有機無機肥配施對強筋小麥產量和植株生理特征及土壤性質的影響

劉 星，張 影，靳亞果，郜慶爐，李東方

(河南科技學院 資源與環境學院，河南 新鄉 453003)

有機無機肥配施對強筋小麥產量和植株生理特征及土壤性質的影響

劉 星，張 影，靳亞果，郜慶爐，李東方

(河南科技學院 資源與環境學院，河南 新鄉 453003)

為探討強筋小麥高效營養調控措施，以鄭麥366為試材，通過田間試驗研究有機無機肥料配施對冬小麥籽粒產量和植株生理特征以及土壤理化和生化性質的影響。田間試驗共計4個處理：不施肥(CK)、單施化肥(CF)、雞糞和化肥配施(CF+CM)、豆秸和化肥配施(CF+SS)。結果表明，施肥處理較不施肥籽粒產量顯著增加20.90%～28.36%，有機無機肥配施處理較單施化肥相比籽粒產量無顯著差異。在產量構成要素上，有機無機肥配施處理較單施化肥處理均無顯著變化。有機無機肥配施處理較單施化肥處理灌漿期旗葉葉綠素含量顯著增加8.19%～10.86%，但在凈光合速率上無顯著差異。同不施肥和單施化肥處理相比，有機無機肥配施處理下土壤有機質和全氮含量以及碳氮比均無顯著變化，但土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量均有顯著增加。此外，有機無機肥配施處理較不施肥和單施化肥處理相比，土壤可培養微生物數量和細菌/真菌顯著增加。整體來看，有機無機肥配施能夠改善冬小麥植株生長發育，增加土壤養分供應，也能夠顯著改善土壤微生物區系特征，對于豫北地區優質強筋小麥生產具有重要現實意義。

強筋小麥；有機無機肥配施；籽粒產量；生理特征；土壤性質

河南省是我國小麥的最適生態區，其小麥播種面積和產量均居全國首位[1-2]。豫北平原是傳統的優質小麥種植區，所產小麥具有千粒質量高，容重、蛋白質含量較高，濕面筋含量和沉淀值較低，以及面團穩定性高的特點[3]。隨著優質農產品價格的走高和城鎮居民消費需求的提升，豫北平原優質強筋小麥的種植面積逐步擴大，已成為我國優質強筋小麥的重要產地。然而，由于連續種植和長期的不合理施用化肥，忽視有機肥的施用，缺乏有機肥投入，導致籽粒產量下降，肥料利用率低，土壤理化性質惡化，地力衰竭等一系列問題。因此，通過合理有效的營養調控措施在保證穩產的同時，改善植株生長發育，提升地力是豫北平原優質強筋小麥生產過程中需要解決的重要問題。

優質強筋小麥的生產除受到基因型控制外，也受多種人為調控措施的影響，而施肥是其中的關鍵因子[4]。國內的學者們早前分別從氮磷鉀配施[4-6]、氮肥運籌[7-16]、水肥耦合[17-18]和中微量元素施肥[19-23]等角度進行了大量的研究，然而關于有機(類)肥料對優質強筋小麥生產的調控效應卻鮮有報道。施用有機肥料是作物營養調控的重要組成部分，有機無機肥配施也一直是我國農業施肥的指導方針[24-26]。可持續性的作物生產體系并不能簡單的依賴于化學肥料的施用，而更應該注重有機無機肥料的協同增效[27-28]。Jiang等[29]基于長期定位試驗研究顯示，有機無機肥料配施條件下冬小麥籽粒產量有顯著增加，且產量的年際波動幅度遠小于單施化肥處理。Sigua等[30]指出，生物炭和化肥配施較單獨化肥施用相比能夠顯著提高冬小麥植株生產力。相似的研究也表明[31-32]，施用堆肥不僅大幅度地增加冬小麥籽粒產量，同時也能顯著提高土壤有機質和速效養分的含量，使地力得到有效維持。此外，有機無機肥料配施較單施化肥能顯著改善冬小麥的生長發育并增強植株的養分吸收，提高凈光合速率，促進籽粒灌漿[33-34]。但是，近年來化學肥料的使用量逐年增加，已遠超糧食產量增幅，與之對應的是有機肥施用量的急劇下降。隨著農業部提出2020年化肥零增長戰略，有機(類)肥料在優質強筋小麥生產過程中扮演的角色也愈發突出，闡明其對優質小麥的營養調控作用也將會為合理施肥體系構建提供幫助。有鑒于此，本試驗以豫北平原主栽的優質強筋冬小麥品種鄭麥366為試材，選擇試驗區域內較為常見的2種有機材料(雞糞和豆秸)作為有機肥源，通過大田試驗來明確有機無機肥料配施對強筋小麥產量、植株生長發育和生理特征以及土壤理化和生化性質的影響，以期為小麥優質高效栽培提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

