劉燦華，袁天佑，閆軍營，孟繁華，孫笑梅*，張水清

（1．河南省土壤肥料站，河南 鄭州 450008；2．河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002）

肥料作為糧食的“糧食”，直接決定著農(nóng)作物產(chǎn)量的高低，在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)高質(zhì)量的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。國內(nèi)外有關(guān)研究顯示，全球約48%的人口靠肥料投入來生產(chǎn)糧食，其中，氮肥對糧食生產(chǎn)的作用最大，貢獻(xiàn)率高達(dá)30%～50%［1-2］。而與發(fā)達(dá)國家相比，當(dāng)前我國的化肥利用率依然較低，據(jù)研究顯示，水稻、小麥和玉米三大主要糧食作物的肥料利用效率僅為39.2%，其余的一部分排放到到土壤、水體和空氣中，不僅造成了資源的巨大浪費(fèi)，在一定程度上還對生態(tài)環(huán)境造成了污染。當(dāng)前，如何通過科學(xué)施肥技術(shù)，逐步提升化肥利用效率，特別是氮肥利用效率，進(jìn)而減少化肥的使用量，尤其是氮肥的用量，減少氮素?fù)p失，最終實(shí)現(xiàn)化肥減量增效，這是農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)亟待解決的重大問題。

腐植酸是一種含有多種活性基團(tuán)有機(jī)物質(zhì)，具有廉價(jià)和無污染的特性，有助于土壤結(jié)構(gòu)的形成，有利于提升土壤的物理與化學(xué)性質(zhì)，提高土壤養(yǎng)分有效性等多方面的作用［3-4］。研究顯示，氮肥與腐植酸聯(lián)合施用不但能有效提升氮肥的利用率，提高農(nóng)作物的綜合產(chǎn)量，減少肥料的使用量，還可以培肥改良土壤［5-8］。豫南黃褐土低肥力區(qū)是河南省重要的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地。本研究通過在河南省豫南黃褐土低肥力區(qū)，設(shè)置氮肥與腐植酸科學(xué)運(yùn)籌技術(shù)的田間定位試驗(yàn)，深入探討冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)下，減氮配施腐植酸對土壤理化性質(zhì)的影響，為扎實(shí)全面推進(jìn)“藏糧于技、藏糧于地”戰(zhàn)略以及農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于河南省南部的南陽市臥龍區(qū)英莊鎮(zhèn)前英莊村（32°75′57″N，112°43′87″E），土壤類型為黃褐土，屬南陽盆地平原，平均海拔85 ～100 m，屬北亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫15℃，年均降水量805.8 mm，日照2 116 h，無霜期229 d。作物種植模式為冬小麥-夏玉米輪作。試驗(yàn)地地勢平坦，試驗(yàn)前0 ～20 cm 土壤理化性狀見表1。

表1 供試土壤試驗(yàn)前農(nóng)化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)6 個(gè)不同施肥處理:1）對照處理:單施磷、鉀肥即不施氮肥（T1）:磷肥（P2O5）90.00 kg·hm-2，鉀肥（K2O）75.00 kg·hm-2；2）單施無機(jī)化肥氮磷鉀即常規(guī)施肥（T2）:氮肥180.00 kg·hm-2，磷肥90.00 kg·hm-2，鉀肥75.00 kg·hm-2；3）單施腐植酸（HA）（T3）:腐植酸3 000 kg·hm-2；4）腐植酸（HA）+常規(guī)施肥（T4）:腐植酸3 000 kg·hm-2，氮 肥180.00 kg·hm-2， 磷 肥90.00 kg·hm-2， 鉀 肥75.00 kg·hm-2；5）腐 植 酸（HA）+常 規(guī) 施 肥 減氮15%（T5）:腐植酸3 000 kg·hm-2，氮肥153.00 kg·hm-2，磷肥90.00 kg·hm-2，鉀肥75.00 kg·hm-2；6）腐植酸（HA）+常規(guī)施肥減氮30%（T6）:腐植酸3 000 kg·hm-2，氮肥126.00 kg·hm-2，磷肥90.00 kg·hm-2，鉀肥75.00 kg·hm-2。采取隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)，小區(qū)面積48 m2（寬6 m，長8 m），試驗(yàn)區(qū)內(nèi)設(shè)置觀察走道與保護(hù)行。供試冬小麥品種為“周麥26”；夏玉米品種為“豫安3 號”。供試肥料:腐植酸（pH 值為4.74，有機(jī)質(zhì)為80.92%，全氮為0.76%，全磷為0.38%，全鉀為0.23%），氮肥為尿素（N 46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O512%），鉀肥為氯化鉀（K2O 60%）。

