連續(xù)施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥制種玉米田理化性質(zhì)及酶活性和重金屬變化特征

潘艷花，曹立國(guó)，薛治軍，賀 勇，王 強(qiáng)，張文敬，夏尚有，鄭 榮，王學(xué)強(qiáng)

(1.酒泉市種子管理站,甘肅 酒泉 735000；2.甘肅酒玉種業(yè)有限公司，甘肅 酒泉 735000；3.酒泉?jiǎng)P地農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司，甘肅 蘭州 735000；4.酒泉市肅州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，甘肅 酒泉 735000；5.酒泉市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 酒泉 735000)

甘肅省河西內(nèi)陸灌區(qū)具有得天獨(dú)厚的自然環(huán)境條件和區(qū)位優(yōu)勢(shì)，日照時(shí)間3 200～3 400 h，年均溫度7.20～7.5℃，≥10的積溫2 600～2 800℃，年降水量86～150 mm，年蒸發(fā)量1 800～2 500 mm[1]，是制種玉米良種繁殖的最佳生態(tài)區(qū)。近25 a來，美國(guó)杜邦先鋒等國(guó)內(nèi)外90多家種業(yè)集團(tuán)在此建立了約10萬(wàn)hm2國(guó)家級(jí)雜交玉米制種基地，年繁殖玉米雜交種6.38×105t，該基地成為全國(guó)最大的玉米雜交種繁殖基地[2]。隨著制種玉米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前日益凸顯的主要問題是長(zhǎng)期施用傳統(tǒng)化肥導(dǎo)致制種玉米田質(zhì)量下降，生產(chǎn)的制種玉米產(chǎn)量低、品質(zhì)差，部分種業(yè)集團(tuán)轉(zhuǎn)向新疆、內(nèi)蒙和寧夏等地，影響了本區(qū)制種玉米產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3-6]。

