有机肥与中微量元素水溶肥联合施用对作物产量的影响研究

作者: 丁柏泉

有机肥与中微量元素水溶肥联合施用对作物产量的影响研究0

摘 要:为实现肥料施用效益的最大化,同时减小环境负担,以小麦和玉米为试验对象,对比常规施用复合肥和配施有机肥与中微量元素肥料对土壤、作物产量的影响,并评估不同施肥方案的可持续性。试验结果表明,联合施用有机肥与中微量元素水溶肥可提高土壤有机质质量分数、农作物产量和农作物生长速度。因此,值得在小麦和玉米生产中推广应用有机肥与中微量元素水溶肥联合施用技术。

关键词:有机肥;中微量元素水溶肥;联合施用;农作物产量

中图分类号:S141;S143.7 文献标志码:B 文章编号:1674-7909(2024)14-87-4

DOI:10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.14.019

0 引言

在现代农业生产实践中,为实现作物产量的持续和有效提升,采用科学的肥料施用策略显得尤为重要。有机肥与中微量元素水溶肥作为2种主要的肥料类型,在提升农作物产量方面展现出巨大的潜力。施用有机肥不仅能改善土壤结构,增加土壤有机质含量,还能提高土壤微生物活性,从而提高作物产量和品质[1]。中微量元素水溶肥则通过补充作物生长必需的物质,直接影响作物的营养吸收和代谢过程,促进作物生长发育[2]。但目前相关机构与科研人员对有机肥和中微量元素水溶肥联合施用的研究较少。基于此,以小麦和玉米为试验对象,对比常规施用复合肥和有机肥与中微量元素肥料配施对土壤、作物生长及产量的影响,为生产实践提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点为某农业试验站。该地区平均年降雨量为1 200 mm,年平均温度为22 ℃。

1.2 试验材料

选定小麦和玉米为试验对象。这两种作物在全球范围内广泛种植,且对肥料反应敏感。试验用肥料包括常规复合肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=15∶15∶15]、有机肥(以牛粪为主,含有30%干重的有机物)和中微量元素水溶肥(含0.10%铜、0.05%硼、0.05%锌和0.01%钼)。

1.3 试验设计

施肥设2个主要试验组与1个对照组。对照组仅施用常规化学肥料(复合肥),每公顷施用250 kg。试验组一混合施用有机肥和中微量元素水溶肥,每公顷施用有机肥5 t、中微量元素水溶肥10 kg。试验组二在每公顷施用有机肥5 t的基础上,增加中微量元素水溶肥施用量至每公顷20 kg。对照组常规化学肥料在播种前整地时施入;试验组一和试验组二有机肥在播种前整地时施入,中微量元素水溶肥在小麦和玉米播种后每隔30 d施入1次。试验各处理设5次重复,以增强结果的统计可靠性。

小麦与玉米均在春季播种,确保充分利用自然降水和温度条件。小麦种植密度为每公顷播种150 kg,行距为25 cm;玉米种植密度为每公顷约6万株,行距为60 cm,株距约为28 cm。

1.4 数据收集与分析方法

试验主要收集土壤理化指标和作物生长数据。土壤样本的采集采用随机区组设计,共设置15个采样点。采集土壤样本深度为0~30 cm,使用土壤钻取样,并在试验开始前、每次施肥后30 d及收获期进行采样,确保数据的时序性完整和对比性可靠。

在土壤理化性质方面,重点关注土壤有机质质量分数和土壤微生物活性变化情况。采用重铬酸钾氧化法测定土壤有机质质量分数。该方法通过将土壤样本与重铬酸钾在酸性条件下反应,通过测定消耗的重铬酸钾量来估计有机质的含量。使用自动碳通量测量系统(LI-COR土壤CO₂通量系统)连续监测土壤呼吸率[3]。该系统通过封闭土壤表面,测量一定时间内CO₂浓度的增加量,从而计算出CO₂的释放率。采用以对硝基苯基-β-D-葡萄糖苷(p-Nitrophenyl-β-D-Glucopyranoside,pNPG)为底物的比色法测定β-葡萄糖苷酶活性[4]。在酶的作用下,pNPG分解产生对硝基苯酚,其在一定波长下的吸光度与酶活性直接相关。在作物生长数据收集方面,重点关注作物植株的生长速度和产量。利用数字测高仪,在收获前测定小麦和玉米的植株高度;在小麦和玉米收获期,分别进行实打实收,并测算其产量。

