2025, Vol. 62
2. 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所), 南京 210008;
3. 中向旭曜科技有限公司, 江苏江阴 214400
2. State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China;
3. View Sino Orise Technology Limited Company, Jiangyin, Jiangsu 214400, China
在当今全球背景下，人口迅速增长和气候变化给农业系统带来了巨大压力，造成粮食安全面临重大挑战。确保足够的食物生产以满足不断增长的人口需求，同时应对环境限制，仍然是一个全球性的重要问题[1]。化肥的广泛使用显著提高了作物产量，极大地推进了农业的发展，保证了粮食安全。然而，为追求高产，过量使用化肥对农业土壤、生态环境以及农产品的质量安全造成了严重的副作用[2]。因此，既能增加作物产量，又能保护环境的创新和高效型农业实践就显得尤为重要。其中，腐殖质的应用成为一种备受关注的策略。
腐殖质是一种含有丰富碳氢化合物和功能基团的有机物，主要来源于动植物残体的分解和微生物的代谢过程[3]，它在改善土壤肥力和植物生长方面发挥着关键作用[4]。研究表明，施用腐殖质类物质能够改良土壤，提高作物的产量和品质[5-7]。例如，在土壤中添加腐殖质生物肥后，土壤中细菌和真菌数量显著增加[5]。将腐殖质溶液在小麦拔节期施入土壤，能够显著提高冬小麦的生物量和籽粒产量[6]。Kishor等[7]在一项两年的试验中也指出，叶面喷施腐殖质能够显著增加咖啡豆的产量。上述研究均突显了腐殖质在提高农业生产力方面的潜力。
传统方法中，腐殖质通常被直接施加于土壤或与化肥结合使用，这在改善土壤肥力和作物生产力方面被证明是有益的[8]。然而，这些方式通常存在利用效率低、容易引起环境问题等弊端[9]。因此，上述问题促使人们寻求更有针对性的应用方法，如滴灌。采用滴灌的方式施用腐殖质具有众多优势，包括更高效和更有针对性的应用、减少环境影响以及可能在促进作物生长方面带来更大的效果[10-11]。
尽管取得了一些进展，但关于腐殖质在滴灌方式下适宜的浓度、用量等问题仍存在明显的空白。本研究探索了滴灌方式下不同浓度和用量处理的天然腐殖质改性材料在农业中的应用效果。通过对两种不同加工方式得到的材料（M1和M2）进行细致的物理和化学特性分析，并结合田间试验，评估它们对玉米生长的影响。旨在探究滴灌方式下最适宜的腐殖质施用浓度和用量，从而为农业生产提供新的方向和实践依据。
1 材料与方法 1.1 试验区概况试验场地位于河南省新乡市封丘县中国科学院封丘农业生态实验站（35°01′N，114°24′E）。该地区属半干旱半湿润的暖温带季风气候，年均温度13.9 ℃，年均降水量615 mm，蒸发量约1 875 mm，全年接受的日照时数2 300 ~ 2 500 h。土壤类型为典型的潮土，耕作层土壤质地为碱性壤土。
1.2 供试材料本研究选取了两种由天然腐殖质材料（NFA，产自印度尼西亚）通过不同手段加工处理而成的改性材料作为试验样品。材料一（天然腐殖质材料砂磨液，M1）是将天然腐殖质材料破碎后配置成一定浓度的浆液，然后通过研磨机进行研磨，最终得到的粒径分布90%（D90）在30 μm以下的浆液，再经过沉降、筛分去除杂质后获得的一种体系稳定的液体。材料二（全水溶硝基腐殖酸钾，M2）是将天然腐殖质材料破碎后，用一定浓度的硝酸溶液进行氧化降解，得到天然腐殖质材料的氧化物。然后将此氧化物加入一定浓度的氢氧化钾溶液中，经加热、提取、固液分离、干燥后得到一种全水溶的黑色固体。相关材料均由中向旭曜科技有限公司提供。各材料的基本养分性质见表 1。
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表 1 不同材料的基本养分性质 Table 1 Basic nutrient properties of different materials |
田间试验于2023年在封丘农业生态实验站进行，供试作物为玉米（郑单958），于6月11日播种，9月20日收获。本试验针对M1、M2两种材料，分别设置650（A1）、1 300（A2）、1 950（A3）L·hm-2三种不同用量处理，以及0.2（C1）、0.4（C2）、0.6（C3）、0.8（C4）、1.0（C5）、1.5（C6）、2.0（C7）g·L-1七种不同浓度处理，外加不施用两种材料的CK（A0，C0），共计43个处理，每个处理设3次重复。不同浓度及用量组合对应的编号见表 2。
