生物有機肥對青海高寒牧區(qū)燕麥產(chǎn)量和土壤肥力的影響

馬 祥, 賈志鋒*, 張永超, 張 然

(1. 青海省青藏高原優(yōu)良牧草種質資源利用重點實驗室， 青海大學畜牧獸醫(yī)科學院， 青海 西寧 810016；2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院， 甘肅 蘭州 730070)

燕麥(AvenasativaL.)是一種優(yōu)良的糧飼兼用作物，其籽實、稃殼、莖葉等均可作為各類家畜的優(yōu)良飼料[1～3]，具有耐貧瘠、耐鹽堿、耐寒、耐旱，分蘗再生能力強等優(yōu)良特性[4]，已成為青藏高原高寒牧區(qū)近年來大力推廣的優(yōu)選牧草[5-6]。燕麥作為人工草地的主要栽培種，在解決青藏高原高寒地區(qū)草畜季節(jié)性供求矛盾、保護生態(tài)環(huán)境和促進草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面意義重大。在青海燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，國內外科研人員在品種選擇[7]、施肥[8]、播種密度[9]、混播[10]、最佳播期[11]以及營養(yǎng)品質評價[12]等方面進行了大量的研究工作。

施肥對提高作物的產(chǎn)量具有非常重要的作用，對糧食增產(chǎn)的貢獻超過50%，青海牧區(qū)具有青藏高原典型的高寒氣候特點，地理位置特殊、自然條件嚴酷，枯草期長，補飼飼草嚴重缺乏，為滿足青海燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，化肥被大量施用到土壤中[9,13～14]。因未進行科學種植，連作等現(xiàn)象普遍存在，為了保證產(chǎn)量不下降，化肥的施用量越來越大，致使土壤肥力下降，板結、鹽漬化加劇，形成惡性循環(huán)，從而導致農(nóng)田環(huán)境污染、農(nóng)產(chǎn)品品質下降。

因此，怎樣既能在高投入的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式下保持或改善耕地的土壤質量，又可實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展是當前急需解決的重要問題[15]。生物有機肥是以優(yōu)質肥料型有機質為載體，加入特定功能微生物復合而成的一類兼具微生物肥和有機肥效應的肥料。生物有機肥已在多種作物上使用，包括水稻(OryzasativaL.)[16]，棉花(Gossypiumspp)[17]，煙草(Nicotianatabacum)[18]等，研究表明，生物有機肥不僅能夠提高土壤有機質含量、改善土壤物理性狀、調節(jié)植物生長發(fā)育，同時能夠增強植物抗病蟲的能力、改善植物根際營養(yǎng)環(huán)境、分解土壤中難溶的磷、鉀化合物，減少氮、磷、鉀的淋溶損失，促進營養(yǎng)元素的吸收從而提高農(nóng)產(chǎn)品品質。生物有機肥兼有傳統(tǒng)有機肥與添加有機菌劑的優(yōu)勢，一定程度上可以增強作物抵抗不良環(huán)境的能力[19]，合理使用還可達到增產(chǎn)的效果。

為了解生物有機肥在青藏高原高寒牧區(qū)燕麥上的應用效果，及其對常規(guī)化肥替代作用，本試驗通過設置不同的生物有機肥施用量，通過測定土壤性質指標及燕麥產(chǎn)量，探究生物有機肥在燕麥生產(chǎn)上的應用，為生物有機肥的推廣提供有力的科學依據(jù)，進一步為青藏高原高寒地區(qū)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)民增產(chǎn)增收和環(huán)境生態(tài)效益起到指導意義[6]。

1 材料與方法

1.1 試驗地自然概況

試驗地位于青海省湟中縣魯沙爾鎮(zhèn)，地勢平坦，地理坐標101°37′ E，36°28′ N，海拔2 620 m，氣候寒冷潮濕，無絕對無霜期，年均溫 3.7 ℃，歷年年降水量481 mm(降雨和降雪)，土質栗鈣土，前茬蕎麥，土壤有機質含量19.98 g·kg-1，速效N含量 24.2 mg·kg-1，速效P(P2O5)13.43 mg·kg-1，速效鉀(K2O)110.32 mg·kg-1，pH為8.4。

