化肥減量配施腐殖酸對土壤特性、玉米植株養分含量及其干物質積累的影響

摘要： 化肥減量配施腐殖酸肥是緩解土壤肥力下降、提高化肥利用率的有效途徑，對提高土壤質量及改善生態系統具有重要意義。為了調節土壤酶活性、活化土壤養分、促進玉米養分吸收，研究未施化肥（CK）、1/2全量化肥（1/2CF）、3/4全量化肥（3/4CF）和全量化肥（CF）分別配施0 mg/kg腐殖酸（HA0）、250 mg/kg腐殖酸（HA250）、500 mg/kg 腐殖酸（HA500）對土壤養分含量、酶活性及玉米植株礦質營養含量的影響，為化肥減量施用應用于玉米實際生產中提供理論依據。結果表明，化肥減量配施腐殖酸對土壤酶活性、土壤養分含量及玉米植株礦質營養含量均有明顯的影響。在玉米抽雄期、成熟期，3/4CF+HA250 處理的土壤酶活性較CF+HA0處理明顯增強。而在玉米拔節期和抽雄期，3/4CF+HA250處理植株干質量較CF+HA0用量分別顯著提高110.7%和154.6%，抽雄期3/4CF+HA250處理的玉米植株全氮含量較CF+HA0處理提高36.6%。1/2CF+HA250和3/4CF+HA250處理的玉米植株全磷含量較CF+HA0處理增加38.0%和74.8%。與CF+HA0處理相比，化肥減量配施不同用量腐殖酸降低了拔節期、抽雄期植株全鉀含量。化肥減量配施腐殖酸能顯著增強土壤酶活性，提高土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量，同時增加玉米植株的干質量。綜上，3/4CF+HA250處理對于提高玉米植株養分含量、改善土壤特性、提升玉米干物質量較為適宜。

關鍵詞： 玉米；化肥；腐殖酸；土壤特性；植株養分；干質量

中圖分類號：S513.06 "文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）01-0232-08

在我國農業生產中，過量施肥已成為一個嚴峻的問題。農民為了獲得作物高產，常常不合理甚至盲目過量施肥，從而造成氮肥、磷肥的施用量顯著高于歷史水平［1］。化肥促使糧食增產，但長期過量或不合理施用會導致土壤板結、酸化、肥力下降、營養元素失衡，硝酸鹽污染和次生鹽漬化等問題，還會直接影響土壤酶活性及土壤養分的利用與積累［2］。化肥和有機肥含有的重金屬和有機污染物也會隨施肥帶入土壤，造成土壤質量下降，氮肥、磷肥利用率降低［3］，肥料的增產效應逐漸降低，農作物的損失增加等問題，從而限制農業的可持續發展［4］。因此，針對當前現狀如何改善土壤環境、提高作物產量、促進化肥減量增效，已逐漸成為解決我國農業可持續發展的重要問題。為解決上述問題，近年來國內外相繼開展了在農業生產中用新型肥料部分代替化肥的探索［5-7］，目前施用腐殖酸是達到化肥使用量“零增長”、改良土壤性狀和提高作物產量的主要措施之一［8］。腐殖酸具有增強土壤肥力、提高土壤疏松度、調控土壤微生物組成和結構、降低土傳病害、拮抗病菌、活化土壤養分、改善土壤環境等優勢，同時還可達到增產20%左右并減施20%化肥的效果［9-10］。腐殖酸對植物生長的影響一直受到關注，它能夠促進作物生長并提高產量［11］。腐殖酸作為一種廉價、高效、無污染的肥料增效劑，在改善土壤水、肥、氣、熱，促進作物養分吸收利用，提高作物產量等方面發揮了獨特的作用，并且腐殖酸本身就是土壤有機體的一部分，對環境無污染，被譽為“綠色環保肥料”［12］。研究發現，腐殖酸作為氮肥和磷肥的增效劑少量施用即可顯著促進作物生長，提高作物產量和肥料利用率［13］；向尿素中添加腐殖酸后可提高尿素氮的穩定性和作物氮肥利用率［14］；腐殖酸還可活化土壤中的難溶性磷，減少磷素在土壤中的吸附與固定，提高磷在土壤中的有效性［15］。Melero等發現，單施大量有機肥能夠提高土壤有機質、全氮與速效磷的含量［16］。葉靜宜等的研究表明，相比于常規施肥，單施大量有機肥與有機肥替代部分化肥的土壤有機質、全氮、速效磷、速效鉀含量均不同程度升高；而且增施有機肥能顯著提高土壤微生物量，增強土壤酶活性，改善土壤生態環境［17］。

