劉 洋，洪堅(jiān)平，郭漢清，衛(wèi) 迎，劉玲利

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801）

施用煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤養(yǎng)分、酶活性及玉米產(chǎn)量的影響

劉 洋，洪堅(jiān)平，郭漢清，衛(wèi) 迎，劉玲利

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801）

通過(guò)復(fù)墾區(qū)大田試驗(yàn)，研究了煤基復(fù)混肥對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性及玉米產(chǎn)量的影響，目的是為了探究煤基復(fù)混肥培肥復(fù)墾土壤的最佳施用量。結(jié)果表明，煤基復(fù)混肥施用量為中肥時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量在玉米拔節(jié)期、灌漿期和成熟期分別比施用量為高肥和低肥時(shí)提高了12.83%～48.72%，10.42%～15.80%，13.95%～32.08%；土壤堿解氮含量在玉米拔節(jié)期、灌漿期和成熟期分別比施用量為高肥和低肥時(shí)提高了42.86%～150.00%，58.36%～216.71%，38.43%～100.00%；土壤有效磷含量在玉米拔節(jié)期、灌漿期和成熟期分別比施用量為高肥和低肥時(shí)提高了7.47%～309.35%，5.19%～225.13%，1.68%～292.21%；土壤速效鉀含量在玉米拔節(jié)期和灌漿期分別比施用量為高肥和低肥時(shí)提高了74.84%～239.30%，149.65%～383.09%；在玉米拔節(jié)期，土壤脲酶活性比施用量為高肥和低肥時(shí)提高了49.20%～398.61%，玉米產(chǎn)量比施用量為高肥和低肥時(shí)提高了6.96%～218.90%。施用量為中肥時(shí)煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤肥力提升效果最好。

煤基復(fù)混肥；土壤養(yǎng)分；酶活性；玉米產(chǎn)量

礦山開(kāi)采使土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞[1]，產(chǎn)生許多工礦區(qū)廢棄物，如風(fēng)化煤、煤泥、粉煤灰等，引起很嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，與長(zhǎng)期耕作土壤相比，存在結(jié)構(gòu)性不良、肥力低下、熟化程度差、微生物數(shù)量少、土壤質(zhì)量降低等問(wèn)題[2-3]。利用工礦區(qū)廢棄物提高土壤肥力自然就成為礦區(qū)土壤復(fù)墾的首要目標(biāo)[4-6]。煤基復(fù)混肥是利用不同工礦區(qū)廢棄物和多種化學(xué)肥料進(jìn)行復(fù)混自主研發(fā)而成的，研究其在提高復(fù)墾土壤肥力、改善復(fù)墾效果等方面的效果具有較大的意義。郭漢清等[7]研究結(jié)果表明，施用煤基復(fù)混肥可明顯提高土壤養(yǎng)分、改良土壤性狀。弓莉斌等[8]研究結(jié)果表明，煤基復(fù)混肥不同配施均可以明顯提高玉米和油菜的產(chǎn)量。但煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤肥力提升最佳施用量的研究目前還比較少。

本試驗(yàn)通過(guò)復(fù)墾區(qū)大田試驗(yàn)，探究煤基復(fù)混肥培肥復(fù)墾土壤的最佳施用量，以期為利用工礦區(qū)廢棄物為原料來(lái)改善復(fù)墾土壤肥力提供一些理論指導(dǎo)和依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年4—10月在山西省古交市屯蘭礦復(fù)墾區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于古交市，地理位置為37°40′6″～38°8′9″N，111°43′8″～112°21′5″E，以南6 km屯蘭礦南側(cè)，南距姬家莊鄉(xiāng)南梁上村1.6 km。該復(fù)墾區(qū)屬大陸性氣候，降雨期基本集中在7—9月，年平均氣溫為9.5℃，無(wú)霜期202 d；多年平均降雨量為460mm，多年平均蒸發(fā)量為1770.6～2080mm。該復(fù)墾區(qū)覆土方式為混推方式，厚度不超過(guò)1 m。

1.2 供試材料

供試土壤為石灰性褐土，質(zhì)地為中壤土，基本養(yǎng)分狀況列于表1。

表1 供試土壤基本養(yǎng)分狀況

供試作物為玉米，品種為先玉335。

供試肥料是自主研發(fā)的煤基復(fù)混肥，在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)室由化學(xué)肥料（尿素、過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀）和工礦區(qū)固體廢棄物（風(fēng)化煤、煤泥）復(fù)混而成，最終均達(dá)到或超過(guò)國(guó)家有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混肥料標(biāo)準(zhǔn)（GB18877—2009）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理實(shí)施

