化肥减量配施园林废弃物堆肥对玉米生长和土壤肥力的影响

刘海鑫 何建清 徐东 韩振 葛彦宏 张格杰

摘要：为探究化肥减量配施园林废弃物堆肥对玉米生长和土壤肥力的影响，试验设6个处理：不施肥（CK）、单施化肥（NP100）、单施园林废弃物堆肥（BF100）、化肥减量10%+园林废弃物堆肥增施10%（NP90BF110）、化肥减量30%+园林废弃物堆肥增施30%（NP70BF130）、化肥减量50%+园林废弃物堆肥增施50%（NP50BF150）。結果表明，与NP100相比，NP90BF110对植株生长效果最好，株高、茎粗、根长、根体积、植株鲜重、植株干重分别增加了39.31%、55.34%、13.82%、101.65%、176.38%、216.69%；与NP100相比，NP70BF130土壤肥力综合效果最好。细菌、真菌、放线菌数量分别增加了43.31%、63.92%、18.15%，细菌/真菌、放线菌/真菌比值有所降低，有机质含量为9.42 g/kg，全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别提高了30.00%、5.85%、5.77%、45.63%、8.64%、24.46%。研究表明，与单施化肥相比，化肥减量配施适当比例园林废弃物堆肥，能够促进玉米的生长，增加叶片叶绿素含量、土壤氮磷钾含量、土壤孔隙度、土壤持水量、微生物数量、EC值，降低土壤pH值、土壤容重等。本研究结果可为园林废弃物堆肥用作农用有机肥提供参考。

关键词：化肥减量；玉米；园林废弃物堆肥；土壤肥力

中图分类号：S513.06  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）06-0256-09

收稿日期：2023-05-07

基金项目：西藏自治区重点科技项目（编号：XZ202001ZY0019N）；西藏农牧学院研究生创新计划（编号：YJS2022-49、YJS2022-45）。

作者简介：刘海鑫（1998—），女，山西临猗人，硕士研究生，主要从事园林废弃物资源化利用研究。E-mail：2426745174@qq.com。

通信作者：何建清，硕士，教授，硕士生导师，主要从事微生物资源与微生物肥料研究。E-mail：hejianqingxz@163.com。

玉米是中国三大粮食作物（水稻、小麦和玉米）之一，兼具粮食、蔬菜、经济、能源功能，在我国工业和农业经济发展中发挥着重要作用，同时也是西藏林芝地区最重要的粮食作物之一^[1-2]。随着种植面积的不断增加，每年都会使用越来越多的化肥来提高玉米的产量，但同时也带来了化肥利用率低、养分流失多等问题^[3]，造成土壤板结、酸化、碳氮比失衡等，导致土壤病害泛滥，环境污染严重^[4-5]。近年来，国家高度重视因过量使用化肥而导致的农田土壤污染等问题，出台了各种政策，如实施有机肥替代行动，旨在减少化肥的使用量，提高化肥的使用效率^[6-11]。一些研究表明，将园林废弃物堆肥与化肥配合使用，不仅可以满足土壤肥料和常规作物生产的养分需求，还可以充分利用自然资源，调节土壤结构，保护土壤环境和生态系统，提高土壤保肥能力，促进农业的可持续发展^[12-14]。余韵等通过田间施肥试验表明，在土壤中施加园林废弃物堆肥对于高楸树苗木生长指标和叶绿素含量有显著影响，并在一定程度上提高了高楸苗木养分含量和浓度^[15]。贺坤等将园林废弃物堆肥与烟气脱硫石膏按不同比例混合后施于滨海盐碱地，显著降低了滨海盐碱地的pH值和全盐含量，增加了土壤养分和有机质含量，提高了地上植物生物量^[16]。连鹏等在土壤中施加园林废弃物堆肥，能调节土壤微生物群落，提高土壤微生物活性^[17]。园林废弃物堆肥具有容重低、孔隙度高、有机质含量高、氮磷钾元素含量高等优点。目前，在花卉栽培、林木容器育苗和屋顶绿化基质材料中使用园林废弃物堆肥作为泥炭的替代品已被广泛研究^[18-21]，但其在农作物生产中的应用仍然较少。为此，本研究以玉米为对象，通过盆栽试验，探讨化肥减量配施园林废弃物堆肥不同施用水平对玉米生长及土壤肥力的影响，并运用隶属函数法对玉米生长指标进行综合评价，筛选出适宜玉米生长的配方，为园林废弃物堆肥今后在农作物生产中的应用提供理论依据和技术参考。

