连续施用农业废弃物组合肥制种玉米田理化性质及酶活性和重金属变化特征

潘艳花，曹立国，薛治军，贺 勇，王 强，张文敬，夏尚有，郑 荣，王学强

(1.酒泉市种子管理站,甘肃 酒泉 735000；2.甘肃酒玉种业有限公司，甘肃 酒泉 735000；3.酒泉凯地农业科技开发有限公司，甘肃 兰州 735000；4.酒泉市肃州区农业技术推广服务中心，甘肃 酒泉 735000；5.酒泉市农业科学院，甘肃 酒泉 735000)

甘肃省河西内陆灌区具有得天独厚的自然环境条件和区位优势，日照时间3 200～3 400 h，年均温度7.20～7.5℃，≥10的积温2 600～2 800℃，年降水量86～150 mm，年蒸发量1 800～2 500 mm[1]，是制种玉米良种繁殖的最佳生态区。近25 a来，美国杜邦先锋等国内外90多家种业集团在此建立了约10万hm2国家级杂交玉米制种基地，年繁殖玉米杂交种6.38×105t，该基地成为全国最大的玉米杂交种繁殖基地[2]。随着制种玉米产业的发展，目前日益凸显的主要问题是长期施用传统化肥导致制种玉米田质量下降，生产的制种玉米产量低、品质差，部分种业集团转向新疆、内蒙和宁夏等地，影响了本区制种玉米产业的可持续发展[3-6]。

甘肃省酒泉市2016—2020年农业废弃物资源总量平均为6.51×106t(畜禽粪便有机肥5.28×106t，农作物秸秆1.05×106t，废渣1.48×105t，饼肥3.51×104t)，其中用于沼气工程、直接还田的占55%，剩余2.92 t的农业废弃物堆放在农村居民点周围，造成农村生态环境污染。经分析,这些农业废弃物含有机质15.00%～88.30%、有机碳8.70%～33.24%、N含量0.32%～2.57 %、P2O5含量0.15%～0.47%、K2O含量0.16%～1.56%，而重金属离子Hg、Cd、Cr和Pb含量均小于国家规定的农业废弃物含量标准(GB8172—87)[7-8]。为了解决甘肃省河西内陆灌区制种玉米田长期施用化学肥料导致的土壤有机质含量低，土壤板结，玉米根系下扎受阻，团聚体、孔隙度和酶活性降低，土壤质量下降，生产的制种玉米品质差和研究区农业废弃物对农村环境的污染等问题，本文以研究区资源丰富的作物秸秆、畜禽粪便肥和废渣为原料，在室内合成农业废弃物组合肥替代传统化肥，旨在为保障研究区制种玉米安全生产和农业废弃物资源化利用提供技术支撑。有关农业废弃物对土壤质量和作物品质的影响，前人做了大量研究工作。在农业废弃物对土壤理化性质的影响方面：王笃超等[9]研究得出有机物料对改善土壤团聚体组成、增加>0.25 mm水稳性团聚体含量效果比较显著；牛粪、鸡粪能够提高土壤团聚体的稳定性[10-11]。李娟等[12]研究得出羊粪改善了风沙土化学性质；牛粪降低了土壤pH、EC和 ESP[13]；鸡粪提高了土壤pH值和缓冲性能[14]。刘志平等[15]研究得出鸡粪和磷肥配施提高了土壤磷的有效性；羊粪替代化肥提高了土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量[16]。丛艳静等[17]研究得出玉米秸秆还田对土壤有机质含量具有明显的提升作用；羊粪可以提高土壤有机质含量[18]；猪粪施用量与土壤有机碳含量之间存在着显著的线性关系[19]；玉米秸秆深埋在土壤中增加了土壤有机质含量[20]。在农业废弃物对土壤微生物及酶活性和重金属离子的影响方面：屈皖华等[21]研究发现杨树枝条粉碎还田提高了土壤微生物的代谢活性；玉米秸秆还田为土壤微生物的生长繁殖提供了充足的碳源[22]；食用菌渣可以促进土壤微生物的增殖[23]；鸡粪和家畜粪便可以明显提高土壤微生物数量[24]；牛粪提高了土壤细菌和放线菌的数量，抑制了真菌的增长[25]。张启明等[26]研究发现有机物料与化肥配施能够提高土壤酶的活性；牛粪、麦秸配合施用提高了土壤脲酶和磷酸酶的活性[27-28]。宋姿蓉等[29]研究发现长期施用猪粪、鸡粪、污泥可导致土壤中Cu和Zn累积；牛粪与秸秆配合施用，可降低玉米籽粒中Cd含量[30]；鸡粪、猪粪和牛粪显著提高了土壤有效Zn含量[31]；鸡粪堆肥处理可以降低重金属离子的生物有效性[32]；羊粪和马粪混合施用可以降低土壤中Cu和Zn的生物有效性[33]；猪粪对土壤重金属离子Cu、Zn累积具有一定的促进作用[34]；鸡粪对土壤中Pb、Cd具有较强的钝化作用[35]；鸡粪与秸秆和生物炭配合施用降低了Pb的有效性，减少了玉米对Pb离子的吸收[36]；鸡粪和生物炭混合施用减少了玉米对Cd的吸收和积累[37]；鸡粪中掺入粉煤灰能减少大白菜中重金属的累积[38]。在农业废弃物对作物品质的影响方面：谢志煌等[39]研究认为施用牛粪可以明显提高大豆的脂肪、游离氨基酸和可溶性糖含量；沼渣、秸秆、麦秸、菌渣和稻壳还田有利于改善番茄的品质[40-42]；麦秸及稻壳和菌渣还田提高了番茄Vc和可溶性糖含量[43]；食用菌渣还田可显著提高黄芩可溶性糖和烟叶干物质含量[44-45]；羊粪还田提高了火龙果总糖和维生素C含量，降低了总酸含量[46]。

