褐煤基有机肥和土壤生态调理剂对姜田土壤养分及生姜生长的影响

褚 屿 王亚宁 陈 亮，2* 郭力莉 程振国

（1元泰丰（包头）生物科技有限公司，内蒙古包头 014199；2天津大学建筑工程学院，天津 300350）

生姜（Zingiber officinale Rosc.）属多年生宿根性单子叶草本植物，具有很高的药用、食用及经济价值，是我国重要的经济作物之一[1-2]。生姜具有生育期长、产量高、需肥量高的特点，施肥能显著影响其产量和品质，同时施肥量与生姜产量有密切的关系[3]。姜农施肥多以化学肥料为主，虽然在一定程度上提高了生姜产量，但盲目施肥、随意施用有机肥、过量施用化肥等问题严重影响了土壤生态环境[4-5]。生姜根系不发达，吸肥能力较弱，过量施肥会导致肥料利用率低、产量下降、品质变差、经济效益下滑，严重制约生姜产业发展[6]。

与施用化肥相比，施用有机肥不仅可以有效缓解化肥滥用带来的环境问题，还能改善土壤结构及土壤养分供应能力，长期施用有机肥可以提高土壤的酶活性和微生物数量[7]。前人研究表明，增施有机肥，土壤有机质含量增加26.3%～42.6%，耕层土壤中铵态氮含量提高11.2%～25.9%，植株磷素积累量增加13.7%～41.5%[8-10]。孔祥波等[11]研究表明，有机肥与化肥配施处理较单施化肥处理生姜产量提高12.6%。但在蔬菜生产中，有机肥的用量和种类选择较盲目，且施用腐熟不完全的肥料会给农作物带来烧苗等隐患，有机肥的合理选择是培肥地力、促进作物生长的关键因素。

吉纳泰有机肥是以低质煤（烟煤、褐煤等）为主要原料，针对煤基物质稳定和难以生化利用的技术难题，通过添加专利催化剂，利用生物、化学和工程手段激活和促进微生物活性，经过一级酸化阶段和二级产甲烷阶段，生产出的有机质含量高、富含中微量元素且比例协调、微生物种类丰富且活性高的有机肥。泰丰土壤生态调理剂中有效活菌≥2.0亿/mL，能释放土壤中吸附的营养物质供给植物，与植物根系形成紧密互利的协同共生关系，显著改善土壤根际生态环境，提高营养物质的可利用性。为了验证吉纳泰褐煤基有机肥及泰丰土壤生态调理剂在提高土壤养分和农作物产量方面的效果，本试验以生姜为供试样品进行了肥效试验分析，探究其对土壤肥力、生姜产量及病虫害发病指数的影响，以期为褐煤基有机肥推广应用和生姜优质、高产、安全生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年4—10月在山东省昌邑市前南逄村进行，年平均降雨量604.5mm。供试土壤为壤土，pH值6.6，电导率 101.8 μS/cm，有机碳含量0.8%，含全氮0.1%、全磷0.3%、全钾2.0%。

1.2 试验材料

试验种植作物为生姜（金昌大姜），供试肥料为元泰丰（包头）生物科技有限公司生产的吉纳泰褐煤基有机肥（有机质≥85%，纯N 1.5%，P2O52.2%，K2O 3.2%，水分25.3%，pH值6.6）、泰丰土壤生态调理剂（有效活菌≥2.0亿/mL）、腐熟农家肥和常规复合肥（15-15-15）。

1.3 试验设计

试验共设4个处理，以常规施肥为对照（CK）。采用大区对比试验设计，每个处理面积为0.67 hm2，不设重复，统一施用底肥（撒施、滴灌），7月27日统一追肥（沟施），具体肥料施用量见表1。除施肥措施外，田间其他各项农艺管理措施均一致。

表1 各处理基肥和追肥施用情况

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤检测项目与方法。分别在生姜种植前、发棵期及收获期进行土壤采样，测定其pH值、电导率以及有机碳、大量元素（氮、磷、钾）、中微量元素（钙、镁、铁、锰、铜、锌、硼）含量。有机碳采用总有机碳分析仪法测定，全氮含量依据《土壤检测 第24部分：土壤全氮的测定 自动定氮仪法》（NY/T 1121.24—2012）测定，全磷、全钾及中微量元素（钙、镁、铁、锰、铜、锌、硼）均采用微波消解-电感耦合等离子体法测定。

