全 文 ：人工合成土壤理化性质及其对番茄生长发育与产量的影响 *
秦嘉海 陈广泉
(河西学院农业资源与环境科学系 张掖 734000)
摘 要 试验研究几种人工合成土壤理化性质及其对番茄生长发育和产量的影响结果表明 , 生活垃圾、羊粪、玉米
秸秆、糠醛渣、肥沃土壤按容积比 0.20∶0.15∶0.15∶0. 10∶0. 40,并加入酵素菌速腐剂、番茄专用肥发酵处理后配制成
人工合成土壤有利于番茄生长发育。与传统土壤栽培(对照 )相比 ,其土壤容重降低 0.31g/ cm3 , 总孔隙度、毛管孔隙
度、空气孔隙度分别增加 11.71%、6. 12% 和 5.59% ; 自然含水量、容积含水量、水层厚度、蓄水量分别增加
106.93g/ kg、6. 12%、12.24mm和 122.46m3/ hm2 ; 有机质、速效氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量分别增加16. 70g/ kg、
29. 97mg/ kg、11.37mg/ kg、35. 25mg/ kg及 5.73cmol/ kg; 番茄株高、茎粗、单果重、单株果重、产量、产值、利润分别增加
36. 16cm、0.50cm、33. 30g、0. 97kg/ 株、36.30t/ hm2、2. 18 万元/ hm2 和 1. 07 万元/ hm2 , 并有明显减缓重金属元素 Hg、
Cd、Cr 和 Pb富集趋势。
关键词 人工合成土壤 理化性质 番茄
The physical and chemical characters of artificial synthetic soil and their influence on the growth and output of tomato .
QI N Jia-Hai, CHEN Guang-Quan( The Agricultural Resources and Environment Department of Hexi University, Zhangye
734000,China) , CJ EA ,2006,14(2) :122～125
Abstract The physical and chemical characters of some kinds of artificial synthetic soil and their influence on the growth
and output of tomato were studied . The results show that thevolume ratio of rubbish lives, sheep dung, corn straw, chaff
quan dregsand rich soil is 0. 20∶0.15∶0.15∶0.10∶0.40, joining quickly stale doseof ferment bacteriumand thetomatofer-
tilizer for special purpose, ferment to handle the rear artificial syntheticsoil of compounding . I t is helpful for tomato growth .
Comparing with traditional soil culture( CK ) , soil bulk density reduces 0.31g/ cm3 , total porosity , woollen pipe porosity and
air porosity increase 11.71% , 6.12% and 5.59% respectively;naturally water content, volume water content, water layer
thickness and reservoir storage increase106. 93g/ kg, 6. 12% ,12.24mm and 122.46m3/ hm2 ; organic matter , available N ,
available P , available K and cation exchange capacity increase 16.70g/ kg, 29. 97mg/ kg, 11.37mg/ kg, 35. 25mg/ kg and
5.73cmol/ kg; the height ,diameter, one fruit weight, fruit weight per plant, output, output value and profit of tomato in-
crease 36. 16cm,0. 50cm,33.30g,0.97kg/ plant,36.30t/ hm2 ,21 .8 thousand yuan/ hm2 , 10. 7thousand yuan/ hm2 .And for
the element Hg, Cd,Cr and Pb of heavy metal, the enrichments have obvious slow down tendency .