本試驗(yàn)設(shè)置3種施肥用量；高肥（煤基復(fù)混肥5 878 kg/hm2），中肥（煤基復(fù)混肥 4 115 kg/hm2），低肥（煤基復(fù)混肥2 351 kg/hm2）；另設(shè)計(jì)一個(gè)不施肥處理（CK）；共4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。復(fù)墾區(qū)種植玉米，共分12個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)按10 m×10 m面積劃分，種植密度6萬(wàn)株/hm2。試驗(yàn)期間無(wú)灌溉。于2016年5月1日至2016年10月10日在玉米不同生育期采集0～20 cm的土壤樣品及作物玉米樣品。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

測(cè)定項(xiàng)目及方法列于表2。

表2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007進(jìn)行計(jì)算，然后用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 21進(jìn)行方差分析，用Duncan法進(jìn)行檢驗(yàn)（α＝0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤養(yǎng)分含量的影響

2.1.1 施用煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 從圖1可以看出，在拔節(jié)期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于CK，且中肥土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于高肥、低肥及CK；在灌漿期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于CK，其中，中肥含量最高，但與高肥、低肥及CK間差異不顯著；在成熟期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于CK，中肥土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，但與高肥、低肥及CK間差異不顯著。

隨著玉米生育期的變化土壤有機(jī)質(zhì)含量不斷增加。這是因?yàn)槊夯鶑?fù)混肥中含有腐植酸，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量有明顯的影響。

2.1.2 施用煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤堿解氮含量的影響 從表3可以看出，在拔節(jié)期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時(shí)土壤堿解氮含量均高于CK，其中，中肥含量最高，與CK相比差異顯著，與高肥、低肥含量相比，差異不明顯；在灌漿期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時(shí)土壤堿解氮含量均高于CK，其中，中肥含量最高，且與CK間差異顯著，與高肥、低肥間差異不顯著；在成熟期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時(shí)土壤堿解氮含量均高于CK，其中，中肥含量最高，且顯著高于高肥和CK，與低肥處理間差異不顯著。

土壤堿解氮含量可以反映當(dāng)季玉米可利用的土壤氮含量[11]，中肥用量處理在玉米各個(gè)生育期土壤堿解氮含量均顯著高于其他施肥用量處理。隨著玉米生育期的推進(jìn)，土壤堿解氮含量普遍呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，從灌漿期開(kāi)始基本維持穩(wěn)定。表明煤基復(fù)混肥具有一定的氮素保持能力。這與高菊生等[11]長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施能提高土壤中氮的含量和徐祖祥等[10]不同施肥處理的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)土壤全氮含量呈上升趨勢(shì)的研究結(jié)果類似。

表3 施用煤基復(fù)混肥對(duì)不同時(shí)期土壤速效養(yǎng)分含量的影響 mg/kg

2.1.3 施用煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤有效磷含量的影響 由表3可知，在拔節(jié)期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時(shí)土壤有效磷含量均顯著高于CK，其中，中肥含量最高，且與高肥、低肥間差異顯著；在灌漿期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時(shí)土壤有效磷含量均顯著高于CK，其中，中肥含量最高，且與低肥相比差異顯著，與高肥相比差異不顯著；在成熟期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時(shí)土壤有效磷含量均顯著高于CK，其中，中肥含量最高，但與高肥、低肥相比差異不顯著。隨著玉米生育期的推進(jìn)，土壤有效磷含量從灌漿期開(kāi)始普遍下降。

2.1.4 施用煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤速效鉀含量的影響 從表3可以看出，在拔節(jié)期和灌漿期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時(shí)土壤速效鉀含量均顯著高于CK，其中，中肥含量最高，且與低肥、高肥和CK間差異顯著；在成熟期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時(shí)土壤速效鉀含量均高于CK，低肥、中肥與CK間土壤速效鉀含量差異不顯著，高肥土壤速效鉀含量最高，與低肥、中肥和CK間差異顯著。隨著玉米生育期的推進(jìn)，土壤速效鉀含量總體呈遞增的趨勢(shì)。

2.2 施用煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤酶活性的影響

2.2.1 施用煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤脲酶活性的影響 從圖2可以看出，在拔節(jié)期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時(shí)土壤脲酶活性均高于CK，其中，中肥活性顯著高于CK，低肥、高肥與CK間差異不顯著；在灌漿期，煤基復(fù)混肥在中肥用量時(shí)土壤脲酶活性最高，但低肥、中肥、高肥和CK間差異均不顯著；在成熟期，煤基復(fù)混肥在中肥用量時(shí)土壤脲酶活性高于高肥和CK，在低肥時(shí)土壤脲酶活性最高，但與中肥間差異不顯著。在不同的玉米生育期，灌漿期土壤脲酶活性普遍較高，這是因?yàn)樵谠撋趦?nèi)玉米植株生長(zhǎng)需要大量的可溶性氮，導(dǎo)致脲酶活性增強(qiáng)，這與焦曉光[13]等的研究結(jié)果含氮量與土壤脲酶活性正相關(guān)一致。