試驗(yàn)除T3 外，其它所有處理全部的磷肥和鉀肥均做基肥即底施一次性施入。T2、T4、T5、T6的氮肥采用分次施肥模式即采用基肥加追肥配合的運(yùn)籌模式:1）冬小麥。腐植酸用做底肥一次性施入；50%氮肥做基肥，50%氮肥于拔節(jié)期追施。各處理田間除施肥運(yùn)籌模式不同外，其它管理同一般大田。2）夏玉米:腐植酸用做底肥一次性施入；30%氮肥做基肥，70%氮肥于拔節(jié)期追施。所有處理田間除施肥運(yùn)籌模式不同外，其它管理同一般大田。在出苗后3 葉時(shí)進(jìn)行間苗，在5 葉時(shí)進(jìn)行定苗；在大喇叭口期做好夏玉米螟等各種害蟲的防治；在完熟期進(jìn)行收獲。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

在夏玉米收獲后和冬小麥播種前，各小區(qū)采用“S”法進(jìn)行耕層（0 ～20 cm）土壤樣品的采集，樣品風(fēng)干后，分別過1、0.25 mm篩備用，然后開展土壤物理和化學(xué)性狀的測定。本研究均采用常規(guī)的測試分析方法對土壤容重、土壤全氮、土壤堿解氮、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤速效鉀、土壤pH 值和土壤有效磷進(jìn)行測定［9］。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)取3 年的平均值，采用office 2010 作圖，使用SPSS 19.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 減氮配施腐植酸對土壤容重的影響

由圖1 可知，各施肥處理的土壤容重整體變化趨勢顯現(xiàn)為:氮肥配施腐植酸低于單施無機(jī)化肥氮磷鉀即常規(guī)施肥，單施無機(jī)化肥氮磷鉀即常規(guī)施肥低于不施氮肥即單施磷鉀肥，各施肥處理的土壤容重均低于試前土壤T0（1.43 g·cm-3），較T0 降低幅 度 為0.005 ～0.075 g·cm-3。T4、T5 和T6 的 土壤容重分別較T2 降低了2.14%、3.56%和2.85%，較單施磷鉀肥的T1 處理降低3.51%、4.91%和4.21%，分別較T3 降低了0.36%、1.81%和1.09%。各無機(jī)化肥與腐植酸配施處理間在降低土壤容重方面有差異，以無機(jī)化肥減氮15%配施腐植酸處理即T5 的效果最好，T5 的土壤容重較T4、T6 分別降低了1.45%、0.73%。

圖1 不同施肥處理對土壤容重的影響

2.2 腐植酸與氮肥配施對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

從圖2 可以看出，各施肥處理間，含腐植酸處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量高于不含腐植酸的處理，無機(jī)化肥配施腐植酸的土壤有機(jī)質(zhì)含量高于單施無機(jī)化肥即常規(guī)施肥，單施無機(jī)化肥高于不施氮肥即單施磷鉀肥，各施肥處理除單施磷鉀肥處理外，其它施肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于試前土壤T0（11.32 g·kg-1）。但試驗(yàn)開展2 年后，T2、T3、T4、T5 和T6 的土壤有機(jī)質(zhì)含量均較T0 有明顯提高。T4、T5和T6 的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別較T2 高5.80%、4.58%、4.45%， 較T1 高9.71%、11.13%、9.85%， 較T3 高1.48%、2.80%、1.61%。各無機(jī)化肥與腐植酸配施處理間在提高土壤有機(jī)質(zhì)方面有差異，以無機(jī)化肥減氮15%配施腐植酸處理即T5 的效果最好，T5 的土壤有機(jī)質(zhì)含量較T4、T6 分別高1.29%、1.17%。

