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(duì)土壤性質(zhì)的影響，選擇玉米田土壤為試驗(yàn)材料，設(shè)置6個(gè)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(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)試驗(yàn)，研究其在玉米拔節(jié)期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽穗吐絲期和收獲期5個(gè)生育時(shí)期對(duì)土壤容重、pH、有機(jī)質(zhì)含量、速效氮、磷、鉀含量的影響。結(jié)果表明，小喇叭口期ZF100處理土壤有機(jī)質(zhì)的含量顯著降低，而收獲期時(shí)ZF100處理土壤有機(jī)質(zhì)的含量顯著提高;5個(gè)生育時(shí)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(gè)生育時(shí)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(duì)提高土壤速效鉀含量的效果差異不顯著。

關(guān)鍵詞：沼肥;化肥;土壤性質(zhì);玉米田

中圖分類號(hào)：S513;S14 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）06-0039-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.06.007 ? ? ? ? ? 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)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(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的同時(shí)，以畜禽糞尿?yàn)橹鞯拇罅繌U棄物給生態(tài)環(huán)境造成的污染也日益加重[1]。產(chǎn)生的糞便及污水具有濁度高、數(shù)量大、易腐敗及難運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，未經(jīng)處理或處理不當(dāng)會(huì)對(duì)畜牧場(chǎng)本身及周邊水體造成嚴(yán)重污染，充當(dāng)許多疾病的傳播媒介[2]。畜禽糞尿中含有粗蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、粗纖維等物質(zhì)，經(jīng)無(wú)害化處理后可以實(shí)現(xiàn)有效利用。利用厭氧細(xì)菌對(duì)畜禽糞尿進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣是一種綜合利用畜產(chǎn)廢棄物的有效措施[3]。

經(jīng)沼氣發(fā)酵后產(chǎn)生的沼肥是一種綠色、速緩兼具、優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，包括沼液和沼渣，含有豐富的氮、磷、鉀、鈉、有機(jī)質(zhì)、腐殖酸及多種微量元素。大量研究表明，施用沼肥對(duì)作物品質(zhì)、產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)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(xù)3年施用沼肥可以增加玉米的產(chǎn)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(qiáng)。宋三多[6]于2014—2016年研究了沼肥對(duì)成都平原稻麥輪作制水稻養(yǎng)分含量的影響，表明2016年當(dāng)年沼肥高量處理較不施肥處理水稻子粒蛋白質(zhì)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(wěn)定沼液營(yíng)養(yǎng)液，結(jié)果表明穩(wěn)定沼液營(yíng)養(yǎng)液可以顯著增加土壤速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)的含量。

隨著沼氣研究的深入和農(nóng)村沼氣利用的發(fā)展推廣，發(fā)酵產(chǎn)生的沼肥大量地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但許多研究指出，單施沼肥對(duì)作物產(chǎn)量的提高比單施化肥效果差[8-10]。為充分發(fā)揮化肥和沼肥兩者各自優(yōu)勢(shì)，緩解對(duì)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(chǎn)達(dá)20.26%。王科等[12]通過(guò)對(duì)沼肥化肥配施對(duì)土壤質(zhì)量影響的研究，發(fā)現(xiàn)常規(guī)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)和作物賴以生存的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基石。因此，本研究以玉米田土壤為研究對(duì)象，探討不同比例沼肥和化肥配合施用在不同玉米生育時(shí)期對(duì)土壤性質(zhì)的影響，旨在優(yōu)化沼肥的施肥工藝，為沼肥和化肥配施改善土壤性質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

試驗(yàn)于2018年5—9月在山東省煙臺(tái)市中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)校區(qū)試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)地區(qū)屬暖溫帶海洋性季風(fēng)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(yàn)田土壤類型為棕壤，土壤肥力均一，地勢(shì)平坦，所種玉米品種為金海5號(hào)。

試驗(yàn)所用沼肥由當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖場(chǎng)利用畜禽廢棄物經(jīng)沼氣生產(chǎn)發(fā)酵所提供。

1.2 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)布置試驗(yàn)，共計(jì)6個(gè)處理，3次重復(fù)，18個(gè)小區(qū)。各小區(qū)內(nèi)等行距平種，行間距66 cm，株間距25 cm。按照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)玉米田生產(chǎn)模式進(jìn)行田間管理，充分滿足肥水供應(yīng)。

