玉米是我国第一大粮食作物，在我国粮食生产中占据首要地位，玉米高产稳产对保障国家粮食安全意义重大^[1]，而肥料在保障我国粮食安全中起着不可替代的支撑作用^[2]。近年来，过量施用化肥造成土壤养分失衡，生产成本增加，生态环境恶化，而化肥减量配施有机物料可以减少化肥用量，提升土壤肥力，提高作物产量，改善生态环境^[3]。我国农业及加工业废弃物资源丰富，将其转化为土壤肥力和作物所需养分进行循环利用，是农业绿色发展的基础^[4]。温延臣等^[5]长达 26 年的定位试验表明，单施有机肥以及有机无机肥配施与单施化肥相比能有效增加土壤养分含量，提升土壤肥力水平，其中土壤有机质含量增加 95%～136%，全氮含量增加69%～137%，有效磷含量增加5 倍，速效钾含量增加 81%～103%，pH 下降 0.15～0.47。邱吟霜等^[6]研究表明，不同种类有机物料均能改善当季土壤肥力，与常规施用化肥相比可提高玉米产量 48.60% 和增加经济效益 33.75%。 Sofyan 等^[7]研究表明，与单施化肥相比，有机物料与化肥配施分别可以增加甜玉米的氮、磷和钾吸收量 114.09%、25.66% 和 45.42%，并提高产量。 Wei 等^[8]在全球范围内对 133 项玉米研究进行的荟萃分析结果表明，在同等氮用量下，有机物料替代化肥可使玉米产量提高 4.22%，NH₃ 挥发减少 64.8%，氮径流和淋失减少 26.9%，且有机物料和化肥长期联合使用可以进一步提高玉米的氮利用效率和产量，减少氮和碳的损失，改善生态环境。以农业废弃物为来源的有机物料种类多样，应用较广，但前人关于有机物料在玉米田间的应用研究^[9-11] 大多集中于畜禽粪便、作物秸秆、沼渣和绿肥。明确不同种类有机物料特性，合理充分利用有机物料，对提升土壤肥力和作物产量意义重大，因此本研究从废弃物资源再利用角度出发，选用羊粪、木薯渣、木本泥炭、味精废浆料与化肥配施，开展了田间试验，旨在探究有机物料与化肥配施对玉米地土壤理化性质、玉米养分吸收和产量的影响，揭示不同有机物料的应用效果和作用机理，为废弃物资源利用及有机物料在玉米生产中的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于 2022 年夏玉米生长季在临沂研发中心试验基地进行，该试验地位于山东省临沂市河东区 （35°08′N，118°40′E），该地区属于温带季风气候，年平均气温 15.0℃，年平均降水量 799.9 mm，年均日照时数 2646.2 h，年平均风速 3.3 m/s，无霜期 200 d 左右。该地土壤质地为砂壤土，土壤类型为棕壤，土层瘠薄，耕作层（0～20 cm）土壤基本性状为 pH 8.27、有机质 15.37 g/kg、全氮 0.83 g/kg、全磷 0.63 g/kg、全钾 15.12 g/kg、碱解氮 88.14 mg/kg、有效磷 9.40 mg/kg 和速效钾 128.97 mg/kg。

1.2 试验材料

试验地种植的玉米品种为郑单 958，所施用的化肥为无机复合肥（N-P₂O₅-K₂O 百分含量为 28-6-6），与化肥配施的有机物料分别为经过发酵腐熟的羊粪、木薯渣、木本泥炭、味精废浆料，各有机物料基本性状见表1。

1.3 试验设计

采用单因素随机区组试验设计，5 个处理，3 次重复，小区面积 20 m²（2 m×10 m），每小区定植 200 株玉米，行距 50 cm、株距 25 cm。以单施化肥为对照（CK），有机物料配施化肥处理分别为羊粪 + 化肥（AF）、木薯渣 + 化肥（PF）、木本泥炭 + 化肥（MF）、味精废浆料 + 化肥（IF）。其中，有机物料用量为 3000 kg/hm²，化肥用量为 525 kg/hm²，各处理中氮、磷、钾的总养分和有机质投入量见表2。试验开始于 2022 年6月15 日，结束于 2022 年 10 月 10 日，玉米生长周期 118 d。试验地前茬作物为冬小麦，为方便麦收后播种玉米，将小麦秸秆移出田间，接着进行农田耕整。在玉米播种时将有机物料和化肥以条施旋耕覆土方式一次性施入农田，后期不追肥，试验地作物生长依靠自然降水，其他农事操作均参照当地玉米种植管理。

