不同种类有机肥及用量对当季旱地土壤肥力和玉米产量的影响

邱吟霜，王西娜，李培富，侯贤清，王艳丽，吴鹏年，霍文斌

（宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021）

宁夏回族自治区，位于北纬35°14′～39°23′，东经104°17′～107°39′之间，处于黄河上游，平均海拔在1000m 以上，光照、热量充足，蒸发量大、降水量少，属典型的大陆性季风气候。干旱气候和灌水配额不足，作物种植过程中缺水，成为旱作区农业生产面临的一大问题［1-2］。同时，部分地区土壤沙化形成风沙土，土壤贫瘠、结构不良、养分流失，农作物不能从土壤中汲取到足够的营养元素，是影响作物产量的主要因素。宁夏是国内最佳玉米生产地之一，玉米占全区播种面积的20%，但该地区的玉米种植中存在盲目施肥，过量施肥等问题，造成了水肥资源的浪费，限制了玉米产量的增加［3］。合理的培肥方式可以改善土壤结构，提高土壤肥力，达到土壤保水保墒、保障粮食安全的目的。

自20 世纪50～60 年代以来，化肥的大量施用导致了的土壤生态环境的污染，土壤板结、盐渍化问题严重。近几十年来，大量研究表明，有机肥有降低土壤紧实度［4］、改善土壤孔隙状况、增加土壤蓄水保墒的能力，在一定程度上协调作物需水与土壤供水之间的矛盾，对于促进旱地农业生产的持续发展具有重要意义［5］。施用有机肥能够有效增加土壤有机质和大量元素以及中微量元素养分含量［6-8］。研究表明，有机无机肥配施能增加作物产量，是提高增产稳定性的主要因素［9-11］，荣勤雷等［12］研究表明，有机无机肥配施处理的产量显著高于单施化肥处理。特别是畜禽粪肥处理的增产效果较好，可能与其能协调土壤养分供应，维持或提升土壤肥力有关。有机肥不但能够改善地力，而且能够提高单位面积作物的产量。因此，充分利用有机肥，对提高土壤肥力和粮食绿色高产高效具有十分重要的意义。

以往有机肥针对土壤的培肥施用方案较为笼统，不同有机物料来源的有机肥之间的培肥效果有何区别，不同有机肥之间施用量的效果是否不同，以及针对不同土壤类型应采用何种有机肥等问题未有明确的结论，导致在实际生产中，出现随意选用有机肥种类与用量的现象。针对上述问题，本试验以先玉1225 号玉米为研究对象，研究不同有机肥种类及用量对土壤物理性状、化学性状、玉米产量构成及经济效益的影响，探索适宜宁夏中部干旱带生态和生产的合理的培肥模式，以期达到高品质、高经济效益的饲用玉米生产，为宁夏旱地土壤高效绿色生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地在宁夏扬黄灌区，盐池县冯记沟乡天朗农业有限公司玉米种植基地（N38°34′，E106°31′），平均海拔1600m，年平均降水量290mm，无霜期128d，年均气温8.5℃，属中温带干旱、半干旱气候区，土壤类型为灰钙土，质地为砂性壤土。该试验地土壤物理、化学性状见表1、2。根据土壤肥力等级标准属低等肥力，根据土壤养分分级标准划分属于六级水平（极低），土壤严重缺磷、钾，土壤呈强碱性。

表1 试验地土壤基本物理性状

表2 土壤基本化学性质

1.2 试验材料

供试玉米品种：先玉1225 号。

基肥：磷酸二氢铵（P2O561%，N12%）；

生物有机肥（有机质60.8%、全氮6.34%、全磷0.27%、全钾0.11%）；

羊粪有机肥（有机质64.8%、全氮5.24%、全磷0.43%、全钾0.25%）；

牛粪有机肥（有机质29.9%、全氮1.72%、全磷1.47%、全钾1.54%）。

追肥：尿素（N46%）、磷酸二氢钾（P2O552%，K2O534%），都为水溶性肥料。

1.3 试验设计

试验采用单因素巢式设计，试验设置3 种不同物料生产的有机肥（生物有机肥、羊粪有机肥、牛粪有机肥），4 个不同的施用量（3、6、9、12t/hm2），以不施有机肥（常规施化肥）为CK，共13个处理，探索玉米基地土壤改良培肥的最佳肥料种类和施用量。试验地以南北方向划分为3 个区组，每个区组内东西方向安排有机肥处理（M1、M2、M3），南北方向安排有机肥用量处理（T1、T2、T3、T4）。区组东西宽9m×3=27m，南北长9m×4=36m，区组间间隔1m。每个试验区面积为9m×9m=81m2，共计试验区面积为39×81m2=3159m2。