综上所述，前人对农业废弃物施用方法研究主要集中在单独施用或者与化肥、粉煤灰 、磷矿粉、污泥、生物炭和稻壳配合施用；对土壤性质的影响主要研究了理化性质、微生物、酶活性和重金属离子；对作物品质的影响主要针对大豆、番茄、黄芩、烟叶和火龙果等作物。而多年施用农业废弃物组合肥对制种玉米田理化性质及酶活性和重金属变化特征的影响尚少见文献报道。研究区畜禽粪便、秸秆、废渣等农业废弃物资源丰富，农业废弃物还田可增加农田有机质含量，还能促进土壤微生物繁殖和酶活性增强，对提高土壤肥力和作物产量、增强固碳能力都具有重要意义。同时，农业废弃物还田有利于提高资源利用效率、减少环境污染和实现农业的可持续发展。因此，在本区域开展施用农业废弃物组合肥对制种玉米田理化性质及酶活性和重金属含量影响的研究，可为科学有效地指导制种玉米生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况和试验材料

1.1.1 试验地概况 试验于2016—2020年在甘肃省酒泉市肃州区金佛寺镇下四截村二社制种玉米基地上进行(99°38′63″E，38°29′33″N)，海拔1 550 m，年均温7.2℃，年均降水量86 mm，年均蒸发量2 400 mm，无霜期150 d。土壤类型是灌淤旱作人为土[47]，0～20 cm土层土壤容重、总孔隙度、>0.25 mm团聚体和总持水量分别为1.33 g·cm-3、49.81%、21.58%和996.25 t·hm-2；有机质含量、有机碳含量和有机碳密度分别为16.36、9.46 g·kg-1和2.52 kg·hm-2；CEC(阳离子交换量)、pH值、可溶性盐、碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为16.29 cmol·kg-1、7.58、1.68 g·kg-1、69.97 mg·kg-1、6.57 mg·kg-1和118.29 mg·kg-1。