2.2.2 施用煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤蔗糖酶活性的影響 從圖3可以看出，在拔節(jié)期，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥用量時(shí)土壤蔗糖酶活性均高于CK，其中，中肥土壤蔗糖酶活性最高且顯著高于CK和高肥，低肥與CK相比差異不顯著，與中肥相比差異也不顯著；在灌漿期和成熟期，煤基復(fù)混肥施肥在低肥、中肥、高肥用量以及CK間土壤蔗糖酶活性均無(wú)顯著差異。隨著玉米生育期的推進(jìn)，土壤蔗糖酶活性總體呈遞增的趨勢(shì)。

2.2.3 施用煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤磷酸酶活性的影響 由于本試驗(yàn)供試土壤呈堿性，故選擇堿性磷酸酶作為土壤磷循環(huán)的主要指標(biāo)。從圖4可以看出，玉米不同生育期煤基復(fù)混肥施肥在低肥、中肥、高肥用量以及CK間土壤堿性磷酸酶活性均無(wú)顯著差異。隨著玉米生長(zhǎng)期的推進(jìn)，土壤堿性磷酸酶活性總體呈遞增的趨勢(shì)。

2.2.4 施用煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響 從圖5可以看出，玉米不同生育期煤基復(fù)混肥施肥在低肥、中肥、高肥用量以及CK間土壤過(guò)氧化氫酶活性均無(wú)顯著性差異。隨著玉米生長(zhǎng)期的推進(jìn)，土壤過(guò)氧化氫酶活性沒(méi)有明顯的變化。

2.3 施用煤基復(fù)混肥對(duì)復(fù)墾土壤玉米產(chǎn)量的影響

從圖6可以看出，煤基復(fù)混肥在低肥、中肥、高肥用量時(shí)，玉米產(chǎn)量均顯著高于CK，分別較CK提高了198.16%，218.90%，195.71%，其中，中肥玉米產(chǎn)量最高，且與低肥、高肥相比差異顯著，低肥、高肥間差異不顯著。本試驗(yàn)表明，在復(fù)墾區(qū)，不施肥會(huì)對(duì)玉米產(chǎn)量形成明顯脅迫；但過(guò)量施肥也會(huì)導(dǎo)致玉米減產(chǎn)，這與已有研究結(jié)論一致[14-15]。

3 討論

煤基復(fù)混肥是由郭漢清等[7]利用不同廢棄物和多種化學(xué)肥料進(jìn)行復(fù)混自主研發(fā)而成的，經(jīng)過(guò)一系列的大田和盆栽試驗(yàn)，結(jié)果表明，施加煤基復(fù)混肥可以有效提高土壤肥力以及玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗(yàn)旨在通過(guò)對(duì)不同用量煤基復(fù)混肥的肥效研究得出其對(duì)復(fù)墾土壤肥效提高的最適用量，為土壤復(fù)墾的進(jìn)一步研究提供一些依據(jù)。

施用煤基復(fù)混肥可以使土壤有機(jī)質(zhì)含量比不施肥處理明顯提高。這是因?yàn)閺?fù)墾區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量很低，施用煤基復(fù)混肥可以使土壤有機(jī)質(zhì)含量短時(shí)間內(nèi)迅速提高。在拔節(jié)期，煤基復(fù)混肥中肥用量處理時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯高于其他處理。表明施用適量的煤基復(fù)混肥提升土壤有機(jī)質(zhì)含量效果最佳。施用煤基復(fù)混肥對(duì)于土壤速效養(yǎng)分含量也有很好的改良作用，并且煤基復(fù)混肥施用量為中肥時(shí)，土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量好于其他處理。表明施用適量的煤基復(fù)混肥可以更好地改良土壤的性狀、增加土壤提供養(yǎng)分的能力。這與孫建等[16]的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥可以改良土壤理化性質(zhì)結(jié)論相似。

土壤中脲酶可以水解土壤有機(jī)質(zhì)中的碳-氮鍵，可以促進(jìn)土壤氮循環(huán)，從而提升土壤提供養(yǎng)分的能力[17]，因此，土壤脲酶活性對(duì)土壤肥力高低具有一定的表征作用[18]。煤基復(fù)混肥施用量為中肥時(shí)，土壤脲酶活性好于其他處理，表明適宜用量的煤基復(fù)混肥能更好地提升土壤脲酶的活性。土壤中的有機(jī)磷酯可以被磷酸酶水解成為無(wú)機(jī)磷酸，所以，磷酸酶活性與土壤有效磷含量呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系[19]。本試驗(yàn)中，施用煤基復(fù)混肥對(duì)土壤堿性磷酸酶活性并沒(méi)有明顯的影響，這與賈偉等[20]研究得出的長(zhǎng)期合理單施化肥提高土壤脲酶活性但對(duì)堿性磷酸酶活性的影響較小的結(jié)論相類似。本試驗(yàn)結(jié)果表明，煤基復(fù)混肥在中肥用量處理下，土壤蔗糖酶活性總體上略高于其他幾個(gè)處理。

