2 种有机调理剂复配中微量元素对大豆生长及根际土壤微环境的影响

郭智妍 卢维宏 潘思雨 程瑞妍 荚俊飞 曾明志

宿州学院环境与测绘工程学院 宿州 234000

大量研究结果表明，将有机调理剂与化肥有机复配应用于质量退化的农田土壤调控中，都取得了显著的效果。如：孟阿静等[1]将常规肥料与黄腐酸复配在红枣上进行应用，对红枣产量及品质（Vc、可溶性糖、糖酸比、可溶性蛋白等）均有明显的促进效应，实现增收20.8%~35.7%。在小麦的促生增产措施中，也发现腐植酸具有改善小麦根系发育、地上部生长及产量等相关指标的作用[2]。刘佳欢等[3]在小麦种植中施用黄腐酸，提高了脲酶、磷酸酶、蔗糖酶等3 种土壤酶活性和根际土壤中微生物的多样性。黄腐酸钾、复合氨基酸、α－萘乙酸钠等作为肥料增效剂，分别单独施用或结合水肥复配施用在前人的研究中也取得了类似结果[4～6]。此外，外源补充中微量元素具有缓解作物生理性病害、改善生长发育特性、增加产量的效果也已被大量研究证实，如外源补充钼元素能够有效提高大豆根瘤菌的数量，促进大豆的生物固氮能力；相反，缺钼则会严重影响大豆的生长发育，导致减产。研究表明，施用钼肥可有效促进大豆根系发育、叶面积指数、产量等指标，产量增幅可达31.64%[7]。目前，将有机调理剂与中微量元素有机结合对大豆生长及根际微环境影响的研究较少，特别是针对皖北沙姜黑土区域的研究鲜有报道。因此，探究有机调理剂与化肥减量联合措施对皖北沙姜黑土区大豆生长及根际土壤微环境的影响具有重要意义。本研究选用矿源腐植酸、黄腐酸2 种有机调理剂分别与中微量元素（钼、钙）复配，探究其对皖北沙姜黑土区大豆生长及根际土壤微环境的影响，以期为化肥增效减施、大豆高产优质提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点位于安徽省宿州市埇桥区朱仙庄镇（海拔27.3 米）。试验田供试土壤类型为砂姜黑土。土壤基础理化性质：全氮1.16 g/kg、全磷0.57 g/kg、全钾31.70 g/kg、碱解氮86.94 mg/kg、速效磷9.83 mg/kg、速效钾273.40 mg/kg、有机质13.20 g/kg，pH 值7.20。

供试大豆品种为“中黄13”（由宿州市农业科学院大豆所提供），具有抗倒伏、抗涝、抗大豆花叶病毒病、中抗大豆孢囊线虫病的特性。

供试肥料分别为黄腐酸（农用，河南心连心化学工业集团股份有限公司）、腐植酸（农用，河南心连心化学工业集团股份有限公司）、硝酸铵钙（农用，山西金兰化工股份有限公司）和钼酸铵（分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）。供试配方肥分别为常规配方肥（市售N-P2O5-K2O 15-15-15 平衡肥，总养分≥45%）、实验室自制大豆专用配方肥（测土配方确定为N-P2O5-K2O 13-10-16，总养分≥39%，下文简称“优化配方肥”）。

1.2 试验方法

以田间试验的方式进行，在常规配方肥（CK）的基础上，设置了4 个减肥增效试验处理，分别采用基肥方式施用。

CK：常规配方肥，施肥量为300 kg/hm2；

T1：优化配方肥+ 黄腐酸0.5%+ 钼酸铵0.04%，施肥量为240 kg/hm2；

T2：优化配方肥+ 腐植酸2.0%+ 钼酸铵0.04%，施肥量为240 kg/hm2；

T3：优化配方肥+ 黄腐酸0.5%+ 钼酸铵0.04%+硝酸钙0.5%，施肥量为240 kg/hm2；

T4：优化配方肥+ 腐植酸2.0%+ 钼酸铵0.04%+硝酸钙0.5%，施肥量为240 kg/hm2。

每个处理3 次重复，每个重复为1 个小区，单个小区面积为20 m2（4 m×5 m）。将供试配方肥与土壤混合均匀后，按照常规方法种植品种为“中黄13”的大豆，播种量为8.0 kg/亩。2022 年6 月10 日播种，所有处理除了施肥差异外其余各项管理措施均保持一致，10 月15 日收获。

