2 種有機調理劑復配中微量元素對大豆生長及根際土壤微環境的影響

郭智妍 盧維宏 潘思雨 程瑞妍 莢俊飛 曾明志

宿州學院環境與測繪工程學院 宿州 234000

大量研究結果表明，將有機調理劑與化肥有機復配應用于質量退化的農田土壤調控中，都取得了顯著的效果。如：孟阿靜等[1]將常規肥料與黃腐酸復配在紅棗上進行應用，對紅棗產量及品質（Vc、可溶性糖、糖酸比、可溶性蛋白等）均有明顯的促進效應，實現增收20.8%~35.7%。在小麥的促生增產措施中，也發現腐植酸具有改善小麥根系發育、地上部生長及產量等相關指標的作用[2]。劉佳歡等[3]在小麥種植中施用黃腐酸，提高了脲酶、磷酸酶、蔗糖酶等3 種土壤酶活性和根際土壤中微生物的多樣性。黃腐酸鉀、復合氨基酸、α－萘乙酸鈉等作為肥料增效劑，分別單獨施用或結合水肥復配施用在前人的研究中也取得了類似結果[4～6]。此外，外源補充中微量元素具有緩解作物生理性病害、改善生長發育特性、增加產量的效果也已被大量研究證實，如外源補充鉬元素能夠有效提高大豆根瘤菌的數量，促進大豆的生物固氮能力；相反，缺鉬則會嚴重影響大豆的生長發育，導致減產。研究表明，施用鉬肥可有效促進大豆根系發育、葉面積指數、產量等指標，產量增幅可達31.64%[7]。目前，將有機調理劑與中微量元素有機結合對大豆生長及根際微環境影響的研究較少，特別是針對皖北沙姜黑土區域的研究鮮有報道。因此，探究有機調理劑與化肥減量聯合措施對皖北沙姜黑土區大豆生長及根際土壤微環境的影響具有重要意義。本研究選用礦源腐植酸、黃腐酸2 種有機調理劑分別與中微量元素（鉬、鈣）復配，探究其對皖北沙姜黑土區大豆生長及根際土壤微環境的影響，以期為化肥增效減施、大豆高產優質提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地點位于安徽省宿州市埇橋區朱仙莊鎮（海拔27.3 米）。試驗田供試土壤類型為砂姜黑土。土壤基礎理化性質：全氮1.16 g/kg、全磷0.57 g/kg、全鉀31.70 g/kg、堿解氮86.94 mg/kg、速效磷9.83 mg/kg、速效鉀273.40 mg/kg、有機質13.20 g/kg，pH 值7.20。

供試大豆品種為“中黃13”（由宿州市農業科學院大豆所提供），具有抗倒伏、抗澇、抗大豆花葉病毒病、中抗大豆孢囊線蟲病的特性。

供試肥料分別為黃腐酸（農用，河南心連心化學工業集團股份有限公司）、腐植酸（農用，河南心連心化學工業集團股份有限公司）、硝酸銨鈣（農用，山西金蘭化工股份有限公司）和鉬酸銨（分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司）。供試配方肥分別為常規配方肥（市售N-P2O5-K2O 15-15-15 平衡肥，總養分≥45%）、實驗室自制大豆專用配方肥（測土配方確定為N-P2O5-K2O 13-10-16，總養分≥39%，下文簡稱“優化配方肥”）。

1.2 試驗方法

以田間試驗的方式進行，在常規配方肥（CK）的基礎上，設置了4 個減肥增效試驗處理，分別采用基肥方式施用。

CK：常規配方肥，施肥量為300 kg/hm2；

T1：優化配方肥+ 黃腐酸0.5%+ 鉬酸銨0.04%，施肥量為240 kg/hm2；

T2：優化配方肥+ 腐植酸2.0%+ 鉬酸銨0.04%，施肥量為240 kg/hm2；

T3：優化配方肥+ 黃腐酸0.5%+ 鉬酸銨0.04%+硝酸鈣0.5%，施肥量為240 kg/hm2；

T4：優化配方肥+ 腐植酸2.0%+ 鉬酸銨0.04%+硝酸鈣0.5%，施肥量為240 kg/hm2。

每個處理3 次重復，每個重復為1 個小區，單個小區面積為20 m2（4 m×5 m）。將供試配方肥與土壤混合均勻后，按照常規方法種植品種為“中黃13”的大豆，播種量為8.0 kg/畝。2022 年6 月10 日播種，所有處理除了施肥差異外其余各項管理措施均保持一致，10 月15 日收獲。