田間試驗于2011-2012年在地處豫北平原的河南省新鄉市紅旗區洪門鎮進行，試驗區內有充足水源和良好的農業灌溉條件。地理坐標東經113°54′，北緯35°18′，平均海拔為67.5 m，地處中緯度地帶，屬暖溫帶大陸性季風氣候。四季分明，冬寒夏熱，秋涼春早，年平均氣溫14 ℃。降雨集中在夏季，約占全年降水量的59.5%，年平均降雨量573.4 mm。年蒸發量為1 748.4 mm，年平均日照時數約2 400 h，無霜期220 d。全年≥0 ℃的天數303 d，≥10 ℃的天數218 d，活動積溫5 163.2 ℃。該地區主要種植小麥、玉米、大豆等作物。供試土壤為壤質潮土，前茬作物為玉米。

1.2 試驗設計與方法

選擇地勢平坦整齊且土壤肥力均勻的地塊進行田間試驗，小麥播種前采集混合土樣測定耕層土壤基本理化性狀，有機質15.2 g/kg，全氮1.15 g/kg，堿解氮60.57 mg/kg，速效磷17.30 mg/kg，速效鉀128.84 mg/kg，水土比5∶1條件下pH值8.6。田間試驗共設4個處理：CK，不施肥；CF，單施化肥；CF+CM，化肥和雞糞配施；CF+SS，化肥施用配合豆秸還田。每處理3次重復，完全隨機區組排列，小區面積為4.5 m×10 m，小區間隔0.5 m。各處理均采用統一的栽培種植模式，機器播種，播量為120 kg/hm2，小麥行間距20 cm。3個施肥處理的化肥施用量一致，為當地農戶習慣化肥施用量：施氮量為180 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O為2∶1∶1，化肥分別用養分含量為15-15-15的復合肥和含N 46%的尿素。50%的氮肥和全部的磷、鉀肥在播前作為基肥施入，剩余50%的氮肥在拔節期和灌漿期分2次等量追施。雞糞的施用量約3 750 kg/hm2；豆秸在使用前用機械攪碎(約5～10 cm長)，用量約1 250 kg/hm2，二者基本為等碳量施入。前茬玉米收獲后，分別將雞糞和豆秸均勻平鋪至對應小區地表，而后使用旋耕機混入耕層土壤(0～20 cm)。分別在小麥越冬期、拔節期和灌漿期灌水，其余栽培和田間管理措施均同當地常規大田。2011年10月5日播種，翌年6月1日收獲。供試材料為鄭麥366，由河南省農科院小麥研究中心選育，是高產抗病、優質強筋的半冬性矮稈小麥品種。

1.3 樣品采集與測定

植株生理指標包括光合作用參數和葉綠素含量的測定在小麥灌漿期進行，測定部位為旗葉，測定時間為無風晴天上午9：00-11：00。在每個小區內隨機選擇健壯程度和長勢一致的無病害植株6株，利用Li-6400光合儀分別測定其光合參數，包括凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)和胞間CO2濃度(Ci)，而后計算平均值。葉綠素含量采用SPAD值來表示，SPAD-502型葉綠素儀測定。小麥成熟收獲時在每個小區隨機選取長勢中庸且無明顯變化特征的小麥植株10株，調查其基礎農藝性狀，并進行考種。實收2 m2，晾曬、脫粒、記錄產量。

小麥收獲時在各小區采用5點取樣法采集耕層土壤樣品，剔除雜物并混合均勻。混勻后的新鮮土壤樣品一半置于室外自然風干，而后分別過1，0.25 mm篩，用于土壤理化性狀的測定；另一半過1 mm篩后，立即測定其可培養微生物的數量。土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀等指標的測定均采用常規方法進行[35]；土壤可培養微生物計數采用稀釋平板法，真菌采用馬丁氏培養基，細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基，放線菌采用高氏1號培養基[36]，以每克干土的微生物菌落數來表示。土壤可培養微生物總數為細菌、真菌和放線菌之和。

