化肥減量配施園林廢棄物堆肥對玉米生長和土壤肥力的影響

劉海鑫 何建清 徐東 韓振 葛彥宏 張格杰

摘要：為探究化肥減量配施園林廢棄物堆肥對玉米生長和土壤肥力的影響，試驗設6個處理：不施肥（CK）、單施化肥（NP100）、單施園林廢棄物堆肥（BF100）、化肥減量10%+園林廢棄物堆肥增施10%（NP90BF110）、化肥減量30%+園林廢棄物堆肥增施30%（NP70BF130）、化肥減量50%+園林廢棄物堆肥增施50%（NP50BF150）。結果表明，與NP100相比，NP90BF110對植株生長效果最好，株高、莖粗、根長、根體積、植株鮮重、植株干重分別增加了39.31%、55.34%、13.82%、101.65%、176.38%、216.69%；與NP100相比，NP70BF130土壤肥力綜合效果最好。細菌、真菌、放線菌數量分別增加了43.31%、63.92%、18.15%，細菌/真菌、放線菌/真菌比值有所降低，有機質含量為9.42 g/kg，全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別提高了30.00%、5.85%、5.77%、45.63%、8.64%、24.46%。研究表明，與單施化肥相比，化肥減量配施適當比例園林廢棄物堆肥，能夠促進玉米的生長，增加葉片葉綠素含量、土壤氮磷鉀含量、土壤孔隙度、土壤持水量、微生物數量、EC值，降低土壤pH值、土壤容重等。本研究結果可為園林廢棄物堆肥用作農用有機肥提供參考。

關鍵詞：化肥減量；玉米；園林廢棄物堆肥；土壤肥力

中圖分類號：S513.06? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）06-0256-09

收稿日期：2023-05-07

基金項目：西藏自治區重點科技項目（編號：XZ202001ZY0019N）；西藏農牧學院研究生創新計劃（編號：YJS2022-49、YJS2022-45）。

作者簡介：劉海鑫（1998—），女，山西臨猗人，碩士研究生，主要從事園林廢棄物資源化利用研究。E-mail：2426745174@qq.com。

通信作者：何建清，碩士，教授，碩士生導師，主要從事微生物資源與微生物肥料研究。E-mail：hejianqingxz@163.com。

玉米是中國三大糧食作物（水稻、小麥和玉米）之一，兼具糧食、蔬菜、經濟、能源功能，在我國工業和農業經濟發展中發揮著重要作用，同時也是西藏林芝地區最重要的糧食作物之一^[1-2]。隨著種植面積的不斷增加，每年都會使用越來越多的化肥來提高玉米的產量，但同時也帶來了化肥利用率低、養分流失多等問題^[3]，造成土壤板結、酸化、碳氮比失衡等，導致土壤病害泛濫，環境污染嚴重^[4-5]。近年來，國家高度重視因過量使用化肥而導致的農田土壤污染等問題，出臺了各種政策，如實施有機肥替代行動，旨在減少化肥的使用量，提高化肥的使用效率^[6-11]。一些研究表明，將園林廢棄物堆肥與化肥配合使用，不僅可以滿足土壤肥料和常規作物生產的養分需求，還可以充分利用自然資源，調節土壤結構，保護土壤環境和生態系統，提高土壤保肥能力，促進農業的可持續發展^[12-14]。余韻等通過田間施肥試驗表明，在土壤中施加園林廢棄物堆肥對于高楸樹苗木生長指標和葉綠素含量有顯著影響，并在一定程度上提高了高楸苗木養分含量和濃度^[15]。賀坤等將園林廢棄物堆肥與煙氣脫硫石膏按不同比例混合后施于濱海鹽堿地，顯著降低了濱海鹽堿地的pH值和全鹽含量，增加了土壤養分和有機質含量，提高了地上植物生物量^[16]。連鵬等在土壤中施加園林廢棄物堆肥，能調節土壤微生物群落，提高土壤微生物活性^[17]。園林廢棄物堆肥具有容重低、孔隙度高、有機質含量高、氮磷鉀元素含量高等優點。目前，在花卉栽培、林木容器育苗和屋頂綠化基質材料中使用園林廢棄物堆肥作為泥炭的替代品已被廣泛研究^[18-21]，但其在農作物生產中的應用仍然較少。為此，本研究以玉米為對象，通過盆栽試驗，探討化肥減量配施園林廢棄物堆肥不同施用水平對玉米生長及土壤肥力的影響，并運用隸屬函數法對玉米生長指標進行綜合評價，篩選出適宜玉米生長的配方，為園林廢棄物堆肥今后在農作物生產中的應用提供理論依據和技術參考。

