施用煤基复混肥对复垦土壤养分、酶活性及玉米产量的影响

刘 洋，洪坚平，郭汉清，卫 迎，刘玲利

（山西农业大学资源环境学院，山西 太谷 030801）

施用煤基复混肥对复垦土壤养分、酶活性及玉米产量的影响

刘 洋，洪坚平，郭汉清，卫 迎，刘玲利

（山西农业大学资源环境学院，山西 太谷 030801）

通过复垦区大田试验，研究了煤基复混肥对土壤养分、酶活性及玉米产量的影响，目的是为了探究煤基复混肥培肥复垦土壤的最佳施用量。结果表明，煤基复混肥施用量为中肥时，土壤有机质含量在玉米拔节期、灌浆期和成熟期分别比施用量为高肥和低肥时提高了12.83%～48.72%，10.42%～15.80%，13.95%～32.08%；土壤碱解氮含量在玉米拔节期、灌浆期和成熟期分别比施用量为高肥和低肥时提高了42.86%～150.00%，58.36%～216.71%，38.43%～100.00%；土壤有效磷含量在玉米拔节期、灌浆期和成熟期分别比施用量为高肥和低肥时提高了7.47%～309.35%，5.19%～225.13%，1.68%～292.21%；土壤速效钾含量在玉米拔节期和灌浆期分别比施用量为高肥和低肥时提高了74.84%～239.30%，149.65%～383.09%；在玉米拔节期，土壤脲酶活性比施用量为高肥和低肥时提高了49.20%～398.61%，玉米产量比施用量为高肥和低肥时提高了6.96%～218.90%。施用量为中肥时煤基复混肥对复垦土壤肥力提升效果最好。

煤基复混肥；土壤养分；酶活性；玉米产量

矿山开采使土壤结构遭到破坏[1]，产生许多工矿区废弃物，如风化煤、煤泥、粉煤灰等，引起很严重的环境问题，与长期耕作土壤相比，存在结构性不良、肥力低下、熟化程度差、微生物数量少、土壤质量降低等问题[2-3]。利用工矿区废弃物提高土壤肥力自然就成为矿区土壤复垦的首要目标[4-6]。煤基复混肥是利用不同工矿区废弃物和多种化学肥料进行复混自主研发而成的，研究其在提高复垦土壤肥力、改善复垦效果等方面的效果具有较大的意义。郭汉清等[7]研究结果表明，施用煤基复混肥可明显提高土壤养分、改良土壤性状。弓莉斌等[8]研究结果表明，煤基复混肥不同配施均可以明显提高玉米和油菜的产量。但煤基复混肥对复垦土壤肥力提升最佳施用量的研究目前还比较少。

本试验通过复垦区大田试验，探究煤基复混肥培肥复垦土壤的最佳施用量，以期为利用工矿区废弃物为原料来改善复垦土壤肥力提供一些理论指导和依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2016年4—10月在山西省古交市屯兰矿复垦区进行。试验区位于古交市，地理位置为37°40′6″～38°8′9″N，111°43′8″～112°21′5″E，以南6 km屯兰矿南侧，南距姬家庄乡南梁上村1.6 km。该复垦区属大陆性气候，降雨期基本集中在7—9月，年平均气温为9.5℃，无霜期202 d；多年平均降雨量为460mm，多年平均蒸发量为1770.6～2080mm。该复垦区覆土方式为混推方式，厚度不超过1 m。

1.2 供试材料

供试土壤为石灰性褐土，质地为中壤土，基本养分状况列于表1。

表1 供试土壤基本养分状况

供试作物为玉米，品种为先玉335。

供试肥料是自主研发的煤基复混肥，在山西农业大学资源环境学院实验室由化学肥料（尿素、过磷酸钙、硫酸钾）和工矿区固体废弃物（风化煤、煤泥）复混而成，最终均达到或超过国家有机-无机复混肥料标准（GB18877—2009）。

1.3 试验设计与管理实施

本试验设置3种施肥用量；高肥（煤基复混肥5 878 kg/hm2），中肥（煤基复混肥 4 115 kg/hm2），低肥（煤基复混肥2 351 kg/hm2）；另设计一个不施肥处理（CK）；共4个处理，每个处理重复3次。复垦区种植玉米，共分12个小区，每个小区按10 m×10 m面积划分，种植密度6万株/hm2。试验期间无灌溉。于2016年5月1日至2016年10月10日在玉米不同生育期采集0～20 cm的土壤样品及作物玉米样品。

