有機肥和化肥不同比例配施對冬小麥—夏玉米生長、產量和品質的影響

李占等

摘要：為尋求合理的有機肥替代化肥比例，探索有機肥和化肥配施對冬小麥-夏玉米生長、產量和品質的影響，在山東典型農區，采取大田小區試驗，設5個施肥處理：（1）100%有機肥（M），（2）75%有機肥+25%化肥配施（MNPK1），（3）50%有機肥+50%化肥配施（MNPK2），（4）25%有機肥+75%化肥配施（MNPK3），（5）100%化肥（NPK），以不施任何肥料的地塊為對照（CK）。結果顯示：以MNPK3處理冬小麥-夏玉米周年產量最高，達12 565.95 kg/hm2（其中，冬小麥6 188.15 kg/hm2、夏玉米6 377.79 kg/hm2），較對照提高1.20倍（其中，冬小麥90.5%、夏玉米1.59倍），與NPK處理產量差異不顯著。有機肥與化肥不同配比處理，冬小麥-夏玉米籽粒粗蛋白含量均有所提高，以成熟期籽粒粗蛋白含量為例， 75%有機肥與25%的化肥配比處理效果顯著，冬小麥粗蛋白含量較對照提高1.29倍，較化肥提高3%，夏玉米粗蛋白較對照提高53%，較化肥提高7%。100%有機肥處理冬小麥籽粒面團形成時間、面團穩定時間和沉淀值均明顯改善，較全化肥處理分別提高3.95%、4.32%、降低2.55%。在兼顧產量和籽粒品質等因素下，利用常規化肥用量的75%其余虧缺的養分用有機肥補充，能獲得比單施化肥處理更高的產量，并在一定程度上改善作物品質，減少過度使用化肥造成的環境污染。

關鍵詞：有機肥 ；化肥 ；產量； 品質

中圖分類號：S147.21+1文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）07-0071-08

近年來，大量使用化肥并沒有明顯提高作物產量^[1，2]，而不合理施用化肥引發的土壤肥力下降、土壤板結、環境污染等一系列生態環境問題日益凸顯出來^[3～5]。以氮肥為例，中國是世界上最大的氮肥生產與消費國^[6]，早在1998年中國農業化學氮肥施用量就已突破2 470×104 t，占世界同期氮肥用量的29.7%^[7]。因此，在保證糧食產量不下降乃至增長的基礎上，尋找合理的化肥施用措施是當今生態農業急需突破的重要課題。

降低化肥用量，減少化肥對農田生態環境的破壞，秸稈過腹還田是一種好思路。一方面，中國農村秸稈豐富，但大部分直接焚燒，到處堆放^[8]，影響了村容，急需為秸稈尋找出路；另一方面，秸稈焚燒造成了大量生物質資源浪費，農作物秸稈含有大量的氮、磷、鉀和微量元素，具有很大的綜合利用價值^[9]。目前，全球農業生產中產生的秸稈每年為（1 000 ～ 2 000）×108 t ，中國約6.4×108 t^[10]。通過適當的青貯加工，把秸稈作為飼料喂牛等大型反芻動物并進一步轉化為有機肥，再配施一定的化肥，可改善土壤養分狀況，有力保障作物增產^[11，12]。畜禽糞便中包含農作物所必需的氮、磷、鉀等多種營養成分^[13]，施入土壤后可改良土壤結構，提高土壤有機質含量，增加土壤微生物、有益動物（如蚯蚓）數量，促進農作物增產，并可提高作物品質^[14～16]。盡管國內外關于這方面的報道很多，但基于秸稈—飼料加工—肉牛養殖—牛糞還田的完整試驗卻不多。采取多大比例的有機肥，既能保障產量還能改善作物品質，類似試驗在大田上的應用研究尚不多。

為探索適合中國特點的生態農業之路，本研究團隊在山東沂蒙山區山前平原開展長期定位研究，本試驗就是通過秸稈過牛腹得到的有機肥替代部分化肥的方法長期定位來探討這種施肥模式對作物產量和品質的影響，從而確定合理的施肥量，為高產、優質、生態、安全的糧食生產提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗地點

