秸稈菌肥替代化肥對玉米生長及土壤特性的影響

劉 燕

（郯城縣農業機械技術推廣中心，山東郯城 276100）

0 引言

近年來，隨著農業可持續發展日益受到重視，如何在提高農產品產量的同時，減少對環境的不良影響，成為農業界的一個重要議題。在這一背景下，有機農業理念逐漸走進人們的視野，秸稈菌肥作為有機農業的一部分，因其獨特的特性和潛在的環境效益，受到了廣泛關注。臨沂市位于山東省東南部，屬溫帶季風氣候，氣溫適宜，四季分明，雨量充沛，氣候溫和，全年平均氣溫14.1℃，年降水量849 mm，全年無霜期200天以上，非常適合玉米種植，將秸稈菌肥應用在玉米種植中，將有望為該地區的農業發展帶來新的活力。

1 秸稈菌肥概述

秸稈菌肥是一種將農作物秸稈與特定的微生物菌種結合，通過生物降解和轉化，制造出一種具有高效養分和有機質的有機肥料，作為有機農業領域的一項創新實踐，已在農業生產中引起廣泛的關注[1]。秸稈菌肥制備過程中，不僅能夠充分利用農作物秸稈這一常見的農田副產品，還能將其轉化為對植物生長至關重要的養分源，同時具備改良土壤質地、提高土壤保水性和改善微生物群落的潛力，該有機肥料的應用已成為追求可持續農業發展的一個重要策略。

秸稈菌肥的制備過程涉及將農作物秸稈與富含降解酶和有益微生物的混合物一同進行堆肥，這一過程促使秸稈的分解、降解和有機質的轉化。在整個過程中，微生物通過分解秸稈中的纖維素、半纖維素和其他復雜的有機物，產生出二氧化碳、水和有機酸等代謝產物，這些產物在土壤中逐漸降解，為植物生長提供能夠吸收的養分，不僅有效地減少了農作物秸稈對環境的潛在污染，還能為土壤生態系統注入活力，促進土壤有機質的積累，從而改善土壤肥力和結構。

2 秸稈菌肥部分替代化肥對玉米生長的影響

在玉米種植過程中，將秸稈菌肥完全替代化肥并不是一種可取的做法，而是需要綜合考慮多種因素，對化肥進行部分替代。下面將詳細分析秸稈菌肥部分替代化肥對玉米生長產生的影響。

2.1 對玉米農藝性狀的影響

秸稈菌肥的應用對玉米的農藝性狀可能產生顯著的影響，涵蓋了植株的生長高度、根系發育、葉片數量等關鍵性狀[2]。以下將詳細分析在山東省臨沂市地區的實際研究數據基礎上，秸稈菌肥部分替代化肥對玉米農藝性狀的影響。

第一，生長高度和莖粗度。研究表明，秸稈菌肥在一定程度上能夠促進玉米植株的生長高度和莖粗度。實驗數據顯示，使用秸稈菌肥與化學肥料相結合施用時，玉米的平均高度較使用化學肥料的對照組有所增加。例如，研究發現施用秸稈菌肥后的玉米植株平均高度相較于僅使用化學肥料的對照組提高了約15%，主要是因為秸稈菌肥中富含的有機物質和微生物代謝產物有助于植物的細胞分裂、伸長和分化過程。

第二，根系發育。秸稈菌肥的應用還能夠對玉米的根系發育產生積極影響，研究表明，在秸稈菌肥施用處理下，玉米的根系生長更為豐富和分枝[3]。實驗數據顯示，使用秸稈菌肥的玉米根系長度和根毛數量相對于僅使用化學肥料的組別有所增加，其中根系長度增加了約20%，根毛數量增加了約25%，有助于玉米植株更有效地吸收土壤中的水分和養分。

第三，葉片數量和葉面積。葉片數量和葉面積是評估植物生長和光能捕獲能力的重要指標，秸稈菌肥的部分替代化肥施用會影響玉米植株的葉片數量和葉面積。研究結果顯示，施用秸稈菌肥的玉米植株葉片數量相對于僅使用化學肥料的植株有所增加，葉面積也相應擴大，其中葉片數量增加了約10%，葉面積增加了約12%。

2.2 對玉米產量的影響

第一，合理的秸稈菌肥與化學肥料施用比例，可以顯著影響玉米的產量。在一項比較不同施肥方案對玉米產量的影響的研究中，將化學肥料與不同比例的秸稈菌肥進行混合施用，結果顯示，在秸稈菌肥替代化肥的組別中，玉米產量與僅使用化學肥料的組別相當，甚至略高。例如，在將20%的化學肥料替代為秸稈菌肥的處理中，玉米產量相較于完全使用化學肥料的處理增加了約8%，說明在適度的比例下，秸稈菌肥的部分替代化肥能夠維持或稍微提升玉米產量。

