化肥减量配施菌草牛粪对瘠薄地土壤肥力的影响
作者： 孙德辉 杨恩帅 杜远鹏 高振
摘要 为探索化肥减施条件下菌草和牛粪混合还田对瘠薄地的影响，以常规单施化肥（CK）作为对照，设置菌草+牛粪+25%化肥（T1）、菌草+牛粪+50%化肥（T2）、菌草+牛粪+75%化肥（T3）、菌草+牛粪+100%化肥（T4）4个处理，分析不同处理对土壤理化性状和玉米产量的影响。结果表明，化肥减施配合有机物料显著提高了土壤pH、孔隙度，较CK相比分别增加11.0%～19.0%和8.0%～26.2%，同时降低土壤容重7.5%～30.0%。除T4外，T1、T2、T3处理有机质和总有机碳含量显著增加，分别增加了56%、83%、86%。T4处理土壤全氮、碱解氮和有效磷含量最高，与CK相比分别提高38.3%、47.5%和166.7%。T2处理土壤速效钾和全钾含量最高，与CK相比分别提高593.0%和36.2%。化肥减施配合有机物料还显著提高了土壤脲酶和蔗糖酶活性，与CK相比分别提高了14.71%～75.64%和8.66%～13.81%。相较于CK，T3和T4处理玉米增产显著，分别增加了12.88%和19.63%，T1、T2、T3节本增效均超过1 500元/hm2。总体而言，化肥减施配施菌草、牛粪还田对瘠薄土壤理化性状改良以及玉米增产具有显著效果。该研究结果可为瘠薄地的化肥减量增效提供技术支撑。
关键词 瘠薄地改良；化肥减施；牛粪；菌草；玉米产量
中图分类号 S 156 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2025）02-0157-08
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.02.032
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Effect of Fertilizer Reduction Combined with the Application of Fungi and Cow Manure on Soil Fertility in Barren Land
SUN De-hui， YANG En-shuai， DU Yuan-peng et al
（College of Horticultural Science and Engineering， Shandong Agricultural University， Tai’an ， Shandong 271018）
Abstract In order to explore the effect of fungus mixed with cow manure on the barren land under the condition of fertilizer reduction， conventional single fertilizer （CK） was set as the control， and four experimental treatments were set up： fungus + cow manure +25% fertilizer （T1）， fungus + cow manure +50% fertilizer （T2）， fungus + cow manure +75% fertilizer （T3）， and fungus + cow manure +100% fertilizer （T4）. The effects of different treatments on soil physicochemical properties and maize yield were analyzed. The results showed that fertilizer reduction combined with organic materials significantly increased soil pH and porosity by 11.0%-19.0% and 8.0%-26.2%， respectively， compared with CK， while reducing soil bulk density by 7.5%-30.0%. In addition to T4， the content of organic matter and total organic carbon in T T2 and T3 treatment increased significantly， increasing by 56%， 83% and 86% respectively. The contents of total nitrogen， alkali-hydrolyzed nitrogen and available phosphorus in soil treated with T4 were the highest， which were 38.3%， 47.5% and 166.7% higher than those of CK， respectively. The content of available potassium and total potassium in soil treated with T2 was the highest， which was 593% and 36.2% higher than that of CK， respectively. The activity of urease and sucrase in soil was increased by 14.71%-75.64% and 8.66%-13.81% compared with CK， respectively. Compared with CK， T3 and T4 treatment significantly increased the yield of corn， increased by 12.88% and 19.63%， respectively， and the cost saving and efficiency increase of T T2 and T3 were more than 1 500 yuan/hm2. In general， the reduction of fertilizer application combined with the application of fungi and cow manure to the field had a significant effect on the improvement of physical and chemical properties of the barren soil and the increase of corn production. The results of this study can provide technical support for increasing efficiency of fertilizer reduction in barren land.