1.4 數據處理

用SPSS 19.0數據處理軟件對試驗數據進行統計分析，不同處理間數據的多重比較采用Duncan新復極差方法完成。圖表繪制在Microsoft Excel 2007軟件上進行。

2 結果與分析

2.1 有機無機肥配施對強筋小麥產量和產量構成要素的影響

從表1可以看出，施肥處理較不施肥處理相比，冬小麥籽粒產量均有顯著的增加，其增幅達到20.90%～28.36%。而就各施肥處理間比較，盡管有機無機肥料配施較單施化肥相比產量也均有不同幅度的增加，但處理間并未達到差異顯著水平(P>0.05)，且各施肥處理下籽粒產量表現為CF+CM>CF>CF+SS。從產量構成要素來看，不同處理下有效穗數、穗粒數和千粒質量的變化趨勢與籽粒產量表現一致，即施肥處理較不施肥處理相比均有不同程度的顯著增加，表明在本試驗條件下強筋冬小麥籽粒產量的增加來源于各產量構成要素的協同作用。有機無機配施處理與單施化肥處理相比，有效穗數、穗粒數和千粒質量分別增加3.80%～8.82%，0.68%～7.79%和2.10%～3.91%，但均未達到差異顯著水平。

表1 有機無機肥配施對強筋小麥產量和產量構成的影響Tab.1 Effects of organic and inorganic fertilization on grain yield and yield component factors of winter wheat with strong gluten

注：CK.對照；CF.單施化肥；CF+CM.化肥+雞糞；CF+SS.化肥+豆秸。表中數據為3次重復的平均值±標準差，同列的不同字母表示差異5%顯著水平(P(0.05)。表2-5同。

Note：CK.Control；CF.Chemical fertilizer application alone；CF+CM.Chemical fertilizer plus chicken manure；CF+SS.Chemical fertilizer plus soybean straw.Data in this table were shown as means±standard deviation(n=3).Different lowercase letters in the same column mean significant difference at 0.05 level.The same as Tab.2-5.

2.2 有機無機配施對強筋小麥植株生長發育的影響

從表2可以看出，施肥能夠顯著改善強筋冬小麥植株的生長發育。施肥處理較不施肥相比，株高、穗長和穗下節長具有顯著增加，增幅分別達到5.54%～7.20%，7.06%～8.89%和14.13%～22.61%；但有機無機肥配施處理與單施化肥處理相比，植株的株高、穗長和穗下節長則均未出現顯著變化。施肥處理較不施肥處理相比在無效穗數/總穗數上也未出現顯著差異。此外，施肥處理較不施肥處理相比葉片葉綠素含量均有顯著增加，這對于增加冬小麥植株的群體干物質生產具有重要意義。同單施化肥處理相比，有機無機肥配施處理下葉片葉綠素含量分別顯著增加10.86%和8.19%，且雞糞配施處理葉綠素增幅高于豆秸配施處理，但有機無機配施處理間葉綠素含量并無顯著差異出現。

表2 有機無機肥配施對強筋小麥植株生長發育的影響Tab.2 Effects of organic and inorganic fertilization on growth and development of winter wheat with strong gluten

2.3 有機無機肥配施對強筋小麥植株生理特征的影響

肥料施用也顯著改變了強勁冬小麥植株的生理特征(表3)，表現在施肥處理下植株凈光合速率較不施肥處理相比顯著增加13.67%～28.46%，但有機無機肥配施處理較單施化肥處理相比植株凈光合速率并無顯著變化。各處理下植株的蒸騰速率和氣孔導度變化趨勢與凈光合速率表現一致。施肥處理較不施肥處理相比胞間CO2濃度顯著下降25.90%～28.11%，表明施肥處理能夠改善冬小麥植株葉片光合作用過程中CO2的同化速度。雞糞化肥配施和豆秸化肥配施處理下胞間CO2濃度與單施化肥相比均無顯著變化。