甘肅省酒泉市2016—2020年農(nóng)業(yè)廢棄物資源總量平均為6.51×106t(畜禽糞便有機(jī)肥5.28×106t，農(nóng)作物秸稈1.05×106t，廢渣1.48×105t，餅肥3.51×104t)，其中用于沼氣工程、直接還田的占55%，剩余2.92 t的農(nóng)業(yè)廢棄物堆放在農(nóng)村居民點(diǎn)周圍，造成農(nóng)村生態(tài)環(huán)境污染。經(jīng)分析,這些農(nóng)業(yè)廢棄物含有機(jī)質(zhì)15.00%～88.30%、有機(jī)碳8.70%～33.24%、N含量0.32%～2.57 %、P2O5含量0.15%～0.47%、K2O含量0.16%～1.56%，而重金屬離子Hg、Cd、Cr和Pb含量均小于國(guó)家規(guī)定的農(nóng)業(yè)廢棄物含量標(biāo)準(zhǔn)(GB8172—87)[7-8]。為了解決甘肅省河西內(nèi)陸灌區(qū)制種玉米田長(zhǎng)期施用化學(xué)肥料導(dǎo)致的土壤有機(jī)質(zhì)含量低，土壤板結(jié)，玉米根系下扎受阻，團(tuán)聚體、孔隙度和酶活性降低，土壤質(zhì)量下降，生產(chǎn)的制種玉米品質(zhì)差和研究區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物對(duì)農(nóng)村環(huán)境的污染等問題，本文以研究區(qū)資源豐富的作物秸稈、畜禽糞便肥和廢渣為原料，在室內(nèi)合成農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥替代傳統(tǒng)化肥，旨在為保障研究區(qū)制種玉米安全生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用提供技術(shù)支撐。有關(guān)農(nóng)業(yè)廢棄物對(duì)土壤質(zhì)量和作物品質(zhì)的影響，前人做了大量研究工作。在農(nóng)業(yè)廢棄物對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響方面：王篤超等[9]研究得出有機(jī)物料對(duì)改善土壤團(tuán)聚體組成、增加>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量效果比較顯著；牛糞、雞糞能夠提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性[10-11]。李娟等[12]研究得出羊糞改善了風(fēng)沙土化學(xué)性質(zhì)；牛糞降低了土壤pH、EC和 ESP[13]；雞糞提高了土壤pH值和緩沖性能[14]。劉志平等[15]研究得出雞糞和磷肥配施提高了土壤磷的有效性；羊糞替代化肥提高了土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量[16]。叢艷靜等[17]研究得出玉米秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量具有明顯的提升作用；羊糞可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[18]；豬糞施用量與土壤有機(jī)碳含量之間存在著顯著的線性關(guān)系[19]；玉米秸稈深埋在土壤中增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量[20]。在農(nóng)業(yè)廢棄物對(duì)土壤微生物及酶活性和重金屬離子的影響方面：屈皖華等[21]研究發(fā)現(xiàn)楊樹枝條粉碎還田提高了土壤微生物的代謝活性；玉米秸稈還田為土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖提供了充足的碳源[22]；食用菌渣可以促進(jìn)土壤微生物的增殖[23]；雞糞和家畜糞便可以明顯提高土壤微生物數(shù)量[24]；牛糞提高了土壤細(xì)菌和放線菌的數(shù)量，抑制了真菌的增長(zhǎng)[25]。張啟明等[26]研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)物料與化肥配施能夠提高土壤酶的活性；牛糞、麥秸配合施用提高了土壤脲酶和磷酸酶的活性[27-28]。宋姿蓉等[29]研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期施用豬糞、雞糞、污泥可導(dǎo)致土壤中Cu和Zn累積；牛糞與秸稈配合施用，可降低玉米籽粒中Cd含量[30]；雞糞、豬糞和牛糞顯著提高了土壤有效Zn含量[31]；雞糞堆肥處理可以降低重金屬離子的生物有效性[32]；羊糞和馬糞混合施用可以降低土壤中Cu和Zn的生物有效性[33]；豬糞對(duì)土壤重金屬離子Cu、Zn累積具有一定的促進(jìn)作用[34]；雞糞對(duì)土壤中Pb、Cd具有較強(qiáng)的鈍化作用[35]；雞糞與秸稈和生物炭配合施用降低了Pb的有效性，減少了玉米對(duì)Pb離子的吸收[36]；雞糞和生物炭混合施用減少了玉米對(duì)Cd的吸收和積累[37]；雞糞中摻入粉煤灰能減少大白菜中重金屬的累積[38]。在農(nóng)業(yè)廢棄物對(duì)作物品質(zhì)的影響方面：謝志煌等[39]研究認(rèn)為施用牛糞可以明顯提高大豆的脂肪、游離氨基酸和可溶性糖含量；沼渣、秸稈、麥秸、菌渣和稻殼還田有利于改善番茄的品質(zhì)[40-42]；麥秸及稻殼和菌渣還田提高了番茄Vc和可溶性糖含量[43]；食用菌渣還田可顯著提高黃芩可溶性糖和煙葉干物質(zhì)含量[44-45]；羊糞還田提高了火龍果總糖和維生素C含量，降低了總酸含量[46]。

綜上所述，前人對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物施用方法研究主要集中在單獨(dú)施用或者與化肥、粉煤灰 、磷礦粉、污泥、生物炭和稻殼配合施用；對(duì)土壤性質(zhì)的影響主要研究了理化性質(zhì)、微生物、酶活性和重金屬離子；對(duì)作物品質(zhì)的影響主要針對(duì)大豆、番茄、黃芩、煙葉和火龍果等作物。而多年施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥對(duì)制種玉米田理化性質(zhì)及酶活性和重金屬變化特征的影響尚少見文獻(xiàn)報(bào)道。研究區(qū)畜禽糞便、秸稈、廢渣等農(nóng)業(yè)廢棄物資源豐富，農(nóng)業(yè)廢棄物還田可增加農(nóng)田有機(jī)質(zhì)含量，還能促進(jìn)土壤微生物繁殖和酶活性增強(qiáng)，對(duì)提高土壤肥力和作物產(chǎn)量、增強(qiáng)固碳能力都具有重要意義。同時(shí)，農(nóng)業(yè)廢棄物還田有利于提高資源利用效率、減少環(huán)境污染和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，在本區(qū)域開展施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥對(duì)制種玉米田理化性質(zhì)及酶活性和重金屬含量影響的研究，可為科學(xué)有效地指導(dǎo)制種玉米生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況和試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2016—2020年在甘肅省酒泉市肅州區(qū)金佛寺鎮(zhèn)下四截村二社制種玉米基地上進(jìn)行(99°38′63″E，38°29′33″N)，海拔1 550 m，年均溫7.2℃，年均降水量86 mm，年均蒸發(fā)量2 400 mm，無霜期150 d。土壤類型是灌淤旱作人為土[47]，0～20 cm土層土壤容重、總孔隙度、>0.25 mm團(tuán)聚體和總持水量分別為1.33 g·cm-3、49.81%、21.58%和996.25 t·hm-2；有機(jī)質(zhì)含量、有機(jī)碳含量和有機(jī)碳密度分別為16.36、9.46 g·kg-1和2.52 kg·hm-2；CEC(陽(yáng)離子交換量)、pH值、可溶性鹽、堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為16.29 cmol·kg-1、7.58、1.68 g·kg-1、69.97 mg·kg-1、6.57 mg·kg-1和118.29 mg·kg-1。

