增施有機肥對黃泛沖積區(qū)貧瘠土壤養(yǎng)分和玉米產(chǎn)量的影響

張奇 張振華 劉麗珠

摘要：針對黃泛沖積區(qū)土壤肥力低、生物功能弱等障礙因子，比較了增施不同有機肥料（普通商品有機肥、生物有機肥）及其不同施用量（150、300、450 kg/667 m2）對江蘇省濱海縣黃泛沖積區(qū)貧瘠土壤養(yǎng)分和生物性狀的影響，結(jié)果顯示：施用有機肥能不同程度提升土壤有機質(zhì)含量，增加氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，降低土壤pH值，改良土壤理化性質(zhì);施用有機肥還能提高堿性磷酸酶活性，使土壤微生物活性和多樣性指數(shù)增加，改良土壤的生物功能。隨著有機肥用量從150 kg/667 m2增加到450 kg/667 m2，有機肥施用對土壤養(yǎng)分含量和生物功能改善效果愈加明顯，玉米產(chǎn)量也與對照相比增加0.75%到25.8%不等，其中以施用450 kg/667 m2普通有機肥增產(chǎn)效果最好。而相同用量下，施用商品有機肥的NOF處理對土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分的提升效果要好于施用生物有機肥的BOF處理，但BOF處理對生物性狀的改良作用要高于NOF處理的。由此可見，施用有機肥的土壤各項肥力指標(biāo)和作物產(chǎn)量在短期內(nèi)就都已有所提升，尤其在施用量為450 kg/667 m2的處理中。因此長期施用有機肥在培肥土壤，保障我國糧食作物穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)方面的重要作用已經(jīng)可以預(yù)見。

關(guān)鍵詞：貧瘠土壤;有機肥;土壤理化性狀;生物功能;玉米產(chǎn)量

中圖分類號： S156 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）17-0271-05

我國耕地正面臨土壤貧瘠化（又稱土壤退化）的重大問題[1]。江蘇省濱海廢黃河黃泛沖積區(qū)耕地面積約 80萬hm2，是我省重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，但由于土壤質(zhì)量差，糧食產(chǎn)量一直處于中下等水平[2]。土壤普遍存在板結(jié)、漏水漏肥等特點，以及土壤有機質(zhì)含量下降、大量與中微量養(yǎng)分存在不均衡等現(xiàn)象。其中，有機質(zhì)含量的下降可以作為土壤退化的一項重要標(biāo)志，它與土壤的許多屬性是相互關(guān)聯(lián)的[3-5]?；室恢币詠碜鳛槲覈r(nóng)業(yè)增產(chǎn)[6]的重要手段，而有機肥作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要肥源，在培肥地力、提高作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)方面具有重要作用[7-8]，寧川川等研究表明：施用有機肥可以使土壤物理性質(zhì)得到改善[9-10]，同時有機肥中的微生物次生代謝產(chǎn)物，可以促進(jìn)土壤中團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，為作物生長提供一個良好的環(huán)境[11]。從長遠(yuǎn)角度來看，化肥雖然可以短期內(nèi)解決作物對養(yǎng)分的需求，但對農(nóng)田土壤質(zhì)量的影響也是難以逆轉(zhuǎn)的。本試驗針對黃泛沖積區(qū)土壤肥力低、生物功能弱等障礙因子，通過增施有機肥在研究區(qū)貧瘠土壤的培肥熟化試驗，并配合相應(yīng)的深耕松土技術(shù)，研究不同有機肥種類及施用量條件下土壤耕層養(yǎng)分和生物功能及作物產(chǎn)量的變化特征，篩選并驗證有機肥培肥熟化技術(shù)對土壤障礙因子的消減效果。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用商品有機肥為嚴(yán)博士有機肥，總養(yǎng)分≥5.0%，有機質(zhì)≥45%，腐殖質(zhì)25%;生物有機肥為南京寧糧生物有機肥，總養(yǎng)分≥5.0%，有機質(zhì)≥55%，有效活菌數(shù)≥0.2億/g;復(fù)合肥為綠聚能復(fù)合肥，20% N，14% P2O5，6% K2O;玉米種子為黎樂66玉米種子。

1.2 試驗處理

本試驗在江蘇省濱?？h黃河灣公司江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地進(jìn)行，總面積約2 650 m2。試驗前對該農(nóng)田地塊進(jìn)行土壤翻耕（翻耕深度約20 cm）、平整土地（機器旋耕）、試驗小區(qū)劃分、施復(fù)合肥和有機肥、挖邊界溝渠（溝渠10 cm）后，利用簡易播種機播種玉米。

