沼肥與化肥配施對玉米田土壤性質的影響

劉德堯 尤穎 夏嘉呈

摘要：為探究沼肥和化肥按不同比例配合施用對土壤性質的影響，選擇玉米田土壤為試驗材料，設置6個不同施肥處理，CK（不施肥）、HF（化肥）、ZH20（20%沼肥+80%化肥）、ZH50（50%沼肥+50%化肥）、ZH80（80%沼肥+20%化肥）、ZF100（100%沼肥）。采用隨機區組設計試驗，研究其在玉米拔節期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽穗吐絲期和收獲期5個生育時期對土壤容重、pH、有機質含量、速效氮、磷、鉀含量的影響。結果表明，小喇叭口期ZF100處理土壤有機質的含量顯著降低，而收獲期時ZF100處理土壤有機質的含量顯著提高;5個生育時期各施肥處理均處理使土壤容重下降，且沼肥濃度越高的施肥處理土壤容重下降越明顯;5個生育時期與CK相比，HF處理均使土壤pH降低，ZH20、ZH50、ZH80、ZF100處理使土壤pH升高;ZH50處理提高土壤速效氮含量的效果最顯著;ZH80、ZF100處理提高土壤速效磷含量效果最顯著;各處理間對提高土壤速效鉀含量的效果差異不顯著。

關鍵詞：沼肥;化肥;土壤性質;玉米田

中圖分類號：S513;S14 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）06-0039-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.06.007 ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of biogas manure combined with chemical fertilizer

on soil properties in cornfield

LIU De-yao，YOU Ying，XIA Jia-cheng，ZHAO Jin-xi，WANG Xue-fen，HAN Shou-liang，LIU Xin-cheng

（Yantai Institute，China Agricultural University，Yantai 264670，Shandong，China）

Abstract： In order to study the effects of combined application of biogas manure and chemical fertilizer in different proportions on soil properties， cornfield soil was selected as experimental material. Six different fertilization treatments were selected for corn field soil， including CK（no fertilization）， HF（chemical fertilizer）， ZH20（20% biogas fertilizer + 80% chemical fertilizer）， ZH50（50% biogas fertilizer + 50% chemical fertilizer）， ZH80（80% biogas fertilizer + 20% chemical fertilizer） and ZF100（100% biogas fertilizer）. Random block design was used. The effects of each treatment on soil bulk density， pH， organic matter content and available nitrogen， phosphorus and potassium content in five key maize growth stages， including jointing stage， small bell-mouthing stage， big bell-mouthing stage， tasseling and silking stage and physiological maturity， were studied by using random block design experiment. The results showed that the application of 100% biogas manure significantly decreased the content of soil organic matter at small bell-mouthing stage， but at physiological maturity it increased the content of soil organic matter significantly; The soil bulk density decreased in all fertilization treatments during the five growth stages， and the higher the concentration of biogas fertilizer， the more obvious the decrease of soil bulk density was; Compared with group CK， soil pH decreased in group HF， while increased in group ZH20， ZH50， ZH80 and ZF100 during the five growth stages; the application of ZH50 had the most significant effect on increasing soil available nitrogen content; The application of ZF100 and ZH80 had the most significant effect on increasing soil available phosphorus content; There was no significant difference among the effects on improving soil available potassium content of all fertilization treatments.

Key words： biogas manure; chemical fertilizer; soil properties; cornfield

隨著畜牧業產業化的發展，生產規模擴大的同時，以畜禽糞尿為主的大量廢棄物給生態環境造成的污染也日益加重[1]。產生的糞便及污水具有濁度高、數量大、易腐敗及難運輸的特點，未經處理或處理不當會對畜牧場本身及周邊水體造成嚴重污染，充當許多疾病的傳播媒介[2]。畜禽糞尿中含有粗蛋白質、脂肪、糖類、粗纖維等物質，經無害化處理后可以實現有效利用。利用厭氧細菌對畜禽糞尿進行厭氧發酵產生沼氣是一種綜合利用畜產廢棄物的有效措施[3]。