1.1.2 試驗(yàn)材料 畜禽糞便組合肥(牛糞、羊糞、豬糞、生物菌肥風(fēng)干重量比按0.6116∶0.2945∶0.0923∶0.0016混合)粒徑1～20 mm；秸稈組合肥(玉米秸稈、馬鈴薯藤、豌豆秸稈、秸稈發(fā)酵劑風(fēng)干重量比按0.5769∶0.3213∶0.1006∶0.0012混合)粒徑1～20 mm；廢渣組合肥(食用菌渣、沼渣、糠醛渣風(fēng)干重量比按0.4951∶0.3846∶0.1203混合)粒徑1～20 mm。參試材料有效成分見表1，玉米品系為‘敦玉128’。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥發(fā)酵方法 2016年3月1日，將風(fēng)干的畜禽糞便、廢渣和作物秸稈分別粉碎過2 cm篩，加入尿素(尿素加入量(kg·t-1)=畜禽糞便、廢渣、作物秸稈C/N÷25÷0.46)把碳氮比調(diào)整為25∶1，在玉米秸稈、馬鈴薯藤和豌豆秸稈加入秸稈發(fā)酵劑，噴自來水調(diào)節(jié)水分含量達(dá)到60%～65%[48]，在溫室內(nèi)(室溫25～30℃)堆成2 m高的梯形，覆蓋塑料薄膜并開直徑3～5 cm小洞若干。堆內(nèi)溫度降到室溫，發(fā)酵物料出現(xiàn)灰白色菌絲后，在陰涼干燥處自然風(fēng)干，測(cè)定含水量小于5%備用，發(fā)酵參數(shù)見表2。

1.2.2 試驗(yàn)處理 試驗(yàn)①：農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥配方篩選。2016年4月20日選擇秸稈組合肥、畜禽糞便組合肥和廢渣組合肥為3種原料，每種原料設(shè)計(jì)3個(gè)水平施用量，選擇正交表L9(34)設(shè)計(jì)9個(gè)試驗(yàn)處理[49](表3)，按表中用量制成9種農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥。試驗(yàn)②：連續(xù)4 a施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥對(duì)制種玉米田理化性質(zhì)及酶活性和重金屬影響的研究。2017—2020年4月20日依據(jù)試驗(yàn)①篩選的配方，將秸稈組合肥、畜禽糞便組合肥和廢渣組合肥風(fēng)干重量比按0.2609∶0.5217∶0.2174混合，得到農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥。將農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限設(shè)計(jì)為0(CK)、1、2、3 a和4 a共5個(gè)處理，處理1～4 a農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用量均為69 t·hm-2。

表2 農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥發(fā)酵參數(shù)Table 2 Agricultural waste fermentation parameters

1.2.3 種植方法 試驗(yàn)①和②小區(qū)面積為 36 m2(長(zhǎng)8.00 m×寬4.50 m)，農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥在播種前施入0～20 cm耕作層作底肥，播種時(shí)間為2016—2020年每年的4月20日，深度4～5 cm，株距22 cm，行距50 cm，父母本行比為1∶7，再配置滿天星父本(父本種植在兩行母本中間，株距為50 cm)。每個(gè)小區(qū)為1個(gè)支管單元，在支管單元入口安裝閘閥、壓力表和水表，分別在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、開花期、灌漿期、乳熟期各灌水1次，每個(gè)小區(qū)灌水量4.80 m3，其他管理措施同常規(guī)制種。