1? 材料與方法

1.1? 供試材料

供試的玉米種子品種為糯加甜2000。土壤為西藏自治區林芝市米瑞鄉農田土，土壤理化性質為：pH值7.77、有機質含量2.99 g/kg、全氮含量0.17 g/kg、全磷含量1.47 g/kg、全鉀含量 15.86 g/kg、堿解氮含量24.09 mg/kg、速效磷含量5.70 mg/kg、速效鉀含量90.19 mg/kg；施用化肥，尿素：總氮含量≥46.0%、過磷酸鈣（有效磷P₂O₅含量≥12.0%）、水溶性磷（P₂O₅含量≥7.0%）、硫（S含量≥8.0%）；園林廢棄物堆肥的理化性質：pH值7.54、含水量31.24%、有機質含量264.14 g/kg、全氮含量 9.35 g/kg、全磷含量1.86 g/kg、全鉀含量 19.97 g/kg、堿解氮含量521.98 mg/kg、速效磷含量658.10 mg/kg、速效鉀含量4 291.56 mg/kg。

1.2? 試驗設計

采用盆栽試驗，設置6個處理：不施肥（CK）、單施化肥（NP100，尿素1.20 g/盆、過磷酸鈣 1.80 g/盆）、單施園林廢棄物堆肥（BF100，園林廢棄物堆肥60 g/盆）、化肥減量10%+園林廢棄物堆肥增施10%（NP90BF110，尿素1.08 g/盆、過磷酸鈣1.62 g/盆、園林廢棄物堆肥66 g/盆）、化肥減量30%+園林廢棄物堆肥增施30%（NP70BF130，尿素0.84 g/盆、過磷酸鈣1.26 g/盆、園林廢棄物堆肥78 g/盆）、化肥減量50%+園林廢棄物堆肥增施50%（NP50BF150，尿素0.60 g/盆、過磷酸鈣 0.90 g/盆、園林廢棄物堆肥90 g/盆）。每個處理3次重復，共計18組處理。供試盆缽的上口徑為 30 cm，下口徑為17 cm，高為17 cm，每盆裝入土壤 6 kg。用10%次氯酸鈉進行玉米種子消毒處理，將消毒好的種子置于25 ℃進行48 h的催芽，挑選萌發一致的玉米種子進行種植，每盆種植4株。60 d后取植株和盆中土壤樣品測定各指標。

1.3? 測定指標及方法

采用卷尺測量植株株高、根長；游標卡尺測量莖粗；根體積采用排水法測定；植株生物量采用烘干法測定；植株光合色素含量采用紫外分光光度計^[22]測量；土壤理化性質參照《土壤農化分析》中的方法^[23]進行測定。采用pH計測定土壤pH值；電導率儀測定土壤EC值；烘干法測定土壤含水量；土壤容重、孔隙度采用環刀法測定；重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質含量；凱氏定氮儀測定土壤全氮、堿解氮含量；鉬銻抗比色法測定土壤全磷、速效磷含量；火焰分光光度計測定土壤全鉀、速效鉀含量。土壤細菌、放線菌及真菌數量分別于LB培養基、高氏一號培養基、PDA培養基采用平板計數法^[24]測定。

