有机无机培肥对复垦土壤肥力和水稻产量的影响

董泽鹏，薛世通，董 琦，武 强，王爱萍

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

山西耕地资源不足，土地利用方式粗放，水土流失严重，耕地后备资源不足，人地矛盾严重。为了提高山西土壤肥力，提高粮食产量，缓解人地矛盾，对被破坏的土地进行复垦成为一种重要途径。在无机化肥还没问世以前，人们施用绿肥和粪肥进行土壤培肥，单一有机培肥的缺点是产量偏低，随着人口的增长，单一有机培肥的作物产量已经满足不了人们需求[1]。化肥可以提高作物产量[2]，为了实现高产，人们大量的使用无机化肥导致土壤肥力下降，土壤板结严重和盐碱化。为了达到作物产量，又尽可能减少水土流失、土壤盐碱化等问题，许多学者开始通过有机无机混施来提高土壤肥力和作物产量。张玉平等[3]研究表明，有机无机混施对稻田土壤的养分有明显提高。李吉进[4]研究表明，使用堆肥特别是有机无机混合可以提高土壤有机质、腐殖质以及养分含量。晁赢等[5]研究发现，有机无机混合对土壤的培肥效果高于二者单一施用。袁玲等[6]研究发现，施用化肥可以促进作物的生长和根系代谢，根系分泌物使得微生物繁殖加快，从而促进酶活性的提高。关松荫[7]研究发现，有机肥含有大量的有机碳，对微生物的繁殖有促进作用；同时有机肥本身含有微生物和酶，对酶活性有一定的促进作用。还有大量的研究表明，有机无机混施对土壤质量的提高和促进植物生长发育均优于不施肥和二者单独施用[8-11]。目前，关于山西典型黄土母质生土的复垦土壤进行有机无机培肥来提高土壤养分、酶活性和作物产量的研究比较少，对复垦土壤进行科学培肥的模式还未形成。

本研究通过3 种典型施肥方式来探讨有机无机培肥对复垦土壤的养分、酶活性和作物产量的影响，旨在为提高土壤质量、提高作物产量和农业可持续发展提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试水稻品种为龙稻15 号，由黑龙江农业科学院提供。有机肥为腐熟牛粪（含氮量0.415%、含磷量0.2%、含钾量0.12%），无机肥为尿素（含氮量46.7%）、过磷酸钙（含磷量12%）、硫酸钾（含钾54%）混合。

1.2 试验区概况

试验于2017 年6 月至2018 年10 月在山西省盂县东头村水稻试验田进行。盂县地理位置偏北，处太行山之巅。该地区四面环山，夏季风影响不大，属于暖温带、温带大陆性气候。年平均气温为8.7 ℃，年降雨量500～618 mm，霜冻期为9 月下旬至次年4 月，无霜期约150 d。土壤类型为黄土。0～20 cm土层土壤养分含量为：有机质8.09 g/kg，全氮0.62 g/kg，全磷0.47 g/kg，全钾6.241 g/kg。

1.3 试验设计

试验共分为4 个处理：CK.不施肥；NPK.尿素320 kg/hm2，过磷酸钙600 kg/hm2，硫酸钾80 kg/hm2；M.单施牛粪36 000 kg/hm2；NPK＋M.尿素160 kg/hm2，过磷酸钙300 kg/hm2，硫酸钾40 kg/hm2，牛粪18 000 kg/hm2。试验采用随机区组设计，小区面积为5 m×5 m，密度为30 万穴/hm2。

1.4 样本采集及测定

水稻收获后随机采取土壤0～20 cm 的土样，装入自封袋，每个处理重复3 次。将土样自然风干，避免阳光直射与高温。待土样风干后，碾碎过2 mm筛，然后置于4 ℃冰箱保存待测。

有机质采用重铬酸钾-浓硫酸外加热法测定；全氮采用凯氏定氮法测定；有效磷采用钼锑抗比色法测定；速效钾采用四苯硼钠比浊法测定；土壤脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定。

1.5 数据处理

采用Excel2013 和Duncan 新复极差法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 有机无机培肥对土壤有机质含量的影响

2017 年水稻收获后，NPK＋M处理有机质含量最高，达到了9.72 g/kg，M处理次之，这2 个处理均极显著高于对照，较对照分别提高了25.41%，18.45%，NPK 处理有机质含量较对照差别不大，无显著性差异。各处理间有机质含量NPK＋M 和M处理之间无显著性差异，二者有机质含量均极显著高于NPK 处理。2018 年水稻收获后，与2017 年相比，除了NPK 有机质含量降低外，其他处理均提高，NPK＋M 处理有机质含量最高，达到9.87 g/kg，2 种有机肥处理均极显著高于对照，较对照有机质含量分别提高了26.86%，23.25%，NPK 处理与对照之间无显著性差异。各处理间，2 种有机肥处理间有机质含量无显著性差异，但是均极显著高于化肥处理（图1）。

