楊 蘇， 葉雪峰， 章 歡， 李輝信， 張永春， 艾玉春， 汪吉東

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210095； 2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部江蘇耕地保育科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，江蘇 南京 210014； 3.江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)是可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要途徑。腐殖酸是生態(tài)農(nóng)業(yè)和無公害農(nóng)業(yè)中常用的有機(jī)肥料之一。腐殖酸能夠提高肥料效應(yīng)，趙鳳亮等[1]研究結(jié)果表明，施用腐殖酸類肥料，能降低氮素淋失量，提高氮素利用率。腐殖酸也有良好的促根效應(yīng)，梁太波等[2]認(rèn)為施用腐殖酸提高了根系活力和干物質(zhì)積累量，使玉米增產(chǎn)61.29%。褐煤中腐殖酸含量高，具有較好的開發(fā)利用價(jià)值[3]，能改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分含量，提高肥料利用率，促進(jìn)作物生長發(fā)育，提高出苗率和作物產(chǎn)量的作用。腐殖酸自身的活性官能團(tuán)具有酸性、陽離子交換能力、絡(luò)合及吸附分散能力[4]，可減少化肥用量[5-6]。腐殖酸施用對作物生產(chǎn)發(fā)揮著重要的作用，但過量或不合理地施用則會(huì)引發(fā)土壤次生鹽漬化、酸化、土壤養(yǎng)分失調(diào)等障礙問題[7]，并產(chǎn)生一系列的環(huán)境污染問題[8]，腐殖酸用量因土壤類型不同而不同。陳伏生等在風(fēng)沙土上的研究結(jié)果顯示，風(fēng)化煤腐殖酸能顯著提升土壤的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量，降低土壤pH值[9]。MORA等[10]研究了低質(zhì)量濃度(5 g/L)和高質(zhì)量濃度(100 mg/L)的褐煤腐殖酸對黃瓜生長的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，100 mg/L腐殖酸具有較好的促根效果。薛超群等[11]認(rèn)為腐殖酸用量為120 kg/hm2時(shí)對植煙土壤培肥效果最佳。王帥等[12]認(rèn)為，施用 33～66 kg/hm2腐殖酸保水劑可有助于玉米生長生育及產(chǎn)量的提高。但對于有機(jī)質(zhì)含量低、土壤結(jié)構(gòu)差、保水保肥能力弱的潮土，施用褐煤腐殖酸對玉米生長及培肥的效果如何還有待進(jìn)一步研究。

玉米是中國主要的糧食作物，也是黃河故道地區(qū)種植的主要作物[13]。根系是植物吸收養(yǎng)分和水分的重要器官，也是物質(zhì)同化、轉(zhuǎn)化或合成的場所，苗期玉米的根系形態(tài)可間接影響植物的生長發(fā)育和產(chǎn)量[14-16]。土壤是作物生存的根本，可為植物提供生長所必須的營養(yǎng)物質(zhì)，其肥力水平的高低可直接影響作物長勢和產(chǎn)量，安江勇等[17]對玉米品種黔單24的研究結(jié)果表明，玉米產(chǎn)量隨肥料施用量增加呈拋物線變化，當(dāng)施肥量增加超過肥料最大效應(yīng)值，其養(yǎng)分吸收量反而減小，因此將土壤和作物作為一個(gè)整體，探究外源褐煤腐殖酸施用對玉米生長及土壤養(yǎng)分的影響具有重要意義。

本試驗(yàn)通過設(shè)置5個(gè)褐煤腐殖酸用量，探究其對玉米苗期根系性狀、干物質(zhì)量、養(yǎng)分吸收量及土壤理化性狀的影響，以期找出玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和土壤培肥的最佳褐煤腐殖酸用量，為褐煤腐殖酸的高效化利用及玉米的養(yǎng)分調(diào)控提供理論參考。

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為盆栽試驗(yàn)，供試土壤為潮土，由江蘇省鹽城市濱?？h界牌鎮(zhèn)三壩村黃河灣綠色科技有限公司(北緯33°43′，東經(jīng)119°37′)提供，基地地處北溫帶，氣候溫和，地勢較高，降雨充沛，雨熱同季，常年平均氣溫14.1 ℃，平均降雨量為942.6 mm。

