肥料作为粮食的“粮食”，直接决定着农作物产量的高低，在现代化农业高质量的发展中起着关键作用。国内外有关研究显示，全球约48%的人口靠肥料投入来生产粮食，其中，氮肥对粮食生产的作用最大，贡献率高达30%～ 50%^[1-2]。而与发达国家相比，当前我国的化肥利用率依然较低，据研究显示，水稻、小麦和玉米三大主要粮食作物的肥料利用效率仅为39.2%，其余的一部分排放到到土壤、水体和空气中，不仅造成了资源的巨大浪费，在一定程度上还对生态环境造成了污染。当前，如何通过科学施肥技术，逐步提升化肥利用效率，特别是氮肥利用效率，进而减少化肥的使用量，尤其是氮肥的用量，减少氮素损失，最终实现化肥减量增效，这是农业绿色高质量发展和生态文明建设亟待解决的重大问题。

腐植酸是一种含有多种活性基团有机物质，具有廉价和无污染的特性，有助于土壤结构的形成，有利于提升土壤的物理与化学性质，提高土壤养分有效性等多方面的作用^[3-4]。研究显示，氮肥与腐植酸联合施用不但能有效提升氮肥的利用率，提高农作物的综合产量，减少肥料的使用量，还可以培肥改良土壤^[5-8]。豫南黄褐土低肥力区是河南省重要的农产品生产基地。本研究通过在河南省豫南黄褐土低肥力区，设置氮肥与腐植酸科学运筹技术的田间定位试验，深入探讨冬小麦-夏玉米轮作系统下，减氮配施腐植酸对土壤理化性质的影响，为扎实全面推进“藏粮于技、藏粮于地”战略以及农业绿色高质量发展提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于河南省南部的南阳市卧龙区英庄镇前英庄村（32°75′57″N，112°43′87″E），土壤类型为黄褐土，属南阳盆地平原，平均海拔85 ～ 100 m，属北亚热带大陆性季风气候，年均气温15℃，年均降水量805.8 mm，日照2116 h，无霜期229 d。作物种植模式为冬小麦-夏玉米轮作。 试验地地势平坦，试验前0 ～ 20 cm土壤理化性状见表1。

1.2 试验设计

本研究设6 个不同施肥处理：1）对照处理：单施磷、钾肥即不施氮肥（T1）：磷肥（P₂O₅）90.00 kg·hm^-2，钾肥（K₂O）75.00 kg·hm^-2；2）单施无机化肥氮磷钾即常规施肥（T2）：氮肥180.00 kg·hm^-2， 磷肥90.00 kg·hm^-2，钾肥75.00 kg·hm^-2；3）单施腐植酸（HA）（T3）：腐植酸3000 kg·hm^-2；4）腐植酸（HA）+ 常规施肥（T4）：腐植酸3000 kg·hm^-2， 氮肥180.00 kg·hm^-2， 磷肥90.00 kg·hm^-2，钾肥75.00 kg·hm^-2；5） 腐植酸（HA）+ 常规施肥减氮15%（T5）：腐植酸3000 kg·hm^-2，氮肥153.00 kg·hm^-2，磷肥90.00 kg·hm^-2，钾肥75.00 kg·hm^-2； 6）腐植酸（HA）+ 常规施肥减氮30%（T6）：腐植酸3000 kg·hm^-2，氮肥126.00 kg·hm^-2，磷肥90.00 kg·hm^-2，钾肥75.00 kg·hm^-2。采取随机区组排列， 3 次重复，小区面积48 m²（宽6 m，长8 m），试验区内设置观察走道与保护行。供试冬小麦品种为 “周麦26”；夏玉米品种为“豫安3 号”。供试肥料： 腐植酸（pH值为4.74，有机质为80.92%，全氮为0.76%，全磷为0.38%，全钾为0.23%），氮肥为尿素（N 46%），磷肥为过磷酸钙（P₂O₅ 12%），钾肥为氯化钾（K₂O 60%）。

试验除T3 外，其它所有处理全部的磷肥和钾肥均做基肥即底施一次性施入。T2、T4、T5、T6 的氮肥采用分次施肥模式即采用基肥加追肥配合的运筹模式：1）冬小麦。腐植酸用做底肥一次性施入；50%氮肥做基肥，50%氮肥于拔节期追施。 各处理田间除施肥运筹模式不同外，其它管理同一般大田。2）夏玉米：腐植酸用做底肥一次性施入；30%氮肥做基肥，70%氮肥于拔节期追施。所有处理田间除施肥运筹模式不同外，其它管理同一般大田。在出苗后3 叶时进行间苗，在5 叶时进行定苗；在大喇叭口期做好夏玉米螟等各种害虫的防治；在完熟期进行收获。

