有機(jī)無機(jī)培肥對復(fù)墾土壤肥力和水稻產(chǎn)量的影響

董澤鵬，薛世通，董 琦，武 強(qiáng)，王愛萍

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801）

山西耕地資源不足，土地利用方式粗放，水土流失嚴(yán)重，耕地后備資源不足，人地矛盾嚴(yán)重。為了提高山西土壤肥力，提高糧食產(chǎn)量，緩解人地矛盾，對被破壞的土地進(jìn)行復(fù)墾成為一種重要途徑。在無機(jī)化肥還沒問世以前，人們施用綠肥和糞肥進(jìn)行土壤培肥，單一有機(jī)培肥的缺點(diǎn)是產(chǎn)量偏低，隨著人口的增長，單一有機(jī)培肥的作物產(chǎn)量已經(jīng)滿足不了人們需求[1]?；士梢蕴岣咦魑锂a(chǎn)量[2]，為了實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，人們大量的使用無機(jī)化肥導(dǎo)致土壤肥力下降，土壤板結(jié)嚴(yán)重和鹽堿化。為了達(dá)到作物產(chǎn)量，又盡可能減少水土流失、土壤鹽堿化等問題，許多學(xué)者開始通過有機(jī)無機(jī)混施來提高土壤肥力和作物產(chǎn)量。張玉平等[3]研究表明，有機(jī)無機(jī)混施對稻田土壤的養(yǎng)分有明顯提高。李吉進(jìn)[4]研究表明，使用堆肥特別是有機(jī)無機(jī)混合可以提高土壤有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)以及養(yǎng)分含量。晁贏等[5]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)混合對土壤的培肥效果高于二者單一施用。袁玲等[6]研究發(fā)現(xiàn)，施用化肥可以促進(jìn)作物的生長和根系代謝，根系分泌物使得微生物繁殖加快，從而促進(jìn)酶活性的提高。關(guān)松蔭[7]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥含有大量的有機(jī)碳，對微生物的繁殖有促進(jìn)作用；同時(shí)有機(jī)肥本身含有微生物和酶，對酶活性有一定的促進(jìn)作用。還有大量的研究表明，有機(jī)無機(jī)混施對土壤質(zhì)量的提高和促進(jìn)植物生長發(fā)育均優(yōu)于不施肥和二者單獨(dú)施用[8-11]。目前，關(guān)于山西典型黃土母質(zhì)生土的復(fù)墾土壤進(jìn)行有機(jī)無機(jī)培肥來提高土壤養(yǎng)分、酶活性和作物產(chǎn)量的研究比較少，對復(fù)墾土壤進(jìn)行科學(xué)培肥的模式還未形成。

本研究通過3 種典型施肥方式來探討有機(jī)無機(jī)培肥對復(fù)墾土壤的養(yǎng)分、酶活性和作物產(chǎn)量的影響，旨在為提高土壤質(zhì)量、提高作物產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試水稻品種為龍稻15 號，由黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。有機(jī)肥為腐熟牛糞（含氮量0.415%、含磷量0.2%、含鉀量0.12%），無機(jī)肥為尿素（含氮量46.7%）、過磷酸鈣（含磷量12%）、硫酸鉀（含鉀54%）混合。

1.2 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017 年6 月至2018 年10 月在山西省盂縣東頭村水稻試驗(yàn)田進(jìn)行。盂縣地理位置偏北，處太行山之巔。該地區(qū)四面環(huán)山，夏季風(fēng)影響不大，屬于暖溫帶、溫帶大陸性氣候。年平均氣溫為8.7 ℃，年降雨量500～618 mm，霜凍期為9 月下旬至次年4 月，無霜期約150 d。土壤類型為黃土。0～20 cm土層土壤養(yǎng)分含量為：有機(jī)質(zhì)8.09 g/kg，全氮0.62 g/kg，全磷0.47 g/kg，全鉀6.241 g/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共分為4 個(gè)處理：CK.不施肥；NPK.尿素320 kg/hm2，過磷酸鈣600 kg/hm2，硫酸鉀80 kg/hm2；M.單施牛糞36 000 kg/hm2；NPK＋M.尿素160 kg/hm2，過磷酸鈣300 kg/hm2，硫酸鉀40 kg/hm2，牛糞18 000 kg/hm2。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為5 m×5 m，密度為30 萬穴/hm2。

