有機無機培肥對復墾土壤肥力和水稻產量的影響

董澤鵬，薛世通，董 琦，武 強，王愛萍

（山西農業大學農學院，山西太谷030801）

山西耕地資源不足，土地利用方式粗放，水土流失嚴重，耕地后備資源不足，人地矛盾嚴重。為了提高山西土壤肥力，提高糧食產量，緩解人地矛盾，對被破壞的土地進行復墾成為一種重要途徑。在無機化肥還沒問世以前，人們施用綠肥和糞肥進行土壤培肥，單一有機培肥的缺點是產量偏低，隨著人口的增長，單一有機培肥的作物產量已經滿足不了人們需求[1]。化肥可以提高作物產量[2]，為了實現高產，人們大量的使用無機化肥導致土壤肥力下降，土壤板結嚴重和鹽堿化。為了達到作物產量，又盡可能減少水土流失、土壤鹽堿化等問題，許多學者開始通過有機無機混施來提高土壤肥力和作物產量。張玉平等[3]研究表明，有機無機混施對稻田土壤的養分有明顯提高。李吉進[4]研究表明，使用堆肥特別是有機無機混合可以提高土壤有機質、腐殖質以及養分含量。晁贏等[5]研究發現，有機無機混合對土壤的培肥效果高于二者單一施用。袁玲等[6]研究發現，施用化肥可以促進作物的生長和根系代謝，根系分泌物使得微生物繁殖加快，從而促進酶活性的提高。關松蔭[7]研究發現，有機肥含有大量的有機碳，對微生物的繁殖有促進作用；同時有機肥本身含有微生物和酶，對酶活性有一定的促進作用。還有大量的研究表明，有機無機混施對土壤質量的提高和促進植物生長發育均優于不施肥和二者單獨施用[8-11]。目前，關于山西典型黃土母質生土的復墾土壤進行有機無機培肥來提高土壤養分、酶活性和作物產量的研究比較少，對復墾土壤進行科學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無機培肥對復墾土壤的養分、酶活性和作物產量的影響，旨在為提高土壤質量、提高作物產量和農業可持續發展提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

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

1.2 試驗區概況

試驗于2017 年6 月至2018 年10 月在山西省盂縣東頭村水稻試驗田進行。盂縣地理位置偏北，處太行山之巔。該地區四面環山，夏季風影響不大，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土層土壤養分含量為：有機質8.09 g/kg，全氮0.62 g/kg，全磷0.47 g/kg，全鉀6.241 g/kg。

1.3 試驗設計

試驗共分為4 個處理：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。試驗采用隨機區組設計，小區面積為5 m×5 m，密度為30 萬穴/hm2。

1.4 樣本采集及測定

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

有機質采用重鉻酸鉀-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 數據處理

采用Excel2013 和Duncan 新復極差法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 有機無機培肥對土壤有機質含量的影響

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

2.2 有機無機培肥對土壤養分含量的影響

2.2.1 有機無機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 有機無機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 有機無機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 有機無機培肥對土壤酶活性的影響

2.3.1 有機無機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為：NPK＋M 和M 處理顯著高于NPK 處理，其中，NPK＋M 處理達到極顯著水平，NPK＋M和M處理之間差異不顯著（圖5）。

2.3.2 有機無機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和2017 年一致（圖6）。

2.3.3 有機無機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 有機無機培肥對水稻產量的影響

2017 年，有機無機施肥處理較CK 的穴穗數、每穴籽粒數、每穴籽粒質量和千粒質量都有不同程度的提高，但未達到顯著水平；產量均顯著高于對照，其中，NPK＋M處理達到極顯著水平。產量由高到低排序為NPK＋M＞NPK＞M＞CK，分別較對照提高46.82%，32.63%，28.31%。2018 年，不同施肥處理的產量指標較對照均有提高，NPK＋M處理的提升效果最為明顯，達到顯著水平。產量方面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，產量由高到低排序為NPK＋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量及其產量構成因素的影響

3 結論與討論

有機質的高低影響土壤質量的高低。榮勤雷[12]和聶勝委等[13]研究發現，有機肥可以提高土壤有機質含量。本研究結果表明，單施有機肥和有機無機配施都能顯著提高土壤有機質含量，單施化肥的有機質含量變化不大。這可能是由于直接的有機物料添加使土壤有機質含量增加[14-15]。MULVANEY 等[16]研究認為，單施化肥會促進有機質的分解，不利于土壤有機質的積累與提高。單施有機肥和有機無機混施的有機質含量差別不大，這可能是有機物料的輸入使得有機質含量處于臨界點，也可能與當地的土壤類型和氣候條件有關。

土壤養分是評價土壤肥力高低的重要指標，對作物的產量和質量都有直接影響。邢素麗等[17]研究發現，化肥可迅速增加土壤養分，而有機肥緩效發揮作用。李絮花[18]長期試驗發現，有機無機配施的農田養分盈余量增加。

本試驗結果表明，有機無機培肥均能提高土壤的養分含量，全氮、有效磷、速效鉀含量較對照均呈顯著上升，有機無機配施提升效果最為明顯。這與李絮花[18]研究結果一致。單施化肥對土壤速效養分的增幅大于單施牛糞，在提高土壤養分方面，有機無機配施更為合理，具體的配施比例還有待進一步研究。

酶活性是評價土壤質量的重要指標，人們研究土壤肥力多研究土壤養分。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、氣候環境、耕作制度和施肥種類有關。大量研究表明，施肥可以促進作物生長發育，促進根系代謝和分泌物的增多，促進微生物的繁殖造成酶活性的提高[19-20]。本試驗結果表明，有機無機培肥措施均能提高土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性，可能是因為施肥促進了作物生長和根系分泌物的增多，促進了微生物繁殖。這與湯桂容等[20]研究結果一致。單施化肥提高土壤酶效果大于單施有機肥，這可能是由于化肥速效養分大于有機肥，促進根系分泌物增加能力更強。有機無機混施對土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的提升效果最明顯，這與黃智鴻等[21]研究結果一致。其原因為化肥促進了根系分泌物增加，有機肥為微生物的繁殖提供了良好的環境。第2 年與第1 年相比，單施有機肥和有機無機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境，抑制微生物繁殖，從而降低酶活性。綜合來看，有機無機混施對土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的提升效果最佳。

林森[22]研究發現，有機無機培肥可以提高土壤肥力，增強水稻對養分的吸收利用率，從而增加產量，等氮條件下有機無機配施提高效果最為顯著。本試驗結果表明，有機無機培肥措施對水稻產量均有不同程度提高，其中，有機無機混施的提高效果最佳。

與不施肥和其他施肥處理相比，有機無機配施對土壤有機質含量、養分、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性及產量等的提升效果最好，為最有效改良土壤的培肥措施。