商品有機(jī)肥對(duì)砂質(zhì)潮土理化性狀、冬小麥產(chǎn)量及養(yǎng)分積累的影響

徐春燕，張 倩，王雅嫻，王紅雨，盛 開(kāi)，王宜倫

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450046；2.衛(wèi)輝市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河南 衛(wèi)輝 453100）

黃淮海平原是我國(guó)重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，冬小麥、夏玉米產(chǎn)量分別約占全國(guó)糧食總產(chǎn)的75%和35%[1]。砂質(zhì)潮土是黃淮海平原典型的中低產(chǎn)田之一[2]，復(fù)種指數(shù)高、化肥不合理施用、水分管理不當(dāng)[3-4]等原因?qū)е律百|(zhì)潮土有效耕層淺、結(jié)構(gòu)性差、保水保肥性弱、生物多樣性低等問(wèn)題進(jìn)一步加劇[5]，嚴(yán)重制約了砂質(zhì)潮土作物產(chǎn)量提升和土壤可持續(xù)利用。

有機(jī)肥能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤的吸收性、緩沖性、抗逆性，有利于土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和循環(huán)。研究表明，偏施化肥不利于良好土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)的形成，而有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配施可提高土壤透氣性、增加土壤養(yǎng)分固持量[6-7]。目前，傳統(tǒng)有機(jī)肥在改良土壤理化性狀、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)等方面已有大量研究?？紫樾萚8]發(fā)現(xiàn)，畜禽糞肥類(lèi)有機(jī)肥施用能顯著提高砂質(zhì)潮土上當(dāng)季小麥產(chǎn)量以及耕層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、有效鉀含量和水分利用效率，同時(shí)可保持較長(zhǎng)后效。ZHAO 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，添加玉米和小麥秸稈等有機(jī)物料可顯著提高土壤大團(tuán)聚體的百分比，增加有機(jī)碳儲(chǔ)量。李哲[10]研究發(fā)現(xiàn)，施用酒糟有機(jī)物料可顯著提高高粱產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分含量以及土壤胞外酶活性。盡管有機(jī)肥施用在中低產(chǎn)田地力提升、作物增產(chǎn)等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但傳統(tǒng)有機(jī)肥存在體積大、施用不便、腐熟不充分易燒苗、無(wú)害化處理缺乏等問(wèn)題，而商品有機(jī)肥充分利用發(fā)酵技術(shù)及工藝，解決了普通有機(jī)肥易帶病菌、腐熟水平低、物理性狀差等問(wèn)題，同時(shí)富含有機(jī)質(zhì)和大量有益物質(zhì)，可提高土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、微生物活性和土壤肥力[11]。近年來(lái)，含生物炭類(lèi)有機(jī)肥、微生物菌肥、腐植酸類(lèi)有機(jī)肥等新型商品有機(jī)肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用已初見(jiàn)效果，而不同有機(jī)原料的商品有機(jī)肥在不同區(qū)域、土壤類(lèi)型及作物上效果存在差異。目前，適宜砂質(zhì)潮土、兼顧作物產(chǎn)量和地力提升的商品有機(jī)肥品種還未見(jiàn)報(bào)道。因此，擬以常規(guī)化肥為對(duì)照，通過(guò)分析不同商品有機(jī)肥（含炭有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥、含菌復(fù)合肥、含菌有機(jī)肥、含炭有機(jī)肥、腐植酸有機(jī)肥）對(duì)冬小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因子、地上部養(yǎng)分積累量、土壤養(yǎng)分狀況、土壤胞外酶活性的影響，探明適宜砂質(zhì)潮土地力提升和作物增產(chǎn)的商品有機(jī)肥類(lèi)型，為砂質(zhì)潮土地區(qū)產(chǎn)能提升提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021 年10 月至2022 年6 月于河南省新鄉(xiāng)縣朗公廟鎮(zhèn)王府莊村（113°43'E、35°10'N）進(jìn)行，該地屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫和降水量分別為26.3 ℃、354.4 mm。供試土壤為潮土，種植制度為小麥-玉米輪作，供試土壤物理性黏粒占比8.64%、物理性砂粒占比91.36%，pH 值8.07，容重（0～20 cm）1.57 g/cm3，有機(jī)碳5.07 g/kg、全氮0.62 g/kg、銨態(tài)氮1.36 mg/kg、硝態(tài)氮8.75 mg/kg、速效磷5.92 mg/kg、速效鉀64.00 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)6 個(gè)處理，養(yǎng)分投入如表1 所示。CK處理施用肥料為尿素、過(guò)磷酸鈣、氯化鉀，MO、BO、HA 處理施用對(duì)應(yīng)的商品有機(jī)肥各1 500 kg/hm2，BC處理施用含炭有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥600 kg/hm2，MC 處理施用含菌復(fù)合肥391 kg/hm2。各處理保持等氮量、等鉀量投入。商品有機(jī)肥、磷肥、鉀肥于播種前一次施入，氮肥基追比為5∶5，均于返青期追施尿素。供試冬小麥品種為豫農(nóng)908，播種量為187.5 kg/hm2，小區(qū)面積40 m2。各處理4次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。上季玉米秸稈全量還田，灌溉、病蟲(chóng)草害防治及其他田間管理措施同當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣一致。供試肥料中，含菌復(fù)合肥（由解淀粉芽孢桿菌和膠凍樣芽孢桿菌復(fù)配而成，有效活菌數(shù)≥0.2 億個(gè)/g，N∶P2O5∶K2O=23∶14∶6）、含菌有機(jī)肥（由枯草芽孢桿菌和哈茨木霉菌復(fù)配而成，有效活菌數(shù)≥2億個(gè)/g，有機(jī)質(zhì)≥50%）均由河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)，含炭有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶10，總碳≥6%）由愛(ài)放牧生物質(zhì)新材料有限公司生產(chǎn)，含炭有機(jī)肥（總碳≥20%、有機(jī)質(zhì)≥45%）由河南惠農(nóng)土質(zhì)保育研發(fā)有限公司生產(chǎn)，腐植酸有機(jī)肥（腐植酸≥25%、黃腐酸≥5%、有機(jī)質(zhì)≥45%）由烏魯木齊市黑色生態(tài)科技有限公司生產(chǎn)。上述5種商品有機(jī)肥病原菌、重金屬等指標(biāo)符合有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)《有機(jī)肥料》（NY/T 525—2021）。供試化學(xué)氮、磷、鉀肥分別為尿素（N，46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5，12%）、氯化鉀（K2O，60%）。