1.4 测定项目及方法

测定项目及方法列于表2。

表2 测定项目及方法

1.5 数据处理

试验所有数据用Microsoft Excel 2007进行计算，然后用统计软件SPSS 21进行方差分析，用Duncan法进行检验（α＝0.05）。

2 结果与分析

2.1 施用煤基复混肥对复垦土壤养分含量的影响

2.1.1 施用煤基复混肥对复垦土壤有机质含量的影响 从图1可以看出，在拔节期，煤基复混肥在低肥、中肥、高肥用量时土壤有机质含量均高于CK，且中肥土壤有机质含量显著高于高肥、低肥及CK；在灌浆期，煤基复混肥在低肥、中肥、高肥用量时土壤有机质含量均高于CK，其中，中肥含量最高，但与高肥、低肥及CK间差异不显著；在成熟期，煤基复混肥在低肥、中肥、高肥用量时土壤有机质含量均高于CK，中肥土壤有机质含量最高，但与高肥、低肥及CK间差异不显著。

随着玉米生育期的变化土壤有机质含量不断增加。这是因为煤基复混肥中含有腐植酸，对土壤有机质含量有明显的影响。

2.1.2 施用煤基复混肥对复垦土壤碱解氮含量的影响 从表3可以看出，在拔节期，煤基复混肥在低肥、中肥、高肥用量时土壤碱解氮含量均高于CK，其中，中肥含量最高，与CK相比差异显著，与高肥、低肥含量相比，差异不明显；在灌浆期，煤基复混肥在低肥、中肥、高肥用量时土壤碱解氮含量均高于CK，其中，中肥含量最高，且与CK间差异显著，与高肥、低肥间差异不显著；在成熟期，煤基复混肥在低肥、中肥、高肥用量时土壤碱解氮含量均高于CK，其中，中肥含量最高，且显著高于高肥和CK，与低肥处理间差异不显著。

土壤碱解氮含量可以反映当季玉米可利用的土壤氮含量[11]，中肥用量处理在玉米各个生育期土壤碱解氮含量均显著高于其他施肥用量处理。随着玉米生育期的推进，土壤碱解氮含量普遍呈现增加的趋势，从灌浆期开始基本维持稳定。表明煤基复混肥具有一定的氮素保持能力。这与高菊生等[11]长期有机无机肥配施能提高土壤中氮的含量和徐祖祥等[10]不同施肥处理的长期定位试验土壤全氮含量呈上升趋势的研究结果类似。

表3 施用煤基复混肥对不同时期土壤速效养分含量的影响 mg/kg

2.1.3 施用煤基复混肥对复垦土壤有效磷含量的影响 由表3可知，在拔节期，煤基复混肥在低肥、中肥、高肥用量时土壤有效磷含量均显著高于CK，其中，中肥含量最高，且与高肥、低肥间差异显著；在灌浆期，煤基复混肥在低肥、中肥、高肥用量时土壤有效磷含量均显著高于CK，其中，中肥含量最高，且与低肥相比差异显著，与高肥相比差异不显著；在成熟期，煤基复混肥在低肥、中肥、高肥用量时土壤有效磷含量均显著高于CK，其中，中肥含量最高，但与高肥、低肥相比差异不显著。随着玉米生育期的推进，土壤有效磷含量从灌浆期开始普遍下降。

2.1.4 施用煤基复混肥对复垦土壤速效钾含量的影响 从表3可以看出，在拔节期和灌浆期，煤基复混肥在低肥、中肥、高肥用量时土壤速效钾含量均显著高于CK，其中，中肥含量最高，且与低肥、高肥和CK间差异显著；在成熟期，煤基复混肥在低肥、中肥、高肥用量时土壤速效钾含量均高于CK，低肥、中肥与CK间土壤速效钾含量差异不显著，高肥土壤速效钾含量最高，与低肥、中肥和CK间差异显著。随着玉米生育期的推进，土壤速效钾含量总体呈递增的趋势。