1.3 测定项目与方法

在夏玉米收获后和冬小麦播种前，各小区采用“S” 法进行耕层（0～ 20cm）土壤样品的采集，样品风干后， 分别过1、0.25mm筛备用，然后开展土壤物理和化学性状的测定。本研究均采用常规的测试分析方法对土壤容重、土壤全氮、土壤碱解氮、土壤有机质、土壤速效钾、土壤pH值和土壤有效磷进行测定^[9]。

1.4 数据处理与分析

试验数据取3 年的平均值，采用office 2010 作图，使用SPSS 19.0 软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 减氮配施腐植酸对土壤容重的影响

由图1 可知，各施肥处理的土壤容重整体变化趋势显现为：氮肥配施腐植酸低于单施无机化肥氮磷钾即常规施肥，单施无机化肥氮磷钾即常规施肥低于不施氮肥即单施磷钾肥，各施肥处理的土壤容重均低于试前土壤T0（1.43 g·cm^-3），较T0 降低幅度为0.005 ～ 0.075 g·cm^-3。T4、T5 和T6 的土壤容重分别较T2 降低了2.14%、3.56%和2.85%， 较单施磷钾肥的T1 处理降低3.51%、4.91%和4.21%，分别较T3 降低了0.36%、1.81%和1.09%。 各无机化肥与腐植酸配施处理间在降低土壤容重方面有差异，以无机化肥减氮15%配施腐植酸处理即T5 的效果最好，T5 的土壤容重较T4、T6 分别降低了1.45%、0.73%。

注：T0 表示试前土壤；数据为2017、2018 和2019 年3 年的平均值； 不同小写字母表示在0.05 水平上差异显著。下同。

2.2 腐植酸与氮肥配施对土壤有机质的影响

从图2 可以看出，各施肥处理间，含腐植酸处理的土壤有机质含量高于不含腐植酸的处理，无机化肥配施腐植酸的土壤有机质含量高于单施无机化肥即常规施肥，单施无机化肥高于不施氮肥即单施磷钾肥，各施肥处理除单施磷钾肥处理外，其它施肥处理的土壤有机质含量均高于试前土壤T0（11.32 g·kg^-1）。但试验开展2 年后，T2、T3、T4、T5 和T6 的土壤有机质含量均较T0 有明显提高。T4、T5 和T6 的土壤有机质含量分别较T2 高5.80%、4.58%、 4.45%， 较T1 高9.71%、11.13%、9.85%， 较T3 高1.48%、2.80%、1.61%。各无机化肥与腐植酸配施处理间在提高土壤有机质方面有差异，以无机化肥减氮15%配施腐植酸处理即T5 的效果最好，T5 的土壤有机质含量较T4、T6 分别高1.29%、1.17%。

2.3 腐植酸与氮肥配施对土壤全氮和碱解氮的影响

由图3 可知，各施肥处理的土壤氮素含量的变化趋势整体呈现为：无机化肥配施腐植酸高于单施无机化肥氮磷钾即常规施肥，单施无机化肥氮磷钾高于不施氮肥即单施磷钾肥。各施肥处理除单施磷钾肥处理外，即T2、T3、T4、 T5 和T6 的土壤氮素含量均较T0（碱解氮69.97 mg·kg^-1，全氮1.03 g·kg^-1）有明显提高。但试验开展2 年后，T2、T3、T4、T5 和T6 的土壤全氮含量较T0 提高了0.05 ～ 0.29 g·kg^-1；T2、T3、 T4、T5 和T6 的土壤碱解氮含量较T0 提高了0.64 ～ 7.57 mg·kg^-1。T4、T5、T6 土壤碱解氮和全氮含量较T2 分别高15.40%和3.43%、9.82%和21.76%、6.62%和16.20%，差异均达到了显著水平（P<0.05）；分别较T1 高11.80%和28.95%、 16.49%和38.42%、13.10%和32.11%，差异均达到了显著水平（P<0.05）；分别较T3 高3.27%和3.81%、7.60%和11.44%、4.47%和6.36%。各无机化肥与腐植酸配施处理间对土壤氮素的影响大小有差异，以无机化肥减氮15%配施腐植酸处

