施用煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤養(yǎng)分、酶活性及玉米產(chǎn)量的影響

劉 洋，洪堅平，郭漢清，衛(wèi) 迎，劉玲利

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801）

施用煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤養(yǎng)分、酶活性及玉米產(chǎn)量的影響

劉 洋，洪堅平，郭漢清，衛(wèi) 迎，劉玲利

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801）

通過復(fù)墾區(qū)大田試驗，研究了煤基復(fù)混肥對土壤養(yǎng)分、酶活性及玉米產(chǎn)量的影響，目的是為了探究煤基復(fù)混肥培肥復(fù)墾土壤的最佳施用量。結(jié)果表明，煤基復(fù)混肥施用量為中肥時，土壤有機質(zhì)含量在玉米拔節(jié)期、灌漿期和成熟期分別比施用量為高肥和低肥時提高了12.83%～48.72%，10.42%～15.80%，13.95%～32.08%；土壤堿解氮含量在玉米拔節(jié)期、灌漿期和成熟期分別比施用量為高肥和低肥時提高了42.86%～150.00%，58.36%～216.71%，38.43%～100.00%；土壤有效磷含量在玉米拔節(jié)期、灌漿期和成熟期分別比施用量為高肥和低肥時提高了7.47%～309.35%，5.19%～225.13%，1.68%～292.21%；土壤速效鉀含量在玉米拔節(jié)期和灌漿期分別比施用量為高肥和低肥時提高了74.84%～239.30%，149.65%～383.09%；在玉米拔節(jié)期，土壤脲酶活性比施用量為高肥和低肥時提高了49.20%～398.61%，玉米產(chǎn)量比施用量為高肥和低肥時提高了6.96%～218.90%。施用量為中肥時煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤肥力提升效果最好。

煤基復(fù)混肥；土壤養(yǎng)分；酶活性；玉米產(chǎn)量

礦山開采使土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞[1]，產(chǎn)生許多工礦區(qū)廢棄物，如風(fēng)化煤、煤泥、粉煤灰等，引起很嚴(yán)重的環(huán)境問題，與長期耕作土壤相比，存在結(jié)構(gòu)性不良、肥力低下、熟化程度差、微生物數(shù)量少、土壤質(zhì)量降低等問題[2-3]。利用工礦區(qū)廢棄物提高土壤肥力自然就成為礦區(qū)土壤復(fù)墾的首要目標(biāo)[4-6]。煤基復(fù)混肥是利用不同工礦區(qū)廢棄物和多種化學(xué)肥料進(jìn)行復(fù)混自主研發(fā)而成的，研究其在提高復(fù)墾土壤肥力、改善復(fù)墾效果等方面的效果具有較大的意義。郭漢清等[7]研究結(jié)果表明，施用煤基復(fù)混肥可明顯提高土壤養(yǎng)分、改良土壤性狀。弓莉斌等[8]研究結(jié)果表明，煤基復(fù)混肥不同配施均可以明顯提高玉米和油菜的產(chǎn)量。但煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤肥力提升最佳施用量的研究目前還比較少。

本試驗通過復(fù)墾區(qū)大田試驗，探究煤基復(fù)混肥培肥復(fù)墾土壤的最佳施用量，以期為利用工礦區(qū)廢棄物為原料來改善復(fù)墾土壤肥力提供一些理論指導(dǎo)和依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2016年4—10月在山西省古交市屯蘭礦復(fù)墾區(qū)進(jìn)行。試驗區(qū)位于古交市，地理位置為37°40′6″～38°8′9″N，111°43′8″～112°21′5″E，以南6 km屯蘭礦南側(cè)，南距姬家莊鄉(xiāng)南梁上村1.6 km。該復(fù)墾區(qū)屬大陸性氣候，降雨期基本集中在7—9月，年平均氣溫為9.5℃，無霜期202 d；多年平均降雨量為460mm，多年平均蒸發(fā)量為1770.6～2080mm。該復(fù)墾區(qū)覆土方式為混推方式，厚度不超過1 m。

1.2 供試材料

供試土壤為石灰性褐土，質(zhì)地為中壤土，基本養(yǎng)分狀況列于表1。

表1 供試土壤基本養(yǎng)分狀況

供試作物為玉米，品種為先玉335。

供試肥料是自主研發(fā)的煤基復(fù)混肥，在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院實驗室由化學(xué)肥料（尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀）和工礦區(qū)固體廢棄物（風(fēng)化煤、煤泥）復(fù)混而成，最終均達(dá)到或超過國家有機-無機復(fù)混肥料標(biāo)準(zhǔn)（GB18877—2009）。

