有機肥對大豆生產(chǎn)效應研究進展

張成蘭　劉春增　李本銀　景新新

摘要 綜述了有機肥在改善大豆農(nóng)藝性狀、提高產(chǎn)量和品質(zhì)、改善大豆土壤理化性狀、提高土壤養(yǎng)分、增加土壤酶活性及土壤微生物活性等方面的研究進展，以期為大豆生產(chǎn)中合理、高效施用有機肥提供理論依據(jù)，以達到既能提高大豆產(chǎn)量和品質(zhì)，又能培肥土壤的效果，實現(xiàn)大豆產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 大豆；有機肥；產(chǎn)量和品質(zhì)；培肥土壤

中圖分類號 S14 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）18-0025-04

Research Progress on the Effect of Organic Fertilizer on Soybean Production

ZHANG Chenglan， LIU Chunzeng， LI Benyin et al

（Institute of Plant Nutrition，Agricultural Resources and Environmental Sciences， Henan Academy of Agricultural Sciences，Zhengzhou，Henan 450002）

Abstract The effect of organic fertilizer on increasing the agronomic traits， yield and quality of soybean， as well as improving the physical and chemical properties， nutrient， enzyme activity and microbial activity of soils were reviewed. The study provides the evidence for reasonable and highly efficient using organic fertilizer in soybean production， in order to both increasing the yield and quality of soybean， and fertilizing soils to realize the sustainable development of soybean production.

Key words Soybean；Organic fertilizer；Yield and quality；Fertilizer soil

大豆原產(chǎn)于我國，已有4 700年的栽培歷史，是我國主要的油料和糧食作物之一，集中種植于東北三省、內(nèi)蒙古、山東、河南等地區(qū)，目前年產(chǎn)量1 100萬t。然而近年來，進口大豆因其“質(zhì)優(yōu)價廉”的特點，對我國大豆生產(chǎn)造成了巨大沖擊。因此，如何促進我國大豆提質(zhì)增效，應對國際市場，越來越受到研究者的重視[1]。

施肥是大豆生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，直接影響大豆產(chǎn)量及品質(zhì)的提高，但盲目過量的施肥不僅導致肥料利用率降低、土壤板結(jié)、河流及地下水污染等一系列問題，更會造成大豆品質(zhì)和生產(chǎn)效益降低。因此，如何推進大豆產(chǎn)業(yè)與生產(chǎn)環(huán)境的協(xié)同發(fā)展，已成為當前大豆生產(chǎn)中亟待解決的問題。有機肥含有豐富的有機酸、腐殖質(zhì)等物質(zhì)，不僅能夠提高肥料利用率，提高大豆產(chǎn)量，改善品質(zhì)[2]，還能改善土壤結(jié)構(gòu)，培肥土壤，保護生態(tài)環(huán)境[3]，在促進大豆產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展上具有潛在的研究和應用價值。筆者通過綜述前人的研究成果，從有機肥對大豆植株效應（農(nóng)藝性狀、品質(zhì)、產(chǎn)量）及土壤效應（肥力、酶活性、微生物）等方面分析有機肥對我國大豆生產(chǎn)效應的影響，以期為大豆產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

1 有機肥對大豆植株效應的影響

大豆不同于其他糧食作物，其生長發(fā)育過程中對氮、磷、鉀、鈣、鎂等元素的需求量較高。且大豆自身具有固氮作用，能將空氣中氮轉(zhuǎn)化成被植物吸收利用的銨態(tài)氮，研究表明，大豆通過共生固氮作用能為其生長提供40%～60%氮[4]。在大豆生產(chǎn)中施用有機肥，不僅能補充土壤中大豆生長發(fā)育所需要的多種營養(yǎng)元素，還能促進大豆根瘤菌繁殖和根瘤的形成，提高大豆固氮能力，減少氮素的施用。