盆栽土壤選取0～20 cm表層土壤，自然風(fēng)干后去除大的石塊、土塊及植物殘?bào)w備用。試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理，以只施氮、磷、鉀肥為對照(CK)，其他處理均在施用氮、磷、鉀肥的基礎(chǔ)上施用10 g/kg褐煤腐殖酸(F1)、20 g/kg褐煤腐殖酸(F2)、40 g/kg褐煤腐殖酸(F3)、80 g/kg褐煤腐殖酸(F4)，每個(gè)處理6個(gè)重復(fù)，共30個(gè)盆缽，其中3個(gè)重復(fù)用于測定玉米苗期根系形態(tài)，另外3個(gè)重復(fù)用于土壤養(yǎng)分含量及植株養(yǎng)分吸收量的測定。每個(gè)盆缽 (高35 cm，直徑40 cm) 裝風(fēng)干土20 kg，基肥一次性施用復(fù)合肥24 g，追施氮肥2次，用量均為總氮用量的30%。所用腐殖酸為褐煤腐殖酸，有機(jī)質(zhì)415 g/kg，全氮3.53 g/kg，全磷10.89 g/kg，全鉀1.36 g/kg，pH值 4.95，褐煤腐殖酸的施用方式為混施。種植玉米品種為燕禾金號，試驗(yàn)開始前每盆選取大小一致、籽粒飽滿的4粒玉米種子，于2018年7月2日在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院溫室進(jìn)行試驗(yàn)，玉米出苗后(7月8日)進(jìn)行間苗，保證每盆有一棵玉米植株，每盆插入一根注水管，防止加水時(shí)水力沖擊對土壤結(jié)構(gòu)造成破壞，每7 d采用稱質(zhì)量法補(bǔ)水1次，使土壤含水量保持在田間最大持水量的60%，于7月30日采用完全破壞性取樣測定玉米苗期根系形態(tài)，于10月16日采用完全破壞性取樣，測定玉米產(chǎn)量、植株生物量、地上部分養(yǎng)分吸收量、地下部分養(yǎng)分吸收量及土壤養(yǎng)分含量。供試土壤有機(jī)質(zhì)4.42 g/kg，全氮0.18 g/kg，全磷0.42 g/kg，有效磷2.63 mg/kg，全鉀21.20 g/kg，速效鉀63.30 mg/kg，pH值 8.58。

1.2 測定方法

用卷尺測定玉米株高，株高為玉米葉尖到根基部的垂直距離；玉米收獲時(shí)，將地上部、地下部分開，在105 ℃下殺青30 min，75 ℃烘干至恒質(zhì)量，用稱質(zhì)量法稱地上、地下部干質(zhì)量。植株養(yǎng)分含量測定，取烘干后的樣品磨碎過100目篩， H2SO4-H2O2消煮，用半微量凱氏定氮法測定全氮，釩鉬黃比色法測定全磷，火焰光度計(jì)法測定全鉀，根系形態(tài)采用Epson Perfection V850 Pro根系掃描儀測定。

植株養(yǎng)分吸收量=植株養(yǎng)分含量×植株干物質(zhì)量

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003和Origin 9.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和作圖，采用SASS 9.1統(tǒng)計(jì)軟件Duncan’s法進(jìn)行處理間差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 褐煤腐殖酸施用量對玉米株高的影響

褐煤腐殖酸能顯著增加玉米株高，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長，玉米株高增長速率呈現(xiàn)先慢后快的趨勢(圖1)，在7月9日至8月10日處于慢速增長階段，之后增長速率呈上升的趨勢。在所有處理中，F(xiàn)2處理玉米生長最快，其次為F4、F3、F1處理，CK玉米生長最慢。經(jīng)過99 d的培養(yǎng)，F(xiàn)2處理株高達(dá)到208.9 cm，比CK高18.1 cm。

CK(對照)：只施氮、磷、鉀肥；F1、F2、F3、F4分別為在施用氮、磷、鉀肥的基礎(chǔ)上施用10 g/kg褐煤腐殖酸、20 g/kg褐煤腐殖酸、40 g/kg褐煤腐殖酸、80 g/kg褐煤腐殖酸。a:07-09;b:07-12;c:07-17;d:07-22;e:07-27;f:08-03;g:08-10;h:09-10;i:10-16。圖1 不同培養(yǎng)期的玉米株高Fig.1 Plant height of maize in different culture periods

2.2 褐煤腐殖酸施用量對玉米苗期根系的影響

在植物生長過程中，褐煤腐殖酸對根系生長的刺激作用是其對植物產(chǎn)生刺激作用的最初動(dòng)力[2]。施用褐煤腐殖酸會(huì)增加玉米的總根長、總投影面積(表1)，但增幅因褐煤腐殖酸施用量的不同而有所差異。總體而言， F4處理對玉米根系的促進(jìn)效果最優(yōu)，與CK相比，總根長、總投影面積和總表面積顯著增加，但與F2相比無顯著差異，從經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，認(rèn)為潮土腐殖酸用量為20g/kg(F2處理)的整體效應(yīng)最佳。

