秋施有機肥對土壤生物學、理化性狀及玉米產量的影響

梁元振, 趙京考, 吳德亮, 王 雪, 張宏媛, 仝利鵬, 楊富娟, 徐鳳花

(東北農業大學 資源與環境學院, 哈爾濱 150030)

秋施有機肥對土壤生物學、理化性狀及玉米產量的影響

梁元振, 趙京考, 吳德亮, 王 雪, 張宏媛, 仝利鵬, 楊富娟, 徐鳳花

(東北農業大學 資源與環境學院, 哈爾濱 150030)

以黑龍江省海林農場白漿土為研究對象，在等氮量條件下(秋季有機肥配施來年春季無機肥)，設置100%有機肥(T1)，30%有機肥+70%無機肥(T2)，20%有機肥+80%無機肥(T3)，100%無機肥(T4)和不施肥(CK)5個處理，研究長期施肥對土壤生物學、理化性狀以及玉米產量的影響。結果表明：玉米生育期內，土壤微生物數量呈先升高后降低的變化趨勢，且施用高量有機肥有助于細菌和放線菌群落結構的形成，無機肥和不施肥適于真菌生長；有機無機肥配施處理在提高土壤酶活性方面占據絕對優勢，脲酶和蔗糖酶活性始終顯著高于其他處理，且有機肥較無機肥處理更能提高玉米生育期內土壤微生物生物量；有機無機肥配施可明顯提高土壤全量和速效養分，培肥地力，單施效果稍差，且差異不大，而高量有機肥在降低土壤容重、增加總孔隙度百分比方面作用顯著；兩年玉米累計產量30%有機肥(T2)最高，分別比100%有機肥(T1)和100%無機肥(T4)提高57.34%和4.59%，穩產并高產。總體來講，30%有機肥+70%無機肥為最佳施肥模式。

秋施有機肥; 生物學特性; 菌群結構; 土壤肥力

目前我國農田土壤肥力存在土壤養分轉化速度慢、土壤生物學特性不高和土壤環境質量嚴重下降等問題，而有相關研究表明，土壤生物學特性在培肥地力方面起著不可替代的作用[1-2]。土壤生物學特性主要包括土壤微生物種群結構、土壤酶活性和土壤微生物生物量等，能夠對土壤生產能力產生很大影響，同時在一定程度上反映了土壤生態環境質量的好壞，越來越受到人們的重視[3-5]。土壤理化性狀主要包括土壤有機質、全氮和速效磷等常規指標，在農田作物種植、施肥量的確定、土壤肥力高低的評價等方面起著不可替代的作用，長期以來為眾多學者所關注[6-10]，研究施肥對其影響十分重要。盡管已有不少長期有機無機肥配施對土壤微生物、微生物生物量、酶活性和理化性狀等影響的研究，可多數集中在春季有機無機肥配施上，而秋季有機肥配施來年春季無機肥的相關研究鮮見報道。秋施有機肥具有許多優點，如秋季雨量充沛，施入有機肥容易腐熟分解，又經過冬春季節的凍融交替，可及早增大土壤孔隙度，使土壤疏松；有利于土壤保墑蓄水，防冬春干旱，同時由于提高了地溫，為微生物的活動創造條件[3,11]。綜上所述，秋季有機肥配施來年春季無機肥對土壤生物學特性和理化性狀等的影響值得探究。

本試驗以黑龍江省海林市海林農場示范區玉米試驗田為研究對象，布置不同配比的秋季有機肥配施無機肥試驗，連續試驗兩年后進行土壤微生物、生物量、酶活性和養分分析以及玉米產量的測定，以期為當地培肥地力和增產增收提供有效的理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 供試材料

