7783-20-2 / 硫酸銨與雞糞配比在含生物質(zhì)炭育苗基質(zhì)中的應(yīng)用效果

本研究將嘗試在育苗基質(zhì)中應(yīng)用生物質(zhì)炭并同時配比有機(jī)肥和化肥, 確定不同處理方式對基質(zhì)主要理化性質(zhì)和幼苗生長發(fā)育的影響。生物質(zhì)炭普遍偏堿性,會增加土壤和基質(zhì)pH值, 不利于作物的生長。因此,本研究將以生理酸性化學(xué)肥料———硫酸銨[ (NH4) 2SO4]作為能在一定程度上降低生物質(zhì)炭pH值的調(diào)節(jié)材料,研究硫酸銨和雞糞在含生物質(zhì)炭育苗基質(zhì)中的配比使用效果,為下一步生物質(zhì)炭的廣泛利用和基質(zhì)的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在寧夏林業(yè)研究所試驗(yàn)基地———銀川植物園PC板溫室中進(jìn)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(jié)束, 育苗周期35d。試驗(yàn)用育苗基質(zhì)原料(草炭、蛭石、珍珠巖、腐熟雞糞和生物質(zhì)炭) 由國家經(jīng)濟(jì)林木種苗快繁工程技術(shù)研究中心提供, 其中生物質(zhì)炭是檸條(Caragana Microphylla)500℃溫度的反應(yīng)釜中隔絕空氣熱解制得, 并粉碎過0.4mm篩備用, 檸條生物質(zhì)炭基本理化性質(zhì)如表1所示。

本研究采用二因素正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),同時設(shè)2個對照(CK)。研究所使用的基質(zhì)基礎(chǔ)配方為草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1 (體積比) ,在此基礎(chǔ)上設(shè)11個試驗(yàn)處理,CK1為在基礎(chǔ)配方上添加5%(體積分?jǐn)?shù),下同)的雞糞;CK2為在基礎(chǔ)配方上分別添加5%的生物質(zhì)炭和5%的雞糞;其他試驗(yàn)處理為在CK2的基礎(chǔ)上進(jìn)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(yàn)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(yàn)方案如表2所示。

為避免由于草炭結(jié)塊等因素造成的基質(zhì)混配不勻而影響對基質(zhì)理化性質(zhì)測定的不準(zhǔn)確,以及便于更加準(zhǔn)確測定基質(zhì)容重和孔隙度,本試驗(yàn)采用玻璃鋼槽進(jìn)行育苗試驗(yàn)。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(zhì)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(jìn)行催芽處理, 播種時基質(zhì)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(yàn)期間不做施肥處理,保持基質(zhì)濕潤但不滴水 (防止養(yǎng)分流失) 。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 物理性質(zhì)

參考楊紅麗方法,略有改動。容重采用環(huán)刀法測定,在配置完畢基質(zhì)3d后的玻璃鋼槽上用環(huán)刀取滿基質(zhì),稱量環(huán)刀內(nèi)基質(zhì)重量,用基質(zhì)重量除以環(huán)刀的體積即為基質(zhì)容重?？偪紫抖扔靡灰阎w積V的鋁盒測定,加滿基質(zhì)后重為W1,然后將裝有基質(zhì)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(zhì)中的水分后(基質(zhì)不再流出水分即可) 稱其重為W3,再按以下公式計(jì)算基質(zhì)總孔隙度、通氣孔隙度和持水孔隙度:

1.2.2 化學(xué)性質(zhì)

取風(fēng)干基質(zhì)10g,加蒸餾水50mL,振蕩30min后過濾,用pH/電導(dǎo)率/離子綜合測試儀測定濾液pH值和EC值。

1.2.3 養(yǎng)分特性

堿解氮采用堿解擴(kuò)散法(用1mol/LNaOH擴(kuò)散,標(biāo)準(zhǔn)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(fā)育指標(biāo)測定

在育苗35d后(番茄5~6片葉) 完成所有指標(biāo)的測定。為避免邊緣效應(yīng),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(biāo)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(diǎn)之間的長度,用直尺測定;莖粗以根莖上部三分之一為準(zhǔn),用游標(biāo)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(nèi),105℃殺青20min,再置于80℃烘干至恒重,稱干重,然后再計(jì)算出平均地上和地下生物量;壯苗指數(shù)計(jì)算公式:壯苗指數(shù)=(莖粗/株高+地下部干重/地上部干重)×全株干重;G值計(jì)算公式:G值=全株干重/育苗周期。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2003建立數(shù)據(jù)庫,采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)及Pearson相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基質(zhì)添加生物質(zhì)炭、硫酸銨及雞糞后理化性質(zhì)的變化