1.1.2 试验材料 畜禽粪便组合肥(牛粪、羊粪、猪粪、生物菌肥风干重量比按0.6116∶0.2945∶0.0923∶0.0016混合)粒径1～20 mm；秸秆组合肥(玉米秸秆、马铃薯藤、豌豆秸秆、秸秆发酵剂风干重量比按0.5769∶0.3213∶0.1006∶0.0012混合)粒径1～20 mm；废渣组合肥(食用菌渣、沼渣、糠醛渣风干重量比按0.4951∶0.3846∶0.1203混合)粒径1～20 mm。参试材料有效成分见表1，玉米品系为‘敦玉128’。

1.2 试验方法

1.2.1 农业废弃物组合肥发酵方法 2016年3月1日，将风干的畜禽粪便、废渣和作物秸秆分别粉碎过2 cm筛，加入尿素(尿素加入量(kg·t-1)=畜禽粪便、废渣、作物秸秆C/N÷25÷0.46)把碳氮比调整为25∶1，在玉米秸秆、马铃薯藤和豌豆秸秆加入秸秆发酵剂，喷自来水调节水分含量达到60%～65%[48]，在温室内(室温25～30℃)堆成2 m高的梯形，覆盖塑料薄膜并开直径3～5 cm小洞若干。堆内温度降到室温，发酵物料出现灰白色菌丝后，在阴凉干燥处自然风干，测定含水量小于5%备用，发酵参数见表2。

1.2.2 试验处理 试验①：农业废弃物组合肥配方筛选。2016年4月20日选择秸秆组合肥、畜禽粪便组合肥和废渣组合肥为3种原料，每种原料设计3个水平施用量，选择正交表L9(34)设计9个试验处理[49](表3)，按表中用量制成9种农业废弃物组合肥。试验②：连续4 a施用农业废弃物组合肥对制种玉米田理化性质及酶活性和重金属影响的研究。2017—2020年4月20日依据试验①筛选的配方，将秸秆组合肥、畜禽粪便组合肥和废渣组合肥风干重量比按0.2609∶0.5217∶0.2174混合，得到农业废弃物组合肥。将农业废弃物组合肥施用年限设计为0(CK)、1、2、3 a和4 a共5个处理，处理1～4 a农业废弃物组合肥施用量均为69 t·hm-2。

表2 农业废弃物组合肥发酵参数Table 2 Agricultural waste fermentation parameters

1.2.3 种植方法 试验①和②小区面积为 36 m2(长8.00 m×宽4.50 m)，农业废弃物组合肥在播种前施入0～20 cm耕作层作底肥，播种时间为2016—2020年每年的4月20日，深度4～5 cm，株距22 cm，行距50 cm，父母本行比为1∶7，再配置满天星父本(父本种植在两行母本中间，株距为50 cm)。每个小区为1个支管单元，在支管单元入口安装闸阀、压力表和水表，分别在玉米拔节期、大喇叭口期、开花期、灌浆期、乳熟期各灌水1次，每个小区灌水量4.80 m3，其他管理措施同常规制种。

1.2.4 样品采集方法 试验①制种玉米收获时每个小区选择中间3行，每行随机采集15穗，分别测定穗粒数、穗粒重和百粒重。每个小区单独采收，将小区产量折合成公顷产量进行统计分析。试验②制种玉米收获后，分别在每个小区内按对角线布置5个采样点，采集0～20 cm耕作层土样5 kg，用四分法留2 kg(1 kg新鲜土样放入4℃冰箱避光保存测定微生物数量和酶活性，另外1 kg土样风干过1 mm筛，室内测定有机质、pH值、CEC、可溶性盐、碱解氮、速效磷、速效钾和金属离子)。土壤容重和团聚体用环刀采原状土，不进行风干。

