有機肥與中微量元素水溶肥聯(lián)合施用對作物產(chǎn)量的影響研究

摘 要：為實現(xiàn)肥料施用效益的最大化，同時減小環(huán)境負擔，以小麥和玉米為試驗對象，對比常規(guī)施用復合肥和配施有機肥與中微量元素肥料對土壤、作物產(chǎn)量的影響，并評估不同施肥方案的可持續(xù)性。試驗結(jié)果表明，聯(lián)合施用有機肥與中微量元素水溶肥可提高土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)、農(nóng)作物產(chǎn)量和農(nóng)作物生長速度。因此，值得在小麥和玉米生產(chǎn)中推廣應用有機肥與中微量元素水溶肥聯(lián)合施用技術(shù)。

關(guān)鍵詞：有機肥；中微量元素水溶肥；聯(lián)合施用；農(nóng)作物產(chǎn)量

中圖分類號：S141；S143.7 文獻標志碼：B 文章編號：1674-7909（2024）14-87-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.14.019

0 引言

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中，為實現(xiàn)作物產(chǎn)量的持續(xù)和有效提升，采用科學的肥料施用策略顯得尤為重要。有機肥與中微量元素水溶肥作為2種主要的肥料類型，在提升農(nóng)作物產(chǎn)量方面展現(xiàn)出巨大的潛力。施用有機肥不僅能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機質(zhì)含量，還能提高土壤微生物活性，從而提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)［1］。中微量元素水溶肥則通過補充作物生長必需的物質(zhì)，直接影響作物的營養(yǎng)吸收和代謝過程，促進作物生長發(fā)育［2］。但目前相關(guān)機構(gòu)與科研人員對有機肥和中微量元素水溶肥聯(lián)合施用的研究較少。基于此，以小麥和玉米為試驗對象，對比常規(guī)施用復合肥和有機肥與中微量元素肥料配施對土壤、作物生長及產(chǎn)量的影響，為生產(chǎn)實踐提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點為某農(nóng)業(yè)試驗站。該地區(qū)平均年降雨量為1 200 mm，年平均溫度為22 ℃。

1.2 試驗材料

選定小麥和玉米為試驗對象。這兩種作物在全球范圍內(nèi)廣泛種植，且對肥料反應敏感。試驗用肥料包括常規(guī)復合肥［m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=15∶15∶15］、有機肥（以牛糞為主，含有30%干重的有機物）和中微量元素水溶肥（含0.10%銅、0.05%硼、0.05%鋅和0.01%鉬）。

1.3 試驗設計

施肥設2個主要試驗組與1個對照組。對照組僅施用常規(guī)化學肥料（復合肥），每公頃施用250 kg。試驗組一混合施用有機肥和中微量元素水溶肥，每公頃施用有機肥5 t、中微量元素水溶肥10 kg。試驗組二在每公頃施用有機肥5 t的基礎上，增加中微量元素水溶肥施用量至每公頃20 kg。對照組常規(guī)化學肥料在播種前整地時施入；試驗組一和試驗組二有機肥在播種前整地時施入，中微量元素水溶肥在小麥和玉米播種后每隔30 d施入1次。試驗各處理設5次重復，以增強結(jié)果的統(tǒng)計可靠性。

小麥與玉米均在春季播種，確保充分利用自然降水和溫度條件。小麥種植密度為每公頃播種150 kg，行距為25 cm；玉米種植密度為每公頃約6萬株，行距為60 cm，株距約為28 cm。

1.4 數(shù)據(jù)收集與分析方法

試驗主要收集土壤理化指標和作物生長數(shù)據(jù)。土壤樣本的采集采用隨機區(qū)組設計，共設置15個采樣點。采集土壤樣本深度為0～30 cm，使用土壤鉆取樣，并在試驗開始前、每次施肥后30 d及收獲期進行采樣，確保數(shù)據(jù)的時序性完整和對比性可靠。

在土壤理化性質(zhì)方面，重點關(guān)注土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)和土壤微生物活性變化情況。采用重鉻酸鉀氧化法測定土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)。該方法通過將土壤樣本與重鉻酸鉀在酸性條件下反應，通過測定消耗的重鉻酸鉀量來估計有機質(zhì)的含量。使用自動碳通量測量系統(tǒng)（LI-COR土壤CO?通量系統(tǒng)）連續(xù)監(jiān)測土壤呼吸率［3］。該系統(tǒng)通過封閉土壤表面，測量一定時間內(nèi)CO?濃度的增加量，從而計算出CO?的釋放率。采用以對硝基苯基-β-D-葡萄糖苷（p-Nitrophenyl-β-D-Glucopyranoside，pNPG）為底物的比色法測定β-葡萄糖苷酶活性［4］。在酶的作用下，pNPG分解產(chǎn)生對硝基苯酚，其在一定波長下的吸光度與酶活性直接相關(guān)。在作物生長數(shù)據(jù)收集方面，重點關(guān)注作物植株的生長速度和產(chǎn)量。利用數(shù)字測高儀，在收獲前測定小麥和玉米的植株高度；在小麥和玉米收獲期，分別進行實打?qū)嵤?，并測算其產(chǎn)量。

