增施有机肥对黄泛冲积区贫瘠土壤养分和玉米产量的影响

张奇 张振华 刘丽珠

摘要：针对黄泛冲积区土壤肥力低、生物功能弱等障碍因子，比较了增施不同有机肥料（普通商品有机肥、生物有机肥）及其不同施用量（150、300、450 kg/667 m2）对江苏省滨海县黄泛冲积区贫瘠土壤养分和生物性状的影响，结果显示：施用有机肥能不同程度提升土壤有机质含量，增加氮、磷、钾养分含量，降低土壤pH值，改良土壤理化性质;施用有机肥还能提高碱性磷酸酶活性，使土壤微生物活性和多样性指数增加，改良土壤的生物功能。随着有机肥用量从150 kg/667 m2增加到450 kg/667 m2，有机肥施用对土壤养分含量和生物功能改善效果愈加明显，玉米产量也与对照相比增加0.75%到25.8%不等，其中以施用450 kg/667 m2普通有机肥增产效果最好。而相同用量下，施用商品有机肥的NOF处理对土壤理化性质和养分的提升效果要好于施用生物有机肥的BOF处理，但BOF处理对生物性状的改良作用要高于NOF处理的。由此可见，施用有机肥的土壤各项肥力指标和作物产量在短期内就都已有所提升，尤其在施用量为450 kg/667 m2的处理中。因此长期施用有机肥在培肥土壤，保障我国粮食作物稳产、增产方面的重要作用已经可以预见。

关键词：贫瘠土壤;有机肥;土壤理化性状;生物功能;玉米产量

中图分类号： S156  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）17-0271-05

我國耕地正面临土壤贫瘠化（又称土壤退化）的重大问题[1]。江苏省滨海废黄河黄泛冲积区耕地面积约 80万hm2，是我省重要的粮食主产区，但由于土壤质量差，粮食产量一直处于中下等水平[2]。土壤普遍存在板结、漏水漏肥等特点，以及土壤有机质含量下降、大量与中微量养分存在不均衡等现象。其中，有机质含量的下降可以作为土壤退化的一项重要标志，它与土壤的许多属性是相互关联的[3-5]。化肥一直以来作为我国农业增产[6]的重要手段，而有机肥作为农业生产的重要肥源，在培肥地力、提高作物产量和改善品质方面具有重要作用[7-8]，宁川川等研究表明：施用有机肥可以使土壤物理性质得到改善[9-10]，同时有机肥中的微生物次生代谢产物，可以促进土壤中团粒结构的形成，为作物生长提供一个良好的环境[11]。从长远角度来看，化肥虽然可以短期内解决作物对养分的需求，但对农田土壤质量的影响也是难以逆转的。本试验针对黄泛冲积区土壤肥力低、生物功能弱等障碍因子，通过增施有机肥在研究区贫瘠土壤的培肥熟化试验，并配合相应的深耕松土技术，研究不同有机肥种类及施用量条件下土壤耕层养分和生物功能及作物产量的变化特征，筛选并验证有机肥培肥熟化技术对土壤障碍因子的消减效果。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用商品有机肥为严博士有机肥，总养分≥5.0%，有机质≥45%，腐殖质25%;生物有机肥为南京宁粮生物有机肥，总养分≥5.0%，有机质≥55%，有效活菌数≥0.2亿/g;复合肥为绿聚能复合肥，20% N，14% P2O5，6% K2O;玉米种子为黎乐66玉米种子。

1.2 试验处理

本试验在江苏省滨海县黄河湾公司江苏省农业科学院试验基地进行，总面积约2 650 m2。试验前对该农田地块进行土壤翻耕（翻耕深度约20 cm）、平整土地（机器旋耕）、试验小区划分、施复合肥和有机肥、挖边界沟渠（沟渠10 cm）后，利用简易播种机播种玉米。

试验地块当季小麦收割后开始进行土壤培肥熟化试验，研究增施不同有机肥料及用量对该地块土壤养分和生物性状的影响。试验共设置7个处理，普通商品有机肥（NOF1，NOF2，NOF3）和生物有机肥（BOF1，BOF2，BOF3）各施用150、300、450 kg/667 m2，以及不施有机肥、单施复合肥（CF）50 kg/667 m2作为对照处理。每个处理设置3个重复，共21个小区，每个小区90 m2，随机区组排列。其他追肥、除草、浇水等田间管理措施均与大田相同。