1.2.4 樣品采集方法 試驗(yàn)①制種玉米收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)選擇中間3行，每行隨機(jī)采集15穗，分別測(cè)定穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重。每個(gè)小區(qū)單獨(dú)采收，將小區(qū)產(chǎn)量折合成公頃產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。試驗(yàn)②制種玉米收獲后，分別在每個(gè)小區(qū)內(nèi)按對(duì)角線布置5個(gè)采樣點(diǎn)，采集0～20 cm耕作層土樣5 kg，用四分法留2 kg(1 kg新鮮土樣放入4℃冰箱避光保存測(cè)定微生物數(shù)量和酶活性，另外1 kg土樣風(fēng)干過1 mm篩，室內(nèi)測(cè)定有機(jī)質(zhì)、pH值、CEC、可溶性鹽、堿解氮、速效磷、速效鉀和金屬離子)。土壤容重和團(tuán)聚體用環(huán)刀采原狀土，不進(jìn)行風(fēng)干。

1.2.5 測(cè)定指標(biāo)與方法 土壤容重、總孔隙度和>0.25 mm團(tuán)聚體測(cè)定分別采用環(huán)刀法、計(jì)算法和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分析儀法；pH值、CEC、可溶性鹽、有機(jī)碳測(cè)定分別采用酸度計(jì)法(水土比5∶1)、乙酸銨-氯化銨法、電導(dǎo)法和重鉻酸鉀氧化-外加熱法；堿解氮、速效磷和速效鉀測(cè)定分別采用擴(kuò)散法、碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法和中性醋酸銨溶液浸提-火焰光度計(jì)法；總持水量(t·hm-2)=面積(m2)×總孔隙度(%) ×土層深度(m)[50]；微生物種群數(shù)量測(cè)定采用稀釋平板法，真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基混菌法培養(yǎng)，細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基混菌法培養(yǎng)，放線菌采用高氏1號(hào)培養(yǎng)基表面涂布法培養(yǎng)，3類微生物分別在培養(yǎng)后4、8 d和12 d后觀察計(jì)數(shù)，分別計(jì)算出每克干土的含菌數(shù)[51]；蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性測(cè)定分別采用3,5-二硝基水楊酸比色法、靛酚比色法、磷酸苯二鈉比色法和碘量滴定法[52]；土壤有機(jī)碳密度(kg·hm-2)=有機(jī)碳含量(g·kg-1) ×容重(g·cm-3) ×采樣深度(cm) ×0.01[53]；Hg、Cd、Pb、Cr和Zn全量測(cè)定參考中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所《土壤理化分析》[54-55]。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥配方比例確定

由2016年9月30日制種玉米收獲后測(cè)定數(shù)據(jù)可以看出(表3)，秸稈組合肥、畜禽糞便組合肥和廢渣組合肥對(duì)制種玉米田團(tuán)聚體、CEC和制種玉米穗粒重、百粒重和產(chǎn)量的主次效應(yīng)(R)為：畜禽糞便組合肥>秸稈組合肥>廢渣組合肥。從各水平均值看出，KA1>KA3>KA2，KB3>KB2>KB1，KC3>KC1和KC2，說明農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥原料間施用量比例為秸稈組合肥18 t·hm-2∶畜禽糞便組合肥36 t·hm-2∶廢渣組合肥15 t·hm-2,即組合比例為0.2609∶0.5217∶0.2174。

2.2 連續(xù)施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥制種玉米田理化性質(zhì)和持水量變化特征