在统计分析方法上,数据初步处理采用Excel 2019,采用Tukey HSD(最小显著差异)测试来确定处理间的差异显著性。

2 试验结果分析

2.1 土壤理化性质的变化

2.1.1 土壤有机质质量分数的变化

根据试验结果,试验开始前后土壤有机质质量分数变化情况如表1所示。

在试验开始前,3个试验组的土壤有机质质量分数均为2.0%。在作物整个生长季结束时(施肥周期结束),再次检测土壤有机质质量分数,对照组的土壤有机质质量分数略有增加,从2.0%提高到2.1%,但这种变化在统计上并不显著;试验组一的土壤有机质质量分数显著增加,从2.0%增至2.8%,显示有机肥与中微量元素水溶肥配施对提高土壤有机质质量分数具有明显效果;试验组二的土壤有机质质量分数从2%增加到了3.2%,表明增加中微量元素水溶肥的施用量能促进土壤有机质的积累。

通过进一步统计分析发现,试验组一和试验组二的土壤有机质质量分数增加与对照组相比具有高度统计显著性(P < 0.01),试验组二与试验组一相比也显示出显著差异(P < 0.05),表明增加中微量元素水溶肥的施用量在提升土壤有机质含量方面具有额外的效益。

2.1.2 土壤微生物活性的变化

为了详细评估有机肥与中微量元素水溶肥联合施用对土壤微生物活性的影响,试验以土壤呼吸率和β-葡萄糖苷酶活性作为主要测量参数。根据整个生长季的定期测定结果,土壤微生物活性变化情况如表2所示。

在试验开始前,所有处理组的土壤微生物活性基本一致,土壤呼吸率均为0.004 6 µmol·m-2·s-1,β-葡萄糖苷酶活性均为0.8 µmol·g-1·h-1(每克土壤每小时产生的产物的微摩尔数),表明初始的微生物活性水平较低[4]。在试验结束时,对照组的土壤微生物活性略有提高,其土壤呼吸率增至0.005 5 µmol·m-2·s-1;试验组一的土壤呼吸率显著提升,最终达到0.010 7 µmol·m-2·s-1,表明有机肥与中微量元素水溶肥的联合施用显著促进了土壤微生物活性的增强;试验组二的土壤呼吸率增至0.013 8 µmol·m-2·s-1,表明增加中微量元素水溶肥的施用量进一步加强了土壤微生物活性。β-葡萄糖苷酶活性是反映土壤微生物分解有机质能力的一个重要指标[5]。对照组的β-葡萄糖苷酶活性从试验开始的0.8 µmol·g-1·h-1增至1.0 µmol·g-1·h-1,试验组一的β-葡萄糖苷酶活性增至2.5 µmol·g-1·h-1,而试验组二达到了3.5 µmol·g-1·h-1。

2.2 农作物生长情况对比

2.2.1 生长速度情况

对小麦和玉米这2种作物在不同施肥处理下的平均生长速度进行了比较,结果如表3所示。

试验数据显示,从播种到收获期,对照组小麦的生长速度平均为0.71 cm/d,而试验组一小麦平均生长速度提升至0.75 cm/d,试验组二进一步增至0.76 cm/d;对照组玉米的生长速度为1.9 cm/d,试验组一提升至2.2 cm/d,试验组二达到2.5 cm/d。通过方差分析,发现试验组一和试验组二的作物生长速度与对照组相比存在显著差异(P<0.05),且试验组二的作物生长速度也显著高于试验组一(P<0.05)。这一结果表明,有机肥与中微量元素水溶肥联合施用提高了作物的生长速度,增加中微量元素水溶肥施用量能进一步促进作物生长。