第二，秸稈菌肥的養分釋放速度較慢，會影響玉米在關鍵生長階段的產量。研究數據顯示，在某些情況下，秸稈菌肥的部分替代化肥在玉米生長初期不如化學肥料迅速滿足植物的養分需求，從而導致幼苗生長受限[4]。然而，在生長的中后期，隨著秸稈菌肥中的養分逐漸釋放，玉米植株能夠從中獲得適當的養分供應，從而彌補早期的不足。

2.3 對玉米品質的影響

玉米的品質不僅影響著其作為主要糧食和飼料的營養價值，還對食品工業的加工和人們的口感體驗產生重要影響。秸稈菌肥的部分替代化肥在玉米生長過程中，可能會對其品質特征產生影響，涵蓋了口感、營養成分以及食品加工特性。

第一，秸稈菌肥的應用會對玉米的營養成分產生一定的影響。通過對比不同施肥處理下玉米的營養成分含量，結果顯示在部分替代化肥的處理中，玉米的蛋白質含量相對于完全使用化學肥料的處理有所提高，增加了約6%。此外，一些研究還發現，秸稈菌肥的應用還可能影響玉米中的維生素含量，如維生素C和維生素E等，主要是因為秸稈菌肥中的有機物質和微生物代謝產物的參與，促進了植物體內營養成分的積累。

第二，秸稈菌肥的應用還會對玉米的口感和食用質量產生影響。一項研究實驗中使用了不同施肥處理，然后通過感官評價和化學分析來評估玉米的口感和食用質量。結果顯示，在部分替代化肥的處理中，玉米的口感被認為更為鮮美，質地更為脆嫩。

第三，秸稈菌肥的應用還會影響玉米在食品加工過程中的特性。例如，玉米加工成粉碎后，用于制作食品如面粉、餅干等。研究發現，在部分替代化肥的處理中，玉米粉碎后的加工性能更好，面粉的顏色、黏性和流動性等指標表現更佳。

2.4 對玉米抗逆性的影響

玉米作為一種農業主要作物，常常會受到環境逆境如干旱、高溫、病蟲害等的威脅，秸稈菌肥的應用，在一定程度上可能影響玉米的抗逆性，提高其在逆境環境下的生存能力和生長表現。

第一，更適應干旱逆境。干旱是影響玉米產量的主要逆境之一，而秸稈菌肥的應用在干旱逆境下產生積極影響。一項研究在臨沂地區試驗田中設置了不同施肥處理，在干旱條件下對比了玉米的生長狀況，結果顯示在部分替代化肥的處理中，玉米的葉片保水能力和抗氧化酶活性相對于完全使用化學肥料的處理有所提高，表明秸稈菌肥可能通過提高植物的抗氧化能力和保水性，增強其在干旱逆境下的適應能力。

第二，病蟲害抵抗性有所改善。研究數據顯示，在部分替代化肥的處理中，玉米的病蟲害發生率相對于僅使用化學肥料的處理降低。例如，實驗觀察到在秸稈菌肥施用處理中，玉米的葉片被害率降低了約15%，病斑面積減少了約20%，意味著秸稈菌肥的應用有助于調節植物的生理狀態，提高其對病原體和害蟲的抵抗能力。

第三，高溫逆境對玉米的生長和發育產生不利影響，然而秸稈菌肥的應用在一定程度上緩解溫度逆境的影響。研究發現，在部分替代化肥的處理中，玉米的葉綠素含量相對于完全使用化學肥料的處理有所提高。其中，秸稈菌肥處理中玉米的葉綠素含量減少了約15%，而在完全使用化學肥料處理中下降了約30%，可見秸稈菌肥的應用有助于維持玉米葉綠素合成的相對穩定，從而維持其對光能的吸收和利用。

3 秸稈菌肥部分替代化肥對土壤特性的影響

3.1 對土壤微生物群落的影響

土壤微生物群落是土壤生態系統中的重要組成部分，對土壤養分循環、有機物降解和植物健康生長起著關鍵作用。秸稈菌肥的部分替代化肥可能會影響土壤微生物群落的組成和功能，進而影響土壤的生態系統功能。

第一，秸稈菌肥的應用可以增加土壤微生物的多樣性。通過對不同施肥處理下土壤微生物群落的多樣性指標進行對比，發現在部分替代化肥的處理中，土壤微生物的Shannon多樣性指數相，對于完全使用化學肥料的處理有所提高，增加了約20%，主要是因為秸稈菌肥中的有機質和微生物代謝產物豐富了土壤微生物的生境和營養來源，從而促進了微生物的多樣性。