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表 2 不同浓度及用量处理对应的编号 Table 2 The corresponding numbers treated with different concentrations and amounts |
试验采用微区设计，每个小区面积为1 m2（1 m ×1 m），并通过完全随机区组设计进行小区排列。播种的株距为30 cm，行距为50 cm，每个小区内种植12株玉米。试验开始前，土壤（0 ~ 20 cm）基础理化性质为：pH 7.93，土壤有机碳10.95 g·kg-1，全氮（TN）0.80 g·kg-1，全磷（TP）0.94 g·kg-1，全钾（TK）15.47 g·kg-1，碱解氮（AN）40.76 mg·kg-1，有效磷（AP）32.24 mg·kg-1，速效钾（AK）71.05 mg·kg-1。
所有处理的施肥量均为：氮肥（N）120 kg·hm-2，磷肥（P2O5）75 kg·hm-2、钾肥（K2O）75 kg·hm-2，所施化肥分别为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O5 16%）、硫酸钾（含K2O 45%）。在玉米播种前，将氮肥的30%以及全部磷、钾肥作为基肥施入，剩余70%氮肥在大喇叭口期作为追肥施入。滴灌处理于拔节期开始进行第一次，隔7 d后进行第二次，于吐丝期进行第三次，隔7 d后进行最后一次，每次的用量及浓度如上所述。其他田间管理与当地常规田间管理相同。
1.4 材料分析与测定腐殖质组分分析：采用0.1 mol·L-1 NaOH和0.1 mol·L-1 Na4P2O7混合溶液提取胡敏酸（HA）、富里酸（FA）[3]，然后通过重铬酸钾外加热法[12]测定腐殖质（Hus）、HA及FA碳量。胡敏素（Hu）碳量用差减法得出，即Hu=Hus-HA-FA。
元素组成测定：碳（C）、氢（H）、氮（N）、硫（S）含量通过元素分析仪（Elementar Vario EL cube，德国）测定。氧（O）的含量通过差减法计算得到，并借助在马弗炉中800 ℃加热4 h[13]所测得的灰分数据进行校正。
粒径组成分析：首先设置参数，消除气泡，开启超声和循环以测定背景值。随后，取少量样品加入激光粒度分布仪（Bettersize 2600，百特，辽宁丹东），确保样品浓度处于测试范围内。待分散体系浓度稳定后，开始测量。
扫描电子显微镜（SEM）观察：将微量样品直接粘附在导电胶上，并在溅射镀膜仪（Quorum SC7620，英国）上以10 mA的电流喷金45 s。随后，使用扫描电子显微镜（ZEISS Sigma 300，德国）拍摄样品形貌。在成像过程中，加速电压设定为3 kV，采用SE2二次电子探测器。
傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析：通过采用KBr压片法对不同材料的红外光谱进行测定。首先，将1 ~ 2 mg的粉末样品和200 mg的纯KBr均匀研磨后放入模具中，然后用油压机将其压成透明薄片。随后，将样片放入红外光谱仪（Thermo Nicolet iS50，美国）中进行分析。测试范围为波数4 000 ~ 400 cm-1，扫描次数为32，分辨率为4 cm-1。
1.5 玉米样品采集与测定玉米样品于2023年9月收获时进行采集。对每个小区内中间两列的玉米植株进行采集，测定株高和生物量。收获小区内所有的玉米，测定产量。
玉米的株高用卷尺测定，生物量和产量用电子天平进行测定。
然后根据小区的产量，估算出每公顷玉米的产量，计算过程如下：
| $\text { 产量 } /\left(\mathrm{kg} \cdot \mathrm{hm}^{-2}\right)=\left(\frac{100}{0.3}+1\right) \times\left(\frac{100}{0.5}+1\right) \times \frac{\text { 小区产量 }}{12}$ |
利用Excel 2019进行试验数据处理，用SPSS 27对试验数据进行方差分析和显著性检验，处理间差异采用邓肯（Duncan）多重比较方法，显著性水平为0.05，使用Origin 2023b进行绘图。