1  材料与方法

1.1  供试材料

供试的玉米种子品种为糯加甜2000。土壤为西藏自治区林芝市米瑞乡农田土，土壤理化性质为：pH值7.77、有机质含量2.99 g/kg、全氮含量0.17 g/kg、全磷含量1.47 g/kg、全钾含量 15.86 g/kg、碱解氮含量24.09 mg/kg、速效磷含量5.70 mg/kg、速效钾含量90.19 mg/kg；施用化肥，尿素：总氮含量≥46.0%、过磷酸钙（有效磷P₂O₅含量≥12.0%）、水溶性磷（P₂O₅含量≥7.0%）、硫（S含量≥8.0%）；园林废弃物堆肥的理化性质：pH值7.54、含水量31.24%、有机质含量264.14 g/kg、全氮含量 9.35 g/kg、全磷含量1.86 g/kg、全钾含量 19.97 g/kg、碱解氮含量521.98 mg/kg、速效磷含量658.10 mg/kg、速效钾含量4 291.56 mg/kg。

1.2  试验设计

采用盆栽试验，设置6个处理：不施肥（CK）、单施化肥（NP100，尿素1.20 g/盆、过磷酸钙 1.80 g/盆）、单施园林废弃物堆肥（BF100，园林废弃物堆肥60 g/盆）、化肥减量10%+园林废弃物堆肥增施10%（NP90BF110，尿素1.08 g/盆、过磷酸钙1.62 g/盆、园林废弃物堆肥66 g/盆）、化肥减量30%+园林废弃物堆肥增施30%（NP70BF130，尿素0.84 g/盆、过磷酸钙1.26 g/盆、园林废弃物堆肥78 g/盆）、化肥减量50%+园林废弃物堆肥增施50%（NP50BF150，尿素0.60 g/盆、过磷酸钙 0.90 g/盆、园林废弃物堆肥90 g/盆）。每个处理3次重复，共计18组处理。供试盆钵的上口径为 30 cm，下口径为17 cm，高为17 cm，每盆装入土壤 6 kg。用10%次氯酸钠进行玉米种子消毒处理，将消毒好的种子置于25 ℃进行48 h的催芽，挑选萌发一致的玉米种子进行种植，每盆种植4株。60 d后取植株和盆中土壤样品测定各指标。

1.3  测定指标及方法

采用卷尺测量植株株高、根长；游标卡尺测量茎粗；根体积采用排水法测定；植株生物量采用烘干法测定；植株光合色素含量采用紫外分光光度计^[22]测量；土壤理化性质参照《土壤农化分析》中的方法^[23]进行测定。采用pH计测定土壤pH值；电导率仪测定土壤EC值；烘干法测定土壤含水量；土壤容重、孔隙度采用环刀法测定；重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量；凯氏定氮仪测定土壤全氮、碱解氮含量；钼锑抗比色法测定土壤全磷、速效磷含量；火焰分光光度计测定土壤全钾、速效钾含量。土壤细菌、放线菌及真菌数量分别于LB培养基、高氏一号培养基、PDA培养基采用平板计数法^[24]测定。