表1 不同年份間降雨量Table 1 Rainfall through years

1.2 試驗材料

供試燕麥品種為林納，由青海省畜牧獸醫(yī)科學院提供。供試生物有機肥為加爾蘇生物有機肥(有效活菌數(shù)≥0.20 g·億；有機質≥40.0%)，由青海余禾生物有機肥料廠提供。

1.3 試驗設計

2015年-2017年田間試驗共設置5個處理，CK1：不施肥；CK2：單施常規(guī)化肥(參照當?shù)匮帑溕a(chǎn)施肥量，尿素75 kg·hm-2，磷酸二銨150 kg·hm-2)；T1：3000 kg·hm-2生物有機肥作底肥撒施翻耕；T2：4 500 kg·hm-2生物有機肥作底肥撒施翻耕；T3：6 000 kg·hm-2生物有機肥作底肥撒施翻耕。各處理三次重復，隨機區(qū)組排列。小區(qū)面積15 m2(3 m × 5 m)，行距25 cm，燕麥播量187.5 kg·hm-2，播深3～4 cm。統(tǒng)一播種，條播，播后耙耱；田間除草 2次，花期除雜1次，種子收獲實行單打單收。

1.4 測定指標及方法

1.4.1土壤指標 在燕麥收獲后的試驗田分別取土壤樣本，在各處理 0 ～ 15 cm耕層隨機采取 5點新鮮土樣混合均勻后帶回實驗室。風干后用于土壤理化指標的測定。土壤pH值測定采用pH計法；全氮含量測定采用半微量凱氏法；堿解氮含量測定采用堿解擴散法；全磷含量測定采用鉬銻抗比色法；有效磷含量測定采用高錳酸鉀氧化-葡萄糖還原法；全鉀含量測定采用NaOH熔融-火焰光度計法；有機質含量測定采用重鉻酸鉀外加熱法[20～21]。

1.4.2燕麥產(chǎn)量指標 株高：每小區(qū)隨機選取10株長勢均勻的燕麥植株，直接測定株高。

產(chǎn)量構成要素：測定穗長、小穗數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重、千粒重。每小區(qū)隨機選取10株長勢均勻的燕麥植株，帶回實驗室晾干后測定。

產(chǎn)量：成熟期以小區(qū)為面積測定秸稈量(風干重)和種子產(chǎn)量。

1.5 統(tǒng)計分析

采用Origin軟件進行數(shù)據(jù)處理，應用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗及方差分析，采用Duncan法對處理間差異顯著性進行分析比較。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對燕麥生長、產(chǎn)量及土壤理化特性的影響

2.1.1不同施肥處理對燕麥秸稈產(chǎn)量的影響 通過小區(qū)面積的秸稈產(chǎn)量計算理論產(chǎn)量(圖1)，三年燕麥秸稈產(chǎn)量在不同處理條件下的變化趨勢大致相同，CK2處理最高，顯著高于其他處理(P<0.05)，施用有機肥處理三年來均顯著高于CK1(P<0.05)，T2處理水平下燕麥秸稈產(chǎn)量居于第二，且T3處理略高于T2，但2015年和2017年二者之間差異不顯著，2016年表現(xiàn)為T3處理顯著高于T1處理(P<0.05)。

圖1 不同施肥處理對燕麥秸稈產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of different fertilization treatments on the yield of oats forage grass注：CK1：不施肥處理；CK2：常規(guī)化肥處理；T1：3 000 kg·hm-2生物有機肥處理；T2：4 500 kg·hm-2生物有機肥處理；T3：6 000 kg·hm-2生物有機肥處理；不同小寫字母表示因素間差異顯著(P<0.05)；下同Note:CK1:control group without fertilizers;CK2;treatment with chemical fertilizers;T1:3 000 kg·hm-2 bio-organic fertilizer;T2:4 500 kg·hm-2 bio-organic fertilizer;T3:6 000 kg·hm-2 bio-organic fertilizer;Different letters in same column means significant differences at the 0.05 level. The same as below

