何進(jìn)勤 雷金銀 韓乃榮 桂林國

摘??? 要：針對(duì)寧夏南部山區(qū)旱地土壤有機(jī)質(zhì)提升與牛糞資源化利用的技術(shù)瓶頸，研究以青貯玉米為指示性作物，開展以常規(guī)化肥（CK）為對(duì)照，以生物腐熟牛糞配施化肥（TN1）和生牛糞配施化肥（TN2）為理的試驗(yàn)研究，探討牛糞生物腐熟和生牛糞直接還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀養(yǎng)分及青貯玉米根系形態(tài)特征和生物產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，與CK相比，TN1處理表層0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)增加26.8%，氮磷鉀養(yǎng)分增幅在18.4%～230.4%之間，青貯玉米根系總根投影面積、總根表面積、根平均直徑和總根體積增幅在10.6%～25.8%之間，同時(shí)青貯玉米生物產(chǎn)量較CK提高了37.4%;TN2處理較CK降低了玉米根系總根投影面積和總根表面積，降幅4.3%～9.0%之間，玉米生物產(chǎn)量與CK差異不顯著。與TN2處理相比，TN1處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量增幅在2.5%～60.7%之間，同時(shí)也顯著增加了青貯玉米根系形態(tài)特征及生物產(chǎn)量。由此可見，牛糞生物發(fā)酵還田顯著優(yōu)于生牛糞直接還田，生牛糞直接還田對(duì)玉米根系形態(tài)特征發(fā)育有抑制作用。

關(guān)鍵詞：牛糞;化肥;旱地;土壤養(yǎng)分;玉米產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S153.6;S532???????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.02.016

Effects of Different Manure Treatments and Fertilizer Application on Soil Nutrient and Maize Biological Characters in Upland

HE Jinqin1，LEI Jinyin1，HAN Nairong2，GUI Linguo1

（1.Institution of Agricultural Resource and Environment，Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Yinchuan，Ningxia 750002，China; 2.Ningxia Branch of Sinopec， Yinchuan，Ningxia 750002，? China）

Abstract： According to Ningxia south mountainous upland soil organic matter and cow dung resource-oriented utilization of technical bottleneck， the experiment was conducted with silage corn crop， two treatments including biological rotten cow manure with chemical fertilizer （TN1） and raw cow manure with chemical fertilizer （TN2） were set， the routine chemical fertilizer was as the control （CK）， to explore the effects of biological rotten cow dung and returning raw cow dung directly on the soil organic matter and nitrogen， phosphorus and potassium nutrients and biological yield of silage maize root morphological characteristics. The results showed that， compared with CK， the soil organic matter of TN1 in 0-20 cm surface layer increased by 26.8%， the nitrogen， phosphorus and potassium nutrients increased by 18.4% - 230.4%， the total root projection area， total root surface area， average root diameter and total root volume of silage maize increased by 10.6% - 25.8%， and the biological yield of silage maize increased by 37.4%; the total root projection area and total root surface area of maize roots in TN2 reduced by 4.3% -9.0%， and the biological yield of maize had no significant different with that of CK. Compared with TN2， the contents of soil organic matter， total nitrogen， alkali-hydrolytic nitrogen， available phosphorus and available potassium increased by 2.5% - 60.7%， and the root morphological characteristics and biological yield of silage maize were significantly increased. In conclusion， the return of cow dung to the field by biological fermentation is significantly better than the direct return of raw cow dung， and the direct return of raw cow dung to the field might inhibit the development of maize root morphological characteristics.