試驗在位于山東省平邑縣蔣家莊的山東農業大學農業生態系統定位站（35°26′34′′N， 117°49′13′′E）進行。該定位站利用秸稈養殖肉牛達120頭，年產牛糞約500 t，全部歸還農田，充足的有機肥來源保證了有機肥料的供應。定位站所在農田為山東沂蒙山區山前小平原，耕地類型為中低產田，土壤為棕壤，0～20 cm土層有機質含量10.6 g/kg、全氮含量0.76 g/kg 、速效磷含量10 mg/kg、速效鉀含量60 mg/kg、緩效鉀含量628.5 mg/kg。根據定位站自動氣象站記錄數據，多年平均氣溫13.5℃，平均無霜期211 d，年平均降水量771.8 mm。

1.2供試材料

供試作物為冬小麥（品種為良星99）、夏玉米（品種為鄭單958）。供試肥料為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O5 12%）、硫酸鉀（K2O 51%）、腐熟牛糞（烘干牛糞全N 0.21%，P2O5 0.09%，K2O 0.11%）。

1.3試驗設計

本試驗為大田小區試驗，肥料處理為有機肥替代部分化肥，各處理按照氮磷鉀含量相同原則，設6個處理：（1）100%有機肥（M）；（2）75%有機肥+25%化肥配施（MNPK1）；（3）50%有機肥+50%化肥配施（MNPK2）；（4）25%有機肥+75%化肥配施（MNPK3）；（5）100%化肥（NPK）；（6）以不施任何肥料的地塊為對照（CK）。有機肥和磷、鉀肥作為基肥一次性施入，冬小麥季將尿素分基肥、追肥（拔節期）各一半施加；夏玉米季1/3尿素基施，2/3尿素在玉米喇叭口期追施。試驗小區面積為51.2 m2（3.2 m×16 m），完全隨機區組排列，重復6次。采用多點取樣和測產的方法，常規大田管理。

施肥標準為玉米季根據氮素用量150 kg/hm2的標準計算所需牛糞的總量為71 428.57 kg/hm2，再根據牛糞中磷和鉀的含量，計算出完全有機肥處理中磷用量64.28 kg/hm2，鉀用量78.57 kg/hm2，其余處理根據有機肥中氮磷鉀的含量，不足部分由尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀補充，保證氮磷鉀含量與有機肥處理相同。小麥季為全氮225 kg/hm2，按照同樣的方法可以計算小麥季各處理的施肥量。

1.4 測定指標

1.4.1農藝性狀于作物（冬小麥-夏玉米）開花后0、10、20、30 d分別取樣，每小區隨機取30株作物，測量株高、葉面積。將植株的莖、葉及籽粒分開，在105℃殺青，75℃烘至恒重，稱重。冬小麥-夏玉米成熟后，于每小區進行測產，待籽粒自然風干后，測定百粒重。

1.4.2品質指標于作物（冬小麥-夏玉米）開花后7、14、21、28、35 d分別取籽粒，自然風干，用于品質指標的測定。籽粒粗蛋白含量采用半微量凱氏定氮法；粗脂肪含量采用索氏提取器法；濕面筋含量采用瑞典Falling Number公司的Glutomatic System 2200型洗面筋機，依AACC38-12號標準測定^[17]。粉質儀指標用Brabender粉質測定儀，依AACC方法54-21測定^[18～20]。

1.5數據處理

采用Microsoft Excel 2003軟件處理數據，文中數據均為各處理的平均數±標準誤差。采用DPSv 7.05軟件進行顯著性分析，用SigmaPlot 10.0軟件作圖。

2結果與分析

2.1有機肥和化肥不同比例配施對冬小麥-夏玉米葉面積和株高的影響

2.1.1對冬小麥葉面積和株高的影響作物葉面積影響干物質積累和產量的形成，是重要的植物生理生態指標。葉面積增加，有利于提高作物光合產量，增加作物產量和生物量。由圖1-A可以看出，開花后10 d，25%有機肥+75%化肥配施（MNPK3）處理和100%化肥處理（NPK）能顯著提高冬小麥葉面積。

2.1.2對夏玉米葉面積和株高的影響不同施肥處理的夏玉米葉面積變化動態基本一致，即隨著夏玉米的生長葉面積逐漸增大，達到峰值后開始下降（圖1-C）。在整個生育期中各施肥處理的葉面積均比CK顯著提高（P<0.05）。在成熟期單株葉面積大小依次為MNPK3>MNPK1>M>NPK>MNPK2>CK，說明有機肥替代部分化肥在一定程度上提高了夏玉米單株葉面積。

