有機無機肥配施對芝麻產量及土壤性質的影響

蘆海靈，郭中義，衛雙玲

1.河南省農業科學院芝麻研究中心，鄭州 450002；2.駐馬店市農業科學院，河南駐馬店 463000)

0 引 言

【研究意義】芝麻是我國種植區域較廣的油料作物之一。施肥是提高芝麻產質量的重要措施。生產上芝麻施肥仍以氮磷鉀化肥尤其是氮肥為主，不施或很少施用有機肥，芝麻產量和品質不能滿足消費需求[1-2]。黃淮芝麻產區整地播種時間緊，選擇既施用省工省時又能實現提質改土效果的有機肥品種，對解決有機肥施用難問題有實際意義。【前人研究進展】氮、磷、鉀適宜用量及配比能顯著提高芝麻的產量。江西紅壤芝麻施N 114.6 kg/hm2、P2O5116.5 kg/hm2、K2O 179.1 kg/hm2，芝麻最高產量[3]。淮北平原夏芝麻高產平衡施肥技術研究得出[4]，中肥力地塊施N 150 kg/hm2、P2O560～90 kg/hm2、K2O 90～120 kg/hm2，芝麻產量最佳。江淮地區黃褐土芝麻施純N 120 kg/hm2、P2O545 kg/hm2和K2O 120 kg/hm2能獲得最高的經濟產量和效益[5]。張子武等[6]研究結果表明，河南省夏芝麻產區因土壤肥力差異，氮磷一般施肥量推薦為N 90～120 kg/hm2，P2O545～60 kg/hm2。郭中義等[7]研究認為，氮磷鉀對夏芝麻產量影響由大到小的順序依次為NP>K>N>P，目標產量為1 110.0 kg/hm2的高肥力地塊,氮、磷經濟合理用量分別為N 106.5 kg/hm2、P2O552.5 kg/hm2；目標產量1 011.0 kg/hm2的中肥力地塊，氮、磷經濟合理用量分別為N 129.0 kg/hm2、P2O5117.0 kg/hm2；目標產量759.0 kg/hm2的低肥力田塊,氮、磷合理經濟用量分別為N 147.0 kg/hm2、P2O564.5 kg/hm2。衛雙玲等[2]研究了2個芝麻品種的氮磷鉀適宜用量，鄭芝98N09的最佳施肥量為N 123.09 kg/hm2、P2O560.13 kg/hm2、K2O 73.31 kg/hm2； 冀9014 最佳施肥量分別為N 133.92 kg/hm2、P2O570.85 kg/hm2、K2O 110.80 kg/hm2。芝麻不同肥料配方研究認為[8]，氮磷鉀配比35∶23∶23 的處理可獲得最高產量。氮磷鉀配合平衡施肥對芝麻生長發育具有良好的促進作用。【本研究切入點】關于芝麻施用有機營養以及有機無機配合施用的研究國內很少見報道[9]。 針對芝麻有機營養施用研究不足，提出科學完整的芝麻施肥指導措施較少。研究生物炭、有機肥、餅肥對芝麻生長、產量形成和土壤養分及生物特性的影響。 【擬解決的關鍵問題】采取大田試驗與室內分析相結合的方法，研究生物炭、有機肥、餅肥以及與氮磷鉀配施對芝麻產量和土壤性質影響，為芝麻科學施肥提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2016、2017年在河南省遂平縣楊豐鎮進行，前茬作物為冬小麥，供試土壤為黃褐土，2016年供試基礎土壤基本理化性質：pH 6.8，有機質14.2 g/kg，全氮0.90 g/kg，堿解氮79.8 mg/kg，有效磷(P) 12.50 mg/kg，速效鉀(K)101 mg/kg。供試芝麻品種為鄭芝13號。2017年供試基礎土壤基本理化性質：pH 6.6，有機質13.8 g/kg，全氮0.92 g/kg，堿解氮835 mg/kg，有效磷(P) 10.97 mg/kg，速效鉀(K)112 mg/kg。供試芝麻品種為鄭芝13號。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗設5個處理：T1，CK(不施肥)；T2，氮磷鉀配施；T3，生物炭1 500 kg/hm2配施氮磷鉀；T4，有機肥1 500 kg/hm2配施氮磷鉀；T5，芝麻餅肥600 kg/hm2配施氮磷鉀。施肥處理氮磷鉀用量為均N 120 kg/hm2，P2O5為75 kg/ hm2，K2O 為75 kg/hm2。肥料品種分別為尿素(含N 46%)，過磷酸鈣(含P2O512%)，硫酸鉀(含K2O 50%)，生物炭(N 1.5%，P2O50.6%，K2O 2.1%)，有機肥(N 3.3%，P2O51.5%，K2O 1.8%)、芝麻餅肥(N 5.2%，P2O51.3%，K2O 2.0%)。生物炭、有機肥、餅肥養分不計。