2013年10月開始，連續2 a定位試驗，地點為黑龍江省牡丹江市海林農場。供試土壤為白漿土，質地輕壤，土層深厚，地下水埋深在10 m以下。試驗開始時耕層土壤(0—20 cm)基本理化性狀為：有機質11.78 g/kg，全氮0.84 g/kg，全磷0.79 g/kg，堿解氮106.4 mg/kg，速效磷15.32 mg/kg，速效鉀130.2 mg/kg，pH值為4.5，土壤容重為1.28 g/cm3。試驗用商品有機肥含N量2.69%，含P2O5量0.96%，含K2O量0.96%。供試氮肥為尿素，含N量46%；磷肥為磷酸二胺，含N量18%，含P2O5量46%；鉀肥為硫酸鉀，K2O含量為50%。

1.2 試驗設計

試驗為條狀設計，共設置5個處理(具體見表1)，每個處理的面積為400 m2，含10壟，壟長60 m，壟寬0.67 m，隨機化排列。

表1 施肥方案 kg/hm2

每年秋季施入有機肥，春季無機肥隨播種一次性施入。田間管理按大田豐產要求進行。種植制度為一年一季玉米，品種為先鋒38P05，種植密度約5.6萬株/hm2，行距60 cm，株距25～30 cm。

1.3 土樣采集及測定項目與方法

土樣采集：2015年分別在玉米拔節期(6月15日)、抽雄期(7月19日)和成熟期(9月28日)三個時期采集施肥處0—15 cm層土樣。每個處理以壟長每20 m為一個單元，按“S”型路線，取10個點(每個采樣點的取土深度及采樣量應均勻一致)混成一個樣，共3組土樣(3個重復)，每組混合樣分成兩份：一份立即過2 mm篩，用于土壤微生物生物量碳、氮，以及土壤細菌、放線菌和真菌的測定；另一份經風干后過1 mm篩，供土壤脲酶、蔗糖酶活性以及有機碳、全氮、速效磷和速效鉀(后四者僅限于成熟期)含量的測定。

土壤生物學特性的測定：土壤微生物生物量碳、氮采用氯仿熏蒸法[12]；土壤細菌、放線菌和真菌均采用混合稀釋平板計數法，其培養基分別為牛肉膏蛋白胨培養基、馬丁氏瓊脂培養基和高氏Ⅰ號培養基[13]；土壤脲酶活性采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法測定，土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定[14]。

土壤基本理化指標采用常規分析法測定[15]：全氮含量采用全自動凱氏定氮儀測定，有機碳含量用重鉻酸鉀容量法測定；速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提+鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用原子吸收分光光度計法測定；采用環刀法測定土壤容重，土壤總孔隙度=(1-土壤容重/土壤比重)×100%。

玉米產量的測定：單元內樣方估產。

1.4 數據分析

采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件對試驗數據進行處理和分析；多重比較采用Duncan新復極差法。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤微生物的影響

由表2可知，在玉米生育期內，各個處理的土壤細菌數量均呈先升高后降低的變化趨勢，均在抽雄期達到最大值，成熟期回落。拔節期時，處理T1，T2和T3的土壤細菌數量明顯高于T4和CK，說明秋施有機肥已發揮了為土壤細菌供應營養的作用。抽雄期時，各處理的土壤細菌數量由大到小排列為T3>T2>T1>T4>CK，處理之間差異顯著，其中T3分別比T2，T1，T4和CK高出12.13%，14.78%，37.26%和101.50%。成熟期時，細菌數量大幅度降低，處理T2和T3數量較高，其次是T1，T4和CK數量相對較少，處理相互之間差異顯著。

整個生育期內，除對照無明顯變化，施肥處理的土壤放線菌數量均從拔節期逐漸升高，到抽雄期達到最大，成熟期迅速回落。秋施有機肥處理T1，T2和T3在拔節期的土壤放線菌數量顯著高于T4和CK，且用量越大，數量越高。抽雄期時，各個處理的土壤放線菌數量由大到小排列為T1>T3>T2>T4>CK，且處理之間差異顯著，表明有機肥顯著促進了放線菌的生長，而無機肥在一定程度上限制了放線菌增殖。成熟期時，土壤放線菌數量有所下降，處理T1最高，其次為T3，T2，T4和CK較低。