1.4 樣本采集及測定

水稻收獲后隨機(jī)采取土壤0～20 cm 的土樣，裝入自封袋，每個(gè)處理重復(fù)3 次。將土樣自然風(fēng)干，避免陽光直射與高溫。待土樣風(fēng)干后，碾碎過2 mm篩，然后置于4 ℃冰箱保存待測。

有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法測定；全氮采用凱氏定氮法測定；有效磷采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用四苯硼鈉比濁法測定；土壤脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測定；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2013 和Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)無機(jī)培肥對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

2017 年水稻收獲后，NPK＋M處理有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)到了9.72 g/kg，M處理次之，這2 個(gè)處理均極顯著高于對照，較對照分別提高了25.41%，18.45%，NPK 處理有機(jī)質(zhì)含量較對照差別不大，無顯著性差異。各處理間有機(jī)質(zhì)含量NPK＋M 和M處理之間無顯著性差異，二者有機(jī)質(zhì)含量均極顯著高于NPK 處理。2018 年水稻收獲后，與2017 年相比，除了NPK 有機(jī)質(zhì)含量降低外，其他處理均提高，NPK＋M 處理有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)到9.87 g/kg，2 種有機(jī)肥處理均極顯著高于對照，較對照有機(jī)質(zhì)含量分別提高了26.86%，23.25%，NPK 處理與對照之間無顯著性差異。各處理間，2 種有機(jī)肥處理間有機(jī)質(zhì)含量無顯著性差異，但是均極顯著高于化肥處理（圖1）。

2.2 有機(jī)無機(jī)培肥對土壤養(yǎng)分含量的影響

2.2.1 有機(jī)無機(jī)培肥對土壤全氮含量影響 2017 年水稻收獲后，3 組施肥處理全氮含量較對照均有明顯提高，NPK＋M、M、NPK 處理的全氮含量較對照分別提高了22.66%，14.67%，17.34%，僅NPK＋M處理顯著高于對照。各處理間全氮含量無顯著性差異。2018 年水稻收獲后，與2017 年相比，除了CK 全氮含量下降外，施肥處理全氮含量均提高，NPK＋M、M、NPK 處理的全氮含量較對照分別提高了43.84%，20.55%，32.87%，NPK＋M處理極顯著高于對照。各處理間NPK＋M和NPK 處理間全氮含量無顯著差異，NPK＋M處理的全氮含量顯著高于M處理（圖2）。

2.2.2 有機(jī)無機(jī)培肥對土壤有效磷含量的影響

2017 年水稻收獲后，各施肥處理的有效磷含量均極顯著高于對照，其中，NPK＋M處理的有效磷含量最高，達(dá)到了17.39 mg/kg，NPK＋M、M、NPK 處理的有效磷含量較對照分別提高了86.59%，28.86%，45.60%。各施肥處理間土壤有效磷含量表現(xiàn)為：NPK＋M 處理極顯著高于M 和NPK 處理，NPK 處理極顯著高于M 處理。2018 年水稻收獲后，與2017 年相比，對照與M 處理的有效磷含量下降，NPK 和NPK＋M處理的有效磷含量上升。3 組施肥處理的有效磷含量均極顯著高于對照，NPK＋M、M和NPK 處理較對照分別提高了104.54%，33.48%，61.86%。各施肥處理間土壤有效磷含量表現(xiàn)為：NPK＋M 處理極顯著高于M 和NPK 處理，NPK 處理極顯著高于M處理（圖3）。

2.2.3 有機(jī)無機(jī)培肥對土壤速效鉀含量的影響2017 年水稻收獲后，3 組施肥處理中，只有NPK＋M處理的速效鉀含量極顯著高于對照，其他2 組施肥處理速效鉀含量雖與對照間差異不顯著，但是都有增高。速效鉀含量由高到低為NPK＋M＞NPK＞M＞CK，NPK＋M、NPK、M 處理較對照分別增加27.86%，14.12%，9.33%。各施肥處理間速效鉀含量表現(xiàn)為：NPK＋M處理顯著高于M 處理，但與NPK處理間差異不顯著，NPK 和M 處理之間差異不顯著。2018 年水稻收獲后，NPK＋M處理速效鉀含量極顯著高于對照，較對照提高37.79%。NPK 處理速效鉀含量顯著高于對照，較對照提高13.35%。M處理速效鉀含量和對照間差異不明顯，但是也有增高，增幅為8.37%。各施肥處理間速效鉀含量表現(xiàn)為，NPK＋M處理顯著高于NPK 和M處理，NPK 和M處理間差異不顯著（圖4）。