1.4.2 生姜病虫害调查。在生姜发棵期及收获期分别进行病虫害调查，采用5点式调查方法，每点调查20株，记录调查数据并进行统计。计算公式如下：

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤养分的影响

2.1.1 不同处理对土壤基础理化性状的影响。在生姜不同生育期，对土壤理化性状进行了检测。由表2可以看出：在生姜发棵期，与CK相比，处理T1、T2、T3EC值（电导率）显著降低，下降幅度为32.8%～49.0%；各处理间土壤pH值差异不显著，为6.05～6.34；有机碳、全氮、全磷、全钾含量均无显著差异。在生姜收获期，处理T1、T3pH值与CK差异显著，而处理T2pH值与CK差异不显著；处理T2、T3的EC值（电导率）显著高于CK，分别提高了38.3%、10.6%；各处理有机碳、全氮、全钾含量均无明显差异；处理T1、T2的全磷含量显著高于CK，分别提高了4.0%、20.0%。试验结果表明，褐煤基有机肥及土壤生态调理剂的施入，能提高土壤中有机碳含量，同时能显著增加土壤中全磷含量，改善土壤理化性质，提高土壤肥力，为作物生长提供良好的环境。

表2 土壤基础理化性状

2.1.2 不同处理对土壤中微量元素的影响。在生姜不同生育期，对土壤中微量元素进行了检测。由表3可以看出：在生姜发棵期，处理 T1、T2、T3钙含量显著高于CK，分别提高了23.5%、23.5%、20.6%；与CK相比，处理T2、T3的铜含量显著降低，分别降低了6.46%、6.54%；各处理间镁、硼、铁、锰、锌含量均无显著差异。在生姜收获期，与 CK 相比，处理 T1、T2、T3钙含量显著提高，分别提高了57.1%、57.1%、185.7%；与 CK 相比，处理 T1、T2、T3镁含量增加了 0.3～6.3 倍，其中处理T2、T3与CK差异显著，以处理T3镁含量最高；而处理 T1、T2、T3锰含量较CK显著降低，均降低了25.0%；各处理硼、铜、铁含量均无显著差异。该试验结果表明，单独施用褐煤基有机肥、土壤调理剂或二者配合施用均能显著增加土壤中钙、镁含量，增加土壤中量元素含量，为植物生长发育提供更全面的养分。

表3 土壤中微量元素含量

2.2 不同处理对作物病虫害的影响

生姜发棵期及收获期对试验地各处理进行了病虫害调查，发棵期主要发生的病虫害包括白星病、炭疽病、白绢病，收获期主要虫害为线虫。由表4可以看出：生姜白星病发病率为9.67%～11.00%，病情指数为2.16～2.23，各处理间差异不显著；炭疽病发病率为2.00%～2.67%，病情指数为0.30～0.39，各处理间差异不显著；白绢病发病率为6.00%～11.00%，与CK相比，处理T3发病率及病情指数显著下降，其中发病率降低了45.5%，病情指数降低了23.1%；生姜收获期根结线虫的发病率为6.00%～9.00%，病情指数为 1.34～1.83，与 CK 相比，处理 T1、T2、T3病情指数均有所降低但差异不显著，其中处理T3病情指数下降幅度最大，达到26.8%。试验结果表明，单独施用褐煤基有机肥或土壤生态调理剂均可降低白绢病、根结线虫的发病率及病情指数，以二者配合施用（处理T3）效果最佳。

表4 生姜病害发生情况

2.3 不同处理对生姜产量的影响

收获期对试验地各处理进行了理论测产。从表5可以看出，与CK相比，处理 T1、T2、T3的单株姜重分别提高了0.8%、4.5%、15.0%，各处理间差异不显著；产量分别提高了5.9%、9.7%、11.6%，处理T3产量最高且显著高于处理T1和CK。该试验结果表明，单施褐煤基有机肥或土壤生态调理剂生姜产量均有明显的提高，以二者配合施用（处理T3）增产效果最佳。

