集约化农业退化土壤快速生物修复技术

2014-03-21 07:17王金良黄文峰温世君吕芬华董元华王小琴
浙江农业科学 2014年12期
关键词:专用肥叶面肥酵素

王金良,黄文峰,温世君,陈 哲,吕芬华,董元华,王小琴

集约化农业退化土壤快速生物修复技术

王金良1,黄文峰2,温世君2,陈 哲2,吕芬华1,董元华3,王小琴2

(1.海盐县农业技术推广中心,浙江 海盐 314300;2.海盐县友邦生物有机肥厂,浙江 海盐 314300;3.中国科学院 南京土壤研究所,江苏 南京 210000)

随着农业集约化发展,大规模设施栽培,加上高强度施肥等因素,土壤退化功能性障碍严重。以大棚设施葡萄为研究对象,研发高活性酵素有机肥、酵素配方专用肥、中微量元素叶面肥,制定绿色生态施肥技术方案。用酵素有机肥调节土壤生物功能,化肥与有机肥结合,平衡施肥调节化学过程,中微量元素叶面追肥促进作物健康,消除土壤养分失衡、“富营养化”、土壤酸化、次生盐渍化等各种功能障碍,从而实现集约化退化土壤的快速修复与可持续利用。

退化土壤;生物修复;酵素有机肥;配方专用肥;中微量元素叶面肥;绿色生态施肥技术;

随着农业集约化、规模化生产的发展,土壤的高强度利用与管理不善,尤其是大量甚至过量施用化肥与农药,引起了土壤板结、生物功能退化、养分失衡、严重酸化、次生盐渍化等各种土壤功能障碍问题,严重影响农作物的正常生长和农产品品质。特别是土壤的生物功能退化,导致作物养分吸收障碍,农作物出现越 “肥” 越要施肥的怪现象,形成恶性循环,加剧土壤退化。此外,生物功能退化还会导致土传病害流行,作物连作障碍,严重时将致使土地无法继续耕种,严重威胁农业的可持续发展。海盐县地处长江三角洲中心地区,近年来大棚葡萄产业异军突起,全县葡萄种植面积达到1 733.3 hm2,居浙江省第四位。其中,大棚设施栽培面积占98%以上,居浙江省首位。葡萄常年连作,覆膜时间长,农民为了追求高产,超量施用化肥,导致葡萄生产上土壤严重酸化、养分失衡和次生盐渍化。在本研究中,我们将设施葡萄作为研究对象,把土壤-葡萄-施肥方式作为一个有机整体,通过开展土样调查分析,研发功能性酵素有机肥、葡萄配方专用肥、叶面肥以及配套绿色施肥技术,以恢复并保障土壤生态系统的健康与长期可持续利用。

1 海盐葡萄主产区生产现状调查

1.1 施肥情况

葡萄是喜肥水果,需肥量大。葡萄中等地力一般667 m2的施肥量 (折纯)为氮约30 kg,磷25~30 kg,钾30~40 kg,三要素肥料85~100 kg。在海盐县对20户抽样户进行调查,结果显示,当地667 m2葡萄平均施氮73.5 kg,磷78.3 kg,钾48.5 kg、三要素肥料200.3 kg,分别超过了葡萄一般正常需肥量的145%,184.7%,38.6%和116.5%。调查表明,海盐县葡萄超量施肥情况十分严重。

1.2 土壤理化性状

2010年10月,海盐县土肥站在葡萄种植面积最大的武原街道、于城镇随机抽取23户,按标准取土,采集了第1批23个土样;2011年9-11月,海盐农科所又在武原街道、于城镇、通元镇、西塘桥街道随机抽取14户,采集了第2批15个土样。检测结果显示,所有供试样品pH平均值5.59,有机质含量平均为34.15 g·kg-1,全氮含量2.25 g·kg-1,有效磷含量144.25 mg·kg-1,速效钾含量471.6 mg·kg-1。对照优质葡萄地力指标要求,土样pH明显偏低,最低只有4.02,严重酸化;有机质和全氮指标与指标要求基本一致;但有效磷含量超过了优质葡萄地力指标值数倍,速效钾含量也超出指标要求。对照海盐县全县农田平均值,有效磷含量超出5.27倍,速效钾超出3.03倍,磷钾养分严重超标。葡萄是对盐敏感的非盐生植物,当土壤