Key words： cow manure; fertilizer; upland; soil nutrient; corn yield

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，畜禽養(yǎng)殖業(yè)在我國得到了快速發(fā)展，為農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收做出了重要貢獻(xiàn)。近年來，隨著奶（肉）牛養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模化、集約化的迅速發(fā)展，牛糞排放造成的環(huán)境污染問題日益凸顯，而牛糞還田利用不僅可以解決堆積導(dǎo)致的環(huán)境污染問題，還能實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用[1]。相關(guān)研究表明，畜禽糞便還田能有效改善土壤理化性質(zhì)，在提高速效養(yǎng)分含量、加速土壤氮、磷累積和增強(qiáng)微生物活性等方面發(fā)揮重要作用[2-10]。生糞還田作為傳統(tǒng)的農(nóng)牧結(jié)合的處理方法，在我國東北、華北等地一次性基施糞肥的現(xiàn)象非常普遍，但是人們長期以來對(duì)生肥還田的二次污染問題一直未受重視，且生牛糞直接施用，產(chǎn)生熱量，消耗土壤氧氣，導(dǎo)致燒根燒苗，會(huì)引起寄生蟲的卵和病原微生物的傳播。因此，如何科學(xué)合理地施用糞便資源，對(duì)于維護(hù)土壤環(huán)境質(zhì)量和確保農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。本研究以牛糞不同處理（生糞和生物腐熟）配施化肥還田技術(shù)為研究對(duì)象，以種植青貯玉米為指示性作物，探討生牛糞和生物腐熟牛糞還田對(duì)旱地土壤養(yǎng)分及作物生物學(xué)特性的影響研究，為寧南山區(qū)牛糞資源的合理利用和種養(yǎng)循環(huán)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

2018—2019年在寧夏固原市原州區(qū)石羊村開展2年定位試驗(yàn)，土壤基礎(chǔ)肥力：全氮0.89 g·kg-1，全磷0.87 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)16.58 g·kg-1，堿解氮87.13 mg·kg-1，有效磷22.25 mg·kg-1，速效鉀430.69 mg·kg-1。前茬作物為青貯玉米。

1.2 試驗(yàn)材料

生牛糞為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶自產(chǎn)，生物腐熟牛糞為當(dāng)?shù)厣＜S添加EM菌劑（0.5 L·t-1）進(jìn)行有氧發(fā)酵20 d后的腐熟肥（發(fā)酵前每噸牛糞加入10 kg稻草秸稈調(diào)節(jié)碳氮比），其養(yǎng)分含量詳見表1。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)T0為常規(guī)化肥（CK），TN1為生物腐熟牛糞（1 500 kg·hm-2）+80%N CK（對(duì)照減施氮肥20%），TN2為生牛糞（7 500 kg·hm-2）+80%N CK（對(duì)照減施氮肥20%） 3個(gè)處理，重復(fù)3次，小區(qū)面積32 m2，種植作物為青貯玉米。生牛糞和生物腐熟牛糞均在播種前結(jié)合犁地進(jìn)行撒施深翻后進(jìn)行旋耕覆膜。

1.4 樣品采集與分析

青貯玉米收獲后日用土鉆取根區(qū)0～20，20～40 cm

土層土樣，分別測定土壤養(yǎng)分含量。全氮采用半微量凱氏蒸餾法;堿解氮采用堿解擴(kuò)散法（擴(kuò)散皿）;土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱滴定法測定;有效磷采用Olsen磷-鉬銻抗比色法，主要使用儀器為“T6新世紀(jì)”型紫外可見風(fēng)光光度計(jì);速效鉀采用醋酸銨提取—火焰光度計(jì)法（flame Photometer 410），具體測定方法均參照參考文獻(xiàn)[11]。

青貯玉米根系采集方法：在田間原狀挖取玉米根系，去除根系帶的土裝入硬紙盒，帶回實(shí)驗(yàn)室后用自來水清洗根系粘帶的土壤，新鮮玉米根系先用蒸餾水沖洗干凈表面附著物，用根系形態(tài)專用掃描儀 （Epson Perfection V850 Pro） 數(shù)字化掃描，然后用根系形態(tài)分析專用軟件 （WinRHIZO Pro， Canada） 分析總根投影面積、總根表面積、根平均直徑、總根體積等根系形態(tài)參數(shù)，根系形態(tài)參數(shù)為3次重復(fù)試驗(yàn)的平均值。

青貯玉米產(chǎn)量測定：以1 m2樣方區(qū)理論產(chǎn)量核算公頃產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel2007數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件和DPS18.10數(shù)據(jù)分析軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

由圖1可以看出，從青貯玉米田耕層（0～20 cm）土壤來看，與對(duì)照（CK）單施化肥相比，化肥配施生物腐熟牛糞（TN1）處理和化肥配施生牛糞（TN2）處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別顯著提高了5.19，2.61 g·kg-1，增幅分別達(dá)26.8%，15.0%，且TN1處理較TN2處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著增加了2.27 g·kg-1，增幅為10.2%;從20～40 cm農(nóng)田土壤剖面來看，不同處理土壤有機(jī)質(zhì)的變化和耕層變化基本一致，處理之間差異均達(dá)到顯著差異水平。