2.1.2不同施肥處理對燕麥種子產(chǎn)量的影響 通過小區(qū)面積的種子產(chǎn)量計算理論產(chǎn)量(圖2)。三年的種子產(chǎn)量結果顯示，CK2處理顯著高于其他處理(P<0.05)，T1，T2，T3處理的燕麥平均種子產(chǎn)量分別為4 124.28 kg，4 933.58 kg，4 407.63 kg，較不施肥處理顯著增高且處理間差異顯著(P<0.05)，三年內均是T2處理種子產(chǎn)量最高，較CK1處理分別高出0.45倍，0.37倍和0.42倍，除2015年T1和T3處理種子產(chǎn)量差異不顯著外，其他年份各處理間差異均顯著(P<0.05)。青海地區(qū)年份間的天氣和環(huán)境因素對燕麥的產(chǎn)量有較大的影響(表1)，2015年至2017年降雨量逐年增加，各處理間產(chǎn)量均逐年增高。

圖2 不同施肥處理對燕麥種子產(chǎn)量的影響Fig.2 Effects of different fertilization treatmentson oats seed yield

2.1.3不同施肥處理對燕麥株高的影響 由圖3可知，三年數(shù)據(jù)均表現(xiàn)為施化肥處理的燕麥株高最高，施肥處理均顯著高于CK1處理(P<0.05)，且隨著有機肥施肥量的增加，燕麥株高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在T2處理下株高最高，相比對照高出14.38%，25.34%和34.05%，2015年和2016年T1和T3處理差異不顯著。除2017年T2處理與CK2處理差異不顯著外，T2處理均顯著高于其他處理(P<0.05)。

2.1.4不同施肥處理對燕麥穗長、主穗小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)及單株粒重的影響 由圖4可以知，CK2處理燕麥穗長、主穗小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)及單株粒重均表現(xiàn)為最佳，在2015年、2017年穗長、主穗小穗數(shù)除與T2差異不顯著，均與其他處理差異顯著(P<0.05)，單株穗粒數(shù)及單株粒重與其他處理年紀間差異均顯著(P<0.05)，其次是有機肥T2處理。穗長在有機肥處理下有細微變化，2016年有機肥T3處理穗長高于T2，但差異不顯著，2017年T2處理與CK2差異不顯著。主穗小穗數(shù)在2015年和2017年，T2處理與CK2處理差異不顯著，顯著高于其他處理(P<0.05)，相比CK1高出59.1%和64.7%。單株穗粒數(shù)在各處理條件下呈現(xiàn)趨勢與單株粒重大體一致，均表現(xiàn)為CK2處理最佳，T2處理略低于CK2，有機肥處理相比不施肥顯著增加了燕麥的單株穗粒數(shù)和單株粒重(P<0.05)。

2.1.5不同施肥處理對種子千粒重的影響 由圖5可以看出，2015年和2016年燕麥種子千粒重施化肥處理顯著高于其他處理，2017年有機肥T2處理較化肥處理差異不顯著，三年有機肥處理相比不施肥處理均顯著增加了燕麥種子的千粒重(P<0.05)，尤其是T2處理，高出不施肥處理0.29倍，1.1倍和0.27倍，除2015年外，有機肥T1與T3處理差異均顯著(P<0.05)。

圖3 不同施肥處理對燕麥株高的影響Fig.3 Effects of different fertilization treatments on oats plant height

圖4 不同施肥處理對燕麥穗長、主穗小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)及單株粒重的影響Fig.4 Effects of different fertilization treatments on ear length,spikelets,grain number and grain weight of oat

圖5 不同施肥處理對種子千粒重的影響Fig.5 Effects of different fertilization treatments on seed 1 000-grain weight