試驗小區面積20 m2，3 次重復，隨機排列。6月5日整地、播種，其他田間管理按芝麻豐產優質生產技術規程進行。

1.2.2 樣品采集

于整地播種前和收獲后采集0～20 cm 土壤樣品。用常規方法分析測定土壤理化性質：土壤容重采用環刀法測定; 土壤堿解氮采用堿解擴散法測定; 土壤速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定; 土壤速效鉀采用NH4OAc 浸提，火焰光度計測定; pH 采用pH 計按土水比1∶2.5 測定，土壤有機碳采用重鉻酸鉀—外加熱法測定[10-11]。于盛花期采集新鮮土壤進行酶活性分析，脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定[12]。

于盛花期測定葉綠素含量，采用SPAD)-502 型葉綠素測定儀測定，以測得的SPAD 值表示葉綠素含量(相對值) ，凈光合速率采用LI-6400XT 型便攜式光合系統(LI-COR，美國) 在上午10:00～11: 30 測定，采用氯化三苯基四氮唑(TTC) 法測定根系活力。

考種與計產：芝麻成熟時各小區單收單打，曬干稱重計產，進行蒴數、蒴粒數和千粒重等調查。

1.3 數據處理

采用Excel 和DPS 軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對芝麻產量及構成因素因素影響

研究表明，與CK相比，2016、2017年各施肥處理對芝麻產量均有顯著影響，單施氮磷鉀化肥處理比對照分別增產38.27%、27.84%，生物炭、有機肥、餅肥與氮磷鉀配施2016年分別較對照增產54.52%、50.48%和44.47%，2017年分別增產44.78%、38.24%、39.15%；4個施肥處理相比，產量存在一定差異，以生物炭+氮磷鉀處理產量最高，其產量比單施化肥處理有所提高。施肥處理比對照顯著增產的原因是顯著提高了芝麻株蒴數、蒴粒數和千粒重，2016年4個施肥處理比CK的千粒重分別增加了0.69、0.75 、0.63和0.57 g，株蒴數分別增加17.1、21.0、17.8、17.9個，蒴粒數分別增加4.6、6.8、6.2、5.3粒，2017年表現趨勢相同。表1

表1 不同處理下芝麻經濟性狀及產量變化Table 1 Effects of different treatments on sesame economic character and yield

2.2 不同處理對芝麻生理指標的影響

研究表明，與對照相比，施肥處理均顯著的增強了芝麻的根系活力，提高達3.8%～7.4%。單施化肥、生物炭配施氮磷鉀、有機肥配施氮磷鉀、餅肥配施氮磷鉀處理間根系活力存在一定差異，生物炭、有機肥、餅肥與氮磷鉀配施處理高于單施化肥處理，但處理間差異不顯著，以生物炭+NPK處理根系活力最高，比單施氮磷鉀處理提高3.4%，有機無機配施處理根系活力由高到低順序為生物炭+NPK>有機肥+NPK>餅肥+NPK。施肥能夠提高芝麻的根系性能，減緩生育后期根系衰老速率。

與對照相比，增施生物炭、有機肥和餅肥處理顯著提高了芝麻開花期葉片中葉綠素含量和凈光合速率，葉片中葉綠素含量較對照分別提高了10.7%、9.4%和8.0%，凈光合速率較對照分別提高了24.2%、16.2%和10.9%。4個施肥處理間葉綠素和凈光合速率差異不顯著，生物炭與氮磷鉀配施處理略高于其他施肥處理。施肥能夠有效提高芝麻葉片的光合性能，有利于較多的光合產物向芝麻籽粒運輸，促進產量形成。表2

表2 不同處理下芝麻生理指標變化Table 2 Effects of different treatments on sesame physiology (2016)

2.3 不同處理對土壤物理性質的影響

研究表明，不同施肥處理間土壤容重不顯著，與不施肥對照相比，施肥相對降低了耕層土壤容重，以生物炭處理的土壤容重最低，為1.29 g/cm3。施肥增加了土壤總孔隙度，以生物炭+氮磷鉀處理最高，其與不施肥、單施氮磷鉀、餅肥+氮磷鉀處理達到了差異顯著水平，但與有機肥(+氮磷鉀)處理間差異不顯著。生物炭+NPK處理的土壤毛管孔隙度高于不施肥、單施氮磷鉀處理，分別提高了5.5%和4.6%，有機肥處理與餅肥處理土壤毛管孔隙度相近。生物炭+氮磷鉀處理改善通氣性的效果優于單施化肥。表3