1.3 土壤样品采集

小麦收割后，玉米播种前采1次原始土样，试验地土壤基本性状见表1。由表1可以看出，此次试验土壤为碱性贫瘠土壤。试验地于2017年6月18日播种玉米，设置行距 73 cm、株距25 cm。7月15日玉米苗期采第一次土样，10月15号玉米收获期采第二次土样。样品从小区的中部四垄采取，采样点呈“S”形分布[12]。取土时，土钻一次打到20 cm深度，每个小区采集3次重复，然后将同一小区的3个重复样品混合成1个样品，采用四分法最后留取约1 kg土样，用塑料袋装好放入保温箱带回实验室备用。

1.4 土壤样品测定

1.4.1 土壤基本理化指标的测定 土壤pH值采用NY/T 1377—2007《土壤pH值的测定》方法进行测定;有机质含量按照NY/T 85—1988《土壤有机质测定法》方法测定;全氮参照NY/T 53—1987《土壤全氮测定法（半微量开氏法）》测定;总磷采用LY/T 1232—2015《森林土壤全磷的制定》方法测定;总钾按照LY/T 1234—2015《森林土壤钾的测定》方法测定;有效态氮采用碱解扩散吸收法[13];有效磷采用碳酸氢 钠- 钼锑抗比色法[14];有效钾采用乙酸铵提取-火焰光度法测定[15]。

1.4.2 土壤微生物功能多样性 土壤微生物功能多样性测定采用Biolog微孔平板法[16-18]。

1.4.3 土壤碱性磷酸酶的测定 土壤碱性磷酸酶测定采用分光光度法[19-20]：将1.00 g新鲜土样（

1.5 统计方法

采用GraphPad prism7进行数据处理和作图，SPSS 19.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 有机肥种类与用量对土壤有机质的影响

由图1可知，在玉米苗期，单施化肥的对照处理（CF）与原始土样有机质含量相比无显著差异，而施用有机肥处理（NOF和BOF）的土壤有机质含量与原土相比均有显著增加，表现为BOF>NOF>CF。其中以生物有机肥施用量为 450 kg/667 m2（BOF3）处理最为显著，比CF和相同用量普通有机肥NOF3处理有机质含量分别提高25.0%和10.3%。相比之下，施普通有机肥450 kg/667 m2（NOF3）处理，有机质与CF相比增加了10.1%。玉米收获期，有机质被分解由作物吸收，各个处理间的含量都有下降的趋势，其中以施用普通有机肥450 kg/667 m2的处理NOF3下降最为明显，降幅达到40.7%。

2.2 不同有机肥种类与用量对土壤氮素养分的影响

在玉米苗期，施用有机肥的土壤全氮含量与CF相比均有所增加，即NOF>BOF>CF（图2）。对于同种有机肥而言，土壤全氮含量随着施用量的增加而增加;当施用量达到 450 kg/667 m2时，土壤全氮含量为最高。总的来说，相同用量下普通有机肥处理全氮含量要高于生物有机肥的，NOF3和BOF3与CF相比分别增加43.8%和39.1%。玉米收获期土壤全氮与与苗期相比有所降低，其中降幅最高的为施用普通有机肥的NOF3处理，达到了29.3%。

与土壤全氮变化趋势一样，在玉米苗期，施用有机肥的土壤中，同一施肥量下碱解氮的含量为NOF>BOF>CF（图3）。对于同种有机肥而言，碱解氮含量隨着用量的增加而增加;当施用量达到450 kg/667 m2时，土壤碱解氮含量为最高。总的来说，相同用量下普通有机肥处理碱解氮含量要高于生物有机肥的，NOF3和BOF3与CF相比分别增加51.4%和 32.8%。在玉米收获期，土壤中速效氮含量与苗期相比显著降低，其中NOF3处理的碱解氮含量下降最多，与苗期相比下降26.8%。同一施肥量下，各处理间碱解氮的含量变化趋势与苗期的相似。

2.3 有机肥种类与用量对土壤磷含量的影响

由图4可知，在玉米苗期，除有机肥施用量为 450 kg/667 m2（NOF3）处理的全磷含量显著高于对照（CF）7.8%外，其他处理与CF无显著差异。在玉米收获期，土壤中总磷含量与有机质、氮素指标相似，与苗期相比均呈现下降趋势，但是降低的比例与其他指标相比要小，其中NOF3和BOF3总磷含量与苗期相比分别下降6.7%和5.8%。