1.3 样品采集及测定

采收时，选取各小区中间连续4 列，每列连续5 株带根系整株挖出，用抖土法收集大豆根际土壤样品（约500 g），混匀去杂后装自封袋，编号密封后带回实验室，经风干、破碎、过筛后备用。植株样品采集时，将抖土后的植株整株装尼龙网袋后带回实验室分别调查株高、根长、分根数、豆秸生物量、单株结荚数、单株空壳数；同时，脱粒晾干后调查百粒重、产量指标。其中，单株结荚数、分根数均采用计数法测量；株高、根长均采用量程为30 cm（精度为1.0 mm）的直尺进行测量，株高是从植株茎基部测量到大豆生长最上部，根长是从茎基部测量到大豆根尖末端；豆秸生物量指标为去除籽粒后剩余的所有秸秆部分干重（75 ℃烘干至恒重）；百粒重、产量为籽粒去杂晒干（水分13%）用电子天平（精度为0.01）称重。

土壤理化性质指标测定：土壤pH 值测定方法采用pH 计测量法，水土比为2.5 ∶1，置于恒温振荡器中于25 ℃、120 r/min 条件下振荡30 min，取出静置2.0 h 后取上清液测定酸碱度[8]。土壤电导率测定采用电导率仪，取过2 mm 筛孔的风干土样和蒸馏水，按照水土比5 ∶1 加入50 mL 透明塑料瓶中，置于恒温振荡器中于25 ℃、120 r/min条件下振荡30 min，取出静置1.5 h 后取上清液测定电导率[9]。土壤碱解氮根据《森林土壤水解性氮的测定》用碱解-扩散法测定[10]；有效磷依据《土壤检测 第7 部分 土壤有效磷的测定》用钼锑抗比色法进行检测[11]；速效钾依据《土壤速效钾和缓效钾含量的测定》用中性乙酸铵溶液浸提、火焰光度计法检测[12，13]；有机质依据《土壤检测 第6部分：土壤有机质的测定》用重铬酸钾氧化土壤有机碳，多余的氧化剂用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，记录硫酸亚铁铵标准溶液的消耗体积，经计算得有机质的量[14]。

土壤微生物指标采用平板计数法测定土壤中可培养微生物（细菌、真菌）的数量[15]。培养结束后，用数学计数法统计菌落数，记录数据并拍照。

1.4 统计分析

采用Microsoft-excel 2019 和SPSS 26.0 等软件对各指标的数据进行整理、方差分析和显著差异性比较。

2 结果与分析

2.1 2 种有机调理剂复配中微量元素对大豆生长及产量的影响

2.1.1 对大豆生长指标的影响

由表1 可以看出，与CK 相比，各减肥增效试验处理（T1~T4）均不同程度地促进了大豆的生长指标。其中，以T2 处理整体效果最佳，株高、根长、分根数、豆秸生物量、单株结荚数分别提高了0.97%、7.92%、22.34%、6.82%、2.31%；其次是T3 处理，株高、根长、分根数、豆秸生物量、单株结荚数分别增加了14.10%、6.17%、22.48%、1.78%、1.62%；再者是T1 处理，除株高外的根长、分根数、豆秸生物量、单株结荚数4 项指标分别增加了7.92%、14.89%、2.99%、20.14%。T4 处理仅对大豆的分根数、单株结荚数2 项指标分别增加了12.98%、3.70%。综上所述，以T2 处理对大豆生长指标的促进效果最好，对本研究中所调查的大豆5 项生长指标均表现了不同程度的促进效应。

表1 2 种有机调理剂复配中微量元素对大豆生长指标的影响Tab.1 Eff ects of trace elements in the combination of two organic conditioners on the growth indexes of soybean

2.1.2 对大豆产量指标的影响

由表2 可以看出，与CK 相比，除T4 处理外，各减肥增效试验处理均不同程度地降低了大豆的空壳数量和空壳率，提高了大豆产量相关指标。其中，以T1 处理整体效果最好，空壳数下降了25.82%，空壳率由15.51%下降至9.58%，百粒重增加了9.39%，增产28.50%，均达到了显著差异水平（P<0.05）；其次是T2 处理，空壳数减少了47.31%，空壳率降至7.99%，增产16.57%，均达到了显著差异水平（P<0.05）；再者是T3 处理，空壳数降低了22.34%，空壳率降为11.85%，增产12.27%；T4 处理中仅大豆百粒重提高了9.39%，其余均不同程度地表现了抑制效应。综上所述，以T1处理对大豆产量相关指标的综合促进效应最佳。同时，在优化配方肥的基础上，黄腐酸、钼酸铵、硝酸钙的复配及腐植酸、钼酸铵、硝酸钙的复配中，均为前两者复配的效果优于三者复配，且黄腐酸的效果优于腐植酸。

表2 2 种有机调理剂复配中微量元素对大豆产量指标的影响Tab.2 Eff ects of trace elements in the combination of two organic conditioners on the yield indexes of soybean