表1 不同處理對玉米苗期根系的影響

2.3 褐煤腐殖酸施用量對玉米產(chǎn)量和地上部、地下部生物量的影響

褐煤腐殖酸施用會(huì)使玉米產(chǎn)量增加27.2%～50.6%，地上部干質(zhì)量增加5.12%～32.50%，地下部干質(zhì)量增加6.10%～50.45%，且產(chǎn)量和植株干質(zhì)量隨褐煤腐殖酸施用量的增加呈先上升后下降的趨勢，在褐煤腐殖酸施用量為40 g/kg時(shí)玉米產(chǎn)量達(dá)到最大值，但與F2處理無顯著差異(圖2)。在褐煤腐殖酸施用量為20 g/kg時(shí)地上部和地下部干質(zhì)量達(dá)到最大值。

CK、F1、F2、F3、F4見圖1注。圖2 玉米產(chǎn)量和植株干質(zhì)量Fig.2 Yield and dry matter weight of maize

2.4 褐煤腐殖酸施用量對玉米植株養(yǎng)分吸收的影響

褐煤腐殖酸可顯著增加植株的氮、磷、鉀吸收量，且隨褐煤腐殖酸施用量的增加，植株對養(yǎng)分的吸收量呈先上升后下降的趨勢。從圖3可以看出，玉米植株對鉀的吸收量最大，其次是氮，對磷的吸收量最小。通過對褐煤腐殖酸不同施用量的對比發(fā)現(xiàn)，玉米植株對于氮、磷、鉀的吸收量，在褐煤腐殖酸用量為20 g/kg時(shí)達(dá)到最大值，分別比CK 高37.5%、45.4%和54.8%。

2.5 褐煤腐殖酸施用量對土壤養(yǎng)分的影響

從表2可以看出，褐煤腐殖酸的施用會(huì)顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效鉀含量。土壤基本理化性質(zhì)對褐煤腐殖酸施用量有不同響應(yīng)，其中土壤有機(jī)質(zhì)含量隨褐煤腐殖酸施用量的增加呈增加的趨勢，但處理F2、F3、F4差異不顯著。土壤全氮、速效鉀的含量隨褐煤腐殖酸施用量的增加呈先增加后降低的趨勢，而土壤有效磷含量和土壤pH會(huì)隨褐煤腐殖酸施用量的增加呈下降的趨勢。土壤全氮、堿解氮含量在褐煤腐殖酸施用量為20 g/kg時(shí)達(dá)到最大值。土壤速效鉀含量在褐煤腐殖酸施用量為40 g/kg時(shí)達(dá)到最大值，比CK高13.49%。土壤有機(jī)質(zhì)含量則在褐煤腐殖酸用量為80 g/kg時(shí)達(dá)到最大值(10.61 g/kg)，4種用量褐煤腐殖酸使土壤pH值降低的范圍為2.24%～6.62%，處理F3、F4的 pH值顯著低于CK。

CK、F1、F2、F3、F4見圖1注。圖3 玉米植株養(yǎng)分吸收量Fig.3 Nutrient uptake of corn plants

表2 褐煤腐殖酸施用量對土壤基本理化性質(zhì)的影響

3 討 論

本試驗(yàn)探究不同用量腐殖酸對玉米生長及土壤養(yǎng)分含量的影響，結(jié)論如下：針對黃河故道地區(qū)有機(jī)質(zhì)含量較低的潮土，推薦褐煤腐殖酸施用量為20 g/kg，顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效鉀含量，培肥效果最佳。玉米產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收量隨腐殖酸施用量的增加呈先增大后減小的趨勢，玉米植株對氮、磷、鉀的養(yǎng)分吸收量在腐殖酸施用量為20 g/kg時(shí)達(dá)到最大值，而產(chǎn)量在施用量為40 g/kg時(shí)達(dá)到最大值，但與施用量為20 g/kg差異不顯著。因此，綜合考慮培肥增產(chǎn)效果及經(jīng)濟(jì)效益，褐煤腐殖酸施用量為20 g/kg效益最佳。

