商品有机肥用量对新垦山地土壤肥力和蔬菜产量的影响

沈建国，楼玲，邵小青，马伟洪，白颂华，王忠

(1.杭州市余杭区农业生态与植物保护管理总站，浙江 杭州 311100； 2.杭州市余杭区径山镇农业公共服务中心，浙江 杭州 311116；3.杭州市满山红蔬果专业合作社，浙江 杭州 311118)

杭州市余杭区位于浙江省北部、杭嘉湖南段，西依天目山，南濒钱塘江，人均耕地面积仅0.028 hm2，耕地资源比较紧缺。作为杭州市都市新区，近年来，余杭区城镇化进程快速推进，同时还要承担交通、能源、水利等领域国家级，以及省市重点项目的建设任务，导致辖区耕地资源因建设占用不断减少。为实现耕地占补动态平衡，从2006年开始，余杭区基于土地整理、建设用地复耕、垦造耕地等一系列措施开展了补充耕地建设，仅2012—2017年就建成新垦耕地 799.92 hm2。但这些补充耕地基础肥力差、熟化程度低，需要进行土壤培肥改良，才能满足作物生长需求[1-2]。

有机肥具有养分齐全、缓效性强等特点，科学施用能有效增加、更新土壤有机质，改善土壤理化性质，提高土壤酸碱缓冲性能，促进微生物繁殖[3-6]。商品有机肥是以畜禽粪便、动植物残体等为主要原料，经发酵腐熟制成，符合国家相关标准，并作为商品进入流通的有机肥料[7]，是补充土壤有机质的主要来源，也是提高土壤肥力的重要物质基础[8]。我国学者就商品有机肥在耕地土壤培肥上的效果做了不少研究[9-11]，但大多数研究只关注水田、旱地土壤，关于商品有机肥在新垦耕地培肥方面的研究鲜见报道。为此，以杭州市余杭区瓶窑镇南山村2012—2013年建成的新垦山地为研究对象，在蔬菜种植模式下开展商品有机肥用量梯度试验，探讨不同商品有机肥用量对新垦山地土壤肥力和作物生长的影响，为新垦耕地培肥改良提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试土壤

试验地点位于杭州市余杭区瓶窑镇南山村满园新垦山地基地内(119°56′12.54″E，30°23′39.27″N)，供试土壤为黄泥砂土[12]，属红壤土类黄红壤亚类，质地偏砂，土壤肥力低下。经测定，土壤基本理化性状如下：土壤容重1.25 g·cm-3，pH值5.40，有机质8.9 g·kg-1，全氮0.45 g·kg-1，有效磷68.3 mg·kg-1，速效钾338.8 mg·kg-1。

1.1.2 供试肥料

供试商品有机肥由杭州绿宝有机肥有限公司提供，以猪粪为主要原料， pH值8.4，有机质57%，总氮(N)3.28%，磷(P2O5)2.89%，钾(K2O)2.72%。供试化肥有4种：尿素(N 46.4%)，灵谷化工有限公司；氯化钾(K2O 60%)，中化化肥有限公司提供，系加拿大进口产品；复合肥1(N 21%，P2O56%，K2O 13%)、复合肥2(N 18%，P2O518%，K2O 18%)，均由中国-阿拉伯化肥有限公司生产。

1.1.3 供试作物

供试作物为包心菜和青菜，包心菜品种为绿贝，青菜品种为上海青，种子均由福州科翔种业有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 处理设计

在等量施用化肥的基础上，以商品有机肥用量为因素，设5个处理，每处理3次重复，共计15个小区(随机排列)，各处理的商品有机肥施用量依次为0(CK)、7.5 t·hm-2(T1)、15 t·hm-2(T2)、22.5 t·hm-2(T3)、30 t·hm-2(T4)。小区之间用五孔板(深埋40 cm)隔离。商品有机肥在每茬蔬菜定植前结合翻耕施入，连续种植4茬蔬菜(2016—2017年)。

各处理化肥施用方案为：包心菜基施600 kg·hm-2复合肥1，封行前追施300 kg·hm-2复合肥1，结球前期追施600 kg·hm-2复合肥1、氯化钾130 kg·hm-2；青菜基施375 kg·hm-2复合肥2，三叶一心时追施150 kg·hm-2尿素。

1.2.2 栽培措施

试验区块蔬菜种植茬口安排为包心菜—青菜—青菜—包心菜。包心菜种植密度为40 cm×40 cm，青菜种植密度为20 cm×20 cm。第1茬于2016年9月23日移栽，2017年1月3日收获；第2茬于2017年3月27日移栽，2017年5月5日收获；第3茬于2017年5月26日移栽，2017年6月30日收获；第4茬于2017年9月1日移栽，2017年11月20日收获。

1.3 测定项目与方法

在试验前、后分别采集试验地耕层土壤样品，测定土壤容重、pH值，以及有机质、全氮、有效磷和速效钾含量等土壤养分指标和Pb、Cr、Cd、Hg、As等重金属元素含量。具体测定方法如下：容重采用环刀法测定；pH值采用氧化还原电位法测定；有机质含量采用油浴加热重铬酸钾氧化-滴定法测定；全氮含量采用浓硫酸消煮-半微量凯式法测定；有效磷采用盐酸-氟化铵提取-钼锑抗比色法(Bray法)测定；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定[13]。