由圖1-D看出，夏玉米株高在開花后30 d內均表現為增長的趨勢。成熟期除對照外各處理株高差異不顯著。

2.2有機肥和化肥不同比例配施對冬小麥-夏玉米地上部干物質積累的影響

2.2.1對冬小麥地上部干物質積累和分配的影響由圖2-A可以看出，隨著生育進程，CK和各施肥處理單株干物質都在增加。收獲期各處理地上部單株干物質積累表現為M>MNPK3>NPK>MNPK1>MNPK2>CK。由圖2-B可以看出，在開花后30 d即成熟期時，各處理之間籽粒重表現為MNPK3>M >NPK>MNPK1 >MNPK2>CK。由圖2-C可以看出，單株冬小麥葉重在開花后10 d左右達到峰值，隨著后期衰老進程，單株葉重均有不同程度的下降，成熟期單株葉重NPK>MNPK3>M>MNPK1>MNPK2>CK。由圖2-D可以看出，M處理單株莖重最大，和其他處理之間差異達到顯著水平（P<0.05）。從整個生育期看，有機肥和化肥配施的MNPK3處理，在單株莖重和單株重上低于M處理，但單株籽粒重卻最大，二者差異不顯著。

2.2.2對夏玉米地上部干物質積累和分配的影響在開花后30 d即達到成熟期時，不同施肥處理之間籽粒重差異不顯著均與對照差異顯著（圖3-C）；隨著生育進程，各處理單株干物質都在增加，在開花后10 d增長較快，收獲期各處理地上部單株干物質積累MNPK2>MNPK3>NPK>MNPK1>M>CK（圖3-D），說明有機肥與化肥合理配施有利于提高夏玉米地上部干物質積累。

2.3有機肥和化肥不同比例配施對冬小麥-夏玉米產量的影響

從2009年10月至2012年10月3年的產量數據（見表1）可以看出， 2010年冬小麥-夏玉米產量較高，可能是因為加入有機肥土壤養分齊全，在一定程度上促進了作物生長。從周年產量看以MNPK2處理產量最高，與MNPK1、NPK處理差異不顯著（P>0.05），和M處理差異顯著（P<0.05）。2011年冬小麥-夏玉米周年產量以MNPK2和NPK處理較高，二者之間差異不顯著（P>

從2011、2012年的產量可以看出，M處理對冬小麥產量有增加的趨勢，增施有機肥改善了土壤的理化性質，可以提高產量，但有機肥是長效肥料，短時間內優勢不顯著。隨著有機肥增施年限的增加，土壤環境的改善，M處理的優勢會逐漸突出。

2.4有機肥和化肥不同比例配施對冬小麥-夏玉米品質的影響

2.4.1對冬小麥籽粒品質的影響各施肥處理冬小麥籽粒中粗蛋白含量與對照相比均有提高（圖4-A），在小麥的整個生育過程中，籽粒粗蛋白含量呈上升趨勢。MNPK2、MNPK1和M處理籽粒粗蛋白增幅最大值出現在開花后21 d左右；MNPK3、NPK處理增幅最大值出現在開花后28 d左右；MNPK2處理籽粒粗蛋白含量最高，其次是MNPK3，且二者之間差異不顯著，說明有機肥和化肥配施，能明顯提高籽粒粗蛋白含量。

各施肥處理籽粒的粗脂肪含量均比不施肥的對照有所提高（如圖4-B所示），其中M處理最高，和MNPK1處理差異不顯著（P>0.05），和其他施肥處理差異顯著 （P<0.05）。有機肥和化肥配施且比例較合適（MNPK1）可以顯著增加粗脂肪含量，改善品質。

