沼肥与化肥配施对玉米田土壤性质的影响

刘德尧 尤颖 夏嘉呈

摘要：為探究沼肥和化肥按不同比例配合施用对土壤性质的影响，选择玉米田土壤为试验材料，设置6个不同施肥处理，CK（不施肥）、HF（化肥）、ZH20（20%沼肥+80%化肥）、ZH50（50%沼肥+50%化肥）、ZH80（80%沼肥+20%化肥）、ZF100（100%沼肥）。采用随机区组设计试验，研究其在玉米拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽穗吐丝期和收获期5个生育时期对土壤容重、pH、有机质含量、速效氮、磷、钾含量的影响。结果表明，小喇叭口期ZF100处理土壤有机质的含量显著降低，而收获期时ZF100处理土壤有机质的含量显著提高;5个生育时期各施肥处理均处理使土壤容重下降，且沼肥浓度越高的施肥处理土壤容重下降越明显;5个生育时期与CK相比，HF处理均使土壤pH降低，ZH20、ZH50、ZH80、ZF100处理使土壤pH升高;ZH50处理提高土壤速效氮含量的效果最显著;ZH80、ZF100处理提高土壤速效磷含量效果最显著;各处理间对提高土壤速效钾含量的效果差异不显著。

关键词：沼肥;化肥;土壤性质;玉米田

中图分类号：S513;S14         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）06-0039-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.06.007           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of biogas manure combined with chemical fertilizer

on soil properties in cornfield

LIU De-yao，YOU Ying，XIA Jia-cheng，ZHAO Jin-xi，WANG Xue-fen，HAN Shou-liang，LIU Xin-cheng

（Yantai Institute，China Agricultural University，Yantai 264670，Shandong，China）

Abstract： In order to study the effects of combined application of biogas manure and chemical fertilizer in different proportions on soil properties， cornfield soil was selected as experimental material. Six different fertilization treatments were selected for corn field soil， including CK（no fertilization）， HF（chemical fertilizer）， ZH20（20% biogas fertilizer + 80% chemical fertilizer）， ZH50（50% biogas fertilizer + 50% chemical fertilizer）， ZH80（80% biogas fertilizer + 20% chemical fertilizer） and ZF100（100% biogas fertilizer）. Random block design was used. The effects of each treatment on soil bulk density， pH， organic matter content and available nitrogen， phosphorus and potassium content in five key maize growth stages， including jointing stage， small bell-mouthing stage， big bell-mouthing stage， tasseling and silking stage and physiological maturity， were studied by using random block design experiment. The results showed that the application of 100% biogas manure significantly decreased the content of soil organic matter at small bell-mouthing stage， but at physiological maturity it increased the content of soil organic matter significantly; The soil bulk density decreased in all fertilization treatments during the five growth stages， and the higher the concentration of biogas fertilizer， the more obvious the decrease of soil bulk density was; Compared with group CK， soil pH decreased in group HF， while increased in group ZH20， ZH50， ZH80 and ZF100 during the five growth stages; the application of ZH50 had the most significant effect on increasing soil available nitrogen content; The application of ZF100 and ZH80 had the most significant effect on increasing soil available phosphorus content; There was no significant difference among the effects on improving soil available potassium content of all fertilization treatments.

Key words： biogas manure; chemical fertilizer; soil properties; cornfield

随着畜牧业产业化的发展，生产规模扩大的同时，以畜禽粪尿为主的大量废弃物给生态环境造成的污染也日益加重[1]。产生的粪便及污水具有浊度高、数量大、易腐败及难运输的特点，未经处理或处理不当会对畜牧场本身及周边水体造成严重污染，充当许多疾病的传播媒介[2]。畜禽粪尿中含有粗蛋白质、脂肪、糖类、粗纤维等物质，经无害化处理后可以实现有效利用。利用厌氧细菌对畜禽粪尿进行厌氧发酵产生沼气是一种综合利用畜产废弃物的有效措施[3]。

经沼气发酵后产生的沼肥是一种绿色、速缓兼具、优质的有机肥料，包括沼液和沼渣，含有丰富的氮、磷、钾、钠、有机质、腐殖酸及多种微量元素。大量研究表明，施用沼肥对作物品质、产量、营养物质含量和土壤元素含量都有显著的提高。刘再奇[4]研究表明连续3年施用沼肥可以增加玉米的产量。杨柳等[5]研究表明，以沼渣为基肥，不同浓度沼液为追肥，大棚番茄茎粗和抗逆性明显增强。宋三多[6]于2014—2016年研究了沼肥对成都平原稻麦轮作制水稻养分含量的影响，表明2016年当年沼肥高量处理较不施肥处理水稻子粒蛋白质含量提高了49.64%。陈楠等[7]在大田栽培冬小麦返青期施用稳定沼液营养液，结果表明稳定沼液营养液可以显著增加土壤速效磷、速效钾和有机质的含量。

