农业面源污染作为农业生产过程中的负面伴随  产物,对农业的可持续发展的桎梏性日益凸显,因不  合理使用化肥所带来的养分流失已成为现阶段中国  农业面源污染的主要来源之一(1。在国家开展《果  菜茶有机肥替代化肥行动方案》的背景下,如何科学推进现有农业有机废弃资源循环利用与减少化肥

农田投入相耦合,转变目前以透支农业环境为代价  的化肥投入方式已成为农业可持续发展的关键所  在。红泥膜沼气池沼渣是农业有机废弃物厌氧发酵能源化的残留  物,富含有机质、腐殖质和多种营养元素,满足农作  物生长对肥料速缓兼备的需求。红泥膜沼气池沼渣多以基肥施  用,研究表明红泥膜沼气池沼渣能改善土壤的理化性状,提高土壤

的通透性,增加土壤有机质和矿质元素的含量,使苹  果的果形指数增大0.2~0.4,可溶性固形物含量增  加4%-6%2-3。然而也有研究指出虽然根施沼  渣有利于苹果树的营养生长,但对果树生殖生长和  果形指数的影响均不明显4。因此,本研究以苹果  树为试材,研究红泥膜沼气池沼渣替代不同比例的化肥对苹果树  生长、土壤质地和果实产量与品质的影响,以期集成  可推广、可持续的红泥膜沼气池沼渣肥替代化肥农田应用技术。1材料与方法

1.1实验材料

试验日期于2016年11月-2017年10月。试验地点为中国农业大学烟台研究院果园基地。试验地土壤为棕壤,其碱解氮、速效磷、速效钾分别为171.1mg·kg-,157.76mgkg-,243.46mgkg有机质含量为1.24%,pH值为5.02。实验所用的红泥膜沼气池沼渣为山东某厌氧发酵工程产生的红泥膜沼气池沼渣,其全氮、全磷、全钾含量分别为24.1gkg2,5.9gkg和62g·kg

1.2实验设计

实验采用完全随机区组设计,每个处理重复3  次,共6个处理:处理1:CK(无任何肥料施用);处10理2:100%HF(纯化肥);处理3:40%ZF+60%H(40%红泥膜沼气池沼渣与60%化肥配施);处理4:60%zF

40%HF(60%红泥膜沼气池沼渣与40%化肥配施);处理5:80%ZF+20%HF(80%红泥膜沼气池沼渣与20%化肥配施);处理6:100%ZF(纯红泥膜沼气池沼渣)。实验材料为生长正常、长势相近的10年生红富士苹果树( Malus x domesticaBorkh.),株行距3m×3m,地径21cm,株高2.3  m。果树目标产量为300kg667m-2;肥料施入量:  N为30kg667m2,P2O3为35.87kg:667m-2,K2O  为25.74kg·667m2。肥料共分4次施入,分别为基  肥(2016年11月)、萌芽肥(2017年3月26号)、新  梢速长肥(2017年5月20号)、果实速长肥(2017  年7月25号)。红泥膜沼气池沼渣用量以氮含量进行折算,所缺  磷、钾养分用化肥补齐。基肥和追肥情况见表11.3样品采集与测定方法  分别于苹果树的花期、幼果期、果实膨大期、成  熟期采集南部外围成熟叶片和0~20cm深度土壤  用来进行叶片养分、土壤理化性状分析;于果实成熟

期进行果实产量测定和品质分析。叶片全氮、全磷和全钾含量的测定分别采用凯氏定氮法、钼锑抗比色法和火焰光度法;叶片叶绿素含量测定采用蒽酮提取法;土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量的测定分别采用碱解扩散法、钼锑抗比色法、火焰光度法和重铬酸钾外加热法;土壤微生物总量

(细菌+真菌+放线菌)测定采用平板扩散法。果实中可溶性糖含量测定采用手持折光仪法,果实VC含量测定采用2,6二氯靛酚滴定法,果实总酸含量测定采用氢氧化钠滴定法,果实硬度采用硬度计法