2.2.1 物理性質(zhì)變化特征 由2017—2020年每年制種玉米收獲后測(cè)定數(shù)據(jù)可以看出，制種玉米田容重隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的延長(zhǎng)而降低，總孔隙度和>0.25 mm團(tuán)聚體隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的延長(zhǎng)而增大。施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與不施肥(CK)比較，顯著地降低了容重、增大了總孔隙度、極顯著地增大了團(tuán)聚體(表4)。施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與3 a和2 a比較，容重分別降低2.36%和3.88%，總孔隙度分別增加1.98%和3.49%(P>0.05)，>0.25 mm團(tuán)聚體分別增加4.95%(P>0.05)和8.40%(P<0.05)；與施用1 a處理比較，容重降低5.34%，總孔隙度增加5.02%(P<0.05)，>0.25 mm團(tuán)聚體增加12.98%(P<0.01)；與不施肥處理比較，容重降低6.77%，總孔隙度增加6.63%(P<0.05)，>0.25 mm團(tuán)聚體增加18.95%(P<0.01)。農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限與容重之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.9888，與總孔隙度和>0.25 mm團(tuán)聚體之間呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.9935和0.9793。農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限越長(zhǎng)，容重越小，總孔隙度和水穩(wěn)性團(tuán)聚體越大。

2.2.2 化學(xué)性質(zhì)和持水量變化特征 由表4可知，制種玉米田pH值隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的延長(zhǎng)而降低，CEC、EC值、可溶性鹽和總持水量隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的延長(zhǎng)而增大。施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與CK比較，顯著地降低了制種玉米田pH值，增大了總持水量、EC值和可溶性鹽，極顯著地增大了CEC(表4)。施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與3 a比較，pH值降低0.42%，EC值、可溶性鹽和總持水量分別增加0.91%、1.14%和1.97%(P>0.05)，CEC增加5.42%(P<0.05)；與2 a比較，pH值降低2.60%，EC值、可溶性鹽和總持水量分別增加1.84%、1.72%和3.48%(P>0.05)，CEC增加8.52%(P<0.05)；與1 a比較，pH值降低4.69%，EC值和可溶性鹽分別增加2.32%和2.91%(P>0.05)，總持水量增加5.02%(P<0.05)，CEC增加26.11%(P<0.01)；與CK比較，pH值降低6.20%，總持水量、EC值和可溶性鹽分別增加6.62%、5.23%和5.36%(P<0.05)，CEC增加36.10%(P<0.01)。農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限與pH值之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.9352，與CEC、EC值、可溶性鹽和總持水量之間呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.9021、0.9305、0.7014和0.9936。

2.3 連續(xù)施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥制種玉米田有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量變化特征

2.3.1 有機(jī)質(zhì)及有機(jī)碳和有機(jī)碳密度變化特征 由表5可知，制種玉米田的有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、有機(jī)碳密度隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的增加而增大。施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與CK比較，極顯著地提高了有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和有機(jī)碳密度。施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與3 a比較，有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和有機(jī)碳密度分別增加4.87%、4.92%和2.83%(P>0.05)；與2 a比較，有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳分別增加13.26%和13.32%，有機(jī)碳密度增加8.99%(P<0.05)；與1 a比較，有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和有機(jī)碳密度分別增加17.47%、17.52%和11.49%(P<0.01)；與CK比較，有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和有機(jī)碳密度分別增加23.72%、24.10%和15.48%(P<0.01)。農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限與有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和有機(jī)碳密度之間呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.9813、0.9812、和0.9703。農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限越長(zhǎng)，有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳含量越高。

2.3.2 速效氮磷鉀含量變化特征 由表5可知，制種玉米田堿解氮、速效磷和速效鉀含量均隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的增加而增大，施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與CK比較，極顯著地提高了堿解氮、速效磷和速效鉀含量。施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與3 a比較，堿解氮含量增加4.67%(P>0.05)，速效磷和速效鉀含量分別增加6.49%和6.02%(P<0.05)；與2 a比較，堿解氮和速效鉀含量分別增加6.65%和8.92%(P<0.05)，速效磷含量增加13.22%(P<0.01)；與1 a比較，堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別增加11.96%、16.98%和12.98%(P<0.01)；與CK比較，堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別增加28.44%、49.92%和27.97%(P<0.01)。農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限與堿解氮、速效磷和速效鉀含量之間呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.9754、0.9766和0.9691。

2.4 連續(xù)施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥制種玉米田微生物數(shù)量、酶活性及重金屬含量變化特征