1.3 樣品采集及測定

采收時，選取各小區中間連續4 列，每列連續5 株帶根系整株挖出，用抖土法收集大豆根際土壤樣品（約500 g），混勻去雜后裝自封袋，編號密封后帶回實驗室，經風干、破碎、過篩后備用。植株樣品采集時，將抖土后的植株整株裝尼龍網袋后帶回實驗室分別調查株高、根長、分根數、豆秸生物量、單株結莢數、單株空殼數；同時，脫粒晾干后調查百粒重、產量指標。其中，單株結莢數、分根數均采用計數法測量；株高、根長均采用量程為30 cm（精度為1.0 mm）的直尺進行測量，株高是從植株莖基部測量到大豆生長最上部，根長是從莖基部測量到大豆根尖末端；豆秸生物量指標為去除籽粒后剩余的所有秸稈部分干重（75 ℃烘干至恒重）；百粒重、產量為籽粒去雜曬干（水分13%）用電子天平（精度為0.01）稱重。

土壤理化性質指標測定：土壤pH 值測定方法采用pH 計測量法，水土比為2.5 ∶1，置于恒溫振蕩器中于25 ℃、120 r/min 條件下振蕩30 min，取出靜置2.0 h 后取上清液測定酸堿度[8]。土壤電導率測定采用電導率儀，取過2 mm 篩孔的風干土樣和蒸餾水，按照水土比5 ∶1 加入50 mL 透明塑料瓶中，置于恒溫振蕩器中于25 ℃、120 r/min條件下振蕩30 min，取出靜置1.5 h 后取上清液測定電導率[9]。土壤堿解氮根據《森林土壤水解性氮的測定》用堿解-擴散法測定[10]；有效磷依據《土壤檢測 第7 部分 土壤有效磷的測定》用鉬銻抗比色法進行檢測[11]；速效鉀依據《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測定》用中性乙酸銨溶液浸提、火焰光度計法檢測[12，13]；有機質依據《土壤檢測 第6部分：土壤有機質的測定》用重鉻酸鉀氧化土壤有機碳，多余的氧化劑用硫酸亞鐵銨標準溶液滴定，記錄硫酸亞鐵銨標準溶液的消耗體積，經計算得有機質的量[14]。

土壤微生物指標采用平板計數法測定土壤中可培養微生物（細菌、真菌）的數量[15]。培養結束后，用數學計數法統計菌落數，記錄數據并拍照。

1.4 統計分析

采用Microsoft-excel 2019 和SPSS 26.0 等軟件對各指標的數據進行整理、方差分析和顯著差異性比較。

2 結果與分析

2.1 2 種有機調理劑復配中微量元素對大豆生長及產量的影響

2.1.1 對大豆生長指標的影響

由表1 可以看出，與CK 相比，各減肥增效試驗處理（T1~T4）均不同程度地促進了大豆的生長指標。其中，以T2 處理整體效果最佳，株高、根長、分根數、豆秸生物量、單株結莢數分別提高了0.97%、7.92%、22.34%、6.82%、2.31%；其次是T3 處理，株高、根長、分根數、豆秸生物量、單株結莢數分別增加了14.10%、6.17%、22.48%、1.78%、1.62%；再者是T1 處理，除株高外的根長、分根數、豆秸生物量、單株結莢數4 項指標分別增加了7.92%、14.89%、2.99%、20.14%。T4 處理僅對大豆的分根數、單株結莢數2 項指標分別增加了12.98%、3.70%。綜上所述，以T2 處理對大豆生長指標的促進效果最好，對本研究中所調查的大豆5 項生長指標均表現了不同程度的促進效應。

表1 2 種有機調理劑復配中微量元素對大豆生長指標的影響Tab.1 Eff ects of trace elements in the combination of two organic conditioners on the growth indexes of soybean

2.1.2 對大豆產量指標的影響

由表2 可以看出，與CK 相比，除T4 處理外，各減肥增效試驗處理均不同程度地降低了大豆的空殼數量和空殼率，提高了大豆產量相關指標。其中，以T1 處理整體效果最好，空殼數下降了25.82%，空殼率由15.51%下降至9.58%，百粒重增加了9.39%，增產28.50%，均達到了顯著差異水平（P<0.05）；其次是T2 處理，空殼數減少了47.31%，空殼率降至7.99%，增產16.57%，均達到了顯著差異水平（P<0.05）；再者是T3 處理，空殼數降低了22.34%，空殼率降為11.85%，增產12.27%；T4 處理中僅大豆百粒重提高了9.39%，其余均不同程度地表現了抑制效應。綜上所述，以T1處理對大豆產量相關指標的綜合促進效應最佳。同時，在優化配方肥的基礎上，黃腐酸、鉬酸銨、硝酸鈣的復配及腐植酸、鉬酸銨、硝酸鈣的復配中，均為前兩者復配的效果優于三者復配，且黃腐酸的效果優于腐植酸。

表2 2 種有機調理劑復配中微量元素對大豆產量指標的影響Tab.2 Eff ects of trace elements in the combination of two organic conditioners on the yield indexes of soybean