2.2 施用煤基复混肥对复垦土壤酶活性的影响

2.2.1 施用煤基复混肥对复垦土壤脲酶活性的影响 从图2可以看出，在拔节期，煤基复混肥在低肥、中肥、高肥用量时土壤脲酶活性均高于CK，其中，中肥活性显著高于CK，低肥、高肥与CK间差异不显著；在灌浆期，煤基复混肥在中肥用量时土壤脲酶活性最高，但低肥、中肥、高肥和CK间差异均不显著；在成熟期，煤基复混肥在中肥用量时土壤脲酶活性高于高肥和CK，在低肥时土壤脲酶活性最高，但与中肥间差异不显著。在不同的玉米生育期，灌浆期土壤脲酶活性普遍较高，这是因为在该生育期内玉米植株生长需要大量的可溶性氮，导致脲酶活性增强，这与焦晓光[13]等的研究结果含氮量与土壤脲酶活性正相关一致。

2.2.2 施用煤基复混肥对复垦土壤蔗糖酶活性的影响 从图3可以看出，在拔节期，煤基复混肥在低肥、中肥用量时土壤蔗糖酶活性均高于CK，其中，中肥土壤蔗糖酶活性最高且显著高于CK和高肥，低肥与CK相比差异不显著，与中肥相比差异也不显著；在灌浆期和成熟期，煤基复混肥施肥在低肥、中肥、高肥用量以及CK间土壤蔗糖酶活性均无显著差异。随着玉米生育期的推进，土壤蔗糖酶活性总体呈递增的趋势。

2.2.3 施用煤基复混肥对复垦土壤磷酸酶活性的影响 由于本试验供试土壤呈碱性，故选择碱性磷酸酶作为土壤磷循环的主要指标。从图4可以看出，玉米不同生育期煤基复混肥施肥在低肥、中肥、高肥用量以及CK间土壤碱性磷酸酶活性均无显著差异。随着玉米生长期的推进，土壤碱性磷酸酶活性总体呈递增的趋势。

2.2.4 施用煤基复混肥对复垦土壤过氧化氢酶活性的影响 从图5可以看出，玉米不同生育期煤基复混肥施肥在低肥、中肥、高肥用量以及CK间土壤过氧化氢酶活性均无显著性差异。随着玉米生长期的推进，土壤过氧化氢酶活性没有明显的变化。

2.3 施用煤基复混肥对复垦土壤玉米产量的影响

从图6可以看出，煤基复混肥在低肥、中肥、高肥用量时，玉米产量均显著高于CK，分别较CK提高了198.16%，218.90%，195.71%，其中，中肥玉米产量最高，且与低肥、高肥相比差异显著，低肥、高肥间差异不显著。本试验表明，在复垦区，不施肥会对玉米产量形成明显胁迫；但过量施肥也会导致玉米减产，这与已有研究结论一致[14-15]。

3 讨论

煤基复混肥是由郭汉清等[7]利用不同废弃物和多种化学肥料进行复混自主研发而成的，经过一系列的大田和盆栽试验，结果表明，施加煤基复混肥可以有效提高土壤肥力以及玉米的产量和品质。本试验旨在通过对不同用量煤基复混肥的肥效研究得出其对复垦土壤肥效提高的最适用量，为土壤复垦的进一步研究提供一些依据。

施用煤基复混肥可以使土壤有机质含量比不施肥处理明显提高。这是因为复垦区土壤有机质含量很低，施用煤基复混肥可以使土壤有机质含量短时间内迅速提高。在拔节期，煤基复混肥中肥用量处理时，土壤有机质含量明显高于其他处理。表明施用适量的煤基复混肥提升土壤有机质含量效果最佳。施用煤基复混肥对于土壤速效养分含量也有很好的改良作用，并且煤基复混肥施用量为中肥时，土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量好于其他处理。表明施用适量的煤基复混肥可以更好地改良土壤的性状、增加土壤提供养分的能力。这与孙建等[16]的有机无机复混肥可以改良土壤理化性质结论相似。

土壤中脲酶可以水解土壤有机质中的碳-氮键，可以促进土壤氮循环，从而提升土壤提供养分的能力[17]，因此，土壤脲酶活性对土壤肥力高低具有一定的表征作用[18]。煤基复混肥施用量为中肥时，土壤脲酶活性好于其他处理，表明适宜用量的煤基复混肥能更好地提升土壤脲酶的活性。土壤中的有机磷酯可以被磷酸酶水解成为无机磷酸，所以，磷酸酶活性与土壤有效磷含量呈现出正相关的关系[19]。本试验中，施用煤基复混肥对土壤碱性磷酸酶活性并没有明显的影响，这与贾伟等[20]研究得出的长期合理单施化肥提高土壤脲酶活性但对碱性磷酸酶活性的影响较小的结论相类似。本试验结果表明，煤基复混肥在中肥用量处理下，土壤蔗糖酶活性总体上略高于其他几个处理。