1.4  数据分析

数据均采用Excel软件进行整理和作图，SPSS软件进行ANOVA方差分析，多重比较（LSD，α=0.05）。

2  结果与分析

2.1  化肥减量配施园林废弃物堆肥对玉米生长的影响

由表1可知，和CK、NP100处理相比，化肥减量配施园林废弃物堆肥均可以提高玉米生长指标，且与CK、BF100处理之间差异性显著（P<0.05）。株高分别较CK、NP100增加了131.23%～136.90%、35.98%～39.31%，其中，NP90BF110处理效果最好，其次是NP50BF150处理，NP50BF150处理相较于CK、NP100分别增加了131.77%、36.30%；不同施肥处理茎粗整体趋势为NP90BF110>NP50BF150>NP70BF130>BF100>NP100>CK，NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150处理分别较CK、NP100处理增加143.65%、131.98%、135.28%，55.34%、47.90%、50.00%；减量化肥配施园林废弃物堆肥处理玉米根长分别较CK、NP100、BF100增加了68.86%～78.94%、7.40%～13.82%、23.25%～30.61%；NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150根体积分别较CK、NP100增加了404.13%、425.00%、480.00%，101.65%、110.00%、132.00%。

2.2  化肥减量配施园林废弃物堆肥对玉米生物量的影响

由图1可知，化肥减量配施园林废弃物堆肥可增加玉米的生物量。和CK、NP100处理相比较，NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150处理玉米植株鲜重分别增加932.08%～1 012.16%、172.71%～193.86%，其中，NP50BF150处理效果最好，其次为NP90BF110处理，NP90BF110处理分别较CK、NP100处理增加945.99%、176.38%；和CK、NP100处理相比较，玉米植株干重分别增加了1 822.61%～1 984.35%、211.41%～237.61%，整体趋势为NP50BF150>NP90BF110>NP70BF130>BF100>NP100>CK，减量化肥处理植株鲜重、干重以及含水量与CK、NP100、BF100处理之间差异性显著（P<0.05）。

2.3  化肥减量配施园林废弃物堆肥对玉米光合色素的影响

由表2可知，化肥减量配施生物园林废弃物堆肥提高了玉米叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量，单施化肥相较于单施园林废弃物堆肥更容易提高玉米叶片内光合色素的含量。NP70BF130处理叶绿素a含量相较于其他处理差异性显著（P<0.05），NP70BF130处理叶绿素a、叶绿素b含量相较于CK、NP100处理分别增加了175.19%、278.63%，6.73%、17.54%；减量化肥处理类胡萝卜素含量相较于CK、BF100处理差异性显著（P<0.05），NP90BF110、NP70BF130处理类胡萝卜素含量相较于CK、BF100处理分别增加了109.52%、94.71%、79.19%、66.52%；總叶绿素含量整体趋势为NP70BF130>NP50BF150>NP90BF110>NP100>BF100>CK；NP70BF130处理相较于其他处理差异性显著（P<0.05）；相较于CK、NP100处理总叶绿素含量分别增加了192.3%、8.87%。不论化肥减量还是园林废弃物堆肥增量都需要适量才有利于促进玉米的光合能力，提高光合色素总量，最终实现增产提质的效果。

2.4  化肥减量配施园林废弃物堆肥对玉米根际土壤微生物量的影响

由表3可以看出，施用化肥和园林废弃物堆肥均可促进土壤中微生物数量的增加。NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150与CK相比，细菌数量分别提高了152.82%、167.06%、136.50%。增施相应量园林废弃物堆肥相较于其他处理提高了土壤中真菌的数量，NP70BF130与CK、NP100、BF100相比真菌数量分别显著增加224.93%、63.92%、102.40%；NP50BF150与CK、NP100、BF100相比真菌数量分别增加202.67%、52.69%、88.54%；化肥减量50%降低了土壤中真菌的数量；增加园林废弃物堆肥与单施化肥相比对于放线菌的数量影响不大，与CK相比较具有显著差异（P<0.05），NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150与CK相比放线菌数量分别显著增加162.37%、151.53%、130.17%；BF100与NP100相比放线菌数量降低了33.60%；B/F、A/F值越大表明土壤健康性越高，对于土壤土传病害的抗病性就越强，单施园林废弃物堆肥增加了B/F值，但化肥减量配施园林废弃物堆肥使得B/F、A/F值下降，降低了土壤抗病性。