2.2 2 種有機調理劑復配中微量元素對大豆根際土壤理化性質的影響

由表3 可以看出，與CK 相比，各減肥增效試驗處理均不同程度地優化調控了大豆根際土壤的理化性質。其中，以T2 處理最為明顯，大豆根際土壤有效磷、速效鉀、有機質均有了顯著（P<0.05）提升，指標增幅分別達到了60.44%、24.47%、11.88%，土壤堿解氮、電導率分別下降了18.36%、11.93%；其次是T1 處理，大豆根際土壤有效磷、速效鉀、有機質指標分別提高了42.17%、18.89%、13.96%，堿解氮、電導率下降了13.33%、11.67%，均達到了顯著差異水平（P<0.05）；再者是T3 處理的有效磷、速效鉀、有機質分別提高了26.41%、9.08%、9.09%，堿解氮、電導率下降了5.92%、29.59%，僅部分指標達到了顯著差異水平（P<0.05）；T4 處理的大豆根際土壤有效磷、速效鉀、有機質分別提高了22.65%、13.72%、11.04%，堿解氮、電導率下降了9.13%、5.78%，僅部分指標達到了顯著差異水平（P<0.05）。綜上所述，以T2 處理的整體效果最佳，T1 處理各項指標（除有效磷外）均與T2 處理基本持平。同時，在優化配方肥的基礎上，腐植酸、鉬酸銨、硝酸鈣復配的效果中表現了以前兩者的復配優于三者的效果，黃腐酸也表現了相同的趨勢，二者復配情況下腐植酸對根際土壤的改善效應優于黃腐酸，尤其是土壤有效磷。

表3 2 種有機調理劑復配中微量元素對大豆根系土壤理化性質的影響Tab.3 Eff ects of trace elements in the combination of two organic conditioners on the physicochemical properties of soybean root soil

2.3 2 種有機調理劑復配中微量元素對大豆根際土壤微生物的影響

由表4 可以看出，與CK 相比，各減肥增效試驗處理均不同程度地影響了大豆根際土壤中可培養微生物（真菌、細菌）群落數量。其中，T1 處理分別降低了大豆根際土壤細菌、真菌數量，下降了5.48%、33.33%，提高了細菌/真菌比值，增幅達到了41.73%；T2 處理中大豆根際土壤真菌數量下降了9.52%，細菌數量持平，提高了細菌/真菌比值，增幅達到了10.50%；T3 處理分別提高了大豆根際土壤細菌、真菌、微生物總量，增幅分別達到了16.44%、142.85%、32.33%，降低了細菌/真菌比值達52.09%；T4 處理分別提高了大豆根際土壤細菌、真菌、細菌/真菌比值、微生物總量，增幅分別達到了34.93%、28.57%、5.04%、34.13%。綜上所述，以T2 的效果最佳，抑制了根際土壤的真菌數量，增加了細菌/真菌比值，這有利于大豆根際土壤從真菌型向細菌型轉化。

表4 不同有機調理劑復配中微量元素對大豆根系微生物的影響Tab.4 Eff ects of trace elements in the combination of two organic conditioners on root microorganisms of soybean

3 討論

3.1 2 種有機調理劑復配中微量元素對大豆生長及產量的影響

化肥減量增效是實現大豆高產優質與土壤環境友好協同并行的重要途徑。大量研究表明，黃腐酸、腐植酸等有機土壤調理劑在促進作物生長、增加產量、增加植物地上部和根系的干物質重等方面具有優勢[16~18]，尤其是在刺激根系發育方面。如Dobbss 等[19]研究表明，腐植酸處理下，番茄側根數和側根長度增幅分別達到了150%~264%、405%~2280%。Muscolo 等[20]、Atiyeh 等[21]在綜述腐殖質與植物生長發育之間關系時，發現腐殖質能促進植物生長，特別是其小分子生物活性物質，對促進擬南芥和玉米幼苗根系生長的作用尤為突出。本研究涉及的黃腐酸、腐植酸2 種有機調理劑均能增加大豆根長、分根數、豆秸生物量，這與黃腐酸、腐植酸對根系的刺激效應密切相關。在促進大豆5項生長指標中，以T2處理效果最佳，其次是T1處理，這2個處理均不同程度地促進了株高、根長、分根數、豆秸生物量和單株結莢數，而含黃腐酸的T1 處理在促進大豆單株結莢數方面更具有優勢；與含腐植酸的T2 處理相比，單株結莢數增加了17.42%，這可能與黃腐酸的小分子、高活性、易傳導特性有關，這也進一步維持了增加百粒重和降低空殼數、空殼率的優勢，而腐植酸的促生增產效果則與改善土壤結構、活化被固定的土壤養分有關。進一步結合試驗田基礎理化性質中堿解氮缺乏、速效磷極度缺乏、有機質中等的特性，黃腐酸的生物刺激效應比腐植酸的改土調控效應對于實現增產結果更具有“時效性快”的優勢[22，23]。于晟玥等[24]和張麗麗[25]種植小麥、番茄的研究結果表明，施用黃腐酸能有效促進作物的生長生產能力，提高作物對P、N 的吸收效率，增加地上部生物量積累。梁媛媛等[26]在河南許昌種植冬小麥的過程中施用不同分子量的黃腐酸，小麥產量提升了21.62%~49.06%。此外，黃腐酸的小分子、全水溶、易傳導特性也進一步促進了鉬酸銨中“鉬”、硝酸鈣中“鈣”的生物有效性，更容易被攜帶進入植物體內完成同化效應，形成生長發育優勢和產量優勢[27]，這也進一步證實了三者復配后在促進大豆生長5 項指標的效果上稍稍優于二者復配的原因。

