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本研究將嘗試在育苗基質中應用生物質炭并同時配比有機肥和化肥, 確定不同處理方式對基質主要理化性質和幼苗生長發育的影響。生物質炭普遍偏堿性,會增加土壤和基質pH值, 不利于作物的生長。因此,本研究將以生理酸性化學肥料———硫酸銨[ (NH4) 2SO4]作為能在一定程度上降低生物質炭pH值的調節材料,研究硫酸銨和雞糞在含生物質炭育苗基質中的配比使用效果,為下一步生物質炭的廣泛利用和基質的開發奠定基礎。
1 材料與方法
1.1 試驗設計
試驗在寧夏林業研究所試驗基地———銀川植物園PC板溫室中進行。供試蔬菜為番茄 (Lycopersicon esculintum) , 2011年2月28日開始播種,4月2日結束, 育苗周期35d。試驗用育苗基質原料(草炭、蛭石、珍珠巖、腐熟雞糞和生物質炭) 由國家經濟林木種苗快繁工程技術研究中心提供, 其中生物質炭是檸條(Caragana Microphylla)500℃溫度的反應釜中隔絕空氣熱解制得, 并粉碎過0.4mm篩備用, 檸條生物質炭基本理化性質如表1所示。
本研究采用二因素正交試驗設計,同時設2個對照(CK)。研究所使用的基質基礎配方為草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1 (體積比) ,在此基礎上設11個試驗處理,CK1為在基礎配方上添加5%(體積分數,下同)的雞糞;CK2為在基礎配方上分別添加5%的生物質炭和5%的雞糞;其他試驗處理為在CK2的基礎上進行3種不同比例硫酸銨[(NH4)2SO4,氮含量≥20.5%](0.5g/L、0.7g/L和1g/L) 和3種不同比例雞糞(5%、10%和15%)的二因素正交試驗處理。其中,硫酸銨添加量分別用代碼S0.5、S0.75和S1表示0.5g/L、0.7g/L和1g/L,雞糞比例分別用J5、J10和J15表示5%、10%和15%,組合代碼表示二者的不同配比,如S0.5J5, 具體試驗方案如表2所示。
為避免由于草炭結塊等因素造成的基質混配不勻而影響對基質理化性質測定的不準確,以及便于更加準確測定基質容重和孔隙度,本試驗采用玻璃鋼槽進行育苗試驗。玻璃鋼槽長×寬×高=2m×1 m×0.12m,置于高70cm的育苗床架上,所裝基質厚度0.8m,玻璃鋼槽底部具透氣孔。播種時番茄株行距等于98穴盤穴間距(4 cm×4 cm) ,番茄在播前進行催芽處理, 播種時基質澆透水,每穴播2粒種子,出苗后每穴間苗或定植為1株幼苗。試驗期間不做施肥處理,保持基質濕潤但不滴水 (防止養分流失) 。
1.2 測定項目與方法
1.2.1 物理性質
參考楊紅麗方法,略有改動。容重采用環刀法測定,在配置完畢基質3d后的玻璃鋼槽上用環刀取滿基質,稱量環刀內基質重量,用基質重量除以環刀的體積即為基質容重。總孔隙度用一已知體積V的鋁盒測定,加滿基質后重為W1,然后將裝有基質的鋁盒放在水中浸泡24h(加水至容器頂部) 稱重為W2,然后自由瀝干基質中的水分后(基質不再流出水分即可) 稱其重為W3,再按以下公式計算基質總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度:
1.2.2 化學性質
取風干基質10g,加蒸餾水50mL,振蕩30min后過濾,用pH/電導率/離子綜合測試儀測定濾液pH值和EC值。
1.2.3 養分特性
堿解氮采用堿解擴散法(用1mol/LNaOH擴散,標準酸滴定)測定;速效磷用0.5mol/LNaHCO3浸提,鉬銻抗比色法測定;速效鉀用1mol/LNH4OAc浸提,火焰光度法測定。
1.2.4 幼苗生長發育指標測定
在育苗35d后(番茄5~6片葉) 完成所有指標的測定。為避免邊緣效應,育苗槽四周的幼苗不取樣測定,在中間位置按2條對角線取樣測定,每個指標均取40株幼苗測定。番茄葉面積的測定是選擇完全展開的且最大羽狀葉片的頂端小葉片,利用Li-3100C葉面積儀測量其葉面積;株高為莖基部到生長點之間的長度,用直尺測定;莖粗以根莖上部三分之一為準,用游標卡尺測定;幼苗地上及地下部干鮮重用電子天平測定,以每10株為一組,共4組,測完鮮重后,將幼苗仍以組為單位放入烘箱內,105℃殺青20min,再置于80℃烘干至恒重,稱干重,然后再計算出平均地上和地下生物量;壯苗指數計算公式:壯苗指數=(莖粗/株高+地下部干重/地上部干重)×全株干重;G值計算公式:G值=全株干重/育苗周期。
1.3 數據分析
利用Microsoft Excel 2003建立數據庫,采用SPSS13.0統計分析軟件對數據進行差異顯著性檢驗及Pearson相關分析。
2 結果與分析
