沼渣与化肥配施对玉米生长及土壤理化性状的影响

2018-11-05有婧仪杨守军张忠兰张华东

中国土壤与肥料 2018年5期

有婧仪，杨守军，张忠兰，张华东

(中国农业大学烟台研究院，山东烟台 264670)

随着我国畜禽养殖业集约化、规模化的快速发展，在保障肉蛋奶充足供应的同时，又存在畜禽粪污乱排乱放的问题，这一问题成为农业面源污染的新生增长点。为有效遏制和减少农业面源污染，促进农业可持续发展，实施种养结合和有机肥替代化肥方案，推进资源的循环利用和农业的绿色发展。

基于厌氧发酵的沼气工程绿色新技术，虽然能为畜禽粪污的无害化处理提供合理有效的解决方法，但在环保优先的新形势下也对沼渣沼液的及时消纳提出了新的工艺要求[1-2]。沼渣是沼气发酵残余物，因其含有较全面的有机和无机固形物，具有速缓兼备的肥效特点，施用后能明显的改善土壤质地，促进农作物品质和产量的提升[3]。王家军等[4]研究表明，常规施肥与沼渣配施对株高、茎粗和产量的增加效果显著。刘芳等[5]认为沼渣配施100%氮素养分可显著提高土壤中碱解氮、速效磷和速效钾的含量。由于沼渣种类不同，施用工艺与频次各异，因此施用效果也有所不同。本研究以玉米为试材，研究沼渣与化肥不同配施比例对土壤理化性质、玉米产量与品质以及经济效益的影响，以期实现农业生产系统中购买性资源投入最低化、废弃资源高效循环化的农业生产模式，为沼渣大田应用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验于2017年5月5日至9月15日进行，试验地点为中国农业大学烟台研究院试验基地。试验土壤为棕壤土，其碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为130.3、66.6和208.8 mg/kg，有机质含量1.66%，pH 值5.5。试验材料为登海-605玉米(ZeamaysL.)。试验所用的沼渣为山东某厌氧发酵工程产生的沼渣，其速效氮、有效磷、速效钾含量分别为2.41%、0.59%和0.61%，有机质含量为46.8%。

1.2 试验设计

试验采用完全随机区组设计，共5个处理，3次重复。处理1：CK，无任何肥料施用；处理2：100%HF，纯化肥施用；处理3：40%ZF+60%HF，40%沼渣与60%化肥配施；处理4：60%ZF+40%HF，60%沼渣与40%化肥配施；处理5：80%ZF+20%HF，80%沼渣与20%化肥配施。玉米株行距分别为60和33 cm，目标产量为7 496.25 kg/hm2，肥料总施入量N-P2O5-K2O=651.12-187.85-415.74 kg/hm2。沼渣用量以氮含量进行折算，所缺磷、钾养分以化肥补齐。基肥、拔节肥、穗肥、花粒肥分别于5月5日、6月1日、6月22日、7月7日施用，施氮量分别占总氮的60%、11%、25%和4%，具体施肥情况见表1～4。

表1 基肥施用情况 (kg/hm2)

表2 拔节肥施用情况 (kg/hm2)

1.3 研究方法及测试

分别在玉米的苗期(05-20)、拔节期(06-05)、抽穗期(06-28)和完熟期(07-20)进行样品采集。每个处理随机选取3株长势相近的玉米，测定其株高和茎粗，并取其穗部叶片用于叶绿素测定。采用5点取样法，采集0～20 cm的土壤，风干、磨细用于土壤有机质、pH值、碱解氮、有效磷、速效钾的测定。于玉米收获期进行产量和玉米品质的检测。叶绿素测定采用蒽酮浸提法[6]；土壤有机质、pH值、碱解氮、有效磷、速效钾的测定分别采用重铬酸钾外加热法、水溶-酸度计法、碱解扩散法、钼锑抗比色法和火焰光度法[7]；籽粒粗蛋白含量、粗淀粉含量和粗脂肪含量分别采用凯氏法、DNS法和索氏提取法[8-10]。

1.4 数据统计分析

数据采用Excel 2003和SPSS 19.0进行统计分析，采用最小显著差异法(LSD)处理显著差异性。

2 结果与分析

2.1 沼渣与化肥配施对土壤有机质含量的影响

沼渣的施用明显提高了土壤有机质含量，40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和80%ZF+20%HF处理土壤有机质含量在玉米苗期分别比对照增加了7.44%、11.3%和15.2%。从表5可以看出，沼渣处理土壤有机质含量在玉米拔节期、抽穗期和完熟期的变化趋势与玉米苗期相似，其中80%ZF+20%HF处理土壤有机质含量在玉米完熟期分别是对照、40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和100%HF处理的1.25、1.11、1.05和1.23倍。数据统计分析表明，土壤有机质的含量与沼肥施用量呈较好的正相关关系。

表5 沼渣与化肥配施对耕作层土壤有机质含量的影响 (%)

注：不同小写字母表示处理间在5%水平下差异显著。下同。

2.2 沼渣与化肥配施对土壤速效养分含量的影响

由图1得知，100%HF处理土壤碱解氮在玉米播种后苗期、拔节期、抽穗期其含量均最高，其次为40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF、80%ZF+20%HF和对照。至玉米完熟期，40%ZF+60%HF处理土壤的碱解氮含量最高，分别为对照、60%ZF+40%HF、80%ZF+20%HF、100%HF的1.10、1.01、1.05和1.08倍。统计分析表明，在玉米整个生育期内60%ZF+40%HF和80%ZF+20%HF处理间碱解氮含量差异不明显。沼渣与化肥配施对土壤有效磷和速效钾含量的影响与碱解氮相似。