2.4.1 微生物數(shù)量變化特征 由表6可知，制種玉米田細(xì)菌和放線菌數(shù)量隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的增加而增大，真菌數(shù)量隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的增加而降低。施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與CK比較，極顯著地提高了細(xì)菌和放線菌數(shù)量，極顯著地降低了真菌數(shù)量。施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與3 a比較，細(xì)菌和放線菌數(shù)量分別增加1.65%和4.62%，真菌數(shù)量降低6.06%(P>0.05)；與2 a比較，細(xì)菌數(shù)量增加8.37%(P<0.05)，放線菌數(shù)量增加16.77%，真菌數(shù)量降低13.89%(P<0.01)；與1 a比較，細(xì)菌和放線菌數(shù)量分別增加14.42%和32.12%，真菌數(shù)量降低20.51%(P<0.01)；與CK比較，細(xì)菌和放線菌數(shù)量分別增加38.20%和86.60%，真菌數(shù)量降低26.19%(P<0.01)。農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限與真菌數(shù)量之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.9918，與細(xì)菌和放線菌數(shù)量之間呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.9756和0.9740。

表4 連續(xù)施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥制種玉米田理化性質(zhì)和持水量變化特征Table 4 The change characteristics of physicochemical properties and water holding capacity in seed maize field with agricultural waste compost applied for 4 consecutive years

表5 連續(xù)施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥制種玉米田有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳及速效養(yǎng)分含量變化特征Table 5 Change characteristics of organic matter,organic carbon and available nitrogen,phosphorus and potassium contents in seed production maize field with agricultural waste compost applied for 4 consecutive years

2.4.2 酶活性變化特征 由表6可知，制種玉米田酶活性隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的遞增而增大，施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與CK比較，極顯著地提高了蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性。施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與3 a比較，蔗糖酶、脲酶和多酚氧化酶活性分別增加4.29%、1.35%和3.85%(P>0.05)，磷酸酶活性增加7.07%(P<0.05)；與2 a比較，脲酶活性增加7.14%(P<0.05)，蔗糖酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性分別增加19.51%、19.03%和14.89%(P<0.01)；與1 a比較，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性分別增加31.27%、13.64%、34.47%和28.57%(P<0.01)；與CK比較，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性分別增加63.46%、38.89%、61.48%和58.82%(P<0.01)。農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限與蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性之間呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.9694、0.9468、0.9930和0.9689。

2.4.3 重金屬含量變化特征 由表7可知，制種玉米田重金屬離子含量隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的遞增而增大，施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與CK比較，極顯著地提高了Hg、Cd、Cr、Pb和Zn含量。施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥4 a與3 a比較，Cd和Zn含量分別增加8.33%和7.41%(P<0.05)，Hg、Cr和Pb含量分別增加3.70%、2.49%和2.74%(P>0.05)；與2 a比較，Hg、Cd和Zn含量分別增加12.00%、13.04%和11.54%(P<0.01)，Cr和Pb含量分別增加8.20%和5.33%(P<0.05)；與1 a比較，Hg、Cd、Cr和Zn含量分別增加16.67%、18.18%、14.13%和16.00%(P<0.01)，Pb含量增加9.01%(P<0.05)；與CK比較，Hg、Cd、Cr、Pb和Zn含量分別增加21.74%、30.00%、24.49%、27.55%和31.81%(P<0.01)。農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限與土壤Hg、Cd、Cr、Pb和Zn之間呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.9800、0.9657、0.9795、0.9966和0.9797。雖然連續(xù)4 a施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥導(dǎo)致重金屬含量增加，但其含量仍小于土壤污染臨界值[56]，說明研究區(qū)域農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥重金屬含量較低，不會(huì)對(duì)制種玉米造成風(fēng)險(xiǎn)。

表6 連續(xù)施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥制種玉米田微生物和酶活性變化特征Table 6 Characteristics of microbial and enzyme activities in seed maize field with agricultural waste compost applied for 4 consecutive years

表7 連續(xù)施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥制種玉米田重金屬含量變化特征Table 7 Change characteristics of heavy metal content in seed maize field with agricultural waste compost applied for 4 consecutive years