1.3 試驗設(shè)計與管理實施

本試驗設(shè)置3種施肥用量；高肥（煤基復(fù)混肥5 878 kg/hm2），中肥（煤基復(fù)混肥 4 115 kg/hm2），低肥（煤基復(fù)混肥2 351 kg/hm2）；另設(shè)計一個不施肥處理（CK）；共4個處理，每個處理重復(fù)3次。復(fù)墾區(qū)種植玉米，共分12個小區(qū)，每個小區(qū)按10 m×10 m面積劃分，種植密度6萬株/hm2。試驗期間無灌溉。于2016年5月1日至2016年10月10日在玉米不同生育期采集0～20 cm的土壤樣品及作物玉米樣品。

1.4 測定項目及方法

測定項目及方法列于表2。

表2 測定項目及方法

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗所有數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007進(jìn)行計算，然后用統(tǒng)計軟件SPSS 21進(jìn)行方差分析，用Duncan法進(jìn)行檢驗（α＝0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤養(yǎng)分含量的影響

2.1.1 施用煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤有機質(zhì)含量的影響 從圖1可以看出，在拔節(jié)期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時土壤有機質(zhì)含量均高于CK，且中肥土壤有機質(zhì)含量顯著高于高肥、低肥及CK；在灌漿期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時土壤有機質(zhì)含量均高于CK，其中，中肥含量最高，但與高肥、低肥及CK間差異不顯著；在成熟期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時土壤有機質(zhì)含量均高于CK，中肥土壤有機質(zhì)含量最高，但與高肥、低肥及CK間差異不顯著。

隨著玉米生育期的變化土壤有機質(zhì)含量不斷增加。這是因為煤基復(fù)混肥中含有腐植酸，對土壤有機質(zhì)含量有明顯的影響。

2.1.2 施用煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤堿解氮含量的影響 從表3可以看出，在拔節(jié)期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時土壤堿解氮含量均高于CK，其中，中肥含量最高，與CK相比差異顯著，與高肥、低肥含量相比，差異不明顯；在灌漿期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時土壤堿解氮含量均高于CK，其中，中肥含量最高，且與CK間差異顯著，與高肥、低肥間差異不顯著；在成熟期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時土壤堿解氮含量均高于CK，其中，中肥含量最高，且顯著高于高肥和CK，與低肥處理間差異不顯著。

土壤堿解氮含量可以反映當(dāng)季玉米可利用的土壤氮含量[11]，中肥用量處理在玉米各個生育期土壤堿解氮含量均顯著高于其他施肥用量處理。隨著玉米生育期的推進(jìn)，土壤堿解氮含量普遍呈現(xiàn)增加的趨勢，從灌漿期開始基本維持穩(wěn)定。表明煤基復(fù)混肥具有一定的氮素保持能力。這與高菊生等[11]長期有機無機肥配施能提高土壤中氮的含量和徐祖祥等[10]不同施肥處理的長期定位試驗土壤全氮含量呈上升趨勢的研究結(jié)果類似。

表3 施用煤基復(fù)混肥對不同時期土壤速效養(yǎng)分含量的影響 mg/kg

2.1.3 施用煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤有效磷含量的影響 由表3可知，在拔節(jié)期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時土壤有效磷含量均顯著高于CK，其中，中肥含量最高，且與高肥、低肥間差異顯著；在灌漿期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時土壤有效磷含量均顯著高于CK，其中，中肥含量最高，且與低肥相比差異顯著，與高肥相比差異不顯著；在成熟期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時土壤有效磷含量均顯著高于CK，其中，中肥含量最高，但與高肥、低肥相比差異不顯著。隨著玉米生育期的推進(jìn)，土壤有效磷含量從灌漿期開始普遍下降。

2.1.4 施用煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤速效鉀含量的影響 從表3可以看出，在拔節(jié)期和灌漿期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時土壤速效鉀含量均顯著高于CK，其中，中肥含量最高，且與低肥、高肥和CK間差異顯著；在成熟期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時土壤速效鉀含量均高于CK，低肥、中肥與CK間土壤速效鉀含量差異不顯著，高肥土壤速效鉀含量最高，與低肥、中肥和CK間差異顯著。隨著玉米生育期的推進(jìn)，土壤速效鉀含量總體呈遞增的趨勢。

2.2 施用煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤酶活性的影響

2.2.1 施用煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤脲酶活性的影響 從圖2可以看出，在拔節(jié)期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時土壤脲酶活性均高于CK，其中，中肥活性顯著高于CK，低肥、高肥與CK間差異不顯著；在灌漿期，煤基復(fù)混肥在中肥用量時土壤脲酶活性最高，但低肥、中肥、高肥和CK間差異均不顯著；在成熟期，煤基復(fù)混肥在中肥用量時土壤脲酶活性高于高肥和CK，在低肥時土壤脲酶活性最高，但與中肥間差異不顯著。在不同的玉米生育期，灌漿期土壤脲酶活性普遍較高，這是因為在該生育期內(nèi)玉米植株生長需要大量的可溶性氮，導(dǎo)致脲酶活性增強，這與焦曉光[13]等的研究結(jié)果含氮量與土壤脲酶活性正相關(guān)一致。