2.5  化肥减量配施园林废弃物堆肥对土壤物理性质的影响

由表4可知，施加化肥、园林废弃物堆肥均可显著降低土壤容重，显著增加土壤孔隙度（P<0.05），与CK、NP100处理相比较，玉米土壤容重分别降低了15.18%～17.86%、12.84%～15.60%；孔隙度能很好地反映基质的通气和水分平衡状况，水气孔隙比能够反映基质间水和气的状态，如果水气孔隙比大，说明基质持水量大，贮水力强，通气性就弱；反之，持水量小，贮水力弱，通气性就强。和CK、NP100处理相比较，化肥减量配施园林废弃物堆肥玉米土壤孔隙度分别增加了11.48%～13.18%、8.82%～10.48%；减量化肥处理与CK、NP100处理相比土壤通气孔隙差异性显著（P<0.05），NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150与CK相比分别增加了22.18%、23.57%、22.46%；与CK、NP100处理相比持水孔隙分别增加6.00%～9.12%、5.18%～8.28%。土壤水气孔隙比整体趋势为CK>NP100>NP90BF110>NP50BF150>NP70BF130>BF100；施加园林废弃物增加了土壤通气性。园林废弃物堆肥替代部分化肥提高了土壤的透气性和保水能力，能够减少植物在生长过程中受干旱胁迫的影响程度。

2.6  化肥减量配施园林废弃物堆肥对土壤基本化学性质的影响

pH值是影响植物生长和养分吸收的重要环境因素之一，过高或过低会严重影响作物的生长和品质。如图2所示，施加园林废弃物堆肥可以降低土壤pH值，并且随着化肥减量的增多和有机质含量的增加pH值呈现下降趋势并逐渐趋于中性。

EC值是基质浸提液中可溶性盐浓度指标，反映基质中可溶性养分含量，EC值过高会构成渗透逆境导致植物盐害。有研究认为，理想基质EC值≤2 600 μS/cm，适量的园林废弃物堆肥可以增加土壤的电导率，但化肥减量过多即使施加相应的园林废弃物堆肥也会造成电导率的下降；EC值的整体趋势为NP90BF110>NP70BF130>NP50BF150>BF100>NP100>CK，CK处理与减量化肥处理差异显著（P<0.05），与CK、NP100相比NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150电导率分别增加了72.51%、66.05%、50.14%，51.95%、46.26%、32.25%；且BF100与NP100相比显著增加8.22%。说明园林废弃物堆肥能提供更多的可溶性盐方便植物吸收利用，有利于植物的生长。

2.7  化肥减量配施园林废弃物堆肥对土壤有机质和养分含量的影响

由表5可知，施加化肥、园林废弃物堆肥以及减量化肥配施园林废弃物堆肥整体显著提高了根际土壤有机质和土壤养分的含量，除CK外其余处理之间有机质含量差异不显著（P<0.05），与CK相比化肥配施园林废弃物堆肥有机质含量增加92.42%～98.32%；有机质、全磷和速效钾含量均随减增配比的增大呈先升高后降低的趋势，即减增配比为30%时效果相对较好；NP70BF130、NP50BF150处理全氮含量分别较CK、NP100增加了116.67%、133.33%、30.00%、40.00%；全磷含量的整体趋势为BF100>NP70BF130>NP90BF110>NP100>NP50BF150>CK；化肥减量配施生物园林废弃物堆肥处理与NP100相比差异不显著，NP90BF110、NP70BF130相较于CK全磷含量增加43.84%、48.63%；和CK、NP100处理相比较，土壤全钾含量分别增加47.43%～59.76%、5.77%～14.62%，其中，NP50BF150处理效果最好，其次为NP90BF110处理；随着化肥减量的增多碱解氮含量逐渐下降，NP90BF110、NP70BF130相较于CK、NP100碱解氮含量分别增加262.36%、247.22%，51.98%、45.63%；NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150速效磷含量较CK、NP100分别增加52.78%、50.43%、71.37%，10.34%、8.64%、23.77%；和CK、NP100處理相比较，土壤速效钾含量分别增加32.77%～51.80%、8.86%～24.46%。以上结果表明，减量化肥配施园林废弃物堆肥可显著提高根际土壤速效养分的含量。

