不同種類有機肥及用量對當季旱地土壤肥力和玉米產(chǎn)量的影響

邱吟霜，王西娜，李培富，侯賢清，王艷麗，吳鵬年，霍文斌

（寧夏大學農(nóng)學院，寧夏 銀川 750021）

寧夏回族自治區(qū)，位于北緯35°14′～39°23′，東經(jīng)104°17′～107°39′之間，處于黃河上游，平均海拔在1000m 以上，光照、熱量充足，蒸發(fā)量大、降水量少，屬典型的大陸性季風氣候。干旱氣候和灌水配額不足，作物種植過程中缺水，成為旱作區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的一大問題［1-2］。同時，部分地區(qū)土壤沙化形成風沙土，土壤貧瘠、結構不良、養(yǎng)分流失，農(nóng)作物不能從土壤中汲取到足夠的營養(yǎng)元素，是影響作物產(chǎn)量的主要因素。寧夏是國內最佳玉米生產(chǎn)地之一，玉米占全區(qū)播種面積的20%，但該地區(qū)的玉米種植中存在盲目施肥，過量施肥等問題，造成了水肥資源的浪費，限制了玉米產(chǎn)量的增加［3］。合理的培肥方式可以改善土壤結構，提高土壤肥力，達到土壤保水保墑、保障糧食安全的目的。

自20 世紀50～60 年代以來，化肥的大量施用導致了的土壤生態(tài)環(huán)境的污染，土壤板結、鹽漬化問題嚴重。近幾十年來，大量研究表明，有機肥有降低土壤緊實度［4］、改善土壤孔隙狀況、增加土壤蓄水保墑的能力，在一定程度上協(xié)調作物需水與土壤供水之間的矛盾，對于促進旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展具有重要意義［5］。施用有機肥能夠有效增加土壤有機質和大量元素以及中微量元素養(yǎng)分含量［6-8］。研究表明，有機無機肥配施能增加作物產(chǎn)量，是提高增產(chǎn)穩(wěn)定性的主要因素［9-11］，榮勤雷等［12］研究表明，有機無機肥配施處理的產(chǎn)量顯著高于單施化肥處理。特別是畜禽糞肥處理的增產(chǎn)效果較好，可能與其能協(xié)調土壤養(yǎng)分供應，維持或提升土壤肥力有關。有機肥不但能夠改善地力，而且能夠提高單位面積作物的產(chǎn)量。因此，充分利用有機肥，對提高土壤肥力和糧食綠色高產(chǎn)高效具有十分重要的意義。

以往有機肥針對土壤的培肥施用方案較為籠統(tǒng)，不同有機物料來源的有機肥之間的培肥效果有何區(qū)別，不同有機肥之間施用量的效果是否不同，以及針對不同土壤類型應采用何種有機肥等問題未有明確的結論，導致在實際生產(chǎn)中，出現(xiàn)隨意選用有機肥種類與用量的現(xiàn)象。針對上述問題，本試驗以先玉1225 號玉米為研究對象，研究不同有機肥種類及用量對土壤物理性狀、化學性狀、玉米產(chǎn)量構成及經(jīng)濟效益的影響，探索適宜寧夏中部干旱帶生態(tài)和生產(chǎn)的合理的培肥模式，以期達到高品質、高經(jīng)濟效益的飼用玉米生產(chǎn)，為寧夏旱地土壤高效綠色生產(chǎn)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地在寧夏揚黃灌區(qū)，鹽池縣馮記溝鄉(xiāng)天朗農(nóng)業(yè)有限公司玉米種植基地（N38°34′，E106°31′），平均海拔1600m，年平均降水量290mm，無霜期128d，年均氣溫8.5℃，屬中溫帶干旱、半干旱氣候區(qū)，土壤類型為灰鈣土，質地為砂性壤土。該試驗地土壤物理、化學性狀見表1、2。根據(jù)土壤肥力等級標準屬低等肥力，根據(jù)土壤養(yǎng)分分級標準劃分屬于六級水平（極低），土壤嚴重缺磷、鉀，土壤呈強堿性。