表3 不同處理下土壤物理性質變化Table 3 Effects of different treatments on physical properties of soil (2016)

2.4 不同處理對土壤養分的影響

研究表明，不同處理土壤有機碳含量存在一定差異，施用生物炭+氮磷鉀、有機肥+氮磷鉀、餅肥+氮磷鉀處理比對照處理土壤有機碳含量顯著提高，其中生物炭+氮磷鉀處理比不施肥對照處理提高幅度為6.5%。4個施肥處理土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量均較不施肥處理顯著提高。不同施肥處理間堿解氮含量差異不顯著，生物炭+NPK處理與氮磷鉀處理土壤堿解氮含量無顯著差異，施用有機肥+氮磷鉀、餅肥+氮磷鉀比生物炭+氮磷鉀處理土壤堿解氮含量略有增加，但差異不顯著。施肥處理間有效磷含量存在一定差異，以氮磷鉀處理最高，但與生物炭+氮磷鉀、有機肥+氮磷鉀、餅肥+氮磷鉀處理間差異未達到顯著水平。4個施肥處理間土壤速效鉀含量差異不顯著。表4

表4 不同處理下土壤養分變化Table 4 Effects of different treatments on chemical properties of soil (2016)

2.5 不同處理對土壤中酶活性的影響

研究表明，與對照相比，施肥比對照不施肥處理顯著提高了芝麻根區土壤蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶的活性。施用生物炭+氮磷鉀、有機肥+氮磷鉀、餅肥+氮磷鉀處理比單施氮磷鉀處理對提高土壤酶活性的效果好。生物炭+氮磷鉀處理在提高土壤蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶的活性方面，略好于有機肥+氮磷鉀和餅肥+氮磷鉀處理。生物炭+氮磷鉀、有機肥+氮磷鉀和餅肥+氮磷鉀處理土壤蔗糖酶的活性較對照分別提高了33.3%、26.4%和23.6%，脲酶活性較對照分別提高了47.4%、35.9%和29.5%，過氧化氫酶活性較對照分別提高了20.4%、13.6%和12.1%。有機無機結合施用能夠顯著改善芝麻根際微生態環境。表5

表5 不同處理下土壤中酶活性變化Table 5 Effects of different treatments on soil enzyme activities (2016)

3 討 論

施肥不僅能夠提高芝麻產量，而且對調控芝麻地土壤系統生產力具有重要作用。芝麻單產目前雖然仍偏低，但農民偏施化肥的現象十分普遍。在芝麻生產中長期偏施化學肥料，會嚴重影響芝麻的產量和土壤環境，施用化肥有利于速效養分的供應，有機肥更有利于土壤理化特性的改善和養分的持續供應，有機無機肥配施對持續提高芝麻產量和土壤培肥的效果優于單施化肥或有機肥[13-14]。

生物炭是由生物質在完全或部分缺氧和相對“較低”溫度(<700℃) 條件下熱解得到的炭質[15]。近年來，生物炭在改善土壤肥力、提高作物產量方面有諸多報道，大多研究表明施用生物炭具有增加有機質含量和土壤孔隙度，提高土壤保水保肥能力等改善土壤理化性質的作用[16]。生物炭含有機碳豐富，生物炭施入土壤后，其有機碳可大部分保存下來，并可減少由于碳的礦化作用所消耗的氮素營養[17]。生物炭中氮含量較低且有效性很小，施用生物炭對土壤堿解氮含量的直接提高作用可能很小[18]。生物炭有效磷含量較低[19]，而生物炭中鉀的有效性較高，施入土壤能提高土壤速效鉀和作物的吸鉀量[20，21]。施用生物炭具有降低土壤容重，增加土壤孔隙度和土壤含水率的效果。研究通過生物炭在芝麻上使用證實，施用生物炭+氮磷鉀比對照處理土壤有機碳含量提高6.5%，生物炭+NPK處理土壤堿解氮含量與氮磷鉀處理間無顯著差異。施用生物炭+氮磷鉀比單施氮磷鉀處理土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶活性分別提高33.3%、47.4%和20.4%；生物炭+氮磷鉀處理對提高土壤蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶的活性效果優于有機肥+氮磷鉀和餅肥+氮磷鉀處理。

4 結 論

施肥處理比對照不施肥處理顯著增產，生物炭、有機肥、餅肥與氮磷鉀配施處理芝麻產量高于單施氮磷鉀處理，生物炭、有機肥、餅肥配施氮磷鉀比單施氮磷鉀處理2年平均分別增產12.5%、8.5%和6.6%，以生物炭配施氮磷鉀處理芝麻產量最高，應用1 hm2施用生物炭1 500 kg 或有機肥1 500 kg配施化肥N 120 kg、P2O575 kg、K2O 75 kg施肥方式。