1.1 農(nóng)藝性狀

施用有機肥能有效改善大豆的農(nóng)藝性狀。有機肥施入土壤后會促進大豆對水分和礦質(zhì)離子的吸收和運輸，通過水分和養(yǎng)分的高效利用改善大豆物理環(huán)境，從而增加大豆株高、莢數(shù)，提高大豆根系活力及生長速度，增加大豆地上部干物質(zhì)的積累[5]。生物有機肥是一種新型的有機肥料，具有高效、無害、無污染等特點，施用生物有機肥不僅能增加大豆莖粗、根數(shù)、根長及根瘤菌數(shù)量和質(zhì)量[6]，同時還能促進大豆根系結(jié)瘤，提高大豆固氮能力[7]，增加大豆植株中氮含量，改善大豆氮營養(yǎng)。有機無機配施是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較常用的施肥方式之一，氮磷鉀化肥與有機肥配施能促進大豆莖、葉、豆莢等生長[8]，提高大豆植株氮積累量（即植株干生物量與養(yǎng)分含量的乘積）及氮利用率，在盛花期增施有機肥，還能提高大豆根長密度和根鮮重[9-10]。此外，有機肥對大豆生長發(fā)育的改善效果受肥料配施比例影響較大，朱寶國等[1]研究表明，有機肥與不同比例化肥配施均能提高大豆根瘤數(shù)，以有機肥和化肥各施用當?shù)爻Ｒ?guī)施肥量的50%效果最佳。沼肥也是一種良好的有機肥料，沼肥與氮磷鉀化肥配施能增加大豆株高、莖粗、葉面積、根瘤菌數(shù)[11]。張玉鳳等[12]研究表明與常規(guī)施肥相比，20%沼渣+80%化肥、30%沼渣+70%化肥處理的大豆氮肥利用率分別提高了3.9%、69.61%，磷肥利用率分別提高了8.60%、23.39%，說明沼渣與化肥配施可減少20%～30%化肥施用量。

1.2 產(chǎn)量

大豆產(chǎn)量主要由大豆株莢數(shù)、莢粒數(shù)、百粒重等指標決定[13]。研究表明，施用有機肥能顯著提高大豆產(chǎn)量[14-15]。有機肥增產(chǎn)效果受多種因素的影響，如有機肥種類、施肥量及配施比例等。朱寶國等[1]研究表明，有機肥與化肥不同比例混合配施，能不同程度地提高大豆產(chǎn)量，以有機肥和化肥各施用當?shù)爻Ｒ?guī)施肥量的50%增產(chǎn)效果最為顯著，但當有機肥用量超過當?shù)爻Ｒ?guī)施用量的50%、100%時，增產(chǎn)效果并不顯著。李鳴雷等[16]研究表明，有機無機復混肥對春播大豆的增產(chǎn)效果顯著高于生物有機肥，主要體現(xiàn)在大豆單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重、單株粒重等指標?？梢娪袡C肥施用后可通過影響產(chǎn)量構(gòu)成因子，提高大豆產(chǎn)量，原因可能在于有機肥施入土壤后能夠分解釋放出有機酸和部分微量元素，其中有機酸可溶解土壤中部分難溶性磷、鉀，提高磷、鉀有效性，而微量元素如硼等可直接影響大豆生殖生長，從而促進大豆對養(yǎng)分的吸收和籽粒發(fā)育，提高大豆產(chǎn)量[17]。

1.3 品質(zhì)

