腐殖酸肥料與氮肥配施對土壤理化性質(zhì)的影響

裴瑞杰， 王俊忠， 冀建華， 王志勇， 袁天佑， 孫笑梅， 閆軍營

(1.南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，河南南陽 473000； 2.河南省土壤肥料站，河南鄭州 450002)

腐殖酸(humic acid，簡寫HA) 是一種天然有機(jī)物質(zhì)，是以動植物殘骸為主的有機(jī)物經(jīng)過漫長的、復(fù)雜的、一系列的地球生化反應(yīng)所形成的[1]，對土壤肥力和碳循環(huán)均有較大影響，時刻影響著人類生存的地球環(huán)境[2-3]。張青等研究表明，施用腐殖酸可有效降低土壤的容重，增加土壤的孔隙度，提高土壤有機(jī)質(zhì)和其他速效養(yǎng)分[4]。李杰研究發(fā)現(xiàn)，在施肥優(yōu)化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步添加腐殖酸鉀，與普通施肥相比，能有效增加土壤孔隙度，降低土壤容重，改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，腐殖酸類肥料具有改良培肥的效果[5]。陸欣研究表明，腐殖酸類物質(zhì)能與尿素相互作用，對于有效改善有機(jī)-無機(jī)肥料的性質(zhì)以及提高土壤肥力有著非常重要的作用[6]。陳伏生等在風(fēng)沙土上的研究顯示，風(fēng)化煤腐殖酸能顯著提升土壤的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量，降低土壤pH值[7]。眾多研究均表明，腐殖酸具有改良培肥土壤、促進(jìn)農(nóng)作物生長、提高肥料利用效率、提高農(nóng)作物產(chǎn)量與品質(zhì)和增強(qiáng)農(nóng)作物抗逆性等方面的作用[8-11]。但以往的研究多集中在敘述性的研究，而專門將腐殖酸直接與氮肥配施用于“冬小麥—夏玉米”輪作系統(tǒng)下，研究施用腐殖酸對土壤理化性質(zhì)的影響卻鮮見報(bào)道。本研究通過在河南省豫北潮土區(qū)，設(shè)置腐殖酸肥料與化肥配施的田間定位試驗(yàn)，探討在“冬小麥—夏玉米”輪作系統(tǒng)下，腐殖酸肥料施用對土壤理化性質(zhì)的影響，以期為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境友好發(fā)展和精準(zhǔn)實(shí)施“藏糧于技、藏糧于地”戰(zhàn)略提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于 2014 年在河南省焦作市博愛縣孝敬鎮(zhèn)塢莊村進(jìn)行。該地區(qū)屬豫北平原區(qū)，土壤為潮土，屬沖積洪積物，質(zhì)地肥沃，水資源豐富。試驗(yàn)點(diǎn)地勢平坦，試驗(yàn)前 0～20 cm 土壤理化性狀見表1。

表1 供試土壤試前農(nóng)化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)田設(shè)在永久性耕地上，設(shè)6個處理，即：(1)不施氮肥即單施磷鉀肥(T1)；(2)常規(guī)施肥即單施無機(jī)化肥氮磷鉀(T2)；(3)單施腐殖酸肥料3 000 kg/hm2(T3)；(4)常規(guī)施肥+腐殖酸肥料3 000 kg/hm2(T4)；(5)常規(guī)施肥減氮15%+腐殖酸肥料3 000 kg/hm2(T5)；(6)常規(guī)施肥減氮30%+腐殖酸肥料3 000 kg/hm2(T6)。試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積6 m×8 m=48 m2，同時設(shè)置保護(hù)行和觀察走道。供試冬小麥品種為周麥16，夏玉米品種為豫安3號，分別由河南天存種業(yè)有限公司和河南平安種業(yè)有限公司提供。供試肥料：氮肥為尿素(含N 46%)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)。試驗(yàn)中所使用的腐殖酸肥料(pH值為4.74，有機(jī)質(zhì)含量為80.92%，全氮含量為0.76%，全磷含量為0.38%，全鉀含量為0.23%)由南陽市沃泰肥業(yè)有限公司提供。

試驗(yàn)所有處理除了T3處理(單施腐殖酸肥料)外，其他所有處理(T1、T2、T4、T5、T6)全生育期磷肥和鉀肥均用做基肥一次性施入。其中T2、T4、T5、T6處理的氮肥均采用基追配合的模式：(1)冬小麥季。50%氮肥做基肥，剩余50%氮肥于冬冬小麥拔節(jié)期追施。腐殖酸肥料為粉狀，撒施，用做基肥一次性施入。所有處理的種植密度及其他水肥管理措施按照當(dāng)?shù)囟←溕a(chǎn)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。(2)夏玉米季。30%氮肥做基肥，剩余70%氮肥于夏玉米拔節(jié)期追施。腐殖酸肥料用做基肥一次性施入。所有處理的種植密度及其他水肥管理措施按照當(dāng)?shù)叵挠衩自耘嗟墓芾矸椒ㄟM(jìn)行。出苗后 3 葉間苗、5 葉定苗，在夏玉米大喇叭口期用殺螟丹顆粒劑丟心，防治夏玉米螟和后期蚜蟲；在夏玉米完熟期收獲。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