中的水溶性盐总量达到1.8 g·kg-1时就会生长不良,超过2.3 g·kg-1时会导致植株死亡。但第2批土样中水溶性盐总量平均值为0.83 g· kg-1,是全县农田平均值的8倍,盐渍化趋势非常明显。15个样品中,轻度盐渍化 (小于1.0 g· kg-1)的有10个,占66.7%;中度盐渍化 (1.0~2.0 g·kg-1)的有4个,占26.7%;重度盐渍化 (大于2.0%)的1个,占6.6%。

葡萄是多年生作物,常年连作,推广设施栽培后,盖膜时间长达10个月,减少了雨水冲淋对土壤的自然修复作用,致使土壤板结、生物功能退化;土壤中的磷钾养分虽然超过正常水平数倍,但植物根系难于吸收利用,出现越 “肥” 越要施肥的怪现象。同时,由于推广单膜覆盖、双膜覆盖,引起棚内温度升高,蒸发量大增,致使土壤盐分随毛细管向表层土集聚,引起次生盐渍化。调查发现,葡萄大棚栽培时间越长,土壤酸化以及各种功能性障碍越严重。

2 健植型高活性酵素生物有机肥研发

2.1 优质酵素菌种筛选

海盐友邦生物有机肥厂以原来企业堆肥发酵使用的商品菌种和市售商业菌种为出发菌剂,进行了优质酵素菌种的筛选、复壮工作。共筛选和复壮耐高温分解菌7株、耐高温蛋白酶高产菌2株 (>10 000 U·mL-1),乳酸菌3株、光合细菌2株、放线菌2株。以畜禽粪便为主要原料,利用上述菌株进行堆肥发酵比较和生产性验证,获得了适合企业发酵工艺的优化菌群组合HY-1,其发酵效果与企业原来生产使用的进口EM菌效果相当。相关菌株符合 《微生物肥料生物安全通用技术准则》 (NY 1109-2006)中第一级菌株的要求。

2.2 生物有机肥质量水平

利用海盐友邦生物有机肥厂研制的简便实用的自走式条垛翻抛机,对翻抛间隔、次数及堆肥物料配比 (C/N、调理剂、水分)等参数进行优化。按照优化后的工艺参数进行处理后,成品有机肥中的有益微生物数量高,产品外观颜色好,无臭,速效和全量养分高。经检测,有效活菌数为2.33亿·g-1(其中枯草芽孢杆菌1.45亿·g-1,戊糖片球菌0.30亿·g-1,米根霉0.32亿·g-1,粉状毕赤酵母0.26亿·g-1),超过标准0.2亿·g-1的10倍;蛔虫卵死亡率99%,粪大肠杆菌群数20个· g-1,满足NY 884-2012生物有机肥行业标准。经农业部肥料质量监督检验测试中心 (杭州)检测,2011、2012年连续2年,成品均达到NY 525-2012有机肥料行业标准,其中总养分指标2年平均10.4%,是标准要求5%的2倍。

2.3 酵素菌肥功能开发

该健植型酵素肥含有大量高活性菌、原生赤霉素、生长激素、抗生素和其他活性有机可溶物,pH 7.5~8.5,呈碱性,具有培肥改良土壤,促进植物生长,增强作物抗性,增加农作物产量,提高农产品品质,修复酸化土壤的功能。酵素菌肥料施入土壤后,能快速分解有机物,降解有害物质,并在发酵过程中产生大量葡萄糖、氨基酸、酶类、维生素等活性物质。利用该酵素菌肥可以修复因长期使用农药化肥引起的土壤板结、地力下降、土壤缓冲能力减弱、返盐返碱等诸多问题,并能有效改善土壤的理化性状,分解残留农药,防止土壤盐渍化,调节pH值和地温,促进土壤有益微生物的增殖,从根本上改善土壤的生态环境。