經沼氣發酵后產生的沼肥是一種綠色、速緩兼具、優質的有機肥料，包括沼液和沼渣，含有豐富的氮、磷、鉀、鈉、有機質、腐殖酸及多種微量元素。大量研究表明，施用沼肥對作物品質、產量、營養物質含量和土壤元素含量都有顯著的提高。劉再奇[4]研究表明連續3年施用沼肥可以增加玉米的產量。楊柳等[5]研究表明，以沼渣為基肥，不同濃度沼液為追肥，大棚番茄莖粗和抗逆性明顯增強。宋三多[6]于2014—2016年研究了沼肥對成都平原稻麥輪作制水稻養分含量的影響，表明2016年當年沼肥高量處理較不施肥處理水稻子粒蛋白質含量提高了49.64%。陳楠等[7]在大田栽培冬小麥返青期施用穩定沼液營養液，結果表明穩定沼液營養液可以顯著增加土壤速效磷、速效鉀和有機質的含量。

隨著沼氣研究的深入和農村沼氣利用的發展推廣，發酵產生的沼肥大量地應用于農業生產。但許多研究指出，單施沼肥對作物產量的提高比單施化肥效果差[8-10]。為充分發揮化肥和沼肥兩者各自優勢，緩解對化肥的依賴性，沼肥和化肥配合施用是一種理想的施肥模式。雍山玉等[11]研究表明沼肥和化肥配合施用與單施沼肥相比，玉米增產達20.26%。王科等[12]通過對沼肥化肥配施對土壤質量影響的研究，發現常規化肥和中量沼肥處理可有效提高土壤有效磷和速效鉀的含量。

土壤是農業生產和作物賴以生存的基礎，是實現農業可持續發展的基石。因此，本研究以玉米田土壤為研究對象，探討不同比例沼肥和化肥配合施用在不同玉米生育時期對土壤性質的影響，旨在優化沼肥的施肥工藝，為沼肥和化肥配施改善土壤性質提供理論依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

試驗于2018年5—9月在山東省煙臺市中國農業大學煙臺校區試驗田內進行。試驗地區屬暖溫帶海洋性季風氣候，年平均氣溫11.8 ℃，平均降水量690 mm，氣溫年變化較小。試驗田土壤類型為棕壤，土壤肥力均一，地勢平坦，所種玉米品種為金海5號。

試驗所用沼肥由當地養殖場利用畜禽廢棄物經沼氣生產發酵所提供。

1.2 ?試驗設計

采用隨機區組設計布置試驗，共計6個處理，3次重復，18個小區。各小區內等行距平種，行間距66 cm，株間距25 cm。按照當地高產玉米田生產模式進行田間管理，充分滿足肥水供應。

共設置6個施肥處理，分別為CK（不施肥）、HF（100%化肥）、ZH20（20%沼肥+80%化肥）、ZH50（50%沼肥+50%化肥）、ZH80（80%沼肥+20%化肥）、ZF（100%沼肥）。其中，HF按照每公頃施氮352.5 kg、磷165.0 kg、鉀375.0 kg為基準進行施肥，其余各施肥處理組以每公頃施氮352.5 kg為基準。表1為各處理施肥情況。其中，基肥在播種前5 d一次性施入，追肥在大喇叭口期之前進行。

1.3 ?測定項目及方法

在玉米拔節期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽穗吐絲期、收獲期5個關鍵生長時期分別對土壤進行采樣，測定土壤容重、酸堿度以及有機質和速效氮、磷、鉀的含量。