表1 各處理N-P2O5-K2O投入情況Tab.1 Input of N-P2O5-K2O of each treatment kg/hm2

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤樣品的采集與分析 于小麥成熟期采用五點(diǎn)取樣法采集耕層（0～20 cm）土壤樣品，同時(shí)采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重。經(jīng)過(guò)風(fēng)干、過(guò)篩后，土水比1∶2.5 測(cè)定土壤pH 值，采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)碳含量，采用凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮含量，采用氯化鉀浸提-靛酚藍(lán)比色法測(cè)定銨態(tài)氮含量，采用雙波長(zhǎng)分光光度法測(cè)定硝態(tài)氮含量，采用碳酸氫鈉浸提-鉬藍(lán)比色法測(cè)定土壤速效磷含量，采用醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定土壤速效鉀含量[12]。

采集原狀土壤樣品裝入硬質(zhì)塑料盒內(nèi)，以保持原有結(jié)構(gòu)。采用濕篩法分析土壤團(tuán)聚體組成，具體方法：首先在團(tuán)聚體分析儀套篩頂部放置50 g 鮮土，然后將2、0.25、0.053 mm 3種孔徑的套篩自上而下依次排列，之后沿桶壁加入去離子水，對(duì)土樣進(jìn)行浸泡20 min 后垂直振蕩20 min，振動(dòng)頻率為25次/min、振幅為8 cm，最終將留在篩子上的土壤沖洗到鋁盒中，60 ℃下烘干稱(chēng)質(zhì)量[13]。