共設(shè)置6個(gè)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(zhǔn)進(jìn)行施肥，其余各施肥處理組以每公頃施氮352.5 kg為基準(zhǔn)。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(jìn)行。

1.3 ?測(cè)定項(xiàng)目及方法

在玉米拔節(jié)期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽穗吐絲期、收獲期5個(gè)關(guān)鍵生長(zhǎng)時(shí)期分別對(duì)土壤進(jìn)行采樣，測(cè)定土壤容重、酸堿度以及有機(jī)質(zhì)和速效氮、磷、鉀的含量。

有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀外加熱法。土壤速效氮、磷、鉀的測(cè)定分別采用堿解擴(kuò)散法、鉬銻抗比色法和火焰光度計(jì)法。

1.4 ?數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?沼肥與化肥配施對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

土壤中有機(jī)質(zhì)的含量是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一。由表2可以看出，拔節(jié)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(jī)質(zhì)含量與CK差異不顯著，ZH20、ZH50、ZH80處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于ZF100處理，ZH50處理土壤有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)含量最高;抽穗吐絲期各處理中土壤有機(jī)質(zhì)含量與CK相比不顯著，CK土壤有機(jī)質(zhì)含量最高;收獲期ZF100處理土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，顯著高于CK，ZF100處理土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，HF和ZH50處理略次之。

施肥后，所有處理土壤有機(jī)質(zhì)含量在玉米生長(zhǎng)的拔節(jié)期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽穗吐絲期均呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，CK、HF、ZH20、ZH50、ZH80、ZF100處理土壤有機(jī)質(zhì)含量收獲期與拔節(jié)期相比較分別增長(zhǎng)69%、267%、172%、241%、154%、309%。表明單施沼肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量上升幅度最大。在拔節(jié)期和小喇叭口期之間，單施沼肥的土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，推測(cè)沼肥中的微生物分解了土壤中的原始有機(jī)質(zhì)。從小喇叭口期到大喇叭口期，ZH50處理土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，ZH20處理土壤有機(jī)質(zhì)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(xiàn)很大差異，CK土壤有機(jī)質(zhì)含量快速下降，下降幅度達(dá)49.8%;ZH20和ZH80處理則基本沒(méi)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(duì)土壤容重和酸堿度的影響

目前大量研究指出，化肥的長(zhǎng)期施用造成土壤物理結(jié)構(gòu)破壞，堆積密度增加，導(dǎo)致土壤壓實(shí)，土壤肥力下降，土壤功能退化，物理性能惡化等問(wèn)題[13-15]。由圖1可以看出，不同施肥處理會(huì)對(duì)土壤容重產(chǎn)生影響。小喇叭口期隨著沼肥施用比例的增加，土壤容重會(huì)逐漸降低，沼肥對(duì)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(jié)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?yàn)榇罄瓤谄谇白贩仕?。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(lái)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(duì)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(shí)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(dāng)。在多數(shù)生育時(shí)期ZH50處理對(duì)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(zhuǎn)化為速效氮速度較慢，對(duì)當(dāng)季作物的氮素提供不如化肥。各組數(shù)據(jù)表明，與CK相比，不同施肥處理對(duì)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(shí)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(wú)顯著差異。這說(shuō)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(shí)期各施肥處理土壤速效磷含量顯著高于CK。各時(shí)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(shì)，以ZH80和ZF100處理土壤速效磷含量較高。這說(shuō)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(duì)土壤速效磷含量有提高作用，且以ZH80和ZF100處理對(duì)土壤速效磷含量提高最為明顯。

3 ?小結(jié)

通過(guò)施肥各處理對(duì)玉米拔節(jié)期、大喇叭口期和抽穗吐絲期土壤有機(jī)質(zhì)含量沒(méi)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(jī)質(zhì)的含量，而收獲期100%沼肥處理顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量;通過(guò)施肥處理降低了玉米5個(gè)生育時(shí)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(gè)生育時(shí)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(duì)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(shí)期的土壤性質(zhì)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有良好的推廣前景。

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