1.4? 數據分析

數據均采用Excel軟件進行整理和作圖，SPSS軟件進行ANOVA方差分析，多重比較（LSD，α=0.05）。

2? 結果與分析

2.1? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對玉米生長的影響

由表1可知，和CK、NP100處理相比，化肥減量配施園林廢棄物堆肥均可以提高玉米生長指標，且與CK、BF100處理之間差異性顯著（P<0.05）。株高分別較CK、NP100增加了131.23%～136.90%、35.98%～39.31%，其中，NP90BF110處理效果最好，其次是NP50BF150處理，NP50BF150處理相較于CK、NP100分別增加了131.77%、36.30%；不同施肥處理莖粗整體趨勢為NP90BF110>NP50BF150>NP70BF130>BF100>NP100>CK，NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150處理分別較CK、NP100處理增加143.65%、131.98%、135.28%，55.34%、47.90%、50.00%；減量化肥配施園林廢棄物堆肥處理玉米根長分別較CK、NP100、BF100增加了68.86%～78.94%、7.40%～13.82%、23.25%～30.61%；NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150根體積分別較CK、NP100增加了404.13%、425.00%、480.00%，101.65%、110.00%、132.00%。

2.2? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對玉米生物量的影響

由圖1可知，化肥減量配施園林廢棄物堆肥可增加玉米的生物量。和CK、NP100處理相比較，NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150處理玉米植株鮮重分別增加932.08%～1 012.16%、172.71%～193.86%，其中，NP50BF150處理效果最好，其次為NP90BF110處理，NP90BF110處理分別較CK、NP100處理增加945.99%、176.38%；和CK、NP100處理相比較，玉米植株干重分別增加了1 822.61%～1 984.35%、211.41%～237.61%，整體趨勢為NP50BF150>NP90BF110>NP70BF130>BF100>NP100>CK，減量化肥處理植株鮮重、干重以及含水量與CK、NP100、BF100處理之間差異性顯著（P<0.05）。

2.3? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對玉米光合色素的影響

由表2可知，化肥減量配施生物園林廢棄物堆肥提高了玉米葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量，單施化肥相較于單施園林廢棄物堆肥更容易提高玉米葉片內光合色素的含量。NP70BF130處理葉綠素a含量相較于其他處理差異性顯著（P<0.05），NP70BF130處理葉綠素a、葉綠素b含量相較于CK、NP100處理分別增加了175.19%、278.63%，6.73%、17.54%；減量化肥處理類胡蘿卜素含量相較于CK、BF100處理差異性顯著（P<0.05），NP90BF110、NP70BF130處理類胡蘿卜素含量相較于CK、BF100處理分別增加了109.52%、94.71%、79.19%、66.52%；總葉綠素含量整體趨勢為NP70BF130>NP50BF150>NP90BF110>NP100>BF100>CK；NP70BF130處理相較于其他處理差異性顯著（P<0.05）；相較于CK、NP100處理總葉綠素含量分別增加了192.3%、8.87%。不論化肥減量還是園林廢棄物堆肥增量都需要適量才有利于促進玉米的光合能力，提高光合色素總量，最終實現增產提質的效果。

2.4? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對玉米根際土壤微生物量的影響

由表3可以看出，施用化肥和園林廢棄物堆肥均可促進土壤中微生物數量的增加。NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150與CK相比，細菌數量分別提高了152.82%、167.06%、136.50%。增施相應量園林廢棄物堆肥相較于其他處理提高了土壤中真菌的數量，NP70BF130與CK、NP100、BF100相比真菌數量分別顯著增加224.93%、63.92%、102.40%；NP50BF150與CK、NP100、BF100相比真菌數量分別增加202.67%、52.69%、88.54%；化肥減量50%降低了土壤中真菌的數量；增加園林廢棄物堆肥與單施化肥相比對于放線菌的數量影響不大，與CK相比較具有顯著差異（P<0.05），NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150與CK相比放線菌數量分別顯著增加162.37%、151.53%、130.17%；BF100與NP100相比放線菌數量降低了33.60%；B/F、A/F值越大表明土壤健康性越高，對于土壤土傳病害的抗病性就越強，單施園林廢棄物堆肥增加了B/F值，但化肥減量配施園林廢棄物堆肥使得B/F、A/F值下降，降低了土壤抗病性。