本試驗利用化肥減量配施腐殖酸，研究其對不同生育時期玉米根際土壤酶活性、土壤養分含量及玉米植株礦質營養含量的影響，探討研究區玉米農田的合理施肥量投入閾值，為尋求環境友好和作物高產的土壤生態環境，尋找既能增產又能改善土壤的最佳減增配比方案，為玉米增產、化肥減施增效提供切實可行的技術支持和理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年在黑龍江八一農墾大學農學院校園試驗盆栽場采用盆栽方式進行。土壤類型為草甸土，含有機質28.2 g/kg、堿解氮 58.3 mg/kg、有效磷10.1 mg/kg、速效鉀 101.2 mg/kg，pH值8.4。供試玉米品種為鄭單958。試驗用的肥料包括尿素（含N 46%）、磷酸二銨（含N 18%、P 2O 5 46%）、硫酸鉀（含K 2O 50%）、腐殖酸（BR， 黃腐酸含量≥90%，西亞試劑有限責任公司）。

1.2 試驗設計

盆栽試驗采用的容器為高30 cm、直徑28 cm的塑料圓桶，先將底部加土至8 kg，按照試驗設計將化肥、腐殖酸及0.5 kg的土壤混合并倒入桶內，再加入10 kg土鋪平。將玉米種子按照5粒/桶均勻種到桶內，最后覆蓋1層表土（2 kg/桶），出苗后保留4株/桶。腐殖酸用量設置為0 mg/kg（HA0）、250 mg/kg（HA250）、500 mg/kg（HA500）等水平，化肥用量設置不施化肥0（CK）、1/2全量（1/2CF）、3/4全量（3/4CF）、全量（CF）等水平，共12個處理，每個處理5次重復，試驗設計及處理代號詳見表1。

1.3 取樣方法

植株取樣時期分別為玉米的拔節期與抽雄期。

取樣處理后的植株置于鼓風干燥箱中，在110 ℃下殺青 1 h，80 ℃烘干至恒質量，冷卻至室溫后稱質量，測定植株養分含量。

土壤取樣時期分別為玉米的抽雄期與成熟期。用直徑 5 cm 的土鉆采集土壤樣品，采用隨機3點取樣法，在深度10～15 cm土層的根際土壤取樣，每次取 10 g，每個處理重復3次，每個處理土樣混勻后約 30 g "放入同一自封袋，帶回實驗室進行室內通風陰干，去除雜質，用于測定速效養分含量以及土壤酶活性。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤酶活性的測定

土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法［18］測定；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法［18］測定；土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法［18］測定；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法［18］測定；土壤過氧化物酶活性采用比色法［18］測定。

1.4.2 土壤養分含量的測定

采用氫氧化鈉-硼酸堿解擴散法［19］進行土壤堿解氮含量的測定；土壤有效磷含量采用NaHCO 3浸提-鉬銻抗比色法［19］測定；土壤速效鉀含量采用醋酸銨浸提-火焰光度法［19］測定。

1.4.3 植株礦質營養含量的測定

植株全氮含量采用凱氏定氮法測定；植株全磷含量采用釩鉬黃比色法測定；植株全鉀含量采用原子吸收分光光度法測定。

1.5 數據處理與分析方法

利用WPS進行數據處理、分析及繪圖，用SPSS Statistics 25軟件進行數據統計分析（α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 化肥減量配施腐殖酸對土壤酶活性的影響

2.1.1 土壤脲酶活性

從圖1可以看出，抽雄期、成熟期土壤脲酶活性在不同腐殖酸處理下均呈現出“低—高—低”的變化趨勢，即HA250＞HA500＞HA0。在抽雄期，1/2CF+HA250、3/4CF+HA250、CF+HA250處理三者間無顯著差異，但較CK+HA250處理分別顯著提高21.3%、33.8%、24.1%，1/2CF+HA500處理較CK+HA500處理顯著提高18.7%；在成熟期，未配施腐殖酸處理的脲酶活性顯著低于配施腐殖酸處理的脲酶活性，3/4CF+HA250 處理較CF+HA250、1/2CF+HA250處理分別提高8.0%、14.6%，不同化肥用量配施 500 mg/kg "腐殖酸（HA500）處理間無顯著差異。可見，化肥減量配施腐殖酸不同程度上提高了土壤脲酶活性，尤其是在玉米成熟期效果顯著，其中 3/4CF+HA250處理的土壤脲酶活性在成熟期最高。