2.8  化肥减量配施园林废弃物堆肥土壤物理与化学性质相关性分析

研究化肥减量配施园林废弃物堆肥的肥力特征，对植株生长指标与土壤微生物以及土壤理化性质之间的关系进行分析，揭示它们之间的相互作用以及影响。由图4可知，植株生长指标、叶绿素含量与土壤微生物数量相关性显著且均为正相关；且与土壤物理性质相关性显著；植株生长指标与土壤pH值、EC值、有机质含量、全钾含量、碱解氮含量、速效磷含量等土壤化学性质相关性显著。

2.9  化肥减量配施园林废弃物堆肥对土壤影响的综合评价分析

本研究选用土壤容重、孔隙度、pH值、EC值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量作为肥力指标，进行土壤肥力综合评价，计算分肥力系数，采用主成分分析计算各因子对土壤肥力影响的次序，主因子的权重则根据特征值的累计贡献率来确定。土壤肥力特征的主成分特征值如表6所示，第1主成分的方差贡献率最大，达到了69.48%，是主要的分析成分，为第2主成分的3.18倍。通过求和，前2个主成分的累计方差贡献率为91.33%。第1主成分除容重、pH值外其余特征向量呈现正值，与主成分保持一致，第1主成分增大，土壤肥力提高。而第2主成分中权重系数较低，甚至孔隙度、EC值、碱解氮含量出现了负值，第2主成分因贡献率较小，仅作为参考（表7）。土壤肥力的综合评价（表8）得出，减量化肥增施相应量的园林废弃物堆肥有利于土壤肥力的提高，但增施过多会导致土壤肥力下降。

3  讨论

3.1  化肥减量配施园林废弃物堆肥对玉米植株生长指标的影响

本研究中化肥减量配施园林废弃物堆肥有助于生长指标的增加，但随着化肥减量和有机肥施用量的增多，玉米株高整体呈下降趋势，这是由于施肥过量超过了植株吸收需求，降低了肥料的利用率，影响植株生长。这与王赫等的研究结果^[25-26]一致，其研究表明，化肥减施、有机肥配施均能显著促进辣椒生长，提高辣椒植株的株高、开展度和辣椒果实产量。施全勇等研究表明，用生物有机肥代替化肥的施肥方式可以降低化肥的施用量，有利于番茄果实的生长和品质的提高^[27]。本研究结果表明，化肥减量配施园林废弃物堆肥有助于光合色素的增加，但化肥减量过多使得光合色素含量下降，NP50BF150处理总叶绿素含量有所下降，这是由于植株光合作用与氮素供应水平关系密切，化肥减量过多导致氮素供应不足造成植株光合作用下降，适量增施氮肥和有机肥可增强植株光合作用，且利于延缓叶片衰老。化肥减量配施园林废弃物堆肥可以促进光合产物向生殖器官输送，增加了玉米生物量，生物量是作物光合作用的产物，这与侯丽丽等的研究结果^[28]一致。李春喜等研究发现，有机肥处理可显著提高小麦干物质积累量（除成熟期外）^[29]。

