風沙土有機無機配施培肥地力與玉米增產效果研究

鄒曉錦 宮亮

(遼寧省農業科學院植物營養與環境資源研究所，遼寧 沈陽 110161)

集約化農業發展過程中為追求作物增產農民習慣增加化肥投入，無機化肥過量施用導致土壤板結，有機質含量降低，土壤耕地質量下降嚴重威脅我國糧食安全[1]。東北農區在國家糧食安全中具有舉足輕重的地位，養殖業廢棄物糞污排放達2.7億t[2]，大量廢棄物的不合理應用不但造成資源極大浪費，而且加劇環境污染。長期以來，農田的無機化肥過量投入和有機糞污不合理應用一直是農業高產與環境保護協調發展的重大挑戰[3]。合理利用有機肥資源，施用有機肥替代部分無機化肥，是實現我國化肥零增長目標的重要途徑之一[4]。本研究針對以上瓶頸問題，研究東北農區生態脆弱區風沙土的培肥地力與耕地保育，更新優化傳統施肥方式，可最大限度減少污染排放，以期為農業廢棄物資源化利用和農業可持續發展提供應用技術支撐。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗于2017—2019年在農業部阜新農業環境與耕地保育科學觀測實驗站(遼寧省阜新彰武西六鄉)進行，試驗區屬于半干旱區，年平均降雨量504mm。試驗田耕層土壤基本理化性質：有機質含量16.7mg·kg-1，全氮、全磷和全鉀含量為1.23mg·kg-1、0.92mg·kg-1、20.4mg·kg-1，堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為78mg·kg-1、17.5mg·kg-1、122mg·kg-1，pH為6.1。

1.2 試驗設計

本試驗設置4個處理：常規施肥(FP)；雞糞替代無機氮肥20%(FM1)；雞糞替代無機氮肥50%(FM2)；雞糞替代無機氮肥100%(FM3)。田間試驗每小區(8m×6m)面積為48m2，隨機排列，3次重復。全部雞糞作基肥施用，和有機質含量為6.1g·kg-1和59.8g·kg-1，全氮、全磷、全鉀含量分別為29.9g·kg-1、40.7g·kg-1和20.1g·kg-1。配施的無機肥為玉米專用肥(N、P2O5、K2O的含量分別為28%、10%和12%)，施用量為450kg·hm-2。在播種時一次施入。供試玉米品種為“良玉99”，種植密度為65000株·hm-2，每年4月底5月初播種，9月底收獲。田間管理按當地農民習慣進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤理化性狀分析及試材養分測定

在春季播種前和秋季收獲后采取土壤樣品(0～20cm)，分析土壤有機質、全氮、磷、鉀，速效氮、磷、鉀含量，pH；測定雞糞的有機質、全氮和速效N、P、K含量。有機質測定采用重鉻酸鉀法；全N采用H2SO4-H2O2半微量凱氏法；速效N采用堿解擴散法；全P采用HClO4+H2SO4消煮，鉬銻抗比色法；速效P采用Olsen法；全K采用氫氧化鈉熔融，原子吸收法；速效K采用中性1moL·L-1NH4AC浸提，火焰光度法；pH采用電位法。

1.3.2 葉片葉綠素含量測定

于玉米植株生長旺盛時期(抽穗開花期)9∶30—11∶30采用植物光合測定儀(Li-6400)測定豆科作物植株光合速率、氣孔導度、胞間二氧化碳濃度及蒸騰速率等植物光合產物積累相關各指標。每小區選取連續5株，每株測定3片葉片，測定時選取花生和綠豆完全展開的第1葉片，進行測定。

1.3.3 產量測定

在玉米成熟期，選取中間條帶3行玉米進行測產(每個小區12行選取中間3行，每行長8m)。每小區分別選取果穗均勻玉米植株5株，于烘箱105℃殺青1h后，烘干至恒重，稱量植株干重，籽粒產量折算為14%含水量。

2 結果與分析

2.1 不同培肥方式對土壤耕層化學性狀測定

玉米土壤連續配施雞糞處理后，土壤pH無顯著變化，但土壤有機質、土壤大量元素和速效養分含量均顯著升高，見表1。與常規施肥對照相比，有機替代無機配施處理后，有機質含量隨雞糞替代比例增加而提高，土壤全氮、磷、鉀分別增加9.22%～27.6%、23.7%～42.4%和4.16%～9.68%，土壤堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加12.2%～29.3%、13.5%～30.4%、12.8%～17.4%。這表明增施雞糞具有較好的培肥地力作用，但施用雞糞達到一定量(超過50%)，土壤有機質含量并未表現出持續提高。因此，在改善土壤質量方面有機替代20%～50%即可滿足農田培肥地力的要求。

