摘要：基于沈陽農業大學棕壤長期定位試驗(始于1987年)，研究31年化學氮肥和有機肥施用(單施化學氮肥為尿素135kgNˑhm-2ˑa-1和尿素270kgNˑhm-2ˑa-1;化學氮肥與有機肥配施為尿素135kgNˑhm-2ˑa-1+豬廄肥135kgNˑhm-2ˑa-1;單施有機肥為豬廄肥270kgNˑhm-2ˑa-1)對棕壤肥力指標(pH值、容重、有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀、全磷和全鉀)的影響，為指導化學氮肥和有機肥的合理施用提供理論依據。

　　結果表明：(1)施用化學氮肥和有機肥均提高了玉米產量。單施化學氮肥比有機肥增產效果低，并且單獨提高化學氮肥施用量不會促進產量的提升，而有機肥與化學氮肥配施增產最多;長期不施肥、單施化學氮肥，易造成酸化、板結，養分含量下降，不利于培肥土壤。(2)長期施用有機肥能夠緩解單施化學氮肥造成的不良性狀，并且有機肥與化學氮肥配施可以促進土壤肥力指標均衡增長，有利于培肥土壤。(3)主成分分析顯示，單施化學氮肥對容重、堿解氮正相關調控以及對pH值的負相關調控較強，而有機肥的施用對容重外的其他肥力指標的正相關調控較強，且有機肥和化學氮肥配施增強了對產量的正相關調控作用，為有機肥替代化肥奠定理論基礎。

　　關鍵詞:長期施肥;肥力指標;棕壤;主成分分析

　　農藝師評職論文范文：施肥對土壤生態環境的影響

　　摘要：當前我國化肥的生產量和使用量均居世界第一位，由于化肥生產原料和生產工藝的影響，一些化肥產品中含有有毒重金屬、有機物和無機酸等成分，長期不合理施用化肥導致了污染物在土壤中的累積，嚴重影響了土壤的生態環境,使糧食、蔬菜、水果等農產品中的重金屬、硝酸鹽等有害物質嚴重超標，農產品質量安全受到嚴重威脅。本文分析了化肥污染土壤的原因和特點，并提出了減輕化肥污染土壤生態環境的技術和措施。

　　氮是植物生長的必需元素，也是初級生產力的限制性養分，在農業實踐中施用氮肥能夠提高土壤的凈初級生產能力，提高作物產量和品質[1]。中國耕地面積占世界的7%左右，而中國的氮肥施用量占世界的25%左右[2]，故氮肥利用率總體不高[3]。肥料的施用會對土壤性質造成很大的影響[4]，合理的氮肥施用，能夠創造豐富的養分，調節土壤酸堿性，改善土壤結構和理化性質，提高土壤肥力[5]。不合理的施用不僅導致氮肥利用率下降，還會造成土壤板結、酸化、肥力下降等一系列不利的影響[6-7]。大部分農田土壤在自然條件下不能夠為作物提供充足的養分[8]，又由于有機肥發酵腐解過程緩慢復雜，因此越來越多無機肥料代替有機肥料被用于滿足人民對高產的追求[9]。但與化肥相比，有機肥養分含量豐富，能夠為作物生長提供全面穩定的養分，并能培肥地力[10]。

　　因此，探究長期化學氮肥和有機肥對土壤肥力指標的影響成為作物增產和土壤培肥的關鍵。為此沈陽農業大學于1987年設立了棕壤長期定位施肥試驗，揭示長期化學氮肥和有機肥施用對土壤肥力演變的影響。基于該試驗的長期不同氮肥處理，本研究采用主成分分析等方法，研究了化學氮肥和有機肥施用31年后對棕壤肥力指標的影響，以期明確化學氮肥和有機肥處理與肥力指標的關系，從而為合理調控氮肥施用和有機肥替代化肥提供理論基礎。

　　1.材料方法

　　1.1試驗地概況

　　沈陽農業大學棕壤長期定位試驗站始建于1987年，位于41°49′N，123°34′E。地處溫帶大陸季風氣候區，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨，年均溫7.6℃，年降水量705mm，海拔75m。土壤為發育在黃土性母質上的壤質棕壤，通體無鹽酸反應。作物為連作玉米(當地常用品種)。每年4月25日左右播種，9月25日左右收獲。試驗地1987年土壤基本理化性狀為：有機質含量15.6gˑkg-1，全氮含量1.0gˑkg-1，全磷含量0.5gˑkg-1，全鉀含量21.56gˑkg-1，堿解氮含量67.4mgˑkg-1，速效磷含量8.4mgˑkg-1，速效鉀含量99.7mgˑkg-1，pH值6.39，容重1.22gˑcm-3。試驗小區長9.6m，寬7.2m，面積69m2。施用的有機肥(M)為腐熟豬廄肥，有機質含量150gˑkg-1,全氮10gˑkg-1左右[11]。