Key words Artificial synthetic soil , Physical and chemical characters, Tomato
( Received Dec .25,2004; revised Feb .21,2005)
* ?河西学院重点科研资助项目 (02-A2)资助
收稿日期 : 2004-12-25 改回日期 : 2005-02-21
河西地区分布着 178万 hm2 的戈壁荒滩、石头滩、砾质荒漠沙滩以及丰富的有机废弃物如玉米秸、麦
秸、生活垃圾、糠醛渣、锯末、生物有机肥料 (鸡、羊、牛、猪粪 ) 和无机废弃物如炉渣、砂子等。在戈壁荒滩上
建造节能温室 ,将废弃物、生物有机肥料按一定比例配制成人工合成土壤并填入栽培槽进行蔬菜栽培 , 可解
决设施有土栽培化肥施用量大、盐渍化、病害发生严重等问题 ,且提高了资源利用率。本试验研究了人工合
成土壤理化性质及其对番茄生长发育与产量的影响 ,为废弃物综合利用提供理论依据。
1 试验材料与方法
试验于 1998～2001 年在甘肃省张掖市甘州区石岗敦戈壁荒滩进行 , 该地海拔高度 1578m, 年均气温
6.80℃ ,≥10℃年积温 3050℃ , 年均降水量 120mm, 年均蒸发量 2200mm, 年无霜期 160d。参试基质中生活
垃圾含有机质 335. 20g/ kg, 全 N 11.40g/ kg, 全 P 4. 50g/ kg, 全 K 14.20g/ kg, 微量元素 B 3. 50μg/ g, Mn
24.20μg/ g, Cu 1.50μg/ g, Zn 2.60μg/ g, Fe 14. 15μg/ g, 重金属 元素 Hg 2. 05mg/ kg, Cd 1.32mg/ kg, Cr
第 14 ?卷第 2期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .14 No .2
2 0 0 6 ?年 4 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture April , 2006
128. 45mg/ kg, Pb 32.40mg/ kg,粒径 2～5mm; 羊粪含有机质 464. 35g/ kg,全 N26. 50g/ kg,全 P9. 70g/ kg, 全
K16. 30g/ kg,粒径 2～5mm;玉米秸含有机质 653.24g/ kg, 全 N4.80g/ kg, 全 P4. 70g/ kg,全 K2. 30g/ kg,长度
2～3cm; 糠醛渣含有机质 764. 50g/ kg, 全 N45. 21g/ kg, 全 P7. 20g/ kg,全 K124.80g/ kg, 微量元素 B1. 50μg/
g, Mn9. 80μg/ g, Zn1. 24μg/ g, Fe14. 20μg/ g, pH 值 3. 15, 粒径 2～3mm, 容重 0. 35g/ cm3 , 总孔隙度 86. 79% ;
炉渣粒径 2～5mm,容重 0 .76g/ cm3 , 总孔隙度 73.58% , pH 值 8.76;砂子粒径 0. 05～1mm; 肥沃土壤含有机
质20.10g/ kg,碱解氮 68. 95mg/ kg, 速效磷 9. 30mg/ kg, 速效钾 158. 20mg/ kg, pH 值 7.86, 阳离子交换量
18.65cmol/ kg, 容 重 1.24g/ cm3 , 总 孔 隙 度 53.21% ; 番 茄 专 用 肥 含 N120.50g/ kg, P2O525. 30g/ kg,
K2 O125.42g/ kg, CaO 48. 23g/ kg,有机质 220.50g/ kg。试验所用材料与设备还包括塑料编制袋、4cm滴灌
管、0.10mm塑料棚膜、贮水池 ( 15m3 )、日光节能温室 , 供试番茄品种是由中国农业科学院提供的荷兰品种
“卡鲁索”( Caruso)。试验共设 4个处理 ,即人工合成土壤 A 组合 ( ? , 简称人工土壤 A , 生活垃圾 1. 20m3 +
羊粪 0.90m3 + 玉米秸 0. 90m3 + 糠醛渣 0.60m3 + 肥沃土壤 2. 40m3 ,容积比0.20∶0. 15∶0.15∶0. 10∶0.40) ;人
工合成土壤 B 组合 (? ,炉渣 1. 2m3 + 羊粪 0.90m3 + 玉米秸 0. 90m3 + 糠醛渣 0.60m3 + 肥沃土壤 2. 40m3 ,容
积比 0. 20∶0.15∶0. 15∶0.10∶0. 40) ;人工合成土壤 C 组合 (?,砂子1.20m3 + 羊粪 0. 90m3 + 玉米秸 0. 90m3 +
糠醛渣 0. 60m3 + 肥沃土壤 2. 40m3 ,容积比 0.20∶0. 15∶0. 15∶0.10∶0. 40) ; 有土栽培 (对照 , 肥沃土壤 6m3 ) 。
