生物有机肥对青海高寒牧区燕麦产量和土壤肥力的影响

马 祥, 贾志锋*, 张永超, 张 然

(1. 青海省青藏高原优良牧草种质资源利用重点实验室， 青海大学畜牧兽医科学院， 青海 西宁 810016；2. 甘肃农业大学草业学院， 甘肃 兰州 730070)

燕麦(AvenasativaL.)是一种优良的粮饲兼用作物，其籽实、稃壳、茎叶等均可作为各类家畜的优良饲料[1～3]，具有耐贫瘠、耐盐碱、耐寒、耐旱，分蘖再生能力强等优良特性[4]，已成为青藏高原高寒牧区近年来大力推广的优选牧草[5-6]。燕麦作为人工草地的主要栽培种，在解决青藏高原高寒地区草畜季节性供求矛盾、保护生态环境和促进草地畜牧业可持续发展等方面意义重大。在青海燕麦产业发展中，国内外科研人员在品种选择[7]、施肥[8]、播种密度[9]、混播[10]、最佳播期[11]以及营养品质评价[12]等方面进行了大量的研究工作。

施肥对提高作物的产量具有非常重要的作用，对粮食增产的贡献超过50%，青海牧区具有青藏高原典型的高寒气候特点，地理位置特殊、自然条件严酷，枯草期长，补饲饲草严重缺乏，为满足青海燕麦产业发展的需求，化肥被大量施用到土壤中[9,13～14]。因未进行科学种植，连作等现象普遍存在，为了保证产量不下降，化肥的施用量越来越大，致使土壤肥力下降，板结、盐渍化加剧，形成恶性循环，从而导致农田环境污染、农产品品质下降。

因此，怎样既能在高投入的农业生产模式下保持或改善耕地的土壤质量，又可实现农业生产的稳定和可持续发展是当前急需解决的重要问题[15]。生物有机肥是以优质肥料型有机质为载体，加入特定功能微生物复合而成的一类兼具微生物肥和有机肥效应的肥料。生物有机肥已在多种作物上使用，包括水稻(OryzasativaL.)[16]，棉花(Gossypiumspp)[17]，烟草(Nicotianatabacum)[18]等，研究表明，生物有机肥不仅能够提高土壤有机质含量、改善土壤物理性状、调节植物生长发育，同时能够增强植物抗病虫的能力、改善植物根际营养环境、分解土壤中难溶的磷、钾化合物，减少氮、磷、钾的淋溶损失，促进营养元素的吸收从而提高农产品品质。生物有机肥兼有传统有机肥与添加有机菌剂的优势，一定程度上可以增强作物抵抗不良环境的能力[19]，合理使用还可达到增产的效果。

为了解生物有机肥在青藏高原高寒牧区燕麦上的应用效果，及其对常规化肥替代作用，本试验通过设置不同的生物有机肥施用量，通过测定土壤性质指标及燕麦产量，探究生物有机肥在燕麦生产上的应用，为生物有机肥的推广提供有力的科学依据，进一步为青藏高原高寒地区畜牧业的可持续发展、农民增产增收和环境生态效益起到指导意义[6]。

1 材料与方法

1.1 试验地自然概况

试验地位于青海省湟中县鲁沙尔镇，地势平坦，地理坐标101°37′ E，36°28′ N，海拔2 620 m，气候寒冷潮湿，无绝对无霜期，年均温 3.7 ℃，历年年降水量481 mm(降雨和降雪)，土质栗钙土，前茬荞麦，土壤有机质含量19.98 g·kg-1，速效N含量 24.2 mg·kg-1，速效P(P2O5)13.43 mg·kg-1，速效钾(K2O)110.32 mg·kg-1，pH为8.4。

表1 不同年份间降雨量Table 1 Rainfall through years

1.2 试验材料

供试燕麦品种为林纳，由青海省畜牧兽医科学院提供。供试生物有机肥为加尔苏生物有机肥(有效活菌数≥0.20 g·亿；有机质≥40.0%)，由青海余禾生物有机肥料厂提供。

1.3 试验设计

2015年-2017年田间试验共设置5个处理，CK1：不施肥；CK2：单施常规化肥(参照当地燕麦生产施肥量，尿素75 kg·hm-2，磷酸二铵150 kg·hm-2)；T1：3000 kg·hm-2生物有机肥作底肥撒施翻耕；T2：4 500 kg·hm-2生物有机肥作底肥撒施翻耕；T3：6 000 kg·hm-2生物有机肥作底肥撒施翻耕。各处理三次重复，随机区组排列。小区面积15 m2(3 m × 5 m)，行距25 cm，燕麦播量187.5 kg·hm-2，播深3～4 cm。统一播种，条播，播后耙耱；田间除草 2次，花期除杂1次，种子收获实行单打单收。