2.2 不同處理對(duì)土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量的影響

從表3可以看出，與對(duì)照（CK）相比，化肥配施生物腐熟牛糞（TN1）和化肥配施生牛糞（TN2）處理，耕層0～20 cm土壤全氮、全磷、堿解氮和有效磷含量均顯著增加，其土壤全氮含量分別增加23.5%，20.4%，全磷含量分別增加18.4%，26.4%，堿解氮含量分別增加44.4%，8.7%，有效磷含量分別增加230.4%，188.3%，土壤速效鉀含量表現(xiàn)為TN2處理顯著降低了15.02 mg·kg-1，降幅為4.8%，而TN1處理則顯著增加了165.22 mg·kg-1，增幅高達(dá)52.9%;從20～40 cm土層來看，不同處理土壤全氮、全磷、有效磷和速效鉀養(yǎng)分變化基本和耕層一致，但堿解氮含量有所差異，表現(xiàn)為TN1處理和TN2處理分別較CK顯著降低了5.7%，16.2%。與TN2處理相比，TN1處理除土壤全磷含量略有降低（6.4%）外，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量增幅在2.5%～60.7%之間。由此可見，化肥配施生物腐熟牛糞和化肥配施生牛糞均顯著提升了耕層土壤速效氮磷養(yǎng)分含量，降低速效氮下移，其中化肥配施生物腐熟牛糞影響最大。

2.3 不同處理對(duì)青貯玉米產(chǎn)量性狀的影響

2.3.1 不同處理對(duì)青貯玉米根系的影響 從表4可以看出，與對(duì)照（CK）相比，生物腐熟牛糞配施化肥（TN1）處理青貯玉米總根投影面積、總根表面積、根平均直徑以及總根體積分別顯著增加了10.7%，10.6%，11.2%，25.8%，生牛糞配施化肥（TN2）處理除青貯玉米總根體積增加了6.9%外，總根投影面積、總根表面積、根平均直徑分別降低了16.31 cm2，51.83 cm2，0.08 mm，降幅分別為8.9%，9.0%，4.3%，其中總根投影面積和總根表面積降幅達(dá)顯著水平;TN1處理青貯玉米總根投影面積、總根表面積、根平均直徑以及總根體積較TN2分別增加了35.89 cm2，112.74 cm2，0.29 cm2，4.84 m3，增幅分別為21.6%，21.6%，16.2%，17.7%，均達(dá)到顯著差異水平。由此可見，與對(duì)照單施化肥相比，生物腐熟牛糞還田對(duì)青貯玉米的根系生長有較好的促進(jìn)作用，但是牛糞未腐熟直接還田不利于青貯玉米的根系生長。

2.3.2 不同處理對(duì)青貯玉米產(chǎn)量的影響 由圖2可知，不同處理生物腐熟牛糞配施化肥（TN1）處理青貯玉米生物產(chǎn)量最高，達(dá)155 626.9 kg·hm-2，較對(duì)照單施化肥青貯玉米生物產(chǎn)量顯著增產(chǎn)42 370.3 kg·hm-2，增幅為37.4%，其次為生牛糞配施化肥（TN2）處理青貯玉米生物產(chǎn)量為121 137.0 kg·hm-2，較對(duì)照增產(chǎn)7 880.4 kg·hm-2，增幅為7.0%，但增幅未達(dá)顯著水平;生物腐熟牛糞配施化肥（TN1）與生牛糞配施化肥（TN2）相比，青貯玉米生物產(chǎn)量顯著增加了34 489.8 kg·hm-2，增幅達(dá)28.5%。由此可見，生物腐熟牛糞配施化肥與對(duì)照單施化肥相比顯著增加了青貯玉米生物產(chǎn)量，但生牛糞與化肥配施青貯玉米生物產(chǎn)量較對(duì)照略有增加，但未達(dá)顯著水平。

