增施腐植酸對小麥產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及土壤性狀的影響

趙成雷 劉同信 高云俠 陳士更 李巧玉 李盼盼 丁方軍*

1 山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司 泰安 271000

2 農(nóng)業(yè)部腐植酸類肥料重點(diǎn)實驗室 泰安 271000

3 肥城市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 泰安 271000

腐植酸是動植物殘骸經(jīng)過土壤微生物分解、轉(zhuǎn)化，經(jīng)一系列理化反應(yīng)積累形成的有機(jī)物質(zhì)[1]。大量研究表明，腐植酸具有改良土壤、增效化肥、促進(jìn)作物生長、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的作用[2，3]。腐植酸作為一種活性物質(zhì)，因其各種優(yōu)良特性，被添加到尿素、復(fù)合肥、水溶肥產(chǎn)品中制成腐植酸肥料。研究表明，腐植酸肥料能夠有效提高產(chǎn)量，提高肥料利用效率[4，5]。小麥作為我國的重要糧食作物，其增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對于我國的糧食安全具有至關(guān)重要的作用。本研究以小麥為研究對象，收集整合了國內(nèi)外學(xué)者發(fā)表的文獻(xiàn)資料，運(yùn)用Meta分析的方法，分析了增施腐植酸對小麥產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及土壤理化性狀的影響，旨在為加快腐植酸肥料的研發(fā)及推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究在中國知網(wǎng)及Web of Science數(shù)據(jù)庫對2000—2021年的文獻(xiàn)進(jìn)行搜集，以“小麥”“腐植酸”“產(chǎn)量”“養(yǎng)分”“土壤”等為主要關(guān)鍵詞檢索發(fā)表的田間試驗文獻(xiàn)。在搜索到的文獻(xiàn)中，通過以下的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選有效文獻(xiàn)：（1）試驗數(shù)據(jù)必須來源于大田試驗，避免溫室環(huán)境下控制試驗條件影響實際效果。而且必須包含施用腐植酸（包含腐植酸肥料）和不施用腐植酸2個處理。（2）試驗中的測定指標(biāo)至少包含土壤理化性質(zhì)、小麥產(chǎn)量、養(yǎng)分含量、養(yǎng)分吸收量的1項或多項數(shù)據(jù)，且有試驗組和對照組對應(yīng)數(shù)據(jù)。（3）文獻(xiàn)中報告了試驗的重復(fù)數(shù)，指標(biāo)數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤等。

最終篩選出57篇有效文獻(xiàn)（文獻(xiàn)信息見表1），其中包括4篇英文文獻(xiàn)和53篇中文文獻(xiàn)，獲得215組試驗數(shù)據(jù)。

表1 續(xù)2

表1 續(xù)1

表1 57篇文獻(xiàn)信息Tab.1 Information of 57 articles

1.2 Meta分析

本研究中各項指標(biāo)的數(shù)據(jù)，采用增施腐植酸處理組與對照組比值即反應(yīng)比的自然對數(shù)為效應(yīng)值，根據(jù)公式（1）獲得。

其中，公式中的E和C分別代表增施腐植酸處理和對照組數(shù)據(jù)的平均值。

根據(jù)公式（2）轉(zhuǎn)化成變化比率。如果為正的百分比，代表處理組高于對照組的比例；相反，如果為負(fù)的百分比，代表處理組低于對照組的比例。

計算每組數(shù)據(jù)的95%的置信區(qū)間，如果此置信區(qū)間與0沒有重疊，說明處理組與對照組相比呈顯著性差異；如果與0有重疊，說明差異不顯著。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2019對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、計算和作圖，采用SPSS軟件進(jìn)行檢驗分析。

2 結(jié)果分析

2.1 增施腐植酸對小麥養(yǎng)分含量及養(yǎng)分吸收的影響

增施腐植酸影響了小麥植株養(yǎng)分含量。由圖1可知，增施腐植酸對小麥的籽粒氮含量和秸稈氮含量產(chǎn)生了顯著影響，分別提高了7.67%和11.08%。但對籽粒磷、鉀和秸稈磷、鉀養(yǎng)分含量影響不顯著。

圖1 增施腐植酸對小麥植株養(yǎng)分含量的影響Fig.1 Effects of adding humic acid on nutrient content of wheat plant

增施腐植酸影響了小麥植株的養(yǎng)分吸收量。由圖2可知，增施腐植酸顯著提高了小麥各部位的氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量，小麥植株氮、磷、鉀的吸收總量分別提高了22.27%、29.41%、32.20%。這說明，增施腐植酸可以提高氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收，實現(xiàn)小麥提質(zhì)增效。

