有机无机肥配施对设施番茄生长和土壤生态环境因子的影响及其机制

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:meimei5211314
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长期以来在我国设施蔬菜生产中不合理施肥的现象普遍存在,由此导致了许多土壤环境问题。我国有丰富的有机肥资源,如秸秆和畜禽粪便等,但不合理的处置方式不仅造成资源的浪费而且污染了环境。随着国家“化肥减施”和“有机肥替代化肥”目标的提出,在设施蔬菜生产中探索有机肥和化肥的合理配施显得十分重要和迫切。基于此,本研究以设施番茄为供试作物,以鸡粪、稻壳和商品有机肥为代表性有机肥,开展了以下研究:(1)不同鸡粪用量下化肥减量施用试验。鸡粪用量设置低(M1)、中(M2)和高(M3)3个水平,分别是15、45和75 t hm-2,化肥用量设置100%(F1)、80%(F2)和60%(F3)习惯用量3个水平。(2)商品有机肥等氮量替代化肥并且总氮减量施用施试验,设置4个有机氮替代化肥氮的水平,分别是20%、40%、60%和100%,2个总氮减量施用水平,分别是15%和30%。(3)稻壳和鸡粪按不同比例混合施用试验,稻壳和鸡粪分别按照质量比1:0、4:1、2:1和0:1进行混合施用。(4)有机肥原位分解矿化试验,通过多种技术手段表征稻壳、两种稻壳鸡粪和鸡粪在设施土壤中的原位分解矿化特征。主要研究结果如下:(1)在基础土壤养分含量比较低的日光温室中,中鸡粪用量处理的番茄平均产量最高,较低和高鸡粪用量处理番茄的平均产量分别增加2.8%和26.3%。高鸡粪用量处理番茄果实可溶性糖含量较低鸡粪用量处理下降低21.5%,差异显著。种植一季番茄,在低、中和高鸡粪用量条件下,化肥减量施用20%和40%对番茄产量、品质和土壤速效养分含量等基本无显著影响。与低鸡粪用量处理相比,在开花结果期,高鸡粪用量处理0-20cm土层硝态氮、有效磷和速效钾含量分别显著增加169.4%、112.1%和206.4%;在第二果穗成熟期,高鸡粪用量处理0-20 cm土层硝态氮、有效磷和速效钾含量分别增加12.8%、153.8%和164.4%;在拉秧期,高鸡粪用量处理0-20 cm土层硝态氮、有效磷和速效钾含量分别显著增加105.5%、102.0%和47.8%。(2)与习惯施肥处理相比,有机替代并总氮减量处理番茄产量均有增加的趋势,增产的幅度在1.7%15.7%,且总氮减量的幅度越大,番茄的产量越高。与习惯施肥处理相比,有机替代并总氮减量处理番茄果实中硝态氮含量有降低的趋势,幅度在6.0%57.4%之间;除总氮减量15%并有机氮60%替代化肥氮和总氮减量30%并有机氮20%替代化肥氮处理外,番茄果实中Vc含量均有增加的趋势,幅度在7.1%43.9%之间。在拉秧期,与习惯施肥处理相比,有机替代并总氮减量15%各处理表层土壤铵态氮、硝态氮和速效钾含量分别下降2.2%19.8%、0.5%17.8%和10.2%26.6%,有效磷含量增加4.2%15.4%;有机替代并总氮减量30%各处理表层土壤铵态氮、硝态氮和速效钾含量分别下降9.3%18.6%、4.9%25.7%和112%26.6%,有效磷含量增加7.0%24.4%。与习惯施肥处理相比,在整个生长期内总氮减量15%并有机氮40%替代化肥氮处理和总氮减量30%并有机氮40%替代化肥氮处理无机氮淋失量分别减少21.1%和26.0%。(3)连续3季均以稻壳鸡粪2处理番茄的产量最高。2018年早春季开花结果中期(基肥施用后一个月),与基肥施用前相比,稻壳、稻壳鸡粪1和稻壳鸡粪2处理表层土壤的硝态氮含量分别降低了86.3%、55.1%和62.0%,鸡粪处理土壤硝态氮含量增加了191.9%;鸡粪处理显著高于稻壳和两种稻壳鸡粪处理。在2018年早春季拉秧期,0-100cm土层的鸡粪处理土壤硝态氮含量显著高于稻壳和两种稻壳鸡粪处理。在2019年早春季拉秧期,20-100 cm土层鸡粪处理土壤硝态氮含量仍显著高于稻壳和两种稻壳鸡粪处理;但0-20 cm土层稻壳、稻壳鸡粪1和稻壳鸡粪2处理硝态氮含量与鸡粪处理相比分别高出14.0%、16.9%和31.9%。2018年早春季追施氮肥的条件下,各处理的土壤N2O排放通量均是灌水后的第一天最大,且鸡粪处理显著高于稻壳和稻壳鸡粪处理,随着灌水后天数的增加各处理土壤N2O排放通量均大幅度降低;不追施氮肥的条件下,随着灌水后天数的增加各处理土壤N2O排放通量呈逐渐增加的趋势。2019年早春季拉秧期,与鸡粪处理相比,稻壳和稻壳鸡粪处理土壤孔隙度明显增加,土壤的硬度和容重显著降低。(4)随着试验天数的增加稻壳和两种稻壳鸡粪的有机碳含量、半纤维含量、纤维素含量和木质素均呈现出现增加后降低的趋势;有机氮含量先缓慢增加,在后期特别是第241天后增加的速率明显加快。鸡粪的有机碳含量、有机氮含量、半纤维素含量和纤维素含量均在前期快速降低,在后期降低的速率明显变慢。四种有机肥的多酚含量均在第7天时即大幅度降低,之后随着时间的增加多酚含量降低的速率快速变慢并趋于稳定。在田间培养334天后,稻壳、稻壳鸡粪1、稻壳鸡粪2和鸡粪的有机氮的矿化率分别为-22.3%、-2.4%、12.5%和48.8%。稻壳和两种稻壳鸡粪的有机碳的累积矿化率,多酚、半纤维素、纤维素和木质素的累积分解率均是在前29天呈快速增加的趋势,中间的一段时间基本保持不变,后期又快速增加。鸡粪的有机碳的累积矿化率,多酚、半纤维素和纤维素的累积分解率在前29天快速增加,之后呈缓慢增加的趋势。原始的和培养334天后的稻壳和稻壳鸡粪样品中易分解的烷氧碳含量均明显高于其它类型的有机碳结构;原始鸡粪样品烷氧碳的含量最高,但是经过334天培养后难分解的烷基碳的含量最高。总之,鸡粪施入土壤后能快速矿化并释放出大量养分离子,使土壤速效养分含量大幅度增加。稻壳的施用激发了强烈的生物固持作用,导致土壤中硝态氮含量显著降低,同时稻壳中有机氮含量显著增加。与鸡粪+化肥模式相比,稻壳+化肥和稻壳+鸡粪+化肥模式均能大幅度降低下层土壤中硝态氮的含量。高量鸡粪配施化肥存在降低番茄产量的风险。鸡粪与稻壳按质量比1:2掺混再与化肥配施,不仅使土壤速效氮稳定供应,而且改善土壤的物理性质,提高了番茄产量。在土壤基础肥力较高的前提下,有机肥替代化肥能在一定程度上增加番茄的产量,改善番茄的品质,并在很大程度上减少无机氮的淋失量,促进了设施农业绿色发展。
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