生物有机肥对小麦产量和土壤肥力的影响

生物有机肥对小麦产量和土壤肥力的影响

近年来，主要投资“石膏产品”的石化农业的弊端越来越明显。这不仅显著降低了产量，而且导致了资源浪费、环境破坏、农业污染和质量下降等。大量投入的“石化产品”则成为农业内源性污染的主要污染源。石化农业的危机急待解决。我国是农业大国,由于生产生活水平的不断提高,各种废弃物的排放量也日益增多。据统计,我国目前有机固体废弃物中占重要地位的是畜禽粪便(每年约26亿t)与农作物秸秆(每年约6亿t),如何有效的利用这些废弃物成为急待解决的问题。有机肥是我国农业生产中的重要肥源。长期以来,在我国传统农业生产中占有举足轻重的地位,对培肥地力、提高作物产量与品质等方面具有十分重要的作用。而生物有机肥兼顾传统有机肥与添加生物菌剂(制剂)的优势,越来越多的被人们所认可并在生产上广泛应用。并且使用生物有机肥可减少化肥、农药的使用,增强作物抗逆性,改善作物品质,所以被广大绿色食品生产者所青睐,被认为是我国发展生态农业的有效途径。本研究就是在黄淮海平原中国农业大学曲周实验站的长期生物有机肥试验的基础上,明确长期施用生物有机肥对作物生长、土壤肥力以及作物产量的效应,为生物有机肥的广泛应用提供依据,以及生物有机肥在生态农业发展中的重要作用奠定基础。1冬小麦—田间试验设计1.1试验区概况实验站位于河北省邯郸市,曲周县北部,为黑龙港地区上游,属内陆冲积平原浅层咸水型盐渍化低产地区。其地理坐标为36°52′N和115°01′E,实验站海拔高度约为40m。属暖温带半湿润季风气候区。是黄淮海平原盐碱地一代、二代和三代综合治理试验区。1.2生物有机肥堆制方法将秸秆粉碎成3~5cm,鸡粪晒干捣碎,粉碎的糠麸、棉子饼等若干混合均匀成堆。加入2‰浓度的有效微生物群(EM)菌剂溶液,溶液里容有一定量的红糖。均匀喷洒在原料堆上,并搅拌均匀。当原料堆发出曲香味,表面布满白色菌丝时即可。1.3田间试验设计该试验从1995年开始,重复3次。种植方式为冬小麦—夏玉米轮作,每季作物施肥处理为:处理1:施生物有机堆肥15000kg/hm2处理2:施EM鸡粪(为有效微生物群(EM)发酵饲料喂鸡的鸡粪)堆肥15000kg/hm2处理3:施传统堆肥15000kg/hm2处理4:施生物有机堆肥7500kg/hm2处理5:施EM鸡粪堆肥7500kg/hm2处理6:施传统堆肥7500kg/hm2处理7:当地一般施肥(指每年1.125t/hm2碳铵,0.6t/hm2尿素,1.125t/hm2过磷酸钙)处理8:CK不施肥,仅用生物菌稀释液浸种小区按随机区组排列,面积为10.5m×3m。种植冬小麦—夏玉米两季作物,先耕地,划定小区,冬小麦按各处理施入肥料,翻地,然后播种;夏玉米先播种,定苗后,按各处理施入肥料。田间管理均按当地栽培管理措施统一进行管理。1.4田间取样及测定方法(1)作物的生长期内(这里主要用2001年夏玉米生长季的测定来说明),在苗期、拔节期、抽雄期、开花期、吐丝期、成熟期准确取样6次,测定其叶面积和生物量。成熟期分小区准确测产。(2)每年在冬小麦种植前取土壤样品(0—20cm土层),分析其有机质、全氮、容重、pH值及碱解氮的含量。测定方法都选用常规方法。2结果分析2.1不同处理玉米植株干物质积累叶面积指数(LAI)的大小,是评价群体植株光合性能的重要指标之一。玉米群体只有合理的叶面积指数动态,才能获得高产高效。在生物有机肥试验(2001年测定数据)中,各处理叶面积指数最大值均出现在吐丝期,而施用有机肥各处理由于具有丰富的有机质和N、P、K等养分,促进了叶片的生长,在到达LAI最大值后稳定时间较长,以后缓慢下降(图1)。