2.2.2 施用煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤蔗糖酶活性的影響 從圖3可以看出，在拔節(jié)期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥用量時土壤蔗糖酶活性均高于CK，其中，中肥土壤蔗糖酶活性最高且顯著高于CK和高肥，低肥與CK相比差異不顯著，與中肥相比差異也不顯著；在灌漿期和成熟期，煤基復(fù)混肥施肥在低肥、中肥、高肥用量以及CK間土壤蔗糖酶活性均無顯著差異。隨著玉米生育期的推進(jìn)，土壤蔗糖酶活性總體呈遞增的趨勢。

2.2.3 施用煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤磷酸酶活性的影響 由于本試驗供試土壤呈堿性，故選擇堿性磷酸酶作為土壤磷循環(huán)的主要指標(biāo)。從圖4可以看出，玉米不同生育期煤基復(fù)混肥施肥在低肥、中肥、高肥用量以及CK間土壤堿性磷酸酶活性均無顯著差異。隨著玉米生長期的推進(jìn)，土壤堿性磷酸酶活性總體呈遞增的趨勢。

2.2.4 施用煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤過氧化氫酶活性的影響 從圖5可以看出，玉米不同生育期煤基復(fù)混肥施肥在低肥、中肥、高肥用量以及CK間土壤過氧化氫酶活性均無顯著性差異。隨著玉米生長期的推進(jìn)，土壤過氧化氫酶活性沒有明顯的變化。

2.3 施用煤基復(fù)混肥對復(fù)墾土壤玉米產(chǎn)量的影響

從圖6可以看出，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時，玉米產(chǎn)量均顯著高于CK，分別較CK提高了198.16%，218.90%，195.71%，其中，中肥玉米產(chǎn)量最高，且與低肥、高肥相比差異顯著，低肥、高肥間差異不顯著。本試驗表明，在復(fù)墾區(qū)，不施肥會對玉米產(chǎn)量形成明顯脅迫；但過量施肥也會導(dǎo)致玉米減產(chǎn)，這與已有研究結(jié)論一致[14-15]。

3 討論

煤基復(fù)混肥是由郭漢清等[7]利用不同廢棄物和多種化學(xué)肥料進(jìn)行復(fù)混自主研發(fā)而成的，經(jīng)過一系列的大田和盆栽試驗，結(jié)果表明，施加煤基復(fù)混肥可以有效提高土壤肥力以及玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗旨在通過對不同用量煤基復(fù)混肥的肥效研究得出其對復(fù)墾土壤肥效提高的最適用量，為土壤復(fù)墾的進(jìn)一步研究提供一些依據(jù)。

施用煤基復(fù)混肥可以使土壤有機質(zhì)含量比不施肥處理明顯提高。這是因為復(fù)墾區(qū)土壤有機質(zhì)含量很低，施用煤基復(fù)混肥可以使土壤有機質(zhì)含量短時間內(nèi)迅速提高。在拔節(jié)期，煤基復(fù)混肥中肥用量處理時，土壤有機質(zhì)含量明顯高于其他處理。表明施用適量的煤基復(fù)混肥提升土壤有機質(zhì)含量效果最佳。施用煤基復(fù)混肥對于土壤速效養(yǎng)分含量也有很好的改良作用，并且煤基復(fù)混肥施用量為中肥時，土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量好于其他處理。表明施用適量的煤基復(fù)混肥可以更好地改良土壤的性狀、增加土壤提供養(yǎng)分的能力。這與孫建等[16]的有機無機復(fù)混肥可以改良土壤理化性質(zhì)結(jié)論相似。

土壤中脲酶可以水解土壤有機質(zhì)中的碳-氮鍵，可以促進(jìn)土壤氮循環(huán)，從而提升土壤提供養(yǎng)分的能力[17]，因此，土壤脲酶活性對土壤肥力高低具有一定的表征作用[18]。煤基復(fù)混肥施用量為中肥時，土壤脲酶活性好于其他處理，表明適宜用量的煤基復(fù)混肥能更好地提升土壤脲酶的活性。土壤中的有機磷酯可以被磷酸酶水解成為無機磷酸，所以，磷酸酶活性與土壤有效磷含量呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系[19]。本試驗中，施用煤基復(fù)混肥對土壤堿性磷酸酶活性并沒有明顯的影響，這與賈偉等[20]研究得出的長期合理單施化肥提高土壤脲酶活性但對堿性磷酸酶活性的影響較小的結(jié)論相類似。本試驗結(jié)果表明，煤基復(fù)混肥在中肥用量處理下，土壤蔗糖酶活性總體上略高于其他幾個處理。