試驗地塊當(dāng)季小麥?zhǔn)崭詈箝_始進(jìn)行土壤培肥熟化試驗，研究增施不同有機肥料及用量對該地塊土壤養(yǎng)分和生物性狀的影響。試驗共設(shè)置7個處理，普通商品有機肥（NOF1，NOF2，NOF3）和生物有機肥（BOF1，BOF2，BOF3）各施用150、300、450 kg/667 m2，以及不施有機肥、單施復(fù)合肥（CF）50 kg/667 m2作為對照處理。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，共21個小區(qū)，每個小區(qū)90 m2，隨機區(qū)組排列。其他追肥、除草、澆水等田間管理措施均與大田相同。

1.3 土壤樣品采集

小麥?zhǔn)崭詈螅衩撞シN前采1次原始土樣，試驗地土壤基本性狀見表1。由表1可以看出，此次試驗土壤為堿性貧瘠土壤。試驗地于2017年6月18日播種玉米，設(shè)置行距 73 cm、株距25 cm。7月15日玉米苗期采第一次土樣，10月15號玉米收獲期采第二次土樣。樣品從小區(qū)的中部四壟采取，采樣點呈“S”形分布[12]。取土?xí)r，土鉆一次打到20 cm深度，每個小區(qū)采集3次重復(fù)，然后將同一小區(qū)的3個重復(fù)樣品混合成1個樣品，采用四分法最后留取約1 kg土樣，用塑料袋裝好放入保溫箱帶回實驗室備用。

1.4 土壤樣品測定

1.4.1 土壤基本理化指標(biāo)的測定 土壤pH值采用NY/T 1377—2007《土壤pH值的測定》方法進(jìn)行測定;有機質(zhì)含量按照NY/T 85—1988《土壤有機質(zhì)測定法》方法測定;全氮參照NY/T 53—1987《土壤全氮測定法（半微量開氏法）》測定;總磷采用LY/T 1232—2015《森林土壤全磷的制定》方法測定;總鉀按照LY/T 1234—2015《森林土壤鉀的測定》方法測定;有效態(tài)氮采用堿解擴(kuò)散吸收法[13];有效磷采用碳酸氫 鈉- 鉬銻抗比色法[14];有效鉀采用乙酸銨提取-火焰光度法測定[15]。

1.4.2 土壤微生物功能多樣性 土壤微生物功能多樣性測定采用Biolog微孔平板法[16-18]。

1.4.3 土壤堿性磷酸酶的測定 土壤堿性磷酸酶測定采用分光光度法[19-20]：將1.00 g新鮮土樣（

1.5 統(tǒng)計方法

采用GraphPad prism7進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，SPSS 19.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機肥種類與用量對土壤有機質(zhì)的影響

由圖1可知，在玉米苗期，單施化肥的對照處理（CF）與原始土樣有機質(zhì)含量相比無顯著差異，而施用有機肥處理（NOF和BOF）的土壤有機質(zhì)含量與原土相比均有顯著增加，表現(xiàn)為BOF>NOF>CF。其中以生物有機肥施用量為 450 kg/667 m2（BOF3）處理最為顯著，比CF和相同用量普通有機肥NOF3處理有機質(zhì)含量分別提高25.0%和10.3%。相比之下，施普通有機肥450 kg/667 m2（NOF3）處理，有機質(zhì)與CF相比增加了10.1%。玉米收獲期，有機質(zhì)被分解由作物吸收，各個處理間的含量都有下降的趨勢，其中以施用普通有機肥450 kg/667 m2的處理NOF3下降最為明顯，降幅達(dá)到40.7%。

2.2 不同有機肥種類與用量對土壤氮素養(yǎng)分的影響

在玉米苗期，施用有機肥的土壤全氮含量與CF相比均有所增加，即NOF>BOF>CF（圖2）。對于同種有機肥而言，土壤全氮含量隨著施用量的增加而增加;當(dāng)施用量達(dá)到 450 kg/667 m2時，土壤全氮含量為最高?？偟膩碚f，相同用量下普通有機肥處理全氮含量要高于生物有機肥的，NOF3和BOF3與CF相比分別增加43.8%和39.1%。玉米收獲期土壤全氮與與苗期相比有所降低，其中降幅最高的為施用普通有機肥的NOF3處理，達(dá)到了29.3%。

與土壤全氮變化趨勢一樣，在玉米苗期，施用有機肥的土壤中，同一施肥量下堿解氮的含量為NOF>BOF>CF（圖3）。對于同種有機肥而言，堿解氮含量隨著用量的增加而增加;當(dāng)施用量達(dá)到450 kg/667 m2時，土壤堿解氮含量為最高?？偟膩碚f，相同用量下普通有機肥處理堿解氮含量要高于生物有機肥的，NOF3和BOF3與CF相比分別增加51.4%和 32.8%。在玉米收獲期，土壤中速效氮含量與苗期相比顯著降低，其中NOF3處理的堿解氮含量下降最多，與苗期相比下降26.8%。同一施肥量下，各處理間堿解氮的含量變化趨勢與苗期的相似。