表1 試驗地土壤基本物理性狀

表2 土壤基本化學性質

1.2 試驗材料

供試玉米品種：先玉1225 號。

基肥：磷酸二氫銨（P2O561%，N12%）；

生物有機肥（有機質60.8%、全氮6.34%、全磷0.27%、全鉀0.11%）；

羊糞有機肥（有機質64.8%、全氮5.24%、全磷0.43%、全鉀0.25%）；

牛糞有機肥（有機質29.9%、全氮1.72%、全磷1.47%、全鉀1.54%）。

追肥：尿素（N46%）、磷酸二氫鉀（P2O552%，K2O534%），都為水溶性肥料。

1.3 試驗設計

試驗采用單因素巢式設計，試驗設置3 種不同物料生產(chǎn)的有機肥（生物有機肥、羊糞有機肥、牛糞有機肥），4 個不同的施用量（3、6、9、12t/hm2），以不施有機肥（常規(guī)施化肥）為CK，共13個處理，探索玉米基地土壤改良培肥的最佳肥料種類和施用量。試驗地以南北方向劃分為3 個區(qū)組，每個區(qū)組內東西方向安排有機肥處理（M1、M2、M3），南北方向安排有機肥用量處理（T1、T2、T3、T4）。區(qū)組東西寬9m×3=27m，南北長9m×4=36m，區(qū)組間間隔1m。每個試驗區(qū)面積為9m×9m=81m2，共計試驗區(qū)面積為39×81m2=3159m2。

于2018 年4 月19 日采用機械化寬窄行種植方式進行播種，寬行70cm，窄行30cm，株距28cm，種植密度為83055 株/hm2，播深10cm。有機肥、磷酸二氫銨全部作為基肥在播種前施入，尿素和磷酸二氫鉀作為追肥，尿素分12 次施入300kg/hm2純氮量，苗期（2 次，10%+10%）、拔節(jié)期（3 次，15%+15%+10%）、抽雄期（3 次，10%+10%+5%）、吐絲期（2 次，5%+5%）、灌漿期（1 次，5%）施入。磷酸二氫鉀在苗期、抽雄期、吐絲期、灌漿期分4 次共施入270kg/hm2純鉀量。灌溉方式為滴灌，灌水量為每公頃4050m3，分別在播種期（300m3）、苗期（375m3）、拔節(jié)期（375m3+375m3+375m3）、抽雄期（300m3+375m3+300m3）、灌漿期（375m3+300m3+300m3）、成熟期（300m3）。分12 次灌入，每10d 一次。

1.4 樣品采集與測定項目及方法

樣 品 采 集：2018年4月9日和9月17日分別采集0～20cm 土壤，測定水分，然后經(jīng)風干、過篩處理。2018 年9月20日開始計產(chǎn)，每小區(qū)選擇3帶（每帶包含滴灌帶兩側的2 行），每帶用尺子量取2m2，先將穗（不含包葉）扳下來，統(tǒng)計穗數(shù)（大穗和小穗分別統(tǒng)計）和穗鮮重（kg），然后用鐮刀將地上部植株割下來，稱量莖葉鮮重（kg）。

土壤理化性質的測定：土壤容重采用環(huán)刀法；土壤孔隙度采用計算法；飽和含水量、田間持水量均采用環(huán)刀法測定；自然含水量采用烘干法；pH 計測定pH 值；1∶5 土壤懸液電導法（電導儀法）測定土壤EC 值；土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法；全氮采用半微量凱氏法；全磷采用HClO4-H2SO4消煮，鉬銻抗比色法；全鉀采用氫氟酸-高氯酸法；有效磷采用0.5mol/L NaHCO3（pH8.5）浸提，鉬銻抗比色法；速效鉀采用1mol/L NH4OAc（pH7.0）浸提，火焰光度法［13］。

玉米產(chǎn)量性狀測定：穗長、穗粗、禿尖長、穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重。

1.5 統(tǒng)計分析

用Excel2007 整 理數(shù)據(jù)，運用SPSS17.0 軟件進行相關性分析。所有的差異顯著性分析均采用新復極差法（SSR）在P＜0.05 水平上進行比較。