采用熒光微型板酶檢測(cè)技術(shù)和多功能酶標(biāo)儀（SCIENTIFIC FLUOROSKAN ASCENT FL，美 國(guó)Thermo公司）測(cè)定土壤α-葡糖苷酶（αG）、β-葡糖苷酶（βG）、β-纖維二糖苷酶（CBH）、β-木糖苷酶（XYL）、乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）、磷酸酯酶（AP）活性。具體操作：稱(chēng)取相當(dāng)于1.0 g 干土的新鮮土壤樣品，加入50 mmol/L醋酸鹽緩沖液（預(yù)先調(diào)至供試土壤pH 值）100 mL 渦旋混勻，加樣過(guò)程中使用磁力攪拌器攪拌以維持土壤懸濁液的均勻度。將緩沖液、土壤樣品懸濁液、10 μmol/L 標(biāo)準(zhǔn)底物和200 μmol/L 相應(yīng)酶熒光底物按照一定體積和順序加入到黑色的96孔酶標(biāo)板中，于25 ℃避光培養(yǎng)4 h，上機(jī)前加入10 μL 1.0 mol/L氫氧化鈉溶液終止反應(yīng)，隨即在激發(fā)波長(zhǎng)為365 nm、發(fā)射波長(zhǎng)為450 nm 的條件下測(cè)定各孔吸光值，計(jì)算各胞外酶活性[14]。

1.3.2 冬小麥產(chǎn)量與養(yǎng)分積累量測(cè)定 于小麥成熟期在代表性小區(qū)選取3 個(gè)1 m2樣方，以14%含水量折算作為產(chǎn)量。同時(shí)采集3 個(gè)0.3 m2樣方，調(diào)查測(cè)定小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量。秸稈與穗分離后，在105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒定質(zhì)量，將秸稈與籽粒樣品粉碎后，采用濃H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮法測(cè)定全氮含量，鉬藍(lán)比色法測(cè)定全磷含量，火焰光度計(jì)法測(cè)定全鉀含量[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2021、SPSS 21.0 和Origin 2021 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、顯著性檢驗(yàn)（LSD法）和圖表繪制，采用Spearman相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 商品有機(jī)肥對(duì)砂質(zhì)潮土冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

由表2 可知，與CK 處理相比，各商品有機(jī)肥處理顯著提高冬小麥產(chǎn)量24.6%～49.7%。其中，BC 和BO 處理增產(chǎn)效果較好，分別顯著增產(chǎn)49.7%、43.8%。BC 處理穗數(shù)及千粒質(zhì)量分別顯著提高16.6%、4.4%，BO 處理穗數(shù)及千粒質(zhì)量分別顯著提高13.4%、10.3%。HA 處理顯著提高冬小麥穗數(shù)12.3%，冬小麥顯著增產(chǎn)27.2%。MC、MO 處理可提高冬小麥穗數(shù)、千粒質(zhì)量，但未達(dá)顯著水平?？梢?jiàn)，各商品有機(jī)肥處理尤其是BC、BO 處理主要通過(guò)增加穗數(shù)和千粒質(zhì)量實(shí)現(xiàn)冬小麥顯著增產(chǎn)。

表2 商品有機(jī)肥對(duì)砂質(zhì)潮土冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響Tab.2 Effect of commercial organic fertilizer on the yield and component factors of winter wheat in sandy fluvo-aquic soil

2.2 商品有機(jī)肥對(duì)砂質(zhì)潮土冬小麥養(yǎng)分積累量的影響

由圖1 可知，與CK 處理相比，BC、BO、HA 處理可顯著提高冬小麥地上部氮、磷、鉀積累量。其中，以BC 處理效果最好，BO 處理次之，BC 處理地上部氮、磷、鉀積累量分別顯著提高44.6%、43.1%、54.4%，BO處理分別顯著提高24.8%、33.5%、45.5%。MC 處理顯著提高冬小麥地上部氮、磷積累量21.7%、22.5%，MO 處理顯著提高地上部磷、鉀積累量10.1%、6.2%。

圖1 商品有機(jī)肥對(duì)砂質(zhì)潮土冬小麥成熟期籽粒和秸稈養(yǎng)分積累量的影響Fig.1 Effect of commercial organic fertilizer on grain and straw nutrient accumulation of winter wheat at maturity in sandy fluvo-aquic soil