随着沼气研究的深入和农村沼气利用的发展推广，发酵产生的沼肥大量地应用于农业生产。但许多研究指出，单施沼肥对作物产量的提高比单施化肥效果差[8-10]。为充分发挥化肥和沼肥两者各自优势，缓解对化肥的依赖性，沼肥和化肥配合施用是一种理想的施肥模式。雍山玉等[11]研究表明沼肥和化肥配合施用与单施沼肥相比，玉米增产达20.26%。王科等[12]通过对沼肥化肥配施对土壤质量影响的研究，发现常规化肥和中量沼肥处理可有效提高土壤有效磷和速效钾的含量。

土壤是农业生产和作物赖以生存的基础，是实现农业可持续发展的基石。因此，本研究以玉米田土壤为研究对象，探讨不同比例沼肥和化肥配合施用在不同玉米生育时期对土壤性质的影响，旨在优化沼肥的施肥工艺，为沼肥和化肥配施改善土壤性质提供理论依据。

1  材料与方法

1.1  材料

试验于2018年5—9月在山东省烟台市中国农业大学烟台校区试验田内进行。试验地区属暖温带海洋性季风气候，年平均气温11.8 ℃，平均降水量690 mm，气温年变化较小。试验田土壤类型为棕壤，土壤肥力均一，地势平坦，所种玉米品种为金海5号。

试验所用沼肥由当地养殖场利用畜禽废弃物经沼气生产发酵所提供。

1.2  试验设计

采用随机区组设计布置试验，共计6个处理，3次重复，18个小区。各小区内等行距平种，行间距66 cm，株间距25 cm。按照当地高产玉米田生产模式进行田间管理，充分满足肥水供应。

共设置6个施肥处理，分别为CK（不施肥）、HF（100%化肥）、ZH20（20%沼肥+80%化肥）、ZH50（50%沼肥+50%化肥）、ZH80（80%沼肥+20%化肥）、ZF（100%沼肥）。其中，HF按照每公顷施氮352.5 kg、磷165.0 kg、钾375.0 kg为基准进行施肥，其余各施肥处理组以每公顷施氮352.5 kg为基准。表1为各处理施肥情况。其中，基肥在播种前5 d一次性施入，追肥在大喇叭口期之前进行。

1.3  测定项目及方法

在玉米拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽穗吐丝期、收获期5个关键生长时期分别对土壤进行采样，测定土壤容重、酸碱度以及有机质和速效氮、磷、钾的含量。

有机质含量的测定采用重铬酸钾外加热法。土壤速效氮、磷、钾的测定分别采用碱解扩散法、钼锑抗比色法和火焰光度计法。

1.4  数据处理

采用Microsoft Excel和SPSS 19.0进行数据处理和方差分析。

2  结果与分析

2.1  沼肥与化肥配施对土壤有机质含量的影响

土壤中有机质的含量是衡量土壤肥力的重要指标之一。由表2可以看出，拔节期、大喇叭口期、抽穗吐丝期各处理之間差异不显著;小喇叭口期各施肥处理中土壤有机质含量与CK差异不显著，ZH20、ZH50、ZH80处理土壤有机质含量显著高于ZF100处理，ZH50处理土壤有机质含量最高;大喇叭口期各处理与CK差异不显著，ZH80处理土壤有机质含量最高;抽穗吐丝期各处理中土壤有机质含量与CK相比不显著，CK土壤有机质含量最高;收获期ZF100处理土壤有机质含量最高，显著高于CK，ZF100处理土壤有机质含量最高，HF和ZH50处理略次之。

