化肥减量配施园林废弃物堆肥对青稞幼苗生长和土壤肥力的影响

Effects of fertilizer reduction combined with garden waste compost on the growth of highland barley seedlings and soil fertility

摘要

为探究化肥减量配施园林废弃物堆肥对青稞幼苗生长和对土壤肥力的影响。本试验设计了本试验设计了9处理盆栽试验：CK（空白）；CF（化肥）；GEC（堆肥）；A1（化肥减量10%）；A2（化肥减量30%）；A3（化肥减量50%）；B1（化肥减量10%，增施堆肥10%）；B2（化肥减量30%，增施堆肥20%）；B3（化肥减量50%，增施堆肥30%）。以7 d为1个周期测定盆栽株高，定值28 d后采集植株样本测定其农艺性状，利用环刀法现场采集土壤进行基础理化性质及土壤养分测定。结果表明：B组随着化肥减量增施园林废弃物堆肥对青稞地上部分有明显促进作用，地上部分干重含量以B3（0.35 g/株）效果最好；化肥减量配施园林废弃物堆肥可有效改善土壤基础理化性质，其中以B3处理效果最好，B3处理其土壤容重较CK降低22.99%，含水量较CK提高123.63%，孔隙度提高17.17%，有机质含量提高371.75%。由此可见，化肥减量配施园林废弃物堆肥不但可以改善青稞幼苗农艺性状、促进青稞幼苗的生长发育，还可以改善土壤基础理化性质。本文研究了化肥配施园林废弃物堆肥不同施用量对青稞产量、品质及土壤肥力的影响，为青稞的优质高效生产提供技术支撑。

Abstract

(Objective) To explore the effects of fertilizer reduction and garden waste compost on the growth of highland barley seedlings and soil fertility. (Method) This experiment designed 9 treatment pot test: CK (blank); CF (Chemical fertilizer); GEC (Composting); A1 (10% reduction of fertilizer); A2 (30% reduction of fertilizer); A3 (50% reduction of fertilizer); B1(reduce fertilizer by 10%, increase compost by 10%); B2 (reduce fertilizer by 30%, increase compost by 20%); B3 (Reduce fertilizer by 50%, increase compost by 30%). The height of potted plant was measured every 7 days. After 28 days of fixed value, plant samples were collected to determine their agronomic traits. The basic physical and chemical properties and soil nutrients were measured by ring knife method. (Result) The results showed that the compost of garden waste applied in group B with the reduction of fertilizer significantly promoted the upland part of highland barley, and the dry weight content of upland part B3 (0.35g/plant) had the best effect. Fertilizer reduction combined with garden waste compost can effectively improve the basic physical and chemical properties of soil, and B3 treatment has the best effect. Compared with CK, B3 treatment can reduce the soil bulk density by 22.99%, increase the water content by 123.63%, increase the porosity by 17.17%, and increase the organic matter content by 371.75%. (Conclusion) It can be seen that fertilizer reduction combined with garden waste compost can not only improve the agronomic traits of highland barley seedlings, promote the growth and development of highland barley seedlings, but also improve the basic physical and chemical properties of soil. In this paper, the effects of fertilizer combined with garden waste compost on yield, quality and soil fertility of highland barley were studied to provide technical support for high quality and efficient production of highland barley.

Graphical abstract

关键词

化肥减量 / 园林废弃物堆肥 / 青稞幼苗 / 生长指标 / 土壤肥力

Key words

Fertilizer reduction / Garden waste composting / Highland barley seedlings / Growth index / Soil fertility

园林绿色废弃物主要是指园林植物自然凋落或人工修剪所产生的植物残体，主要包括树叶、草屑、树木与灌木剪枝等^[1]。随着城市化进程的不断发展，我国绿化面积越来越大，随之而来的园林废弃物的量也越来越多，是仅次于生活垃圾的一大固体垃圾，利用园林废弃物，变废为宝，具有重要的现实意义^[2]。目前，我国园林废弃物的处理方式主要有焚烧、填埋等，园林废弃物中含有大量的可循环利用的物质^[3]，燃烧、填埋处理无疑是一种浪费，而且焚烧对环境污染较为严重，可产生大量的二氧化硫、二氧化碳等温室气体，对环境造成巨大压力，将园林废弃物制成堆肥是资源合理运用的主要途径，且可减少焚烧对环境的污染^[4]，具有保护环境、节约能源、投资少、运行费用低、回报高等优点，因此国外大多采用堆肥方式处理园林废弃物^[5]。堆肥堆制是指可控条件下利用微生物降解有机物质（树叶、草坪修剪物等）的过程，降解的最终产品为堆肥，易碎、带有土味，外观与土壤相似^[2]。