3 葡萄配方专用肥和叶面肥研发

根据浙江海盐地区气候条件、葡萄园土壤肥力状况、葡萄各生育期对养分的需求规律,以及土壤施肥与叶面施肥的相互关系,设计了葡萄酵素专用肥配方组合和大量、中微量元素叶面肥配方组合。通过田间对比试验,筛选出葡萄酵素配方专用肥1个,微量元素、中量元素氨基酸水溶性叶面肥2个,大量元素氨基酸水溶性肥1个。

3.1 葡萄酵素配方专用肥

该配方肥是一种无氯专用活性有机无机肥产品,其中含氮、磷、钾总有效成分≥20%(N+ K2O+P2O5为8%+4%+8%),微量元素含量≥0.3%,活性有机质≥20%,腐殖酸≥10%,其中有机-无机,大、中、微量元素养分之间配比合理,配伍科学。葡萄施用后,供肥稳而长、利用率高,保肥、保墒性能强,可以促进葡萄根系生长,提高根系活力,充分吸收养分,增强植株抗病、抗逆能力;尤其有利于提高葡萄果实色香味,改善品质。此外,该配方肥兼具土壤改良修复作用,可以增强土壤微生物活性,活化土壤养分,减轻土壤次生盐渍化程度;同时该肥中内含中科生物活性增效剂和调理剂,能激活释放退化土壤中固定的养分,且对土壤重金属有钝化作用。

3.2 葡萄氨基酸水溶性叶面肥

3.2.1 锌硼型复合氨基酸水溶性叶面肥

按照NY 1429-2010含氨基酸水溶肥料技术标准要求,该氨基酸微量元素液态肥含有17种氨基酸,总含量≥100 g·L-1(含量≥10%),铜、铁、锰、锌、硼、钼等微量元素总含量20 g·L-1(即总含量2%),N+K2O≥15%。该叶面肥可促进作物叶绿素的生成,增强同化产物的蓄积效率,提高作物的品质 (促进着色、提高糖度)。使用时用清水稀释250倍,叶片正反面均匀喷施。

3.2.2 钙镁型复合氨基酸水溶性叶面肥

该氨基酸中量元素液态肥含有17种氨基酸,总含量≥100 g·L-1(含量≥10%),钙镁总含量30 g·L-1(总含量3%),N+K2O≥15%,可促进作物叶绿素的生成,细胞分裂和花粉受精,蛋白质和淀粉合成及植物的光合作用,促进果皮着色、提高糖度,增强同化产物的蓄积效率,提高作物品质,提高作物对病虫害的免疫力。该产品尤其适用于钙镁营养元素短缺的果园及在蔬菜土壤上种植的作物。使用时用清水稀释250倍,叶片正反面均匀喷施。

3.2.3 氮钾氨基酸水溶肥

该产品氨基酸总含量≥200 g·L-1(含量≥20%),氮钾总含量300 g·L-1(N+K2O≥ 30%),产品配伍合理。该产品使用方便,节省劳力,作物吸收快,利用率高,有利于提高农作物产量、改善品质,同时可减少肥料用量,防治土壤盐渍化程度进一步加深。使用时,前期每667 m2施10 kg,中后期每667 m2施15~20 kg,一般按1:250~1:300倍的比例兑水,可采用沟灌、滴灌或冲施的方法进行。

4 葡萄退化土壤修复试验

试验设在于城镇吕冢7组某农户葡萄园,品种为红地球,树龄10年,长期高强度施肥,土壤已严重退化。设置生石灰、钙镁磷肥、健植型酵素肥3种肥料,并分别设置不同用量,结合葡萄基肥施用。