2.3 商品有機(jī)肥對(duì)砂質(zhì)潮土土壤容重和團(tuán)聚體占比的影響

由圖2 可知，與CK 處理相比，MO、BO、HA 處理分別顯著降低0～10 cm 土壤容重5.6%、5.6%、4.9%，BC、MC 處理對(duì)0～10 cm 土壤容重降低效果不顯著。施用商品有機(jī)肥對(duì)10～20 cm 土壤容重?zé)o顯著影響。由圖3 可知，與CK 處理相比，BC 和BO 處理能夠提高＞2 mm、0.25～2 mm團(tuán)聚體占比，降低0.053～0.25 mm團(tuán)聚體占比。其中，BC 分別顯著提高＞2 mm、0.25～2 mm 團(tuán)聚體占比26.5%、102.3%，BO 則顯著提高0.25～2 mm 團(tuán)聚體占比148.2%。MC 處理顯著提高0.25～2 mm 團(tuán)聚體占比40.8%。此外，MO 和HA 處理僅提高了0.053～0.25 mm團(tuán)聚體占比?？梢?jiàn)，含炭類(lèi)有機(jī)肥BC 和BO 處理更有利于促進(jìn)＞0.25 mm 團(tuán)聚體的形成。

圖2 商品有機(jī)肥對(duì)砂質(zhì)潮土土壤容重的影響Fig.2 Effect of commercial organic fertilizer on soil bulk density of sandy fluvo-aquic soil

圖3 商品有機(jī)肥對(duì)砂質(zhì)潮土土壤團(tuán)聚體占比的影響Fig.3 Effect of commercial organic fertilizer on the proportion of aggregates in sandy fluvo-aquic soil

2.4 商品有機(jī)肥對(duì)砂質(zhì)潮土土壤養(yǎng)分的影響

由表3 可知，施用商品有機(jī)肥降低了砂質(zhì)潮土耕層土壤pH 值。其中，BO 和HA 處理降低效果顯著。BC、MC、BO、HA 處理分別顯著提高有機(jī)碳和速效鉀含量33.1%～44.8%、10.8%～16.7%，BC 處理最優(yōu)。MO 處理顯著提高銨態(tài)氮含量71.8%，BO 處理還顯著提高速效磷含量31.5%。各商品有機(jī)肥處理對(duì)全氮、硝態(tài)氮含量影響較小。

表3 商品有機(jī)肥對(duì)砂質(zhì)潮土土壤養(yǎng)分的影響Tab.3 Effect of commercial organic fertilizer on soil nutrients in sandy fluvo-aquic soil

2.5 商品有機(jī)肥對(duì)砂質(zhì)潮土土壤胞外酶活性的影響

由圖4 可知，與CK 處理相比，BC 和BO 處理顯著提高了αG、CBH、XYL、LAP、AP 活性，HA 處理顯著提高了AP 活性，MC 處理顯著提高了CBH、XYL活性，MO 處理對(duì)土壤各胞外酶活性無(wú)顯著影響。對(duì)冬小麥產(chǎn)量、養(yǎng)分積累量、土壤理化性狀、胞外酶活性進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如圖5 所示。冬小麥產(chǎn)量、籽粒磷積累量、籽粒鉀積累量、秸稈氮積累量、秸稈鉀積累量、有機(jī)碳含量、速效鉀含量均與XYL和AP 活性呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系或在0.001水平上相關(guān)，籽粒氮積累量與NAG活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），土壤全氮含量與αG、CBH 活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）?？梢?jiàn)，施用商品有機(jī)肥影響了土壤胞外酶活性，并促進(jìn)了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及冬小麥地上部養(yǎng)分積累，最終實(shí)現(xiàn)冬小麥產(chǎn)量提升。

圖4 商品有機(jī)肥對(duì)砂質(zhì)潮土土壤胞外酶活性的影響Fig.4 Effect of commercial organic fertilizer on extracellular enzyme activity in sandy fluvo-aquic soil

圖5 冬小麥產(chǎn)量、養(yǎng)分積累量與砂質(zhì)潮土土壤理化性狀及胞外酶活性的相關(guān)性分析Fig.5 Correlation analysis of winter wheat yield and nutrient accumulation with soil physicochemical properties and extracellular enzyme activity in sandy fluvo-aquic soil