有機肥對大豆品質(zhì)的影響主要體現(xiàn)在大豆籽粒蛋白質(zhì)和脂肪含量方面[18]。大豆中蛋白質(zhì)含量占總量的40%左右，脂肪含量占20%左右。朱寶國等[1]研究表明，有機肥單施或與化肥配施能提高大豆蛋白質(zhì)含量，降低脂肪含量，且隨著有機肥施用比例的增加，蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為不同程度的增加，脂肪含量相應下降，蛋白質(zhì)和脂肪總量呈增加趨勢，但當有機肥用量達750 kg/hm2后，再增加用量對蛋白質(zhì)和脂肪含量影響不明顯。金平[19]研究也得出相似結(jié)論，同時還指出施用有機肥會影響大豆蛋白質(zhì)氨基酸的組成，必需氨基酸含量提高了1.28%，半必需氨基酸提高了0.53%。薛紅[20]也提出增施有機肥不利于大豆脂肪的形成，這主要是因為土壤中有機肥微生物的代謝活動能夠活化根部的營養(yǎng)物質(zhì)，增加大豆對氮營養(yǎng)的吸收，從而提高大豆中蛋白質(zhì)含量，而有機肥分解過程中會釋放出大量熱量，不利于脂肪形成，一定程度上降低了脂肪含量。李鳴雷等[16]卻提出施用生物有機肥及有機無機復混肥，能顯著增加大豆蛋白質(zhì)含量、脂肪含量及蛋脂總量，這可能與施用不同類型有機肥有關(guān)。同時Ray等[21]對大豆蛋白質(zhì)與脂肪含量間的負相關(guān)關(guān)系進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種負相關(guān)關(guān)系不受施氮量的影響，且大豆籽粒蛋白質(zhì)與產(chǎn)量之間呈顯著相關(guān)性，而脂肪含量與大豆產(chǎn)量之間相關(guān)性不顯著。

1.4 病害

大豆病害主要有根腐病、疫霉病、紅冠腐病等，嚴重影響大豆產(chǎn)量和品質(zhì)。研究顯示，有機肥能有效減緩大豆病害的發(fā)生[22]。主要是有機肥施入土壤后，其中的有機鹽類可直接抑制病原菌生長，有機肥在降解過程中還會釋放有毒物質(zhì)抑制病原菌，從而抑制大豆土傳病害的發(fā)生，且施用有機肥能調(diào)控土壤微生物結(jié)構(gòu)，促進有益微生物的生長，增加土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抑病性。對于連作大豆，施用有機肥能降低根腐病的發(fā)病程度[22]。張紅驥等[23]研究發(fā)現(xiàn)，雞糞有機肥與無機肥配施較不施肥處理大豆根腐病發(fā)病級數(shù)降低了26.28%。張靜等[24]指出生物有機肥能有效防治大豆紅冠腐病，收獲時其防治效果達83.02%，主要是生物有機肥中的有益微生物及代謝產(chǎn)物在一定程度上抑制了柱孢菌的生長。劉懷阿等[25]研究發(fā)現(xiàn)生物有機肥能抑制大豆疫霉根腐病的發(fā)生，與對照相比，其病害發(fā)生率下降了51%～88%。

2 有機肥對大豆土壤效應的影響

土壤是大豆生長發(fā)育所需營養(yǎng)物質(zhì)的來源，土壤質(zhì)量將直接影響大豆的生產(chǎn)狀況。有機肥作為培肥土壤的一種重要措施，不僅能活化大豆土壤中難溶性養(yǎng)分，還能提高土壤生物學活性，極大地改善土壤理化性狀，提高土壤肥力。

2.1 土壤理化性狀

土壤理化性狀是反映土壤質(zhì)量的重要指標，主要包括土壤容重、土壤含水量、土壤孔隙度、土壤團聚狀況等，土壤容重越小，土壤越疏松，表明土壤結(jié)構(gòu)越好。有機肥入土分解會產(chǎn)生胡敏酸等物質(zhì)，使土壤膠結(jié)成團聚體，疏松土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤容重。有機肥能調(diào)節(jié)土壤水分，維持土壤酸堿平衡[3]。長期施用化肥會導致大豆土壤酸化，pH降低，而長期施用有機肥，對于重茬大豆土壤pH并無明顯變化，且有機肥能增加大豆土壤中0.5～2.0 mm粒徑團聚體含量及大于0.01 mm土壤微團聚體含量，減少土壤中小于0.001 mm微團聚體含量[26]。氮磷鉀與有機肥配施能顯著降低土壤滲透阻力，增加土壤導水率及土壤水穩(wěn)性團聚體的平均質(zhì)量直徑[10]，與單施化肥相比，有機肥能提高大豆土壤含水率、土壤團聚體平均直徑，降低土壤容重，改善大豆土壤理化性狀[27]。Hati等[28]研究發(fā)現(xiàn)，氮磷鉀配施有機肥較不施肥處理顯著提高了大豆土壤水穩(wěn)性團聚體含量，降低了0～7.5 cm土層土壤容重，而對22.5～30.0 cm土層土壤容重影響較小，說明施肥對耕層土壤影響較大。沼渣與化肥配施也能有效改善大豆土壤理化性狀，主要體現(xiàn)在降低土壤容重、提高土壤總孔隙度、提高田間持水量等方面[29]。劉杰等[30]通過研究大豆根際環(huán)境發(fā)現(xiàn)，有機無機復混肥能提高土壤pH和大豆固氮菌的活性，進而改善土壤理化性質(zhì)。

