有机无机肥配施对芝麻产量及土壤性质的影响

芦海灵，郭中义，卫双玲

1.河南省农业科学院芝麻研究中心，郑州 450002；2.驻马店市农业科学院，河南驻马店 463000)

0 引 言

【研究意义】芝麻是我国种植区域较广的油料作物之一。施肥是提高芝麻产质量的重要措施。生产上芝麻施肥仍以氮磷钾化肥尤其是氮肥为主，不施或很少施用有机肥，芝麻产量和品质不能满足消费需求[1-2]。黄淮芝麻产区整地播种时间紧，选择既施用省工省时又能实现提质改土效果的有机肥品种，对解决有机肥施用难问题有实际意义。【前人研究进展】氮、磷、钾适宜用量及配比能显著提高芝麻的产量。江西红壤芝麻施N 114.6 kg/hm2、P2O5116.5 kg/hm2、K2O 179.1 kg/hm2，芝麻最高产量[3]。淮北平原夏芝麻高产平衡施肥技术研究得出[4]，中肥力地块施N 150 kg/hm2、P2O560～90 kg/hm2、K2O 90～120 kg/hm2，芝麻产量最佳。江淮地区黄褐土芝麻施纯N 120 kg/hm2、P2O545 kg/hm2和K2O 120 kg/hm2能获得最高的经济产量和效益[5]。张子武等[6]研究结果表明，河南省夏芝麻产区因土壤肥力差异，氮磷一般施肥量推荐为N 90～120 kg/hm2，P2O545～60 kg/hm2。郭中义等[7]研究认为，氮磷钾对夏芝麻产量影响由大到小的顺序依次为NP>K>N>P，目标产量为1 110.0 kg/hm2的高肥力地块,氮、磷经济合理用量分别为N 106.5 kg/hm2、P2O552.5 kg/hm2；目标产量1 011.0 kg/hm2的中肥力地块，氮、磷经济合理用量分别为N 129.0 kg/hm2、P2O5117.0 kg/hm2；目标产量759.0 kg/hm2的低肥力田块,氮、磷合理经济用量分别为N 147.0 kg/hm2、P2O564.5 kg/hm2。卫双玲等[2]研究了2个芝麻品种的氮磷钾适宜用量，郑芝98N09的最佳施肥量为N 123.09 kg/hm2、P2O560.13 kg/hm2、K2O 73.31 kg/hm2； 冀9014 最佳施肥量分别为N 133.92 kg/hm2、P2O570.85 kg/hm2、K2O 110.80 kg/hm2。芝麻不同肥料配方研究认为[8]，氮磷钾配比35∶23∶23 的处理可获得最高产量。氮磷钾配合平衡施肥对芝麻生长发育具有良好的促进作用。【本研究切入点】关于芝麻施用有机营养以及有机无机配合施用的研究国内很少见报道[9]。 针对芝麻有机营养施用研究不足，提出科学完整的芝麻施肥指导措施较少。研究生物炭、有机肥、饼肥对芝麻生长、产量形成和土壤养分及生物特性的影响。 【拟解决的关键问题】采取大田试验与室内分析相结合的方法，研究生物炭、有机肥、饼肥以及与氮磷钾配施对芝麻产量和土壤性质影响，为芝麻科学施肥提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2016、2017年在河南省遂平县杨丰镇进行，前茬作物为冬小麦，供试土壤为黄褐土，2016年供试基础土壤基本理化性质：pH 6.8，有机质14.2 g/kg，全氮0.90 g/kg，碱解氮79.8 mg/kg，有效磷(P) 12.50 mg/kg，速效钾(K)101 mg/kg。供试芝麻品种为郑芝13号。2017年供试基础土壤基本理化性质：pH 6.6，有机质13.8 g/kg，全氮0.92 g/kg，碱解氮835 mg/kg，有效磷(P) 10.97 mg/kg，速效钾(K)112 mg/kg。供试芝麻品种为郑芝13号。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验设5个处理：T1，CK(不施肥)；T2，氮磷钾配施；T3，生物炭1 500 kg/hm2配施氮磷钾；T4，有机肥1 500 kg/hm2配施氮磷钾；T5，芝麻饼肥600 kg/hm2配施氮磷钾。施肥处理氮磷钾用量为均N 120 kg/hm2，P2O5为75 kg/ hm2，K2O 为75 kg/hm2。肥料品种分别为尿素(含N 46%)，过磷酸钙(含P2O512%)，硫酸钾(含K2O 50%)，生物炭(N 1.5%，P2O50.6%，K2O 2.1%)，有机肥(N 3.3%，P2O51.5%，K2O 1.8%)、芝麻饼肥(N 5.2%，P2O51.3%，K2O 2.0%)。生物炭、有机肥、饼肥养分不计。