2 結果與分析

2.1 不同有機肥及施用量對土壤物理性質的影響

由表3 可知，不同有機肥方式下，土壤容重表現(xiàn)為CK ＞牛糞有機肥＞羊糞有機肥＞生物有機肥，生物、羊糞、牛糞有機肥處理的容重較CK 分別降低6.04%、3.02%、0.50%；土壤孔隙度表現(xiàn)為生物有機肥＞羊糞有機肥＞牛糞有機肥＞CK，生物、羊糞、牛糞有機肥處理的孔隙度較CK 處理平均增加了12.94%、6.53%、4.31%，說明3 種有機肥均能降低0～20cm 土壤容重和提高土壤孔隙度，且各處理的土壤容重與總孔隙度呈現(xiàn)出相反的趨勢。生物有機肥對改善土壤容重和土壤孔隙度的效果最為顯著，以M1T2 處理效果最佳，容重和孔隙度與CK 相比分別降低10.74%和增加24.96%；羊糞有機肥中以M2T1 處理效果最佳，容重和孔隙度與CK 相比分別降低7.38%和增加12.54%；牛糞有機肥各施用量處理間差異不顯著。

不同有機肥處理下，土壤飽和含水量與播前土壤相比明顯提高，且生物、羊糞、牛糞有機肥較CK 處理分別提高15.67%、4.41%、0.19%，對土壤飽和含水量效果表現(xiàn)為，生物有機肥＞羊糞有機肥＞牛糞有機肥。其中生物有機肥中以M1T2 處理表現(xiàn)最好，飽和含水量達35.12%，這是所有處理中飽和含水量最高的處理；羊糞有機肥中以M2T1處理效果最好，為33.39%；牛糞有機肥各處理中以M3T1 處理效果最好，為30.58%。施用中低量有機肥對土壤飽和含水量的提高更為有效。生物、羊糞、牛糞有機肥處理的田間持水量分別比CK 提高了16.11%、12.08%、9.52%，說明不同有機肥對田間持水量效果表現(xiàn)為生物有機肥＞羊糞有機肥＞牛糞有機肥＞CK。

綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，施用生物有機肥對土壤物理結構改良效果顯著，特別是在施用6t/hm2時最優(yōu)；羊糞有機肥和牛糞有機肥施用3t/hm2時，對土壤物理結構的改良效果最好。說明3 種有機肥均可改善土壤物理性質，降低土壤容重，增加孔隙度，提高土壤保水保墑能力。

表3 不同有機肥處理對土壤物理性質的影響

2.2 不同有機肥及施用量對土壤化學性質的影響

由表4 可知，不同有機肥處理對土壤pH 值的影響都不顯著，但各處理較CK 都有所降低；其中M1T2 處理和M2T3 處理的pH 值最低（均為8.25），生物有機肥和羊糞有機肥各處理的pH 均值是8.37，較CK 相比，有明顯降低，牛糞有機肥pH 均值為8.44，較CK 相比pH 值小幅降低?？梢?，生物有機肥和羊糞有機肥有調節(jié)土壤酸堿度的作用。

電導率可以表征土壤可溶性鹽的總量，通過電導率可以判定土壤中鹽類離子是否限制了作物生長［14］?？梢园l(fā)現(xiàn)，生物有機肥和羊糞有機肥各處理隨施用量增加，其電導率值呈遞增趨勢，在施用量12t/hm2時，電導率值與其他值相比呈顯著性差異，但在施用3t/hm2有機肥時，生物有機肥和羊糞有機肥的電導率值較CK 分別降低7.50%、12.40%。說明生物有機肥和羊糞有機肥在施用低量有機肥時，可以有效降低土壤含鹽量。牛糞有機肥對土壤電導率值的影響不顯著，但是可以明顯看出各處理電導率值隨施用量的增加，呈現(xiàn)下降趨勢，說明牛糞有機肥有降低土壤含鹽量的效果。