3 結(jié)論與討論

本研究中，施用含炭類(lèi)有機(jī)肥對(duì)冬小麥增產(chǎn)及養(yǎng)分積累效果較好，其中含炭有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥和含炭有機(jī)肥分別顯著增產(chǎn)49.7%、43.8%。施用含炭類(lèi)有機(jī)肥可以提高土壤速效養(yǎng)分含量，加速土壤碳氮轉(zhuǎn)化[15-16]。本研究中，施用含炭類(lèi)有機(jī)肥后可提高土壤各養(yǎng)分含量，其中有機(jī)碳、速效鉀含量提高顯著。這可能是因?yàn)樯锾渴┯煤笤黾恿送寥捞荚矗矣捎谏锾繉?duì)營(yíng)養(yǎng)元素具有較強(qiáng)吸附作用，與有機(jī)肥配施后能有效降低氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的淋失概率，提高了土壤的保水保肥能力[17]。本研究中，土壤全氮含量與α-葡糖苷酶和β-纖維二糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系，有機(jī)碳含量與β-木糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與磷酸酯酶活性呈極顯著正相關(guān)關(guān)系?？梢?jiàn)，施用含炭類(lèi)有機(jī)肥提高了碳、氮、磷循環(huán)相關(guān)胞外酶活性，實(shí)現(xiàn)了土壤養(yǎng)分供應(yīng)和養(yǎng)分保持[18-19]。研究表明，生物炭是一類(lèi)比表面積大、疏松多孔的富碳物質(zhì)，施用生物炭可帶來(lái)大量碳源，促進(jìn)土壤微生物活性增加，而土壤微生物又可以通過(guò)分泌的多聚物膠結(jié)土壤顆粒，從而促進(jìn)團(tuán)聚體的形成[20-27]。本研究中，含炭有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥和含炭有機(jī)肥處理顯著提高了砂質(zhì)潮土中＞0.25 mm 團(tuán)聚體占比。

本研究中，施用腐植酸有機(jī)肥對(duì)冬小麥增產(chǎn)及養(yǎng)分積累效果僅次于含炭類(lèi)有機(jī)肥，腐植酸有機(jī)肥施用下冬小麥地上部養(yǎng)分積累量顯著提高，增產(chǎn)率達(dá)27.2%，這與馬紅梅等[28]的研究結(jié)果相似。本研究結(jié)果表明，施用腐植酸有機(jī)肥可顯著提高土壤速效鉀含量，這可能是因?yàn)楦菜峋哂休^大的比表面積，能夠吸附土壤溶液中的鉀離子，減少了鉀的流失與固定[29]。本研究中，施用腐植酸有機(jī)肥可提高銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量，這可能是由于腐植酸配施尿素后，腐植酸分子中豐富的活性官能團(tuán)與尿素生成了絡(luò)合物，對(duì)氮起到了緩釋增效作用[30]。

在配施化肥條件下，促腐菌劑在腐解有機(jī)物料、釋放養(yǎng)分的同時(shí)可通過(guò)刺激有機(jī)質(zhì)分解功能菌群生長(zhǎng)和增強(qiáng)土壤酶活性[31-32]，有效提高土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量，這與本研究中含菌復(fù)合肥施用后顯著提高土壤有機(jī)碳含量及β-纖維二糖苷酶、β-木糖苷酶活性的結(jié)果相一致。2種菌肥對(duì)土壤速效磷和速效鉀含量均有提高，這可能是由于其含有的芽孢桿菌具有解磷和解鉀功能。目前，已有大量具有解磷和解鉀功能的芽孢桿菌從土壤中被篩選出來(lái)，且證實(shí)被添加到土壤中能夠顯著提高土壤速效磷和速效鉀含量[33]。但與含炭類(lèi)有機(jī)肥和腐植酸有機(jī)肥相比，菌肥對(duì)冬小麥增產(chǎn)及養(yǎng)分積累效果略差，對(duì)土壤理化性狀及胞外酶活性的提升效果一般，這可能與砂質(zhì)潮土保水、保肥、溫度緩沖性能差，不利于菌肥中微生物定殖有關(guān)。

有機(jī)肥施用可有效提高冬小麥產(chǎn)量和土壤肥力水平，是砂質(zhì)潮土改良的重要途徑。本研究中的含炭有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥和含炭有機(jī)肥較單施化肥在提高砂質(zhì)潮土土壤有機(jī)碳含量、速效鉀含量、胞外酶活性及土壤中＞0.25 mm 團(tuán)聚體占比，降低0～10 cm 土壤容重，促進(jìn)冬小麥地上部養(yǎng)分積累方面效果更好，可實(shí)現(xiàn)冬小麥顯著增產(chǎn)49.7%、43.8%，是供試砂質(zhì)潮土適宜的商品有機(jī)肥。