2.3 有機肥種類與用量對土壤磷含量的影響

由圖4可知，在玉米苗期，除有機肥施用量為 450 kg/667 m2（NOF3）處理的全磷含量顯著高于對照（CF）7.8%外，其他處理與CF無顯著差異。在玉米收獲期，土壤中總磷含量與有機質(zhì)、氮素指標(biāo)相似，與苗期相比均呈現(xiàn)下降趨勢，但是降低的比例與其他指標(biāo)相比要小，其中NOF3和BOF3總磷含量與苗期相比分別下降6.7%和5.8%。

總體而言，苗期施用普通有機肥處理的土壤，其速效磷含量隨著施肥量的增加而增加（圖5），NOF1、NOF2和NOF3與對照CF相比分別增加62.3%、83.3%和139.1%。相比之下，施用生物有機肥的處理速效磷含量與對照相比增幅要小，BOF1、BOF2和BOF3與對照CF相比分別增加54.3%、50.7% 和72-4%。在玉米收獲期，土壤中速效磷含量與總磷、有機質(zhì)和氮素指標(biāo)相似，比苗期有所降低;不同有機肥及用量對土壤速效磷含量的影響與苗期的變化趨勢基本一致，可見施用普通有機肥在土壤速效磷含量提升方面有較好的作用。

2.4 有機肥種類與用量對土壤鉀的影響

由圖6可以看出，在玉米苗期，施用普通商品有機肥的土壤總鉀含量隨施肥量的增加而增加，NOF1、NOF2和NOF3與對照CF相比分別增加4.5%、12.2%和22.7%。同一施肥量下NOF>BOF>CF處理。與其他指標(biāo)相似，玉米收獲期總鉀含量與苗期相比呈下降趨勢。

由圖7可見，苗期土壤中的速效鉀含量與有機肥施肥量呈正相關(guān)，其中NOF3處理的含量最高，但與其他組的差異并不顯著。收獲期土壤中的速效鉀含量與苗期相比有所下降，相同施肥量條件下，普通有機肥處理組的速效鉀含量比生物有機肥處理組的高。

2.5 有機肥種類與用量對土壤pH值和容重的影響

玉米苗期施用有機肥土壤pH值基本維持在8.2左右，收獲期施用有機肥的土壤pH值維持在8左右，而對照處理在整個玉米生育期pH值基本穩(wěn)定在8.4左右（圖8）。總體而言，施有機肥的各個處理pH值隨著有機肥用量增加而呈下降趨勢，其中BOF3處理下降最明顯，收獲期土壤pH值降至7.86。

土壤容重分析結(jié)果表明，各處理間土壤容重?zé)o顯著差異（圖9），原因可能是有機肥的施用時間過短，有機肥對容重的影響尚未顯現(xiàn)。

2.6 有機肥種類與用量對土壤堿性磷酸酶的影響

由圖10可看出，玉米苗期施用生物有機肥的BOF3處理土壤磷酸酶活性顯著高于所有施用普通商品有機肥和對照處理的，而施用普通商品有機肥處理土壤堿性磷酸酶活性與對照相比無顯著差異。表明生物有機肥施用量達(dá)到一定水平才會對土壤磷酸酶活性產(chǎn)生顯著促進(jìn)作用。到了玉米收獲期，BOF3處理仍顯著高于對照處理，但差距由苗期的162.0%降低到47.0%，表明生物有機肥的對土壤酶活性的促進(jìn)作用會隨著使用時間的增加而減弱。

2.7 有機肥種類與用量對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響

2.7.1 單孔平均光密度（AWCD值）的變化 由圖11可以看出，各處理在1 d之內(nèi)AWCD值都很小，在1 d之后，各處理AWCD值都快速升高，碳源被大幅度利用?？傮w而言，施用有機肥的各處理AWCD值顯著高于CF處理，其中以BOF3處理的AWCD值為最高。從圖12可知，玉米收獲期時各處理的AWCD值均顯著低于苗期相應(yīng)處理的，CF和BOF3處理收獲期的土壤在培養(yǎng)96 h時AWCD值分別是0.31和1.03，而相同培養(yǎng)時間下苗期的值分別是0.58和1.21，微生物群落活性分別降低了46%和15%。

2.7.2 微生物群落多樣性指數(shù) BIOLOG結(jié)果顯示，施用有機肥各處理的微生物利用碳源種類數(shù)和代謝Shannon-Wiener多樣性指數(shù)顯著高于CF處理，且隨著有機肥用量的增加而升高。同等用量條件下，在作物苗期，增施有機肥各處理土壤的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)高于單施化肥（CF）的處理，表明施用有機肥提高了微生物碳源利用種類數(shù)和代謝功能多樣性;但在收獲期，施用有機肥對多樣性指數(shù)的影響隨施用有機肥時間的延長而幾乎消失，并且不同有機肥種類和用量處理之間均沒有對微生物群落多樣性（Shannon-Wiener指數(shù)）產(chǎn)生顯著影響（表2）。