3.2  化肥减量配施园林废弃物堆肥对玉米土壤微生物的影响

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分，是评价土壤肥力的重要指标^[30]。本研究结果表明，化肥减量配施园林废弃物堆肥增加了土壤微生物的数量，这与宋以玲等的研究结果^[31]一致。研究表明，生物有机肥不仅能提供微生物生长繁殖所需的有机营养物质，而且含有大量的功能菌，对土壤土著微生物有一定的活化作用。但减量化肥处理 B/F、A/F比值有所降低，这与王宁等的研究结果^[32]相矛盾，这与土壤中微生物生长对有机养分的不同需求有关，园林废弃物堆肥中的大量微生物可以分解和释放土壤中的有机质和矿物质，改善土壤性质，刺激土壤真菌的生长和繁殖。田夏琼等的研究表明，在短期内增施适量的有机肥可以造成土壤细菌群落和功能的改变^[33]。

3.3  化肥减量配施园林废弃物堆肥对玉米土壤理化性质的影响

本研究表明，化肥减量配施园林废弃物堆肥可以降低土壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤的透气性和保水能力，与以往的研究结果^[34]一致。原因是生物有机肥含有丰富的有机质，生物有机肥中的有机质进入土壤发生分解和转化作用，形成多糖和腐殖质等松软、多孔物质，增加土壤孔隙度，进而降低土壤容重^[35-36]。如克艳木·买提·司地克等的研究表明，相比于单施化肥，化肥配施生物有机肥能够提高土壤大团聚体含量，可改善梨园土壤结构^[37]。刘丽媛等研究发现，氮肥配施有机肥能降低土壤容重^[38]。

化肥减量配施园林废弃物堆肥可以降低土壤pH值，提高土壤EC值，与戴良香等的研究结果^[39-41]一致。化肥减量配施园林废弃物堆肥均能增加土壤中有机质、氮、磷、钾含量，这与邱吟霜等的研究结果^[42-43]相似。主要是因为有机肥含有大量有机质且有机质分解产生氮、磷、钾等养分，与单施化肥相比，化肥减量配施园林废弃物有机质含量有所降低，主要是因为有机肥可通过提高功能细菌的活性来加快分解土壤外源有机质而达到释放氮、磷、钾的功效，同时活化土壤中难溶态氮、磷、钾等养分能够长效提供作物所需养分^[44-45]。

4  结论

4.1  化肥减量配施园林废弃物堆肥对玉米植株生长指标的影响

化肥减量配施园林废弃物堆肥较单施化肥可增加玉米的株高、茎粗、根长、根体积、玉米鲜重、干重，分别提高了35.98%～39.31%、47.90%～55.34%、7.40%～13.82%、101.65%～132.00%、172.71%～193.86%、211.41%～237.61%，其中株高、茎粗、根长增加最好的是NP90BF110处理，根体积、植株鲜重和干重增加最好的是NP50BF150处理，总叶绿素含量提高了0.62%～8.87%，整体趋势为NP70BF130>NP50BF150>NP90BF110>NP100>BF100>CK。

4.2  化肥减量配施园林废弃物堆肥对玉米土壤微生物的影响

化肥减量配施园林废弃物堆肥较单施化肥可增加玉米土壤微生物数量。和单施化肥比较，细菌、真菌、放线菌数量分别增加26.91%～43.31%、33.53%～63.92%、8.12%～23.25%，其中細菌数量、真菌数量增加最多的为NP70BF130处理、放线菌数量增加最多的为NP90BF110处理。

4.3  化肥减量配施园林废弃物堆肥对玉米土壤理化性质的影响

化肥减量配施园林废弃物堆肥较单施化肥可改善土壤的理化性质。化肥减量和园林废弃物含量的增加降低了土壤pH值和土壤容重，增加了EC值和土壤孔隙度，土壤有机质和氮、磷、钾等含量均有所增加，通过土壤综合评价分析NP70BF130处理得分最高。有机质含量为9.42 g/kg，相较于单施化肥全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别提高了30.00%、5.85%、5.77%、45.63%、8.64%、24.46%。

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