3 結(jié)論與討論

有機(jī)肥還田或有機(jī)肥與化肥配施對(duì)農(nóng)田土壤質(zhì)量提升及作物產(chǎn)量品質(zhì)均具有顯著的正效應(yīng)[12-16]。蔣春來等[17]研究表明施用適量有機(jī)肥對(duì)于小麥的蛋白質(zhì)含量、沉降值、干濕面筋的增加有促進(jìn)作用，產(chǎn)量和品質(zhì)的都達(dá)到顯著差異，但是過多的用量并不能繼續(xù)增加小麥的各個(gè)品質(zhì)指標(biāo)。崔榮美等[18]研究結(jié)果表明，15 000，22 500 kg·hm-2有機(jī)肥處理的0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量較對(duì)照分別提高了8.92%，9.85%，施用有機(jī)肥處理0～20 cm土層粒徑>0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量顯著高于對(duì)照，>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量隨有機(jī)肥施用量的增加而增大，從而可以得出施用有機(jī)肥對(duì)土壤理化性質(zhì)具有一定的改善作用。夏立忠等[19]研究表明，牧草生態(tài)系統(tǒng)土壤長期施用牛糞量大于100 m3·hm-2·a-1時(shí)，0～10 cm表層土壤活性鋁含量降低，磷的儲(chǔ)量增加，土壤易溶態(tài)磷含量增高;土壤對(duì)磷的吸附緩沖容量及吸附親和力降低，對(duì)磷的吸附點(diǎn)位數(shù)量也明顯低于施用化肥，尤其是高量施用牛糞（200 m3·hm-2·a-1）的土壤，地表土壤磷容易隨地表徑流遷移;10～30 cm土層也有同樣趨勢，30 cm以下土層沒有明顯差異。李江濤等[20]研究表明，畜禽糞便可通過提高土壤有機(jī)碳含量促進(jìn)土壤孔隙結(jié)構(gòu)形成，與僅施用化肥相比，耕層土壤總孔隙度提高7.50%～21.72%，貯水性能和飽和導(dǎo)水率得到明顯改善。由此可見，多數(shù)研究認(rèn)為牛糞還田技術(shù)對(duì)提高土壤質(zhì)量、改善作物品質(zhì)、提高作物產(chǎn)量均有積極的正面效應(yīng)，這也與本研究生物腐熟牛糞還田處理有相似的結(jié)論。但是將牛糞直接施用，產(chǎn)生熱量，消耗土壤氧氣，導(dǎo)致燒根燒苗，會(huì)引起寄生蟲的卵和病原微生物的傳播。孟安華等[21]研究認(rèn)為，腐熟牛糞或蠐螬處理牛糞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分（除全磷外）均較新鮮牛糞具有一定地增加效果，同時(shí)不同牛糞與尿素混配，新鮮牛糞處理的CO2和NH3釋放量顯著高于腐解牛糞和蠐螬牛糞。Jones等[22]研究指出在增施有機(jī)肥的條件下，其土壤的CO2排放是不施肥料處理的1.6倍，說明新鮮牛糞直接還田對(duì)土壤碳氮損失較高，也對(duì)環(huán)境有較大影響。史振鑫等[23]在東北黑土上用蠐螬處理牛糞、腐解牛糞以及新鮮牛糞對(duì)比研究表明，各牛糞處理中土壤全氮的含量顯著增加，全磷、全鉀的含量也呈現(xiàn)增加的趨勢，其中腐解牛糞對(duì)于提高土壤中的養(yǎng)分效果顯著高于新鮮牛糞，同時(shí)腐解牛糞處理土壤中的速效養(yǎng)分一直維持較高的水平，新鮮牛糞和擠贈(zèng)牛糞處理也在一定程度上提高了土壤中的速效養(yǎng)分。柏彥超等[24]通過蚯蚓消解處理后發(fā)現(xiàn)牛糞中的磷、以及各種有益菌類含量明顯高于新鮮牛糞。本研究表明，生物腐熟牛糞配施化肥和生牛糞配施化肥均可增加表層（0～20 cm）土壤有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀養(yǎng)分含量，生物腐熟牛糞配施化肥較生牛糞配施化肥除土壤全磷含量略有降低外，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量增幅在2.5%～60.7%之間，這與前人的研究結(jié)果也基本相似。

綜上，與對(duì)照常規(guī)化肥（CK）相比，TN1處理顯著增加了土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀養(yǎng)分含量以及青貯玉米根系總根投影面積、總根表面積、根平均直徑和總根體積，同時(shí)青貯玉米生物產(chǎn)量較CK提高了37.4%。TN2處理較CK顯著降低了玉米根系總根投影面積和總根表面積，玉米生物產(chǎn)量與CK沒有顯著差異。TN1與TN2相比前者較后者除土壤有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀養(yǎng)分增加外，也顯著增加了青貯玉米根系形態(tài)特征及生物產(chǎn)量（28.5%）。

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