2.1.7不同施肥處理對土壤理化性質的影響 土壤是植物賴以生存的環(huán)境條件，本試驗通過測定2015-2017年不同施肥處理下的8個土壤指標，分析不同的施肥量對土壤理化性質的影響(表2)。2015年、2016年CK2處理下土壤全氮、堿解氮、速效磷含量為最高，T2處理下全磷、速效鉀、有機質含量最高，2015年不同有機肥處理下的土壤全氮含量差異不顯著，均在1.46 g·kg-1左右，且在2016年和2017年逐漸增加，有機肥處理土壤堿解氮含量隨著施入量的增加先增高后降低，T2處理最優(yōu)。2016年CK1處理各項指標含量最低，且均與T2，CK2處理有顯著差異2017年T2處理土壤堿解氮、速效磷、全鉀、速效鉀、有機質含量最高，CK2處理除了全氮、全磷外其余指標均與T2處理有顯著差異，2015年土壤有機質含量CK1最低，施加化肥可以顯著增加有機質含量，但效果顯著低于有機肥處理，2016年有機肥T1處理顯著低于CK2(P<0.05)，T3處理與CK2相同，無顯著差異，2017年與2015年表現(xiàn)一致；試驗地土壤為堿性，pH為8，施入化肥和生物有機肥能夠調節(jié)土壤pH，三年來呈現(xiàn)趨勢大致相同，施加有機肥均降低了土壤pH，且處理間差異顯著(P<0.05)。

表2 不同年份不同施肥處理對土壤理化性質的影響Table 2 Effects of different fertilization treatments in different years on soil physical and chemical properties

2.2 燕麥農(nóng)藝性狀與種子產(chǎn)量的相關性分析

對不同年份的燕麥農(nóng)藝性狀與種子產(chǎn)量做了相關性分析(表3)，結果發(fā)現(xiàn)，三年種子產(chǎn)量與株高、穗長、小穗數(shù)、單株穗粒、單株穗重及千粒重均呈極顯著正相關(P< 0.01)。在各農(nóng)藝性狀中，種子產(chǎn)量與穗長的相關性最小，三年均值達到0.858，2015年和2016年種子產(chǎn)量與主穗小穗數(shù)的相關性最強，且與千粒重的相關性均在0.9以上，而2017年與單株穗粒數(shù)相關性達到最高，為0.974，與千粒重相關性為0.898。

表3 不同年份燕麥農(nóng)藝性狀與種子產(chǎn)量的相關性分析Table 3 Correlation analysis of oat agronomic traits and seed yield in different years

注：**表示因素的影響達到極顯著水平(P<0.01)，*表示因素的影響達到顯著水平(P<0.05)

Note：** and * is represent for significant difference at the 0.01 and 0.05 level respectively

3 討論

3.1 不同施肥處理對燕麥產(chǎn)量的影響

施肥是提高作物產(chǎn)量的關鍵措施之一[8]。眾多研究結果表明，生物有機肥含有大量的有機物質、無機物質和有益微生物，施入土壤以后能迅速提高土壤有機質含量和微生物的數(shù)量，增強土壤酶活性，促進土壤難溶性礦物質養(yǎng)分的釋放，進一步提高土壤養(yǎng)分的有效性，從而提高作物產(chǎn)量[22]。本試驗結果表明，生物有機肥的使用提高了燕麥各農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的表現(xiàn)值，并且隨著有機肥施肥量的增加，相比不施肥處理燕麥的株高、穗長、小穗數(shù)、單株粒數(shù)及株粒重等產(chǎn)量相關性狀及秸稈和種子產(chǎn)量增高明顯，這與李春花[23]等人的研究結果相似。對產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的相關性分析比較發(fā)現(xiàn)，種子產(chǎn)量與穗部性狀顯著相關，這與前人在水稻上的研究結果一致[24]。潘大偉[25]等人對小麥施肥的研究發(fā)現(xiàn)，有機肥與化肥配施均顯著提高了小麥產(chǎn)量和土壤肥力，且較單施化肥效果更好，本試驗施化肥處理增加了與燕麥產(chǎn)量相關的多個要素，且效果優(yōu)于生物有機肥處理，施常規(guī)化肥和與施4 500 kg·hm-2生物有機肥處理相比產(chǎn)量種子產(chǎn)量和秸稈上增加了8.17%，9.08%，后期試驗可進行生物有機肥替代部分化肥，相互配合使用達到燕麥增產(chǎn)增效[26]。