4.1 不同处理对土壤理化性状的影响

处理前土壤pH值5.22,有机质含量31.36 g· kg-1,全氮2.48 g·kg-1,有效磷206.57 mg·kg-1,速效钾436 mg·kg-1。除667 m2施用1 500 kg的健植型酵素肥处理外,其他处理均能明显提高土壤pH值。对于生石灰和钙镁磷肥面言,随着其施用量的增加,土壤pH值也相应升高,但随着健植型酵素肥用量的增加,土壤pH值逐步下降。对比3种肥料,以生石灰对提高土壤pH效果最好,钙镁磷肥次之,而发健植型酵素肥效果最差。3种肥料对土壤有机质及全氮含量无显著作用,但均能降低土壤速效钾含量。对比3种肥料,以生石灰效果最优,钙镁磷肥次之,健植型酵素最差 (表1)。

表1 生石灰、钙镁磷肥、健植型酵素肥对土壤理化性质的影响

4.2 葡萄果品外观性状及品质检测分析

采集葡萄各处理样本,对葡萄果粒外观指标(单重、纵径、横径、可溶性固形物) 和果穗外观指标 (单重、纵径、横径) 进行检测和测定。果粒外观指标对比结果见表2。各处理间,健植型酵素肥的效果明显优于钙镁磷肥和生石灰;酵素肥中,又以667 m2施用1 000 kg效果最佳,具体表现为单果重,且糖度最高,单重、纵径、横径、可溶性固形物分别达到11.75 g,29.90 mm,25.15 mm、16.2%。表明施用健植型酵素肥对改善葡萄外观性状与提高糖度有较好作用。

从葡萄果穗外观指标来看,同样以酵素肥效果最好,667 m2施用1000 kg酵素肥后,单重、纵径、横 径分别达到1 399 g,259.6 mm,191.8mm(表3)。

表2 不同处理的葡萄果粒外观及糖度对比

表3 不同处理的葡萄果穗外观指标对比

综合上述试验结果可知,施用生石灰对提高土壤pH值、逆转土壤酸化的速度快,直接效果最好;但是,施用健植型酵素肥和钙镁磷肥对调节土壤pH值和改良酸化土壤也有一定的作用,而且施用健植型酵素肥可以明显提高葡萄外观性状和内在品质,果粒饱满,果穗美观,糖度增加,有利于提高经济效益。生产上可以将二者结合起来,对大棚葡萄退化土壤,667 m2施用生石灰50~75 kg,并配合施用酵素生物有机肥750~1 000 kg,在每年秋冬季作为基肥一起施用。具体施用方法为:面上撒施,然后全园翻耕覆盖。钙镁磷肥代替过磷酸钙对缓解土壤酸化有一定作用,但鉴于目前土壤普遍磷过剩,老葡萄园上基本上不需使用。

5 绿色生态施肥技术研究与方案制定

将土壤-葡萄作为一个有机整体,研究葡萄绿色施肥技术,制定科学施肥方案。根据葡萄品种特性和目标产量确定全生育期总用肥量,再根据葡萄各个生育时期需肥规律,结合农民的操作习惯,确定施肥时间、施肥品种、肥料用量和施肥方法。在施肥关键环节定向开发和使用有机无机配方肥,推广健植型酵素肥和葡萄配方专用肥,调节土壤养分平衡。尽量利用好每年11-12月大棚揭膜的时期,利用自然降雨进行土壤修复。用地与养地结合,在生产高品质葡萄的同时,加快恢复和保障土壤生态系统的健康。根据项目研究技术成果,在海盐纯元葡萄合作社、丰香葡萄合作社及金斗笠农场等葡萄基地开展试验应用,制定了 《海盐红地球葡萄绿色生态施肥技术方案》 (表4)、 《海盐醉金香葡萄绿色生态施肥技术方案》与 《海盐藤稔葡萄绿色生态施肥技术方案》。