1.2.5 测定指标与方法 土壤容重、总孔隙度和>0.25 mm团聚体测定分别采用环刀法、计算法和团粒结构分析仪法；pH值、CEC、可溶性盐、有机碳测定分别采用酸度计法(水土比5∶1)、乙酸铵-氯化铵法、电导法和重铬酸钾氧化-外加热法；碱解氮、速效磷和速效钾测定分别采用扩散法、碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法和中性醋酸铵溶液浸提-火焰光度计法；总持水量(t·hm-2)=面积(m2)×总孔隙度(%) ×土层深度(m)[50]；微生物种群数量测定采用稀释平板法，真菌采用马丁氏培养基混菌法培养，细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基混菌法培养，放线菌采用高氏1号培养基表面涂布法培养，3类微生物分别在培养后4、8 d和12 d后观察计数，分别计算出每克干土的含菌数[51]；蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性测定分别采用3,5-二硝基水杨酸比色法、靛酚比色法、磷酸苯二钠比色法和碘量滴定法[52]；土壤有机碳密度(kg·hm-2)=有机碳含量(g·kg-1) ×容重(g·cm-3) ×采样深度(cm) ×0.01[53]；Hg、Cd、Pb、Cr和Zn全量测定参考中国科学院南京土壤研究所《土壤理化分析》[54-55]。

1.2.6 数据分析 采用SPSS16.0统计软件进行数据统计分析，采用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 农业废弃物组合肥配方比例确定

由2016年9月30日制种玉米收获后测定数据可以看出(表3)，秸秆组合肥、畜禽粪便组合肥和废渣组合肥对制种玉米田团聚体、CEC和制种玉米穗粒重、百粒重和产量的主次效应(R)为：畜禽粪便组合肥>秸秆组合肥>废渣组合肥。从各水平均值看出，KA1>KA3>KA2，KB3>KB2>KB1，KC3>KC1和KC2，说明农业废弃物组合肥原料间施用量比例为秸秆组合肥18 t·hm-2∶畜禽粪便组合肥36 t·hm-2∶废渣组合肥15 t·hm-2,即组合比例为0.2609∶0.5217∶0.2174。

2.2 连续施用农业废弃物组合肥制种玉米田理化性质和持水量变化特征

2.2.1 物理性质变化特征 由2017—2020年每年制种玉米收获后测定数据可以看出，制种玉米田容重随着农业废弃物组合肥施用年限的延长而降低，总孔隙度和>0.25 mm团聚体随着农业废弃物组合肥施用年限的延长而增大。施用农业废弃物组合肥4 a与不施肥(CK)比较，显著地降低了容重、增大了总孔隙度、极显著地增大了团聚体(表4)。施用农业废弃物组合肥4 a与3 a和2 a比较，容重分别降低2.36%和3.88%，总孔隙度分别增加1.98%和3.49%(P>0.05)，>0.25 mm团聚体分别增加4.95%(P>0.05)和8.40%(P<0.05)；与施用1 a处理比较，容重降低5.34%，总孔隙度增加5.02%(P<0.05)，>0.25 mm团聚体增加12.98%(P<0.01)；与不施肥处理比较，容重降低6.77%，总孔隙度增加6.63%(P<0.05)，>0.25 mm团聚体增加18.95%(P<0.01)。农业废弃物组合肥施用年限与容重之间呈负相关关系，相关系数为-0.9888，与总孔隙度和>0.25 mm团聚体之间呈正相关关系，相关系数为0.9935和0.9793。农业废弃物组合肥施用年限越长，容重越小，总孔隙度和水稳性团聚体越大。