2.2 土壤養(yǎng)分

土壤養(yǎng)分是評價土壤肥力最直接的指標，有機肥中含有多種營養(yǎng)元素，為大豆的生長發(fā)育提供所需的氮、磷、鉀、鈣、鎂、鐵、錳等養(yǎng)分。有機肥施入土壤后不僅能提高大豆土壤有機質(zhì)含量，還能增強大豆土壤對氮的供給，提高氮利用率，減少氮流失[31]，有機肥還能促進無機磷向有效態(tài)磷轉(zhuǎn)化，改善大豆土壤供磷水平[32]。且有機肥能促進速效氮、速效鉀等速效養(yǎng)分的釋放[30]。研究表明，施用有機肥或有機肥配施化肥能提高大豆土壤中全氮、速效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量[29，33]，且有研究結(jié)果顯示沼渣還可以抑制大豆反硝化過程，減少氮的損失。張玉鳳等[12]研究表明，施用沼肥能提高大豆土壤有機質(zhì)含量及0～20 cm土層土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，不論是沼肥單施還是與化肥配施，均可使20～80 cm土層土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量降低15.98%～61.56%，從而減少了氮在大豆土壤剖面的流失，緩解農(nóng)田面源污染。

2.3 土壤酶活性

土壤酶能促進土壤中一系列生化反應和物質(zhì)代謝，改善土壤質(zhì)量[34-35]。研究大豆土壤根際酶活性能揭示土壤生物活性的變化規(guī)律，反映土壤肥力變化特征[36]。其中土壤脲酶與土壤中氮代謝密切相關(guān)，能促進土壤中各類含氮有機中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成有效態(tài)氮，為大豆生長發(fā)育提供氮源；土壤磷酸酶能催化土壤中有機磷酸酯類物質(zhì)轉(zhuǎn)化成易被植物吸收利用的無機磷酸鹽；土壤過氧化氫酶則能催化過氧化氫分解成水和氧氣，解除過氧化氫對大豆根系的毒害作用；土壤蔗糖轉(zhuǎn)化酶參與土壤中碳水化合物的轉(zhuǎn)化與循環(huán)，與土壤有機質(zhì)、微生物數(shù)量及呼吸強度相關(guān)[37]。研究表明，施用有機肥能提高大豆根際土壤酶活性，主要是施入的有機肥能為土壤酶提供更多、更豐富的酶促基質(zhì)，且有機肥能調(diào)節(jié)土壤碳氮比，促進土壤微生物生長，改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤酶活性[3]。不同有機肥對大豆土壤酶活性的影響大致相同。施用牛糞有機肥能提高大豆土壤中過氧化氫酶、脲酶、蔗糖轉(zhuǎn)化酶和磷酸酶的活性[26]。Saha等[38]提出施用廄肥直接或間接地影響大豆土壤酶活性，無機肥與廄肥配施能顯著提高大豆土壤脫氫酶、酸性和堿性磷酸酶、纖維素酶和蛋白酶活性。在大豆不同生育期，有機無機復混肥能顯著提高大豆土壤過氧化氫酶、脲酶活性，且隨著生育期的推移，土壤酶活性呈先升高后降低的趨勢[39]，這可能受不同生育時期根系釋放和殘根分解的酚酸等物質(zhì)數(shù)量和種類的影響[40]。谷巖等[41]指出單施有機肥對大豆土壤脲酶活性影響不明顯，有機無機配施則能顯著提高土壤脲酶活性。這與馬星竹等[36]提出的長期有機肥配施化肥能提高大豆黑土脲酶活性的結(jié)果相似，同時還指出酶活性與土壤有機質(zhì)、全氮、全磷及速效磷含量之間呈極顯著正相關(guān)性，說明酶活性在一定程度上反映了土壤肥力狀況。