2.5? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對土壤物理性質的影響

由表4可知，施加化肥、園林廢棄物堆肥均可顯著降低土壤容重，顯著增加土壤孔隙度（P<0.05），與CK、NP100處理相比較，玉米土壤容重分別降低了15.18%～17.86%、12.84%～15.60%；孔隙度能很好地反映基質的通氣和水分平衡狀況，水氣孔隙比能夠反映基質間水和氣的狀態，如果水氣孔隙比大，說明基質持水量大，貯水力強，通氣性就弱；反之，持水量小，貯水力弱，通氣性就強。和CK、NP100處理相比較，化肥減量配施園林廢棄物堆肥玉米土壤孔隙度分別增加了11.48%～13.18%、8.82%～10.48%；減量化肥處理與CK、NP100處理相比土壤通氣孔隙差異性顯著（P<0.05），NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150與CK相比分別增加了22.18%、23.57%、22.46%；與CK、NP100處理相比持水孔隙分別增加6.00%～9.12%、5.18%～8.28%。土壤水氣孔隙比整體趨勢為CK>NP100>NP90BF110>NP50BF150>NP70BF130>BF100；施加園林廢棄物增加了土壤通氣性。園林廢棄物堆肥替代部分化肥提高了土壤的透氣性和保水能力，能夠減少植物在生長過程中受干旱脅迫的影響程度。

2.6? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對土壤基本化學性質的影響

pH值是影響植物生長和養分吸收的重要環境因素之一，過高或過低會嚴重影響作物的生長和品質。如圖2所示，施加園林廢棄物堆肥可以降低土壤pH值，并且隨著化肥減量的增多和有機質含量的增加pH值呈現下降趨勢并逐漸趨于中性。

EC值是基質浸提液中可溶性鹽濃度指標，反映基質中可溶性養分含量，EC值過高會構成滲透逆境導致植物鹽害。有研究認為，理想基質EC值≤2 600 μS/cm，適量的園林廢棄物堆肥可以增加土壤的電導率，但化肥減量過多即使施加相應的園林廢棄物堆肥也會造成電導率的下降；EC值的整體趨勢為NP90BF110>NP70BF130>NP50BF150>BF100>NP100>CK，CK處理與減量化肥處理差異顯著（P<0.05），與CK、NP100相比NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150電導率分別增加了72.51%、66.05%、50.14%，51.95%、46.26%、32.25%；且BF100與NP100相比顯著增加8.22%。說明園林廢棄物堆肥能提供更多的可溶性鹽方便植物吸收利用，有利于植物的生長。

2.7? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對土壤有機質和養分含量的影響

由表5可知，施加化肥、園林廢棄物堆肥以及減量化肥配施園林廢棄物堆肥整體顯著提高了根際土壤有機質和土壤養分的含量，除CK外其余處理之間有機質含量差異不顯著（P<0.05），與CK相比化肥配施園林廢棄物堆肥有機質含量增加92.42%～98.32%；有機質、全磷和速效鉀含量均隨減增配比的增大呈先升高后降低的趨勢，即減增配比為30%時效果相對較好；NP70BF130、NP50BF150處理全氮含量分別較CK、NP100增加了116.67%、133.33%、30.00%、40.00%；全磷含量的整體趨勢為BF100>NP70BF130>NP90BF110>NP100>NP50BF150>CK；化肥減量配施生物園林廢棄物堆肥處理與NP100相比差異不顯著，NP90BF110、NP70BF130相較于CK全磷含量增加43.84%、48.63%；和CK、NP100處理相比較，土壤全鉀含量分別增加47.43%～59.76%、5.77%～14.62%，其中，NP50BF150處理效果最好，其次為NP90BF110處理；隨著化肥減量的增多堿解氮含量逐漸下降，NP90BF110、NP70BF130相較于CK、NP100堿解氮含量分別增加262.36%、247.22%，51.98%、45.63%；NP90BF110、NP70BF130、NP50BF150速效磷含量較CK、NP100分別增加52.78%、50.43%、71.37%，10.34%、8.64%、23.77%；和CK、NP100處理相比較，土壤速效鉀含量分別增加32.77%～51.80%、8.86%～24.46%。以上結果表明，減量化肥配施園林廢棄物堆肥可顯著提高根際土壤速效養分的含量。