在试验过程中，对每茬包心菜、青菜实地测产。

2 结果与分析

2.1 对土壤肥力的影响

土壤肥力是指土壤为植物生长供应和协调养分、水分、空气和热量的能力，是土壤物理、化学和生物学性质的综合反映[14]。选用土壤容重、速效钾等6个肥力指标，对不同商品有机肥用量下新垦山地试验前后的土壤肥力变化进行比较(图1)。从变化趋势看，随着商品有机肥用量增加，土壤容重降幅、有效磷增幅随之加大，而pH值降幅随之减小，有机质、全氮、速效钾的增幅均呈先扬后抑态势，表现为T3>T4>T2>T1>CK。从变化幅度看，容重的降幅、有效磷的增幅均以T4最大、CK最小，分别为16.0%、305.6%和4.8%、36.1%，pH值降幅以CK最大、T4最小，分别为11.5%和3.9%，有机质、全氮、速效钾增幅均以T3最大、CK最小，分别为220.4%、243.9%、52.9%和72.3%、112.0%、5.3%。

由以上结果可见，增施商品有机肥不但能够有效改善土壤结构，使土壤容重朝着更加利于耕作的方向改善。同时，由于其高温发酵腐熟而成的中性偏碱特性，供试商品有机肥具备较强的酸碱度缓冲性能，可有效缓解土壤酸化[4]。另外，该商品有机肥满足了有机质含量≥45%、总养分含量(N+P2O5+K2O)≥5%的行业标准要求，施入后可在直接提高土壤有机质及氮磷钾含量的同时，积累大量的中低分子有机物，从而与土壤磷素竞争吸附位，增加土壤吸附态磷的释放[15]，这可能正是土壤有效磷含量得以大幅提升的关键所在。

2.2 对蔬菜产量的影响

作物产量是土壤肥力的综合反映，也能表征土壤改良的效果[3]。由表1可知，除第1茬蔬菜产量在各处理间无显著差异外，合适的有机肥处理能显著提高单茬蔬菜和4荐蔬菜的总产量。蔬菜总产以T2处理最高，较对照(CK)显著增产36.6%，较T1显著增产10.8%，与其他处理差异不显著。

表1 各处理的蔬菜产量 kg·hm-2

注：同列数据后无相同字母的表示差异显著(P<0.05)。

图1 试验前后各处理土壤肥力指标的变化

分析可知，增施商品有机肥对头茬作物的增产效果并不明显，但随着商品有机肥的持续投入，至第2茬出现最大增幅(85.6%)，平均产量增幅高达62.8%，但从第3茬开始，增幅呈整体下降态势。不同种类蔬菜施用商品有机肥的增产效果也不一致。与对照(CK)相比，2茬青菜施用商品有机肥的产量平均增幅(42.6%)要高于2茬包菜施用商品有机肥的产量增幅(28.1%)。这可能是因为青菜比包菜生育期短，单位产量低，总需肥量少，因此，施用等量商品有机肥的产量贡献率较包菜大。

2.3 对生产效益的影响

由表2可知，随着商品有机肥用量的增加，蔬菜生产效益总体呈现2方面的变化特点：一是蔬菜增产增效以T2为分水岭先增后减，以T2的增产增效效果最好；二是新增投入产出比逐渐降低，T1和T2处理的新增投入产出比大于1，而T3和T4处理的新增投入产出比均小于1，以T4处理最低，仅为0.53。

2.4 对土壤环境质量的影响

根据土壤常规5项重金属检测结果(表3)可知，试验前后对比，各处理重金属镉、砷、铬含量均有所上升，汞含量均有所下降，铅含量有增有减。对照GB 15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》，各处理的土壤中5项重金属元素含量远不及土壤污染风险筛选值。将试验后施用有机肥的各处理的重金属含量同CK相比，并未表现出随着商品有机肥用量增加而导致各重金属含量呈显著增长的现象。可见，在重金属自然背景值较低的新垦山地上，短期增施合格的商品有机肥并不致能对其土壤重金属含量产生明显不利影响。

表2 各处理的蔬菜综合生产效益

注：产值以当茬蔬菜产量和当地批发价格计算(包心菜的平均价格为1.6元·kg-1，青菜平均价格为2.0元·kg-1；新增成本主要包括商品有机肥的价格和人工成本，商品有机肥价格为0.65元·kg-1，人工成本合0.10元·kg-1；平均增产增效指由增产而带来的收益增加；新增投入产出比为每茬蔬菜平均增产增效与每茬商品有机肥投入成本的比。

表3 试验前后各处理土壤重金属含量对照 mg·kg-1

注：风险筛选值、风险管控值分别为Cd 0.3和1.5，Hg 1.3和2.0，As 40.0和200.0， Pb70.0和400.0，Cr 150.0和800.0。

3 小结

本试验表明：增施商品有机肥能有效改善土壤结构，缓解土壤酸化，提高新垦山地土壤肥力，从而提高蔬菜作物产量和效益。从土壤肥力变化、蔬菜产量、生产效益及土壤环境质量的影响等综合表现来看，在新垦山地上每茬蔬菜(包心菜和青菜)生产上以施用商品有机肥15 t·hm-2左右为宜。该用量有利于新垦耕地土壤的快速培肥和作物产量的持续提高，同时也能维持较高的投入产出比和较安全的投入环境质量，可作为推荐用量用于“边种植边培肥改良”的新垦耕地高效利用。