2 结果 2.1 不同材料中腐殖质组分及可溶性碳含量由于加工手段的不同，导致两种材料的组分产生了不同的变化。表 3展示了不同材料样品中的腐殖质及其组分和可溶性碳[14]的含量。可以看出，NFA中的腐殖质含量最高，其总碳量达到了388.9 g·kg-1。经加工处理后，M1的腐殖质及其组分和可溶性碳的含量较NFA无显著变化，M2则产生了较大的变化。就两种改性材料而言，M1的腐殖质含碳量为386.2 g·kg-1，显著高于M2。在M1中，胡敏酸（HA）是其主要的腐殖质组分，含碳量为303.4 g·kg-1，占腐殖质总量的78.56%，显著高于M2。M1中还含有较高的惰性腐殖质组分胡敏素（Hu），占其腐殖质总量的18.43%。然而，M1中的可溶性碳（DOC）含量极低，仅为0.91 g·kg-1。反观M2，与M1相比其腐殖质含量明显减少，总碳量仅为319.2 g·kg-1。M2中腐殖质的主要组分是富里酸（FA），含碳量达到了242.5 g·kg-1，占其腐殖质总量的75.98%。而其惰性腐殖质组分Hu的含量仅占了腐殖质总量的0.96%。同时，M2中的DOC含量高达310.7 g·kg-1，远高于M1中的含量。总体而言，M2的腐殖质总量低于M1。然而，分析腐殖质组分的含量表明，M2主要减少了惰性腐殖质Hu的比例，而其活性组分FA和HA的总量与M1相当。
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表 3 不同样品腐殖质及其组分的总碳量和可溶性碳含量 Table 3 Total carbon content of humus and its components and dissolved carbon values in different samples |
表 4展示了天然腐殖质材料NFA及其产物M1、M2的C、H、N、S、O各元素的含量。M1与NFA之间的各元素含量虽然略有差异，但并未产生显著变化，相比之下，M2的C、N、O元素含量与NFA和M1相比则表现出显著差异，与M1相比，M2的C/N比由于C元素含量的降低和N元素含量的增加而显著降低。C/H和C/N比的变化反映了材料样品有机质的化学结构变化[15]，比如分子的缩合度和化学稳定性。一般地，较高的C/N比意味着有机物较难被微生物分解，因此，M1和M2的施用可能会对植物产生不同的影响。
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表 4 不同样品的元素组成 Table 4 Elemental composition of different samples |
粒径分布通常用来评估材料中颗粒的尺寸分布，是材料非常重要的一个参数，影响着材料的反应性、溶解度和机械强度等性质。图 1展示了不同材料的粒径分布特征。可以看出，NFA的粒径分布呈现为一个较宽的峰，这意味着其颗粒尺寸分布相对较广。相比之下，加工处理后得到的M1，显示出较窄的粒径分布峰，且峰值在较小的粒径处，说明其颗粒尺寸分布较窄，且集中在较小的尺寸范围内。此外，滴灌材料需满足粒径小于120目（125 μm）的要求，才能保证不会堵塞滴头[16]。而经加工后，M1在125 μm处的体积分布为0，符合滴灌的条件。与NFA相比，M1的颗粒尺寸一致性更高，较小的颗粒增加了比表面积，可能有利于提高养分的利用效率。
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注：M2由清液干燥制得，为全水溶，故无粒径分布特征。 Note: M2 is prepared by drying the clear liquid, which is completely soluble in water, so it has no particle size distribution characteristics. 图 1 不同材料的粒径分布图 Fig. 1 Particle size distribution of different materials |
不同材料的元素组成和粒径分布有所差异，使得它们的微观形态特征具有可比性。图 2通过不同放大倍数下的扫描电镜图像展示了NFA（图 2a ~ 图 2d）、M1（图 2e ~ 图 2 h）和M2（图 2i ~ 图 2l）三种材料的微观形态。由图 2a ~ 图 2d可以观察到，NFA的微形态呈现出相对较大、不规则的颗粒和块状结构，材料的表面粗糙，颗粒之间的黏结程度不一。相比之下，图 2e ~ 图 2h的图像中的颗粒看起来更加紧密和粗糙，表明在加工过程中，M1的颗粒尺寸减小，表面形成了更多小碎片和颗粒。这种尺寸的减小可能增加了材料的比表面积，从而可能提升了M1的吸附能力。而图 2i ~ 图 2l的图像展现了更加均匀和平滑的表面，这表明M2在加工过程中可能获得了较好的结构一致性以及改善的其他物理性能。