图1 沼渣与化肥配施对耕作层土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量的影响

2.3 沼渣与化肥配施对土壤pH值的影响

沼渣与化肥配施对土壤pH值的影响如图2所示。沼渣处理的土壤pH值随玉米生长期的延长逐渐升高，而对照和100%HF处理土壤pH值则呈下降趋势。在玉米苗期、拔节期，80%ZF+20%HF与60%ZF+40%HF处理、60%ZF+40%HF和40%ZF+60%HF处理以及40%ZF+60%HF与对照和100%HF处理间土壤pH值无显著差异；至玉米完熟期，各处理的土壤pH值差异明显，80%ZF+20%HF处理土壤pH值分别比对照、40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和100%HF处理增加了5.3%、2.5%、0.8%和6.1%。

图2 沼渣与化肥配施对耕作层土壤pH值的影响

2.4 沼渣与化肥配施对玉米生长发育特性的影响

苗期叶片叶绿素含量以100%HF处理最高，分别比对照、40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和80%ZF+20%HF增加了70.1%、11.4%、27.8%和28.2% 。数据表明，叶片叶绿素含量与化肥施用量呈正相关关系。与100%HF处理相比，对照处理叶片叶绿素含量在玉米整个生育期呈下降趋势，而沼渣处理叶片叶绿素含量在玉米拔节期、抽穗期与100%HF处理间差异逐渐缩小。至玉米完熟期，40%ZF+60%HF处理叶片叶绿素含量最高，但与60%ZF+40%HF处理差异不明显(表6)。

表6 沼渣与化肥配施对叶片叶绿素含量的影响 (mg/g，FW)

2.5 沼渣与化肥配施对玉米产量和品质的影响

由表7可知，与对照相比，沼渣处理和100%HF处理玉米粗蛋白含量明显升高，以80%ZF+20%HF为最高，分别比对照、40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和100%HF处理增加了35.4%、41%、39.3%、11.9%。与玉米粗蛋白含量不同，沼渣处理粗脂肪、粗淀粉含量虽明显高于对照和100%HF处理，且统计分析表明处理间有显著差异。各处理中粗淀粉含量的变化情况与粗蛋白含量相似。与对照相比，玉米产量以40%ZF+60%HF处理最高，分别比对照、60%ZF+40%HF、80%ZF+20%HF和100%HF处理增加了29.9%、2.4%、5.4%、4.8%。

表7 沼渣与化肥配施对玉米籽粒品质和产量的影响

3 讨论

土壤有机质具有改良土壤理化性质和提高土壤保肥、供肥的能力，从而使土壤肥力得到改善[11]。本研究发现，与对照相比较，40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF、80%ZF+20%HF的土壤有机质含量均明显提高，且与沼肥施用量呈较好的正相关关系。这与沈连锋[12]研究结果“沼渣中含有纤维素、半纤维素以及木质素等难以降解的有机物质施入土壤后，在众多微生物作用下，最终转变为土壤有机质”相一致。

土壤理化性质一直被用来作为表征土壤肥力质量的指标，直接影响植物的生长[13]。在玉米的苗期、拔节期和抽穗期，100%HF处理土壤的速效养分含量始终高于其它处理，但在玉米的完熟期40%ZF+60%HF处理土壤的速效养分含量却最高。这可能是因为化肥中养分属于速效养分，而沼渣中养分具有速缓兼备的特性，有机养分需要经过矿化作用才能释放，同时在有机物矿化过程中产生有机酸，又对土壤中难溶性养分起到整合增溶的作用，共同导致土壤中的速效养分在玉米生育后期的升高[14-16]。畜禽废弃物经厌氧处理所形成的沼渣含有一定量的腐殖酸，沼渣施入可以增加土壤中腐殖酸的含量，促进土壤团聚体的形成，进而提高土壤的pH值[17]。

叶片叶绿素含量在玉米的苗期、拔节期和抽穗期以100%HF处理为最高，但在玉米完熟期以40%ZF+60%HF处理为最高。数据表明，玉米叶片叶绿素含量与土壤碱解氮含量呈较好的正相关关系，这与邵云等[18]研究结果“氮肥可提高玉米叶片叶绿素含量”相一致。叶片叶绿素含量的升高可能是因为土壤碱解氮含量的增加，促进叶片中与叶绿体有关的光合碳同化酶类活性[19]。

玉米的品质不仅与其农艺性状有关，而且还取决于当地的生产管理水平，尤其是施肥模式是否科学。沼渣与化肥配施处理玉米品质明显优于100%HF处理，主要是因为沼渣与化肥配施能满足玉米生长对养分吸收的速缓兼备的需求，不仅能消除高氮对玉米蛋白质的抑制作用，又能体现磷钾元素对玉米脂肪代谢和淀粉积累的促进作用[20-21]。

沼渣含有丰富的有机质，能更新土壤腐殖质组成，培肥土壤，提高土壤的保墒和保肥能力，形成良好的土壤环境，为玉米生长奠定坚实基础。40%沼渣与60%化肥配施处理玉米产量最高，可能是因为沼渣与化肥配施保障玉米生长所需养分的供应，提高叶片叶绿素含量和光合性能，促进产量的显著增加。