2.3 有機(jī)無機(jī)培肥對土壤酶活性的影響

2.3.1 有機(jī)無機(jī)培肥對土壤蔗糖酶活性的影響2017 年，NPK＋M 和NPK 處理的蔗糖酶活性極顯著高于對照，增幅分別為53.26%，36.41%，M處理蔗糖酶活性顯著高于對照，增幅為26.63%。各施肥處理間蔗糖酶活性表現(xiàn)為：NPK＋M處理極顯著高于M處理，NPK 和M處理之間無顯著性差異。2018 年，只有M處理蔗糖酶活性較2017 年增高，其他處理均降低。3 組施肥處理蔗糖酶活性均極顯著高于對照，NPK＋M、M、NPK 處理的蔗糖酶活性分別較對照提高了51.93%，43.65%，29.28%。各施肥處理間蔗糖酶活性表現(xiàn)為：NPK＋M 和M 處理顯著高于NPK 處理，其中，NPK＋M 處理達(dá)到極顯著水平，NPK＋M和M處理之間差異不顯著（圖5）。

2.3.2 有機(jī)無機(jī)培肥對土壤脲酶活性的影響 2017 年水稻收獲后，3 組施肥處理脲酶活性均極顯著高于對照，脲酶活性由高到低為NPK＋M＞NPK＞M＞CK，NPK＋M、NPK、M 處理脲酶活性較對照分別增高47.07%，32.79%，23.70%。各施肥處理間脲酶活性表現(xiàn)為：NPK＋M 處理極顯著高于NPK 和M 處理，NPK 和M處理間差異不顯著。2018 年水稻收獲后，對照和NPK 處理的脲酶活性較2017 年降低，其他2 組升高。3 組施肥處理脲酶活性均極顯著高于對照，脲酶活性從高到低為NPK＋M＞NPK＞M＞CK，NPK＋M、NPK、M 處理脲酶活性較對照分別增高58.66%，30.67%，29.47%。各處理間脲酶活性表現(xiàn)和2017 年一致（圖6）。

2.3.3 有機(jī)無機(jī)培肥對土壤磷酸酶活性和影響2017 年水稻收獲后，3 組施肥處理磷酸酶活性均極顯著高于對照，磷酸酶活性從高到低為NPK＋M＞NPK＞M＞CK，NPK＋M、NPK、M處理磷酸酶活性較對照分別增高48.66%，31.02%，18.72%。各施肥處理間磷酸酶活性表現(xiàn)為：NPK＋M 處理極顯著高于NPK 和M處理，NPK 處理顯著高于M處理。2018 年水稻收獲后，3 組施肥處理的磷酸酶活性均極顯著高于對照，磷酸酶活性從高到低為NPK＋M＞NPK＞M＞CK，NPK＋M、NPK、M處理磷酸酶活性較對照分別增高51.40%，33.52%，25.70%。各施肥處理間磷酸酶活性表現(xiàn)為：NPK＋M 處理極顯著高于NPK 和M處理，NPK 處理顯著高于M處理（圖7）。

2.4 有機(jī)無機(jī)培肥對水稻產(chǎn)量的影響

2017 年，有機(jī)無機(jī)施肥處理較CK 的穴穗數(shù)、每穴籽粒數(shù)、每穴籽粒質(zhì)量和千粒質(zhì)量都有不同程度的提高，但未達(dá)到顯著水平；產(chǎn)量均顯著高于對照，其中，NPK＋M處理達(dá)到極顯著水平。產(chǎn)量由高到低排序?yàn)镹PK＋M＞NPK＞M＞CK，分別較對照提高46.82%，32.63%，28.31%。2018 年，不同施肥處理的產(chǎn)量指標(biāo)較對照均有提高，NPK＋M處理的提升效果最為明顯，達(dá)到顯著水平。產(chǎn)量方面NPK＋M處理極顯著高于對照，NPK 處理顯著高于對照，M 處理與對照無顯著性差異，產(chǎn)量由高到低排序?yàn)镹PK＋M＞NPK＞M＞CK，分別較對照提高48.96%，28.53%，21.24%（表1）。