褐煤腐殖酸含有多種官能團(tuán)，對作物生長發(fā)育及體內(nèi)代謝具有刺激作用，在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)上具有極大的應(yīng)用潛力。于廣武等[18]通過4 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)研究了施用腐殖酸生物有機(jī)和無機(jī)生態(tài)肥對玉米生長發(fā)育的影響，結(jié)果表明施用褐煤腐殖酸肥料處理均促進(jìn)了玉米植株健壯生長，株高增高 4.4～7.0 cm。這與本研究結(jié)果中褐煤腐殖酸施用使玉米植株增加的研究結(jié)論相似。褐煤腐殖酸作為生態(tài)農(nóng)業(yè)中常用的肥料，與化肥組合施用能夠活化土壤中多種礦質(zhì)元素，改良土壤，提高肥效，促進(jìn)作物對養(yǎng)分的吸收利用，提高肥料利用率。氮、磷、鉀為作物生長發(fā)育必需的大量元素，在作物體內(nèi)的吸收、同化和運(yùn)輸會(huì)影響作物的生長發(fā)育[19]。施用褐煤腐殖酸會(huì)增加作物對土壤養(yǎng)分的吸收，腐殖酸對植株生長的促進(jìn)作用與腐殖酸用量密切相關(guān)，添加量過高會(huì)導(dǎo)致營養(yǎng)過剩，對養(yǎng)分的吸收利用率下降[20]。本研究結(jié)果顯示，褐煤腐殖酸用量為20 g/kg時(shí)玉米植株養(yǎng)分吸收量達(dá)到最大值，超過該用量，養(yǎng)分吸收率呈現(xiàn)下降的趨勢。這是由于褐煤腐殖酸與生長素作用類似，表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)高濃度抑制。也可能是由于褐煤腐殖酸具有良好的促根效果，褐煤腐殖酸會(huì)促進(jìn)分生組織細(xì)胞分裂，增強(qiáng)其代謝活性[21]，

此外，褐煤腐殖酸超分子結(jié)構(gòu)中含有類生長素的物質(zhì)，這些物質(zhì)可接近植物細(xì)胞和細(xì)胞外的受體，增加質(zhì)子泵的活力，促進(jìn)植株對養(yǎng)分的吸收[4-22]，但對根表面積和體積無顯著影響，這可能與培養(yǎng)試驗(yàn)(盆缽及土壤體積)條件有限有關(guān)。

腐殖酸具有增氮、解磷、固鉀等土壤培肥作用。隨腐殖酸施用量的增加，土壤中的有機(jī)質(zhì)含量呈逐漸增加的趨勢，而全氮、堿解氮和速效鉀含量呈先增加后降低的趨勢，速效磷和pH呈降低的趨勢。這與周鑫斌等[23]、張繼舟等[24]的研究結(jié)果相似，原因一方面由于腐殖酸在土壤酸堿度、陽離子交換量、養(yǎng)分含量等方面更符合土壤自身的需求[25]，另一方面腐殖酸含有有機(jī)大分子團(tuán)，能活化多種被土壤固定的養(yǎng)分元素，促進(jìn)微生物大量繁殖，加速腐殖酸中有機(jī)態(tài)養(yǎng)分的釋放，提高土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量[26]，同時(shí)也能為植物的生長發(fā)育提供可利用的微生物來增強(qiáng)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化[27]。但速效磷含量降低與劉紅恩等[28]的結(jié)果不同，劉紅恩認(rèn)為在尿素中添加腐殖酸可顯著增加土壤中速效磷的含量，這可能與供試土壤類型有關(guān)，本試驗(yàn)采用的土壤類型為潮土，土壤結(jié)構(gòu)差，易漏水漏肥，澆水時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致土壤磷的流失，降低土壤速效磷含量。靳志麗等[29]認(rèn)為土壤養(yǎng)分的增加與腐殖酸用量有關(guān)，在一定范圍內(nèi)，有機(jī)質(zhì)隨腐殖酸用量的增加而增加，而土壤中有效磷含量下降可能是因?yàn)楦乘嶂械墓倌軋F(tuán)與土壤中磷離子結(jié)合成絡(luò)合物，促進(jìn)了作物對有效磷的吸收，固定態(tài)磷釋放速率變化不大所致。另外腐殖酸類型不同也會(huì)造成結(jié)果差異，劉紅恩等[28]所用腐殖酸為腐殖酸尿素，氮含量高，而本研究用的是褐煤腐殖酸，有機(jī)質(zhì)含量高，而氮和鉀含量較低。對于腐殖酸降低土壤pH，裴瑞杰等[30]也對此做出了合理的解釋，他們認(rèn)為腐殖酸與化肥結(jié)合，其官能團(tuán)能促進(jìn)酸性離子釋放，起到緩沖作用[32]，降低pH使其適宜玉米生長需求。