由表2可知，玉米生育期內，各個處理的土壤真菌變化規律略有不同。處理T2，T3和T4的土壤真菌數量從拔節期不斷升高，到抽雄期出現峰值，成熟期降低；整個生育期內，處理T1的土壤真菌數量不斷增加，到成熟期達到最大，而CK的土壤真菌規律性不明顯。從拔節期到抽雄期，處理T4，T3，T2和T1的土壤真菌數量分別增加了2.71，1.31，1.29，0.89倍，說明施用無機肥能顯著促進土壤真菌群落結構的形成，而有機無機肥配施能控制其生長，有機肥比例越大，效果越明顯[16]。成熟期，與處理T1，T4和CK相比，T3和T2降低了土壤真菌數量，有效改善了土壤菌群結構。

2.2 不同施肥處理對土壤酶活性的影響

由表3可見，玉米拔節期時，處理T2和T3的脲酶活性較高，T1和T4活性次之，均顯著高于對照CK，處理之間差異顯著，此時T3，T2，T1和T4分別比CK提高162.38%，155.45%，110.89%和109.91%，表明施肥可明顯提高脲酶活性[3]；抽雄期時，施肥處理脲酶活性均達到峰值，有機無機肥配施處理T2(30%：70%)最高，T1和T4差異不顯著，且T2和T3分別比T1，T4提高27.55%，25.41%和10.88%，9.03%，說明有機無機肥配施比單施有機肥和無機肥更有利于在土壤中釋放大量速效氮，產物的積累十分有利于脲酶酶促反應的進行[4,17]；成熟期時，脲酶活性有所下降，處理T3和T2較高，差異不顯著，T1高于T4，差異顯著。綜上，整個玉米生育期，有機無機肥配施對脲酶活性影響最大。

表2 不同施肥處理對土壤微生物的影響

注：同列后不同小寫字母表示處理之間在5%水平差異顯著，下同。

表3 不同施肥處理對土壤酶活性的影響

從表3還可看出，整個生育期各處理土壤蔗糖酶活性變化趨勢與脲酶相似，拔節期最低，抽雄期最高，且施肥處理蔗糖酶活性明顯高于不施肥處理，說明施肥明顯提高了蔗糖酶活性，而有機無機肥配施(處理T2和T3)效果始終優于單施有機肥(T1)和無機肥(T4)，差異顯著。在拔節和抽雄期，處理T1和T4差異不顯著，但成熟期T4比T1提高7.86%，達到顯著差異，說明生育前期單施有機肥和無機肥對土壤蔗糖酶活性影響差異不大，后期以無機肥效果明顯。拔節期，處理T3最高，比T1和T4提高16.87%和14.97%；抽雄期，處理T2最高，比T1和T4提高22.63%和24.01%；成熟期時，蔗糖酶活性明顯降低，但處理T3高居不下，其原因有待進一步探究。

2.3 不同施肥處理對土壤微生物生物量的影響

不同施肥處理對土壤微生物生物量碳(SMBC)的影響見圖1A。與不施肥相比，各個施肥處理的SMBC均明顯提高，在玉米生育期內的變化情況基本一致，從拔節期開始逐漸升高，到抽雄期達到最大，成熟期回落。抽雄期時，處理T1最高，與其他處理差異顯著，T2和T3差異不顯著，明顯高于T4和CK，T1，T2，T3和T4分別是CK的4.43，4.13，4.05，3.19倍，之后呈下降趨勢。整個玉米生育期中，有機肥處理始終高于無機肥處理，其中拔節期到抽雄期，有機肥用量越大，SMBC越高，而后期有機無機肥配施占優勢。