总体而言，苗期施用普通有机肥处理的土壤，其速效磷含量随着施肥量的增加而增加（图5），NOF1、NOF2和NOF3与对照CF相比分别增加62.3%、83.3%和139.1%。相比之下，施用生物有机肥的处理速效磷含量与对照相比增幅要小，BOF1、BOF2和BOF3与对照CF相比分别增加54.3%、50.7% 和72-4%。在玉米收获期，土壤中速效磷含量与总磷、有机质和氮素指标相似，比苗期有所降低;不同有机肥及用量对土壤速效磷含量的影响与苗期的变化趋势基本一致，可见施用普通有机肥在土壤速效磷含量提升方面有较好的作用。

2.4 有机肥种类与用量对土壤钾的影响

由图6可以看出，在玉米苗期，施用普通商品有机肥的土壤总钾含量随施肥量的增加而增加，NOF1、NOF2和NOF3与对照CF相比分别增加4.5%、12.2%和22.7%。同一施肥量下NOF>BOF>CF处理。与其他指标相似，玉米收获期总钾含量与苗期相比呈下降趋势。

由图7可见，苗期土壤中的速效钾含量与有机肥施肥量呈正相关，其中NOF3处理的含量最高，但与其他组的差异并不显著。收获期土壤中的速效钾含量与苗期相比有所下降，相同施肥量条件下，普通有机肥处理组的速效钾含量比生物有机肥处理组的高。

2.5 有机肥种类与用量对土壤pH值和容重的影响

玉米苗期施用有机肥土壤pH值基本维持在8.2左右，收获期施用有机肥的土壤pH值维持在8左右，而对照处理在整个玉米生育期pH值基本稳定在8.4左右（图8）。总体而言，施有机肥的各个处理pH值随着有机肥用量增加而呈下降趋势，其中BOF3处理下降最明显，收获期土壤pH值降至7.86。

土壤容重分析结果表明，各处理间土壤容重无显著差异（图9），原因可能是有机肥的施用时间过短，有机肥对容重的影响尚未显现。

2.6 有机肥种类与用量对土壤碱性磷酸酶的影响

由图10可看出，玉米苗期施用生物有机肥的BOF3处理土壤磷酸酶活性显著高于所有施用普通商品有机肥和对照处理的，而施用普通商品有机肥处理土壤碱性磷酸酶活性与对照相比无显著差异。表明生物有机肥施用量达到一定水平才会对土壤磷酸酶活性产生显著促进作用。到了玉米收获期，BOF3处理仍显著高于对照处理，但差距由苗期的162.0%降低到47.0%，表明生物有机肥的对土壤酶活性的促进作用会随着使用时间的增加而减弱。

2.7 有机肥种类与用量对土壤微生物群落结构和多样性的影响

2.7.1 单孔平均光密度（AWCD值）的变化 由图11可以看出，各处理在1 d之内AWCD值都很小，在1 d之后，各处理AWCD值都快速升高，碳源被大幅度利用。总体而言，施用有机肥的各处理AWCD值显著高于CF处理，其中以BOF3处理的AWCD值为最高。从图12可知，玉米收获期时各处理的AWCD值均显著低于苗期相应处理的，CF和BOF3处理收获期的土壤在培养96 h时AWCD值分别是0.31和1.03，而相同培养时间下苗期的值分别是0.58和1.21，微生物群落活性分别降低了46%和15%。

2.7.2 微生物群落多样性指数 BIOLOG结果显示，施用有机肥各处理的微生物利用碳源种类数和代谢Shannon-Wiener多样性指数显著高于CF处理，且随着有机肥用量的增加而升高。同等用量条件下，在作物苗期，增施有机肥各处理土壤的Shannon-Wiener多样性指数高于单施化肥（CF）的处理，表明施用有机肥提高了微生物碳源利用种类数和代谢功能多样性;但在收获期，施用有机肥对多样性指数的影响随施用有机肥时间的延长而几乎消失，并且不同有机肥种类和用量处理之间均没有对微生物群落多样性（Shannon-Wiener指数）产生显著影响（表2）。

2.8 有机肥不同种类与用量对玉米产量的影响

由图13可知，施用有机肥的处理玉米产量均高于CF处理，且随着施用量的增加玉米产量也随之增加。相同用量下，施用普通商品有机肥的NOF处理产量要高于施用生物有机肥的BOF处理，但仅NOF3的产量显著高于CF，即CF处理产量为480.6 kg/667 m2，NOF3和BOF3的产量分别为 515.4 kg/667 m2和604.4 kg/667 m2，增产幅度分为25.8%和7.2%。