1.4 测定指标及方法

1.4.1土壤指标 在燕麦收获后的试验田分别取土壤样本，在各处理 0 ～ 15 cm耕层随机采取 5点新鲜土样混合均匀后带回实验室。风干后用于土壤理化指标的测定。土壤pH值测定采用pH计法；全氮含量测定采用半微量凯氏法；碱解氮含量测定采用碱解扩散法；全磷含量测定采用钼锑抗比色法；有效磷含量测定采用高锰酸钾氧化-葡萄糖还原法；全钾含量测定采用NaOH熔融-火焰光度计法；有机质含量测定采用重铬酸钾外加热法[20～21]。

1.4.2燕麦产量指标 株高：每小区随机选取10株长势均匀的燕麦植株，直接测定株高。

产量构成要素：测定穗长、小穗数、单株粒数、单株粒重、千粒重。每小区随机选取10株长势均匀的燕麦植株，带回实验室晾干后测定。

产量：成熟期以小区为面积测定秸秆量(风干重)和种子产量。

1.5 统计分析

采用Origin软件进行数据处理，应用SPSS 19.0对数据进行显著性检验及方差分析，采用Duncan法对处理间差异显著性进行分析比较。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对燕麦生长、产量及土壤理化特性的影响

2.1.1不同施肥处理对燕麦秸秆产量的影响 通过小区面积的秸秆产量计算理论产量(图1)，三年燕麦秸秆产量在不同处理条件下的变化趋势大致相同，CK2处理最高，显著高于其他处理(P<0.05)，施用有机肥处理三年来均显著高于CK1(P<0.05)，T2处理水平下燕麦秸秆产量居于第二，且T3处理略高于T2，但2015年和2017年二者之间差异不显著，2016年表现为T3处理显著高于T1处理(P<0.05)。

图1 不同施肥处理对燕麦秸秆产量的影响Fig.1 Effects of different fertilization treatments on the yield of oats forage grass注：CK1：不施肥处理；CK2：常规化肥处理；T1：3 000 kg·hm-2生物有机肥处理；T2：4 500 kg·hm-2生物有机肥处理；T3：6 000 kg·hm-2生物有机肥处理；不同小写字母表示因素间差异显著(P<0.05)；下同Note:CK1:control group without fertilizers;CK2;treatment with chemical fertilizers;T1:3 000 kg·hm-2 bio-organic fertilizer;T2:4 500 kg·hm-2 bio-organic fertilizer;T3:6 000 kg·hm-2 bio-organic fertilizer;Different letters in same column means significant differences at the 0.05 level. The same as below

2.1.2不同施肥处理对燕麦种子产量的影响 通过小区面积的种子产量计算理论产量(图2)。三年的种子产量结果显示，CK2处理显著高于其他处理(P<0.05)，T1，T2，T3处理的燕麦平均种子产量分别为4 124.28 kg，4 933.58 kg，4 407.63 kg，较不施肥处理显著增高且处理间差异显著(P<0.05)，三年内均是T2处理种子产量最高，较CK1处理分别高出0.45倍，0.37倍和0.42倍，除2015年T1和T3处理种子产量差异不显著外，其他年份各处理间差异均显著(P<0.05)。青海地区年份间的天气和环境因素对燕麦的产量有较大的影响(表1)，2015年至2017年降雨量逐年增加，各处理间产量均逐年增高。

图2 不同施肥处理对燕麦种子产量的影响Fig.2 Effects of different fertilization treatmentson oats seed yield

2.1.3不同施肥处理对燕麦株高的影响 由图3可知，三年数据均表现为施化肥处理的燕麦株高最高，施肥处理均显著高于CK1处理(P<0.05)，且随着有机肥施肥量的增加，燕麦株高呈现先升高后降低的趋势，在T2处理下株高最高，相比对照高出14.38%，25.34%和34.05%，2015年和2016年T1和T3处理差异不显著。除2017年T2处理与CK2处理差异不显著外，T2处理均显著高于其他处理(P<0.05)。