这使得玉米在生育后期还能保持较大的叶面积,有利于子粒的建成。处理1最大叶面积指数达到3.95,比处理7和处理8分别大1和1.52。植株干物质的积累是作物产量形成的基础。一般来说作物干物质积累的规律符合logistic生长曲线。而土壤肥力状况是影响干物质积累最主要的因素。因此,不同土壤培肥方式下干物质积累动态也不尽相同。生物有机肥试验中(图2)玉米生育前期各处理的干物质积累都比较小,不同处理间差别也不大。在拔节期以后,不同处理之间的差距逐渐加大。处理1一直都为最大,无论是施用生物有机肥、EM鸡粪还是传统堆肥的处理,其干物质积累都大于施用化肥(处理7)和不施肥的处理(处理8)。这与同小娟研究的基本一致(同小娟,无污染吨粮田的生态因子分析,1999)。对夏玉米拔节期干物质积累量进行方差分析,多重比较的结果表明:在生物有机肥试验中(表1),施用有机肥处理大于化肥处理和不施肥处理,且处理1、2、3与处理7和对照之间无论是P=0.05还是P=0.01水平上都存在显著差异性。在P=0.01水平上处理1和处理2、处理3之间存在显著性差异,但处理2和处理3间差异不显著,处理4、处理5、处理6、处理7之间不存在差异显著性,但各处理和对照间均达到显著差异。2.2生物肥料对土壤肥力的影响2.2.1施肥种类对土壤有机质的影响土壤有机质是土壤肥力的基础,直接影响着土壤的保肥性、保水性、缓冲性、耕性和通气状况等。因此,土壤有机质含量的多少,是土壤肥力高低的一个重要指标。从图3中可看出,从试验开始到2001年,各处理的土壤有机质含量都有所增加,其中以施用有机肥对土壤有机质的影响比较明显,凡是施用有机肥的处理土壤有机质的含量都大于施用化肥的处理(处理7)和不施肥的处理(处理8),和二者都具有显著差异。并且有随着有机肥施用量加大而增加的趋势。不同有机肥种类对土壤有机质的影响为:生物有机肥>EM鸡粪>传统堆肥>当地一般施肥>CK。相同施用量之间对比,使用生物有机肥的处理与其它处理之间达到极显著的差异,而等量施用EM鸡粪和传统堆肥相比,差异并不显著(表2),但两种培肥方式也能显著的增加土壤有机质含量,说明EM鸡粪在一定程度上起到EM原液直接接种发酵的作用。经过7年的试验,处理1(生物有机肥15000kg/hm2)有机质含量上升的最快,从1996年的1.26%升高到2001年的1.96%,居各处理之首,高于处理2(鸡粪15000kg/hm2)0.23%和处理3(传统堆肥15000kg/hm2)0.21%,比化肥处理高0.86%,大于不施肥将近1%。不同处理间主要的差别在于归还土壤有机碳量不同所造成的。有机质含量的增加可以降低土壤容重,促进土壤结构改良,增进肥力,建立有机质富集层,加强土壤抑制返盐的能力,防止次生盐渍化的发生。盐渍土治理和培肥过程实质是土壤有机质含量不断增加,有机质质量不断提高的过程。2.2.2施肥对土壤全氮的影响由图4可看出生物有机肥试验各处理全氮随着试验年度的延长都有不同程度的增加,到2001年为止处理1、处理2和处理3都比1996年增加了一倍左右,而处理7(化肥处理)只增加了0.3g/kg,处理8只增加了0.18g/kg。各处理间相比较,土壤全氮有随着有机肥用量的增加而增加的趋势。凡是施用有机肥的处理都大于施用化肥和不施肥的处理,以处理1为最大,以下依次为处理2、处理3、处理4、处理5、处理6、处理7,处理8为最小。而且随着施用年度的延长,施用有机肥处理与化肥和不施肥处理之间的全氮差距在不断的加大。