圖2 不同施肥處理對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

2.3 腐植酸與氮肥配施對土壤全氮和堿解氮的影響

由圖3 可知，各施肥處理的土壤氮素含量的變化趨勢整體呈現(xiàn)為:無機(jī)化肥配施腐植酸高于單施無機(jī)化肥氮磷鉀即常規(guī)施肥，單施無機(jī)化肥氮磷鉀高于不施氮肥即單施磷鉀肥。各施肥處理除單施磷鉀肥處理外，即T2、T3、T4、T5 和T6 的土壤氮素含量均較T0（堿解氮69.97 mg·kg-1，全氮1.03 g·kg-1）有明顯提高。但試驗(yàn)開展2 年后，T2、T3、T4、T5 和T6 的土壤全氮含量較T0 提高了0.05 ～0.29 g·kg-1；T2、T3、T4、T5 和T6 的 土 壤 堿 解 氮 含 量 較T0 提 高 了0.64 ～7.57 mg·kg-1。T4、T5、T6 土壤堿解氮和全氮含量較T2 分別高15.40%和3.43%、9.82%和21.76%、6.62%和16.20%，差異均達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）；分別較T1 高11.80%和28.95%、16.49%和38.42%、13.10%和32.11%，差異均達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）；分別較T3 高3.27%和3.81%、7.60% 和11.44%、4.47% 和6.36%。各無機(jī)化肥與腐植酸配施處理間對土壤氮素的影響大小有差異，以無機(jī)化肥減氮15%配施腐植酸處理即T5 的效果最好，T5 的土壤堿解氮和全氮含量較T4 和T6 分別高4.19%和7.35%、3.00%和4.78%。

圖3 不同施肥處理對土壤全氮和堿解氮含量的影響

2.4 腐植酸與氮肥配施對土壤有效磷的影響

由圖4 可知，各施肥處理的土壤有效磷含量的變化趨勢整體呈現(xiàn)為:無機(jī)化肥配施腐植酸高于單施無機(jī)化肥氮磷鉀即常規(guī)施肥，單施無機(jī)化肥氮磷鉀高于不施氮肥即單施磷鉀肥。各施肥處理除單施腐植酸處理即T3 土壤有效磷含量顯著低 于T0 外，T1、T2、T4、T5 和T6 的 土壤有效磷含量均較T0（試前25.73 mg·kg-1）有明顯提高，增加幅度為0.10 ～0.74 mg·kg-1。T4、T5、T6的土壤有效磷含量分別較T2 高0.35%、2.68%和0.29%，分別較T1 高0.15%、2.48%、0.097%，分別較T3 高10.39%、12.95%、10.33%，差異均達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）。各無機(jī)化肥與腐植酸配施處理間對土壤有效磷的影響大小有差異，以無機(jī)化肥減氮15%配施腐植酸處理即T5 的效果最好，T5 的土壤有效磷含量較T6 和T4 分別高2.38%和2.32%。

圖4 不同施肥處理對土壤有效磷含量的影響

2.5 腐植酸與氮肥配施對土壤速效鉀的影響

從圖5 中可以看出，各施肥處理對土壤速效鉀含量均有較大影響，整體表現(xiàn)為:無機(jī)化肥配施腐植酸高于單施無機(jī)化肥氮磷鉀即常規(guī)施肥，單施無機(jī)化肥氮磷鉀高于不施氮肥即單施磷鉀肥。各施肥處理除單施腐植酸處理即T3 外，其它施肥處理即T1、T2、T4、T5 和T6 的土壤速效鉀含量均較試前土壤T0（84.25 mg·kg-1）有明顯提高，提高幅度為3.08 ～4.94 mg·kg-1。T4、T5、T6 的土壤速效鉀含量較T2 分別高0.58%、1.84%、0.32%，分別 較T1 高0.86%、2.13%、0.60%，分 別 較T3 高7.28%、8.62%、7.00%，差異均達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）。各施肥處理間對土壤速效鉀的影響大小不同，其中，以無機(jī)化肥減氮15%配施腐植酸處理即T5 的效果最好，T5 的土壤速效鉀含量分別較T6 和T4 高1.52%和1.25%。