1.4 样品采集与分析

1.4.1 土壤样品

在 2022 年 9 月下旬玉米收获前用直径 5 cm 的土钻在各小区按“S”形取土样，采集玉米行间表土（0～20 cm）样品。每小区随机选 5 个样点取 1 个混合样，共采集 15 份土样，剔除其中的植物残根、石砾等杂质，自然风干后用于后续分析。土壤理化性质的测定参照鲍士旦的方法^[12]，其中，有机质采用重铬酸钾容量法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定，在 2.5∶1 水土比下采用复合电极测定土壤 pH，在 5∶1 水土比下采用电导率仪测定土壤电导率。

1.4.2 植物样品

在玉米收获期采集玉米植株样品，分为茎叶和果穗两部分，分别称重，果穗带回实验室考种，指标包括穗行数、行粒数、穗粒数、穗重、百粒重； 而后于 105℃ 烘箱中杀青 30 min，75℃烘干称重。将植株样品磨碎过筛后，自封袋分装备用。各小区玉米收获后晾干脱粒测产。玉米植株样品氮磷钾含量的测定参照鲍士旦的方法^[12]，氮含量采用半微量凯氏定氮法测定，磷含量采用钒钼黄比色法测定，钾含量采用火焰分光光度法测定。

植株氮（磷、钾）养分积累量（kg/hm²）= 干物质量 × 氮（磷、钾）含量^[13]

1.5 数据处理与分析

用 Excel 2016 对数据进行初步整理分析。用 DPS 7.05 进行单因素方差分析，用 Duncan 法检验数据之间的差异显著性。结果与分析部分有关表格中同列数值后标记的小写字母和柱状图上方标记的小写字母表示处理间的差异显著性（α=0.05）。用 Excel 2016 进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对玉米产量构成及产量的影响

由表3 可知，各处理玉米穗行数、行粒数、穗粒数、百粒重差异均不显著，玉米穗行数以 AF 处理最多，行粒数和穗粒数以 MF 处理最多，百粒重以 IF 处理最大。相比 CK，各施用有机物料处理的玉米穗重显著增加，其中 PF 处理增加量最多； AF、PF、MF 和 IF4 个处理的玉米产量分别提高了 9.97%、16.22%、7.65% 和 17.03%，且AF、PF 和 IF 处理均达到显著水平。

注：同列数据后小写字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.2 不同处理对玉米养分吸收及利用的影响

由图1 可以看出，相比 CK，各施用有机物料处理增加了玉米茎叶和籽粒氮磷钾含量，AF、 PF、MF 和 IF 处理的玉米茎叶氮含量分别增加了 6.75%、26.73%、10.19% 和 32.33%，磷含量分别增加了25.20%、6.46%、22.42% 和 13.23%，钾含量分别增加了8.79%、5.83%、1.51% 和 22.49%； AF、PF、MF 和 IF 处理的玉米籽粒氮含量分别增加了 17.59%、26.27%、13.15% 和 39.39%，磷含量分别增加了 4.97%、7.40%、2.41% 和 4.68%，钾含量分别增加了 22.07%、15.66%、2.42% 和 21.44%； 其中 PF 和 IF 处理茎叶和籽粒氮含量的增加均达到显著水平；AF、MF 和 IF 处理显著增加了玉米茎叶的磷含量，PF 处理显著增加了玉米籽粒的磷含量； IF 处理显著增加了玉米茎叶的钾含量，AF 和 IF 处理显著增加了玉米籽粒的钾含量。各施用有机物料处理中，IF 处理茎叶和籽粒的氮含量均为最高，且茎叶氮含量显著高于 AF 和 MF 处理，籽粒氮含量显著高于 MF 处理；AF 处理玉米茎叶磷含量最高，显著高于 PF 处理，PF 处理籽粒磷含量最高；IF 处理玉米茎叶钾含量最高，显著高于 PF 和 MF 处理， PF 处理籽粒钾含量最高，显著高于 MF 处理。