3 讨论与小结

本试验结果表明，施用有机肥的处理土壤pH值短期内呈现下降的趋势，潘丹丹等研究表明施用有机肥和无机化肥的土壤在短期内由中性变为酸性[21]，本研究结果与之一致。罗兴录等研究表明，施用有机肥能降低土壤容重，提高土壤的孔隙度[22]，其原因主要是有机肥富含有机质，而有机质施到土壤以后能降低土壤容重，提高土壤孔隙度。在本研究土壤容重的变化不明显，可能是由于施用有机肥的时间过短，有机质在土壤中未得到充分分解，从而各个处理间的容重变化不明显，此外田间的人为因素对土壤容重也有很大的改变[23]。在土壤有机质方面，施用有机肥的处理土壤有机质的含量都有显著提高，这与以往相关研究[24-25]相一致，而土壤有机质含量高，为土壤中的微生物代谢提供了能源，对土壤中氮的矿化有激发作用，有利于土壤中磷、钾细菌的繁殖[26]。

张鹏等通过连续试验，施用有机肥的土壤耕层各种养分的含量与原土相比有了明显的变化，施用有机肥能够显著增加0～20 cm土层土壤养分含量[27]。在本试验中，施用有机肥的各个处理中氮磷钾3种养分均高于对照处理，这与孙建等的研究[28]相一致。而相同用量下，施用商品有机肥的NOF处理表现要好于施用生物有机肥的BOF处理，这说明在此次实验中所采用的普通商品有机肥本身的养分含量要高于生物有机肥，对土壤养分改良方面也要高于生物有机肥。

在土壤微生物群落方面，Liu等用Biolog方法研究了土壤微生物群落功能多样性，结果表明生物有机肥处理的多样性指数与碳源利用率均极显著高于化肥处理[29]，本试验结果与之相一致，对照处理对各类碳源的利用能力和多样性指数相比有机肥处理较低。

土壤酶活作为一个敏感的生化指标，能够反映土壤质量在时间序列或各种不同条件下的变化，在植物营养物质转化中起重要作用[30]。试验中施用生物有机肥处理的碱性磷酸酶指标要明显高于普通商品有机肥，尤其在玉米苗期，这也得益于生物有机肥对土壤微生物群落的改良，也说明施用生物有机肥对土壤碱性磷酸酶的提升有显著效果。在玉米收获期，由于玉米的生長需要，土壤中的养分含量出现不同程度的下降，具体表现为氮>钾>磷，这与柴颖等的研究结果[31]相一致。

产量是土壤肥力的综合反映，不同施肥处理对土壤肥力特性的影响必然要反映到作物产量的变化上[32]。本试验中玉米产量与氮、磷、钾等养分指标呈显著正相关，表明作物产量与土壤养分含量密切相关。有机肥与化肥配合施用，不但补充了有机碳源，改善了土壤物理性状，而且大大刺激了土壤微生物的活性[33]，并且明显增加了作物产量[34]。

总而言之，增加施用有机肥的土壤各项肥力指标和作物产量在短期内就都已有明显提升，尤其在施用量为 450 kg/667 m2 的处理中，因此长期施用有机肥在培肥土壤，保障我国粮食作物稳产、增产方面的重要作用已经可以预见。

参考文献：

[1]杨 卿，郎南军，苏志豪，等. 土壤退化研究综述[J]. 林业调查规划，2009，34（1）：20-24.

[2]刘晓艳. 老菜田土壤退化的表现、原因及对策[J]. 乡村科技，2015（5）：23.

[3]Tan Z X，Lal R，Wiebe K D. Global soil nutrient depletion and yield reduction[J]. Journal of Sustainable Agriculture，2005，26（1）：123-146.

[4]蔡 锐. 关于土壤退化的现状阐述[J]. 现代农业，2011（11）：34-35.

[5]杨艳生. 土壤退化指标体系研究[J]. 土壤侵蚀与水土保持学报，1998（4）：45-47，72.

[6]曾希柏，陈同斌，林忠辉，等. 中国粮食生产潜力和化肥增产效率的区域分异[J]. 地理学报，2002，57（5）：539-546.

[7]云 玲. 有机肥对土壤理化性质的影响[J]. 农业与技术，2010，30（3）：65-66.

[8]宁川川，王建武，蔡昆争. 有机肥对土壤肥力和土壤环境质量的影响研究进展[J]. 生态环境学报，2016，25（1）：175-181.

[9]Wang X L，Ren Y Y，Zhang S Q，et al. Applications of organic manure increased maize （Zea mays L.） yield and water productivity in a semi-arid region[J]. Agricultural Water Management，2017，187.

