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本研究将尝试在育苗基质中应用生物质炭并同时配比有机肥和化肥, 确定不同处理方式对基质主要理化性质和幼苗生长发育的影响。生物质炭普遍偏碱性,会增加土壤和基质pH值, 不利于作物的生长。因此,本研究将以生理酸性化学肥料———硫酸铵[ (NH4) 2SO4]作为能在一定程度上降低生物质炭pH值的调节材料,研究硫酸铵和鸡粪在含生物质炭育苗基质中的配比使用效果,为下一步生物质炭的广泛利用和基质的开发奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验在宁夏林业研究所试验基地———银川植物园PC板温室中进行。供试蔬菜为番茄 (Lycopersicon esculintum) , 2011年2月28日开始播种,4月2日结束, 育苗周期35d。试验用育苗基质原料(草炭、蛭石、珍珠岩、腐熟鸡粪和生物质炭) 由国家经济林木种苗快繁工程技术研究中心提供, 其中生物质炭是柠条(Caragana Microphylla)500℃温度的反应釜中隔绝空气热解制得, 并粉碎过0.4mm筛备用, 柠条生物质炭基本理化性质如表1所示。
本研究采用二因素正交试验设计,同时设2个对照(CK)。研究所使用的基质基础配方为草炭∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1 (体积比) ,在此基础上设11个试验处理,CK1为在基础配方上添加5%(体积分数,下同)的鸡粪;CK2为在基础配方上分别添加5%的生物质炭和5%的鸡粪;其他试验处理为在CK2的基础上进行3种不同比例硫酸铵[(NH4)2SO4,氮含量≥20.5%](0.5g/L、0.7g/L和1g/L) 和3种不同比例鸡粪(5%、10%和15%)的二因素正交试验处理。其中,硫酸铵添加量分别用代码S0.5、S0.75和S1表示0.5g/L、0.7g/L和1g/L,鸡粪比例分别用J5、J10和J15表示5%、10%和15%,组合代码表示二者的不同配比,如S0.5J5, 具体试验方案如表2所示。
为避免由于草炭结块等因素造成的基质混配不匀而影响对基质理化性质测定的不准确,以及便于更加准确测定基质容重和孔隙度,本试验采用玻璃钢槽进行育苗试验。玻璃钢槽长×宽×高=2m×1 m×0.12m,置于高70cm的育苗床架上,所装基质厚度0.8m,玻璃钢槽底部具透气孔。播种时番茄株行距等于98穴盘穴间距(4 cm×4 cm) ,番茄在播前进行催芽处理, 播种时基质浇透水,每穴播2粒种子,出苗后每穴间苗或定植为1株幼苗。试验期间不做施肥处理,保持基质湿润但不滴水 (防止养分流失) 。
1.2 测定项目与方法
1.2.1 物理性质
参考杨红丽方法,略有改动。容重采用环刀法测定,在配置完毕基质3d后的玻璃钢槽上用环刀取满基质,称量环刀内基质重量,用基质重量除以环刀的体积即为基质容重。总孔隙度用一已知体积V的铝盒测定,加满基质后重为W1,然后将装有基质的铝盒放在水中浸泡24h(加水至容器顶部) 称重为W2,然后自由沥干基质中的水分后(基质不再流出水分即可) 称其重为W3,再按以下公式计算基质总孔隙度、通气孔隙度和持水孔隙度:
1.2.2 化学性质
取风干基质10g,加蒸馏水50mL,振荡30min后过滤,用pH/电导率/离子综合测试仪测定滤液pH值和EC值。
1.2.3 养分特性
碱解氮采用碱解扩散法(用1mol/LNaOH扩散,标准酸滴定)测定;速效磷用0.5mol/LNaHCO3浸提,钼锑抗比色法测定;速效钾用1mol/LNH4OAc浸提,火焰光度法测定。
1.2.4 幼苗生长发育指标测定
在育苗35d后(番茄5~6片叶) 完成所有指标的测定。为避免边缘效应,育苗槽四周的幼苗不取样测定,在中间位置按2条对角线取样测定,每个指标均取40株幼苗测定。番茄叶面积的测定是选择完全展开的且最大羽状叶片的顶端小叶片,利用Li-3100C叶面积仪测量其叶面积;株高为茎基部到生长点之间的长度,用直尺测定;茎粗以根茎上部三分之一为准,用游标卡尺测定;幼苗地上及地下部干鲜重用电子天平测定,以每10株为一组,共4组,测完鲜重后,将幼苗仍以组为单位放入烘箱内,105℃杀青20min,再置于80℃烘干至恒重,称干重,然后再计算出平均地上和地下生物量;壮苗指数计算公式:壮苗指数=(茎粗/株高+地下部干重/地上部干重)×全株干重;G值计算公式:G值=全株干重/育苗周期。
1.3 数据分析
利用Microsoft Excel 2003建立数据库,采用SPSS13.0统计分析软件对数据进行差异显著性检验及Pearson相关分析。
2 结果与分析
2.1 基质添加生物质炭、硫酸铵及鸡粪后理化性质的变化