施用有机物料增加了玉米茎叶和籽粒的氮磷钾养分积累量。与 CK 相比，AF、PF、MF 和 IF 处理的玉米茎叶氮积累量分别增加了 32.48%、40.70%、 20.45% 和 76.94%，磷积累量分别增加了55.47%、 18.39%、35.33% 和 52.10%，钾积累量分别增加了 36.31%、18.01%、12.57% 和 64.90%；AF、PF、MF 和 IF 处理的玉米籽粒氮积累量分别增加了 40.49%、 52.84%、26.17% 和 67.87%，磷积累量分别增加了 25.05%、30.24%、13.98% 和 26.14%，钾积累量分别增加了 54.90%、49.27%、14.94% 和 57.43%；IF、AF 和 PF 处理显著增加了玉米茎叶和籽粒的氮积累量， AF、MF 和 IF 处理显著增加了玉米茎叶的磷积累量， AF、PF、MF 和 IF 处理均显著增加了玉米籽粒磷积累量；IF 处理显著增加了玉米茎叶钾积累量，AF、 PF 和 IF 处理显著增加了玉米籽粒钾积累量。各施用有机物料处理中，IF 处理茎叶和籽粒的氮和钾积累量均最高，且 IF 处理茎叶的氮积累量显著高于其他处理，钾积累量显著高于 PF 和 MF 处理，籽粒的氮和钾积累量显著高于 MF 处理；AF 处理玉米茎叶的磷积累量最高，且显著高于 PF 处理，PF 处理玉米籽粒的磷积累量最高，且显著高于 MF 处理。

2.3 不同处理对土壤化学性状的影响

由表4 可以看出，施用有机物料后土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量均有不同程度的提高，相比 CK，AF、PF、MF 和 IF 处理土壤有机质含量分别提高了9.97%、16.22%、7.65% 和 19.35%，但均未达到显著水平，其中 IF 处理土壤有机质含量最高；各处理土壤碱解氮含量增加了2.39%～23.70%，PF 处理土壤碱解氮含量最高，达到显著水平；各处理土壤有效磷含量增加了21.59%～35.99%，且均达到显著水平，其中 AF 处理含量最高；各处理土壤速效钾含量增加了 1.28%～17.74%，其中 PF 处理土壤速效钾含量最高，且 PF 和 IF 处理土壤速效钾含量的增加达到显著水平。施用有机物料后土壤 pH 和电导率有升有降，相比 CK，PF、MF 和 IF 处理均显著降低了土壤 pH 0.07～0.13，而 AF 处理提高了土壤 pH，但未达到显著水平；AF 和 PF 处理提高了土壤电导率，IF 处理显著提高了土壤电导率，而 MF 处理降低了土壤电导率。

注：同一性状小写字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。

3 讨论

施用有机物料可以提高土壤速效养分含量。有机物料富含有机质、氮磷钾及矿质元素，在土壤中矿化分解后可以补充土壤养分含量，在此过程中还会产生多种有机酸，溶解土壤中原有的钾盐、磷酸盐等矿物盐，并提高养分有效性^[14]，施用有机物料还可以扩大土壤有机氮库，提高土壤供氮能力^[15]。土壤碱解氮、有效磷和速效钾等速效养分可以供作物直接吸收利用，本研究中施用木本泥炭后土壤速效养分含量不如其他有机物料处理，可能是因为木本泥炭富含大分子惰性有机物，难以被微生物分解利用而释放养分^[16]。本研究中施用木薯渣处理土壤碱解氮含量显著高于其他处理，而有研究表明，土壤酸碱性会影响土壤有效态养分，碱解氮含量会随 pH 升高而缓慢降低^[17]。从本研究可以看出，木薯渣处理对土壤有机质和氮磷钾速效养分含量都有较好的提升效果，因此发酵生产有机肥可能是木薯渣资源一个较好的利用途径，而现在木薯渣多应用于动物饲料生产^[18]。有机物料含有腐植酸、富里酸等有机大分子物质，施入土壤后会与土壤中的碱性物质发生反应，降低土壤 pH，而有机物料较强的酸碱缓冲能力不会使得土壤 pH 发生较剧烈变化^[14]，本研究中施用羊粪后土壤 pH 上升，可能是羊粪有机物料碱性较强的原因。土壤电导率反映了土壤盐分含量，本研究中施用味精废浆料后土壤电导率显著升高，这是因为其主要成分为谷氨酸钠，其中钠离子含量较高；其次在氨基酸类有机肥生产过程中氨基酸的添加在一定程度上会增加氯离子含量^[19]，因此在生产应用中应注意其用量，避免对作物产生毒害作用；而施用木本泥炭后土壤电导率降低，这与于兵等^[20]的研究结果相一致，这说明施用木本泥炭有降低土壤表层盐分累积的作用，可以在一定程度上减缓土壤盐渍化进程，可能对于盐碱土壤的改良有较好的效果。

