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農(nóng)業(yè)面源污染作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的負(fù)面伴隨  產(chǎn)物,對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的桎梏性日益凸顯,因不  合理使用化肥所帶來(lái)的養(yǎng)分流失已成為現(xiàn)階段中國(guó)  農(nóng)業(yè)面源污染的主要來(lái)源之一(1。在國(guó)家開(kāi)展《果  菜茶有機(jī)肥替代化肥行動(dòng)方案》的背景下,如何科學(xué)推進(jìn)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄資源循環(huán)利用與減少化肥

農(nóng)田投入相耦合,轉(zhuǎn)變目前以透支農(nóng)業(yè)環(huán)境為代價(jià)  的化肥投入方式已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所  在。紅泥膜沼氣池沼渣是農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物厭氧發(fā)酵能源化的殘留  物,富含有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)和多種營(yíng)養(yǎng)元素,滿(mǎn)足農(nóng)作  物生長(zhǎng)對(duì)肥料速緩兼?zhèn)涞男枨?。紅泥膜沼氣池沼渣多以基肥施  用,研究表明紅泥膜沼氣池沼渣能改善土壤的理化性狀,提高土壤

的通透性,增加土壤有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)元素的含量,使蘋(píng)  果的果形指數(shù)增大0.2~0.4,可溶性固形物含量增  加4%-6%2-3。然而也有研究指出雖然根施沼  渣有利于蘋(píng)果樹(shù)的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng),但對(duì)果樹(shù)生殖生長(zhǎng)和  果形指數(shù)的影響均不明顯4。因此,本研究以蘋(píng)果  樹(shù)為試材,研究紅泥膜沼氣池沼渣替代不同比例的化肥對(duì)蘋(píng)果樹(shù)  生長(zhǎng)、土壤質(zhì)地和果實(shí)產(chǎn)量與品質(zhì)的影響,以期集成  可推廣、可持續(xù)的紅泥膜沼氣池沼渣肥替代化肥農(nóng)田應(yīng)用技術(shù)。1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

試驗(yàn)日期于2016年11月-2017年10月。試驗(yàn)地點(diǎn)為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院果園基地。試驗(yàn)地土壤為棕壤,其堿解氮、速效磷、速效鉀分別為171.1mg·kg-,157.76mgkg-,243.46mgkg有機(jī)質(zhì)含量為1.24%,pH值為5.02。實(shí)驗(yàn)所用的紅泥膜沼氣池沼渣為山東某厭氧發(fā)酵工程產(chǎn)生的紅泥膜沼氣池沼渣,其全氮、全磷、全鉀含量分別為24.1gkg2,5.9gkg和62g·kg

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),每個(gè)處理重復(fù)3  次,共6個(gè)處理:處理1:CK(無(wú)任何肥料施用);處10理2:100%HF(純化肥);處理3:40%ZF+60%H(40%紅泥膜沼氣池沼渣與60%化肥配施);處理4:60%zF

40%HF(60%紅泥膜沼氣池沼渣與40%化肥配施);處理5:80%ZF+20%HF(80%紅泥膜沼氣池沼渣與20%化肥配施);處理6:100%ZF(純紅泥膜沼氣池沼渣)。實(shí)驗(yàn)材料為生長(zhǎng)正常、長(zhǎng)勢(shì)相近的10年生紅富士蘋(píng)果樹(shù)( Malus x domesticaBorkh.),株行距3m×3m,地徑21cm,株高2.3  m。果樹(shù)目標(biāo)產(chǎn)量為300kg667m-2;肥料施入量:  N為30kg667m2,P2O3為35.87kg:667m-2,K2O  為25.74kg·667m2。肥料共分4次施入,分別為基  肥(2016年11月)、萌芽肥(2017年3月26號(hào))、新  梢速長(zhǎng)肥(2017年5月20號(hào))、果實(shí)速長(zhǎng)肥(2017  年7月25號(hào))。紅泥膜沼氣池沼渣用量以氮含量進(jìn)行折算,所缺  磷、鉀養(yǎng)分用化肥補(bǔ)齊。基肥和追肥情況見(jiàn)表11.3樣品采集與測(cè)定方法  分別于蘋(píng)果樹(shù)的花期、幼果期、果實(shí)膨大期、成  熟期采集南部外圍成熟葉片和0~20cm深度土壤  用來(lái)進(jìn)行葉片養(yǎng)分、土壤理化性狀分析;于果實(shí)成熟