3.2 2 種有機調理劑復配中微量元素對大豆根際土壤理化性質的影響

土壤理化指標是作物養分供應和土壤肥力的重要指標。本研究中涉及的4 種不同減肥增效優化配方肥均不同程度地優化了大豆根際土壤理化指標。學者研究表明，腐植酸中的羧基、羰基和羥基等官能團，具有較強的離子交換和吸附能力，進入土壤后，既可固持土壤和肥料中過多的養分離子，又可以在其含量較低時釋放出來，實現增加土壤大、中、微量元素的有效性和利用效率[28，29]。以黃腐酸、腐植酸為有機調理劑的T1、T2 2 個處理中，以T2 處理對土壤速效磷、速效鉀的提升促進效果最佳，且均達到了顯著性水平（P<0.05），較T1處理增幅分別達到了12.85%、4.70%，這與較大分子的腐植酸具有較好的改土優勢有關[30，31]，尤其是在提高土壤磷的活性和有效磷方面[32，33]效果更為突出。趙萌萌等[34]、劉燦華等[35]、于常海等[36]的研究結果進一步表明，在化肥減施增效過程中應用腐植酸、黃腐酸，均能夠實現活化土壤鉀、磷等營養元素，提高有機質含量，改善土壤理化結構的目標。此外，腐植酸、鉬酸銨、硝酸鈣的復配效果中，前兩者的復配效果優于三者復配的效果，這可能是硝酸鈣與肥料、土壤中的磷酸根結合，形成難溶的磷酸鈣，繼而使得部分水溶性磷轉換成了難溶性磷，表現為有效磷含量下降[37]。

3.3 2 種有機調理劑復配中微量元素對大豆根際土壤微生物的影響

根際微生物是土壤生態系統中十分重要的一環，不僅參與了土壤中幾乎全部的化學反應，也直接或間接地影響著土壤微環境，特別是作物根際微環境的優劣，是制約作物生長和產量形成的關鍵因素。研究表明，在農田土壤中長期施用有機-無機復合肥能夠有效改善土壤微生物活性，特別是氨氧化細菌[38～40]。肖瓊等[41]的研究結果進一步證實了單施或配施有機物料比單施化肥在促進根際土壤微生物環境方面更具有優勢。陳星星等[42]在探索腐植酸對鹽脅迫下土壤微生物群落結構和土壤酶活的影響中發現，腐植酸能夠改善土壤肥力狀況，增加根際土壤微生物數量，提高土壤酶活性，進而緩解鹽脅迫對苦瓜幼苗生長的抑制效應。在此基礎上，進一步選用腐植酸、黃腐酸與肥料復配，在受重金屬污染的土壤種植煙草，其根際土壤中的微生物活性、種群多樣性均得到改善[43，44]。這些均與本研究中涉及到的T1 處理、T2 處理的試驗結果具有較強的一致性，表現為真菌數量下降、細菌/真菌比值升高。以往研究中的土傳病害多表現為真菌性病害，且不少研究者將土傳病害發生嚴重的土壤稱之為“真菌型”[45，46]，細菌/真菌比值的提升有助于土壤由“真菌型”向“細菌型”轉變，本研究結果進一步為作物根際土壤結構優化提供了參考依據。

4 結論

本研究涉及的2 種有機調理劑（黃腐酸、腐植酸）與中微量元素復配配方對大豆的生長性狀及根際土壤微環境均表現了不同程度的改善效應，特別是增加了大豆產量、活化了土壤養分、改善了土壤微生物群體結構。綜合來看，以T1 處理“優化配方肥+黃腐酸0.5%+鉬酸銨0.04%”對刺激大豆生長發育和產量關鍵因素形成的效果最為突出，而T2 處理“優化配方肥+腐植酸2.0%+鉬酸銨0.04%+硝酸鈣0.5%”對根際土壤的理化性質和生物學指標改善效應最佳，可以考慮在大豆農業生產中推廣應用。