3 種有機肥處理對土壤的有機質和全量養(yǎng)分差異都不顯著，因此施用量對有機質和全量養(yǎng)分的影響不顯著。其中，生物、羊糞、牛糞有機肥處理的有機質、全氮含量都隨施用量增加，表現(xiàn)為先增加再降低的趨勢。生物、羊糞、牛糞有機肥處理的有機質含量較CK 分別增長9.69%、12.89%、18.51%，M3T1 處理是3 種有機肥中最優(yōu)處理為3.26g/kg，生物有機肥以M1T2 處理最高，為3.12g/kg，羊糞有機肥以M2T1 處理最高，為3.03g/kg，說明在施用中低量有機肥時，對土壤有機質的增加效果最好。3種的全氮含量增加不明顯，但是較CK 均有小幅增加，生物、羊糞、牛糞有機肥處理的全氮含量較CK分別增長5.36%、8.93%、3.57%，說明羊糞有機肥對全氮影響大于生物有機肥和牛糞有機肥。3 種有機肥處理對全磷、全鉀含量的影響表現(xiàn)為，隨著施用量的增加而逐漸遞增，生物、羊糞、牛糞有機肥處理的全磷含量較CK 分別增長25.93%、11.11%、14.81%；生物、羊糞、牛糞有機肥處理的全鉀含量較CK 分別增長8.93%、21.43%、9.38%。說明3 種有機肥都有提高土壤全量養(yǎng)分含量的作用。

從速效養(yǎng)分看，3 種有機肥處理的有效磷和速效鉀差異都不顯著，有效磷和速效鉀的含量都隨著施用量增加，呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，3 種有機肥在施用3t/hm2時，有效磷和速效鉀含量較CK 處理都有明顯的增加。說明3 種有機肥都能有效提高土壤的速效養(yǎng)分含量，且施用量適宜在3～6t/hm2之間，過量施用有機肥可能會導致肥料浪費、養(yǎng)分流失、成本增加和肥料利用率不高等問題。

表4 不同有機肥及用量條件下收獲期土壤化學性質

2.3 不同有機肥及施用量對玉米產(chǎn)量構成的影響

由表5 可知，施用有機肥對玉米產(chǎn)量構成的影響差異顯著，相較于CK，不同有機肥處理的穗粗、穗長、穗粒數(shù)、百粒重、產(chǎn)量均有提高，說明3 種有機肥均可促進玉米增產(chǎn)。生物、羊糞、牛糞有機肥處理的穗粗較CK 分別增長2.56%、2.94%、1.62%；生物、羊糞、牛糞有機肥處理的穗長較CK 分別增長7.12%、7.93%、3.19%；生物有機肥、羊糞、牛糞處理的穗粒數(shù)較CK 分別增長10.21%、13.84%、1.95%；生物有機肥、羊糞、牛糞處理的百粒重較CK 分別增長2.50%、3.92%、2.38%；生物有機肥、羊糞、牛糞處理的禿尖程度 較CK 分 別 降 低9.01%、17.19%、3.61%。3 種有機肥處理對玉米農(nóng)藝性狀的影響均表現(xiàn)為羊糞有機肥＞生物有機肥＞牛糞有機肥＞CK。綜上所述，羊糞有機肥對玉米農(nóng)藝效果顯著，當施用量在12t/hm2時，各農(nóng)藝指標均為最優(yōu)；生物有機肥處理中，以M1T4（12t/hm2）處理的穗長、穗粗指標達到所有處理中最高，分別為17.38 和21.34cm，其它指標也較為均衡；牛糞有機肥各施用量處理中，以M3T2 處理（6t/hm2）的各農(nóng)藝指標最好。