3 討 論

本研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限越長(zhǎng)，制種玉米田容重越小、總孔隙度和水穩(wěn)性團(tuán)聚體越大。這種變化特征與郝小雨等[57]、邵云等[58]、李更新等[59]和李小煒等[60]研究結(jié)論相一致。究其原因，一是農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥將大量有機(jī)質(zhì)帶入土壤使土壤疏松，降低了容重，增加了孔隙度；二是組合肥堆肥發(fā)酵后松軟、疏松、絮狀、多孔，因此增加了制種玉米田的孔隙度，降低了容重；三是組合肥中的有機(jī)質(zhì)在土壤中合成的腐殖質(zhì)促進(jìn)了水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成。本研究還發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限越長(zhǎng)，制種玉米田pH值越小，CEC、EC值、可溶性鹽和總持水量越大。這種變化規(guī)律與燕金銳等[61]、姚桂華等[62]、陳彥君等[63]研究結(jié)論相吻合，究其原因，一是組合肥在分解過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸(草酸、氨基酸)降低了pH值；二是組合肥在土壤中分解產(chǎn)生的腐殖酸刺激了作物根系的生長(zhǎng)，根系分泌的弱酸降低了pH值；三是組合肥在土壤中合成的腐殖質(zhì)是一種含有酚羥基、羧基、甲氧基等多功能團(tuán)的弱酸，因而降低了pH值；四是組合肥吸附能力較強(qiáng)，提高了土壤保肥性，因而增大了土壤的CEC；五是組合肥在土壤中合成的腐殖質(zhì)帶負(fù)電荷，吸附了土壤中的陽(yáng)離子，因而提高了土壤的CEC；六是組合肥中的畜禽糞便肥和廢渣在分解過程中將鹽基離子釋放在土壤中，因而提高了土壤的EC和可溶性鹽含量；七是組合肥在土壤中合成的腐殖質(zhì)是親水膠體，吸水率為500%～600%，因而提高了土壤持水量。

本研究表明，農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限越長(zhǎng)，制種玉米田有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和速效氮、磷、鉀含量越高。蔡瑞婕等[64]、鄭鳳君等[65]、劉永青等[66]、汪紅霞等[67]、王彩絨等[68]、田小明等[69]和龍攀等[70]也得出了相同的結(jié)論。究其原因，一是農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥將大量的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀養(yǎng)分帶入土壤，因而提高了土壤有機(jī)質(zhì)及有機(jī)碳和速效氮、磷、鉀含量；二是組合肥含有豐富的有機(jī)質(zhì)，其中含有碳、氮、磷、鉀等多種營(yíng)養(yǎng)元素，有機(jī)質(zhì)在土壤中進(jìn)行礦質(zhì)化發(fā)酵過程中，釋放出了多種營(yíng)養(yǎng)元素，因而提高了土壤速效養(yǎng)分含量；三是組合肥在土壤中分解產(chǎn)生的腐殖酸促進(jìn)了土壤中難溶性養(yǎng)分的溶解，因而提高了速效養(yǎng)分含量。

本研究發(fā)現(xiàn)，制種玉米田細(xì)菌和放線菌數(shù)量隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的增加而增大，真菌數(shù)量隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的增加而降低。究其原因，一是施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥改變了土壤環(huán)境條件，增加了有益微生物的數(shù)量，促進(jìn)了細(xì)菌和放線菌的繁殖，抑制了真菌的生長(zhǎng)發(fā)育；二是組合肥中有機(jī)質(zhì)及大量元素為微生物提供了碳源和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)了細(xì)菌和放線菌的繁殖；三是組合肥中的生物菌肥把活性微生物帶到土壤中，促進(jìn)了細(xì)菌和放線菌的生長(zhǎng)發(fā)育[71]。連續(xù)4 a施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥極顯著地提高了制種玉米田蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性，究其原因，一是組合肥把大量的酶帶入土壤；二是組合肥提高了土壤有機(jī)碳含量，為依附其上的土壤酶創(chuàng)造了良好的生態(tài)環(huán)境條件，提高了其活性；三是組合肥增加了土壤有益微生物細(xì)菌和放線菌數(shù)量，因而提高了土壤酶活性[72]。丁力等[73]研究得出施用動(dòng)物糞便后提高了土壤酶的活性；施嫻等[74]、吳平江等[75]、關(guān)天霞等[76]研究指出施用有機(jī)肥提高了土壤蔗糖酶、脲酶、多酚氧化酶與磷酸酶的活性。