圖2 增施腐植酸對小麥植株養(yǎng)分吸收的影響Fig.2 Effects of adding humic acid on nutrient absorption of wheat plant

2.2 增施腐植酸對小麥產(chǎn)量的影響

增施腐植酸影響小麥的產(chǎn)量。由圖3可知，增施腐植酸顯著提高了小麥產(chǎn)量和三大產(chǎn)量構(gòu)成要素，小麥產(chǎn)量提高10.44%，小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重也分別提高了3.39%、4.49%、2.95%。

圖3 增施腐植酸對小麥產(chǎn)量的影響Fig.3 Effects of adding humic acid on yield of wheat

2.3 增施腐植酸對土壤性狀的影響

增施腐植酸影響土壤的理化性狀。由圖4可知，與不施用腐植酸相比，小麥生產(chǎn)中施用腐植酸可以顯著提高土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量，土壤全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別提高8.72%、12.30%、18.16%、12.18%，土壤有機(jī)質(zhì)含量提高13.06%，堿性土壤pH降低2.69%（土壤pH＞7），土壤總孔隙度提高6.33%，土壤田間持水量提高10.87%，土壤容重降低5.43%。增施腐植酸顯著提高了土壤養(yǎng)分有效性和土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善了土壤理化性狀。

圖4 增施腐植酸對土壤性狀的影響Fig.4 Effects of adding humic acid on properties of soil

3 討論與結(jié)論

3.1 腐植酸對作物養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量的影響

增施腐植酸一方面提高了土壤養(yǎng)分的有效性，增加了可供植物吸收的養(yǎng)分含量。另一方面腐植酸對植物根系生長具有刺激作用，促進(jìn)根系長度和根數(shù)量的增加，以吸收更多的養(yǎng)分[6]。腐植酸能夠促進(jìn)植物根系中與硝酸鹽吸收同化相關(guān)的基因表達(dá)，刺激H+-ATP酶活性，以促進(jìn)根系對NO3-的吸收，進(jìn)而促進(jìn)對氮的吸收[7]。腐植酸作為一種活性物質(zhì)，能夠有效彌補(bǔ)作物生育因子（光、水、空氣、養(yǎng)分等）脅迫，以實現(xiàn)作物高產(chǎn)。腐植酸能夠增強(qiáng)作物呼吸強(qiáng)度和光合強(qiáng)度，加快氨基酸、蛋白質(zhì)、碳水化合物等的合成，促進(jìn)作物的生長發(fā)育，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量[8]。本文的研究結(jié)果表明，增施腐植酸顯著提高了小麥植株氮、磷、鉀吸收總量，分別為22.27%、29.41%、32.20%。同時顯著提高了小麥的籽粒氮含量和秸稈氮含量（7.67%和11.08%），對植株磷、鉀養(yǎng)分含量影響不顯著，可能和統(tǒng)計的數(shù)據(jù)量較少有關(guān)。增施腐植酸可使小麥增產(chǎn)10.44%。

3.2 腐植酸對土壤性質(zhì)的影響

腐植酸對土壤的理化性質(zhì)具有良好的改善作用。物理性狀方面，腐植酸能夠促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成[9]，維持土壤疏松、多孔的小顆粒狀態(tài)，增加土壤孔隙度，降低土壤容重，提高土壤透氣性、滲透性[10]。腐植酸具有保水特性，可以調(diào)節(jié)土壤水分狀況，增加飽和導(dǎo)水率[11]。化學(xué)性狀方面，腐植酸的結(jié)構(gòu)是弱酸-堿體系，有較強(qiáng)的pH緩沖性，能夠調(diào)節(jié)土壤pH；大量研究表明，腐植酸能夠活化土壤中的磷、鉀養(yǎng)分，增加其生物有效性[12，13]，能夠調(diào)節(jié)土壤中氮轉(zhuǎn)化，緩釋氮素，增加土壤中氮含量[14]。本文的研究得到了相同的結(jié)果，增施腐植酸顯著提高土壤全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，分別為8.72%、12.30%、18.16%、12.18%，土壤有機(jī)質(zhì)含量提高13.06%，堿性土壤pH降低2.69%，土壤總孔隙度提高6.33%，土壤田間持水量提高10.87%，土壤容重降低5.43%。

3.3 腐植酸對經(jīng)濟(jì)效益的影響

據(jù)市場調(diào)查，腐植酸復(fù)合肥相較于等養(yǎng)分常規(guī)復(fù)合肥價格約高出20元/袋（40 kg），增施腐植酸小麥增產(chǎn)10%（約55千克/畝），按照市場價2.4元/千克計，可實現(xiàn)增收102元/畝，增施腐植酸可實現(xiàn)小麥增產(chǎn)增收。