2.2.2 化学性质和持水量变化特征 由表4可知，制种玉米田pH值随着农业废弃物组合肥施用年限的延长而降低，CEC、EC值、可溶性盐和总持水量随着农业废弃物组合肥施用年限的延长而增大。施用农业废弃物组合肥4 a与CK比较，显著地降低了制种玉米田pH值，增大了总持水量、EC值和可溶性盐，极显著地增大了CEC(表4)。施用农业废弃物组合肥4 a与3 a比较，pH值降低0.42%，EC值、可溶性盐和总持水量分别增加0.91%、1.14%和1.97%(P>0.05)，CEC增加5.42%(P<0.05)；与2 a比较，pH值降低2.60%，EC值、可溶性盐和总持水量分别增加1.84%、1.72%和3.48%(P>0.05)，CEC增加8.52%(P<0.05)；与1 a比较，pH值降低4.69%，EC值和可溶性盐分别增加2.32%和2.91%(P>0.05)，总持水量增加5.02%(P<0.05)，CEC增加26.11%(P<0.01)；与CK比较，pH值降低6.20%，总持水量、EC值和可溶性盐分别增加6.62%、5.23%和5.36%(P<0.05)，CEC增加36.10%(P<0.01)。农业废弃物组合肥施用年限与pH值之间呈负相关关系，相关系数为-0.9352，与CEC、EC值、可溶性盐和总持水量之间呈正相关关系，相关系数分别为0.9021、0.9305、0.7014和0.9936。

2.3 连续施用农业废弃物组合肥制种玉米田有机质和速效养分含量变化特征

2.3.1 有机质及有机碳和有机碳密度变化特征 由表5可知，制种玉米田的有机质、有机碳、有机碳密度随着农业废弃物组合肥施用年限的增加而增大。施用农业废弃物组合肥4 a与CK比较，极显著地提高了有机质、有机碳和有机碳密度。施用农业废弃物组合肥4 a与3 a比较，有机质、有机碳和有机碳密度分别增加4.87%、4.92%和2.83%(P>0.05)；与2 a比较，有机质和有机碳分别增加13.26%和13.32%，有机碳密度增加8.99%(P<0.05)；与1 a比较，有机质、有机碳和有机碳密度分别增加17.47%、17.52%和11.49%(P<0.01)；与CK比较，有机质、有机碳和有机碳密度分别增加23.72%、24.10%和15.48%(P<0.01)。农业废弃物组合肥施用年限与有机质、有机碳和有机碳密度之间呈正相关关系，相关系数分别为0.9813、0.9812、和0.9703。农业废弃物组合肥施用年限越长，有机质、有机碳含量越高。

2.3.2 速效氮磷钾含量变化特征 由表5可知，制种玉米田碱解氮、速效磷和速效钾含量均随着农业废弃物组合肥施用年限的增加而增大，施用农业废弃物组合肥4 a与CK比较，极显著地提高了碱解氮、速效磷和速效钾含量。施用农业废弃物组合肥4 a与3 a比较，碱解氮含量增加4.67%(P>0.05)，速效磷和速效钾含量分别增加6.49%和6.02%(P<0.05)；与2 a比较，碱解氮和速效钾含量分别增加6.65%和8.92%(P<0.05)，速效磷含量增加13.22%(P<0.01)；与1 a比较，碱解氮、速效磷和速效钾含量分别增加11.96%、16.98%和12.98%(P<0.01)；与CK比较，碱解氮、速效磷和速效钾含量分别增加28.44%、49.92%和27.97%(P<0.01)。农业废弃物组合肥施用年限与碱解氮、速效磷和速效钾含量之间呈正相关关系，相关系数分别为0.9754、0.9766和0.9691。