2.2 有机无机培肥对土壤养分含量的影响

2.2.1 有机无机培肥对土壤全氮含量影响 2017 年水稻收获后，3 组施肥处理全氮含量较对照均有明显提高，NPK＋M、M、NPK 处理的全氮含量较对照分别提高了22.66%，14.67%，17.34%，仅NPK＋M处理显著高于对照。各处理间全氮含量无显著性差异。2018 年水稻收获后，与2017 年相比，除了CK 全氮含量下降外，施肥处理全氮含量均提高，NPK＋M、M、NPK 处理的全氮含量较对照分别提高了43.84%，20.55%，32.87%，NPK＋M处理极显著高于对照。各处理间NPK＋M和NPK 处理间全氮含量无显著差异，NPK＋M处理的全氮含量显著高于M处理（图2）。

2.2.2 有机无机培肥对土壤有效磷含量的影响

2017 年水稻收获后，各施肥处理的有效磷含量均极显著高于对照，其中，NPK＋M处理的有效磷含量最高，达到了17.39 mg/kg，NPK＋M、M、NPK 处理的有效磷含量较对照分别提高了86.59%，28.86%，45.60%。各施肥处理间土壤有效磷含量表现为：NPK＋M 处理极显著高于M 和NPK 处理，NPK 处理极显著高于M 处理。2018 年水稻收获后，与2017 年相比，对照与M 处理的有效磷含量下降，NPK 和NPK＋M处理的有效磷含量上升。3 组施肥处理的有效磷含量均极显著高于对照，NPK＋M、M和NPK 处理较对照分别提高了104.54%，33.48%，61.86%。各施肥处理间土壤有效磷含量表现为：NPK＋M 处理极显著高于M 和NPK 处理，NPK 处理极显著高于M处理（图3）。

2.2.3 有机无机培肥对土壤速效钾含量的影响2017 年水稻收获后，3 组施肥处理中，只有NPK＋M处理的速效钾含量极显著高于对照，其他2 组施肥处理速效钾含量虽与对照间差异不显著，但是都有增高。速效钾含量由高到低为NPK＋M＞NPK＞M＞CK，NPK＋M、NPK、M 处理较对照分别增加27.86%，14.12%，9.33%。各施肥处理间速效钾含量表现为：NPK＋M处理显著高于M 处理，但与NPK处理间差异不显著，NPK 和M 处理之间差异不显著。2018 年水稻收获后，NPK＋M处理速效钾含量极显著高于对照，较对照提高37.79%。NPK 处理速效钾含量显著高于对照，较对照提高13.35%。M处理速效钾含量和对照间差异不明显，但是也有增高，增幅为8.37%。各施肥处理间速效钾含量表现为，NPK＋M处理显著高于NPK 和M处理，NPK 和M处理间差异不显著（图4）。

2.3 有机无机培肥对土壤酶活性的影响

2.3.1 有机无机培肥对土壤蔗糖酶活性的影响2017 年，NPK＋M 和NPK 处理的蔗糖酶活性极显著高于对照，增幅分别为53.26%，36.41%，M处理蔗糖酶活性显著高于对照，增幅为26.63%。各施肥处理间蔗糖酶活性表现为：NPK＋M处理极显著高于M处理，NPK 和M处理之间无显著性差异。2018 年，只有M处理蔗糖酶活性较2017 年增高，其他处理均降低。3 组施肥处理蔗糖酶活性均极显著高于对照，NPK＋M、M、NPK 处理的蔗糖酶活性分别较对照提高了51.93%，43.65%，29.28%。各施肥处理间蔗糖酶活性表现为：NPK＋M 和M 处理显著高于NPK 处理，其中，NPK＋M 处理达到极显著水平，NPK＋M和M处理之间差异不显著（图5）。

2.3.2 有机无机培肥对土壤脲酶活性的影响 2017 年水稻收获后，3 组施肥处理脲酶活性均极显著高于对照，脲酶活性由高到低为NPK＋M＞NPK＞M＞CK，NPK＋M、NPK、M 处理脲酶活性较对照分别增高47.07%，32.79%，23.70%。各施肥处理间脲酶活性表现为：NPK＋M 处理极显著高于NPK 和M 处理，NPK 和M处理间差异不显著。2018 年水稻收获后，对照和NPK 处理的脲酶活性较2017 年降低，其他2 组升高。3 组施肥处理脲酶活性均极显著高于对照，脲酶活性从高到低为NPK＋M＞NPK＞M＞CK，NPK＋M、NPK、M 处理脲酶活性较对照分别增高58.66%，30.67%，29.47%。各处理间脲酶活性表现和2017 年一致（图6）。