表5 生姜产量统计

3 结论与讨论

3.1 褐煤基有机肥及土壤生态调理剂对土壤养分的影响

施用有机肥能显著改善土壤团聚程度、保水保肥能力和养分状况，提高土壤肥力，并大幅度提高耕地土壤高产、稳产性能[12-14]。前人研究表明，在土壤中施入有机肥，增加了可以被微生物利用的碳源和氮源，提高了微生物活性，从而影响土壤中有机碳的转化与固定，提高了表层土壤有机碳和易氧化有机碳的含量[15-16]。本试验研究也表明，施用褐煤基有机肥处理与单施化肥处理相比，土壤有机碳含量增加了1.2%～2.5%，有机碳的累积显著高于单施化肥。本试验所用褐煤基有机肥的有机质含量≥85%，是土壤有机质增加的主要因素。同时，施用土壤生态调理剂的处理有机碳含量也略有提高，这是由于有益活菌的施入释放了土壤中吸附的营养物质，与植物根系形成紧密互利的协同共生关系，促进了有机物质的形成与转化。

同时，褐煤基有机肥及土壤调理剂的施入使土壤中大量元素及中微量元素含量也有不同程度的提高，其中钙元素提高了57.1%～185.7%、镁含量增加了0.3～6.3倍，这与土壤有机碳含量增加及土壤性状得到有效改善密切相关。因为有机质具有较强的阳离子代换能力，能够吸附较多的氮、钾、锌、镁等营养元素，防止养分淋失，提高土壤保肥能力[17]。另外，褐煤基有机肥除了含有有机质以外，还含有多种中微量元素，能够为生姜生长发育提供所需的各类养分；土壤生态调理剂中所含的有益活菌能够提高与养分转化有关的微生物和酶的活性，其中含有的微生物菌群可以将基肥及土壤中的大量元素、中量元素释放出来[18]，保持速效养分供应平衡，增加中微量元素的丰富度和有效性，为生姜生长发育及时补充各种养分。

3.2 褐煤基有机肥及土壤生态调理剂对作物病虫害的影响

本试验发现，施用吉纳泰褐煤基有机肥及泰丰土壤生态调理剂的处理白绢病病情指数降低了15.4%～23.1%，根结线虫病情指数降低了7.7%～26.8%，这可能与吉纳泰褐煤基有机肥含碳高、多微孔以及对土壤微生态环境的调控等有关。多项研究表明，碳肥的多微孔结构及丰富的碳、氮源养分，在为土壤微生物提供了良好物理生存空间的同时，也为其生命活动提供了一定的养分来源，有利于促进微生物菌群生长，改变微生物菌群比例，抑制某些真菌类有害微生物生长，从而减少病害发生[19-20]。另外，吉纳泰褐煤基有机肥在制备发酵过程中可能含有一些挥发类物质，可阻抑虫害发生，从而降低生姜病虫害发生率。

3.3 褐煤基有机肥及土壤生态调理剂对生姜产量的影响

合理施用有机肥一直是我国农业施肥的指导方针，前人在水稻、棉花、烤烟等作物上试验研究表明，有机肥的合理施用能显著提高作物产量[21-23]。本试验研究表明，施用褐煤基有机肥及土壤生态调理剂的处理，单株姜重提高了0.8%～15.0%，生姜产量提高了5.9%～11.6%，以吉纳泰褐煤基有机肥和泰丰土壤生态调理剂配合施用处理增产效果最佳。这是由于褐煤基有机肥的施入，增加了有机质含量，延长了肥效，加快了腐殖酸对土壤养分的活化速度，改善了土壤团粒结构，从而使土壤疏松，优化了生姜的生长环境，促进了生姜根系发展[24-25]；土壤生态调理剂的施入增加了有益微生物，有益菌的存在可以抑制有害菌群的增长、减少植株死亡率，其旺盛的代谢活动可以提高肥料利用率，促进生姜膨大。