3.2 不同施肥處理對燕麥土壤理化特性的影響

施用生物有機肥4 500 kg·hm-2和施常規(guī)化肥比較，施常規(guī)化肥處理產(chǎn)量略高，但土壤有機質在逐年遞減，而施生物有機肥土壤有機質在逐年增加。作物生產(chǎn)過程中，單一的施用化肥會破壞土壤的自我調節(jié)能力，使土壤的肥力下降，而生物肥中含有大量的微生物，能夠活化土壤，改善土壤微環(huán)境，提高肥力[27-31]且生物有機肥對燕麥有明顯增產(chǎn)效果。

在本試驗中，生物有機肥在土壤理化性質的改善方面表現(xiàn)出很好的效果。施肥處理相比不施肥處理土壤的全氮含量和速效氮含量呈現(xiàn)出明顯的效果，但有機肥含量的多少對其影響較小，此外，有機肥處理顯著增加了土壤的全磷、全鉀、速效磷和速效鉀含量。土壤的有效磷含量是反映土壤本身供磷水平的指標，短期施肥后，有機肥含有的較易分解的部分有機磷釋放到土壤中，直接進入土壤的速效養(yǎng)分庫，使得土壤中的有效磷大幅度增加[32-33]。因此，施用有機肥可短時間內快速提升土壤中有效磷的含量，李歡[34]等人關于有機肥對土壤養(yǎng)分的研究結果同樣是生物有機肥顯著提高了土壤的速效磷含量，與本研究相一致。是因生物有機肥中磷含量較高，且被土壤吸收利用率較高，更為重要的是，有機肥實際應用的過程中，能夠促使土壤的結構得到優(yōu)化調整，促進土壤難溶性礦物質養(yǎng)分的釋放，使土壤有效養(yǎng)分增加，在此背景之下促使燕麥土壤當中的養(yǎng)分含量得到大幅度提升[35]。施用有機物料可以加速有機碳分解，增強土壤同化作用，從而培肥土壤且改善土壤結構[36]。在本試驗中，隨著有機肥料的使用，土壤有機質含量呈現(xiàn)出遞增的趨勢，且效果優(yōu)于化肥處理，與田小明[17]等人的研究結果一致。此外，生物有機肥在土壤pH的改良方面起到關鍵的作用，降低了土壤的pH，這與馮偉[37]對旱地玉米的研究及莊鐘娟[38]等人在番茄上的研究結果相符。

4 結論

合理施用生物有機肥，不僅能使燕麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，且能改善土壤肥力，增加土壤有機質。本試驗研究結果表明，施用4 500 kg·hm-2的生物有機肥能夠顯著提高燕麥的種子和秸稈產(chǎn)量，改善土壤理化性質，且對單株小穗數(shù)及千粒重等的增產(chǎn)作用與化肥效果相當。只施用化肥雖然產(chǎn)量較高，但會使土壤肥力逐年下降，需要逐年加大化肥的用量才能維持土壤養(yǎng)分的平衡、保持作物的產(chǎn)量。生物有機肥既能供應作物所需要的各種養(yǎng)分，又能改善土壤結構，提高土壤肥力，是化學肥料所不及的。雖然目前生物有機肥在整個肥料市場上因成本比常規(guī)化肥較高所占市場份額較少，在以后的研究中，可以嘗試施加更多的生物有機肥替代部分化肥或與土壤改良劑相互配合使用的方式來使燕麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，為青海東部農(nóng)區(qū)燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學依據(jù)。