從表3的結(jié)果可以看出,添加生物質(zhì)炭的CK2基質(zhì)除容重和通氣孔隙度小于無生物質(zhì)炭的CK1基質(zhì)外,其他各項(xiàng)理化性質(zhì)均高于CK1基質(zhì),而且除總孔隙度差異不顯著外(P>0.05),其他指標(biāo)均達(dá)到顯著差異 (P<0.05)。這與生物質(zhì)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(guān),而且生物質(zhì)炭高達(dá)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(zhì)中可以有效提高基質(zhì)的持水性(表1) 。

基質(zhì)中添加不同比例的硫酸銨和雞糞對基質(zhì)的理化性質(zhì)影響也不同(表3)。首先,基質(zhì)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(zhì)中添加硫酸銨可以顯著降低由于生物質(zhì)炭偏堿性而造成基質(zhì)pH值的增加(表3)。其次,同一硫酸銨添加水平下,隨著基質(zhì)中雞糞添加比例的增加,基質(zhì)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(zhì)中硫酸銨添加比例的增加, 基質(zhì)pH值呈現(xiàn)降低而EC值呈現(xiàn)上升的趨勢, 其他理化性質(zhì)無規(guī)律性變化。2.2基質(zhì)添加生物質(zhì)炭、硫酸銨及雞糞后養(yǎng)分特性的變化。

表4結(jié)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(jī)質(zhì)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(zhì)中添加生物質(zhì)炭可能有提高其養(yǎng)分含量的潛力。另外,研究結(jié)果還表明,基質(zhì)中添加0.5g/L的硫酸銨(S0.5J5)顯著提高基質(zhì)(CK2)堿解氮含量132.87%(P<0.05)。

基質(zhì)中添加硫酸銨和雞糞后明顯提高了基質(zhì)的養(yǎng)分含量(表4)。同一硫酸銨處理水平下,隨著基質(zhì)雞糞比例的升高,基質(zhì)的堿解氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)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(zhì)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(xiàn)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(zhì)速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量基本無顯著變化規(guī)律(P>0.05),這也說明提高該基質(zhì)堿解氮含量可能具有提高其速效磷含量的潛力。

3 結(jié)論與討論

基質(zhì)理化性質(zhì)是決定植物生長發(fā)育的條件,在本研究中, 所有基質(zhì)處理的物理性質(zhì)均基本處于適宜范圍,因此,番茄幼苗的生長發(fā)育主要受化學(xué)特性和養(yǎng)分特性的影響。

首先,研究結(jié)果表明,生物質(zhì)炭具有提高基質(zhì)EC值、總孔隙度、持水孔隙度和降低容重的特點(diǎn)(表3),使得其加入基質(zhì)中可以顯著改善基質(zhì)的理化性質(zhì),特別是對于提高基質(zhì)的持水量及EC值具有明顯的效果(表3)。其次,研究結(jié)果還顯示, 基質(zhì)中添加生物質(zhì)炭后還能在一定范圍內(nèi)提高基質(zhì)的養(yǎng)分含量(表4),但是同時也會增加基質(zhì)的pH值(表3),這也可能是唯一限制生物質(zhì)炭在基質(zhì)中應(yīng)用的因素,但是當(dāng)基質(zhì)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(zhì)炭偏堿性的特點(diǎn)而造成的基質(zhì)pH偏高,雖然本研究中大多基質(zhì)處理的pH值略超出了基質(zhì)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(fā)育首先主要是受養(yǎng)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(yǎng)分,使得堿解氮大幅度的變化在一定范圍內(nèi)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(yǎng)分的需求, 此配比下幼苗的壯苗指數(shù)和G值最高 (0.344和0.034)。當(dāng)硫酸銨和雞糞二者配比中任意一者添加量增大時,基質(zhì)的有效養(yǎng)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?yàn)镋C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(rèn)為基質(zhì)電導(dǎo)率達(dá)1.3mS/cm以上時就應(yīng)該停止施肥, 淋洗鹽分;還有文獻(xiàn)報道,基質(zhì)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(dǎo)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(xiàn)象。因此, 研究結(jié)果表明,在含5%的生物質(zhì)炭育苗基質(zhì)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(yǎng)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(jù)目前國內(nèi)外在基質(zhì)方面的研究進(jìn)展,基質(zhì)的開發(fā)應(yīng)當(dāng)向低成本和環(huán)保型方向發(fā)展,如果能將農(nóng)林廢棄物進(jìn)行有效的生物質(zhì)熱解轉(zhuǎn)化處理, 降低生物質(zhì)炭的制備成本,那么生物質(zhì)炭與化肥配比應(yīng)用將會有效降低基質(zhì)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的使用成本,而且如果能將生物質(zhì)炭與生理酸性化肥進(jìn)行有效配比和加工處理(如包膜、造粒等),生物質(zhì)炭的緩釋功能還會使得其與化肥配比達(dá)到對養(yǎng)分的緩釋保肥效果,減少由于化肥的流失對環(huán)境造成的污染問題。但是下一步還需要開展生物質(zhì)炭對N、P和K等化學(xué)肥料的緩釋效果的研究。