有機肥處理對玉米增產(chǎn)效果顯著，生物、羊糞、牛糞有機肥處理的平均產(chǎn)量較CK 分別增產(chǎn)33.79%、29.05%、29.15%，表現(xiàn)為生物有機肥＞牛糞有機肥＞羊糞有機肥＞CK。生物有機肥在施用3t/hm2時，產(chǎn)量最高，為14.06t/hm2，然后隨施用量增加玉米產(chǎn)量遞減；羊糞有機肥各處理間差異不顯著，因此羊糞有機肥施用量對玉米產(chǎn)量影響不顯著，在施用6t/hm2時，達到產(chǎn)量最高，為12.84t/hm2，隨后產(chǎn)量開始減少；牛糞有機肥在施用3t/hm2時，達到所有處理間最高產(chǎn)量，為14.32t/hm2，然后玉米產(chǎn)量隨施用量增加而減少。綜上所述，牛糞有機肥3t/hm2處理玉米產(chǎn)量最優(yōu)，施用生物有機肥3t/hm2處理次之。同時可以發(fā)現(xiàn)，玉米籽粒產(chǎn)量隨有機肥施用量增加呈報酬遞減式拋物線變化，因此適量施用有機肥可以提高玉米產(chǎn)量，而過量或少量施肥均不利于產(chǎn)量的提高。

表5 有機肥對玉米產(chǎn)量構成的影響

2.4 不同種類有機肥及施用量的玉米經(jīng)濟效益

由表6 可知，與CK 相比，施用有機肥處理的產(chǎn)量均有增長，以M3T1 處理產(chǎn)量最高，達到14.32t/hm2，其次是M1T1 處理，為14.06t/hm2，增產(chǎn)率分別達到48.60%、45.92%。3 種有機肥經(jīng)濟效益表現(xiàn)為牛糞有機肥＞羊糞有機肥＞生物有機肥，這是由于3種不同有機肥單價造成的差異；以M3T1 處理的經(jīng)濟效益最好，為2.14 萬元/hm2，其次是MIT1 處理，為1.92 萬元/hm2。各處理產(chǎn)投比來看，M3T1 處理產(chǎn)投比最高，為9.92，其次是M2T1 處理，為6.93。

綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)，生物有機肥和牛糞有機肥施用3t/hm2時，產(chǎn)量、增產(chǎn)率、產(chǎn)值、經(jīng)濟效益和產(chǎn)投比均為最高；而羊糞有機肥施用6t/hm2時，產(chǎn)量、增產(chǎn)率、產(chǎn)值達到最高值，施用3t/hm2時，經(jīng)濟效益和產(chǎn)投比最高。因此，生物有機肥、羊糞、牛糞處理以施用3t/hm2時，經(jīng)濟效益最好。

表6 有機肥種類及施用量對玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

3 討論

寧夏中部地區(qū)屬于我國典型的旱地土壤，具有土粒分散、孔隙度小、易于板結，pH 值和鹽分含量高，有機質和養(yǎng)分含量較低等特點［15］。研究表明，有機肥含有大量有機物質和作物需要的營養(yǎng)元素，在改善土壤結構和活化土壤養(yǎng)分庫容、促進水肥協(xié)調方面有化肥不可替代的優(yōu)勢［16-17］。合理施用有機肥能夠使旱地土壤存在的肥力問題得到改善。

本試驗結果表明，施用有機肥后，土壤容重和孔隙度達到極顯著改善，土壤各養(yǎng)分也有增加趨勢。這與韋茂貴等［18］、孫薇等［19］的研究一致。由于有機肥具有改善土壤物理結構、提高土壤有機質含量的作用，抑制了溶于水中的鹽分上移，從而達到使土壤電導率降低，促進土壤脫鹽的目的［20-21］。生物有機肥兼顧了傳統(tǒng)有機肥和有機菌劑的優(yōu)勢，含有大量的有機質和土壤有益微生物，施用6t/hm2生物有機肥處理對土壤物理性狀各指標的改善十分顯著，有機質含量3.12g/kg，較CK提高20.93%，pH 值和電導率也明顯下降，說明生物有機肥能夠顯著改善土壤結構，增加土壤有機質含量，有效降低土壤pH 值和電導率，從而改善土壤鹽漬化現(xiàn)象。全量養(yǎng)分是土壤的主要組成部分，是土壤中有效氮、磷、鉀的來源。蔣仁成等［22］認為，施用有機肥能顯著提高土壤全量養(yǎng)分的含量；張鵬等［23］的研究也表明，隨著施肥量的增加，各施肥處理的全氮、全磷、全鉀含量分別較不施有機肥處理有顯著提高。本試驗中，3 種有機肥處理與CK 相比，土壤全量養(yǎng)分的含量都隨著施肥量的增加而呈增加的趨勢，但各處理之間變化不顯著，3種有機肥之間差異也不明顯。這可能是因為有機肥對土壤質量和養(yǎng)分轉化的影響過程較為復雜，需要較長周期才能將有機肥的養(yǎng)分轉化為作物可以吸收的礦化養(yǎng)分。速效養(yǎng)分是作物可以直接利用吸收的養(yǎng)分形態(tài)，因此速效養(yǎng)分的含量是關系到作物的生長和產(chǎn)量的重要因素。試驗中不同有機肥的有效磷和速效鉀含量都表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，在施用低量有機肥時都顯著增加，但隨著有機肥施用量的增加，速效養(yǎng)分含量逐漸遞減，這可能是因為在施用高用量的有機肥時，配施化肥使養(yǎng)分含量太高造成了肥料的浪費，這說明有機肥與化肥的施用存在報酬遞減規(guī)律。