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注：a ~ d为NFA，e ~ h为M1，i ~ l为M2，从左到右依次为放大20 000、10 000、5 000、2 000倍。 Note: a ~ d stands for NFA, e ~ h stands for M1, i ~ l stands for M2, and from left to right stands for magnification of 20 000, 10 000, 5 000, 2 000 times. 图 2 不同材料的扫描电镜图 Fig. 2 Scanning electron micrographs of different materials |
傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析是一种用于识别材料中化学键和分子结构的重要方法。通过分析图 3所示的NFA、M1和M2的FTIR谱图，可以了解这些材料中不同化学键的振动特征。在3 414 ~ 3 423 cm-1处的宽峰表示有羟基（―OH）的伸缩振动，说明材料中可能存在醇类、酚类或者羧酸[17-18]；2 921 ~ 2 922 cm-1处的峰指示了C―H键的伸缩振动，表明材料中可能存在甲基（―CH3）或者亚甲基（―CH2―）[19]；1 617 ~ 1 621 cm-1附近的吸收峰可能表示芳香环上的C=C键或羧酸中C=O键的不对称伸缩振动[18，20]；1 383 ~ 1 384 cm-1处的吸收峰通常与酚类化合物的―OH变形振动和羧酸的C―O伸缩振动有关[17]；1 100 ~ 1 300 cm-1区间的吸收峰则可能归属于C―N键的伸缩振动[18]，表明了氨基（―NH3）的存在。1 112 cm-1处的峰可能与C-N或C-O的伸缩振动相关[21]；而在1 034 cm-1处的吸收峰，通常与多糖中C―O的伸缩振动有关，或是硅酸盐杂质的Si―O伸缩振动[18，22]。对比M1和M2，可以看出：M1在3 414 ~ 3 423 cm-1和2 921 ~ 2 922 cm-1处显示出较M2更强的伸缩振动峰，这表明M1中含有更多的羟基和C―H键数量，也可能意味着两种材料之间C―H键结构存在差异。M1在1 617 ~ 1 621 cm-1也表现出较M2更尖锐的吸收峰，可能意味着M1中双键含量增加，或者是受到氢键作用的影响。而M2在1 384 cm-1处的显示出较M1更强的吸收峰，表明M2中可能含有更多的羧基。同时，1 112 cm-1处的峰为M2所独有，这说明M2可能含有氮或氧含量较高的官能团，如羧基或者氨基。M1在1 034 cm-1处呈现出一处吸收峰，表明M1中可能含有较多的硅酸盐杂质。此外，M1在1 000 cm-1以下展现出多个明显的峰，而M2较少，这可能意味着M1含有更复杂的官能团或分子结构。
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图 3 三种材料的红外光谱特征 Fig. 3 Fourier transform infrared spectroscopic characteristics of different materials |
本研究观察了不同处理条件下玉米植株株高的变化（表 5）。可以看出，虽然滴灌施用M1或M2导致玉米植株株高有所不同，但差异并不显著。然而，同样的处理条件下，M1或M2对玉米植株的生物量（以干物质量计）产生了显著影响（表 6）。具体而言：施用M1时，不同浓度下的处理均有助于提升生物量。用量为A1时，随着浓度的增加，生物量逐渐增大，特别是当浓度达到C6或C7时，分别较CK显著增加了13.94%和15.93%。用量为A2和A3时，所有浓度处理均显著增加了生物量。其中用量为A2时，C6浓度下生物量达到最大，为352.0 g，较CK显著增加了29.47%。用量为A3时，C5浓度下生物量取得最大值，达到353.8 g，较CK增加了30.12%。
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表 5 不同处理下玉米植株的株高 Table 5 Plant height of maize under different treatments /cm |
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表 6 不同处理下玉米植株的生物量 Table 6 The biomass of maize under different treatments /g |