　　1.2方法

　　2018年7月30日供試土壤采自沈陽農業大學棕壤長期定位試驗5個不同氮肥施用處理，采集各處理0～20cm土層的土壤樣品，其中CK0為試驗地布置初始值。每個處理3次重復，每個重復按“S”形五點取樣后混合處理。在室內挑出土壤中大的礫石、作物殘留根系和其他廢棄物，自然風干后，分別過20目和100目篩，用于各肥力指標的測定。用環刀采集每個重復處的土壤樣品，進行容重測定。

　　1.3測定項目與方法

　　土壤pH值采用電位計法(水土比2.5:1)測定，用Phs-3B型pH計測定。土壤容重測定采用環刀法。堿解氮測定采用NaOH擴散皿法。速效磷測定采用0.5molˑL-1NaHCO3浸提鉬銻抗比色法。速效鉀采用NH4OAc火焰光度計法。全磷采用NaOH熔融鉬銻抗比色法。全鉀采用NaOH熔融火焰光度計法。土壤有機質采用元素分析儀(ElementarVarioELⅢ,德國)測定的土壤有機碳乘以系數1.724計算得到[12]。

　　1.4數據分析方法

　　試驗所得數據結果采用MicrosoftExcel2016、IBMSPSSStatistics19和Canoco4.5軟件進行數據統計分析(LSD顯著性分析和主成分分析)和制圖。

　　2結果與分析

　　2.1不同氮肥施用對土壤pH值的影響

　　經過31年不同氮肥的施用，各處理的pH值均呈不同程度下降趨勢，下降幅度為3.44%~33.33%。單施化學氮肥降低的最大，且隨著化學氮肥施用量的增加，土壤pH值下降的幅度增大。有機肥的施用能夠緩解化學氮肥引發的pH值下降的趨勢，在等氮條件下，土壤的pH值呈現出M4>M2N2>N4。

　　2.2不同氮肥施用對土壤容重的影響

　　不同氮肥處理土壤容重在1.16~1.29gˑcm-3之間。與CK0相比，N2處理容重提升了0.03gˑcm-3，N4處理提升了0.08gˑcm-3。有機肥與化學氮肥配施和單施有機肥處理土壤容重分別降低了0.04gˑcm-3和0.07gˑcm-3。等氮條件下，N4處理土壤的容重最高，M2N2次之，M4處理土壤容重最低。

　　2.3不同氮肥處理對土壤有機質含量的影響

　　與CK0相比，不同氮肥處理土壤有機質含量均呈現不同水平的升高，有機質含量升高范圍為2.63%~84.35%。等氮條件下，M4處理的有機質含量最高，有機肥的施入對于提高有機質含量有促進作用，并具有顯著差異(P<0.05)。

　　2.4不同氮肥處理對土壤養分的影響

　　與CK0相比，土壤全量養分除全鉀和N2處理全磷呈現降低趨勢外，其余均呈現升高趨勢。CK、N2、N4分別使土壤全氮含量提升了25%、23%和28%，而有機肥與化學氮肥配施(M2N2)提高了57%，單施有機肥提高了97%。等氮條件下，N4、M2N2、M4處理間全氮含量有顯著差異(P<0.05)，且單施有機肥土壤全氮含量最高。與CK0相比，各處理土壤全鉀含量均呈下降趨勢，下降范圍在7.08%~17.27%之間。各處理全磷含量變化范圍在-4%~332%之間，有機肥施用顯著提高了全磷的含量，而化學氮肥對全磷的含量變化影響不明顯。

　　對于土壤速效養分，與CK0相比，各處理堿解氮含量均有所提升，N4、M2N2、M4處理與CK0相比有顯著提升，且N4處理堿解氮含量最高。各處理土壤速效鉀含量變化范圍在-65.31%~28.92%之間，與CK0相比，單施有機肥施用增加了土壤速效鉀含量，不施肥、單施氮肥及有機肥氮肥配施處理土壤速效鉀含量均呈降低趨勢。等氮條件下，M4處理的速效鉀含量最高，N4處理的速效鉀含量最低，呈現出顯著差異(P<0.05)。各處理土壤速效磷含量與CK0相比呈現顯著升高的趨勢，其中有機肥處理(M2N2、M4)較化學氮肥處理提升較多，且各處理間差異顯著(P<0.05)。

　　2.5不同氮肥處理各肥力指標的主成分分析

　　根據統計學的原理，當各主成分的累計貢獻率>85%時，即可反映系統的變異信息，同時特征值在某種意義上也可看出各主成分影響度大小[13-14]。本試驗第1主成分(PC1)的特征根為8.58，貢獻率已經達到了85.8%，第二主成分的特征根為1.12，貢獻率達到11.2%，前兩個主成分累計貢獻率達到了97%，且整體沒有變量丟失，可以用來反映土壤內養分的變異情況，能夠解釋絕大部分變異。

　　PC1用于解釋施肥與不施肥處理的差異，PC2用于解釋有機肥與化學氮肥處理的差異。其中，CK處理對各肥力指標影響均較弱，M2N2處理與產量相關性最強，M4處理與有機質、全磷相關性最強。此外，M2N2與有機質、全磷、總氮、速效鉀、產量、速效磷、堿解氮成正相關，與容重、pH值、全鉀呈負相關關系。速效磷在PC1上的貢獻最大，全鉀在PC1上的載荷貢獻值最小。M4處理位于PC2的正半軸，而M2N2和N4處理位于PC2的負半軸。速效鉀在PC2上的載荷貢獻值最大，速效磷在PC2上的貢獻最小。