2.8 有機肥不同種類與用量對玉米產(chǎn)量的影響

由圖13可知，施用有機肥的處理玉米產(chǎn)量均高于CF處理，且隨著施用量的增加玉米產(chǎn)量也隨之增加。相同用量下，施用普通商品有機肥的NOF處理產(chǎn)量要高于施用生物有機肥的BOF處理，但僅NOF3的產(chǎn)量顯著高于CF，即CF處理產(chǎn)量為480.6 kg/667 m2，NOF3和BOF3的產(chǎn)量分別為 515.4 kg/667 m2和604.4 kg/667 m2，增產(chǎn)幅度分為25.8%和7.2%。

3 討論與小結(jié)

本試驗結(jié)果表明，施用有機肥的處理土壤pH值短期內(nèi)呈現(xiàn)下降的趨勢，潘丹丹等研究表明施用有機肥和無機化肥的土壤在短期內(nèi)由中性變?yōu)樗嵝訹21]，本研究結(jié)果與之一致。羅興錄等研究表明，施用有機肥能降低土壤容重，提高土壤的孔隙度[22]，其原因主要是有機肥富含有機質(zhì)，而有機質(zhì)施到土壤以后能降低土壤容重，提高土壤孔隙度。在本研究土壤容重的變化不明顯，可能是由于施用有機肥的時間過短，有機質(zhì)在土壤中未得到充分分解，從而各個處理間的容重變化不明顯，此外田間的人為因素對土壤容重也有很大的改變[23]。在土壤有機質(zhì)方面，施用有機肥的處理土壤有機質(zhì)的含量都有顯著提高，這與以往相關(guān)研究[24-25]相一致，而土壤有機質(zhì)含量高，為土壤中的微生物代謝提供了能源，對土壤中氮的礦化有激發(fā)作用，有利于土壤中磷、鉀細(xì)菌的繁殖[26]。

張鵬等通過連續(xù)試驗，施用有機肥的土壤耕層各種養(yǎng)分的含量與原土相比有了明顯的變化，施用有機肥能夠顯著增加0～20 cm土層土壤養(yǎng)分含量[27]。在本試驗中，施用有機肥的各個處理中氮磷鉀3種養(yǎng)分均高于對照處理，這與孫建等的研究[28]相一致。而相同用量下，施用商品有機肥的NOF處理表現(xiàn)要好于施用生物有機肥的BOF處理，這說明在此次實驗中所采用的普通商品有機肥本身的養(yǎng)分含量要高于生物有機肥，對土壤養(yǎng)分改良方面也要高于生物有機肥。

在土壤微生物群落方面，Liu等用Biolog方法研究了土壤微生物群落功能多樣性，結(jié)果表明生物有機肥處理的多樣性指數(shù)與碳源利用率均極顯著高于化肥處理[29]，本試驗結(jié)果與之相一致，對照處理對各類碳源的利用能力和多樣性指數(shù)相比有機肥處理較低。

土壤酶活作為一個敏感的生化指標(biāo)，能夠反映土壤質(zhì)量在時間序列或各種不同條件下的變化，在植物營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化中起重要作用[30]。試驗中施用生物有機肥處理的堿性磷酸酶指標(biāo)要明顯高于普通商品有機肥，尤其在玉米苗期，這也得益于生物有機肥對土壤微生物群落的改良，也說明施用生物有機肥對土壤堿性磷酸酶的提升有顯著效果。在玉米收獲期，由于玉米的生長需要，土壤中的養(yǎng)分含量出現(xiàn)不同程度的下降，具體表現(xiàn)為氮>鉀>磷，這與柴穎等的研究結(jié)果[31]相一致。

產(chǎn)量是土壤肥力的綜合反映，不同施肥處理對土壤肥力特性的影響必然要反映到作物產(chǎn)量的變化上[32]。本試驗中玉米產(chǎn)量與氮、磷、鉀等養(yǎng)分指標(biāo)呈顯著正相關(guān)，表明作物產(chǎn)量與土壤養(yǎng)分含量密切相關(guān)。有機肥與化肥配合施用，不但補充了有機碳源，改善了土壤物理性狀，而且大大刺激了土壤微生物的活性[33]，并且明顯增加了作物產(chǎn)量[34]。

總而言之，增加施用有機肥的土壤各項肥力指標(biāo)和作物產(chǎn)量在短期內(nèi)就都已有明顯提升，尤其在施用量為 450 kg/667 m2 的處理中，因此長期施用有機肥在培肥土壤，保障我國糧食作物穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)方面的重要作用已經(jīng)可以預(yù)見。

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