施用M2时，随着浓度的增加，生物量大体呈现出增加的趋势。用量为A1时，C3 ~ C7浓度处理下生物量均显著高于CK，浓度为C7时生物量达到最大，为344.1 g，较CK显著增加了26.58%。在用量为A2和A3时，生物量随着浓度的增加均呈现先增后减的趋势，且均在浓度为C5时取得最大值，分别为380.9 g、382.6 g，较CK显著增加了40.11%、40.74%。
评估某种材料对作物的影响，最直观的方法是测定作物的产量变化。图 4展示了不同处理对玉米产量的影响。由图 4a可以看出，M1施用量的不同会影响玉米产量。A1用量下，随着浓度的增加，玉米产量也随之增加，浓度C7时产量最高，达到11 081 kg·hm-2，较CK显著增加了12.33%。A2和A3用量下，产量随浓度的增加呈现出先增后减的趋势。用量为A2时产量在浓度为C6下最高，而用量为A3时产量在浓度为C5下最高，分别为11 578 kg·hm-2和11 647 kg·hm-2，较CK分别显著增加17.37%和18.06%。
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注：图a、图b分别表示M1和M2在不同浓度和用量下的产量，同一颜色的条形图表示施用浓度相同，用量不同。大写字母表示浓度相同、用量不同时，处理间差异显著；小写字母表示用量相同、浓度不同时，处理间差异显著（P < 0.05）。 Note: Figures a and b represent the yields of M1 and M2 at different concentrations and amounts, respectively. The bar chart of the same color indicates that the application concentration is the same and the amount are different. The uppercase letters indicate that when the concentration is the same and the amounts are different, the difference between the treatments is significant; the lowercase letters indicate that the difference was significant(P < 0.05)when the amounts were the same and the concentration was different. 图 4 不同处理下玉米的产量 Fig. 4 Maize yield under different treatments |
在浓度相同时，随着M1用量的增加，玉米产量也逐渐增加。浓度为C1和C2时，虽然各用量均增加了产量，但是与CK相比无显著差异。浓度为C3、C4、C5时，A2和A3用量水平均显著增加了产量，且均在用量为A3时产量最大，分别为11 029、11 247、11 647 kg·hm-2，较CK分别增加了11.80%、14.01%、18.06%。浓度为C6和C7时，所有用量均显著增加了产量，特别是在用量为A3时，产量分别达到11 618 kg·hm-2和11 389 kg·hm-2，较CK分别增产了17.77%和15.45%。
图 4b显示了M2在不同浓度和用量水平下对玉米产量的影响。可以看出，三种滴灌用量下，玉米产量均随浓度的增加呈先增后减的趋势。用量为A1时，产量在浓度C6下达到最大，为11 499 kg·hm-2，较CK显著提高了16.56%。用量为A2和A3用量时，玉米产量均在浓度为C5处取得最大，分别为12 405、12 572 kg·hm-2，分别较CK显著增加25.75%、27.45%。
在浓度相同时，除浓度为C7之外，随着M2用量的增加，玉米产量基本上呈现出增加的趋势。浓度为C1时，A2和A3用量显著增加了玉米的产量，用量为A3时产量最大为11 015 kg·hm-2，较CK提高了11.66%。浓度为C2 ~ C7时，M2在不同用量下均显著提高了产量，最大产量为11 193 ~ 12 572 kg·hm-2，较CK增加了13.46% ~ 27.45%。