2.4 连续施用农业废弃物组合肥制种玉米田微生物数量、酶活性及重金属含量变化特征

2.4.1 微生物数量变化特征 由表6可知，制种玉米田细菌和放线菌数量随着农业废弃物组合肥施用年限的增加而增大，真菌数量随着农业废弃物组合肥施用年限的增加而降低。施用农业废弃物组合肥4 a与CK比较，极显著地提高了细菌和放线菌数量，极显著地降低了真菌数量。施用农业废弃物组合肥4 a与3 a比较，细菌和放线菌数量分别增加1.65%和4.62%，真菌数量降低6.06%(P>0.05)；与2 a比较，细菌数量增加8.37%(P<0.05)，放线菌数量增加16.77%，真菌数量降低13.89%(P<0.01)；与1 a比较，细菌和放线菌数量分别增加14.42%和32.12%，真菌数量降低20.51%(P<0.01)；与CK比较，细菌和放线菌数量分别增加38.20%和86.60%，真菌数量降低26.19%(P<0.01)。农业废弃物组合肥施用年限与真菌数量之间呈负相关关系，相关系数为-0.9918，与细菌和放线菌数量之间呈正相关关系，相关系数分别为0.9756和0.9740。

表4 连续施用农业废弃物组合肥制种玉米田理化性质和持水量变化特征Table 4 The change characteristics of physicochemical properties and water holding capacity in seed maize field with agricultural waste compost applied for 4 consecutive years

表5 连续施用农业废弃物组合肥制种玉米田有机质、有机碳及速效养分含量变化特征Table 5 Change characteristics of organic matter,organic carbon and available nitrogen,phosphorus and potassium contents in seed production maize field with agricultural waste compost applied for 4 consecutive years

2.4.2 酶活性变化特征 由表6可知，制种玉米田酶活性随着农业废弃物组合肥施用年限的递增而增大，施用农业废弃物组合肥4 a与CK比较，极显著地提高了蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性。施用农业废弃物组合肥4 a与3 a比较，蔗糖酶、脲酶和多酚氧化酶活性分别增加4.29%、1.35%和3.85%(P>0.05)，磷酸酶活性增加7.07%(P<0.05)；与2 a比较，脲酶活性增加7.14%(P<0.05)，蔗糖酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性分别增加19.51%、19.03%和14.89%(P<0.01)；与1 a比较，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性分别增加31.27%、13.64%、34.47%和28.57%(P<0.01)；与CK比较，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性分别增加63.46%、38.89%、61.48%和58.82%(P<0.01)。农业废弃物组合肥施用年限与蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性之间呈正相关关系，相关系数分别为0.9694、0.9468、0.9930和0.9689。

2.4.3 重金属含量变化特征 由表7可知，制种玉米田重金属离子含量随着农业废弃物组合肥施用年限的递增而增大，施用农业废弃物组合肥4 a与CK比较，极显著地提高了Hg、Cd、Cr、Pb和Zn含量。施用农业废弃物组合肥4 a与3 a比较，Cd和Zn含量分别增加8.33%和7.41%(P<0.05)，Hg、Cr和Pb含量分别增加3.70%、2.49%和2.74%(P>0.05)；与2 a比较，Hg、Cd和Zn含量分别增加12.00%、13.04%和11.54%(P<0.01)，Cr和Pb含量分别增加8.20%和5.33%(P<0.05)；与1 a比较，Hg、Cd、Cr和Zn含量分别增加16.67%、18.18%、14.13%和16.00%(P<0.01)，Pb含量增加9.01%(P<0.05)；与CK比较，Hg、Cd、Cr、Pb和Zn含量分别增加21.74%、30.00%、24.49%、27.55%和31.81%(P<0.01)。农业废弃物组合肥施用年限与土壤Hg、Cd、Cr、Pb和Zn之间呈正相关关系，相关系数分别为0.9800、0.9657、0.9795、0.9966和0.9797。虽然连续4 a施用农业废弃物组合肥导致重金属含量增加，但其含量仍小于土壤污染临界值[56]，说明研究区域农业废弃物组合肥重金属含量较低，不会对制种玉米造成风险。

表6 连续施用农业废弃物组合肥制种玉米田微生物和酶活性变化特征Table 6 Characteristics of microbial and enzyme activities in seed maize field with agricultural waste compost applied for 4 consecutive years