2.1.4不同施肥处理对燕麦穗长、主穗小穗数、单株穗粒数及单株粒重的影响 由图4可以知，CK2处理燕麦穗长、主穗小穗数、单株穗粒数及单株粒重均表现为最佳，在2015年、2017年穗长、主穗小穗数除与T2差异不显著，均与其他处理差异显著(P<0.05)，单株穗粒数及单株粒重与其他处理年纪间差异均显著(P<0.05)，其次是有机肥T2处理。穗长在有机肥处理下有细微变化，2016年有机肥T3处理穗长高于T2，但差异不显著，2017年T2处理与CK2差异不显著。主穗小穗数在2015年和2017年，T2处理与CK2处理差异不显著，显著高于其他处理(P<0.05)，相比CK1高出59.1%和64.7%。单株穗粒数在各处理条件下呈现趋势与单株粒重大体一致，均表现为CK2处理最佳，T2处理略低于CK2，有机肥处理相比不施肥显著增加了燕麦的单株穗粒数和单株粒重(P<0.05)。

2.1.5不同施肥处理对种子千粒重的影响 由图5可以看出，2015年和2016年燕麦种子千粒重施化肥处理显著高于其他处理，2017年有机肥T2处理较化肥处理差异不显著，三年有机肥处理相比不施肥处理均显著增加了燕麦种子的千粒重(P<0.05)，尤其是T2处理，高出不施肥处理0.29倍，1.1倍和0.27倍，除2015年外，有机肥T1与T3处理差异均显著(P<0.05)。

图3 不同施肥处理对燕麦株高的影响Fig.3 Effects of different fertilization treatments on oats plant height

图4 不同施肥处理对燕麦穗长、主穗小穗数、单株穗粒数及单株粒重的影响Fig.4 Effects of different fertilization treatments on ear length,spikelets,grain number and grain weight of oat

图5 不同施肥处理对种子千粒重的影响Fig.5 Effects of different fertilization treatments on seed 1 000-grain weight

2.1.7不同施肥处理对土壤理化性质的影响 土壤是植物赖以生存的环境条件，本试验通过测定2015-2017年不同施肥处理下的8个土壤指标，分析不同的施肥量对土壤理化性质的影响(表2)。2015年、2016年CK2处理下土壤全氮、碱解氮、速效磷含量为最高，T2处理下全磷、速效钾、有机质含量最高，2015年不同有机肥处理下的土壤全氮含量差异不显著，均在1.46 g·kg-1左右，且在2016年和2017年逐渐增加，有机肥处理土壤碱解氮含量随着施入量的增加先增高后降低，T2处理最优。2016年CK1处理各项指标含量最低，且均与T2，CK2处理有显著差异2017年T2处理土壤碱解氮、速效磷、全钾、速效钾、有机质含量最高，CK2处理除了全氮、全磷外其余指标均与T2处理有显著差异，2015年土壤有机质含量CK1最低，施加化肥可以显著增加有机质含量，但效果显著低于有机肥处理，2016年有机肥T1处理显著低于CK2(P<0.05)，T3处理与CK2相同，无显著差异，2017年与2015年表现一致；试验地土壤为碱性，pH为8，施入化肥和生物有机肥能够调节土壤pH，三年来呈现趋势大致相同，施加有机肥均降低了土壤pH，且处理间差异显著(P<0.05)。

表2 不同年份不同施肥处理对土壤理化性质的影响Table 2 Effects of different fertilization treatments in different years on soil physical and chemical properties

2.2 燕麦农艺性状与种子产量的相关性分析

对不同年份的燕麦农艺性状与种子产量做了相关性分析(表3)，结果发现，三年种子产量与株高、穗长、小穗数、单株穗粒、单株穗重及千粒重均呈极显著正相关(P< 0.01)。在各农艺性状中，种子产量与穗长的相关性最小，三年均值达到0.858，2015年和2016年种子产量与主穗小穗数的相关性最强，且与千粒重的相关性均在0.9以上，而2017年与单株穗粒数相关性达到最高，为0.974，与千粒重相关性为0.898。

表3 不同年份燕麦农艺性状与种子产量的相关性分析Table 3 Correlation analysis of oat agronomic traits and seed yield in different years

注：**表示因素的影响达到极显著水平(P<0.01)，*表示因素的影响达到显著水平(P<0.05)

Note：** and * is represent for significant difference at the 0.01 and 0.05 level respectively