期進(jìn)行果實(shí)產(chǎn)量測(cè)定和品質(zhì)分析。葉片全氮、全磷和全鉀含量的測(cè)定分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度法;葉片葉綠素含量測(cè)定采用蒽酮提取法;土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量的測(cè)定分別采用堿解擴(kuò)散法、鉬銻抗比色法、火焰光度法和重鉻酸鉀外加熱法;土壤微生物總量

(細(xì)菌+真菌+放線(xiàn)菌)測(cè)定采用平板擴(kuò)散法。果實(shí)中可溶性糖含量測(cè)定采用手持折光儀法,果實(shí)VC含量測(cè)定采用2,6二氯靛酚滴定法,果實(shí)總酸含量測(cè)定采用氫氧化鈉滴定法,果實(shí)硬度采用硬度計(jì)法

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Excl2016和SPss進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行處理間差異性比較。

2結(jié)果與分析

2.1紅泥膜沼氣池沼渣替代化肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

由表5可知,花期和幼果期以及果實(shí)膨大期和成熟期土壤有機(jī)質(zhì)變化趨勢(shì)相似。與對(duì)照相比,雖  然各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量均有增加,但方差分析表明,100%HF處理土壤有機(jī)質(zhì)含量增加不顯著。土壤有機(jī)質(zhì)含量的最大值均出現(xiàn)在100%ZF處理,分別在花期、幼果期、果實(shí)膨大期和成熟期比對(duì)照增加了60.16%,84.17%,125.69%和104.67%。從蘋(píng)果樹(shù)生育期看,CK和100%HF處理土壤有機(jī)質(zhì)含  量隨果樹(shù)生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)而逐漸下降,不同紅泥膜沼氣池沼渣處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量從花期至果實(shí)膨大期逐漸增加,果實(shí)成熟期略有降低

2.2紅泥膜沼氣池沼渣替代化肥對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響

紅泥膜沼氣池沼渣替代化肥對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響如圖  1~圖3所示。在蘋(píng)果樹(shù)的花期,土壤堿解氮、速效  磷和速效鉀的含量均以100%HF處理最高,其次為40%ZF+60%HF.60%ZF+40%HF,80%ZF+20%HF,100%ZF,CK。與紅泥膜沼氣池沼渣處理相比,100%HF處理  土壤速效養(yǎng)分含量下降幅度較大,從蘋(píng)果樹(shù)的花期至果實(shí)成熟期,堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別下降了48.59%,60.90%和43.82%。

2.3紅泥膜沼氣池沼渣替代化肥對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

由表6可知,CK和100%HF處理土壤微生物

總量的最低值出現(xiàn)在果實(shí)成熟期,而紅泥膜沼氣池沼渣處理的最  低值出現(xiàn)在花期;各處理土壤微生物總量的最高值  均出現(xiàn)在果實(shí)膨大期。從數(shù)據(jù)可以看出,80%ZF+  20%HF處理對(duì)土壤微生物總量促進(jìn)作用最為顯著,  在果實(shí)的成熟期分別是CK,100%HF,40%ZF+  60%HF,100%ZF處理的2.41倍,2.18倍,1.41倍,  1.33倍和1.07倍。與紅泥膜沼氣池沼渣處理相比,100%HF處

理對(duì)土壤微生物總量呈較為強(qiáng)烈的抑制效應(yīng)