在統(tǒng)計分析方法上，數(shù)據(jù)初步處理采用Excel 2019，采用Tukey HSD（最小顯著差異）測試來確定處理間的差異顯著性。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 土壤理化性質(zhì)的變化

2.1.1 土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的變化

根據(jù)試驗結(jié)果，試驗開始前后土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)變化情況如表1所示。

在試驗開始前，3個試驗組的土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)均為2.0%。在作物整個生長季結(jié)束時（施肥周期結(jié)束），再次檢測土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，對照組的土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)略有增加，從2.0%提高到2.1%，但這種變化在統(tǒng)計上并不顯著；試驗組一的土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)顯著增加，從2.0%增至2.8%，顯示有機肥與中微量元素水溶肥配施對提高土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)具有明顯效果；試驗組二的土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)從2%增加到了3.2%，表明增加中微量元素水溶肥的施用量能促進土壤有機質(zhì)的積累。

通過進一步統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，試驗組一和試驗組二的土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)增加與對照組相比具有高度統(tǒng)計顯著性（P lt; 0.01），試驗組二與試驗組一相比也顯示出顯著差異（P lt; 0.05），表明增加中微量元素水溶肥的施用量在提升土壤有機質(zhì)含量方面具有額外的效益。

2.1.2 土壤微生物活性的變化

為了詳細評估有機肥與中微量元素水溶肥聯(lián)合施用對土壤微生物活性的影響，試驗以土壤呼吸率和β-葡萄糖苷酶活性作為主要測量參數(shù)。根據(jù)整個生長季的定期測定結(jié)果，土壤微生物活性變化情況如表2所示。

在試驗開始前，所有處理組的土壤微生物活性基本一致，土壤呼吸率均為0.004 6 μmol·m-2·s-1，β-葡萄糖苷酶活性均為0.8 μmol·g-1·h-1（每克土壤每小時產(chǎn)生的產(chǎn)物的微摩爾數(shù)），表明初始的微生物活性水平較低［4］。在試驗結(jié)束時，對照組的土壤微生物活性略有提高，其土壤呼吸率增至0.005 5 μmol·m-2·s-1；試驗組一的土壤呼吸率顯著提升，最終達到0.010 7 μmol·m-2·s-1，表明有機肥與中微量元素水溶肥的聯(lián)合施用顯著促進了土壤微生物活性的增強；試驗組二的土壤呼吸率增至0.013 8 μmol·m-2·s-1，表明增加中微量元素水溶肥的施用量進一步加強了土壤微生物活性。β-葡萄糖苷酶活性是反映土壤微生物分解有機質(zhì)能力的一個重要指標［5］。對照組的β-葡萄糖苷酶活性從試驗開始的0.8 μmol·g-1·h-1增至1.0 μmol·g-1·h-1，試驗組一的β-葡萄糖苷酶活性增至2.5 μmol·g-1·h-1，而試驗組二達到了3.5 μmol·g-1·h-1。

2.2 農(nóng)作物生長情況對比

2.2.1 生長速度情況

對小麥和玉米這2種作物在不同施肥處理下的平均生長速度進行了比較，結(jié)果如表3所示。

試驗數(shù)據(jù)顯示，從播種到收獲期，對照組小麥的生長速度平均為0.71 cm/d，而試驗組一小麥平均生長速度提升至0.75 cm/d，試驗組二進一步增至0.76 cm/d；對照組玉米的生長速度為1.9 cm/d，試驗組一提升至2.2 cm/d，試驗組二達到2.5 cm/d。通過方差分析，發(fā)現(xiàn)試驗組一和試驗組二的作物生長速度與對照組相比存在顯著差異（Plt;0.05），且試驗組二的作物生長速度也顯著高于試驗組一（Plt;0.05）。這一結(jié)果表明，有機肥與中微量元素水溶肥聯(lián)合施用提高了作物的生長速度，增加中微量元素水溶肥施用量能進一步促進作物生長。