2.1.2 土壤蔗糖酶活性

蔗糖酶直接參與土壤碳循環，常用來表征土壤碳素營養狀況。從圖2可以看出，在抽雄期和成熟期，不同化肥減量配施不同用量腐殖酸的蔗糖酶活性明顯高于單施化肥，而不同化肥用量配施 250 mg/kg 腐殖酸的處理間無顯著差異。在抽雄期，1/2CF+HA500、3/4CF+HA500處理下土壤蔗糖酶活性較CF+HA0處理分別提高46.5%、23.3%。在成熟期，1/2CF+HA500處理下土壤蔗糖酶活性最高，較3/4CF+HA500和CF+HA0處理分別顯著提高53.9%和67.1%。蔗糖酶活性主要反映土壤中的碳素營養狀況，而腐殖酸本身就有較高的可利用碳素含量，它的施用改變了土壤的碳氮比，激發了土壤蔗糖酶的活性。

2.1.3 土壤酸性磷酸酶活性

從圖3可以看出，隨著化肥用量的增加，玉米抽雄期土壤酸性磷酸酶活性整體上表現為逐漸升高的趨勢，而成熟期土壤酸性磷酸酶活性表現為先上升后下降的趨勢。在不施化肥處理下，抽雄期、成熟期土壤酸性磷酸酶活性與CF處理差異明顯。在抽雄期，HA250處理酶活性明顯高于HA500和HA0處理，3/4CF+HA250和CF+HA250處理較CF+HA0處理分別提高11.8%和18.5%。在成熟期，3/4CF+HA250處理較3/4CF+HA0處理提高19.6%；而當化肥減量配施500 mg/kg腐殖酸時，隨著化肥施入量的增加，土壤酸性磷酸酶的活性反而逐漸降低。在化肥減量配施250 mg/kg腐殖酸時土壤酶活性較為穩定， 能減少化肥中對土壤有效養分的釋放，最終提高土壤的供肥能力。

2.1.4 土壤過氧化氫酶活性

過氧化氫酶活性常用來表征土壤的氧化強度。從圖4可以看出，HA500處理過氧化氫酶活性明顯高于HA250和HA0處理。隨著化肥施入量的增加，過氧化氫酶活性也逐漸提高。在抽雄期，3/4CF+HA250處理的過氧化氫酶活性較1/2CF+HA250和CF+HA0處理分別顯著提高30.6%和52.5%，與CF+HA250處理無顯著差異。在成熟期，3/4CF+HA250處理過氧化氫酶活性較CF+HA250處理提高16.3%，與1/2CF+HA250處理間無顯著差異。3/4CF+HA500處理過氧化氫酶活性較1/2CF+HA500處理顯著提高17.6%，但與CF+HA500處理間無顯著差異。綜合考慮，化肥減量25%增施腐殖酸可穩定土壤中過氧化氫酶活性。

2.1.5 土壤過氧化物酶活性

從圖5可以看出，抽雄期土壤過氧化物酶活性呈現先升后降的變化趨勢，成熟期則呈上升趨勢。在抽雄期，1/2CF+HA250和3/4CF+HA250處理過氧化物酶活性較CF+HA250處理分別顯著提高23.6%和37.5%，但二者間無顯著差異，1/2CF+HA500和3/4CF+HA500處理過氧化物酶活性均顯著高于CF+HA500處理。在成熟期，3/4CF+HA250處理土壤過氧化氫酶活性較1/2CF+HA250顯著提高23.1%，而不同化肥施入量配施HA500處理之間無顯著差異。

2.2 化肥減量配施腐殖酸對土壤養分含量的影響

2.2.1 化肥減量配施腐殖酸對抽雄期土壤養分含量的影響

從表2可以看出，與單施化肥處理相比，配施不同施用量的腐殖酸處理整體上提高抽雄期土壤堿解氮含量。其中，CF+HA250處理堿解氮含量最高，較CF+HA0處理顯著增加43.6%，1/2CF+ HA250處理較CF+HA0處理提高16.2%。1/2CF+ HA500處理較3/4CF+HA500處理顯著提高22.0%。抽雄期CK+HA500處理土壤有效磷含量最高，較1/2CF+HA250和3/4CF+HA250處理分別顯著提高11.9%和14.6%，可見化肥減量配施250 mg/kg腐殖酸可顯著增加抽雄期土壤有效磷含量。在抽雄期，各處理之間的土壤速效鉀含量無顯著差異。