玉米生育期內，不同施肥處理的土壤微生物生物量氮(SMBN)與SMBC變化情況基本一致(圖1B)，且施肥處理均顯著高于對照，變化趨勢為：拔節期較低，隨生育期推進，逐漸升高，抽雄期達到巔峰，之后回落。抽雄期時，處理T1，T2，T3和T4分別是CK的7.42，6.25，6.29，3.91倍，隨后均有不同程度回落。與SMBC相似，前期高量有機肥能明顯提高SMBN，后期配施肥效果較明顯。以上結果說明秋施有機肥可明顯補充土壤有機碳源和氮源，為微生物生長繁殖提供了良好的環境條件和能源，增強其活性[5,18]。另外，微生物為了維護自身活動需要穩定且均衡的碳氮比，這可能是玉米生育期中SMBC和SMBN變化一致的原因之一[1,3]。

注：圖中不同小寫字母表示同一時期處理之間在5%水平差異顯著。

圖1不同施肥處理對土壤微生物生物量的影響

2.4 不同施肥處理對土壤理化性狀的影響

由表4可知，不同施肥處理對土壤理化指標有不同影響。從對照CK數據來看，作物種植帶走了土壤大量的養分，已造成土壤養分的虧空，而長期施肥均能夠顯著提高土壤有機碳、全氮、速效磷和速效鉀含量。處理T1和T4的有機碳和全氮含量差異不顯著，速效磷和速效鉀含量差異顯著；處理T2和T3對土壤理化指標影響最為明顯，各項均顯著高于T1和T4，表明長期有機無機肥配施比單施無機肥和有機肥更能夠補充土壤養分容量庫，培肥地力的作用更加突出。從土壤養分長期的收支平衡方面來看，有機無機肥配施是提高土壤肥力的較好施肥模式。

長期施肥后，各個處理土壤容重不同，且處理之間有一定差異性。土壤容重由大到小排列為處理T4>CK>T2≈T3>T1,T4比CK高出了3.11%，而T1，T2和T3分別比CK降低了4.88%，3.21%和3.22%，表明長期施用無機肥耕層土壤有硬化趨向，這和李強等[19]研究結論一致，而有機肥可明顯降低土壤容重，量越高，效果越明顯。另外，從土壤總孔隙度數據來看，單施無機肥處理降低了該指標，而有機肥處理均可不同程度地提高該指標，以T1最突出，分別比T4和CK提高7.56%和6.36%；處理CK略高于T4，但二者差異不顯著，這與張輝等[20]研究結果相同。總體來看，施用有機肥對土壤總孔隙度的影響程度強于土壤容重。

表4 不同施肥處理對土壤理化性狀的影響

2.5 不同施肥處理對玉米產量的影響

從2014—2015年的玉米產量(表5)來看，同對照相比，施肥均可明顯提高玉米產量，但不同年限有一定的差異。2年的玉米平均產量結果表明，處理T2和T3產量分別比T1，T4和CK增加3 686.37 kg/hm2，444.09 kg/hm2，5 905.41 kg/hm2，3 491.21 kg/hm2，248.93 kg/hm2，5 710.24 kg/hm2；各處理兩年產量結果表明，施肥均顯著高于不施肥(CK)，并且通過計算可知，兩年中不同施肥處理相對CK的增產率均以T2或T3最高，T4次之，T1較低；2015年相比2014年，包括CK在內，各處理均有不同程度的增產，但有機肥處理比無機肥增產效果明顯，表明長期秋施有機肥增產性較強。處理T4兩年產量均高于T1，這可能跟無機肥在玉米關鍵生育期時能夠提供充足的速效養分和有機肥試驗時間短有關，充分說明了短期內有機肥不可完全替代無機肥。總體來看，有機無機肥配施是玉米增產的良好施肥方案，其比例以30%∶70%最佳。