表1 不同培肥方式對水稻產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

3 結(jié)論與討論

有機(jī)質(zhì)的高低影響土壤質(zhì)量的高低。榮勤雷[12]和聶勝委等[13]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。本研究結(jié)果表明，單施有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)配施都能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，單施化肥的有機(jī)質(zhì)含量變化不大。這可能是由于直接的有機(jī)物料添加使土壤有機(jī)質(zhì)含量增加[14-15]。MULVANEY 等[16]研究認(rèn)為，單施化肥會(huì)促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的分解，不利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累與提高。單施有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)混施的有機(jī)質(zhì)含量差別不大，這可能是有機(jī)物料的輸入使得有機(jī)質(zhì)含量處于臨界點(diǎn)，也可能與當(dāng)?shù)氐耐寥李愋秃蜌夂驐l件有關(guān)。

土壤養(yǎng)分是評價(jià)土壤肥力高低的重要指標(biāo)，對作物的產(chǎn)量和質(zhì)量都有直接影響。邢素麗等[17]研究發(fā)現(xiàn)，化肥可迅速增加土壤養(yǎng)分，而有機(jī)肥緩效發(fā)揮作用。李絮花[18]長期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)配施的農(nóng)田養(yǎng)分盈余量增加。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)無機(jī)培肥均能提高土壤的養(yǎng)分含量，全氮、有效磷、速效鉀含量較對照均呈顯著上升，有機(jī)無機(jī)配施提升效果最為明顯。這與李絮花[18]研究結(jié)果一致。單施化肥對土壤速效養(yǎng)分的增幅大于單施牛糞，在提高土壤養(yǎng)分方面，有機(jī)無機(jī)配施更為合理，具體的配施比例還有待進(jìn)一步研究。

酶活性是評價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，人們研究土壤肥力多研究土壤養(yǎng)分。近年來，對土壤微生物活性的研究逐漸受到重視。土壤酶活性主要與土壤種類、氣候環(huán)境、耕作制度和施肥種類有關(guān)。大量研究表明，施肥可以促進(jìn)作物生長發(fā)育，促進(jìn)根系代謝和分泌物的增多，促進(jìn)微生物的繁殖造成酶活性的提高[19-20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)無機(jī)培肥措施均能提高土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性，可能是因?yàn)槭┓蚀龠M(jìn)了作物生長和根系分泌物的增多，促進(jìn)了微生物繁殖。這與湯桂容等[20]研究結(jié)果一致。單施化肥提高土壤酶效果大于單施有機(jī)肥，這可能是由于化肥速效養(yǎng)分大于有機(jī)肥，促進(jìn)根系分泌物增加能力更強(qiáng)。有機(jī)無機(jī)混施對土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的提升效果最明顯，這與黃智鴻等[21]研究結(jié)果一致。其原因?yàn)榛蚀龠M(jìn)了根系分泌物增加，有機(jī)肥為微生物的繁殖提供了良好的環(huán)境。第2 年與第1 年相比，單施有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)混施的土壤酶活性均提高，單施化肥較第1 年降低，這可能是由于過量的化肥破壞了微生物的生存環(huán)境，抑制微生物繁殖，從而降低酶活性。綜合來看，有機(jī)無機(jī)混施對土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的提升效果最佳。

林森[22]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)培肥可以提高土壤肥力，增強(qiáng)水稻對養(yǎng)分的吸收利用率，從而增加產(chǎn)量，等氮條件下有機(jī)無機(jī)配施提高效果最為顯著。本試驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)無機(jī)培肥措施對水稻產(chǎn)量均有不同程度提高，其中，有機(jī)無機(jī)混施的提高效果最佳。

與不施肥和其他施肥處理相比，有機(jī)無機(jī)配施對土壤有機(jī)質(zhì)含量、養(yǎng)分、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性及產(chǎn)量等的提升效果最好，為最有效改良土壤的培肥措施。