2.6 两种材料间玉米的产量以及不同浓度、用量与产量的关系通过图 4可以看出M1和M2单独对玉米产量的影响。为了深入了解这两种材料间的产量关系，图 5对M1、M2在八种效果较好的浓度和用量组合（C5A2、C5A3、C6A1、C6A2、C6A3、C7A1、C7A2、C7A3）下玉米产量进行了比较。结果显示，在相同浓度用量水平下，M2的增产效果普遍好于M1。特别是在浓度用量为C5A2和C5A3组合下，M2的产量较M1分别显著提高10.90%和7.95%。同时，图 5也展示了同一种材料在不同的处理水平下的产量变化。对于M1而言，其产量在C5A3处理水平下最高，达到11 647 kg·hm-2。而对于M2，其在C5A2和C5A3的处理下产量较高，分别为12 405 kg·hm-2和12 572 kg·hm-2，显著优于其他处理。
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注：不同小写字母代表差异显著（P < 0.05）。 Note: Different lowercase letters represent significant differences(P < 0.05). 图 5 一定浓度、用量下玉米的产量 Fig. 5 The yield of maize under certain concentrations and amounts |
产量的提高受滴灌材料的浓度、用量等多个因素的影响。单独的浓度或者用量虽然能看出产量变化的趋势，但多因素联合作用下对产量的影响更能说明问题。图 6的多元回归分析结果显示，M1和M2的浓度与用量对玉米产量有显著影响。具体而言，施用M1时，产量60%的变异可通过浓度和用量的水平来解释，而M2的不同浓度和用量水平能解释产量41%的变异性。这表明M1和M2对产量的影响程度不同，并且这种影响是多个因素共同作用的结果。
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图 6 不同浓度、用量处理对玉米产量的回归分析（a. M1；b. M2） Fig. 6 Regression analysis of different concentrations and amounts of maize yield(a. M1;b. M2) |
富里酸（FA）和胡敏酸（HA）是腐殖质的活性组分[3]，它们在促进植物生长、增强养分吸收、改善土壤条件、增强抗逆性和提高病虫害抵抗力等方面均发挥重要作用。不同的是，FA的分子量较小，有助于增强植物营养的吸收和利用；而HA分子量较大，主要作用是改善土壤结构，增加土壤的保水和保肥能力[23]。从表 3可以看出，加工处理对M1和M2产生了不同的影响。与M1相比，加工处理使得M2中的腐殖质总量减少，同时FA含量显著增加。该变化可能是由于加工过程中，M2中腐殖质惰性组分Hu被除去，同时，部分分子量较大的HA被转化为了分子量较小的FA[24]，这可能提高了M2的生物活性，增加了对植物的有效性。碱溶态腐殖质中HA的百分含量（PQ）是衡量腐殖质腐殖化程度的一个重要指标[13]。M1的PQ值高于M2，表明M1的腐殖化程度更高，结构更复杂，在土壤中的稳定性更强[25]。此外，C/H和C/N比值也是反映腐殖化程度的重要指标，通常值越大，腐殖化程度越高[15]，腐殖质越难被微生物利用。M2的上述比值均低于M1，进一步说明M2的腐殖化程度较低，这与PQ的结果一致。总而言之，加工处理改变了M1和M2的腐殖质组成，从而可能影响它们在促进植物生长方面的效果。
从扫描电镜观察两种材料（图 2），可以发现M1具有粗糙和复杂的颗粒表面，呈现出不均匀的粒径，这可能是由于M1的FA和HA两种组分的颗粒相互缠结在一起[26]，并且Hu含量较高。相比之下，M2则表现出较为光滑、疏松的海绵状外观，其颗粒表面无杂乱的结构[17，26]，这或许与其腐殖质组分主要为分子量较小的FA，而且几乎不含有惰性组分Hu有关[24]。在FTIR谱图（图 3）中，可以注意到一些关键的吸收峰发生了变化。M1和M2的吸收峰在3 414 ~ 3 423 cm-1范围内出现了微小的移动，可能是由于加工过程中―OH的氢键环境发生变化，这可能是由于物理或化学作用引起的结构变化，如M1加工过程中的物理剪切可能导致部分氢键断裂，而M2的加工可能涉及更复杂的化学变化，从而影响了羟基的氢键[22]。在2 921 ~ 2 922 cm-1范围内，M1显示出较M2更强的吸收峰，表明加工过程可能增加了脂肪族C―H链的数量，这可能是由于物理剪切导致某些长链烷烃结构暴露，或者是化学处理改变了脂肪族结构[22]。在1 617 ~ 1 621 cm-1范围内，M1的吸收峰更明显，表明M1可能含有更多的芳香结构或羧基盐，这可能是由于加工处理导致芳香结构的凝聚或某些羧基的脱羧[27]，会使得M1更难被植物利用。而在1 034 cm-1处，M2的吸收峰强度较M1减弱，可能是由于加工过程中多糖被降解或硅酸盐杂质被去除[28]。总之，两种材料具有不同的官能团，因此可能对土壤中的微生物群落产生不同的影响，从而影响作物的根系生态系统，进而影响作物生长。