于2018 年4 月19 日采用机械化宽窄行种植方式进行播种，宽行70cm，窄行30cm，株距28cm，种植密度为83055 株/hm2，播深10cm。有机肥、磷酸二氢铵全部作为基肥在播种前施入，尿素和磷酸二氢钾作为追肥，尿素分12 次施入300kg/hm2纯氮量，苗期（2 次，10%+10%）、拔节期（3 次，15%+15%+10%）、抽雄期（3 次，10%+10%+5%）、吐丝期（2 次，5%+5%）、灌浆期（1 次，5%）施入。磷酸二氢钾在苗期、抽雄期、吐丝期、灌浆期分4 次共施入270kg/hm2纯钾量。灌溉方式为滴灌，灌水量为每公顷4050m3，分别在播种期（300m3）、苗期（375m3）、拔节期（375m3+375m3+375m3）、抽雄期（300m3+375m3+300m3）、灌浆期（375m3+300m3+300m3）、成熟期（300m3）。分12 次灌入，每10d 一次。

1.4 样品采集与测定项目及方法

样 品 采 集：2018年4月9日和9月17日分别采集0～20cm 土壤，测定水分，然后经风干、过筛处理。2018 年9月20日开始计产，每小区选择3带（每带包含滴灌带两侧的2 行），每带用尺子量取2m2，先将穗（不含包叶）扳下来，统计穗数（大穗和小穗分别统计）和穗鲜重（kg），然后用镰刀将地上部植株割下来，称量茎叶鲜重（kg）。

土壤理化性质的测定：土壤容重采用环刀法；土壤孔隙度采用计算法；饱和含水量、田间持水量均采用环刀法测定；自然含水量采用烘干法；pH 计测定pH 值；1∶5 土壤悬液电导法（电导仪法）测定土壤EC 值；土壤有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法；全氮采用半微量凯氏法；全磷采用HClO4-H2SO4消煮，钼锑抗比色法；全钾采用氢氟酸-高氯酸法；有效磷采用0.5mol/L NaHCO3（pH8.5）浸提，钼锑抗比色法；速效钾采用1mol/L NH4OAc（pH7.0）浸提，火焰光度法［13］。

玉米产量性状测定：穗长、穗粗、秃尖长、穗粒数、穗粒重、百粒重。

1.5 统计分析

用Excel2007 整 理数据，运用SPSS17.0 软件进行相关性分析。所有的差异显著性分析均采用新复极差法（SSR）在P＜0.05 水平上进行比较。

2 结果与分析

2.1 不同有机肥及施用量对土壤物理性质的影响

由表3 可知，不同有机肥方式下，土壤容重表现为CK ＞牛粪有机肥＞羊粪有机肥＞生物有机肥，生物、羊粪、牛粪有机肥处理的容重较CK 分别降低6.04%、3.02%、0.50%；土壤孔隙度表现为生物有机肥＞羊粪有机肥＞牛粪有机肥＞CK，生物、羊粪、牛粪有机肥处理的孔隙度较CK 处理平均增加了12.94%、6.53%、4.31%，说明3 种有机肥均能降低0～20cm 土壤容重和提高土壤孔隙度，且各处理的土壤容重与总孔隙度呈现出相反的趋势。生物有机肥对改善土壤容重和土壤孔隙度的效果最为显著，以M1T2 处理效果最佳，容重和孔隙度与CK 相比分别降低10.74%和增加24.96%；羊粪有机肥中以M2T1 处理效果最佳，容重和孔隙度与CK 相比分别降低7.38%和增加12.54%；牛粪有机肥各施用量处理间差异不显著。