2.2.2 化肥減量配施腐殖酸對成熟期土壤養分含量的影響 從表3可以看出，1/2CF+HA250和 "1/2CF+HA500處理土壤堿解氮含量較CF+HA0處 理分別顯著提高17.3%和27.4%，3/4CF+HA250和3/4CF+HA500處理土壤堿解氮 含量較CF+HA0處理分別顯著提高16.6%和12.6%。1/2CF+HA250和1/2CF+HA500處理土壤有效磷含量較3/4CF+HA500處理顯著提高11.5%和20.0%，但與CF+HA0處理無顯著差異。化肥減量配施不同用量腐殖酸處理的土壤速效鉀含量逐漸增加，但無顯著變化。因此，化肥減量配施腐殖酸一定程度上提高了成熟期土壤速效鉀含量。

2.3 化肥減量配施腐殖酸對玉米植株養分含量的影響

2.3.1 化肥減量配施腐殖酸對植株全氮含量的影響

從圖6可以看出，在不施化肥條件下，施用腐殖酸對拔節期植株全氮含量影響不顯著。1/2CF、3/4CF 和CF處理配施不同用量腐殖酸處理之間植株全氮含量無顯著差異。在抽雄期，各處理組合間呈先上升后下降的變化趨勢，其中3/4CF+HA250處理較3/4CF+HA500處理顯著提高56.3%，化肥減量配施250 mg/kg腐殖酸的各處理間無顯著差異，其中 "3/4CF+ HA250處理較CF+HA0處理增加36.6%。

2.3.2 化肥減量配施腐殖酸對植株全磷含量的影響

從圖7可以看出，拔節期、抽雄期2個時期內植株全磷含量均呈現出“低—高—低”的變化趨勢。在拔節期，3/4CF+HA250處理較1/2CF+HA250和CF+HA250處理分別顯著提高21.2%和13.1%，3/4CF+HA500處理較CF+HA500處理顯著提高12.6%。在抽雄期，3/4CF+HA250處理植株全磷含量較1/2CF+HA250和CF+HA250處理分別顯著提高26.7%和58.6%， 3/4CF+HA500處理植株全磷含量較1/2CF+H500和CF+HA500處理分別顯著提高51.2%和63.0%。

2.3.3 化肥減量配施腐殖酸對植株全鉀含量的影響

從圖8可以看出，在拔節期單獨施用不同量的腐殖酸對植株全鉀含量無顯著影響，而化肥減量配施腐殖酸不同程度地提高了植株全鉀含量，其中 3/4CF+ HA250和CF+HA250處理植株全鉀含量較1/2CF+HA250處理分別提高24.1%和26.8%，而化肥減量配施500 mg/kg腐殖酸各處理間無顯著差異。抽雄期植株的全鉀含量低于拔節期各相同處理；抽雄期施用化肥處理的植株全鉀含量顯著低于不施化肥處理，且施用化肥處理間無顯著差異，而施用腐殖酸處理與不施用腐殖酸處理間無顯著差異。

2.4 化肥減量配施腐殖酸對玉米植株干質量的影響

從圖9可以看出，拔節期、抽雄期玉米植株干質量呈現出先升后降的變化趨勢。與CF+HA0處理相比，化肥減量配施腐殖酸明顯增加了拔節期、抽雄期玉米植株干質量。其中，拔節期3/4CF+HA250處理較CF+HA0處理顯著增加110.7%，而CF+HA250處理的干質量較CF+HA0處理顯著增加82.6%。抽雄期各處理間植株干質量存在顯著差異，其中 "3/4CF+ HA250處理的植株干質量最高，較1/2CF+ HA250和CF+HA250處理分別顯著增加44.0%和66.6%，并且3/4CF+HA500處理植株干物質較1/2CF+HA500和CF+HA500處理分別顯著增加40.1%和37.3%。