1.4数据统计分析

数据采用Excl2016和SPss进行统计分析,采用最小显著差异法(LSD)进行处理间差异性比较。

2结果与分析

2.1红泥膜沼气池沼渣替代化肥对土壤有机质含量的影响

由表5可知,花期和幼果期以及果实膨大期和成熟期土壤有机质变化趋势相似。与对照相比,虽  然各处理土壤有机质含量均有增加,但方差分析表明,100%HF处理土壤有机质含量增加不显著。土壤有机质含量的最大值均出现在100%ZF处理,分别在花期、幼果期、果实膨大期和成熟期比对照增加了60.16%,84.17%,125.69%和104.67%。从苹果树生育期看,CK和100%HF处理土壤有机质含  量随果树生长期的延长而逐渐下降,不同红泥膜沼气池沼渣处理的土壤有机质含量从花期至果实膨大期逐渐增加,果实成熟期略有降低

2.2红泥膜沼气池沼渣替代化肥对土壤速效养分含量的影响

红泥膜沼气池沼渣替代化肥对土壤速效养分含量的影响如图  1~图3所示。在苹果树的花期,土壤碱解氮、速效  磷和速效钾的含量均以100%HF处理最高,其次为40%ZF+60%HF.60%ZF+40%HF,80%ZF+20%HF,100%ZF,CK。与红泥膜沼气池沼渣处理相比,100%HF处理  土壤速效养分含量下降幅度较大,从苹果树的花期至果实成熟期,碱解氮、速效磷、速效钾含量分别下降了48.59%,60.90%和43.82%。

2.3红泥膜沼气池沼渣替代化肥对土壤微生物数量的影响

由表6可知,CK和100%HF处理土壤微生物

总量的最低值出现在果实成熟期,而红泥膜沼气池沼渣处理的最  低值出现在花期;各处理土壤微生物总量的最高值  均出现在果实膨大期。从数据可以看出,80%ZF+  20%HF处理对土壤微生物总量促进作用最为显著,  在果实的成熟期分别是CK,100%HF,40%ZF+  60%HF,100%ZF处理的2.41倍,2.18倍,1.41倍,  1.33倍和1.07倍。与红泥膜沼气池沼渣处理相比,100%HF处

理对土壤微生物总量呈较为强烈的抑制效应

2.4红泥膜沼气池沼渣替代化肥对苹果叶片叶绿素含量的影响  由表7可知,花期叶片叶绿素含量以全化肥处  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处理与其它处理差异明显。随着果树生长期的  延长,100%HF处理叶片叶绿素含量与红泥膜沼气池沼渣处理间  差异逐渐缩小。至果树幼果期100%HF与40%ZF+60%HF处理叶片叶绿素含量无显著差异;至果实成熟期,100%HF处理叶片叶绿素含量则明显低于  F+60%HF处理和60%ZF+40%HF处理

2.5红泥膜沼气池沼渣替代化肥对萃果叶片全氮磷钾含量的影

在苹果的花期和幼果期,叶片全氮含量均以100%HF处理为最高;在果实膨大期和果实成熟期,叶片全氮含量则以40%ZF+60%HF处理为最高,分别比100%HF处理增加了5.37%和10.08%。与红泥膜沼气池沼渣处理相比,100%HF处理叶片全磷含量在苹果花期分别比40%ZF+60%HF,60%ZF+40%HF,80%ZF+20%HF和100%ZF处理提高了6.52%,25.68%,44.80%和61.05%,至果实成熟期则分别提高了-5.26%,-0.28%,7.59%和8.91%。沼  渣替代化肥对叶片全钾含量的影响与叶片全氮、全  磷含量相似,但在果树的花期80%ZF+20%HF处  理与100%ZF处理差异不明显(见图4~图6)。

2.6红泥膜沼气池沼渣替代化肥对果实产量和品质的影响

由表8可知,苹果产量以40%ZF+60%HF处理为最高,分别是CK,60%ZF+40%HF,80%ZF+  20%HF,100%ZF和100%HF处理的1.67倍,1.01  倍,1.10倍,1.17倍和1.03倍。表8可以看出,果  实糖度和VC含量与红泥膜沼气池沼渣用量呈正相关关系,但