这也说明了有机肥具有缓释肥效的作用。2.2.3有机肥不同施用量对土壤碱解氮的影响生物有机肥试验土壤碱解氮含量的变化与土壤有机质和土壤全氮含量变化趋势是一致的。即有机肥处理都大于施用化肥和不施肥的处理,处理1增加的最多,而处理2、处理3和处理4之间差异很小。随着有机肥施用量的增加土壤碱解氮有增加的趋势。而施用鸡粪和传统堆肥的处理同样可以增加土壤中碱解氮的含量(见图5)。2.3对作物产量的影响由表3和表4可以看出,在生物有机肥试验的每个年度中,无论是冬小麦还是夏玉米,都以处理1(施生物有机堆肥15000kg/hm2)的产量为最高,其余依次为处理2>处理3>处理4>处理5>处理6>处理7>处理8,除了处理6在第一年产量略低于处理7以外,其它年度都大于处理7,处理8产量一直都最低。施用有机肥处理产量呈逐年上升趋势,说明施用有机肥有叠加效应。处理1冬小麦年平均产量比处理7和处理8分别增产33%和100%,每公顷增产1808kg和3652kg。夏玉米产量处理1比处理7和处理8分别增产40%和121%,每公顷增产2668kg和5062kg。施用15000kg/hm2不同有机肥处理玉米平均产量比化肥处理增加2232kg/hm2,比对照增加4626kg/hm2;小麦平均产量比化肥处理增加1530kg/hm2,比对照增加3374kg/hm2。各处理尽管采取了相同的栽培技术措施,但由于年度间的气候条件不同,因此影响了作物产量的稳定性。用变异系数(CV%)来表达不同培肥方式对减轻气候影响波动的效果。将各处理冬小麦多年产量的变异系数进行比较,可以看出8个处理的变异系数范围为8.22%~27.49%,其中以处理8(不施肥处理)变异系数最大,处理1和处理2变异系数为最小。夏玉米各处理的变异系数变化幅度较小,范围在15.78%~18.45%之间,以处理8的变异系数为最大,处理5的变异系数最小。这表明有机堆肥含有的营养元素齐全,既能为当季作物提供有效养分,而且残余的养分累积在土壤中,其残效又随年度的推移而增大,因而影响到土壤季节性供肥强度的不同。3施用生物有机肥能显著提高作物产量、改善土壤结构,增加h从本研究可以得出:施用生物有机肥可以使夏玉米群体保持“前快、中稳、后缓慢”的合理叶面积发展动态,促进了干物质的积累,为高产奠定了良好的作物生长基础。长期施用生物有机肥则持续的提高了土壤有机质含量,施用生物有机肥15000kg/hm2的处理有机质含量上升的最快,从1996年的1.26%升高到2001年的1.96%,居各处理之首。还可以提高土壤全氮含量与土壤碱解氮含量,表明施用有机肥可以长期持续的增加土壤肥力,尤其是能够显著的提高土壤有机碳含量和质量,改善土壤结构,从根本上为作物高产创造了基质。施用有机肥处理的产量比施用化肥和对照有显著的提高,且有逐年上升的趋势,各处理间都以施用生物有机肥15000kg/hm2的处理为最高。此处理冬小麦年平均产量比处理7和处理8分别增产33%和100%,每公顷增产1808kg和3652kg;夏玉米产量比处理7和处理8分别增产40%和121%,每公顷增产2668kg和5062kg。各处理冬小麦多年产量变异系数范围为8.22%~27.49%,其中以对照变异系数最大,处理1和处理2变异系数为最小。夏玉米各处理的变异系数变化幅度较小,范围在15.78%~18.45%之间,对照的变异系数为最大。说明施用有机肥具有叠加效应,使作物总体抗性较强,产量稳步提高。与传统有机肥相比,生物有机肥由于具有肥效高、作用性广、作用时间长等优点外,还具有生物