2.2.2 產(chǎn)量提升情況

在作物成熟后進行實打?qū)嵤?，測算單位面積平均產(chǎn)量，詳見表4。試驗結(jié)果表明，對照組小麥平均產(chǎn)量為6.0 t/hm2，試驗組一的產(chǎn)量提升至6.2 t/hm2，試驗組二產(chǎn)量進一步提高至6.4 t/hm2；對照組玉米產(chǎn)量為8.0 t/hm2，試驗組一的產(chǎn)量增加至9.5 t/hm2，試驗組二產(chǎn)量達到了10.5 t/hm2。

通過方差分析，得出試驗組一和試驗組二的產(chǎn)量與對照組相比存在顯著差異（P lt; 0.01），且試驗組二的產(chǎn)量顯著高于試驗組一（P lt; 0.05）。這一結(jié)果表明，有機肥與中微量元素水溶肥聯(lián)合施用顯著提高了作物的產(chǎn)量，且適量增加中微量元素水溶肥的施用能進一步提升作物產(chǎn)量［5］。

3 討論

3.1 土壤改良與作物產(chǎn)量的關(guān)系

土壤改良主要通過增加土壤有機物質(zhì)含量來實現(xiàn)，有機肥的施用顯著提升了土壤有機質(zhì)水平。有機質(zhì)是土壤肥力的基石，不僅可以增加土壤的孔隙率，改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，而且能提高土壤保水能力，還能通過提供碳源提高微生物活性和多樣性。這些微生物在土壤養(yǎng)分循環(huán)中扮演關(guān)鍵角色，微生物活動直接影響?zhàn)B分的有效性和作物對養(yǎng)分的可利用性。有機質(zhì)的增加還有助于緩解土壤板結(jié)，促進作物根系發(fā)育，從而增強作物對水分和養(yǎng)分的吸收效率。中微量元素水溶肥則需要根據(jù)作物生長實際進行補充。即使是極微量的元素缺乏，也會限制作物的生長發(fā)育。例如，缺鋅或缺鐵會直接影響作物的光合作用和其他代謝過程。在此試驗中，補充這些關(guān)鍵的中微量元素，使作物的生長速度和最終產(chǎn)量明顯提升。

3.2 不同施肥策略的綜合比較

對照組施用傳統(tǒng)化學肥料導致土壤有機質(zhì)含量不足和土壤微生物活性不高。相比之下，試驗組一配施有機肥和中微量元素水溶肥不僅增加了土壤有機質(zhì)含量，增強了土壤中的微生物活性，還有效提高了作物產(chǎn)量。試驗組二進一步增加中微量元素水溶肥的施用量，對作物生長和產(chǎn)量有更大的促進作用。但施用過量的水溶肥可能導致土壤重金屬積累，對環(huán)境和作物安全構(gòu)成潛在威脅［6］。因此，需要根據(jù)土壤特性和作物需求精確調(diào)整施肥策略，以避免過量施用造成的風險。

3.3 有機肥和中微量元素水溶肥長期聯(lián)合施用的可持續(xù)性討論

從試驗結(jié)果來看，有機肥和中微量元素水溶肥的聯(lián)合施用顯著提高了土壤的有機質(zhì)含量，增強了土壤微生物活性。然而，需要注意的是，水溶肥的長期大量施用可能導致土壤重金屬含量升高。因此，必須嚴格監(jiān)控土壤和作物中微量元素水平，以避免長期施用引發(fā)的環(huán)境風險。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中，經(jīng)濟可持續(xù)性也是必須考慮的關(guān)鍵因素［7］。盡管購買有機肥和特定中微量元素水溶肥的初期投入較高，但長期來看，通過提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)、減少化學肥料和農(nóng)藥的使用，可以實現(xiàn)經(jīng)濟效益的提升。

4 結(jié)束語

有機肥與中微量元素水溶肥的聯(lián)合施用，不僅可以促進作物的生長，還顯著增加了土壤中的有機質(zhì)含量，提高了土壤肥力，增強了其對抗環(huán)境壓力的能力，可為作物提供更優(yōu)良的生長環(huán)境。施用中微量元素水溶肥能夠促進植物生理過程中關(guān)鍵活性物質(zhì)功能的充分發(fā)揮和產(chǎn)品品質(zhì)提升［8-11］，這是傳統(tǒng)單一施用化學肥料所無法達到的。在長期視角下，有機肥與中微量元素水溶肥聯(lián)合施用不僅能促進土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)、農(nóng)作物產(chǎn)量、農(nóng)作物生長速度的提升，而且具有顯著的可持續(xù)性。

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（欄目編輯：姜春艷）