有機肥與中微量元素水溶肥聯合施用對作物產量的影響研究

摘 要：為實現肥料施用效益的最大化，同時減小環境負擔，以小麥和玉米為試驗對象，對比常規施用復合肥和配施有機肥與中微量元素肥料對土壤、作物產量的影響，并評估不同施肥方案的可持續性。試驗結果表明，聯合施用有機肥與中微量元素水溶肥可提高土壤有機質質量分數、農作物產量和農作物生長速度。因此，值得在小麥和玉米生產中推廣應用有機肥與中微量元素水溶肥聯合施用技術。

關鍵詞：有機肥；中微量元素水溶肥；聯合施用；農作物產量

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

在現代農業生產實踐中，為實現作物產量的持續和有效提升，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，在提升農作物產量方面展現出巨大的潛力。施用有機肥不僅能改善土壤結構，增加土壤有機質含量，還能提高土壤微生物活性，從而提高作物產量和品質［1］。中微量元素水溶肥則通過補充作物生長必需的物質，直接影響作物的營養吸收和代謝過程，促進作物生長發育［2］。但目前相關機構與科研人員對有機肥和中微量元素水溶肥聯合施用的研究較少。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、作物生長及產量的影響，為生產實踐提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點為某農業試驗站。該地區平均年降雨量為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廣泛種植，且對肥料反應敏感。試驗用肥料包括常規復合肥［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，以增強結果的統計可靠性。

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 數據收集與分析方法

試驗主要收集土壤理化指標和作物生長數據。土壤樣本的采集采用隨機區組設計，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，確保數據的時序性完整和對比性可靠。

在土壤理化性質方面，重點關注土壤有機質質量分數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質量分數。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的含量。使用自動碳通量測量系統（LI-COR土壤CO?通量系統）連續監測土壤呼吸率［3］。該系統通過封閉土壤表面，測量一定時間內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。在作物生長數據收集方面，重點關注作物植株的生長速度和產量。利用數字測高儀，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，分別進行實打實收，并測算其產量。

在統計分析方法上，數據初步處理采用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 試驗結果分析

2.1 土壤理化性質的變化

2.1.1 土壤有機質質量分數的變化

根據試驗結果，試驗開始前后土壤有機質質量分數變化情況如表1所示。

在試驗開始前，3個試驗組的土壤有機質質量分數均為2.0%。在作物整個生長季結束時（施肥周期結束），再次檢測土壤有機質質量分數，對照組的土壤有機質質量分數略有增加，從2.0%提高到2.1%，但這種變化在統計上并不顯著；試驗組一的土壤有機質質量分數顯著增加，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質量分數具有明顯效果；試驗組二的土壤有機質質量分數從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的積累。

通過進一步統計分析發現，試驗組一和試驗組二的土壤有機質質量分數增加與對照組相比具有高度統計顯著性（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。根據整個生長季的定期測定結果，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（每克土壤每小時產生的產物的微摩爾數），表明初始的微生物活性水平較低［4］。在試驗結束時，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，結果如表3所示。

試驗數據顯示，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，發現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）。這一結果表明，有機肥與中微量元素水溶肥聯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 產量提升情況

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

通過方差分析，得出試驗組一和試驗組二的產量與對照組相比存在顯著差異（P lt; 0.01），且試驗組二的產量顯著高于試驗組一（P lt; 0.05）。這一結果表明，有機肥與中微量元素水溶肥聯合施用顯著提高了作物的產量，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量［5］。

3 討論

3.1 土壤改良與作物產量的關系

土壤改良主要通過增加土壤有機物質含量來實現，有機肥的施用顯著提升了土壤有機質水平。有機質是土壤肥力的基石，不僅可以增加土壤的孔隙率，改善土壤的物理結構，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分循環中扮演關鍵角色，微生物活動直接影響養分的有效性和作物對養分的可利用性。有機質的增加還有助于緩解土壤板結，促進作物根系發育，從而增強作物對水分和養分的吸收效率。中微量元素水溶肥則需要根據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，補充這些關鍵的中微量元素，使作物的生長速度和最終產量明顯提升。

3.2 不同施肥策略的綜合比較

對照組施用傳統化學肥料導致土壤有機質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含量，增強了土壤中的微生物活性，還有效提高了作物產量。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，對環境和作物安全構成潛在威脅［6］。因此，需要根據土壤特性和作物需求精確調整施肥策略，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合施用的可持續性討論

從試驗結果來看，有機肥和中微量元素水溶肥的聯合施用顯著提高了土壤的有機質含量，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，必須嚴格監控土壤和作物中微量元素水平，以避免長期施用引發的環境風險。在現代農業發展中，經濟可持續性也是必須考慮的關鍵因素［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，通過提高作物產量和品質、減少化學肥料和農藥的使用，可以實現經濟效益的提升。

4 結束語

有機肥與中微量元素水溶肥的聯合施用，不僅可以促進作物的生長，還顯著增加了土壤中的有機質含量，提高了土壤肥力，增強了其對抗環境壓力的能力，可為作物提供更優良的生長環境。施用中微量元素水溶肥能夠促進植物生理過程中關鍵活性物質功能的充分發揮和產品品質提升［8-11］，這是傳統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合施用不僅能促進土壤有機質質量分數、農作物產量、農作物生長速度的提升，而且具有顯著的可持續性。

參考文獻：

［1］林思遠，袁軍委，侯俊，等.有機肥小分子化促進作物增產增效的研究進展［J］.中國農學通報，2024，40（15）：59-65.

［2］黃忠陽，劉慶葉，戎茸，等.化肥減施條件下中微量元素肥配施氨基酸水溶肥對西瓜生長和品質的影響［J］.長江蔬菜，2019（22）：62-64

［3］董彥麗，王彥武，張峰，等.蘭州市城郊林草地土壤碳通量特征及其影響因素［J］.土壤通報，2024，55（1）：76-83.

［4］李華，高麗.β-葡萄糖苷酶活性測定方法的研究進展［J］.食品與生物技術學報，2007，（2）：107-114.

［5］云秋皓.太岳山不同海拔高度森林土壤微生物群落、酶活性的分布及其與有機質分解的關聯性分析［D］.太原：山西師范大學，2023.

［6］唐蓮，何權，李昆，等.四川主要肥料中重金屬元素的含量與評價［J］.四川農業與農機，2016，（5）：38-40，42.

［7］沈璐.新時期農業經濟高質量發展探討［J］.山西農經，2024，（2）：85-87.

［8］馬斌，丁煊毅，展宗瑞，等.淺析中微量元素水溶肥料的特點及發展前景［J］.安徽化工，2023，49（3）：5-7.

［9］安曉靜，劉尚年，王海英，等.中微量營養元素在藥用植物栽培中的應用進展［J/OL］.中藥材，2024，（4）：1045-1052［2024-5-11］.

［10］莫培浩.增施中微量元素肥對沙糖橘產量及品質的影響［J］.南方園藝，2024，35（1）：19-22.

［11］石昭瑾.中微量元素硫、鉬對小豆產量及籽粒品質的影響［D］.保定：河北農業大學，2022.

（欄目編輯：姜春艷）