适宜用量施肥可以促进玉米籽粒的灌浆，提高产量，但施肥不足或过量均会导致产量下降。本试验表明，复垦区在不同的煤基复混肥施肥用量下，玉米产量表现为中肥＞低肥＞高肥＞CK，表明施用适宜用量的煤基复混肥时，玉米产量最大。不施肥处理会导致产量很低，但是施肥浓度过高对玉米产量并没有提高的作用，反而会增加投入成本，使经济效益大大降低，这与郑洪兵等[21]研究的先玉335产量随施氮量的增加呈单峰曲线变化和王爽等[15]研究的过量施氮并不能增加玉米对氮素的吸收的结果类似。

4 结论

本研究结果表明，在中肥处理下，土壤有机质含量在玉米拔节期、灌浆期和成熟期分别比其他处理提高了 12.83%～48.72%，10.42%～15.80%，13.95%～32.08%；土壤碱解氮含量在玉米拔节期、灌浆期和成熟期分别比其他处理提高了42.86%～150.00%，58.36%～216.71%，38.43%～100.00%；土壤有效磷含量在玉米玉米拔节期、灌浆期和成熟期分别比其他处理提高了7.47%～309.35%，5.19%～225.13%，1.68%～292.21%；土壤速效钾含量在玉米拔节期和灌浆期分别比其他处理提高了74.84%～239.30%和149.65%～383.09%。施用适宜用量的煤基复混肥可以最佳提升土壤肥力，改良土壤性状。

在拔节期，中肥处理下土壤脲酶活性比其他处理提高了49.20%～398.61%；土壤蔗糖酶活性比其他处理提高了64.22%～168.74%。施用适宜用量的煤基复混肥对土壤酶活性提升具有很重要的影响。

中肥用量处理下玉米产量达到最高，比其他处理提高了6.96%～218.90%。充分说明适宜用量的煤基复混肥是提高玉米产量的最佳选择。本试验中，施用量为中肥时是促进玉米生长和改良土壤的最佳施用量。

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Effects of Applying Coal-derived Compound Fertilize on Soil Nutrients,Enzyme Activities and Corn Yield in Reclaimed Soil

LIUYang，HONGJianping，GUOHanqing，WEI Ying，LIULingli
（College ofResources and Environment，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

To explore the best application of coal-derived compound fertilize fostering fertility in reclaimed soil,the effects of coal-derived compound fertilize on soil nutrients,enzyme activities and corn yield were studied,based on field experiment in reclamation area.The results showed that the coal-derived compound fertilize was middle fertilizer,soil organic matter content in shooting period,pustulation period and mature period were compared for high and low dosage of fertilizer increased by 12.83%-48.72%,10.42%-15.80%and 13.95%-32.08%,respectively.The content of soil available nitrogen in shooting period,pustulation period and mature period were compared for the amount of high fertility and lowfertility increased by 42.86%-150%,58.36%-216.71%,38.43%-100%,respectively.The soil available phosphorus content in shooting period,pustulation period and mature period were compared for high and low dosage of fertilizer increased by 7.47%-309.35%,5.19%-225.13%and 1.68%-292.21%,respectively.The content of available potassiumin soil ofhigh fertilityand lowfertilizer for corn in jointingand fillingstage respectivelythan the amount increased by74.84%-239.30%,149.65%-383.09%,respectively.Soil urease activity increased by 49.20%-398.61%at the jointing stage ofcorn.The yield of corn increased by 6.96%-218.90%when compared with the application ofhigh fertilizer and lowfertilizer.When the application amount is middle fertilizer,the coal-derived compound fertilize has the best effect on the soil fertilityimprovement.

coal-derived compound fertilize;soil nutrient;enzyme activity;corn yield

S158.1；S513

A

1002-2481（2017）11-1786-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.11.14

2017-06-19

山西省重大科技攻关项目山西省重大专项（20121101009）；国家自然科学基金项目（31272257）

刘 洋（1988-），男，山西阳泉人，在读硕士，研究方向：土壤复垦与生态重建。洪坚平为通信作者。