表5 不同施肥處理對不同年限玉米產量的影響 kg/hm2

3 討 論

本研究結果表明，不同施肥處理三類微生物數量隨玉米生育期變化不同，玉米抽雄期是微生物數量變化的轉折點，原因可能是此期氣溫較高、降雨量充沛，加上玉米生長最旺盛，根際活性最強，對土壤微生物產生強烈影響[2,16]。長期秋季有機無機肥配施(處理T2和T3)土壤的細菌和放線菌所占比例較大，真菌處于絕對劣勢，土壤微生物群落以細菌和放線菌為主，為細菌型土壤，這和一些春季有機無機肥配施研究結果一致[2,4]，但也有其他研究[3,21]認為，春季有機無機肥配施對細菌和放線菌影響不大，而有利于真菌群落結構的形成，其原因可能是：有機無機肥配施比例不同，造成C/N營養差異，有益于真菌繁殖；長期施用無機肥造成土壤偏酸，為真菌生長創造條件。從對照(CK)微生物數量可知，在貧瘠的土壤中，真菌較細菌和放線菌有更強的適應能力，這和其他有機無機肥配施研究結果相符[4]。本試驗表明，不同施肥處理和玉米不同生育期以及二者交互顯著影響了土壤酶活性。其中土壤脲酶受有機無機肥配施的影響較大，貫穿整個玉米生育期，有機無機肥配施與單施有機肥和無機肥脲酶活性差異顯著，主要原因是配施后更加促進底物快速誘導提高了土壤脲酶活性；其次與微生物活動加劇有關。有機無機肥配施處理下，玉米根部吸收氮素轉化為蛋白質的過程中需要消耗大量的糖類，糖代謝和微生物合成作用旺盛，從而刺激了蔗糖酶活性增強，這與陳宵宇等[22]的研究結果一致。

本試驗中，相比對照(CK)，長期施肥均能夠明顯增加土壤微生物生物量，這和其他研究結果相符[8,23]。前期高量有機肥有助于土壤微生物生物量的提高，而后期有機無機肥配施則體現出巨大優越性，這與有些春施有機肥研究[3,24]結果不同，可能與土壤質地、降雨量、施肥量以及施肥年限不同等因素有關。總體來講，秋施有機肥提高土壤微生物生物量效果較明顯，其原因可能在于：長期施入有機肥，帶入大量微生物和多種微量元素，有效降低了土壤容重，減緩土壤板結，促進土壤酸堿平衡，加速土壤團聚體的形成，改善土壤理化性質，使微生物活性大大提高；有機無機肥配施發揮了有機肥的緩效持久和無機肥的速效等優勢，玉米粗壯，根系分泌物大增，顯著促進微生物生長，而單施有機肥和無機肥各有缺點，相對來講，微生物活性受限。

從表3可知，單施有機肥和無機肥對土壤有機碳和全氮等養分的影響無顯著差異，而有機無機肥配施在提高土壤全量和速效養分方面占據明顯優勢，且配施比例以30%∶70%最好，其原因在于：秋施有機肥在經過秋、冬、春三季的凍融循環過程后，經微生物活動促進了部分土壤水穩性團粒結構的形成，土壤容重降低，通氣性提高，土壤蓄水保肥能力增強，后配施無機肥，又經過夏季的高溫多雨，微生物活動加劇和玉米根系逐漸粗壯，進一步加強了有機物質的分解和礦物質養分的轉化，使土壤中的氮、磷、鉀等元素增加，土壤養分的有效性也有所提高，從而保證了土壤中水、肥、氣、熱的協調能力，提高土壤保水、保肥、供肥的能力，改善土壤理化性狀，而單施有機肥和無機肥各有缺點，優越性不完整，充分表明秋季有機肥和無機肥配施才可大幅度提高土壤肥力，而單施效果不明顯，這與侯紅乾等[25]春施有機肥的研究結果相似，但秋施增加的幅度大于春施，這可能是研究區域的不同氣候和土壤類型、施肥種類等因素綜合作用的結果；有其他研究[26]指出，土壤容重的降低和總孔隙度的增大標志著土壤全量養分的提高，這與本試驗研究結果有出入，仍需進一步加強秋施有機肥對土壤物理性狀影響的研究。

為了更深入地了解秋施有機肥對土壤生物學特性以及土壤理化性狀等指標的影響，還需進行大范圍的長期定位試驗，以排除如試驗時間短、自然災害、土壤類型不同、人為破壞等外部因素對試驗結果的影響。