表7 连续施用农业废弃物组合肥制种玉米田重金属含量变化特征Table 7 Change characteristics of heavy metal content in seed maize field with agricultural waste compost applied for 4 consecutive years

3 讨 论

本研究发现，农业废弃物组合肥施用年限越长，制种玉米田容重越小、总孔隙度和水稳性团聚体越大。这种变化特征与郝小雨等[57]、邵云等[58]、李更新等[59]和李小炜等[60]研究结论相一致。究其原因，一是农业废弃物组合肥将大量有机质带入土壤使土壤疏松，降低了容重，增加了孔隙度；二是组合肥堆肥发酵后松软、疏松、絮状、多孔，因此增加了制种玉米田的孔隙度，降低了容重；三是组合肥中的有机质在土壤中合成的腐殖质促进了水稳性团聚体的形成。本研究还发现，农业废弃物组合肥施用年限越长，制种玉米田pH值越小，CEC、EC值、可溶性盐和总持水量越大。这种变化规律与燕金锐等[61]、姚桂华等[62]、陈彦君等[63]研究结论相吻合，究其原因，一是组合肥在分解过程中产生的有机酸(草酸、氨基酸)降低了pH值；二是组合肥在土壤中分解产生的腐殖酸刺激了作物根系的生长，根系分泌的弱酸降低了pH值；三是组合肥在土壤中合成的腐殖质是一种含有酚羟基、羧基、甲氧基等多功能团的弱酸，因而降低了pH值；四是组合肥吸附能力较强，提高了土壤保肥性，因而增大了土壤的CEC；五是组合肥在土壤中合成的腐殖质带负电荷，吸附了土壤中的阳离子，因而提高了土壤的CEC；六是组合肥中的畜禽粪便肥和废渣在分解过程中将盐基离子释放在土壤中，因而提高了土壤的EC和可溶性盐含量；七是组合肥在土壤中合成的腐殖质是亲水胶体，吸水率为500%～600%，因而提高了土壤持水量。

本研究表明，农业废弃物组合肥施用年限越长，制种玉米田有机质、有机碳和速效氮、磷、钾含量越高。蔡瑞婕等[64]、郑凤君等[65]、刘永青等[66]、汪红霞等[67]、王彩绒等[68]、田小明等[69]和龙攀等[70]也得出了相同的结论。究其原因，一是农业废弃物组合肥将大量的有机质和氮、磷、钾养分带入土壤，因而提高了土壤有机质及有机碳和速效氮、磷、钾含量；二是组合肥含有丰富的有机质，其中含有碳、氮、磷、钾等多种营养元素，有机质在土壤中进行矿质化发酵过程中，释放出了多种营养元素，因而提高了土壤速效养分含量；三是组合肥在土壤中分解产生的腐殖酸促进了土壤中难溶性养分的溶解，因而提高了速效养分含量。

本研究发现，制种玉米田细菌和放线菌数量随着农业废弃物组合肥施用年限的增加而增大，真菌数量随着农业废弃物组合肥施用年限的增加而降低。究其原因，一是施用农业废弃物组合肥改变了土壤环境条件，增加了有益微生物的数量，促进了细菌和放线菌的繁殖，抑制了真菌的生长发育；二是组合肥中有机质及大量元素为微生物提供了碳源和营养物质，促进了细菌和放线菌的繁殖；三是组合肥中的生物菌肥把活性微生物带到土壤中，促进了细菌和放线菌的生长发育[71]。连续4 a施用农业废弃物组合肥极显著地提高了制种玉米田蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性，究其原因，一是组合肥把大量的酶带入土壤；二是组合肥提高了土壤有机碳含量，为依附其上的土壤酶创造了良好的生态环境条件，提高了其活性；三是组合肥增加了土壤有益微生物细菌和放线菌数量，因而提高了土壤酶活性[72]。丁力等[73]研究得出施用动物粪便后提高了土壤酶的活性；施娴等[74]、吴平江等[75]、关天霞等[76]研究指出施用有机肥提高了土壤蔗糖酶、脲酶、多酚氧化酶与磷酸酶的活性。