不同有机肥处理下，土壤饱和含水量与播前土壤相比明显提高，且生物、羊粪、牛粪有机肥较CK 处理分别提高15.67%、4.41%、0.19%，对土壤饱和含水量效果表现为，生物有机肥＞羊粪有机肥＞牛粪有机肥。其中生物有机肥中以M1T2 处理表现最好，饱和含水量达35.12%，这是所有处理中饱和含水量最高的处理；羊粪有机肥中以M2T1处理效果最好，为33.39%；牛粪有机肥各处理中以M3T1 处理效果最好，为30.58%。施用中低量有机肥对土壤饱和含水量的提高更为有效。生物、羊粪、牛粪有机肥处理的田间持水量分别比CK 提高了16.11%、12.08%、9.52%，说明不同有机肥对田间持水量效果表现为生物有机肥＞羊粪有机肥＞牛粪有机肥＞CK。

综上所述可以发现，施用生物有机肥对土壤物理结构改良效果显著，特别是在施用6t/hm2时最优；羊粪有机肥和牛粪有机肥施用3t/hm2时，对土壤物理结构的改良效果最好。说明3 种有机肥均可改善土壤物理性质，降低土壤容重，增加孔隙度，提高土壤保水保墒能力。

表3 不同有机肥处理对土壤物理性质的影响

2.2 不同有机肥及施用量对土壤化学性质的影响

由表4 可知，不同有机肥处理对土壤pH 值的影响都不显著，但各处理较CK 都有所降低；其中M1T2 处理和M2T3 处理的pH 值最低（均为8.25），生物有机肥和羊粪有机肥各处理的pH 均值是8.37，较CK 相比，有明显降低，牛粪有机肥pH 均值为8.44，较CK 相比pH 值小幅降低。可见，生物有机肥和羊粪有机肥有调节土壤酸碱度的作用。

电导率可以表征土壤可溶性盐的总量，通过电导率可以判定土壤中盐类离子是否限制了作物生长［14］。可以发现，生物有机肥和羊粪有机肥各处理随施用量增加，其电导率值呈递增趋势，在施用量12t/hm2时，电导率值与其他值相比呈显著性差异，但在施用3t/hm2有机肥时，生物有机肥和羊粪有机肥的电导率值较CK 分别降低7.50%、12.40%。说明生物有机肥和羊粪有机肥在施用低量有机肥时，可以有效降低土壤含盐量。牛粪有机肥对土壤电导率值的影响不显著，但是可以明显看出各处理电导率值随施用量的增加，呈现下降趋势，说明牛粪有机肥有降低土壤含盐量的效果。

3 种有机肥处理对土壤的有机质和全量养分差异都不显著，因此施用量对有机质和全量养分的影响不显著。其中，生物、羊粪、牛粪有机肥处理的有机质、全氮含量都随施用量增加，表现为先增加再降低的趋势。生物、羊粪、牛粪有机肥处理的有机质含量较CK 分别增长9.69%、12.89%、18.51%，M3T1 处理是3 种有机肥中最优处理为3.26g/kg，生物有机肥以M1T2 处理最高，为3.12g/kg，羊粪有机肥以M2T1 处理最高，为3.03g/kg，说明在施用中低量有机肥时，对土壤有机质的增加效果最好。3种的全氮含量增加不明显，但是较CK 均有小幅增加，生物、羊粪、牛粪有机肥处理的全氮含量较CK分别增长5.36%、8.93%、3.57%，说明羊粪有机肥对全氮影响大于生物有机肥和牛粪有机肥。3 种有机肥处理对全磷、全钾含量的影响表现为，随着施用量的增加而逐渐递增，生物、羊粪、牛粪有机肥处理的全磷含量较CK 分别增长25.93%、11.11%、14.81%；生物、羊粪、牛粪有机肥处理的全钾含量较CK 分别增长8.93%、21.43%、9.38%。说明3 种有机肥都有提高土壤全量养分含量的作用。

从速效养分看，3 种有机肥处理的有效磷和速效钾差异都不显著，有效磷和速效钾的含量都随着施用量增加，呈现先增加后减少的趋势，3 种有机肥在施用3t/hm2时，有效磷和速效钾含量较CK 处理都有明显的增加。说明3 种有机肥都能有效提高土壤的速效养分含量，且施用量适宜在3～6t/hm2之间，过量施用有机肥可能会导致肥料浪费、养分流失、成本增加和肥料利用率不高等问题。