適宜用量施肥可以促進(jìn)玉米籽粒的灌漿，提高產(chǎn)量，但施肥不足或過(guò)量均會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降。本試驗(yàn)表明，復(fù)墾區(qū)在不同的煤基復(fù)混肥施肥用量下，玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為中肥＞低肥＞高肥＞CK，表明施用適宜用量的煤基復(fù)混肥時(shí)，玉米產(chǎn)量最大。不施肥處理會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量很低，但是施肥濃度過(guò)高對(duì)玉米產(chǎn)量并沒(méi)有提高的作用，反而會(huì)增加投入成本，使經(jīng)濟(jì)效益大大降低，這與鄭洪兵等[21]研究的先玉335產(chǎn)量隨施氮量的增加呈單峰曲線變化和王爽等[15]研究的過(guò)量施氮并不能增加玉米對(duì)氮素的吸收的結(jié)果類似。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在中肥處理下，土壤有機(jī)質(zhì)含量在玉米拔節(jié)期、灌漿期和成熟期分別比其他處理提高了 12.83%～48.72%，10.42%～15.80%，13.95%～32.08%；土壤堿解氮含量在玉米拔節(jié)期、灌漿期和成熟期分別比其他處理提高了42.86%～150.00%，58.36%～216.71%，38.43%～100.00%；土壤有效磷含量在玉米玉米拔節(jié)期、灌漿期和成熟期分別比其他處理提高了7.47%～309.35%，5.19%～225.13%，1.68%～292.21%；土壤速效鉀含量在玉米拔節(jié)期和灌漿期分別比其他處理提高了74.84%～239.30%和149.65%～383.09%。施用適宜用量的煤基復(fù)混肥可以最佳提升土壤肥力，改良土壤性狀。

在拔節(jié)期，中肥處理下土壤脲酶活性比其他處理提高了49.20%～398.61%；土壤蔗糖酶活性比其他處理提高了64.22%～168.74%。施用適宜用量的煤基復(fù)混肥對(duì)土壤酶活性提升具有很重要的影響。

中肥用量處理下玉米產(chǎn)量達(dá)到最高，比其他處理提高了6.96%～218.90%。充分說(shuō)明適宜用量的煤基復(fù)混肥是提高玉米產(chǎn)量的最佳選擇。本試驗(yàn)中，施用量為中肥時(shí)是促進(jìn)玉米生長(zhǎng)和改良土壤的最佳施用量。

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Effects of Applying Coal-derived Compound Fertilize on Soil Nutrients,Enzyme Activities and Corn Yield in Reclaimed Soil

LIUYang，HONGJianping，GUOHanqing，WEI Ying，LIULingli
（College ofResources and Environment，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

To explore the best application of coal-derived compound fertilize fostering fertility in reclaimed soil,the effects of coal-derived compound fertilize on soil nutrients,enzyme activities and corn yield were studied,based on field experiment in reclamation area.The results showed that the coal-derived compound fertilize was middle fertilizer,soil organic matter content in shooting period,pustulation period and mature period were compared for high and low dosage of fertilizer increased by 12.83%-48.72%,10.42%-15.80%and 13.95%-32.08%,respectively.The content of soil available nitrogen in shooting period,pustulation period and mature period were compared for the amount of high fertility and lowfertility increased by 42.86%-150%,58.36%-216.71%,38.43%-100%,respectively.The soil available phosphorus content in shooting period,pustulation period and mature period were compared for high and low dosage of fertilizer increased by 7.47%-309.35%,5.19%-225.13%and 1.68%-292.21%,respectively.The content of available potassiumin soil ofhigh fertilityand lowfertilizer for corn in jointingand fillingstage respectivelythan the amount increased by74.84%-239.30%,149.65%-383.09%,respectively.Soil urease activity increased by 49.20%-398.61%at the jointing stage ofcorn.The yield of corn increased by 6.96%-218.90%when compared with the application ofhigh fertilizer and lowfertilizer.When the application amount is middle fertilizer,the coal-derived compound fertilize has the best effect on the soil fertilityimprovement.

coal-derived compound fertilize;soil nutrient;enzyme activity;corn yield

S158.1；S513

A

1002-2481（2017）11-1786-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.11.14

2017-06-19

山西省重大科技攻關(guān)項(xiàng)目山西省重大專項(xiàng)（20121101009）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31272257）

劉 洋（1988-），男，山西陽(yáng)泉人，在讀碩士，研究方向：土壤復(fù)墾與生態(tài)重建。洪堅(jiān)平為通信作者。