2.2 2 种有机调理剂复配中微量元素对大豆根际土壤理化性质的影响

由表3 可以看出，与CK 相比，各减肥增效试验处理均不同程度地优化调控了大豆根际土壤的理化性质。其中，以T2 处理最为明显，大豆根际土壤有效磷、速效钾、有机质均有了显著（P<0.05）提升，指标增幅分别达到了60.44%、24.47%、11.88%，土壤碱解氮、电导率分别下降了18.36%、11.93%；其次是T1 处理，大豆根际土壤有效磷、速效钾、有机质指标分别提高了42.17%、18.89%、13.96%，碱解氮、电导率下降了13.33%、11.67%，均达到了显著差异水平（P<0.05）；再者是T3 处理的有效磷、速效钾、有机质分别提高了26.41%、9.08%、9.09%，碱解氮、电导率下降了5.92%、29.59%，仅部分指标达到了显著差异水平（P<0.05）；T4 处理的大豆根际土壤有效磷、速效钾、有机质分别提高了22.65%、13.72%、11.04%，碱解氮、电导率下降了9.13%、5.78%，仅部分指标达到了显著差异水平（P<0.05）。综上所述，以T2 处理的整体效果最佳，T1 处理各项指标（除有效磷外）均与T2 处理基本持平。同时，在优化配方肥的基础上，腐植酸、钼酸铵、硝酸钙复配的效果中表现了以前两者的复配优于三者的效果，黄腐酸也表现了相同的趋势，二者复配情况下腐植酸对根际土壤的改善效应优于黄腐酸，尤其是土壤有效磷。

表3 2 种有机调理剂复配中微量元素对大豆根系土壤理化性质的影响Tab.3 Eff ects of trace elements in the combination of two organic conditioners on the physicochemical properties of soybean root soil

2.3 2 种有机调理剂复配中微量元素对大豆根际土壤微生物的影响

由表4 可以看出，与CK 相比，各减肥增效试验处理均不同程度地影响了大豆根际土壤中可培养微生物（真菌、细菌）群落数量。其中，T1 处理分别降低了大豆根际土壤细菌、真菌数量，下降了5.48%、33.33%，提高了细菌/真菌比值，增幅达到了41.73%；T2 处理中大豆根际土壤真菌数量下降了9.52%，细菌数量持平，提高了细菌/真菌比值，增幅达到了10.50%；T3 处理分别提高了大豆根际土壤细菌、真菌、微生物总量，增幅分别达到了16.44%、142.85%、32.33%，降低了细菌/真菌比值达52.09%；T4 处理分别提高了大豆根际土壤细菌、真菌、细菌/真菌比值、微生物总量，增幅分别达到了34.93%、28.57%、5.04%、34.13%。综上所述，以T2 的效果最佳，抑制了根际土壤的真菌数量，增加了细菌/真菌比值，这有利于大豆根际土壤从真菌型向细菌型转化。

表4 不同有机调理剂复配中微量元素对大豆根系微生物的影响Tab.4 Eff ects of trace elements in the combination of two organic conditioners on root microorganisms of soybean

3 讨论

3.1 2 种有机调理剂复配中微量元素对大豆生长及产量的影响

化肥减量增效是实现大豆高产优质与土壤环境友好协同并行的重要途径。大量研究表明，黄腐酸、腐植酸等有机土壤调理剂在促进作物生长、增加产量、增加植物地上部和根系的干物质重等方面具有优势[16~18]，尤其是在刺激根系发育方面。如Dobbss 等[19]研究表明，腐植酸处理下，番茄侧根数和侧根长度增幅分别达到了150%~264%、405%~2280%。Muscolo 等[20]、Atiyeh 等[21]在综述腐殖质与植物生长发育之间关系时，发现腐殖质能促进植物生长，特别是其小分子生物活性物质，对促进拟南芥和玉米幼苗根系生长的作用尤为突出。本研究涉及的黄腐酸、腐植酸2 种有机调理剂均能增加大豆根长、分根数、豆秸生物量，这与黄腐酸、腐植酸对根系的刺激效应密切相关。在促进大豆5项生长指标中，以T2处理效果最佳，其次是T1处理，这2个处理均不同程度地促进了株高、根长、分根数、豆秸生物量和单株结荚数，而含黄腐酸的T1 处理在促进大豆单株结荚数方面更具有优势；与含腐植酸的T2 处理相比，单株结荚数增加了17.42%，这可能与黄腐酸的小分子、高活性、易传导特性有关，这也进一步维持了增加百粒重和降低空壳数、空壳率的优势，而腐植酸的促生增产效果则与改善土壤结构、活化被固定的土壤养分有关。进一步结合试验田基础理化性质中碱解氮缺乏、速效磷极度缺乏、有机质中等的特性，黄腐酸的生物刺激效应比腐植酸的改土调控效应对于实现增产结果更具有“时效性快”的优势[22，23]。于晟玥等[24]和张丽丽[25]种植小麦、番茄的研究结果表明，施用黄腐酸能有效促进作物的生长生产能力，提高作物对P、N 的吸收效率，增加地上部生物量积累。梁媛媛等[26]在河南许昌种植冬小麦的过程中施用不同分子量的黄腐酸，小麦产量提升了21.62%~49.06%。此外，黄腐酸的小分子、全水溶、易传导特性也进一步促进了钼酸铵中“钼”、硝酸钙中“钙”的生物有效性，更容易被携带进入植物体内完成同化效应，形成生长发育优势和产量优势[27]，这也进一步证实了三者复配后在促进大豆生长5 项指标的效果上稍稍优于二者复配的原因。