从表3的结果可以看出,添加生物质炭的CK2基质除容重和通气孔隙度小于无生物质炭的CK1基质外,其他各项理化性质均高于CK1基质,而且除总孔隙度差异不显著外(P>0.05),其他指标均达到显著差异 (P<0.05)。这与生物质炭容重和通气孔隙度小、总孔隙度和持水孔隙度大、pH值和EC值高有关,而且生物质炭高达64.20%的持水孔隙度(占总孔隙度的83.70%)充分说明其添加至基质中可以有效提高基质的持水性(表1) 。
基质中添加不同比例的硫酸铵和鸡粪对基质的理化性质影响也不同(表3)。首先,基质中添加0.5g/L的硫酸铵即可将p H值从7.45(CK1)降至7.07(S0.5J5),且差异显著(P<0.05),说明基质中添加硫酸铵可以显著降低由于生物质炭偏碱性而造成基质pH值的增加(表3)。其次,同一硫酸铵添加水平下,随着基质中鸡粪添加比例的增加,基质的容重、持水孔隙度、水气比、pH值和EC值有增加的趋势,而总孔隙度和通气孔隙度有降低的趋势;同一鸡粪添加水平下,随着基质中硫酸铵添加比例的增加, 基质pH值呈现降低而EC值呈现上升的趋势, 其他理化性质无规律性变化。2.2基质添加生物质炭、硫酸铵及鸡粪后养分特性的变化。
表4结果显示,CK1与CK2处理除碱解氮含量差异不显著(P>0.05)外,速效磷、速效钾和有机质含量后者均大于前者,其中速效钾差异不显著(P>0.05),说明基质中添加生物质炭可能有提高其养分含量的潜力。另外,研究结果还表明,基质中添加0.5g/L的硫酸铵(S0.5J5)显著提高基质(CK2)碱解氮含量132.87%(P<0.05)。
基质中添加硫酸铵和鸡粪后明显提高了基质的养分含量(表4)。同一硫酸铵处理水平下,随着基质鸡粪比例的升高,基质的碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量均显著升高(P<0.05);同一鸡粪处理水平下,随着硫酸铵添加量的增加,基质碱解氮的含量呈显著升高趋势(P<0.05),速效磷虽然在总体上表现出一定的升高趋势,但处理间差异性大多不显著 (P>0.05),基质速效钾和有机质含量基本无显著变化规律(P>0.05),这也说明提高该基质碱解氮含量可能具有提高其速效磷含量的潜力。
3 结论与讨论
基质理化性质是决定植物生长发育的条件,在本研究中, 所有基质处理的物理性质均基本处于适宜范围,因此,番茄幼苗的生长发育主要受化学特性和养分特性的影响。
首先,研究结果表明,生物质炭具有提高基质EC值、总孔隙度、持水孔隙度和降低容重的特点(表3),使得其加入基质中可以显著改善基质的理化性质,特别是对于提高基质的持水量及EC值具有明显的效果(表3)。其次,研究结果还显示, 基质中添加生物质炭后还能在一定范围内提高基质的养分含量(表4),但是同时也会增加基质的pH值(表3),这也可能是唯一限制生物质炭在基质中应用的因素,但是当基质中添加一定量(0.5g/L)的生理酸性化肥硫酸铵时就可以降低由于生物质炭偏碱性的特点而造成的基质pH偏高,虽然本研究中大多基质处理的pH值略超出了基质适宜的p H值范围,但是均处于弱碱性,因而可能不是影响番茄幼苗生长的主要因素。因此,番茄的生长发育首先主要是受养分特别是碱解氮含量的影响,由于硫酸铵和鸡粪同时作为氮源提供养分,使得碱解氮大幅度的变化在一定范围内可能引起了番茄的烧苗,而研究表明,0.5g/L的硫酸铵同时配比5%鸡粪就可以满足育苗过程中幼苗与养分的需求, 此配比下幼苗的壮苗指数和G值最高 (0.344和0.034)。当硫酸铵和鸡粪二者配比中任意一者添加量增大时,基质的有效养分含量特别是碱解氮含量明显增加 (表4),EC值也大幅度升高(表3),因为EC值也可能是影响番茄幼苗正常生长的另一个主要因素,郭世荣认为基质电导率达1.3mS/cm以上时就应该停止施肥, 淋洗盐分;还有文献报道,基质EC值0.5~3mS/cm较合适,因而硫酸铵和鸡粪添加量同时增加导致的碱解氮含量增加和EC值升高,可能在一定程度上引起了烧苗现象。因此, 研究结果表明,在含5%的生物质炭育苗基质中,同时添加0.5g/L的硫酸铵和5%的鸡粪即可满足幼苗对养分的需求,而且还不会引起烧苗,即最佳配比为S0.5J5处理。
根据目前国内外在基质方面的研究进展,基质的开发应当向低成本和环保型方向发展,如果能将农林废弃物进行有效的生物质热解转化处理, 降低生物质炭的制备成本,那么生物质炭与化肥配比应用将会有效降低基质在设施农业中的使用成本,而且如果能将生物质炭与生理酸性化肥进行有效配比和加工处理(如包膜、造粒等),生物质炭的缓释功能还会使得其与化肥配比达到对养分的缓释保肥效果,减少由于化肥的流失对环境造成的污染问题。但是下一步还需要开展生物质炭对N、P和K等化学肥料的缓释效果的研究。