试验小区面积20 m2，3 次重复，随机排列。6月5日整地、播种，其他田间管理按芝麻丰产优质生产技术规程进行。

1.2.2 样品采集

于整地播种前和收获后采集0～20 cm 土壤样品。用常规方法分析测定土壤理化性质：土壤容重采用环刀法测定; 土壤碱解氮采用碱解扩散法测定; 土壤速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定; 土壤速效钾采用NH4OAc 浸提，火焰光度计测定; pH 采用pH 计按土水比1∶2.5 测定，土壤有机碳采用重铬酸钾—外加热法测定[10-11]。于盛花期采集新鲜土壤进行酶活性分析，脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定，过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定[12]。

于盛花期测定叶绿素含量，采用SPAD)-502 型叶绿素测定仪测定，以测得的SPAD 值表示叶绿素含量(相对值) ，净光合速率采用LI-6400XT 型便携式光合系统(LI-COR，美国) 在上午10:00～11: 30 测定，采用氯化三苯基四氮唑(TTC) 法测定根系活力。

考种与计产：芝麻成熟时各小区单收单打，晒干称重计产，进行蒴数、蒴粒数和千粒重等调查。

1.3 数据处理

采用Excel 和DPS 软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对芝麻产量及构成因素因素影响

研究表明，与CK相比，2016、2017年各施肥处理对芝麻产量均有显著影响，单施氮磷钾化肥处理比对照分别增产38.27%、27.84%，生物炭、有机肥、饼肥与氮磷钾配施2016年分别较对照增产54.52%、50.48%和44.47%，2017年分别增产44.78%、38.24%、39.15%；4个施肥处理相比，产量存在一定差异，以生物炭+氮磷钾处理产量最高，其产量比单施化肥处理有所提高。施肥处理比对照显著增产的原因是显著提高了芝麻株蒴数、蒴粒数和千粒重，2016年4个施肥处理比CK的千粒重分别增加了0.69、0.75 、0.63和0.57 g，株蒴数分别增加17.1、21.0、17.8、17.9个，蒴粒数分别增加4.6、6.8、6.2、5.3粒，2017年表现趋势相同。表1

表1 不同处理下芝麻经济性状及产量变化Table 1 Effects of different treatments on sesame economic character and yield

2.2 不同处理对芝麻生理指标的影响

研究表明，与对照相比，施肥处理均显著的增强了芝麻的根系活力，提高达3.8%～7.4%。单施化肥、生物炭配施氮磷钾、有机肥配施氮磷钾、饼肥配施氮磷钾处理间根系活力存在一定差异，生物炭、有机肥、饼肥与氮磷钾配施处理高于单施化肥处理，但处理间差异不显著，以生物炭+NPK处理根系活力最高，比单施氮磷钾处理提高3.4%，有机无机配施处理根系活力由高到低顺序为生物炭+NPK>有机肥+NPK>饼肥+NPK。施肥能够提高芝麻的根系性能，减缓生育后期根系衰老速率。

与对照相比，增施生物炭、有机肥和饼肥处理显著提高了芝麻开花期叶片中叶绿素含量和净光合速率，叶片中叶绿素含量较对照分别提高了10.7%、9.4%和8.0%，净光合速率较对照分别提高了24.2%、16.2%和10.9%。4个施肥处理间叶绿素和净光合速率差异不显著，生物炭与氮磷钾配施处理略高于其他施肥处理。施肥能够有效提高芝麻叶片的光合性能，有利于较多的光合产物向芝麻籽粒运输，促进产量形成。表2

表2 不同处理下芝麻生理指标变化Table 2 Effects of different treatments on sesame physiology (2016)

2.3 不同处理对土壤物理性质的影响

研究表明，不同施肥处理间土壤容重不显著，与不施肥对照相比，施肥相对降低了耕层土壤容重，以生物炭处理的土壤容重最低，为1.29 g/cm3。施肥增加了土壤总孔隙度，以生物炭+氮磷钾处理最高，其与不施肥、单施氮磷钾、饼肥+氮磷钾处理达到了差异显著水平，但与有机肥(+氮磷钾)处理间差异不显著。生物炭+NPK处理的土壤毛管孔隙度高于不施肥、单施氮磷钾处理，分别提高了5.5%和4.6%，有机肥处理与饼肥处理土壤毛管孔隙度相近。生物炭+氮磷钾处理改善通气性的效果优于单施化肥。表3