每年夏玉米收獲后冬小麥播種前，每個小區(qū)采用“S”法采集耕層土壤樣品(0～20 cm)，將樣品風(fēng)干后過1 mm 和0.25 mm篩備用，然后測定土壤理化性狀。采用常規(guī)的分析方法測定土壤容重、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤堿解氮、土壤速效磷、土壤速效鉀和土壤pH值[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和作圖均采用Microsoft Office 2003，使用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐殖酸肥料與氮肥配施對土壤容重的影響

由圖1可以看出，各處理土壤容重的變化趨勢為：腐殖酸肥料與氮肥配施處理低于常規(guī)施肥處理，常規(guī)施肥處理低于單施磷鉀肥處理，且各處理的土壤容重均明顯低于試前(T0)土壤(1.32 g/cm3)，較試前土壤降低了0.025～0.14 g/cm3。配施腐殖酸肥料的T4、T5和T6處理的土壤容重分別較常規(guī)施肥T2處理降低了2.78%、6.35%和1.98%，較單施磷鉀肥的T1處理降低5.41%、8.88%和4.63%，較單施腐殖酸肥料的T3處理降低2.00%、5.60%和1.20%；常規(guī)施肥配施腐殖酸肥料或減氮配施腐殖酸肥料處理間對土壤容重的影響有差異，以T5處理的效果最佳，T5處理的土壤容重分別較T4和T6處理降低了3.67%和4.45%，處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

2.2 腐殖酸肥料與氮肥配施對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

從圖2可以看出，各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化趨勢為：施用腐殖酸肥料處理明顯高于未施用腐殖酸肥料處理的，腐殖酸肥料與氮肥配施處理高于常規(guī)施肥處理，常規(guī)施肥處理高于單施磷鉀肥處理，且各處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均明顯高于試前土壤(18.08 g/kg)，較試前土壤高0.01～0.22 g/kg。配施腐殖酸肥料的T4、T5和T6處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別較常規(guī)施肥T2處理高0.63%、0.44%和0.38%，較單施磷鉀肥的T1處理高1.00%、1.19%和0.94%，較單施腐殖酸肥料的T3處理高0.082%、0.27%和0.027%；常規(guī)施肥配施腐殖酸肥料或減氮配施腐殖酸肥料處理間對土壤有機(jī)質(zhì)的影響有差異，以T5處理的效果最佳，T5處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別較T4和T6處理高0.19%和0.25%。

2.3 腐殖酸肥料與氮肥配施對土壤全氮和堿解氮含量的影響

從圖3可以看出，各處理的土壤全氮和堿解氮含量的變化趨勢均表現(xiàn)為：腐殖酸肥料與氮肥配施處理高于常規(guī)施肥處理，常規(guī)施肥處理高于單施磷鉀肥處理，且各處理的土壤全氮和堿解氮含量(除單施磷鉀肥和單施腐殖酸肥料處理外)均明顯高于試前土壤(全氮含量1.55 g/kg，堿解氮含量126.81 mg/kg)，較試前土壤高0.02～0.11 g/kg、0.19～2.93 mg/kg。配施腐殖酸肥料的T4、T5和T6處理土壤全氮和堿解氮含量分別較常規(guī)施肥T2處理高0.96%和1.00%、5.41%和2.16%、3.50%和0.90%，且堿解氮含量之間的差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；較單施磷鉀肥的T1處理高12.81%和7.27%、17.79%和8.49%、15.66%和7.16%，且差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；較單施腐殖酸肥料的T3處理高6.73%和3.26%、11.44%和4.44%、9.43%和3.16%，且差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；常規(guī)施肥配施腐殖酸肥料或減氮配施腐殖酸肥料處理間對土壤全氮和堿解氮含量的影響有差異，以T5處理的效果最佳，T5處理的土壤全氮和堿解氮含量分別較T4和T6處理高1.14%和4.12%、1.24%和1.85%，且T5處理與T4和T6處理堿解氮含量之間的差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