施肥后，所有处理土壤有机质含量在玉米生长的拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽穗吐丝期均呈持续增长趋势，CK、HF、ZH20、ZH50、ZH80、ZF100处理土壤有机质含量收获期与拔节期相比较分别增长69%、267%、172%、241%、154%、309%。表明单施沼肥处理的土壤有机质含量上升幅度最大。在拔节期和小喇叭口期之间，单施沼肥的土壤有机质含量下降，推测沼肥中的微生物分解了土壤中的原始有机质。从小喇叭口期到大喇叭口期，ZH50处理土壤有机质含量下降，ZH20处理土壤有机质含量上升速度减缓。从抽穗吐丝期到收获期，施肥处理与CK之间则出现很大差异，CK土壤有机质含量快速下降，下降幅度达49.8%;ZH20和ZH80处理则基本没有变化;HF、ZH50、ZF100处理分别上升32.5%、19.3%、51.1%。

2.2  沼肥与化肥配施对土壤容重和酸碱度的影响

目前大量研究指出，化肥的长期施用造成土壤物理结构破坏，堆积密度增加，导致土壤压实，土壤肥力下降，土壤功能退化，物理性能恶化等问题[13-15]。由图1可以看出，不同施肥處理会对土壤容重产生影响。小喇叭口期随着沼肥施用比例的增加，土壤容重会逐渐降低，沼肥对于降低土壤容重作用较为明显。HF、ZH20、ZH50、ZH80、ZF100处理土壤容重相较于CK均有下降，下降比例分别为0.14%、0.42%、0.55%、0.62%、0.76%。

由图2可知，ZH20、ZH50、ZH80和ZF100处理均明显高于CK和HF。以小喇叭口期为例，ZH20、ZH50、ZH80、ZF100处理土壤pH略升高，且随着沼肥在肥料中所占比例的增加，土壤pH升高越明显，而单施化肥使得玉米田土壤pH降低。拔节期到大喇叭口期，ZH20、ZH50、ZH80、ZF100处理施肥的土壤pH均为升高，而小喇叭口期到大喇叭口期升高明显，这是因为大喇叭口期前追肥所致。所有施肥处理土壤pH在收获期前稍有回落，但是均高于施肥前。综合来看，ZH20、ZH50、ZH80、ZF100处理可以明显提高土壤pH，降低土壤酸度;HF处理可降低土壤pH，增加土壤酸度。

2.3  沼肥与化肥配施对土壤速效氮、磷、钾含量的影响

由图3可以看出，在玉米收获期前的各时期，与纯施沼肥的处理相比，HF、ZH20、ZH50、ZH80处理土壤速效氮含量较高或相当。在多数生育时期ZH50处理对土壤速效氮含量的提高最明显。玉米收获期，各处理间的速效氮含量差异不显著。这是由于沼肥中的氮素转化为速效氮速度较慢，对当季作物的氮素提供不如化肥。各组数据表明，与CK相比，不同施肥处理对土壤速效氮含量均有提高作用，且以ZH50处理较为明显。

由图4可知，各时期各施肥处理土壤速效钾含量差异不显著，但均显著高于CK。收获期，各处理间的土壤速效钾含量无显著差异。这说明单施化肥、单施沼肥或化肥沼肥按比例配施，都可以显著提高土壤中速效钾的含量。

从图5可以看出，在各时期各施肥处理土壤速效磷含量显著高于CK。各时期随着沼肥施用比例的提高，土壤速效磷的含量有升高的趋势，以ZH80和ZF100处理土壤速效磷含量较高。这说明与CK相比，单施化肥、单施沼肥或化肥沼肥按比例配施都对土壤速效磷含量有提高作用，且以ZH80和ZF100处理对土壤速效磷含量提高最为明显。

3  小结

通过施肥各处理对玉米拔节期、大喇叭口期和抽穗吐丝期土壤有机质含量没有明显影响。与不施肥相比，小喇叭口期100%沼肥处理显著降低了土壤有机质的含量，而收获期100%沼肥处理显著提高了土壤有机质的含量;通过施肥处理降低了玉米5个生育时期的土壤容重，且施肥处理中沼肥浓度越高土壤容重降低越明显;100%化肥处理使土壤pH降低，加重了土壤酸度，20%沼肥+80%化肥、20%沼肥+80%化肥、80%沼肥+20%化肥、100%沼肥处理使土壤pH明显升高，降低了土壤酸度;各施肥处理均可提高玉米5个生育时期土壤速效氮、速效磷、速效钾的含量，其中50%沼肥+50%化肥处理提高速效氮含量效果最显著，80%沼肥+20%化肥和100%沼肥处理提高速效磷含量效果最显著，不同施肥处理对土壤速效钾含量的提高差异不显著。综合考虑，沼肥和化肥配合施用可有效改良玉米各生育时期的土壤性质，在农业生产中具有良好的推广前景。

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