表4 不同有机肥及用量条件下收获期土壤化学性质

2.3 不同有机肥及施用量对玉米产量构成的影响

由表5 可知，施用有机肥对玉米产量构成的影响差异显著，相较于CK，不同有机肥处理的穗粗、穗长、穗粒数、百粒重、产量均有提高，说明3 种有机肥均可促进玉米增产。生物、羊粪、牛粪有机肥处理的穗粗较CK 分别增长2.56%、2.94%、1.62%；生物、羊粪、牛粪有机肥处理的穗长较CK 分别增长7.12%、7.93%、3.19%；生物有机肥、羊粪、牛粪处理的穗粒数较CK 分别增长10.21%、13.84%、1.95%；生物有机肥、羊粪、牛粪处理的百粒重较CK 分别增长2.50%、3.92%、2.38%；生物有机肥、羊粪、牛粪处理的秃尖程度 较CK 分 别 降 低9.01%、17.19%、3.61%。3 种有机肥处理对玉米农艺性状的影响均表现为羊粪有机肥＞生物有机肥＞牛粪有机肥＞CK。综上所述，羊粪有机肥对玉米农艺效果显著，当施用量在12t/hm2时，各农艺指标均为最优；生物有机肥处理中，以M1T4（12t/hm2）处理的穗长、穗粗指标达到所有处理中最高，分别为17.38 和21.34cm，其它指标也较为均衡；牛粪有机肥各施用量处理中，以M3T2 处理（6t/hm2）的各农艺指标最好。

有机肥处理对玉米增产效果显著，生物、羊粪、牛粪有机肥处理的平均产量较CK 分别增产33.79%、29.05%、29.15%，表现为生物有机肥＞牛粪有机肥＞羊粪有机肥＞CK。生物有机肥在施用3t/hm2时，产量最高，为14.06t/hm2，然后随施用量增加玉米产量递减；羊粪有机肥各处理间差异不显著，因此羊粪有机肥施用量对玉米产量影响不显著，在施用6t/hm2时，达到产量最高，为12.84t/hm2，随后产量开始减少；牛粪有机肥在施用3t/hm2时，达到所有处理间最高产量，为14.32t/hm2，然后玉米产量随施用量增加而减少。综上所述，牛粪有机肥3t/hm2处理玉米产量最优，施用生物有机肥3t/hm2处理次之。同时可以发现，玉米籽粒产量随有机肥施用量增加呈报酬递减式抛物线变化，因此适量施用有机肥可以提高玉米产量，而过量或少量施肥均不利于产量的提高。

表5 有机肥对玉米产量构成的影响

2.4 不同种类有机肥及施用量的玉米经济效益

由表6 可知，与CK 相比，施用有机肥处理的产量均有增长，以M3T1 处理产量最高，达到14.32t/hm2，其次是M1T1 处理，为14.06t/hm2，增产率分别达到48.60%、45.92%。3 种有机肥经济效益表现为牛粪有机肥＞羊粪有机肥＞生物有机肥，这是由于3种不同有机肥单价造成的差异；以M3T1 处理的经济效益最好，为2.14 万元/hm2，其次是MIT1 处理，为1.92 万元/hm2。各处理产投比来看，M3T1 处理产投比最高，为9.92，其次是M2T1 处理，为6.93。

综上所述，可以发现，生物有机肥和牛粪有机肥施用3t/hm2时，产量、增产率、产值、经济效益和产投比均为最高；而羊粪有机肥施用6t/hm2时，产量、增产率、产值达到最高值，施用3t/hm2时，经济效益和产投比最高。因此，生物有机肥、羊粪、牛粪处理以施用3t/hm2时，经济效益最好。

表6 有机肥种类及施用量对玉米产量及经济效益的影响

3 讨论

宁夏中部地区属于我国典型的旱地土壤，具有土粒分散、孔隙度小、易于板结，pH 值和盐分含量高，有机质和养分含量较低等特点［15］。研究表明，有机肥含有大量有机物质和作物需要的营养元素，在改善土壤结构和活化土壤养分库容、促进水肥协调方面有化肥不可替代的优势［16-17］。合理施用有机肥能够使旱地土壤存在的肥力问题得到改善。