Key words Barren land improvement;Fertilizer reduction;Cow manure;Fungus;Maize yield
第二次全国土壤普查数据显示，我国大部分耕地平均肥力水平较低，有机质、全氮、有效磷含量严重缺乏。有机质含量低于0.7%的耕地占全国耕地总面积的10%左右，绝大多数耕地全氮含量低于0.2%，严重缺氮的省份有山东、河北、河南、山西、新疆等，缺磷或严重缺磷的省份有20多个。另外，近年来全国各地农田土壤速效钾含量呈下降趋势，钾素亏缺普遍出现［1］。因此，研究贫瘠土壤改良措施，对提高作物产量具有重要意义。
为了改善土壤瘠薄化增产稳产，我国化肥投入量自20世纪60年代以来，增长了20倍，单位面积化肥施用量位于全球最高水平［2］。但为了保证产量，化肥的施用量往往超出正常的施用范围［3］，导致土壤质量下降、土壤酸化和肥力退化，制约了土壤生产潜力的发挥［4］，已成为制约农林业发展的重要瓶颈。从源头上减少大量元素（N、P、K）的投入量，是减少土壤生态环境污染的重要策略［3］。
有机物料替代化肥是改良土壤和作物增产稳产的重要措施。与单施化肥相比，合理的化肥减量条件下增施有机物料不仅能提升肥料利用率、提高土壤养分和酶活性，还能够改善土壤结构，促进作物根系对养分的吸收与利用，从而有利于作物生长发育［5-6］。在秸秆条状还田下，化肥减量配施有机肥可以增加土壤中有机碳和速效氮、磷、钾含量，实现玉米增产增收［7］。秸秆还田增产效果显著，其中秸秆+牛粪还田的增产效果最明显，与对照相比增产6.43%～29.82%［8］。但也有研究表明，长期进行化肥减施可能会扰乱土壤有机碳储量和碳矿化两者的动态平衡，进而影响土壤肥力［9］。因此，探索适合的减施化肥梯度且寻找适宜的可替代化肥的物料，是保持农业可持续发展和改善农业大田生态环境的重要研究方向。
“巨菌草”和“绿洲一号”系禾本科（Gramineae）狼尾草属（Pennisetum Rich.）植物，是国家菌草工程技术研究中心林占熺教授引进并改良培育出的一种新型牧草。“巨菌草”适于冬季最低温度大于0 ℃的区域种植。“绿洲一号”抗寒性很强，在冬天最低温度-22 ℃以上的地区可越冬成活。 “绿洲一号”第一年平均年产鲜草45～75 t/hm2，第二年以后进入丰产期，年产鲜草135～225 t/hm2，可连续收获20年。研究表明，在荒坡地种植巨菌草，可增加土壤微生物群落功能多样性，在一定程度上提高土壤肥力，其中3年生菌草的土壤有机质含量比对照高98.20%，荒坡地种植菌草能产生一定的生态正效应［10］。“巨菌草”和“绿洲一号”根际土真菌群落多样性与丰富度均高于非根际土，且“绿洲一号”根际土真菌群落多样性与丰富度略高于“巨菌草”根际土真菌群落多样性与丰富度［11］。
菌草巨大的生物量在土壤快速改良中具有潜在的应用价值。截至目前，尚没有针对菌草进行还田开展土壤培肥的相关研究。牛粪作为我国产量巨大、亟待资源化处理的动物粪便，研究其应用对缓解动物粪便造成的环境污染以及对土壤污染的修复具有重要意义［12］。笔者通过在瘠薄地中设置不同梯度的化肥减施措施，并添加菌草和牛粪2种有机物料还田，分析了对瘠薄地土壤容重、孔隙度、团粒结构、有机质、总有机碳、养分、酶活性以及玉米产量等方面的影响，探索菌草和牛粪还田应用推广的可能性，为农业废弃物在大田中的合理利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2023年在山东省临沂市费县（地理坐标为117°36′～ 118°18′E、35°～ 35°33′N）进行，该地位于山东省中南部，属于温带季风气候，年平均气温为13.6 ℃，年均降水量189.0 mm。
1.2 试验设计
玉米播种前进行整地，设计5个处理：①常规复合肥750 kg/hm2（CK）；②菌草+牛粪+25%常规复合肥（T1）；③菌草+牛粪+50%常规复合肥（T2）；④菌草+牛粪+75%常规复合肥（T3）；⑤菌草+牛粪+100%常规复合肥（T4）。全生育期各处理田间管理同一般大田管理，拔节期均追肥一次，尿素450 kg/hm2。试验小区面积 667 m2，随机排列，3次重复。
秸秆+牛粪还田处理：将菌草秸秆粉碎成5～10 cm的小段后进行腐熟，菌草还田量为15 t/hm2，牛粪为当地农户自产，施用量为6 m3/hm2，菌草混合牛粪机械翻埋入土，深度为25 cm。
1.3 样品采集与测定
于 2023年10月随机采集各处理0～20 cm的土壤带回，在阴凉处风干，碾碎过0.3 mm孔径筛出备用，用于测定土壤数据。土壤pH采用电位法测定，土壤容重和孔隙度采用环刀法测定，土壤有机质和总有机碳采用重铬酸钾容量法-稀释热法测定；全氮使用凯氏定氮仪测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷和全磷采用钼-锑-抗比色法测定，速效钾和全钾采用火焰光度法测定；土壤脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定，土壤蔗糖酶采用 5-二硝基水杨酸比色法测定。