100%ZF,80%ZF+20%HF和60%EF+40%HF处理间无差异。果实酸度以CK处理为最高,分别比40%ZF+60%HF,60%ZF+40%HF.80%ZF+20%HF,100%ZF和100%HF处理提高了40.99%,60.74%,72.29%,81.72%和15.18%。100%ZF处理果实硬度最高,但随着红泥膜沼气池沼渣施用量的减少,果实硬度相应的降低。

3讨论

红泥膜沼气池沼渣中含有大量的纤维素、半纤维素、木质素等  物质,经一系列的微生物分解过程转化为土壤有机  质,同时红泥膜沼气池沼渣对土壤团聚体数量和稳定性又具有促进作用,为有机质提供了稳定的保持场所,使红泥膜沼气池沼渣处理的土壤有机质含量明显升高。实验结果表明,红泥膜沼气池沼渣处理土壤的速效养分在果树的花期均低于100%HF处理,但在果实的膨大期40%ZF+60%HF处理和60%ZF+40%HF处理土壤的速效养分则高于100%HF处理,这主要是因为红泥膜沼气池沼渣中富含腐殖酸和生长素等物质,促进了土壤胶体和团粒结构形成,同时沼肥中的微生物群团又加速土壤养分的分解、转化和释放,减少养分尤其是氮素的流失,提高无机磷的含量,进而提高了土壤有效养分的供给水平

叶绿素在光合作用的光吸收中起核心作用,对作物产量影响显著。花期叶片叶绿素含量以100%HF处理为最高,但随着果树生长时间的延续,红泥膜沼气池沼渣处理叶片的叶绿素含量与100%HF处理间差异逐渐缩小,尤其是40%ZF+60%HF和60%ZF+40%HF处理叶片叶绿素高于或接近于10%HF处理  这与李娟等研究结果“土壤中氮素含量与叶片叶  绿素含量呈正相关关系”相吻合。另外,红泥膜沼气池沼渣中含

有的养分较全面、均衡,与化肥配施既能提高根系对  肥料养分的吸收速率,又能促进叶绿素的合  成  细菌、真菌、放线菌是组成微生物群落的三大菌  群,是土壤分解系统的主要成分,参与土壤生态系统  的养分循环和能量流动,其数量受土壤肥力和土壤  环境状况等因素的影响”。本研究发现,8%ZF+20%HF处理土壤微生物总量显著高于其他处理。这说明80%ZF+20%H处理不仅增加了土壤中碳含量,而且为微生物生长提供了合理的碳氮比,  促进了微生物生长9。

本研究数据表明,红泥膜沼气池沼渣与化肥配施可提高苹果果实中的糖和VC含量,降低有机酸含量,且比单施化肥或单施红泥膜沼气池沼渣效果更好,这与杨顺强、刘雯盈20-21等研究结果相一致。苹果品质的改善是因为红泥膜沼气池沼渣有利于果实中有机酸再转化为可溶性糖,促进可溶性固形物的累积2)。红泥膜沼气池沼渣施入土壤后,在其腐解过程中形成腐殖质,能改善土壤结构和增进土壤的保肥保水作用,提高土壤养分供给能力。另方面,红泥膜沼气池沼渣中还含有氨基酸、蛋白质、糖、脂肪等各种有机养分,有的可直接为根系吸收,有的经分解后才  能为作物利用,也是重要的营养源3。因此,土壤环境的改善和养分供应能力的提高,导致了40%ZF  +60%HF和60%ZF+40%HF处理叶片全氮磷钾含量的增加。  产量是衡量农业生产最重要的因素之一。40%  ZF+60%HF和60%ZF+40%HF处理苹果产量明显高于其它处理,可能因为红泥膜沼气池沼渣替代合理比例的化  肥提高了土壤中养分含量和根系生长,促进根系对  养分的吸收和运输能力,使光和作用和光合产物得到提高,进而提高苹果产量2)。

4结论

红泥膜沼气池沼渣与化肥配施提高了土壤有机质含量,改售  了土壤生态环境,满足苹果生长对养分的需求,具有  单施化肥所不具有的优点。综合考虑苹果产量和果  实品质,认为60%ZF与40%HF配施在有效利用混  渣养分资源的背景下,为红泥膜沼气池沼渣度弃物的循环利用是供切实可行的技术模式。

摘自《中国沼气》第4期 王思齐 张忠兰 史淑一  杨守军