小区面积 10m2 ,重复 3次 , 随机区组排列。将日光节能温室温度调整到32～35℃ , 4 个处理的基质分别按比
例配好 ,每 m3 人工合成土壤加入番茄专用肥 4kg, 酵素菌速腐剂 50g, 75%多菌灵 50g,加水使基质含水量达
到 40%～45% ,全部掺匀 , 堆成 80cm厚的粪堆并覆盖 1层旧棚膜 (棚膜上留些小孔 ) , 堆置发酵 3d,堆内温度
达到 60～65℃ , 第 7d降温到 35℃左右 , 堆置发酵 15d后备用[ 1～ 3] 。经高温发酵处理人工合成土壤可杀死有
害菌、线虫、蛔虫以及其他病原菌 , C/ N < 20∶1, 粒径 2～5mm。用水泥、砖砌长 7.00m、宽 0. 48m、深 0.30m、
槽间距 1. 20m的栽培槽 ,槽南端设排水沟 , 将栽培槽内 20cm以下的水分排到贮水池以便循环利用。栽培槽
内填入 10cm深核桃大小的石砾 , 在石砾上方水平铺 1层编制袋 ,填入 20cm厚的人工合成土壤 , 把贮水池清
水 pH 调整到 6. 50～6. 80, 采用膜下滴灌 , 使人工合成土壤持水量达到600～750g/ kg, 以后根据湿度每隔
7～10d滴灌 1次 ,每次灌水量 300m3/ hm2。1998年 3月 20日番茄苗第 1果穗现蕾、温室地温稳定在 15℃、
气温 25℃时定值 , 株距 45cm,每槽定植 2行 , 每 3个槽为 1个处理 ,分别在番茄第 1果穗、第 2 果穗、第 3果
穗核桃大小时追肥 ,每处理追肥量相等 , 每次追 CO( NH2 ) 2300kg/ hm2。用室内常规分析法测定土壤有机质、
速效氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、pH、电导率、水分、重金属元素 Hg、Cd、Cr、Pb、容重和孔隙度[ 4 ,5] 。
2 结果与分析
2 . 1 人工合成土壤理化性质
由表 1可知处理?、?、?土壤容重均小于对照处理 , 而总孔隙度、毛管孔隙度、空气孔隙度均大于对照
处理。其中处理?、?、?毛管孔隙度分别为 26.32%、25.60%、23. 24% , 较对照分别大 6. 12、5. 40、3.04个
百分点 ,毛管孔隙度增大后提高了人工合成土壤的持水功能。人工合成土壤处理?、?、?0～20cm土层自
然含水量、容积含水量、水层厚度、蓄水量与对照比较呈增加趋势。其中处理?土壤自然含水量、容积含水
量、水层厚度、蓄水量分别为 283. 13g/ kg、26. 32%、52. 64mm、526. 66m3/ hm2 , 较对照分别增加 106. 93g/ kg、
6. 12%、12. 24mm、122. 46m3/ hm2。处理?土壤固相、液相、气相分别为 34%、29%和 37% , 处理?液相较处
理?、?和对照处理分别增加 3.0、6.0、8.0个百分点 , 液相增大后提高了保水性能 ,不同处理间差异达显著
水平。
表 1 不同处理土壤物理性质比较 *
Tab .1 Comparison of soil physical characters in different treatments
处 理 土壤容重/ g·cm- 3 ?总孔隙度/ % 毛管孔隙度/ %空气孔隙度/ % 固相/ % 液相/ % 气相/ % 自然含水量/ g·kg - 1 容积含水量/ % 水层厚度/ mm 蓄水量/ m3 ?·hm- 2
Treatments Soil bulk Total Canal bore Ventage Solid Liquid Gas Naturemoisture Volumewater Water layer Water storage
density porosity degree degree content content thickness capality
? 0 d.93cbCB 64 J.91cbCB 26 ?.32abAB 38.59cC 34 ?abAB 29abAB 37 6cC 283.13abAB 26.32abAB 52.64abAB 526.66abAB
? 0 d.87abAB 67 J.16abAB 25 ?.60bB 41.56bB 32 ?cC 26bB 42 6bB 270.82bB 25.60bB 51.20bB 512.26bB
? 0 d.90bB 66 J.03bB 23 ?.24cdCD 42.79abAB 34 ?bcC 23cC 43 6abAB 258.51cC 23.24cC 46.48cC 465.03cC
CK 1 d.24dD 53 J.20dD 20 ?.20dD 33.00dD 46 ?dD 21dD 33 6dD 176.20dD 20.20dD 40.40dD 404.20dD