3.2 2 种有机调理剂复配中微量元素对大豆根际土壤理化性质的影响

土壤理化指标是作物养分供应和土壤肥力的重要指标。本研究中涉及的4 种不同减肥增效优化配方肥均不同程度地优化了大豆根际土壤理化指标。学者研究表明，腐植酸中的羧基、羰基和羟基等官能团，具有较强的离子交换和吸附能力，进入土壤后，既可固持土壤和肥料中过多的养分离子，又可以在其含量较低时释放出来，实现增加土壤大、中、微量元素的有效性和利用效率[28，29]。以黄腐酸、腐植酸为有机调理剂的T1、T2 2 个处理中，以T2 处理对土壤速效磷、速效钾的提升促进效果最佳，且均达到了显著性水平（P<0.05），较T1处理增幅分别达到了12.85%、4.70%，这与较大分子的腐植酸具有较好的改土优势有关[30，31]，尤其是在提高土壤磷的活性和有效磷方面[32，33]效果更为突出。赵萌萌等[34]、刘灿华等[35]、于常海等[36]的研究结果进一步表明，在化肥减施增效过程中应用腐植酸、黄腐酸，均能够实现活化土壤钾、磷等营养元素，提高有机质含量，改善土壤理化结构的目标。此外，腐植酸、钼酸铵、硝酸钙的复配效果中，前两者的复配效果优于三者复配的效果，这可能是硝酸钙与肥料、土壤中的磷酸根结合，形成难溶的磷酸钙，继而使得部分水溶性磷转换成了难溶性磷，表现为有效磷含量下降[37]。

3.3 2 种有机调理剂复配中微量元素对大豆根际土壤微生物的影响

根际微生物是土壤生态系统中十分重要的一环，不仅参与了土壤中几乎全部的化学反应，也直接或间接地影响着土壤微环境，特别是作物根际微环境的优劣，是制约作物生长和产量形成的关键因素。研究表明，在农田土壤中长期施用有机-无机复合肥能够有效改善土壤微生物活性，特别是氨氧化细菌[38～40]。肖琼等[41]的研究结果进一步证实了单施或配施有机物料比单施化肥在促进根际土壤微生物环境方面更具有优势。陈星星等[42]在探索腐植酸对盐胁迫下土壤微生物群落结构和土壤酶活的影响中发现，腐植酸能够改善土壤肥力状况，增加根际土壤微生物数量，提高土壤酶活性，进而缓解盐胁迫对苦瓜幼苗生长的抑制效应。在此基础上，进一步选用腐植酸、黄腐酸与肥料复配，在受重金属污染的土壤种植烟草，其根际土壤中的微生物活性、种群多样性均得到改善[43，44]。这些均与本研究中涉及到的T1 处理、T2 处理的试验结果具有较强的一致性，表现为真菌数量下降、细菌/真菌比值升高。以往研究中的土传病害多表现为真菌性病害，且不少研究者将土传病害发生严重的土壤称之为“真菌型”[45，46]，细菌/真菌比值的提升有助于土壤由“真菌型”向“细菌型”转变，本研究结果进一步为作物根际土壤结构优化提供了参考依据。

4 结论

本研究涉及的2 种有机调理剂（黄腐酸、腐植酸）与中微量元素复配配方对大豆的生长性状及根际土壤微环境均表现了不同程度的改善效应，特别是增加了大豆产量、活化了土壤养分、改善了土壤微生物群体结构。综合来看，以T1 处理“优化配方肥+黄腐酸0.5%+钼酸铵0.04%”对刺激大豆生长发育和产量关键因素形成的效果最为突出，而T2 处理“优化配方肥+腐植酸2.0%+钼酸铵0.04%+硝酸钙0.5%”对根际土壤的理化性质和生物学指标改善效应最佳，可以考虑在大豆农业生产中推广应用。