2.3.3 有机无机培肥对土壤磷酸酶活性和影响2017 年水稻收获后，3 组施肥处理磷酸酶活性均极显著高于对照，磷酸酶活性从高到低为NPK＋M＞NPK＞M＞CK，NPK＋M、NPK、M处理磷酸酶活性较对照分别增高48.66%，31.02%，18.72%。各施肥处理间磷酸酶活性表现为：NPK＋M 处理极显著高于NPK 和M处理，NPK 处理显著高于M处理。2018 年水稻收获后，3 组施肥处理的磷酸酶活性均极显著高于对照，磷酸酶活性从高到低为NPK＋M＞NPK＞M＞CK，NPK＋M、NPK、M处理磷酸酶活性较对照分别增高51.40%，33.52%，25.70%。各施肥处理间磷酸酶活性表现为：NPK＋M 处理极显著高于NPK 和M处理，NPK 处理显著高于M处理（图7）。

2.4 有机无机培肥对水稻产量的影响

2017 年，有机无机施肥处理较CK 的穴穗数、每穴籽粒数、每穴籽粒质量和千粒质量都有不同程度的提高，但未达到显著水平；产量均显著高于对照，其中，NPK＋M处理达到极显著水平。产量由高到低排序为NPK＋M＞NPK＞M＞CK，分别较对照提高46.82%，32.63%，28.31%。2018 年，不同施肥处理的产量指标较对照均有提高，NPK＋M处理的提升效果最为明显，达到显著水平。产量方面NPK＋M处理极显著高于对照，NPK 处理显著高于对照，M 处理与对照无显著性差异，产量由高到低排序为NPK＋M＞NPK＞M＞CK，分别较对照提高48.96%，28.53%，21.24%（表1）。

表1 不同培肥方式对水稻产量及其产量构成因素的影响

3 结论与讨论

有机质的高低影响土壤质量的高低。荣勤雷[12]和聂胜委等[13]研究发现，有机肥可以提高土壤有机质含量。本研究结果表明，单施有机肥和有机无机配施都能显著提高土壤有机质含量，单施化肥的有机质含量变化不大。这可能是由于直接的有机物料添加使土壤有机质含量增加[14-15]。MULVANEY 等[16]研究认为，单施化肥会促进有机质的分解，不利于土壤有机质的积累与提高。单施有机肥和有机无机混施的有机质含量差别不大，这可能是有机物料的输入使得有机质含量处于临界点，也可能与当地的土壤类型和气候条件有关。

土壤养分是评价土壤肥力高低的重要指标，对作物的产量和质量都有直接影响。邢素丽等[17]研究发现，化肥可迅速增加土壤养分，而有机肥缓效发挥作用。李絮花[18]长期试验发现，有机无机配施的农田养分盈余量增加。

本试验结果表明，有机无机培肥均能提高土壤的养分含量，全氮、有效磷、速效钾含量较对照均呈显著上升，有机无机配施提升效果最为明显。这与李絮花[18]研究结果一致。单施化肥对土壤速效养分的增幅大于单施牛粪，在提高土壤养分方面，有机无机配施更为合理，具体的配施比例还有待进一步研究。

酶活性是评价土壤质量的重要指标，人们研究土壤肥力多研究土壤养分。近年来，对土壤微生物活性的研究逐渐受到重视。土壤酶活性主要与土壤种类、气候环境、耕作制度和施肥种类有关。大量研究表明，施肥可以促进作物生长发育，促进根系代谢和分泌物的增多，促进微生物的繁殖造成酶活性的提高[19-20]。本试验结果表明，有机无机培肥措施均能提高土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性，可能是因为施肥促进了作物生长和根系分泌物的增多，促进了微生物繁殖。这与汤桂容等[20]研究结果一致。单施化肥提高土壤酶效果大于单施有机肥，这可能是由于化肥速效养分大于有机肥，促进根系分泌物增加能力更强。有机无机混施对土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的提升效果最明显，这与黄智鸿等[21]研究结果一致。其原因为化肥促进了根系分泌物增加，有机肥为微生物的繁殖提供了良好的环境。第2 年与第1 年相比，单施有机肥和有机无机混施的土壤酶活性均提高，单施化肥较第1 年降低，这可能是由于过量的化肥破坏了微生物的生存环境，抑制微生物繁殖，从而降低酶活性。综合来看，有机无机混施对土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的提升效果最佳。

林森[22]研究发现，有机无机培肥可以提高土壤肥力，增强水稻对养分的吸收利用率，从而增加产量，等氮条件下有机无机配施提高效果最为显著。本试验结果表明，有机无机培肥措施对水稻产量均有不同程度提高，其中，有机无机混施的提高效果最佳。

与不施肥和其他施肥处理相比，有机无机配施对土壤有机质含量、养分、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性及产量等的提升效果最好，为最有效改良土壤的培肥措施。