我国是化肥施用大国，为了保障粮食产量，农业活动中化肥过量施用的现象越来越严重，但是我国的化肥利用率却远低于大多数国家^[6]，每年农业生产活动中损失氮肥为124.8 kg/hm²，损失磷肥为38.8 kg/hm^2[7]。过量施用的氮、磷肥会随着径流、下渗等进入水体中，在造成水体的富营养化和硝酸盐、亚硝酸盐等污染的同时，并通过一定的暴露途径危害人体健康^[8]。同时长期过量施用化肥也会造成土壤板结、酸化和养分结构失衡等问题^[9]，使得土壤肥力降低，导致病虫害多发、农作物产量和品质下降、环境污染，最终严重影响和限制人畜健康和农业可持续发展^[10]。为了农业可持续发展，国务院提出加大农业面源污染治理力度，开展农业节肥行动，实现化肥使用量负增长^[11]。园林废弃物堆肥含有大量植物生长所必须的N、P、K等营养元素，同时相比于污泥、生活垃圾等城市固体有机废弃物堆肥中Pb、Cd、Hg等重金属污染物含量低^[12]。把园林废弃物有机堆肥替代化肥减量增肥技术，在为植物和土壤提供营养物质的同时可改良土壤，减少土壤板结、土壤贫瘠、土壤持水力不足等问题^[13]。

目前化肥减施的有机替代主要有农业废弃物堆肥、蚯蚓堆肥、餐厨废弃物堆肥等，对化肥减量配施园林废弃物堆肥的相关研究较少，因此，本文探究化肥减量配施园林废弃物堆肥对青稞幼苗生长和土壤肥力的影响，为改善土壤肥力、增加土壤养分以及青稞的优质高效生产提供理论基础和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试园林废弃物堆肥（GWC）、供试青稞品种为“藏青2000”，均由西藏农牧学院生物技术中心真菌实验室提供。

1.2 试验设计

试验时间为2022年5月13日，共设9个处理，每个处理重复3次，共27个处理，详见表1。花盆规格为口径 19.5 cm×高13.5 cm，底径12.2 cm，将园林废弃物堆肥和农田土均匀混合，用水灌透置放一晚第二天开始播种，期间不再施肥，每天定量灌水一次。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 农艺性状指标的测定

以7 d为1个周期对盆栽青稞株高进行测定。植株生长28 d取样，每处理取样5株，重复3次，测定其根长、根体积和茎基粗；地上部分鲜重和地下部分鲜重、地上部分干重和根干重，并计算其根冠比^[3]。

根冠比=地下部分质量/地上部分质量

1.3.2 土壤理化性质测定

于28 d后利用环刀法现场取样，进行物理性质测定^[14]，在对其盆栽土壤全部过筛进行土壤化学性质和生物特性测定，其中土壤化学性质分析参照鲍士旦^[15]进行测定，土壤酶活性参照关松荫^[16]进行测定，详细测定指标如表2。

1.4 数据分析

利用Excel 2019进行数据整理，SPSS 22.0统计软件对数据进行数据分析、处理。

2 结果与分析

2.1 化肥减量配施园林废弃物堆肥对青稞生长指标的影响

2.1.1 化肥减量配施园林废弃物堆肥对青稞幼苗株高的影响

如图1所示，不同时间段里化肥减量配施园林废弃物堆肥对青稞幼苗生长有着不同程度的影响，7 d之前总体趋势为：A3 > B3 > A1 > A2 > B2 > CK > B1，各处理较CF波动幅度为：-0.5% ~ 12.36%，A组总体较CF呈上升趋势，B组随着化肥的减少增施园林废弃物堆肥青稞的株高呈上升趋势，初步判断随着化肥减量增添园林废弃物堆肥能够促进前期青稞幼苗株高生长；到达28d之后总体呈现：A1 > A2 > B1 > B3 > B2 > CK > A3，各处理较CF波动幅度为：-0.56% ~ 4.24%，A组总体呈现下降趋势，说明青稞幼苗生长的过程中需要一定养分，单纯的减少化肥会导致生长过程中养分不足，而B组较CF处理呈上升趋势，说明化肥减量增添园林废弃物能够有效代替减少的化肥养分。