2.4 腐殖酸肥料與氮肥配施對土壤速效磷含量的影響

由圖4可以看出，各處理土壤有效磷含量的變化趨勢為：腐殖酸肥料與氮肥配施處理高于常規(guī)施肥處理，常規(guī)施肥處理高于單施磷鉀肥處理，且除單施腐殖酸肥料處理的土壤有效磷含量顯著低于試前土壤(32.56 mg/kg)外，其他處理的土壤有效磷含量均高于試前土壤，較試前土壤提高了0.01～2.72 mg/kg。配施腐殖酸肥料的T4、T5和T6處理土壤有效磷含量分別較常規(guī)施肥T2處理高1.41%、4.66%和1.79%；較單施磷鉀肥的T1處理高4.97%、8.34%和5.37%，且差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)；較單施腐殖酸肥料的T3處理高17.43%、21.19%和17.88%，且差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)；常規(guī)施肥配施腐殖酸肥料或減氮配施腐殖酸肥料處理間對土壤有效磷的影響有差異，以T5處理的效果最佳，T5處理的土壤有效磷含量分別較T4和T6處理高3.20%和2.81%，且T5處理與T4處理間的差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

2.5 腐殖酸肥料與氮肥配施對土壤速效鉀含量的影響

由圖5可以看出，各處理土壤速效鉀含量的變化趨勢為：腐殖酸肥料與氮肥配施處理高于常規(guī)施肥處理，常規(guī)施肥處理高于單施磷鉀肥處理，除單施腐殖酸肥料處理的土壤速效鉀含量顯著低于試前土壤(164.63 mg/kg)外，其他處理的土壤速效鉀含量均高于試前土壤，較試前土壤高1.32～4.34 mg/kg。配施腐殖酸肥料的T4、T5和T6處理土壤速效鉀含量分別較常規(guī)施肥T2處理高0.23%、1.65%和0.21%；較單施磷鉀肥的T1處理高0.40%、1.82%和0.38%；較單施腐殖酸肥料的T3處理高3.07%、4.52%和3.05%，且差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)；常規(guī)施肥配施腐殖酸肥料或減氮配施腐殖酸肥料處理間對土壤速效鉀含量的影響有差異，以T5處理的效果最佳，T5處理的土壤速效鉀含量分別較T4和T6處理高1.41%和1.43%，且T5處理與T4處理間的差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

2.6 腐殖酸肥料與氮肥配施對土壤pH值的影響

從圖6可以看出，施用腐殖酸肥料之后，土壤的pH值發(fā)生了較大變化，各處理的土壤pH值變化趨勢為：單施磷鉀肥處理高于常規(guī)施肥處理，常規(guī)施肥高于腐殖酸肥料與氮肥配施處理，除單施磷鉀肥處理的土壤pH值稍微升高外，其他處理的土壤pH值均低于試前土壤(pH值8.20)，較試前土壤降低了0.20～0.70。配施腐殖酸肥料的T4、T5和T6處理土壤pH值分別較常規(guī)施肥T2處理低3.75%、5.00%和3.13%；較單施磷鉀肥的T1處理低7.78%、8.98%和7.19%，且差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)；較單施腐殖酸肥料的T3處理低1.91%、3.18%和1.27%；常規(guī)施肥配施腐殖酸肥料或減氮配施腐殖酸肥料處理間對土壤pH值的影響有差異，以T5處理的效果最佳，T5處理的土壤pH值分別較T4和T6處理降低了1.30%和1.94%。

3 結(jié)論與討論

土壤理化性狀是判斷土壤肥力高低的重要指標(biāo)，對耕地質(zhì)量具有重要影響[13-14]。土壤容重是土壤物理性質(zhì)的重要指標(biāo)之一。土壤容重與土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤結(jié)構(gòu)狀況以及耕作栽培管理水平有密切關(guān)系。土壤容重越小土壤愈松，通透性越好，愈利于耕作[15]。丁硯民通過在鹽堿濕地利用風(fēng)化煤的研究指出，施用風(fēng)化煤可有效增加土壤的孔隙度，降低土壤容重，提高微生物的生化活性，進(jìn)而改善土壤的物理性質(zhì)[16]。趙東彥等研究顯示，風(fēng)化煤腐殖酸與夏玉米秸稈配施可以有效改善土壤的物理性質(zhì)，有利于土壤微團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，對土壤容重有重要影響[17]。本研究結(jié)果顯示，施用腐殖酸肥料可以有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤物理性質(zhì)。其中，以腐殖酸肥料與氮肥配施最優(yōu)，其次依次分別為單施腐殖酸肥料、單施化肥氮磷鉀和不施氮肥。其中，其中以T5即常規(guī)施肥減氮15%+腐殖酸肥料處理的土壤容重最低，2年的土壤容重平均值較試前降低的最大幅度可達(dá)0.14 g/cm3。這與上述研究結(jié)果一致。