有機質含量的測定采用重鉻酸鉀外加熱法。土壤速效氮、磷、鉀的測定分別采用堿解擴散法、鉬銻抗比色法和火焰光度計法。

1.4 ?數據處理

采用Microsoft Excel和SPSS 19.0進行數據處理和方差分析。

2 ?結果與分析

2.1 ?沼肥與化肥配施對土壤有機質含量的影響

土壤中有機質的含量是衡量土壤肥力的重要指標之一。由表2可以看出，拔節期、大喇叭口期、抽穗吐絲期各處理之間差異不顯著;小喇叭口期各施肥處理中土壤有機質含量與CK差異不顯著，ZH20、ZH50、ZH80處理土壤有機質含量顯著高于ZF100處理，ZH50處理土壤有機質含量最高;大喇叭口期各處理與CK差異不顯著，ZH80處理土壤有機質含量最高;抽穗吐絲期各處理中土壤有機質含量與CK相比不顯著，CK土壤有機質含量最高;收獲期ZF100處理土壤有機質含量最高，顯著高于CK，ZF100處理土壤有機質含量最高，HF和ZH50處理略次之。

施肥后，所有處理土壤有機質含量在玉米生長的拔節期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽穗吐絲期均呈持續增長趨勢，CK、HF、ZH20、ZH50、ZH80、ZF100處理土壤有機質含量收獲期與拔節期相比較分別增長69%、267%、172%、241%、154%、309%。表明單施沼肥處理的土壤有機質含量上升幅度最大。在拔節期和小喇叭口期之間，單施沼肥的土壤有機質含量下降，推測沼肥中的微生物分解了土壤中的原始有機質。從小喇叭口期到大喇叭口期，ZH50處理土壤有機質含量下降，ZH20處理土壤有機質含量上升速度減緩。從抽穗吐絲期到收獲期，施肥處理與CK之間則出現很大差異，CK土壤有機質含量快速下降，下降幅度達49.8%;ZH20和ZH80處理則基本沒有變化;HF、ZH50、ZF100處理分別上升32.5%、19.3%、51.1%。

2.2 ?沼肥與化肥配施對土壤容重和酸堿度的影響

目前大量研究指出，化肥的長期施用造成土壤物理結構破壞，堆積密度增加，導致土壤壓實，土壤肥力下降，土壤功能退化，物理性能惡化等問題[13-15]。由圖1可以看出，不同施肥處理會對土壤容重產生影響。小喇叭口期隨著沼肥施用比例的增加，土壤容重會逐漸降低，沼肥對于降低土壤容重作用較為明顯。HF、ZH20、ZH50、ZH80、ZF100處理土壤容重相較于CK均有下降，下降比例分別為0.14%、0.42%、0.55%、0.62%、0.76%。

由圖2可知，ZH20、ZH50、ZH80和ZF100處理均明顯高于CK和HF。以小喇叭口期為例，ZH20、ZH50、ZH80、ZF100處理土壤pH略升高，且隨著沼肥在肥料中所占比例的增加，土壤pH升高越明顯，而單施化肥使得玉米田土壤pH降低。拔節期到大喇叭口期，ZH20、ZH50、ZH80、ZF100處理施肥的土壤pH均為升高，而小喇叭口期到大喇叭口期升高明顯，這是因為大喇叭口期前追肥所致。所有施肥處理土壤pH在收獲期前稍有回落，但是均高于施肥前。綜合來看，ZH20、ZH50、ZH80、ZF100處理可以明顯提高土壤pH，降低土壤酸度;HF處理可降低土壤pH，增加土壤酸度。

2.3 ?沼肥與化肥配施對土壤速效氮、磷、鉀含量的影響

由圖3可以看出，在玉米收獲期前的各時期，與純施沼肥的處理相比，HF、ZH20、ZH50、ZH80處理土壤速效氮含量較高或相當。在多數生育時期ZH50處理對土壤速效氮含量的提高最明顯。玉米收獲期，各處理間的速效氮含量差異不顯著。這是由于沼肥中的氮素轉化為速效氮速度較慢，對當季作物的氮素提供不如化肥。各組數據表明，與CK相比，不同施肥處理對土壤速效氮含量均有提高作用，且以ZH50處理較為明顯。

由圖4可知，各時期各施肥處理土壤速效鉀含量差異不顯著，但均顯著高于CK。收獲期，各處理間的土壤速效鉀含量無顯著差異。這說明單施化肥、單施沼肥或化肥沼肥按比例配施，都可以顯著提高土壤中速效鉀的含量。