表1 不同處理對土壤耕層化學性狀的影響

2.2 不同培肥方式對玉米光合參數的影響

不同培肥方式影響了玉米植株的光合參數，顯著提高了玉米的光合速率，見圖1。與常規FP相比，有機肥替代無機化肥20%、50%和100%處理的玉米光合速率(Pn)分別增加了27.9%、38.3%和23.1%。氣孔導度(Gs)的變化則與光合速率相反，有機替代無機化肥后表現出下降的趨勢。與常規施肥FP相比，有機糞肥替代無機化肥后作物胞間CO2濃度(Ci)略有升高，但未達到顯著水平。不同有機替代處理玉米蒸騰速率(Tr)比常規施肥FP顯著提高，但與其他光合參數指標相似，有機替代無機不同比例的處理之間無顯著差別。

圖1 不同培肥方式對玉米植株光合參數的影響

2.3 不同培肥方式對產量的影響

2017—2019年田間試驗結果見圖2，有機替代無機化肥處理顯著提高了玉米產量。與常規FP對照相比，有機肥替代無機化肥20%和50%玉米3a分別增產8.24%～25.5%和22.9%～31.8%。替代比例50%在第1年度增產效果優于20%，但第2年和第3年則未表現出產量優勢。有機糞肥全部替代雖然比常規施肥表現出增產，但全量替代無機化肥比部分替代減產，因此有機糞肥代替無機化肥過量對玉米產量提升無顯著貢獻，本試驗結果表明，以替代20%～50%為宜。

圖2 不同有機糞肥處理對玉米產量影響

3 討論

前人研究表明[5,6]，外源有機物料添加土壤后可起到培肥地力效果，其中有機糞肥效果尤其顯著。本研究表明，秸稈配施有機肥顯著提高了風沙土農田土壤有機質含量、土壤養分全量和速效養分含量，這與前人研究結果一致[7-9]。有學者通過30a的土壤定位培肥研究結果表明[10]，不同數量有機肥及與化肥配合施用的耕層土壤有機質含量平均每年增加0.3g·kg-1，土壤大量元素含量與有機質變化趨勢相似。另有長期定位施肥31a后，有機無機配施試驗表明[3]，土壤pH下降了0.3個單位，等氮條件下土壤有機質含量增加了28.2%～80.3%，土壤堿解氮和全氮分別增加了33.7%～30.1%，土壤有效磷增加了3.3倍，土壤速效鉀增加了13.6倍。邢月華等[6]在遼寧省昌圖施用雞糞對土壤研究結果表明，與對照相比連續施用雞糞有機肥6a后，土壤耕層有機質、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀含量均顯著增加，且隨有機肥施用量增加，耕層土壤養分含量也表現增加趨勢。這與本研究結果一致，等氮條件下有機肥替代比例越高對土壤有機質提升效果最佳。但值得注意的是，土壤養分含量并未隨有機肥用量增加持續增加，超過50%的全量替代對土壤培肥效果并不明顯。長期施用高量有機肥也增加了養分元素淋溶風險[3]，尤其是土壤硝態氮和有效磷，因此有機肥替代無機化肥以提升耕地質量并能有效降低氮磷淋溶的環境風險為宜。

本研究顯示，有機配施無機肥減量后作物產量顯著增加，3a田間試驗結果表明作物增產8.24%～31.8%。有研究表明[11]，與無機化肥相比，微生物有機肥施用后作物增產12.5%，施用雞糞增產8.6%，基施有機肥雖然對作物根冠比無顯著影響，但是增加了表面耕層土壤的玉米根質量和根表面積。土壤養分分布會影響作物根系的空間分布[12]，無機有機配施可促進土壤養分從表層向深層遷移[3]，這為作物根系下扎提供了條件。有機肥替代部分無機化肥可顯著增加玉米產量，其原因可能是有機肥能夠改善土壤養分供應過程，使土壤養分能夠平衡釋放，促進了作物根系養分吸收進而增產，有機替代的增產效果已在多種土壤上得到驗證[4,6,13]。另外本研究顯示，有機糞肥替代化肥20%和50%可顯著提高作物產量，但當有機肥替代量達到50%時，玉米產量并無顯著提高，甚至出現降低現象，尤其是2018年。可能是由于當年田間試驗中玉米病害和倒伏嚴重，過量有機肥對產量并無貢獻反而會造成減產現象(數據未列出)。謝軍等[4]在紫色土8a長期定位試驗研究結果顯示，有機全量(100%)替代無機化肥與部分替代相比，玉米地上部秸稈和籽粒產量反而下降，有機全量替代與常規施肥相比并未表現出增產，與部分替代無機化肥相比玉米產量和收獲指數分別降低了11.9%和6.04%。薛同宣等[14]報道，雞糞與無機化肥配施，替代無機化肥比例最高上限為40%。因此，有機替代無機化肥的適宜用量并非越高越好，綜合環境和產量因素，在東北農區風沙土上有機糞肥替代不宜超過50%。

4 結論

增施雞糞3a后，土壤pH無顯著變化，土壤有機質和養分元素全量和有效態含量均顯著升高。配施有機雞糞減量無機化肥20%和50%對玉米均有顯著增產效果，作物凈光合速率提高，田間試驗3a玉米增產8.24%～31.8%。基于本試驗結果，在東北農區生態脆弱區風沙土上，有機糞肥替代以20%～50%為宜。