施用有机物料可以促进土壤微生物的繁殖与活动，调节养分释放，促进作物吸收养分^[21]。施用有机物料还有利于提高玉米营养器官养分向籽粒的转运量和转运率，从而促进养分吸收和干物质积累，增加收获期籽粒养分在植株养分总量中的占比，提高肥料利用率，从而获得更高的经济产量^[22]。玉米收获后对不同处理玉米植株养分含量及积累量进行分析，各处理玉米茎叶钾含量与积累量高于籽粒，氮和磷含量与积累量均低于籽粒。本研究中，施用有机物料后玉米籽粒磷含量的增加不显著，可能是因为有机物料中磷素矿化周期较长，当季利用率较低^[23]。味精废浆料与化肥配施处理的玉米茎叶和籽粒氮含量和氮积累量均高于其他处理，可能是因为味精废浆料氮含量高，弥补了其他处理后期不追施氮肥而缺氮的不足，增加了其玉米植株氮含量和积累量；且该处理下玉米茎叶的钾含量及积累量也较高，这可以在一定程度上提高玉米的抗倒伏能力。羊粪与化肥配施处理的玉米茎叶磷含量高于其他处理，可能是因为羊粪本身含有较多的微生物和酶促进了有机磷的矿化，施用粪肥还会加速土壤有效磷的累积，增加土壤磷吸持饱和度，进而提高土壤磷素损失风险^[24]，因此要合理施用粪肥，控制农田磷面源污染；且羊粪处理的玉米籽粒钾含量也高于其他处理，这可能也与粪肥中含有较多微生物有关，微生物会减少钾的固持，释放更多的速效养分，供作物吸收利用。

有机培肥对作物的增产效果取决于土壤肥力、有机物料用量及质量^[9]。大量研究表明，施用有机物料可以改变土壤理化性质，影响作物养分吸收利用和产量^[25-27]。魏文良等^[28]综述报告指出，与化肥处理相比，有机无机肥配施处理显著提高了作物产量，且不同的作物类型均表现出相似的规律。有机物料与化肥配施可以有效延缓玉米茎叶和根系衰老，延长籽粒灌浆时间，实现玉米增产^[21]。化肥中矿质养分的速效性和有机物料中有机养分的长效性分别满足了玉米生长前期和后期的养分需求，从而协调产量构成因素，促进玉米产量提升。本研究中，施用味精废浆料对玉米产量的提升效果最好，可能是因为玉米是一种需氮量较大的粮食作物^[29]，而味精废浆料氮含量高，满足了玉米的氮素需求，从而提高了产量。施用木本泥炭后玉米产量提升最低，可能是因为木本泥炭孔隙结构丰富，比表面积大，吸附能力较强，导致土壤中的有效养分离子难以被作物吸收利用，降低了玉米产量，这与赵文慧等^[16]的研究结果相一致。本研究中，施用有机物料后玉米穗行数、行粒数、穗粒数、百粒重和产量等指标的增加与单施化肥相比并不显著，这可能与有机物料和化肥的用量有关，有研究表明，有机物料与化肥的配比不同，对夏玉米的产量及其构成因素的影响也会不同^[30]。适当比例的有机物料和无机肥配施可以显著增加作物产量^[31-32]，当有机无机配施比例超过一定阈值后，作物不仅不会增产，甚至会减产^[33]，而探究不同有机物料与化肥的合理配施比例，将成为本研究今后的工作方向。

4 结论

不同有机物料对土壤理化性质的影响不同， 4种有机物料可提高土壤有机质含量7.93%～24.67%，其中，味精废浆料对土壤有机质的提升效果最好，木薯渣对土壤碱解氮和速效钾的提升效果最好，且可以改善土壤 pH，羊粪对土壤有效磷含量的提升效果最好，但会使土壤 pH 升高，木本泥炭可以降低土壤电导率。

施用有机物料增加了玉米植株养分含量和积累量。施用味精废浆料有利于玉米茎叶和籽粒氮和钾含量的积累，施用羊粪有利于玉米茎叶磷含量的积累，施用木薯渣有利于玉米籽粒磷含量的积累。

施用有机物料对玉米产量及产量构成因素的影响不显著，4 种有机物料可以提高玉米产量 7.65%～17.03%，其中，味精废浆料的增产效果最好。

参考文献