。

空心菜具有喜肥喜水的特征，在保水保肥能力強(qiáng)的土壤中生長(zhǎng)較好。試驗(yàn)中NPKH處理的生物質(zhì)灰渣比表面積大，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，表面大量的Si-O-Si鍵與水作用后，使顆粒表面產(chǎn)生大量的羥基而顯示出親水性，這種高的水分滲透性提高了生物質(zhì)灰渣的持水性能，使之在調(diào)整土壤結(jié)構(gòu)，提高保水保肥性能方面有重要的作用[31]，同時(shí)，NPKH處理的肥料農(nóng)學(xué)利用率相對(duì)較高，因此化肥配施生物質(zhì)灰渣不僅可以增強(qiáng)植株氮肥、磷肥及鉀肥的農(nóng)學(xué)利用率，且生物質(zhì)灰渣中的營(yíng)養(yǎng)元素除了供給植物生長(zhǎng)的大量營(yíng)養(yǎng)元素外，還具有較強(qiáng)的保水保肥性能，為空心菜的生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的環(huán)境。在第2茬空心菜種植期間，NPKW處理的肥料農(nóng)學(xué)利用率達(dá)到了175.0～444.2 kg/kg，同時(shí)生物肥含有多種微生物菌群，固氮、解磷和解鉀能力較強(qiáng)，能夠改善根系營(yíng)養(yǎng)，此外生物肥中亦含有豐富的微生物肥料[29,32]，不僅改善了空心菜對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的需求，還能夠促進(jìn)大量元素的平衡吸收，促進(jìn)空心菜營(yíng)養(yǎng)更加協(xié)調(diào)。

氨基酸和硝酸鹽是植株體內(nèi)氮素的主要貯存形態(tài)，蔬菜尤其是葉類蔬菜是一類極易富集硝酸鹽(NO3--N)的作物，人體攝取的硝酸鹽中81.2%來(lái)自蔬菜[9]，近年來(lái)，由于蔬菜體內(nèi)硝酸鹽的含量過(guò)高會(huì)直接影響人們的身體健康而被越來(lái)越多的人視為一個(gè)重要的品質(zhì)指標(biāo)。本試驗(yàn)中，在旱地栽培下，萵筍吸收的氮素以硝態(tài)氮為主，化肥配施改良劑促進(jìn)了萵筍對(duì)養(yǎng)分的吸收，產(chǎn)量顯著提高(圖2)，其對(duì)硝酸鹽的吸收也快速增加，當(dāng)硝酸鹽的吸收大于還原轉(zhuǎn)化時(shí)，導(dǎo)致萵筍硝酸鹽含量提高。但是，參比我國(guó)蔬菜的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(無(wú)公害葉菜硝酸鹽含量≤2000 mg/kg，GB/T15401)，本試驗(yàn)中萵筍的硝酸鹽含量在76.7～297.2 mg/kg，符合GB/T15401規(guī)定，不會(huì)對(duì)萵筍品質(zhì)產(chǎn)生不利影響?？招牟藢贉\根系蔬菜，對(duì)水肥依賴性很高，容易富集硝酸鹽，使其含量相對(duì)偏高[33]，因此空心菜體內(nèi)的硝酸鹽含量普遍高于萵筍。

通過(guò)計(jì)算各處理的氮肥表觀利用率，萵筍種植期間的單施化肥即NPK處理的氮肥表觀利用率較高，但其硝酸鹽含量也相對(duì)高(圖3)，且隨著種植時(shí)間的增加，氮肥表觀利用率下降，說(shuō)明NPK處理下蔬菜吸收的氮素并未轉(zhuǎn)化成產(chǎn)量，而是累積在蔬菜體內(nèi)，因此在單施化肥的情況下，在增加蔬菜產(chǎn)量的同時(shí)，也相應(yīng)提高了硝酸鹽含量，且長(zhǎng)期單施化肥降低了氮肥的利用率。在整個(gè)盆栽試驗(yàn)過(guò)程中，化肥配施生物質(zhì)灰渣NPKH處理的氮肥利用率相對(duì)較高，但與單施化肥相比，NPKH處理降低了植株的硝酸鹽含量，提高了氨基酸含量，一方面由于生物質(zhì)灰渣中富含磷，磷對(duì)作物氮的代謝有重要的作用，可以促進(jìn)蔬菜對(duì)硝態(tài)氮的吸收和還原[34]；另一方面是因?yàn)樯镔|(zhì)灰渣促進(jìn)了植株體內(nèi)硝態(tài)氮向銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，同時(shí)也與土壤環(huán)境pH的變化具有一定的關(guān)聯(lián)性，俞映倞等[9]報(bào)告也證實(shí)了這點(diǎn)。