農(nóng)田的土壤化學(xué)性質(zhì)主要受肥料類型、耕作方式、種植方式和施肥方式的影響。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤微生物和農(nóng)作物所需營養(yǎng)元素的源泉，是一種“全量”營養(yǎng)物質(zhì)，對土壤理化性狀、土壤的保水保肥性能以及土壤的通透性等均有較大影響[18-19]。因此，土壤有機(jī)質(zhì)含量的高低是評價(jià)土壤肥力高低最重要的指標(biāo)。而農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的大小，除受自然因素的影響外，更重要的受到人為因素即施肥因素的影響。有研究顯示，腐殖酸施入土壤后，能有效提升土壤速效養(yǎng)分的含量，對土壤的培肥均有重要作用，尤其是對土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量有效較大[20-21]。這可能是由于腐殖酸富含各類官能團(tuán)，能與土壤中的銨離子、磷離子和鉀離子結(jié)合，形成絡(luò)合物，減少土壤速效氮的損失，抑制土壤對磷和鉀的固定，能使土壤釋放出更多的固定態(tài)磷和鉀，進(jìn)而提高土壤速效氮、有效磷和速效鉀的含量。段學(xué)軍等研究顯示，風(fēng)化煤與尿素、夏玉米秸稈配施，能不同程度地促進(jìn)土壤的生物量碳的活性，且其相互激發(fā)的效應(yīng)較為明顯[22]。周鑫斌等研究指出，單施風(fēng)化煤對土壤生物量碳的影響效果不明顯，甚至還低于單施尿素處理，而風(fēng)化煤與夏玉米秸稈的配施較優(yōu)，二者的激發(fā)效應(yīng)明顯[23]。本研究顯示，施用腐殖酸可以有效提升土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量，其中，腐殖酸與氮肥配施優(yōu)于單施化肥氮磷鉀，單施化肥氮磷鉀又優(yōu)于單施磷鉀肥。單施腐殖酸能增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量，但是不利于土壤的堿解氮、有效磷和速效鉀含量的提升，這與周鑫斌等的研究結(jié)果[23]一致，這可能是由于腐殖酸本身有機(jī)質(zhì)含量較高，而缺失氮磷鉀元素所致。腐殖酸必須與氮肥配施才能發(fā)揮效用，其中，以腐殖酸+化肥減氮15%的T5處理最佳，這與上述研究較為相似。

施入土壤中的肥料氮素對土壤含氮量的影響主要決定于其在土壤中的凈殘留量[24]。在本研究的常規(guī)施肥條件下，土壤全氮和堿解氮含量增加不明顯，說明在“小麥—玉米”輪作制度下，本研究中的常規(guī)施肥能維持或提升土壤的氮素肥力水平。而不施氮肥的T1處理和單施腐殖酸的T3處理土壤中全氮和堿解氮含量較低，均低于試前土壤，說明不施氮肥，由于作物收獲后攜帶和氮素轉(zhuǎn)化，引起土壤中氮素含量降低。而腐殖酸與氮肥結(jié)合施用能明顯提高土壤的全氮和堿解氮含量，在土壤中有明顯的凈殘留，有助于土壤氮素的累積，但是，與腐殖酸配施的氮肥需要一個適宜量。

腐殖酸與化肥配施能提升土壤磷的有效性，其原因可能是由于腐殖酸中含有多種官能團(tuán)可與磷形成絡(luò)合物，可減少磷的固定，并加速了無機(jī)磷的溶解。而單施化肥氮磷鉀處理和單施磷鉀肥處理，由于2年連續(xù)施磷，磷的移動性較小，能使耕層土壤中的磷維持較高的水平。

土壤pH值用來表示土壤的酸堿度，是土壤重要的基本性質(zhì)之一，能直觀反映土壤的酸化狀況[15]。土壤pH值對土壤中的一系列肥力性質(zhì)具有深刻影響。另外，各種作物的生長都有其最適宜的酸堿度范圍，土壤pH值對作物的生長發(fā)育具有直接和間接的作用[15]。本研究顯示，施用腐殖酸可以有效調(diào)節(jié)土壤的pH值，使土壤pH值向中性方向發(fā)展，有益于土壤微生物生長，并激發(fā)其活性，使土壤pH值更有利于作物的生長發(fā)育。腐殖酸具有調(diào)節(jié)土壤pH值作用，但以腐殖酸+氮肥處理最優(yōu)，這可能是由于腐殖酸富含多種官能團(tuán)，化肥與腐殖酸結(jié)合后，能促進(jìn)腐殖酸釋放酸性離子有關(guān)，使腐殖酸具有對土壤起緩沖性能的作用。腐殖酸與氮肥結(jié)合施用才能有效提高土壤的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，有效改善土壤的酸堿性，這可能與腐殖酸富含多種官能團(tuán)有關(guān)[25-26]。至于腐殖酸為什么必須與氮肥配施才能發(fā)揮作用的機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。