3 "討論

3.1 施用腐殖酸對土壤酶活性的影響

在玉米的生產過程中，化肥起著至關重要的作用，它也是糧食增產的關鍵因素，隨著化肥施用量逐年提高，土壤養分利用效率逐年降低。因此，適量減施化肥的同時改變施肥方式是提高肥料利用率和玉米產量的有效途徑［20］。本研究發現，化肥減量配施腐殖酸不同程度地提高了土壤酶活性、土壤養分含量和植株養分含量。土壤酶很大程度上來源于土壤微生物，表明酶的活性能反映出土壤生物活性、生化反應強度及微生物參與土壤物質循環、提高土壤養分轉化的能力，從而提高玉米植株養分含量［21］。腐殖酸提高了土壤中的堿解氮含量，表明腐殖酸固氮效果相對較好，施用腐殖酸后抽雄期土壤脲酶活性也相對增強，說明提高土壤有機氮的轉化效率能豐富土壤中的氮素積累，從而滿足玉米生長后期的需要。腐殖酸還可通過促進作物的根系代謝，增加更多的根系分泌物，從而加快微生物的繁殖速度，提高酶活性，其本身含有一定數量的酶，通過增加土壤酶的數量、提高土壤酶的活性、活化土壤養分，從而增加玉米植株養分吸收利用率。本研究發現，在化肥配施腐殖酸的條件下，隨著化肥施用量的提高，土壤酶活性均呈現出先逐漸升高再降低的變化趨勢。這可能由于施入化肥后，土壤中釋放出大量的氨態氮和磷素，底物濃度的增大抑制了土壤中酶的活性，施用腐殖酸處理與僅施化肥處理相比酸性磷酸酶（抽雄期）、蔗糖酶、過氧化氫酶、過氧化物酶、脲酶活性增強，這與杜社妮等的研究結果［22-23］相似。董睿瀟等的研究表明，化肥減量配施腐殖酸可以使土壤中的蔗糖酶活性顯著增強［24］。在本試驗條件下，化肥減量配施腐殖酸的土壤蔗糖酶活性與單施化肥相比均有所增強，當腐殖酸用量為250 mg/kg時，不同化肥用量下土壤蔗糖酶活性相對穩定，說明腐殖酸施用量達到了肥料中的緩釋作用水平，從而使肥料中碳素的釋放較為緩慢，平衡土壤中蔗糖酶活性的保持。可見，化肥減量25%配施250 mg/kg腐殖酸可有效提高土壤蔗糖酶活性。李姣等的研究表明，復合肥配施生物肥對比單施復合肥可以使土壤過氧化氫酶活性增強［25］。過氧化氫酶可促進土壤中多種化合物氧化，防止過氧化物累積而對植物造成傷害，與好氧微生物數量和土壤肥力密切相關，表征土壤的氧化強度及肥力狀況［26］。土壤中過氧化物酶活性隨著有機質含量的提高而增強［27］。本試驗中土壤過氧化物酶活均呈先升高后降低的趨勢，說明化肥減量配施腐殖酸可能會通過影響土壤微生物活動來影響土壤酶的活性水平，相對于只施化肥，化肥減量25%配施腐殖酸更有利于提高土壤酶活性。

3.2 施用腐殖酸對土壤養分含量的影響

土壤速效養分含量是土壤肥力的重要指標，是提高作物產量的重要物質基礎［28］。不同化肥施用量配施腐殖酸處理與常規施肥CF+HA0處理相比，提高了土壤的堿解氮、有效磷、速效鉀含量。此外，與CF+HA0處理相比，土壤養分中的堿解氮含量增加最多，表明腐殖酸與氮肥結合后能使氮肥緩慢釋放，有利于植物吸收利用。土壤養分含量的提高可促進酶活性增強，而酶活性的增強反過來又會加快有機質分解［29］。施用腐殖酸會增加作物對土壤養分的吸收，且腐殖酸對植株生長的促進作用與腐殖酸用量密切相關，用量過高會導致作物營養過剩，對養分的吸收利用率降低［30］。

3.3 施用腐殖酸對植株養分含量的影響

本研究結果顯示，腐殖酸用量為250 mg/kg時，土壤酶活性、玉米植株養分含量達到最大值；而腐殖酸用量為500 mg/kg時，土壤酶活性、玉米植株養分含量反而下降。這可能是由于腐殖酸與生長素作用類似，表現出“低濃度促進、高濃度抑制”的規律。也可能是由于腐殖酸具有良好的促根效果，會促進分生組織細胞分裂，增強其代謝活性。可見，減少化肥投入量、增施適量腐殖酸有利于玉米植株養分吸收及土壤質量的改善。本研究僅分析腐殖酸對土壤養分吸收酶活性及玉米生長的影響，對于土壤微生物數量的影響程度有待進一步研究。

4 "結論

與單施化肥相比，不同化肥用量配施 250 mg/kg 腐殖酸均會不同程度地提高土壤酶活性，增加土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量，其中抽雄期的3/4CF+HA250處理磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、過氧化物酶活性較CF+HA0處理均顯著增強，同時也提高了植株的全磷含量及干質量。綜上，3/4CF+HA250處理對于促進土壤養分吸收、改善土壤理化性質、提高玉米產量較為適宜。

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收 稿日期：2022-09-16

基金項目：黑龍江八一農墾大學“揭榜掛帥”科技攻關項目（編號：JB20220001）。

作者簡介：胡慧影（1995—），女，黑龍江五大連池人，碩士，研究方向為寒地作物全程機械化優質高效生產。E-mail：643608928@qq.com。

通信作者：郭 偉，博士，教授，博士生導師，研究方向為作物生理生態。E-mail：agrigw@163.com。