在有機培肥的研究中不僅要考慮肥料資源的高效利用，還要把握好作物產(chǎn)量與經(jīng)濟效益之間的平衡關系［24］。施低量、中量和高量有機肥都能顯著提高玉米產(chǎn)量，但3 種有機肥均為低施用量時的產(chǎn)量最高，說明低量有機肥已能夠滿足玉米對養(yǎng)分的需求，再增施有機肥不僅增加成本，而且產(chǎn)量也開始降低。低施用量情況下，牛糞有機肥和生物有機肥對玉米的增產(chǎn)效果較好，都達到14t/hm2，但是牛糞有機肥的經(jīng)濟效益高于生物有機肥2200 元，牛糞有機肥產(chǎn)投比高于生物有機肥將近75%，這主要是因為生物有機肥的單價較高導致成本明顯高于其它兩種有機肥，因此，在現(xiàn)實生產(chǎn)中，肥料成本是影響經(jīng)濟效益的一大因素。

進行不同有機肥和施用量對土壤理化性狀和玉米產(chǎn)量影響的研究將有利于當?shù)剞r(nóng)民根據(jù)土壤存在的問題及擬解決關鍵問題，因地制宜，根據(jù)不同源有機肥特性選擇施用種類和用量［25］。如以改善土壤結構為主要目的，最好選用生物有機肥作為基肥；如以提高玉米性狀為目的，則選擇羊糞有機肥效果最佳；如以增產(chǎn)和經(jīng)濟效益為主要目的，則應選擇牛糞有機肥。但需要說明的是，有機肥的肥效周期較長，需要長時間持續(xù)觀測其對土壤肥力和作物產(chǎn)量的影響變化，因此本文只對有機培肥試驗實施的第一年結果進行分析，要研究不同有機肥處理對土壤肥力的影響，還需進行長期試驗，進一步分析年際間各有機肥和施用量對土壤理化性質與作物產(chǎn)量、經(jīng)濟效益的影響。

4 結論

本試驗比較了生物有機肥、羊糞有機肥、牛糞有機肥3 種不同有機物料及配合不同施用量對旱地當季土壤理化性質、青儲玉米的產(chǎn)量構成因素和經(jīng)濟效益的影響，綜合分析試驗結果可以看出：有機肥施用第一年時，與單施化肥相比，3 種有機肥都可以有效降低耕層土壤容重，改善土壤孔隙狀況，提高土壤蓄水量和土壤養(yǎng)分含量，達到保水保肥、提高旱地生產(chǎn)力的目的，從而增加玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。生物有機肥對土壤物理性狀的改善效果最佳；羊糞有機肥對玉米農(nóng)藝性狀的影響最優(yōu)；牛糞有機肥能夠保障產(chǎn)量和提高經(jīng)濟效益。綜合考慮土壤理化性狀、玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟效益等因素時，3 種有機肥的推薦用量均為3t/hm2。