2.1.2 化肥减量配施园林废弃物堆肥对青稞幼苗生物量的影响

由图2可知，化肥减量配施园林废弃物堆肥对青稞幼苗生物量有着不同程度的影响，其中地下部分鲜重含量呈：B3 > A2 > A1 > B2 > A3 > CF > B1，A、B组处理较CF增减幅度为：-4.76% ~ 52.38%，其中以B3的促生效果最好，A组均为上升，B组随着化肥减量增施园林废弃物堆肥对根系发育有促进作用；A、B组较CF的地上部分鲜重含量均为下降趋势，下降幅度为：11.71% ~ 39.61%，以B1下降幅度最大，但B组随着化肥减量增施园林废弃物堆肥对地上部分有明显促进作用。

由图3可知地下部分干重含量以A3（0.13 g/株）效果最好，地上部分干重含量以B3（0.35 g/株）效果最好。CF处理较其它处理的生物量有着显著性差异（P < 0.05），这可能跟温室有关，适宜的温度和足够的养分导致CF的青稞幼苗徒长，所以存在倒伏情况。

2.1.3 化肥减量配施园林废弃物堆肥对青稞幼苗根系的影响

如表3所示，化肥减量配施园林废弃物堆肥对青稞幼苗根系有着不同程度的影响，其中根体积呈：B3 > A2 > A1 > B2 > CF > B1 > A3，A、B组较CF的增减幅度为：-15.22% ~ 60.87%，B组随着化肥减量增施园林废弃物堆肥对青稞幼苗根体积有促进作用；根长呈：A3 > A2 > B1 > A1 > CF > B2>B3，A、B组较CF的增减幅度为：-11.58% ~ 15.27%，B组随着化肥减量增施园林废弃物堆肥对青稞幼苗根长生长有抑制作用；茎粗呈：B3 > B2 > CF > A3 > B1 > A1 > A2，A、B组较CF的增减幅度为：-12.71% ~ 8.35%，B组随着化肥减量增施园林废弃物堆肥对青稞幼苗茎粗有促进作用；壮苗指数呈：A3 > B3 > A1 > CF > B1 > B2 > A2，其效果最好的是A3，较CF处理上升了53.24%，其次便是B3（8.19%）和A1（1.71%）。

2.2 化肥减量配施园林废弃物堆肥对土壤理化性质的影响

2.2.1 化肥减量配施园林废弃物堆肥对土壤基本理化性质的影响

如表4可知，化肥减量配施园林废弃物堆肥能够有效改善土壤基本理化性质。A、B组较CK均能显著降低土壤容重（p < 0.05），呈：CK > B1 > A1 > A2 > B2 > A3 > B3，降低幅度为：8.62% ~ 22.99%，A组中随着化肥减量和B组中随着化肥减量增施园林废弃物堆肥导致土壤容重呈下降趋势；A、B组较CK均能显著提高土壤含水量（p < 0.05），呈：B3 > B2 > B1 > A2 > A3 > A1 > CK，提高幅度为：41.67% ~ 123.63%，B组中随着化肥减量增施园林废弃物堆肥导致土壤含水量呈上升趋势；A、B组较CK均能显著增加孔隙度（p < 0.05），呈：B3 > A3 > B2 > A2 > A1 > B1 > CK，增加幅度为：6.25% ~ 17.17%，A组中随着化肥减量和B组中随着化肥减量增施园林废弃物堆肥导致土壤孔隙度呈上升趋势；A、B组较CK能够有效改善EC值含量，呈：B3 > B2 > A1 > B1 > A2 > CK > A3，增减幅度为：-9.61% ~ 16.03%，A组中随着化肥减量土壤EC值呈下降趋势，而B组中随着化肥减量增施园林废弃物堆肥导致土壤EC值呈上升趋势；A、B组较CK能够有效改善pH值，呈：A1 > B1 > CK > A2 > B2 > A3 > B3，增减幅度为：-5.35% ~ 1.56%，A组中随着化肥减量和B组中随着化肥减量增施园林废弃物堆肥导致土壤pH呈下降趋势；A、B组较CK能够有效增加土壤有机质含量，呈：B3 > B2 > A2 > A1 > A3 > B1 > CK，增加幅度为：270.03% ~ 391.75%， B组中随着化肥减量增施园林废弃物堆肥导致土壤有机质呈上升趋势。