[10]邹原东，范继红. 有机肥施用对土壤肥力影响的研究进展[J]. 中国农学通报，2013，29（3）：12-16.

[11]吴建富，卢志红，胡丹丹. 科学认识有机肥料在农业生产中的作用[J]. 作物杂志，2017（5）：1-6.

[12]陈能场. 土壤采样如何减少误差[N]. 中国环报，2016-10-28（05）.

[13]夏 栋，潘家荣，张 博，等. 土壤速效氮两种测定方法的测定值相关性研究[J]. 三峡大学学报（自然科学版），2010，32（2）：95-97，102.

[14]程乐明，陈 良，刘建雷，等. 碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定土壤有效磷的注意事项[J]. 现代农业科技，2009（3）：205.

[15]郝卓敏. 土壤速效钾的测定[J]. 昭乌达蒙族师专学报（自然科学版），2000（3）：81-82.

[16]郑 华，欧阳志云，方治国，等. BIOLOG在土壤微生物群落功能多样性研究中的应用[J]. 土壤学报，2004，41（3）：456-461.

[17]Feigl V，Ujaczki ，Vaszita E，et al.Influence of red mud on soil microbial communities：application and comprehensive evaluation of the biolog eco plate approach as a tool in soil microbiological studies[J]. Science of the Total Environment，2017，595：903-911.

[18]Xue D，Yao H Y，Ge D Y，et al. Soil microbial community structure in diverse land use systems：a comparative study using biolog，DGGE，and PLFA analyses[J]. Pedosphere，2008，18（5）：653-663.

[19]石春芳，王志勇，冷小云，等. 土壤磷酸酶活性测定方法的改进[J]. 实验技术与管理，2016，33（7）：48-49，54.

[20]Ye X F，Liu H E，Li Z，et al. Effects of green manure continuous application on soil microbial biomass and enzyme activity[J]. Journal of Plant Nutrition，2014，37（4）：1097-1109.

[21]潘丹丹，吴祥为，田光明，等. 土壤中可溶性氮和pH对有机肥和化肥的短期响应[J]. 水土保持学报，2012，26（2）：170-174.

[22]罗兴录，岑忠用，谢和霞，等. 生物有机肥对土壤理化、生物性状和木薯生长的影响[J]. 西北农业学报，2008，17（1）：167-173.

[23]徐翠蘭，侯淑楠，姚紫东，等. 南方农田土壤容重空间变异性及其尺度效应[J]. 排灌机械工程学报，2017，35（5）：424-429.

[24]王晓娟，贾志宽，梁连友，等. 旱地施有机肥对土壤有机质和水稳性团聚体的影响[J]. 应用生态学报，2012，23（1）：159-165.

[25]Bhatti A U，Khan Q，Gurmani A H，Khan M J. Effect of organic manure and chemical amendments on soil properties and crop yield on a salt affected entisol[J]. Pedosphere，2005（1）：46-51.

[26]王 磊. 长期施用有机肥和秸秆还田对土壤有机质含量与土壤养分作物有效率的影响[J]. 科学之友，2011（4）：162-163.

[27]张 鹏，贾志宽，路文涛，等. 不同有机肥施用量对宁南旱区土壤养分、酶活性及作物生产力的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2011，17（5）：1122-1130.

[28]孙 建，刘 苗，李立军，等. 不同施肥处理对土壤理化性质的影响[J]. 华北农学报，2010，25（4）：221-225.

[29]Liu B，Tu B，Hu S J，et al.Effect of organic，sustainable，and conventional management strategies in grower fields on soil physical，chemical，and biological factors and the Incidence of southern Blight[J]. Applied Soil Ecology，2007，37（3）：202-214.

[30]姜佳琦. 生物有机肥对大蒜连作土壤酶、微生物及养分的影响[D]. 哈尔滨：东北农业大学，2013.

[31]柴 颖，赵 靓，黄 婷，等. 不同氮、磷配施对春玉米养分吸收和产量的影响[J]. 新疆农业科学，2015，52（3）：444-449.

[32]宗晓波. 农业有机废弃物发酵CO2施肥及残渣对植物生长和培肥土壤的作用[D]. 杭州：浙江大学，2011.

[33]Debosz G P，Rasmussen P H，Pedersen A R. Temporal variations in microbial biomass C and cellulolytic enzyme activity in arable soils：effect of organic matter input[J]. Applied Soil Ecology，1999，13：209-218.

[34]彭 娜，王开峰，谢小立，等. 长期有机无机肥配施对稻田土壤基本理化性状的影响[J]. 中国土壤与肥料，2009（2）：362-365.