適宜用量施肥可以促進(jìn)玉米籽粒的灌漿，提高產(chǎn)量，但施肥不足或過量均會導(dǎo)致產(chǎn)量下降。本試驗表明，復(fù)墾區(qū)在不同的煤基復(fù)混肥施肥用量下，玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為中肥＞低肥＞高肥＞CK，表明施用適宜用量的煤基復(fù)混肥時，玉米產(chǎn)量最大。不施肥處理會導(dǎo)致產(chǎn)量很低，但是施肥濃度過高對玉米產(chǎn)量并沒有提高的作用，反而會增加投入成本，使經(jīng)濟效益大大降低，這與鄭洪兵等[21]研究的先玉335產(chǎn)量隨施氮量的增加呈單峰曲線變化和王爽等[15]研究的過量施氮并不能增加玉米對氮素的吸收的結(jié)果類似。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在中肥處理下，土壤有機質(zhì)含量在玉米拔節(jié)期、灌漿期和成熟期分別比其他處理提高了 12.83%～48.72%，10.42%～15.80%，13.95%～32.08%；土壤堿解氮含量在玉米拔節(jié)期、灌漿期和成熟期分別比其他處理提高了42.86%～150.00%，58.36%～216.71%，38.43%～100.00%；土壤有效磷含量在玉米玉米拔節(jié)期、灌漿期和成熟期分別比其他處理提高了7.47%～309.35%，5.19%～225.13%，1.68%～292.21%；土壤速效鉀含量在玉米拔節(jié)期和灌漿期分別比其他處理提高了74.84%～239.30%和149.65%～383.09%。施用適宜用量的煤基復(fù)混肥可以最佳提升土壤肥力，改良土壤性狀。

在拔節(jié)期，中肥處理下土壤脲酶活性比其他處理提高了49.20%～398.61%；土壤蔗糖酶活性比其他處理提高了64.22%～168.74%。施用適宜用量的煤基復(fù)混肥對土壤酶活性提升具有很重要的影響。

中肥用量處理下玉米產(chǎn)量達(dá)到最高，比其他處理提高了6.96%～218.90%。充分說明適宜用量的煤基復(fù)混肥是提高玉米產(chǎn)量的最佳選擇。本試驗中，施用量為中肥時是促進(jìn)玉米生長和改良土壤的最佳施用量。

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Effects of Applying Coal-derived Compound Fertilize on Soil Nutrients,Enzyme Activities and Corn Yield in Reclaimed Soil

LIUYang，HONGJianping，GUOHanqing，WEI Ying，LIULingli
（College ofResources and Environment，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

To explore the best application of coal-derived compound fertilize fostering fertility in reclaimed soil,the effects of coal-derived compound fertilize on soil nutrients,enzyme activities and corn yield were studied,based on field experiment in reclamation area.The results showed that the coal-derived compound fertilize was middle fertilizer,soil organic matter content in shooting period,pustulation period and mature period were compared for high and low dosage of fertilizer increased by 12.83%-48.72%,10.42%-15.80%and 13.95%-32.08%,respectively.The content of soil available nitrogen in shooting period,pustulation period and mature period were compared for the amount of high fertility and lowfertility increased by 42.86%-150%,58.36%-216.71%,38.43%-100%,respectively.The soil available phosphorus content in shooting period,pustulation period and mature period were compared for high and low dosage of fertilizer increased by 7.47%-309.35%,5.19%-225.13%and 1.68%-292.21%,respectively.The content of available potassiumin soil ofhigh fertilityand lowfertilizer for corn in jointingand fillingstage respectivelythan the amount increased by74.84%-239.30%,149.65%-383.09%,respectively.Soil urease activity increased by 49.20%-398.61%at the jointing stage ofcorn.The yield of corn increased by 6.96%-218.90%when compared with the application ofhigh fertilizer and lowfertilizer.When the application amount is middle fertilizer,the coal-derived compound fertilize has the best effect on the soil fertilityimprovement.

coal-derived compound fertilize;soil nutrient;enzyme activity;corn yield

S158.1；S513

A

1002-2481（2017）11-1786-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.11.14

2017-06-19

山西省重大科技攻關(guān)項目山西省重大專項（20121101009）；國家自然科學(xué)基金項目（31272257）

劉 洋（1988-），男，山西陽泉人，在讀碩士，研究方向：土壤復(fù)墾與生態(tài)重建。洪堅平為通信作者。