圖5 不同施肥處理對土壤速效鉀含量的影響

2.6 腐植酸與氮肥配施對土壤pH 值的影響

從圖6 中可以看出，各施肥處理的土壤pH 值均處在6.5 左右。各施肥處理對土壤pH 值有較大影響，土壤pH 值大小為T5＞T6＞T4＞T3＞T0＞T2＞T1，即無機(jī)化肥與腐植酸配施或單施腐植酸處理的土壤pH 值均有不同程度的提升，無機(jī)化肥與腐植酸配施好于單施無機(jī)化肥氮磷鉀，單施無機(jī)化肥氮磷鉀好于不施氮肥即單施磷鉀肥。單施無機(jī)化肥處理的土壤pH 值較試前土壤T0（pH 6.57）有所降低，其它施肥處理即T3、T4、T5 和T6 均較試前土壤有所提高，提高幅度為0.01 ～0.22 個(gè)pH 單位。T5、T6 和T4 的土壤pH 值較T2 分別高4.86%、3.78%和3.09%； 分 別 較T1 高7.27%、6.16%和5.45%；分別較T3 高3.19%、2.13%和1.44%；各施肥處理間對土壤pH 值的影響大小不同，其中，以無機(jī)化肥減氮15%配施腐植酸處理即T5 的效果最好，T5的土壤pH 值分別較T4 和T6 高1.72%和1.04%。

圖6 不同施肥處理對土壤pH 值的影響

3 討論

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，土壤理化性狀是判斷土壤肥力高低的主要依據(jù)，土壤理化性狀對作物的生長發(fā)育具有重要影響［10-11］。同時(shí)，土壤理化性狀也是一個(gè)動態(tài)的過程，隨著耕作、栽培和施肥等生產(chǎn)以及作物產(chǎn)量水平等不同不斷發(fā)生變化［12-17］。

3.1 減氮配施腐植酸對土壤容重的影響

土壤容重受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響較大，與耕作栽培管理水平、土壤結(jié)構(gòu)狀況、土壤質(zhì)地以及土壤有機(jī)質(zhì)含量有密切關(guān)系，是土壤物理性質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)。眾多研究顯示［18-21］，腐植酸具有改良培肥土壤的效果，風(fēng)化煤等腐植酸施入土壤有利于土壤微團(tuán)聚體的形成，能有效改善土壤的孔隙狀況，降低土壤容重，疏松土壤，有利于土壤微生物活性的提升，改善土壤的理化性狀。本研究結(jié)果顯示，腐植酸施入土壤可以增加土壤孔隙度，有效降低土壤容重，大幅度改善土壤物理性質(zhì)。其中，以無機(jī)化肥配施腐植酸最佳，其次依次分別為單施腐植酸、無機(jī)化肥氮磷鉀即常規(guī)施肥和單施磷鉀肥即不施氮肥。隨著試驗(yàn)的開展，土壤容重隨著腐植酸施用量的加大而逐漸降低。減氮15%配施腐植酸處理即T5 的土壤容重最低，2017 ～2019 年，3 年的土壤容重均值較試前土壤降低了0.075 g·cm-3，這與上述研究結(jié)果一致。本研究還顯示，無論哪種施肥方式，通過施肥后土壤容重都有所降低。王改蘭等［22］研究結(jié)果顯示，與不施肥相比，單施化肥也能改善土壤的物理性質(zhì)，如土壤容重、土壤孔隙度等；但是單施化肥與試前土壤相比，其不利于土壤物理結(jié)構(gòu)的形成，且有造成損害的趨勢，這與本研究結(jié)果不符。具體原因還有待進(jìn)一步探索研究。

3.2 減氮配施腐植酸對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

本研究結(jié)果表明，單施腐植酸不能提升土壤堿解氮、土壤有效磷、土壤速效鉀的含量，但能有效提升土壤有機(jī)質(zhì)的含量，這一結(jié)論與周鑫斌等［23］的研究相符。眾多研究表明［24-26］，長期不合理施肥會引起土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯下降，無機(jī)化肥配施有機(jī)肥有利于土壤養(yǎng)分的提升，尤其是能明顯提升土壤有機(jī)質(zhì)含量。陸欣［27］研究顯示，腐植酸能與氮肥結(jié)合發(fā)生生化作用，能有效提升土壤肥力。陳伏生等［28］研究顯示，風(fēng)化煤腐植酸能有效提升土壤的養(yǎng)分含量，如土壤有機(jī)質(zhì)、土壤氮素、土壤有效磷和土壤速效鉀等，但風(fēng)化煤的效果稍差于泥炭。張青等［21］研究表明，腐植酸能明顯提升土壤有機(jī)質(zhì)和其它速效養(yǎng)分。本研究與上述研究結(jié)果一致。