表3 不同处理下土壤物理性质变化Table 3 Effects of different treatments on physical properties of soil (2016)

2.4 不同处理对土壤养分的影响

研究表明，不同处理土壤有机碳含量存在一定差异，施用生物炭+氮磷钾、有机肥+氮磷钾、饼肥+氮磷钾处理比对照处理土壤有机碳含量显著提高，其中生物炭+氮磷钾处理比不施肥对照处理提高幅度为6.5%。4个施肥处理土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量均较不施肥处理显著提高。不同施肥处理间碱解氮含量差异不显著，生物炭+NPK处理与氮磷钾处理土壤碱解氮含量无显著差异，施用有机肥+氮磷钾、饼肥+氮磷钾比生物炭+氮磷钾处理土壤碱解氮含量略有增加，但差异不显著。施肥处理间有效磷含量存在一定差异，以氮磷钾处理最高，但与生物炭+氮磷钾、有机肥+氮磷钾、饼肥+氮磷钾处理间差异未达到显著水平。4个施肥处理间土壤速效钾含量差异不显著。表4

表4 不同处理下土壤养分变化Table 4 Effects of different treatments on chemical properties of soil (2016)

2.5 不同处理对土壤中酶活性的影响

研究表明，与对照相比，施肥比对照不施肥处理显著提高了芝麻根区土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶的活性。施用生物炭+氮磷钾、有机肥+氮磷钾、饼肥+氮磷钾处理比单施氮磷钾处理对提高土壤酶活性的效果好。生物炭+氮磷钾处理在提高土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶的活性方面，略好于有机肥+氮磷钾和饼肥+氮磷钾处理。生物炭+氮磷钾、有机肥+氮磷钾和饼肥+氮磷钾处理土壤蔗糖酶的活性较对照分别提高了33.3%、26.4%和23.6%，脲酶活性较对照分别提高了47.4%、35.9%和29.5%，过氧化氢酶活性较对照分别提高了20.4%、13.6%和12.1%。有机无机结合施用能够显著改善芝麻根际微生态环境。表5

表5 不同处理下土壤中酶活性变化Table 5 Effects of different treatments on soil enzyme activities (2016)

3 讨 论

施肥不仅能够提高芝麻产量，而且对调控芝麻地土壤系统生产力具有重要作用。芝麻单产目前虽然仍偏低，但农民偏施化肥的现象十分普遍。在芝麻生产中长期偏施化学肥料，会严重影响芝麻的产量和土壤环境，施用化肥有利于速效养分的供应，有机肥更有利于土壤理化特性的改善和养分的持续供应，有机无机肥配施对持续提高芝麻产量和土壤培肥的效果优于单施化肥或有机肥[13-14]。

生物炭是由生物质在完全或部分缺氧和相对“较低”温度(<700℃) 条件下热解得到的炭质[15]。近年来，生物炭在改善土壤肥力、提高作物产量方面有诸多报道，大多研究表明施用生物炭具有增加有机质含量和土壤孔隙度，提高土壤保水保肥能力等改善土壤理化性质的作用[16]。生物炭含有机碳丰富，生物炭施入土壤后，其有机碳可大部分保存下来，并可减少由于碳的矿化作用所消耗的氮素营养[17]。生物炭中氮含量较低且有效性很小，施用生物炭对土壤碱解氮含量的直接提高作用可能很小[18]。生物炭有效磷含量较低[19]，而生物炭中钾的有效性较高，施入土壤能提高土壤速效钾和作物的吸钾量[20，21]。施用生物炭具有降低土壤容重，增加土壤孔隙度和土壤含水率的效果。研究通过生物炭在芝麻上使用证实，施用生物炭+氮磷钾比对照处理土壤有机碳含量提高6.5%，生物炭+NPK处理土壤碱解氮含量与氮磷钾处理间无显著差异。施用生物炭+氮磷钾比单施氮磷钾处理土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性分别提高33.3%、47.4%和20.4%；生物炭+氮磷钾处理对提高土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶的活性效果优于有机肥+氮磷钾和饼肥+氮磷钾处理。

4 结 论

施肥处理比对照不施肥处理显著增产，生物炭、有机肥、饼肥与氮磷钾配施处理芝麻产量高于单施氮磷钾处理，生物炭、有机肥、饼肥配施氮磷钾比单施氮磷钾处理2年平均分别增产12.5%、8.5%和6.6%，以生物炭配施氮磷钾处理芝麻产量最高，应用1 hm2施用生物炭1 500 kg 或有机肥1 500 kg配施化肥N 120 kg、P2O575 kg、K2O 75 kg施肥方式。