2.2.2 产量提升情况

在作物成熟后进行实打实收,测算单位面积平均产量,详见表4。试验结果表明,对照组小麦平均产量为6.0 t/hm2,试验组一的产量提升至6.2 t/hm2,试验组二产量进一步提高至6.4 t/hm2;对照组玉米产量为8.0 t/hm2,试验组一的产量增加至9.5 t/hm2,试验组二产量达到了10.5 t/hm2。

通过方差分析,得出试验组一和试验组二的产量与对照组相比存在显著差异(P < 0.01),且试验组二的产量显著高于试验组一(P < 0.05)。这一结果表明,有机肥与中微量元素水溶肥联合施用显著提高了作物的产量,且适量增加中微量元素水溶肥的施用能进一步提升作物产量[5]。

3 讨论

3.1 土壤改良与作物产量的关系

土壤改良主要通过增加土壤有机物质含量来实现,有机肥的施用显著提升了土壤有机质水平。有机质是土壤肥力的基石,不仅可以增加土壤的孔隙率,改善土壤的物理结构,而且能提高土壤保水能力,还能通过提供碳源提高微生物活性和多样性。这些微生物在土壤养分循环中扮演关键角色,微生物活动直接影响养分的有效性和作物对养分的可利用性。有机质的增加还有助于缓解土壤板结,促进作物根系发育,从而增强作物对水分和养分的吸收效率。中微量元素水溶肥则需要根据作物生长实际进行补充。即使是极微量的元素缺乏,也会限制作物的生长发育。例如,缺锌或缺铁会直接影响作物的光合作用和其他代谢过程。在此试验中,补充这些关键的中微量元素,使作物的生长速度和最终产量明显提升。

3.2 不同施肥策略的综合比较

对照组施用传统化学肥料导致土壤有机质含量不足和土壤微生物活性不高。相比之下,试验组一配施有机肥和中微量元素水溶肥不仅增加了土壤有机质含量,增强了土壤中的微生物活性,还有效提高了作物产量。试验组二进一步增加中微量元素水溶肥的施用量,对作物生长和产量有更大的促进作用。但施用过量的水溶肥可能导致土壤重金属积累,对环境和作物安全构成潜在威胁[6]。因此,需要根据土壤特性和作物需求精确调整施肥策略,以避免过量施用造成的风险。

3.3 有机肥和中微量元素水溶肥长期联合施用的可持续性讨论

从试验结果来看,有机肥和中微量元素水溶肥的联合施用显著提高了土壤的有机质含量,增强了土壤微生物活性。然而,需要注意的是,水溶肥的长期大量施用可能导致土壤重金属含量升高。因此,必须严格监控土壤和作物中微量元素水平,以避免长期施用引发的环境风险。在现代农业发展中,经济可持续性也是必须考虑的关键因素[7]。尽管购买有机肥和特定中微量元素水溶肥的初期投入较高,但长期来看,通过提高作物产量和品质、减少化学肥料和农药的使用,可以实现经济效益的提升。

4 结束语

有机肥与中微量元素水溶肥的联合施用,不仅可以促进作物的生长,还显著增加了土壤中的有机质含量,提高了土壤肥力,增强了其对抗环境压力的能力,可为作物提供更优良的生长环境。施用中微量元素水溶肥能够促进植物生理过程中关键活性物质功能的充分发挥和产品品质提升[8-11],这是传统单一施用化学肥料所无法达到的。在长期视角下,有机肥与中微量元素水溶肥联合施用不仅能促进土壤有机质质量分数、农作物产量、农作物生长速度的提升,而且具有显著的可持续性。

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(栏目编辑:姜春艳)

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