第二，土壤中功能微生物的豐富度有所提升。土壤中的一些功能微生物，如氮固氮細菌、磷溶解細菌等對植物的養分供應具有重要作用，秸稈菌肥的應用會影響這些功能微生物的豐富度。一項研究在不同施肥處理下比較了土壤中氮固氮細菌數量的變化，最終在秸稈菌肥部分替代化肥的處理中，土壤中氮固氮細菌數量相對于完全使用化學肥料的處理有所增加，增加了約15%，可見秸稈菌肥在一定程度上刺激了氮固氮細菌的繁殖，從而促進土壤氮循環。

第三，秸稈菌肥的應用，還會影響土壤微生物的功能。在一項分析土壤微生物代謝產物的研究中，評估了不同施肥處理下土壤微生物的功能差異，結果顯示在秸稈菌肥部分替代化肥的處理中，土壤微生物代謝產物中的某些有益物質相對豐富。

3.2 對土壤酸堿度的影響

土壤酸堿度是農田土壤的一個重要理化特性，影響著玉米的生長、養分吸收和微生物活動等。秸稈菌肥的應用會對土壤的酸堿度產生影響，從而影響農田土壤的適宜性和生態系統的穩定性。

第一，在一些酸性土壤地區，秸稈菌肥的應用會對土壤的酸堿度產生中和作用。以臨沂地區的研究為例，一項實驗比較了不同施肥處理下土壤的pH值變化，結果顯示，在秸稈菌肥部分替代化肥的處理中，土壤的pH值相對于僅使用化學肥料的處理略微升高，從酸性的5.2上升至中性的6.0，表明秸稈菌肥的應用有助于中和土壤的酸性，改善土壤的適宜性。

第二，在中性土壤地區，秸稈菌肥的應用有助于維持土壤的中性pH值。通過比較不同施肥處理下土壤pH值的變化，發現在秸稈菌肥部分替代化肥的處理中土壤pH值的變化相對較小，保持在中性范圍內，土壤pH值保持在6.8左右，而僅使用化學肥料處理中則出現了輕微的酸化，說明秸稈菌肥的應用有助于維持土壤的酸堿平衡。

此外，在一些堿性土壤地區，秸稈菌肥的應用還會對土壤的酸堿度產生調節作用。在秸稈菌肥部分替代化肥的處理中，土壤pH值相對于完全使用化學肥料的處理略微降低，從堿性的8.5降低至中性的7.8，因為秸稈菌肥中的有機物質和微生物代謝產物有助于改善堿性土壤的酸堿平衡。

3.3 對土壤結構和保水性的影響

土壤結構和保水性是影響土壤質量和農田生產的重要因素，對玉米的生長和養分吸收具有重要影響。秸稈菌肥的應用會對土壤的結構和保水性產生影響，從而影響土壤的透氣性、保水能力以及玉米的生長表現。

在秸稈菌肥部分替代化肥的處理中，土壤顆粒之間的聚集度相對較高，土壤結構更加穩定。研究表明，秸稈菌肥處理中土壤團聚體含量增加了約15%，原因在于秸稈菌肥中的有機物質能夠粘結土壤顆粒，形成更穩定的團聚體結構，從而改善土壤的通透性和保水性。此外，秸稈菌肥的應用還能增強土壤的保水性，通過比較不同施肥處理下土壤持水量的變化，在秸稈菌肥部分替代化肥的處理中土壤的持水量相對于完全使用化學肥料的處理增加了約10%，因為秸稈菌肥中的有機質貢獻了更多的孔隙和微孔，增加了土壤的孔隙度，從而提高了土壤的保水性。

3.4 對土壤養分循環的影響

土壤養分循環是農田生態系統中的重要過程，影響著玉米的養分吸收、生長發育以及養分的損失和保存，秸稈菌肥的應用會對土壤養分循環產生影響，涉及養分的釋放、轉化和吸收等方面。

第一，秸稈菌肥的應用會影響到土壤中有機養分的釋放和轉化過程。通過分析土壤中氮、磷、鉀等養分的含量變化評估秸稈菌肥的影響，結果表明在部分替代化肥的處理中，土壤中有機氮、磷、鉀的含量，相對于完全使用化學肥料的處理增加了約12%，意味著秸稈菌肥的應用提供了更多的有機質，促進了土壤養分的釋放和微生物的養分轉化。

第二，秸稈菌肥還會影響植物對養分的吸收和利用能力。在秸稈菌肥部分替代化肥的處理中，作物的養分吸收量相對于僅使用化學肥料的處理略有提高。

4 結語

綜上所述，在玉米生長中，秸稈菌肥部分替代化肥在農藝性狀、產量、品質和抗逆性等方面均產生了積極的影響，表明秸稈菌肥的引入，有望為玉米的高效種植提供一種可持續的選擇。而在土壤特性方面，秸稈菌肥的應用對土壤微生物群落、酸堿度、結構和保水性以及養分循環等方面產生了深遠的影響。由此可見，秸稈菌肥作為一種可持續的肥料替代方案，對于促進玉米農田可持續發展、提高農產品質量和保護生態環境具有重要意義。