2.4紅泥膜沼氣池沼渣替代化肥對(duì)蘋(píng)果葉片葉綠素含量的影響  由表7可知,花期葉片葉綠素含量以全化肥處  理最高,其次是40%ZF+60%HF,60%ZF+40%  HF,80%F+20%HF,100%ZF和CK,并且100%  HF處理與其它處理差異明顯。隨著果樹(shù)生長(zhǎng)期的  延長(zhǎng),100%HF處理葉片葉綠素含量與紅泥膜沼氣池沼渣處理間  差異逐漸縮小。至果樹(shù)幼果期100%HF與40%ZF+60%HF處理葉片葉綠素含量無(wú)顯著差異;至果實(shí)成熟期,100%HF處理葉片葉綠素含量則明顯低于  F+60%HF處理和60%ZF+40%HF處理

2.5紅泥膜沼氣池沼渣替代化肥對(duì)萃果葉片全氮磷鉀含量的影

在蘋(píng)果的花期和幼果期,葉片全氮含量均以100%HF處理為最高;在果實(shí)膨大期和果實(shí)成熟期,葉片全氮含量則以40%ZF+60%HF處理為最高,分別比100%HF處理增加了5.37%和10.08%。與紅泥膜沼氣池沼渣處理相比,100%HF處理葉片全磷含量在蘋(píng)果花期分別比40%ZF+60%HF,60%ZF+40%HF,80%ZF+20%HF和100%ZF處理提高了6.52%,25.68%,44.80%和61.05%,至果實(shí)成熟期則分別提高了-5.26%,-0.28%,7.59%和8.91%。沼  渣替代化肥對(duì)葉片全鉀含量的影響與葉片全氮、全  磷含量相似,但在果樹(shù)的花期80%ZF+20%HF處  理與100%ZF處理差異不明顯(見(jiàn)圖4~圖6)。

2.6紅泥膜沼氣池沼渣替代化肥對(duì)果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表8可知,蘋(píng)果產(chǎn)量以40%ZF+60%HF處理為最高,分別是CK,60%ZF+40%HF,80%ZF+  20%HF,100%ZF和100%HF處理的1.67倍,1.01  倍,1.10倍,1.17倍和1.03倍。表8可以看出,果  實(shí)糖度和VC含量與紅泥膜沼氣池沼渣用量呈正相關(guān)關(guān)系,但

100%ZF,80%ZF+20%HF和60%EF+40%HF處理間無(wú)差異。果實(shí)酸度以CK處理為最高,分別比40%ZF+60%HF,60%ZF+40%HF.80%ZF+20%HF,100%ZF和100%HF處理提高了40.99%,60.74%,72.29%,81.72%和15.18%。100%ZF處理果實(shí)硬度最高,但隨著紅泥膜沼氣池沼渣施用量的減少,果實(shí)硬度相應(yīng)的降低。

3討論

紅泥膜沼氣池沼渣中含有大量的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等  物質(zhì),經(jīng)一系列的微生物分解過(guò)程轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)  質(zhì),同時(shí)紅泥膜沼氣池沼渣對(duì)土壤團(tuán)聚體數(shù)量和穩(wěn)定性又具有促進(jìn)作用,為有機(jī)質(zhì)提供了穩(wěn)定的保持場(chǎng)所,使紅泥膜沼氣池沼渣處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯升高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,紅泥膜沼氣池沼渣處理土壤的速效養(yǎng)分在果樹(shù)的花期均低于100%HF處理,但在果實(shí)的膨大期40%ZF+60%HF處理和60%ZF+40%HF處理土壤的速效養(yǎng)分則高于100%HF處理,這主要是因?yàn)榧t泥膜沼氣池沼渣中富含腐殖酸和生長(zhǎng)素等物質(zhì),促進(jìn)了土壤膠體和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成,同時(shí)沼肥中的微生物群團(tuán)又加速土壤養(yǎng)分的分解、轉(zhuǎn)化和釋放,減少養(yǎng)分尤其是氮素的流失,提高無(wú)機(jī)磷的含量,進(jìn)而提高了土壤有效養(yǎng)分的供給水平