2.4 土壤微生物

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的部分，參與土壤中碳、氮、磷等營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化與循環(huán)，與土壤肥力密切相關(guān)[42-44]。有機肥能增加大豆根際有益微生物數(shù)量，促進土壤中有益微生物的繁殖，從而抑制病菌生長，減輕有害菌對大豆根部的危害[45]，馬坤明等[46]也得出相似的結(jié)論。大豆不同生育期，土壤微生物數(shù)量也會發(fā)生一定的變化，在大豆整個生育期內(nèi)，施用有機肥可明顯增加土壤中細菌、真菌及放線菌數(shù)量[47-48]，且土壤細菌數(shù)量在不同生育期的動態(tài)變化趨勢與土壤微生物總數(shù)動態(tài)變化趨勢一致，有機無機配施處理的土壤微生物總數(shù)和細菌總數(shù)大于單施化肥處理，并在結(jié)莢期達到最大，成熟期又明顯下降，而長期施用有機肥處理的放線菌數(shù)量在整個生育期內(nèi)變化并不明顯[49]。關(guān)大偉等[50]利用 BOX-PCR、IGS-PCR-RFLP和16S rDNA基因序列分析法，研究了長期施肥對黑土大豆根瘤菌群體結(jié)構(gòu)和多樣性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氮肥與有機肥配施較單施氮肥處理提高了大豆根瘤菌的數(shù)量，緩解了氮肥對根瘤菌多樣性的抑制作用。土壤微生物量表示土壤中微生物的總量，是表征土壤中物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要指標[42，51-52]。施用有機肥能提高大豆土壤根際微生物量碳氮含量，主要是有機肥的施入大量補充了土壤中碳源，為土壤中微生物提供了更多的能源物質(zhì)，從而促進了土壤微生物的生長繁殖[41]。單施有機肥或有機肥與氮磷鉀等肥料配合施用，可明顯提高大豆土壤微生物量碳氮含量，且在花期含量最高，鼓粒期降至最低，成熟期含量又增加，且不同施肥處理的土壤微生物量與大豆產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)（r=0.957 9，n=24）[33，52-53]。

3 展望

有機肥的施用對大豆生產(chǎn)具有重要作用，直接施用有機肥或使用有機肥替代部分化肥配施，不僅可以減少化肥和農(nóng)藥的使用，降低大豆生產(chǎn)成本，提高品質(zhì)和產(chǎn)量，還能提高土壤養(yǎng)分含量，改善土壤理化性質(zhì)和土壤生態(tài)環(huán)境。但在大豆實際生產(chǎn)中還需注意：①有機肥種類繁多，不同有機肥其養(yǎng)分含量、碳氮比、功能菌的含量及種類等均不同，生產(chǎn)中要綜合考慮大豆品種、有機肥種類、土壤類型、氣候條件等因素因地制宜地施用有機肥，以促進大豆生長，改善和維持土壤地力；②有機肥料與化肥配施更能有效促進大豆產(chǎn)量和品質(zhì)的提高及土壤肥力性狀和土壤生態(tài)環(huán)境的改善，因此在生產(chǎn)中要注重有機肥與化肥的配合施用，同時注意肥料配施的比例，以有效促進大豆的生長發(fā)育及土壤培肥。

目前關(guān)于大豆施用有機肥的研究較多，從發(fā)展趨勢看，根據(jù)大豆的需肥特性開發(fā)研究大豆專用有機肥及對大豆病蟲害具有防治效果的新型生物有機肥仍是未來大豆有機肥研究的重點，同時進一步加強大豆有機肥對土壤生態(tài)效應的研究，緩解施肥給環(huán)境帶來的壓力，以促進大豆產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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