3.2 不同浓度和用量的天然腐殖质改性材料对玉米生长的影响腐殖质是植物生物刺激素的组成部分，可影响植物的生理过程、养分吸收和植物生长，从而提高作物产量[29]。本研究通过滴灌不同浓度和用量的M1与M2，观察了玉米植株在株高、生物量和产量上的变化。株高方面，尽管不同浓度和用量的M1、M2处理对玉米植株的株高均有一定影响（表 5），但这种影响并不显著，表明在株高增长方面，M1和M2对玉米植株的促进作用受限，说明玉米株高的增长可能对于腐殖质并不敏感，也可能是因为受其自身基因型的控制，王相平等[30]在施用腐殖质对棉花株高的影响试验中也得到了相同的结论。
在生物量方面，M1和M2的施用在不同程度上显著增加了玉米的干物质量，尤其是在高浓度处理下，表现出了与CK的显著差异。由表 6可知，不同用量下玉米植株的生物量达到最大时的浓度并不相同。施用M1，在用量分别为A1、A2、A3时，玉米植株的生物量在浓度分别为C7、C6和C5时达到最大。对于M2而言，同样表现出随着滴灌浓度的增加，生物量逐步提高，其效果在用量为A2或A3时更为明显，尤其是在C5浓度下，生物量的增加最为显著。前人的研究也表明，施用腐殖质后小麦[6]、玉米[31]、棉花[32]等作物的生物量均有所增加。该结果表明，虽然施用M1或M2后玉米株高增长受限，但玉米植株可能通过增加叶片大小、叶片厚度或其他形态特征来增加其生物量。
产量方面，M1和M2的应用显著提高了玉米的产量（图 4），高珊等[33]的研究也证实了该观点，这可能是因为腐殖质分子的结构中含有丰富的活性官能团，能够络合肥料和土壤中的养分，从而提高养分的利用率[5]。浓度和用量相同时，施用M2的效果普遍优于施用M1。在某些特定的处理组合下，如C5A2和C5A3，施用M1和M2的产量存在显著差异（图 5）。这可能是由于以下原因：第一，M2在这些特定的浓度和用量条件下发挥出了更强的信号分子的作用，从而诱导了植物激素的产生[34]，使玉米中生长素（IAA）和赤霉素（GA）的含量得到了不同程度的增加[35]，进而促进了玉米籽粒的充实和增产。第二，相比于M1，M2的聚合度更低、分子量更小，吸附在玉米根系上之后增加了质膜上质子泵（H+-ATPase）的数量，从而促进H+向细胞外运输，导致细胞壁酸化变软，促进根系伸长，帮助植物更有效地吸收土壤中的营养物质，进而促进植物生长发育，提高作物产量[36]。第三，腐殖质对植物生长的促进作用可能归因于其羧基团，腐殖质中的羧基越多，其促进效果越明显[37]。本研究中，FTIR谱图分析显示M2中的羧基含量高于M1（图 3），与Jing[37]等的观点相符。第四，M2的无机养分含量高于M1，尤其是氮和钾（表 1）。这些养分可被植物直接吸收。氮有助于增加叶绿素的合成，从而增强植物的光合作用[38]；钾有助于调节植物的水分状态，通过控制气孔的开闭来调节水分蒸腾，提高作物对水分的利用效率，并促进养分在植物体内的运输[38]，最终增加产量。此外，通过多次少量的滴灌施用，可频繁补充浅层土壤中的养分，从而降低淋溶损失的风险[39]，导致硝态氮和有效钾在根区附近累积。
综合而言，滴灌施用M1和M2能够有效提升玉米的生物量和产量，这可能与它们的作用机制密切相关。腐殖质能够通过激活某些特定的生物化学途径，增加植物体内生长激素的含量，提高植物的养分吸收效率，从而促进植物的生长发育。由于M2中活性腐殖质含量更高，在相同条件下可能更有效地促进了玉米植株的生长。尽管本研究在腐殖质浓度及用量的选择上提供了新的见解，并为精准农业和可持续农业的发展提供了意见，但仍有诸多问题有待进一步研究，比如M1和M2在不同土壤类型和气候条件下的效果、长期应用的影响以及其作用机制等。
4 结论本研究比较了两种不同方式制备的天然腐殖质改性材料（M1和M2）的理化特性，以及这两种材料在不同用量和浓度下通过滴灌施用对玉米生长的影响。M1和M2在化学组成、分子量和微观结构上存在明显差异。M1分子量较高，结构较复杂；M2分子量较低，活性腐殖质含量较高。施用这两种材料在不同程度上显著增加了玉米的生物量和产量，特别是M2，在浓度为1.0 g·L-1、用量为1 300或1 950 L·hm-2下表现较佳，产量分别达到12 405 kg·hm-2、12 572 kg·hm-2，较CK显著增加了25.75%、27.45%。综合考虑成本等因素，建议在田间施用时采用浓度为1.0 g·L-1、用量为1 300 L·hm-2的M2。
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