* 表中大写字母为 LSR0 .01、小写字母为 LSR0 .05差异显著水平 ,下同。
第 2 ?期 秦嘉海等 :人工合成土壤理化性质及其对番茄生长发育与产量的影响 123
由表 2可知 , 处理?、?、?土壤 pH 均小于对照处理 , 其原因是人工合成土壤中加入了酸性基质糠醛
渣 ,而电导率、有机质、速效氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量均大于对照。其中处理?土壤电导率、有机
质、速效氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量分别为 2.43mS/ cm、36.80g/ kg、98. 92mg/ kg、20.67mg/ kg、
193. 45mg/ kg、24. 38cmol/ kg, 较 对 照 分 别 增 加 1.19mS/ cm、16. 70g/ kg、29. 97mg/ kg、11.37mg/ kg、
35.25mg/ kg、5. 73cmol/ kg。番茄收获后测定土壤重金属元素 Hg、Cd、Cr、Pb含量 , 对照处理 ( 有土栽培 ) 土
壤重金属元素含量均高于人工合成土壤 , 其原因是河西地区缺 P 土壤上长期大量施用 P 肥和其他化学肥
料 ,使重金属元素富集 , 而人工合成土壤可减缓重金属元素的积累速度。其中处理?土壤重金属元素 Hg、
Cd、Cr、Pb含量分别为 0.02mg/ kg、0.11mg/ kg、9.85mg/ kg、2.14mg/ kg, 较对照处理分别降低 0.03mg/ kg、
0. 10mg/ kg、5.25mg/ kg和 1. 68mg/ kg, 且不同处理间差异达显著水平。
表 2 不同处理土壤化学性质比较
Tab .2 Comparison of soil chemical characters in different treatments
处 理 pH 电导率/ mS·cm- 1 ?有机质/ g·kg- 1 ^速效氮/ mg·kg- 1 9速效磷/ mg·kg- 1 ?速效钾/ mg·kg- 1 阳离子交换量/ cmol·kg- 1 DHg/ mg·kg- 1 Cd/ mg·kg - 1 Cr/ mg·kg- 1 `Pb/ mg·kg- 1
Treatments Electric Organic Available N Available P Available K Cationexchange
conductivity matter capacity
? 6 ?.54cdCD 2.43aA 36 k.80aA 98 2.92aA 20.67aA 193.45aA 24.38aA 0.02cA 0.11bcA 9 z.85cA 2.14cdA
? 7 ?.86bB 1.94bcBC 33 k.12bcBC 84 2.08bcBC 17.21bcBC 177.97bcBC 21.72bcBC 0.03bcA 0.09cA 8 z.54bcA 2.55bA
? 6 ?.82dD 1.86cC 32 k.05cC 83 2.26cC 16.40cC 174.10cC 20.99cC 0.01dA 0.05dA 6 z.60dA 1.93dA
CK 8 ?.10aA 1.24dD 20 k.10dD 68 2.95dD 9.30dD 158.20dD 18.65dD 0.05aA 0.21aA 15 z.10aA 3.82aA
2 . 2 ?人工合成土壤对番茄生长发育与产量的影响
从表 3可知人工合成土壤番茄幼苗株高、茎粗等性状均大于对照。其中处理?番茄幼苗株高、茎粗、叶
片数、根系长度、生长速度、单株鲜物质量、单株干物质量分别为 16.90cm、6. 80mm、8. 30 片、6.76cm、
1. 60cm/ d、34. 56g/ 株、11. 41g/ 株 , 较处理?分别增加 1.69cm、0.43mm、0.83片、0.68cm、0.18cm/ d、2.26g/ 株、
0. 76g/ 株 , 较处理?分别增加 1.86cm、0.55mm、1.62片、0. 74cm、0.20cm/ d、3. 31g/ 株、1. 47g/ 株 , 较对照处
理分别增加 3. 70cm、3.52mm、2.10片、1.48cm、0.41cm/ d、10.50g/ 株、3.61g/ 株 ,差异达显著水平。
表 3 不同处理对番茄幼苗生长的影响
Tab .3 Influence of different treatments on the tomato seedling growth
处 理 株高/ cm 茎粗/ mm 叶片数/ 片 根系长/ cm 生长速度/ cm·d- 1 ;鲜物质量/ g·株 - 1 r干物质量/ g·株 - 1 ?