3 讨论

3.1 不同施肥处理对燕麦产量的影响

施肥是提高作物产量的关键措施之一[8]。众多研究结果表明，生物有机肥含有大量的有机物质、无机物质和有益微生物，施入土壤以后能迅速提高土壤有机质含量和微生物的数量，增强土壤酶活性，促进土壤难溶性矿物质养分的释放，进一步提高土壤养分的有效性，从而提高作物产量[22]。本试验结果表明，生物有机肥的使用提高了燕麦各农艺性状及产量的表现值，并且随着有机肥施肥量的增加，相比不施肥处理燕麦的株高、穗长、小穗数、单株粒数及株粒重等产量相关性状及秸秆和种子产量增高明显，这与李春花[23]等人的研究结果相似。对产量及农艺性状的相关性分析比较发现，种子产量与穗部性状显著相关，这与前人在水稻上的研究结果一致[24]。潘大伟[25]等人对小麦施肥的研究发现，有机肥与化肥配施均显著提高了小麦产量和土壤肥力，且较单施化肥效果更好，本试验施化肥处理增加了与燕麦产量相关的多个要素，且效果优于生物有机肥处理，施常规化肥和与施4 500 kg·hm-2生物有机肥处理相比产量种子产量和秸秆上增加了8.17%，9.08%，后期试验可进行生物有机肥替代部分化肥，相互配合使用达到燕麦增产增效[26]。

3.2 不同施肥处理对燕麦土壤理化特性的影响

施用生物有机肥4 500 kg·hm-2和施常规化肥比较，施常规化肥处理产量略高，但土壤有机质在逐年递减，而施生物有机肥土壤有机质在逐年增加。作物生产过程中，单一的施用化肥会破坏土壤的自我调节能力，使土壤的肥力下降，而生物肥中含有大量的微生物，能够活化土壤，改善土壤微环境，提高肥力[27-31]且生物有机肥对燕麦有明显增产效果。

在本试验中，生物有机肥在土壤理化性质的改善方面表现出很好的效果。施肥处理相比不施肥处理土壤的全氮含量和速效氮含量呈现出明显的效果，但有机肥含量的多少对其影响较小，此外，有机肥处理显著增加了土壤的全磷、全钾、速效磷和速效钾含量。土壤的有效磷含量是反映土壤本身供磷水平的指标，短期施肥后，有机肥含有的较易分解的部分有机磷释放到土壤中，直接进入土壤的速效养分库，使得土壤中的有效磷大幅度增加[32-33]。因此，施用有机肥可短时间内快速提升土壤中有效磷的含量，李欢[34]等人关于有机肥对土壤养分的研究结果同样是生物有机肥显著提高了土壤的速效磷含量，与本研究相一致。是因生物有机肥中磷含量较高，且被土壤吸收利用率较高，更为重要的是，有机肥实际应用的过程中，能够促使土壤的结构得到优化调整，促进土壤难溶性矿物质养分的释放，使土壤有效养分增加，在此背景之下促使燕麦土壤当中的养分含量得到大幅度提升[35]。施用有机物料可以加速有机碳分解，增强土壤同化作用，从而培肥土壤且改善土壤结构[36]。在本试验中，随着有机肥料的使用，土壤有机质含量呈现出递增的趋势，且效果优于化肥处理，与田小明[17]等人的研究结果一致。此外，生物有机肥在土壤pH的改良方面起到关键的作用，降低了土壤的pH，这与冯伟[37]对旱地玉米的研究及庄钟娟[38]等人在番茄上的研究结果相符。

4 结论

合理施用生物有机肥，不仅能使燕麦高产稳产，且能改善土壤肥力，增加土壤有机质。本试验研究结果表明，施用4 500 kg·hm-2的生物有机肥能够显著提高燕麦的种子和秸秆产量，改善土壤理化性质，且对单株小穗数及千粒重等的增产作用与化肥效果相当。只施用化肥虽然产量较高，但会使土壤肥力逐年下降，需要逐年加大化肥的用量才能维持土壤养分的平衡、保持作物的产量。生物有机肥既能供应作物所需要的各种养分，又能改善土壤结构，提高土壤肥力，是化学肥料所不及的。虽然目前生物有机肥在整个肥料市场上因成本比常规化肥较高所占市场份额较少，在以后的研究中，可以尝试施加更多的生物有机肥替代部分化肥或与土壤改良剂相互配合使用的方式来使燕麦高产稳产，为青海东部农区燕麦产业发展提供科学依据。