　　3.討論與結論

　　氮肥作為植物生長必須的重要元素已被廣泛使用，長期不同量、不同形式氮肥(不施肥、化學氮肥、有機肥)施用雖提高了玉米產量，但提高程度存在差異，且對土壤肥力指標產生了不同程度的影響。單施化學氮肥(N2、N4)降低了土壤pH，主要由于尿素經水解、硝化后生成NO3-，與土壤中H+結合，導致土壤pH下降[15]。同時，也增加了土壤容重，這與單施化學氮肥使得土壤板結，造成容重增加有關[16]。董澤鵬等[17]研究表明單施化肥會一定程度提升速效養分，但對全量養分的促進作用不明顯。

　　本研究結果顯示化學氮肥的施入增加了土壤全氮、堿解氮、速效磷等速效養分的含量[18]，一定程度上促進了作物產量的增加，使得歸還土壤的作物殘留物(如根茬、秸稈)增加，從而提高了土壤有機質含量[19]。然而，單施化學氮肥和不施肥處理，由于沒有外源鉀素供給，并且根茬歸還土壤部分少于作物生長需要部分，因此土壤全鉀、速效鉀含量顯著下降。土壤全鉀含量主要與母質和黏土礦物有關，而速效鉀含量受全鉀和施肥的影響[20]。有機肥的施用總體上對全量和速效養分的提升效果優于化學氮肥的施用，可以改善養分容庫，提高土壤的供肥容量，對提升玉米產量更明顯[21]。其中，有機肥與化學氮肥配施是各處理中增產效果最高的。

　　與CK0相比，有機肥施入也降低了土壤pH值(有機肥和化學氮肥配施較單施有機肥下降較多)，但下降幅度低于單施化學氮肥，說明有機肥的施用可以減緩單施化學氮肥對土壤造成的酸化。此外，其補充了土壤有機質的損失，維持了較好的土壤容重[22]。然而，與CK0相比，有機肥的施入雖顯著增加了土壤速效鉀的供應，但一定程度降低了土壤全鉀含量，增加了土壤鉀素損失的風險[23]，但單施有機肥能夠緩解化學氮肥引起的土壤全鉀的下降[24]。總體看，M2N2處理增加了全氮、全磷、堿解氮、速效磷含量，使土壤的肥力水平得到提升，且土壤的供肥能力穩定，最有利于作物的生長和培肥土壤。大量研究也表明有機肥與化肥配施效果好于單施其中一種，可以提高土壤質量及作物品質[8,25]。

　　長期化學氮肥和有機肥施用影響了土壤諸多肥力指標及其之間的關系。應用主成分分析能夠從復雜大量的數據中提取出一定的規律，得出細致客觀的結論，對于研究不同形式氮肥施用對土壤肥力指標的影響分析有著重要的意義[26]。本研究主成分分析直觀反映出長期不施肥、單施化學氮肥、有機肥和化學氮肥配施、單施有機肥對土壤各肥力指標的影響在各象限呈逆時針的規律變化，其中有機肥和化學氮肥配施能夠正向影響更多的指標，且指標間正向相關關系緊密。有機質、全氮、全磷、速效磷、速效鉀之間均呈正相關關系，即土壤養分維持在一種相對平衡狀態，某一種養分的失衡將會引起其他的養分豐缺平衡。

　　等氮條件下，M2N2處理與除pH外的其余養分指標相關性較強，并直接影響作物產量，說明有機肥與化肥配施有利于平衡養分和土壤培肥。土壤容重與除全鉀外的其余肥力指標呈負相關關系，即容重越大土壤的肥力指標越低，土壤的養分供應能力越弱。此外，各處理對全鉀的調控均較弱，因此在一定程度上也反映了這些處理存在土壤鉀素的潛在損失。

　　31年化學氮肥和有機肥的施用對棕壤肥力指標產生了不同程度的影響：與不施肥相比，化學氮肥和有機肥施用均提高了玉米的產量，單施高量化學氮肥處理增產效果最差，有機肥與化學氮肥配施增產效果最明好;等氮條件下，有機肥和化學氮肥配施更有利于培肥土壤，緩解化學氮肥造成的不良影響，使各肥力指標向利用產量方向發展;有機肥與化學氮肥配施對土壤速效磷、總氮、堿解氮、有機質、全磷、速效鉀具有正相關調控作用對容重和pH負相關調控作用較強，而化學氮肥對容重的正相關調控和pH值、全鉀的負相關調控較強。因此，有機肥與化學氮肥配施最有利于作物增產和培肥土壤，但需要注意土壤中鉀素的潛在損失。

　　參考文獻：

　　[1]巨曉棠,谷保靜.我國農田氮肥施用現狀、問題及趨勢[J].植物營養與肥料學報,2014,20(4):783-795.

　　[2]吳俊,樊劍波,何園球，等.不同減量施肥條件下稻田田面水氮素動態變化及徑流損失研究[J].生態環境學報,2012(9)：1561-1566.