3.3 減氮配施腐植酸對土壤養(yǎng)分的影響

陸欣等［29］和張宏偉等［30］研究表明，腐植酸對于培肥改良土壤具有重要作用，能有效提升土壤速效養(yǎng)分的含量，特別是對提高土壤堿解氮、土壤有效磷、土壤速效鉀含量等具有顯著作用。這可能是與腐植酸富含各類官能團(tuán)有關(guān)，這些官能團(tuán)能與土壤中富含氮磷鉀營養(yǎng)元素的陽離子形成絡(luò)合物，減少土壤氮素的各種損失，抑制土壤對磷和鉀的固定，能使土壤釋放出較多的無效態(tài)磷鉀，提升土壤速效養(yǎng)分的含量。本研究結(jié)果表明，無機(jī)化肥氮、磷、鉀的科學(xué)合理配施在某種程度上也有利于土壤堿解氮、土壤有效磷、土壤速效鉀含量的增加，但這種效果遠(yuǎn)不及無機(jī)化肥配施腐植酸，無機(jī)化肥配施腐植酸優(yōu)于單施無機(jī)化肥氮磷鉀。腐植酸與無機(jī)化肥配施能促進(jìn)二者的協(xié)同效應(yīng)，其中，以化肥減氮15%配施腐植酸處理即T5 最佳，這與上述研究較為相似。

本研究顯示，常規(guī)施肥即單施無機(jī)化肥處理的土壤氮素含量提升不明顯，說明在本研究區(qū)域內(nèi)，冬小麥-夏玉米輪作制度下無機(jī)化肥能維持或提升土壤的氮素水平。而不施氮處理的土壤氮素含量較低，均低于試前土壤，說明不施氮的處理或許由于農(nóng)作物收獲物攜帶或氮素的轉(zhuǎn)化，造成了土壤中氮素含量的下降。而無機(jī)化肥配施腐植酸能有效提升土壤氮素含量，在土壤中有較高的土壤氮素凈殘留，有利于土壤氮素的積累，但是，減氮配施腐植酸中的減氮量要適宜。

無機(jī)化肥配施腐植酸能明顯提高土壤磷的有效性，這或許是由于腐植酸與磷結(jié)合后形成了形態(tài)較為穩(wěn)定的絡(luò)合物，含磷絡(luò)合物降低了土壤對磷的固定，同時(shí)加快了無機(jī)磷的溶解。本研究結(jié)果表明，腐植酸施入土壤可以有效調(diào)節(jié)土壤的酸堿度，使土壤pH 值始終處于有益于土壤微生物生長的范圍內(nèi)，并激發(fā)微生物的生化活性，使土壤保持在有利于作物生長發(fā)育的狀況。在各施肥處理中，以無機(jī)化肥配施腐植酸的處理最佳，這可能是由于無機(jī)化肥與腐植酸結(jié)合后，促進(jìn)了腐植酸釋放酸性離子，進(jìn)一步激發(fā)了腐植酸對土壤的緩沖性能的作用。無機(jī)化肥配施腐植酸，尤其是減氮配施腐植酸能有效提升土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全氮、土壤堿解氮、土壤有效磷和土壤速效鉀等養(yǎng)分含量，并有效改善土壤的酸堿度，這均與腐植酸富含多種官能團(tuán)有關(guān)［31-33］。有關(guān)腐植酸為何與氮肥配施更能發(fā)揮作用仍需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

腐植酸與氮肥配施可以有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤的物理性質(zhì)，提高土壤的有機(jī)質(zhì)、土壤全氮、土壤堿解氮、土壤有效磷和土壤速效鉀含量，調(diào)節(jié)土壤的pH 值。各施肥處理對土壤理化性質(zhì)的改善情況總體上表現(xiàn)為:無機(jī)化肥配施腐植酸＞單施腐植酸＞單施無機(jī)化肥氮磷鉀即常規(guī)施肥＞單施磷鉀即不施氮肥，其中，以常規(guī)施肥減氮15%配施腐植酸處理即T5 最佳。T5 的土壤全氮和堿解氮含量較試前土壤分別提升了27.67%和10.81%，且達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）；土壤有效磷含量較試前土壤提高了2.88%；土壤速效鉀含量較試前土壤提高了5.87%。