Treatments Plant height Diameter Leaf amount Root length Growth rate Fresh weight Dry weight
? 16 H. 90aA 6 I. 80aA 8 5. 30aA 6 !.76aA 1 ?. 60aA 34 .56aA 11 ?.41aA
? 15 H. 21bcBC 6 I. 37bA 7 5. 47bA 6 !.08bB 1 ?. 42bB 32 .30bcBC 10 ?.65bcBC
? 15 H. 04cC 6 I. 25bA 6 5. 68cA 6 !.02bB 1 ?. 40bB 31 .25cC 9 ?.94cC
CK 13 H. 20dD 3 I. 28cA 6 5. 20dA 5 !.28cC 1 ?. 19cC 24 .06dD 7 ?.80dD
由表 4可知人工合成土壤番茄经济性状、产量均大于对照处理 , 其中处理?番茄株高、茎粗、单果重、单
株果重、产量分别为 216. 40cm、2.62cm、145. 60g、3.86kg/ 株、144.75t/ hm2 , 比对照处理分别增加 36.16cm、
0. 50cm、33. 30g、0. 97kg/ 株、36.30t/ hm2 ,且差异达显著水平。与对照比较处理?、?、?增产率分别为 33.47%、
17.29%、14.38% , 处理?比处理?、?分别增产 17.55t/ hm2、20.70t/ hm2 , 其原因是处理?、?中加入的是
炉渣、砂子 , 而处理?中加入了生活垃圾 , 生活垃圾中含有丰富的有机质和N、P、K以及微量元素[ 6] , 从而提
表 4 不同处理对番茄经济性状的影响
Tab .4 Influenceof different treatments on the tomato economic characters
处 理 株高/ cm 茎粗/ cm 单果重/ g 单株果重/ kg·株 - 1 X产量/ t·hm- 2 -产值/ 万元·hm - 2 ?基质成本/ 万元·hm- 2 ?利润/ 万元·hm - 2
Treatments Plant height Diameter One frui t F ruit weight Output Production value Cost Gain
weight in one plant
? 216 ?.40aA 2 3. 62aA 145 .60aA 3 . 86aA 144 ?.75aA 8 K. 69aA 2. 50abAB 6 &. 19aA
? 194 ?.76bcBC 2 3. 35bA 131 .04bcBC 3 . 39bcBC 127 ?.20bcBC 7 K. 63bcBC 2. 44bB 5 &. 19cdCD
? 190 ?.43cC 2 3. 3bA 128 .13cC 3 . 31cC 124 ?.05cC 7 K. 44cC 2. 14cC 5 &. 30bcBC
CK 180 ?.24dD 2 3. 12cA 112 .30dD 2 . 89dD 108 ?.45dD 6 K. 51dD 1. 39dD 5 &. 12dD
124 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14 ?卷
高了番茄产量。处理?、?、?番茄产值、利润均大于对照 , 其中处理?番茄产值、利润分别为8.69万元/ hm2、
6.19万元/ hm2 , 较处理?分别增加 1.06 万元/ hm2、1.00 万元/ hm2 , 较处理?分别增加 1.25 万元/ hm2、
0.89万元/ hm2 ,较对照处理分别增加 2. 18万元/ hm2、1. 07 万元/ hm2。不同处理间利润为处理?> 处理? >
处理? > 对照处理 ,且处理间差异均达显著水平。
3 小结与讨论
人工合成土壤 A 组合以生活垃圾 1.2m3 + 羊粪 0.90m3 + 玉米秸 0. 90m3 + 糠醛渣 0. 60m3 + 肥沃土壤
2. 40m3 (容积比 0.20∶0. 15∶0.15∶0. 10∶0.40) 的组合效果最佳 ,与有土栽培比较土壤容重降低 , 孔隙度增大 ,
三相物质比例合适 ,保水肥能力增强 , 有利于番茄生长发育 ,增产效果达显著水平。
参 考 文 献
h1 曹作中等 .当前我国生活垃圾处理方向探讨 .环境保护 , 2001 ( 10) : 13～18
2 陈世和 .城市垃圾堆肥原理与工艺 .上海 : 复旦大学出版社 , 1990 .52～68
3 曹作中等 .生活垃圾堆肥应注意的若干技术经济问题 .环境保护 , 2000 (8) : 39～42
4 中国科学院南京土壤研究所 .土壤理化分析 .上海 : 科学技术出版社 , 1978 .110～218
5 中国土壤学会农业化学专业委员会 .土壤农业化学常规分析法 .北京 : 科学出版社 , 1983 .106～208
6 李国学 .固体废物堆肥与有机复混肥生产 .北京 : 化学工业出版社 , 2000 .98～162
第 2 ?期 秦嘉海等 :人工合成土壤理化性质及其对番茄生长发育与产量的影响 125