理即T5 的效果最好，T5 的土壤碱解氮和全氮含量较T4 和T6 分别高4.19%和7.35%、3.00%和4.78%。

2.4 腐植酸与氮肥配施对土壤有效磷的影响

由图4 可知，各施肥处理的土壤有效磷含量的变化趋势整体呈现为：无机化肥配施腐植酸高于单施无机化肥氮磷钾即常规施肥，单施无机化肥氮磷钾高于不施氮肥即单施磷钾肥。各施肥处理除单施腐植酸处理即T3 土壤有效磷含量显著低于T0 外，T1、T2、T4、T5 和T6 的土壤有效磷含量均较T0（试前25.73 mg·kg^-1）有明显提高，增加幅度为0.10 ～ 0.74 mg·kg^-1。T4、T5、T6 的土壤有效磷含量分别较T2 高0.35%、2.68%和0.29%，分别较T1 高0.15%、2.48%、0.097%，分别较T3 高10.39%、12.95%、10.33%，差异均达到了显著水平（P<0.05）。各无机化肥与腐植酸配施处理间对土壤有效磷的影响大小有差异，以无机化肥减氮15%配施腐植酸处理即T5 的效果最好， T5 的土壤有效磷含量较T6 和T4 分别高2.38%和2.32%。

2.5 腐植酸与氮肥配施对土壤速效钾的影响

从图5 中可以看出，各施肥处理对土壤速效钾含量均有较大影响，整体表现为：无机化肥配施腐植酸高于单施无机化肥氮磷钾即常规施肥，单施无机化肥氮磷钾高于不施氮肥即单施磷钾肥。各施肥处理除单施腐植酸处理即T3 外，其它施肥处理即T1、T2、T4、T5 和T6 的土壤速效钾含量均较试前土壤T0（84.25 mg·kg^-1）有明显提高，提高幅度为3.08 ～ 4.94 mg·kg^-1。T4、T5、T6 的土壤速效钾含量较T2 分别高0.58%、1.84%、0.32%，分别较T1 高0.86%、2.13%、0.60%， 分别较T3 高7.28%、8.62%、7.00%，差异均达到了显著水平（P<0.05）。各施肥处理间对土壤速效钾的影响大小不同，其中，以无机化肥减氮15%配施腐植酸处理即T5 的效果最好，T5 的土壤速效钾含量分别较T6 和T4 高1.52%和1.25%。

2.6 腐植酸与氮肥配施对土壤pH值的影响

从图6 中可以看出，各施肥处理的土壤pH值均处在6.5 左右。各施肥处理对土壤pH值有较大影响，土壤pH值大小为T5>T6>T4>T3>T0>T2>T1， 即无机化肥与腐植酸配施或单施腐植酸处理的土壤pH值均有不同程度的提升，无机化肥与腐植酸配施好于单施无机化肥氮磷钾，单施无机化肥氮磷钾好于不施氮肥即单施磷钾肥。单施无机化肥处理的土壤pH值较试前土壤T0（pH 6.57）有所降低，其它施肥处理即T3、T4、T5 和T6 均较试前土壤有所提高，提高幅度为0.01 ～ 0.22 个pH单位。T5、 T6 和T4 的土壤pH值较T2 分别高4.86%、3.78%和3.09%； 分别较T1 高7.27%、6.16%和5.45%； 分别较T3 高3.19%、2.13%和1.44%；各施肥处理间对土壤pH值的影响大小不同，其中，以无机化肥减氮15%配施腐植酸处理即T5 的效果最好，T5 的土壤pH值分别较T4 和T6 高1.72%和1.04%。

3 讨论

在农业生产中，土壤理化性状是判断土壤肥力高低的主要依据，土壤理化性状对作物的生长发育具有重要影响^[10-11]。同时，土壤理化性状也是一个动态的过程，随着耕作、栽培和施肥等生产以及作物产量水平等不同不断发生变化^[12-17]。

3.1 减氮配施腐植酸对土壤容重的影响

土壤容重受农业生产的影响较大，与耕作栽培管理水平、土壤结构状况、土壤质地以及土壤有机质含量有密切关系，是土壤物理性质的关键指标。众多研究显示^[18-21]，腐植酸具有改良培肥土壤的效果，风化煤等腐植酸施入土壤有利于土壤微团聚体的形成，能有效改善土壤的孔隙状况，降低土壤容重，疏松土壤，有利于土壤微生物活性的提升，改善土壤的理化性状。本研究结果显示，腐植酸施入土壤可以增加土壤孔隙度，有效降低土壤容重，大幅度改善土壤物理性质。其中，以无机化肥配施腐植酸最佳，其次依次分别为单施腐植酸、无机化肥氮磷钾即常规施肥和单施磷钾肥即不施氮肥。随着试验的开展，土壤容重随着腐植酸施用量的加大而逐渐降低。减氮15%配施腐植酸处理即T5 的土壤容重最低，2017 ～ 2019 年，3 年的土壤容重均值较试前土壤降低了0.075 g·cm^-3，这与上述研究结果一致。本研究还显示，无论哪种施肥方式，通过施肥后土壤容重都有所降低。王改兰等^[22]研究结果显示，与不施肥相比，单施化肥也能改善土壤的物理性质，如土壤容重、土壤孔隙度等；但是单施化肥与试前土壤相比，其不利于土壤物理结构的形成，且有造成损害的趋势，这与本研究结果不符。具体原因还有待进一步探索研究。