本试验结果表明，施用有机肥后，土壤容重和孔隙度达到极显著改善，土壤各养分也有增加趋势。这与韦茂贵等［18］、孙薇等［19］的研究一致。由于有机肥具有改善土壤物理结构、提高土壤有机质含量的作用，抑制了溶于水中的盐分上移，从而达到使土壤电导率降低，促进土壤脱盐的目的［20-21］。生物有机肥兼顾了传统有机肥和有机菌剂的优势，含有大量的有机质和土壤有益微生物，施用6t/hm2生物有机肥处理对土壤物理性状各指标的改善十分显著，有机质含量3.12g/kg，较CK提高20.93%，pH 值和电导率也明显下降，说明生物有机肥能够显著改善土壤结构，增加土壤有机质含量，有效降低土壤pH 值和电导率，从而改善土壤盐渍化现象。全量养分是土壤的主要组成部分，是土壤中有效氮、磷、钾的来源。蒋仁成等［22］认为，施用有机肥能显著提高土壤全量养分的含量；张鹏等［23］的研究也表明，随着施肥量的增加，各施肥处理的全氮、全磷、全钾含量分别较不施有机肥处理有显著提高。本试验中，3 种有机肥处理与CK 相比，土壤全量养分的含量都随着施肥量的增加而呈增加的趋势，但各处理之间变化不显著，3种有机肥之间差异也不明显。这可能是因为有机肥对土壤质量和养分转化的影响过程较为复杂，需要较长周期才能将有机肥的养分转化为作物可以吸收的矿化养分。速效养分是作物可以直接利用吸收的养分形态，因此速效养分的含量是关系到作物的生长和产量的重要因素。试验中不同有机肥的有效磷和速效钾含量都表现为先增加后降低的趋势，在施用低量有机肥时都显著增加，但随着有机肥施用量的增加，速效养分含量逐渐递减，这可能是因为在施用高用量的有机肥时，配施化肥使养分含量太高造成了肥料的浪费，这说明有机肥与化肥的施用存在报酬递减规律。

在有机培肥的研究中不仅要考虑肥料资源的高效利用，还要把握好作物产量与经济效益之间的平衡关系［24］。施低量、中量和高量有机肥都能显著提高玉米产量，但3 种有机肥均为低施用量时的产量最高，说明低量有机肥已能够满足玉米对养分的需求，再增施有机肥不仅增加成本，而且产量也开始降低。低施用量情况下，牛粪有机肥和生物有机肥对玉米的增产效果较好，都达到14t/hm2，但是牛粪有机肥的经济效益高于生物有机肥2200 元，牛粪有机肥产投比高于生物有机肥将近75%，这主要是因为生物有机肥的单价较高导致成本明显高于其它两种有机肥，因此，在现实生产中，肥料成本是影响经济效益的一大因素。

进行不同有机肥和施用量对土壤理化性状和玉米产量影响的研究将有利于当地农民根据土壤存在的问题及拟解决关键问题，因地制宜，根据不同源有机肥特性选择施用种类和用量［25］。如以改善土壤结构为主要目的，最好选用生物有机肥作为基肥；如以提高玉米性状为目的，则选择羊粪有机肥效果最佳；如以增产和经济效益为主要目的，则应选择牛粪有机肥。但需要说明的是，有机肥的肥效周期较长，需要长时间持续观测其对土壤肥力和作物产量的影响变化，因此本文只对有机培肥试验实施的第一年结果进行分析，要研究不同有机肥处理对土壤肥力的影响，还需进行长期试验，进一步分析年际间各有机肥和施用量对土壤理化性质与作物产量、经济效益的影响。

4 结论

本试验比较了生物有机肥、羊粪有机肥、牛粪有机肥3 种不同有机物料及配合不同施用量对旱地当季土壤理化性质、青储玉米的产量构成因素和经济效益的影响，综合分析试验结果可以看出：有机肥施用第一年时，与单施化肥相比，3 种有机肥都可以有效降低耕层土壤容重，改善土壤孔隙状况，提高土壤蓄水量和土壤养分含量，达到保水保肥、提高旱地生产力的目的，从而增加玉米产量和经济效益。生物有机肥对土壤物理性状的改善效果最佳；羊粪有机肥对玉米农艺性状的影响最优；牛粪有机肥能够保障产量和提高经济效益。综合考虑土壤理化性状、玉米产量和经济效益等因素时，3 种有机肥的推荐用量均为3t/hm2。