6 葡萄绿色生态施肥技术示范与推广

6.1 建立示范基地

项目组在海盐纯元葡萄合作社、丰香葡萄合作社、九斤现代农业示范园及金斗笠农场,建立葡萄绿色生态施肥示范基地78.67 hm2。在西塘桥丰香葡萄合作社社长沈卫忠葡萄园示范基地,由于以前超量用化肥,土壤退化严重,据测土检验土壤pH值5.6,有机质38.1 g·kg-1,全氮2.5 g·kg-1,有效磷289.5 mg·kg-1,速效钾843 mg·kg-1,全盐量0.95 mg·kg-1,生产上出现裂果、缺素症等症状。2011年开始采取了土壤修复技术措施,667 m2使用酵素肥500 kg作基肥,配合施用生石灰75 kg进行土壤处理,并搭配使用葡萄配方专用肥、中微量元素氨基酸叶面肥,复合肥、尿素大幅度减量,化肥用量减少了45%;由于土壤严重磷过剩,停止使用过磷酸钙。结合10-12月大棚揭膜,利用雨水冲淋等有效措施,葡萄退化土壤得到有效修复。pH值回升到6.8,有效磷下降了35%,速效钾下降了38%,全盐量下降到0.25 mg· kg-1。示范基地采集的醉金香葡萄,经中科院南京土壤研究所检测,果实的可溶性固形物含量达16.57%(增加),可滴定酸含量0.43%(降低),总糖含量15.97%(增加),糖酸比37.47(显著增加),氨基酸含量58.79 mg·kg-1(提高),明显改善了葡萄果实的营养与加工品质。土壤修复后,667 m2红地球葡萄产量1 800 kg,效益1万元,醉金香1 400 kg,效益8 700元,投产6 hm2葡萄,经济效益80万元。在武原纯元葡萄合作社周陶军葡萄园、于城八字葡萄合作社沈中华葡萄园等示范基地,采取相同修复措施,取得相同效果。

表4 海盐红地球667 m2葡萄绿色生态施肥技术方案

6.2 大面积推广应用

结合 “海盐葡萄万亩亿元工程” “万亩红地球优质高效提升工程”,大力推广葡萄绿色生态施肥技术,并将操作技术编入 《大棚红地球葡萄标准化栽培模式图》。利用海盐县农业科学研究所每年举办的7次大型葡萄培训班,大力推广葡萄绿色生态施肥与退化土壤修复技术培训,并通过重点示范户带动,加快技术推广,两年来已累计推广应用575 hm2。生产上大面积推广健植型酵素肥作基肥,667 m2葡萄施用750~1 000 kg,并使用生石灰进行土壤处理;结合测土配方施肥,重点推广葡萄酵素配方专用肥,通过有机无机结合,实现化肥减量增效;激活释放土壤固定积累的养分,调节养分平衡,修复了退化土壤。pH值平均提高1个点以上,667 m2葡萄全生育期化肥用量从原来的319 kg下降到189 kg,平均下降40.75%;其中复合肥减少46.67%,尿素减少25%;对于土壤磷严重过剩的停止用磷肥,氮磷钾三要素减少了27.4%;施肥成本节省了25.76%。实施区葡萄控产稳产,667 m2葡萄平均产量1 750 kg;且品质显著提高,果穗美观,果粒饱满,糖度增加,风味好,精品果比例增加到40%。667 m2葡萄平均增收节本2 811.71元,全县果农共增收节本2 423.7万元。通过项目的实施,海盐友邦生物肥料厂转化鲜粪11.5万t,生产酵素有机肥2.57万t,实现效益226.3万元。项目总经济效益2 650万元,且有效减少了畜粪引起的环境污染。

[1] 史静,张乃明,包立.我国设施农业土壤质量退化特征与调控研究进展 [J].中国生态农业学报,2013,21(007):787-794.

[2] 杨治元.葡萄营养与科学施肥 [M].北京:中国农业出版社,2009:36-38,144-145.

[3] 贺普超.葡萄学 [M].北京:中国农业出版社,1999:87.

[4] 严大义.红地球葡萄 [M].北京:中国农业出版社,2011:81.

(责任编辑:高 峻)

S 156

B

0528-9017(2014)12-0000-00

文献著录格式:王金良,黄文峰,温世君,等.集约化农业退化土壤快速生物修复技术 [J].浙江农业科学,2014(12):0-0.

2014-09-09

浙江省科技计划 “集约化农业退化土壤快速修复技术研究”(2011C22102)

王金良 (1963-),男,高级农艺师,从事农技推广和生态循环农业、化肥农药减量增效研究工作。E-mai1:zjhyw j18 @163.com。

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