從圖5可以看出，在各時期各施肥處理土壤速效磷含量顯著高于CK。各時期隨著沼肥施用比例的提高，土壤速效磷的含量有升高的趨勢，以ZH80和ZF100處理土壤速效磷含量較高。這說明與CK相比，單施化肥、單施沼肥或化肥沼肥按比例配施都對土壤速效磷含量有提高作用，且以ZH80和ZF100處理對土壤速效磷含量提高最為明顯。

3 ?小結

通過施肥各處理對玉米拔節期、大喇叭口期和抽穗吐絲期土壤有機質含量沒有明顯影響。與不施肥相比，小喇叭口期100%沼肥處理顯著降低了土壤有機質的含量，而收獲期100%沼肥處理顯著提高了土壤有機質的含量;通過施肥處理降低了玉米5個生育時期的土壤容重，且施肥處理中沼肥濃度越高土壤容重降低越明顯;100%化肥處理使土壤pH降低，加重了土壤酸度，20%沼肥+80%化肥、20%沼肥+80%化肥、80%沼肥+20%化肥、100%沼肥處理使土壤pH明顯升高，降低了土壤酸度;各施肥處理均可提高玉米5個生育時期土壤速效氮、速效磷、速效鉀的含量，其中50%沼肥+50%化肥處理提高速效氮含量效果最顯著，80%沼肥+20%化肥和100%沼肥處理提高速效磷含量效果最顯著，不同施肥處理對土壤速效鉀含量的提高差異不顯著。綜合考慮，沼肥和化肥配合施用可有效改良玉米各生育時期的土壤性質，在農業生產中具有良好的推廣前景。

參考文獻：

[1] 徐亞芬，王玉田.畜牧場廢棄物對生態環境的污染及對策[J].當代畜禽養殖業，2001（8）：36.

[2] 田寧寧，李寶林，王凱軍，等.畜禽養殖業廢棄物的環境問題及其治理方法[J].環境保護，2000（12）：10-13.

[3] 秦 ?麗，劉希穎.畜牧場廢棄物的處理與利用[J].飼料工業， 2001（10）：27-30.

[4] 劉再奇.沼肥施用對玉米產量和土壤肥力的影響[D].哈爾濱：黑龍江大學，2018.

[5] 楊 ?柳，張俊鵬，高小松，等.沼肥對大棚番茄農藝性狀及品質的影響[J].農技服務，2017，34（15）：5-6.

[6] 宋三多.沼肥施用對成都平原稻麥輪作制作物生長及土壤微生物特性影響[D].四川雅安：四川農業大學，2017.

[7] 陳 ?楠，高同國，姜 ?峰，等.高效穩定沼液營養液對冬小麥產量及土壤養分的影響[J].中國沼氣，2011，29（4）：47-50.

[8] 楊合法，范聚芳，郝晉珉，等.沼肥對保護地番茄產量、品質和土壤肥力的影響[J].中國農學通報，2006，22（7）：369-372.

[9] 方海寶.沼液在作物上的綜合應用技術[J].安徽農學通報（上半月刊），2009，15（13）：51-52.

[10] 周禮興，羅南忠，胡慶文，等.全程施用沼肥對玉米產量及土壤養分的影響[J].畢節學院學報，2014，32（8）：57-61.

[11] 雍山玉，王友生.沼肥與化肥配施對玉米產量及防病效果的影響[J].中國沼氣，2012，30（6）：61-62.

[12] 王 ?科，李 ?浩，閻 ?洪，等.化肥配施沼肥對土壤質量及小麥產量品質的影響[J].四川農業科技，2018（1）：41-43.

[13] 張福鎖，王激清，張衛峰，等.中國主要糧食作物肥料利用率現狀與提高途徑[J].土壤學報，2008，45（5）：915-924.

[14] 祝海燕.過量施肥對設施果菜類蔬菜的影響——以山東省壽光市為例[J].中國瓜菜，2018，31（11）：50-52.

[15] 宋慶赟.長期采用優化施肥方法對旱地土壤肥力與養分效應影響研究[D].陜西楊凌：西北農林科技大學，2018.