本研究表明，制种玉米田重金属离子含量随着农业废弃物组合肥施用年限的增加而增大，与不施肥比较，连续4 a施用农业废弃物组合肥极显著地提高了土壤Hg、Cd、Cr、Pb和Zn含量。究其原因，一是农业废弃物组合肥中的畜禽粪便肥把重金属离子带入土壤，叶必雄等[77]研究指出长期施用畜禽粪便的土壤剖面中 Cu、Zn、Pb 等重金属含量高于未施用畜禽粪便的土壤；袁凯等[78]研究得出猪粪中Cu和Zn含量均值为 485.2 mg·kg-1和1 220 mg·kg-1，牛粪中Cu和Zn含量均值为53.90 mg·kg-1和155.80 mg·kg-1，羊粪中Cu和Zn含量均值为45.70 mg·kg-1和203.80 mg·kg-1。二是畜禽养殖中滥用或超量使用Cu、Zn、Cr等微量元素作为饲料添加剂，这些元素在畜禽体内消化吸收利用率低，致使粪便中重金属Cu、Zn 、Cr等富集，王慧等[79]研究发现江苏省150个养殖场畜禽饲料中Cu、Zn 含量范围分别为0～392.1 mg·kg-1和15.9～2 041.8 mg·kg-1；薄录吉等[80]研究得出我国11个省(市)规模化养猪场猪饲料Cu含量超标的样品数量高达100%，Zn含量超标的样品数量占到60%～100%；王飞等[81]调查发现，华北地区猪饲料中Cu和Zn含量分别为136.36 mg·kg-1和544.85 mg·kg-1，超过“农业部1224公告”对Cu和Zn的限量值，超标率分别为66.67%和80.00%。张辉等[82]研究显示，浙江地区猪饲料中Cu和Zn含量达到了239.39 mg·kg-1和468.46 mg·kg-1，超过“农业部2625公告”对Cu和Zn的限量值[83]；迪娜·吐尔生江等[84]对黄淮海地区的鸡饲料样品进行分析，饲料样品中的Pb和Cd 含量均超过了我国《饲料卫生标准》限量值，超标率分别为39.7%和 23.50%。三是组合肥中的秸秆组合肥把重金属离子带入土壤，王琼瑶等[85]研究表明小麦秸秆还田后，水稻植物体各部分的Cu、Zn含量均高于对照(不施肥)。四是畜牧生产者种植牧草和饲草施用了微量元素肥料，牧草和饲草中的Cu和Zn通过食物链富集在畜禽粪便内。土壤重金属含量超过土壤临界值时，将对农作物、农产品等造成严重污染，并通过食物链危害人类健康。本研究连续4 a施用农业废弃物组合肥后，重金属离子含量高于不施肥，但其小于土壤污染临界值[86-87]，不会对作物造成污染风险。究其原因是畜禽粪便中的有机质合成的腐殖质吸附重金属离子形成螯合络合物，使重金属离子活性降低。

4 结 论

制种玉米田容重、pH值和真菌数量随着农业废弃物组合肥施用年限的延长而降低，总孔隙度、水稳性团聚体、CEC、EC值、可溶性盐、总持水量、有机质、有机碳、有机碳密度、速效氮磷钾含量、微生物数量、酶活性、重金属含量等指标则随着农业废弃物组合肥施用年限的递增而增大。农业废弃物组合肥施用年限与制种玉米容重、pH值和真菌数量之间呈负相关关系，与总孔隙度、水稳性团聚体、CEC、EC值、可溶性盐、总持水量、有机质、有机碳密度、速效氮磷钾含量、微生物数量、酶活性、重金属含量之间呈正相关关系。连续4 a施用农业废弃物组合肥重金属含量比不施肥高，但其小于土壤污染临界值，不会对作物造成污染风险。