4 結 論

(1) 玉米生育期內，長期施肥均可顯著提高土壤微生物數量，其中有機無機肥配施和單施有機肥對細菌與放線菌數量提高較明顯，而單施無機肥和不施肥在一定程度上有利于真菌生長。

(2) 受土壤微生物、降雨量、氣溫、施肥等綜合作用，土壤微生物生物量和酶活性在玉米生育期內變化趨勢不盡相同，但大致上在玉米生長較旺盛期(如抽雄期)相對較高；其中脲酶和蔗糖酶受有機無機肥配施影響較大，單施有機肥和無機肥差異不明顯，而生育前期單施有機肥更有助于土壤微生物生物量的提高，后期以配施效果突出。

(3) 長期秋施有機肥降低了土壤容重，提高了總孔隙度百分比，量越大，效果越明顯；有機無機肥配施顯著提高了土壤全量和速效養分含量，培肥地力明顯；兩年產量數據表明，秋施有機肥穩產性較好，有機無機肥配施增產效果顯著，以30%∶70%最佳。

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EffectsofApplicationofOrganicFertilizerinAutumnontheSoilBiological,PhysicalandChemicalPropertiesandMaizeYield

LIANG Yuanzhen, ZHAO Jingkao, WU Deliang, WANG Xue,ZHANG Hongyuan, TONG Lipeng, YANG Fujuan， XU Fenghua

(CollegeofResourcesandEnvironmental,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China)

Taking arable albic soil of Hailin Farm, Heilongjiang Province as the research sample, under the condition of the same amount of nitrogen (combined application of organic fertilizer in autumn with chemical fertilizer in spring), we designed 5 treatments:100% organic fertilizer (T1), 30% organic fertilizer+ 70% inorganic fertilizer (T2), 20% organic fertilizer+80% inorganic fertilizer (T3), 100% inorganic fertilizer (T4) and no fertilizer (CK) to study the effects of long-term application of fertilizers on soil biological, physical and chemical properties and maize yield. The results showed that during the growth period of maize, the amount of soil microbial went up and then declined, and the application of high amount of organic fertilizer was helpful to the formation of bacteria and actinomycetes community structure, while inorganic fertilizer and no fertilizer were both suitable for the growth of fungal; combined application of organic fertilizer with inorganic fertilizer treatments had absolute advantages in improving soil enzyme activities over other treatments, which embodied concretely that the activities of urease and invertase were significantly higher than other treatments all the time, moreover, the effects of organic treatments on enhancing soil microbial biomass was clearly superior than inorganic fertilizer; combined application of organic fertilizer with inorganic fertilizer could obviously increase the contents of total and available soil nutrients, and enrich the soil fertility, while the effect of single application of fertilizer had poor consequences, and showed little difference, apart from those, the high amount of organic fertilizer could significantly reduce soil bulk density and increase soil total porosity; 2-year accumulative total corn yield of 30% organic manure (T2) was the highest, and the yield of T2was 57.34% and 4.59% higher than T1and T4, respectively, which meant that T2stabilized and improved maize yield most obviously. Overall, 30% of organic fertilizer+70% inorganic fertilizer was the best fertilization pattern in this area.

application of organic fertilizer in autumn; soil biological characteristics; flora structure; soil fertility

2016-07-15

：2016-09-26

科技部循環農業科技工程“三江平原規模化農業循環技術集成與示范”(2012BAD14B06);農業部植物營養與肥料學科群開放基金(APF2015001);寒區畜禽糞便生物處理與有機肥生產技術應用,哈爾濱市科技成果轉化項目(2014DB3BN037)

梁元振(1989—),男,河南鄭州人,在讀碩士研究生,主要從事玉米水肥耦合研究。E-mail:zhyualiang@163.com

趙京考(1965—),男,河北邢臺人,副教授,博士,主要從事玉米水肥耦合研究。E-mail:ennmaqu@163.com

S154.4

：A

：1005-3409(2017)03-0113-06