本研究表明，制種玉米田重金屬離子含量隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的增加而增大，與不施肥比較，連續(xù)4 a施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥極顯著地提高了土壤Hg、Cd、Cr、Pb和Zn含量。究其原因，一是農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥中的畜禽糞便肥把重金屬離子帶入土壤，葉必雄等[77]研究指出長(zhǎng)期施用畜禽糞便的土壤剖面中 Cu、Zn、Pb 等重金屬含量高于未施用畜禽糞便的土壤；袁凱等[78]研究得出豬糞中Cu和Zn含量均值為 485.2 mg·kg-1和1 220 mg·kg-1，牛糞中Cu和Zn含量均值為53.90 mg·kg-1和155.80 mg·kg-1，羊糞中Cu和Zn含量均值為45.70 mg·kg-1和203.80 mg·kg-1。二是畜禽養(yǎng)殖中濫用或超量使用Cu、Zn、Cr等微量元素作為飼料添加劑，這些元素在畜禽體內(nèi)消化吸收利用率低，致使糞便中重金屬Cu、Zn 、Cr等富集，王慧等[79]研究發(fā)現(xiàn)江蘇省150個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽飼料中Cu、Zn 含量范圍分別為0～392.1 mg·kg-1和15.9～2 041.8 mg·kg-1；薄錄吉等[80]研究得出我國(guó)11個(gè)省(市)規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)豬飼料Cu含量超標(biāo)的樣品數(shù)量高達(dá)100%，Zn含量超標(biāo)的樣品數(shù)量占到60%～100%；王飛等[81]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，華北地區(qū)豬飼料中Cu和Zn含量分別為136.36 mg·kg-1和544.85 mg·kg-1，超過“農(nóng)業(yè)部1224公告”對(duì)Cu和Zn的限量值，超標(biāo)率分別為66.67%和80.00%。張輝等[82]研究顯示，浙江地區(qū)豬飼料中Cu和Zn含量達(dá)到了239.39 mg·kg-1和468.46 mg·kg-1，超過“農(nóng)業(yè)部2625公告”對(duì)Cu和Zn的限量值[83]；迪娜·吐爾生江等[84]對(duì)黃淮海地區(qū)的雞飼料樣品進(jìn)行分析，飼料樣品中的Pb和Cd 含量均超過了我國(guó)《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》限量值，超標(biāo)率分別為39.7%和 23.50%。三是組合肥中的秸稈組合肥把重金屬離子帶入土壤，王瓊瑤等[85]研究表明小麥秸稈還田后，水稻植物體各部分的Cu、Zn含量均高于對(duì)照(不施肥)。四是畜牧生產(chǎn)者種植牧草和飼草施用了微量元素肥料，牧草和飼草中的Cu和Zn通過食物鏈富集在畜禽糞便內(nèi)。土壤重金屬含量超過土壤臨界值時(shí)，將對(duì)農(nóng)作物、農(nóng)產(chǎn)品等造成嚴(yán)重污染，并通過食物鏈危害人類健康。本研究連續(xù)4 a施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥后，重金屬離子含量高于不施肥，但其小于土壤污染臨界值[86-87]，不會(huì)對(duì)作物造成污染風(fēng)險(xiǎn)。究其原因是畜禽糞便中的有機(jī)質(zhì)合成的腐殖質(zhì)吸附重金屬離子形成螯合絡(luò)合物，使重金屬離子活性降低。

4 結(jié) 論

制種玉米田容重、pH值和真菌數(shù)量隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的延長(zhǎng)而降低，總孔隙度、水穩(wěn)性團(tuán)聚體、CEC、EC值、可溶性鹽、總持水量、有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、有機(jī)碳密度、速效氮磷鉀含量、微生物數(shù)量、酶活性、重金屬含量等指標(biāo)則隨著農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限的遞增而增大。農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥施用年限與制種玉米容重、pH值和真菌數(shù)量之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與總孔隙度、水穩(wěn)性團(tuán)聚體、CEC、EC值、可溶性鹽、總持水量、有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳密度、速效氮磷鉀含量、微生物數(shù)量、酶活性、重金屬含量之間呈正相關(guān)關(guān)系。連續(xù)4 a施用農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥重金屬含量比不施肥高，但其小于土壤污染臨界值，不會(huì)對(duì)作物造成污染風(fēng)險(xiǎn)。