2.2.2 化肥减量配施园林废弃物堆肥对土壤养分的影响

如表5所示，化肥减量配施园林废弃物堆肥对土壤养分有着不同程度的影响。A、B组较CF处理全氮含量呈：A1 > B2 > A2 > B1 > B3 > CF > A3，增减幅度为：-7.84% ~ 47.39%， A组中随着化肥减量导致土壤全氮呈下降趋势；A、B组较CF碱解氮均为显著下降（p < 0.05），呈：CF > A1 > B1 > A2 > A3 > B2 > B3，下降幅度为：-17.11% ~ -51.25%，A组中随着化肥减量和B组中随着化肥减量增施园林废弃物堆肥导致碱解氮含量呈下降趋势；A、B组较CF全磷均为显著下降（p < 0.05），呈：CF > B1 > B3 > B2 > A3 > A1 > A2，下降幅度为：-10.10% ~ -55.37%；A、B组较CF有效磷有着不同程度变化，呈：B1 > CF > A1 > B2 > A2 > A3 > B3，增减幅度为：-59.99% ~ 0.30%，A组中随着化肥减量和B组中随着化肥减量增施园林废弃物堆肥导致速效磷含量呈下降趋势；A、B组较CF均能显著增加全钾（p < 0.05），呈：A2 > A3 > B1 > B2 > B3 > A1 > CF，增加幅度为：7.76% ~ 14.39%， B组中随着化肥减量增施园林废弃物堆肥导致全钾呈下降趋势；A、B组较CF速效钾均为显著下降（p < 0.05），呈：CF > B1 > B2 > A1 > A2 > B3 > A3，下降幅度为：-3.53% ~ -17.51%，A组中随着化肥减量和B组中随着化肥减量增施园林废弃物堆肥导致速效钾含量呈下降趋势。

3 结论与讨论

农艺性状是反应农作物生长发育情况的重要指标，化肥配施园林废弃物堆肥对青稞的农艺性状有着不同程度的影响，本研究发现，添加园林废弃物堆肥能够提高青稞叶绿素含量和根系生长，促进根系发育，李燕等^[17]将园林废弃物堆肥代替泥炭作为栽培基质，得出园林废弃物堆肥能够提高栽培基质全氮、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾等植物生长发育的营养元素，并且这些营养元素质量分数会随着园林废弃物堆肥添加量增大而相应增大，这与殷庆霏等^[18]研究结果一致；乔永等^[19]认为园林废物堆肥能够改善土壤结构，增加了孔隙度，从而为根系生长提供了空间，前人研究结论与本研究结果相似。本研究发现适量减施化肥不会使青稞幼苗农艺性状降低，但对生物量有一定影响，原因是园林废弃物堆肥的养分并不能替代化肥部分的养分，且后期随着时间的推移养分的不足也会体现出来，鲁伟丹等^[20]认为有机肥替代化肥的比例不能过低，园林废弃物堆肥成分复杂，养分含量稍低，只能少部分替代^[21]，娄军山^[22]在华北落叶松育苗过程中添加园林废弃物，其添加低量园林废弃物导致生物量显著下降的情况相同。

化肥减量配施园林废弃物堆肥有利于降低土壤容重、提高土壤通气度与有机物浓度，提高土壤保水能力，同时创造有利于根际生物生存的外部环境，提高生物活性，维持土壤生态系统平衡^[23]。土壤有机碳土壤有机质作为衡量土壤肥力的重要指标之一，它可以改善土壤团聚体和稳定性、养分利用率及土壤微生物活性，从而影响土壤有机碳的积累和矿化^[24]，本试验中，随着园林废弃物堆肥的增加，有机质、全氮和全钾也随之增加，但土壤全磷和速效养分降低，原因可能是青稞是喜磷作物，或者园林废弃物堆肥无法短期满足作物所需，但植株仍从土壤中获取养分，导致土壤中速效养分显著降低^[25]。

本试验研究结果表明化肥减量配施园林废弃物堆肥能够促进青稞幼苗株高、生物量和根系的发育，其中 B1（化肥减量10%，增施堆肥10%）根长（21.69 cm）显著高于其它处理（p < 0.05），B3（化肥减量50%，增施堆肥30%）的根体积（3.70 cm³）显著高于其它（p < 0.05），A3（化肥减量50%）处理的壮苗指数（0.22）显著高于其它处理（p < 0.05）；随着化肥减量（A组）和化肥减量配施园林废弃物堆肥（B组）能够有效降低土壤容重和pH，增加孔隙度、含水量、EC和有机质含量；添加园林废弃物堆肥较CF处理土壤全氮和全钾有所提升，但速效养分和全磷均为下降趋势，酶活性也成下降趋势；具体影响情况还有待大田试验证明。

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基金资助

西藏农牧学院研究生创新计划项目(YJS2023-42)