3.2 减氮配施腐植酸对土壤有机质的影响

本研究结果表明，单施腐植酸不能提升土壤碱解氮、土壤有效磷、土壤速效钾的含量，但能有效提升土壤有机质的含量，这一结论与周鑫斌等^[23] 的研究相符。众多研究表明^[24-26]，长期不合理施肥会引起土壤有机质含量明显下降，无机化肥配施有机肥有利于土壤养分的提升，尤其是能明显提升土壤有机质含量。陆欣^[27]研究显示，腐植酸能与氮肥结合发生生化作用，能有效提升土壤肥力。陈伏生等^[28]研究显示，风化煤腐植酸能有效提升土壤的养分含量，如土壤有机质、土壤氮素、土壤有效磷和土壤速效钾等，但风化煤的效果稍差于泥炭。张青等^[21]研究表明，腐植酸能明显提升土壤有机质和其它速效养分。本研究与上述研究结果一致。

3.3 减氮配施腐植酸对土壤养分的影响

陆欣等^[29] 和张宏伟等^[30] 研究表明，腐植酸对于培肥改良土壤具有重要作用，能有效提升土壤速效养分的含量，特别是对提高土壤碱解氮、土壤有效磷、土壤速效钾含量等具有显著作用。这可能是与腐植酸富含各类官能团有关，这些官能团能与土壤中富含氮磷钾营养元素的阳离子形成络合物，减少土壤氮素的各种损失，抑制土壤对磷和钾的固定，能使土壤释放出较多的无效态磷钾，提升土壤速效养分的含量。本研究结果表明，无机化肥氮、磷、钾的科学合理配施在某种程度上也有利于土壤碱解氮、土壤有效磷、土壤速效钾含量的增加，但这种效果远不及无机化肥配施腐植酸，无机化肥配施腐植酸优于单施无机化肥氮磷钾。腐植酸与无机化肥配施能促进二者的协同效应，其中，以化肥减氮15%配施腐植酸处理即T5 最佳，这与上述研究较为相似。

本研究显示，常规施肥即单施无机化肥处理的土壤氮素含量提升不明显，说明在本研究区域内， 冬小麦-夏玉米轮作制度下无机化肥能维持或提升土壤的氮素水平。而不施氮处理的土壤氮素含量较低，均低于试前土壤，说明不施氮的处理或许由于农作物收获物携带或氮素的转化，造成了土壤中氮素含量的下降。而无机化肥配施腐植酸能有效提升土壤氮素含量，在土壤中有较高的土壤氮素净残留，有利于土壤氮素的积累，但是，减氮配施腐植酸中的减氮量要适宜。

无机化肥配施腐植酸能明显提高土壤磷的有效性，这或许是由于腐植酸与磷结合后形成了形态较为稳定的络合物，含磷络合物降低了土壤对磷的固定，同时加快了无机磷的溶解。本研究结果表明， 腐植酸施入土壤可以有效调节土壤的酸碱度，使土壤pH值始终处于有益于土壤微生物生长的范围内， 并激发微生物的生化活性，使土壤保持在有利于作物生长发育的状况。在各施肥处理中，以无机化肥配施腐植酸的处理最佳，这可能是由于无机化肥与腐植酸结合后，促进了腐植酸释放酸性离子，进一步激发了腐植酸对土壤的缓冲性能的作用。无机化肥配施腐植酸，尤其是减氮配施腐植酸能有效提升土壤有机质、土壤全氮、土壤碱解氮、土壤有效磷和土壤速效钾等养分含量，并有效改善土壤的酸碱度，这均与腐植酸富含多种官能团有关^[31-33]。有关腐植酸为何与氮肥配施更能发挥作用仍需进一步研究。

4 结论

腐植酸与氮肥配施可以有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤的物理性质，提高土壤的有机质、土壤全氮、土壤碱解氮、土壤有效磷和土壤速效钾含量，调节土壤的pH值。各施肥处理对土壤理化性质的改善情况总体上表现为：无机化肥配施腐植酸> 单施腐植酸> 单施无机化肥氮磷钾即常规施肥> 单施磷钾即不施氮肥，其中，以常规施肥减氮15%配施腐植酸处理即T5 最佳。T5 的土壤全氮和碱解氮含量较试前土壤分别提升了27.67%和10.81%，且达到了显著水平（P<0.05）；土壤有效磷含量较试前土壤提高了2.88%；土壤速效钾含量较试前土壤提高了5.87%。

参考文献