4結(jié)論

不同改良劑處理能有效提高作物產(chǎn)量，其中NPKH和NPKW處理的蔬菜產(chǎn)量增幅最大。各處理較CK提高了蔬菜體內(nèi)NO3--N含量，本試驗(yàn)中萵筍的硝酸鹽含量符合GB/T15401規(guī)定，不會(huì)對(duì)萵筍品質(zhì)產(chǎn)生不利影響；而化肥配施改良劑比單施化肥有利于降低植株中NO3--N含量，以NPKW處理最佳，較NPK處理下降了7.8%～63.0%。NPKH處理的氮肥表觀利用率較高，提高了作物氨基酸和降低硝酸鹽含量。

NPK、NPKS和NPKSF處理的萵筍全氮含量顯著提高，經(jīng)輪作后的第2季萵筍全氮含量增加幅度高于第1季；NPKH和NPKW處理較其他處理可以顯著提高磷肥農(nóng)學(xué)利用率，增加萵筍全磷含量；除NPKH處理的萵筍全鉀含量顯著提高了43.4%～58.9%外，其他處理較對(duì)照CK均有不同程度的下降。NPKH處理和NPKW處理在空心菜種植期間，對(duì)氮肥、磷肥、鉀肥的農(nóng)學(xué)利用率較高，增強(qiáng)了空心菜對(duì)全氮、全磷、全鉀營(yíng)養(yǎng)元素的貯存能力。

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DOI：10.11686/cyxb2015441

*收稿日期：2015-09-14；改回日期：2015-11-23

基金項(xiàng)目：國(guó)家十二五科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD14B18)和大學(xué)生科技創(chuàng)新“光炯”培育項(xiàng)目(20140101)資助。

作者簡(jiǎn)介：黃容(1989-)，女，福建福州人，在讀博士。E-mail：277840241@qq.com *通信作者Corresponding author. E-mail: gaoming@swu.edu.cn

* 1Effects of fertilizer and soil additives on plant nutrient utilization in a degraded soil

HUANG Rong, GAO Ming*, YE Xia-Yi, WANG Wen-Qiang, LIU Bin-Bin, LIU Jiang, DAI Wen-Cai

CollegeofResourceandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China

Abstract:The objective for this study was to provide a scientific basis for evaluating the effects of different amelioration methods on plant nutrient utilization in degraded soil by analyzing their influence on yield, quality and nutrient content of vegetables. Seven amelioration treatments were assessed across four different vegetables including lettuce and water spinach. Compared with the control (CK), amelioration treatments improved the yield of vegetables, especially NPKH (N-P-K fertilizer+biomass ash) and NPKW (N-P-K fertilizer+biological fertilizer). Amelioration treatments increased the nitrate (NO3--N) content of vegetables compared with CK. The nitrate content of lettuce complied with Regulation GB/T15401, suggesting it did not reduce the quality of lettuce. Nitrate contents under the fertilizer plus amendment treatments were lower than those under the fertilizer (NPK) only treatments; nitrate content for the NPKW treatment was 7.8%-63.0% lower than NPK treatments. The NPKH treatment increased amino acid content, reduced nitrate content and improved apparent N recovery rate of N fertilizer. NPKH also markedly improved P and K contents in lettuce. However, compared with the CK, the K content of lettuce under NPKH was reduced by 43.4%-58.9%. The fertilizer utilization efficiency under NPKH and NPKW was higher than other treatments in water spinach, increasing the N, P, K content of water spinach under these treatments. This research indicates that fertilizer application with amendments can maintain high vegetable crop yields and stimulate N uptake and transformation by the crop.

Key words:modifier; biomass ash; degraded soil; crop nutrient

http://cyxb.lzu.edu.cn

黃容, 高明, 葉夏伊, 汪文強(qiáng), 劉彬彬, 劉江, 代文才. 萵筍-空心菜-萵筍種植模式下不同改良劑對(duì)退化土壤中植株養(yǎng)分利用的影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 25(7): 148-157.

HUANG Rong, GAO Ming, YE Xia-Yi, WANG Wen-Qiang, LIU Bin-Bin, LIU Jiang, DAI Wen-Cai. Effects of fertilizer and soil additives on plant nutrient utilization in a degraded soil. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(7): 148-157.