2.8? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥土壤物理與化學性質相關性分析

研究化肥減量配施園林廢棄物堆肥的肥力特征，對植株生長指標與土壤微生物以及土壤理化性質之間的關系進行分析，揭示它們之間的相互作用以及影響。由圖4可知，植株生長指標、葉綠素含量與土壤微生物數量相關性顯著且均為正相關；且與土壤物理性質相關性顯著；植株生長指標與土壤pH值、EC值、有機質含量、全鉀含量、堿解氮含量、速效磷含量等土壤化學性質相關性顯著。

2.9? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對土壤影響的綜合評價分析

本研究選用土壤容重、孔隙度、pH值、EC值、有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量作為肥力指標，進行土壤肥力綜合評價，計算分肥力系數，采用主成分分析計算各因子對土壤肥力影響的次序，主因子的權重則根據特征值的累計貢獻率來確定。土壤肥力特征的主成分特征值如表6所示，第1主成分的方差貢獻率最大，達到了69.48%，是主要的分析成分，為第2主成分的3.18倍。通過求和，前2個主成分的累計方差貢獻率為91.33%。第1主成分除容重、pH值外其余特征向量呈現正值，與主成分保持一致，第1主成分增大，土壤肥力提高。而第2主成分中權重系數較低，甚至孔隙度、EC值、堿解氮含量出現了負值，第2主成分因貢獻率較小，僅作為參考（表7）。土壤肥力的綜合評價（表8）得出，減量化肥增施相應量的園林廢棄物堆肥有利于土壤肥力的提高，但增施過多會導致土壤肥力下降。

3? 討論

3.1? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對玉米植株生長指標的影響

本研究中化肥減量配施園林廢棄物堆肥有助于生長指標的增加，但隨著化肥減量和有機肥施用量的增多，玉米株高整體呈下降趨勢，這是由于施肥過量超過了植株吸收需求，降低了肥料的利用率，影響植株生長。這與王赫等的研究結果^[25-26]一致，其研究表明，化肥減施、有機肥配施均能顯著促進辣椒生長，提高辣椒植株的株高、開展度和辣椒果實產量。施全勇等研究表明，用生物有機肥代替化肥的施肥方式可以降低化肥的施用量，有利于番茄果實的生長和品質的提高^[27]。本研究結果表明，化肥減量配施園林廢棄物堆肥有助于光合色素的增加，但化肥減量過多使得光合色素含量下降，NP50BF150處理總葉綠素含量有所下降，這是由于植株光合作用與氮素供應水平關系密切，化肥減量過多導致氮素供應不足造成植株光合作用下降，適量增施氮肥和有機肥可增強植株光合作用，且利于延緩葉片衰老?；蕼p量配施園林廢棄物堆肥可以促進光合產物向生殖器官輸送，增加了玉米生物量，生物量是作物光合作用的產物，這與侯麗麗等的研究結果^[28]一致。李春喜等研究發現，有機肥處理可顯著提高小麥干物質積累量（除成熟期外）^[29]。