增施有機肥對濕面筋含量的影響沒有明顯的規律，但表征蛋白質含量的沉淀值、面團形成時間和穩定時間各處理之間差異顯著（表2）。M處理的冬小麥

面團形成時間最長，與NPK處理之間差異不顯著（P>0.05），和其他配比施肥處理差異達到顯著水平（P<0.05），且各配比處理差異不顯著。面團穩定時間反映面團的耐揉性和強度，穩定時間越長，面團韌性越好，面筋強度越大^[23，24]，M處理的冬小麥面團穩定時間最長，依次為M>NPK>MNPK3>MNPK2>MNPK1>CK，且M處理與各處理間差異顯著（P<0.05）。MNPK3處理沉淀值最高，但與NPK和MNPK2處理差異不顯著（P>0.05），和其他處理差異達到顯著水平（P<0.05）。

2.4.2對夏玉米籽粒品質的影響由圖5-A所示，隨著夏玉米的生長發育，不同施肥處理夏玉米籽粒粗蛋白含量增加，在整個生育過程中，表現為：M>MNPK1>MNPK2 >MNPK3>NPK >CK，M處理與MNPK1處理差異不顯著（P>0.05），說明施用有機肥可增加籽粒中粗蛋白含量。

粗脂肪對玉米品質有重要的影響，在一定程度上提高玉米籽粒粗脂肪含量能極顯著改善玉米的品質^[25]。研究表明：高氮并不利于粗脂肪含量的增加，只有合適的氮水平才有利于粗脂肪含量的增加^[26]。由圖5-B看出，夏玉米籽粒粗脂肪含量以NPK處理最高，MNPK3及M處理較低，說明單施有機肥并未增加夏玉米籽粒粗脂肪的含量。

3結論與討論

以往研究表明，有機無機肥料配施處理對土壤養分提高幅度大于單施化肥處理，各土壤養分指標均有所提高^[28]。有機肥和化肥配施比例合適能快速提高土壤肥力、作物產量和影響產量的因子，并提高水分利用率和氮素利用率^[29，30]。本試驗表明，利用常規化肥量的75%、其余虧損的氮以有機肥補充（MNPK3），這樣的施肥方式不僅不會使冬小麥-夏玉米產量下降明顯（表1），在一定程度上緩解了因過量施用化肥對環境、土壤、大氣帶來的破壞，同時也解決了秸稈堆積和焚燒的問題。MNPK3處理在一定程度上增加土壤的微生物數量，提高其活性，改善了土壤結構以及土壤系統的微環境，活化了土壤，另外有機肥和化肥配施為作物后期生長提高充足的營養成分，為最終獲得高產奠定了基礎。

蛋白質和脂肪是作物品質常有的兩個指標。研究表明^[31，32]，增加有機肥可以提高粗蛋白含量。本研究結果表明，有機肥和化肥配施且比例合適（MNPK3）粗蛋白含量較NPK處理、不施肥處理，冬小麥分別提高3%、129%；夏玉米分別提高7%、53%。表征冬小麥籽粒蛋白特性的面團形成時間、面團穩定時間和沉淀值均有所改善，100%有機肥處理冬小麥籽粒面團形成時間、面團穩定時間和沉淀值均明顯改善，較全化肥處理分別提高3.95%、4.32%、降低2.55%（表2）。

中國的長期試驗起步較晚，世界上有機無機配施的試驗很多，盡管各試驗施肥處理設置不盡相同，但從結果中仍可以看出，各施肥制度中，化肥與有機肥的配施具有最高的產量，化肥單施產量高于有機肥的單獨施用^{[27，33，34]}。本研究長期試驗已經進行3年，在冬小麥-夏玉米輪作的大田施肥，對其產量的影響基本與其他試驗結果一致。然而，這些試驗均只進行了3年左右，相對于其他長期定位試驗來講只是開始階段，隨著施肥處理時間的延長，有機肥、化肥、有機肥和化肥配施處理之間的產量差異是否能繼續保持這種趨勢仍需驗證。

綜上所述，有機肥和化肥配施在一定程度上可以提高作物的品質和產量，只是有機肥和化肥配施的合適比例和有機肥優勢是長效肥料，需要長期觀測，所以在短時間內難以看出明顯規律。本試驗表明，在兼顧產量和籽粒品質等因素下，利用常規化肥用量的75%其余虧缺的養分用有機肥補充，能獲得比單施化肥處理更高的產量，并在一定程度上大大改善作物品質，減少過度施用化肥造成的環境污染，為作物大田生產，確定合理的施肥量，為高產、優質、生態、安全的糧食生產提供科學依據。

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