葉綠素在光合作用的光吸收中起核心作用,對(duì)作物產(chǎn)量影響顯著。花期葉片葉綠素含量以100%HF處理為最高,但隨著果樹(shù)生長(zhǎng)時(shí)間的延續(xù),紅泥膜沼氣池沼渣處理葉片的葉綠素含量與100%HF處理間差異逐漸縮小,尤其是40%ZF+60%HF和60%ZF+40%HF處理葉片葉綠素高于或接近于10%HF處理  這與李娟等研究結(jié)果“土壤中氮素含量與葉片葉  綠素含量呈正相關(guān)關(guān)系”相吻合。另外,紅泥膜沼氣池沼渣中含

有的養(yǎng)分較全面、均衡,與化肥配施既能提高根系對(duì)  肥料養(yǎng)分的吸收速率,又能促進(jìn)葉綠素的合  成  細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌是組成微生物群落的三大菌  群,是土壤分解系統(tǒng)的主要成分,參與土壤生態(tài)系統(tǒng)  的養(yǎng)分循環(huán)和能量流動(dòng),其數(shù)量受土壤肥力和土壤  環(huán)境狀況等因素的影響”。本研究發(fā)現(xiàn),8%ZF+20%HF處理土壤微生物總量顯著高于其他處理。這說(shuō)明80%ZF+20%H處理不僅增加了土壤中碳含量,而且為微生物生長(zhǎng)提供了合理的碳氮比,  促進(jìn)了微生物生長(zhǎng)9。

本研究數(shù)據(jù)表明,紅泥膜沼氣池沼渣與化肥配施可提高蘋(píng)果果實(shí)中的糖和VC含量,降低有機(jī)酸含量,且比單施化肥或單施紅泥膜沼氣池沼渣效果更好,這與楊順強(qiáng)、劉雯盈20-21等研究結(jié)果相一致。蘋(píng)果品質(zhì)的改善是因?yàn)榧t泥膜沼氣池沼渣有利于果實(shí)中有機(jī)酸再轉(zhuǎn)化為可溶性糖,促進(jìn)可溶性固形物的累積2)。紅泥膜沼氣池沼渣施入土壤后,在其腐解過(guò)程中形成腐殖質(zhì),能改善土壤結(jié)構(gòu)和增進(jìn)土壤的保肥保水作用,提高土壤養(yǎng)分供給能力。另方面,紅泥膜沼氣池沼渣中還含有氨基酸、蛋白質(zhì)、糖、脂肪等各種有機(jī)養(yǎng)分,有的可直接為根系吸收,有的經(jīng)分解后才  能為作物利用,也是重要的營(yíng)養(yǎng)源3。因此,土壤環(huán)境的改善和養(yǎng)分供應(yīng)能力的提高,導(dǎo)致了40%ZF  +60%HF和60%ZF+40%HF處理葉片全氮磷鉀含量的增加。  產(chǎn)量是衡量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的因素之一。40%  ZF+60%HF和60%ZF+40%HF處理蘋(píng)果產(chǎn)量明顯高于其它處理,可能因?yàn)榧t泥膜沼氣池沼渣替代合理比例的化  肥提高了土壤中養(yǎng)分含量和根系生長(zhǎng),促進(jìn)根系對(duì)  養(yǎng)分的吸收和運(yùn)輸能力,使光和作用和光合產(chǎn)物得到提高,進(jìn)而提高蘋(píng)果產(chǎn)量2)。

4結(jié)論

紅泥膜沼氣池沼渣與化肥配施提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量,改售  了土壤生態(tài)環(huán)境,滿(mǎn)足蘋(píng)果生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求,具有  單施化肥所不具有的優(yōu)點(diǎn)。綜合考慮蘋(píng)果產(chǎn)量和果  實(shí)品質(zhì),認(rèn)為60%ZF與40%HF配施在有效利用混  渣養(yǎng)分資源的背景下,為紅泥膜沼氣池沼渣度棄物的循環(huán)利用是供切實(shí)可行的技術(shù)模式。

摘自《中國(guó)沼氣》第4期 王思齊 張忠蘭 史淑一  楊守軍