3.2? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對玉米土壤微生物的影響

土壤微生物是土壤生態系統的重要組成部分，是評價土壤肥力的重要指標^[30]。本研究結果表明，化肥減量配施園林廢棄物堆肥增加了土壤微生物的數量，這與宋以玲等的研究結果^[31]一致。研究表明，生物有機肥不僅能提供微生物生長繁殖所需的有機營養物質，而且含有大量的功能菌，對土壤土著微生物有一定的活化作用。但減量化肥處理 B/F、A/F比值有所降低，這與王寧等的研究結果^[32]相矛盾，這與土壤中微生物生長對有機養分的不同需求有關，園林廢棄物堆肥中的大量微生物可以分解和釋放土壤中的有機質和礦物質，改善土壤性質，刺激土壤真菌的生長和繁殖。田夏瓊等的研究表明，在短期內增施適量的有機肥可以造成土壤細菌群落和功能的改變^[33]。

3.3? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對玉米土壤理化性質的影響

本研究表明，化肥減量配施園林廢棄物堆肥可以降低土壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤的透氣性和保水能力，與以往的研究結果^[34]一致。原因是生物有機肥含有豐富的有機質，生物有機肥中的有機質進入土壤發生分解和轉化作用，形成多糖和腐殖質等松軟、多孔物質，增加土壤孔隙度，進而降低土壤容重^[35-36]。如克艷木·買提·司地克等的研究表明，相比于單施化肥，化肥配施生物有機肥能夠提高土壤大團聚體含量，可改善梨園土壤結構^[37]。劉麗媛等研究發現，氮肥配施有機肥能降低土壤容重^[38]。

化肥減量配施園林廢棄物堆肥可以降低土壤pH值，提高土壤EC值，與戴良香等的研究結果^[39-41]一致?；蕼p量配施園林廢棄物堆肥均能增加土壤中有機質、氮、磷、鉀含量，這與邱吟霜等的研究結果^[42-43]相似。主要是因為有機肥含有大量有機質且有機質分解產生氮、磷、鉀等養分，與單施化肥相比，化肥減量配施園林廢棄物有機質含量有所降低，主要是因為有機肥可通過提高功能細菌的活性來加快分解土壤外源有機質而達到釋放氮、磷、鉀的功效，同時活化土壤中難溶態氮、磷、鉀等養分能夠長效提供作物所需養分^[44-45]。

4? 結論

4.1? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對玉米植株生長指標的影響

化肥減量配施園林廢棄物堆肥較單施化肥可增加玉米的株高、莖粗、根長、根體積、玉米鮮重、干重，分別提高了35.98%～39.31%、47.90%～55.34%、7.40%～13.82%、101.65%～132.00%、172.71%～193.86%、211.41%～237.61%，其中株高、莖粗、根長增加最好的是NP90BF110處理，根體積、植株鮮重和干重增加最好的是NP50BF150處理，總葉綠素含量提高了0.62%～8.87%，整體趨勢為NP70BF130>NP50BF150>NP90BF110>NP100>BF100>CK。

4.2? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對玉米土壤微生物的影響

化肥減量配施園林廢棄物堆肥較單施化肥可增加玉米土壤微生物數量。和單施化肥比較，細菌、真菌、放線菌數量分別增加26.91%～43.31%、33.53%～63.92%、8.12%～23.25%，其中細菌數量、真菌數量增加最多的為NP70BF130處理、放線菌數量增加最多的為NP90BF110處理。

4.3? 化肥減量配施園林廢棄物堆肥對玉米土壤理化性質的影響

化肥減量配施園林廢棄物堆肥較單施化肥可改善土壤的理化性質?；蕼p量和園林廢棄物含量的增加降低了土壤pH值和土壤容重，增加了EC值和土壤孔隙度，土壤有機質和氮、磷、鉀等含量均有所增加，通過土壤綜合評價分析NP70BF130處理得分最高。有機質含量為9.42 g/kg，相較于單施化肥全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別提高了30.00%、5.85%、5.77%、45.63%、8.64%、24.46%。

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