2.1 基質添加生物質炭、硫酸銨及雞糞后理化性質的變化
從表3的結果可以看出,添加生物質炭的CK2基質除容重和通氣孔隙度小于無生物質炭的CK1基質外,其他各項理化性質均高于CK1基質,而且除總孔隙度差異不顯著外(P>0.05),其他指標均達到顯著差異 (P<0.05)。這與生物質炭容重和通氣孔隙度小、總孔隙度和持水孔隙度大、pH值和EC值高有關,而且生物質炭高達64.20%的持水孔隙度(占總孔隙度的83.70%)充分說明其添加至基質中可以有效提高基質的持水性(表1) 。
基質中添加不同比例的硫酸銨和雞糞對基質的理化性質影響也不同(表3)。首先,基質中添加0.5g/L的硫酸銨即可將p H值從7.45(CK1)降至7.07(S0.5J5),且差異顯著(P<0.05),說明基質中添加硫酸銨可以顯著降低由于生物質炭偏堿性而造成基質pH值的增加(表3)。其次,同一硫酸銨添加水平下,隨著基質中雞糞添加比例的增加,基質的容重、持水孔隙度、水氣比、pH值和EC值有增加的趨勢,而總孔隙度和通氣孔隙度有降低的趨勢;同一雞糞添加水平下,隨著基質中硫酸銨添加比例的增加, 基質pH值呈現降低而EC值呈現上升的趨勢, 其他理化性質無規律性變化。2.2基質添加生物質炭、硫酸銨及雞糞后養分特性的變化。
表4結果顯示,CK1與CK2處理除堿解氮含量差異不顯著(P>0.05)外,速效磷、速效鉀和有機質含量后者均大于前者,其中速效鉀差異不顯著(P>0.05),說明基質中添加生物質炭可能有提高其養分含量的潛力。另外,研究結果還表明,基質中添加0.5g/L的硫酸銨(S0.5J5)顯著提高基質(CK2)堿解氮含量132.87%(P<0.05)。
基質中添加硫酸銨和雞糞后明顯提高了基質的養分含量(表4)。同一硫酸銨處理水平下,隨著基質雞糞比例的升高,基質的堿解氮、速效磷、速效鉀和有機質含量均顯著升高(P<0.05);同一雞糞處理水平下,隨著硫酸銨添加量的增加,基質堿解氮的含量呈顯著升高趨勢(P<0.05),速效磷雖然在總體上表現出一定的升高趨勢,但處理間差異性大多不顯著 (P>0.05),基質速效鉀和有機質含量基本無顯著變化規律(P>0.05),這也說明提高該基質堿解氮含量可能具有提高其速效磷含量的潛力。
3 結論與討論
基質理化性質是決定植物生長發育的條件,在本研究中, 所有基質處理的物理性質均基本處于適宜范圍,因此,番茄幼苗的生長發育主要受化學特性和養分特性的影響。
首先,研究結果表明,生物質炭具有提高基質EC值、總孔隙度、持水孔隙度和降低容重的特點(表3),使得其加入基質中可以顯著改善基質的理化性質,特別是對于提高基質的持水量及EC值具有明顯的效果(表3)。其次,研究結果還顯示, 基質中添加生物質炭后還能在一定范圍內提高基質的養分含量(表4),但是同時也會增加基質的pH值(表3),這也可能是唯一限制生物質炭在基質中應用的因素,但是當基質中添加一定量(0.5g/L)的生理酸性化肥硫酸銨時就可以降低由于生物質炭偏堿性的特點而造成的基質pH偏高,雖然本研究中大多基質處理的pH值略超出了基質適宜的p H值范圍,但是均處于弱堿性,因而可能不是影響番茄幼苗生長的主要因素。因此,番茄的生長發育首先主要是受養分特別是堿解氮含量的影響,由于硫酸銨和雞糞同時作為氮源提供養分,使得堿解氮大幅度的變化在一定范圍內可能引起了番茄的燒苗,而研究表明,0.5g/L的硫酸銨同時配比5%雞糞就可以滿足育苗過程中幼苗與養分的需求, 此配比下幼苗的壯苗指數和G值最高 (0.344和0.034)。當硫酸銨和雞糞二者配比中任意一者添加量增大時,基質的有效養分含量特別是堿解氮含量明顯增加 (表4),EC值也大幅度升高(表3),因為EC值也可能是影響番茄幼苗正常生長的另一個主要因素,郭世榮認為基質電導率達1.3mS/cm以上時就應該停止施肥, 淋洗鹽分;還有文獻報道,基質EC值0.5~3mS/cm較合適,因而硫酸銨和雞糞添加量同時增加導致的堿解氮含量增加和EC值升高,可能在一定程度上引起了燒苗現象。因此, 研究結果表明,在含5%的生物質炭育苗基質中,同時添加0.5g/L的硫酸銨和5%的雞糞即可滿足幼苗對養分的需求,而且還不會引起燒苗,即最佳配比為S0.5J5處理。
根據目前國內外在基質方面的研究進展,基質的開發應當向低成本和環保型方向發展,如果能將農林廢棄物進行有效的生物質熱解轉化處理, 降低生物質炭的制備成本,那么生物質炭與化肥配比應用將會有效降低基質在設施農業中的使用成本,而且如果能將生物質炭與生理酸性化肥進行有效配比和加工處理(如包膜、造粒等),生物質炭的緩釋功能還會使得其與化肥配比達到對養分的緩釋保肥效果,減少由于化肥的流失對環境造成的污染問題。但是下一步還需要開展生物質炭對N、P和K等化學肥料的緩釋效果的研究。