表3 有機無機肥配施對強筋小麥植株生理特征的影響Tab.3 Effects of organic and inorganic fertilization on physiological characteristics of winter wheat with strong gluten

2.4 有機無機肥配施對強筋小麥種植土壤理化性質的影響

從表4可以看出，施肥能夠顯著影響強筋冬小麥種植土壤的理化性質。同不施肥處理相比，單施化肥和有機無機肥配施處理下土壤有機質和全氮含量以及碳氮比均無顯著變化，但是在土壤速效養分含量上變化明顯。在土壤堿解氮含量上，各施肥處理較不施肥相比顯著增加39.72%～129.34%，且有機無機肥配施處理較單施化肥相比也顯著增加61.70%～64.14%，但雞糞化肥配施與豆秸化肥配施處理間土壤堿解氮含量無顯著差異。就土壤速效磷和速效鉀含量而言，單施化肥處理較不施肥相比均無顯著變化，而有機無機肥配施處理則分別顯著增加88.65%～96.91%和51.29%～67.90%，并以豆秸化肥配施處理增幅最高。整體來看，有機無機肥配施處理較單施化肥相比能夠增加土壤速效養分含量，改善土壤養分供應狀況。

表4 有機無機肥配施對小麥土壤理化性質的影響Tab.4 Effects of organic and inorganic fertilization on soil physicochemical properties of winter with study gluten

2.5 有機無機肥配施對強筋小麥種植土壤可培養微生物數量的影響

從表5可以看出，單施化肥處理土壤中可培養細菌數量較不施肥相比并無顯著變化，而有機無機肥配施處理則顯著增加81.43%～97.09%，且以雞糞化肥配施處理下增幅最高。土壤真菌、放線菌和總可培養微生物數量在不同處理下的變化趨勢與細菌表現一致。土壤可培養細菌和真菌數量的變化也導致不同處理下細菌/真菌發生改變，單施化肥處理較不施肥相比細菌/真菌并無顯著差異，而有機無機配施處理較不施肥和單施化肥處理相比均有顯著的增加，增幅分別為26.87%～29.85%和11.11%～13.73%。雞糞化肥配施和豆秸化肥配施處理下土壤中可培養微生物數量均無顯著差異。從本試驗的結果來看，有機無機肥配施處理能夠改變土壤微生物區系的結構。

表5 有機無機配施對小麥土壤可培養微生物數量的影響Tab.5 Effects of organic and inorganic fertilization on culturable microorganism population within soils of winter wheat

3 結論與討論

田間試驗結果表明，施肥能夠顯著增加強筋冬小麥籽粒產量，且各產量構成要素也均有不同幅度的增加，而有機無機配施處理較單施化肥處理(即農戶習慣施肥)相比并無顯著變化，這與邢素麗等[37]在太行山山前平原高肥力土壤和低肥力土壤上的研究結果一致。但有機無機配施處理下小麥植株的生長發育特征較單施化肥處理相比有顯著改善，表現為灌漿期旗葉的葉綠素含量增加8.19%～10.86%，這能夠增強花后小麥群體的同化物生產能力，而實質上由此帶來的強筋冬小麥植株相對高效的生產性能并未體現到最終的籽粒產量上，這可能也與強筋冬小麥的灌漿進程和植株收獲指數有關。周莉華等[34]研究指出，化肥與生物有機肥的配施能夠提高冬小麥植株的灌漿速率，并指出優化水肥供應是增加粒重，進而提高籽粒產量的重要原因。優質強筋冬小麥籽粒生長發育過程和植株的碳氮代謝特性同普通小麥品種相比存在明顯不同，這直接帶來了二者對肥料施用的敏感性存在著差異[38-41]，因此進一步優化營養調控措施來改善強筋小麥的灌漿特性，特別是花后干物質的再分配過程，并最終提高小麥的收獲指數可能是本試驗下一步需要研究的重點。本試驗結果也表明，強筋冬小麥種植土壤的理化和生化性質受施肥策略影響顯著。在土壤理化性質上，同單施化肥處理相比，有機無機配施處理能夠顯著提高土壤速效養分的含量，這也與早前的研究報道一致[42]，有機無機配施處理下，有機物料(雞糞和豆秸)的輸入是土壤速效養分含量增加的直接原因，由此帶來的土壤氮素供應的改善可能是有機無機配施處理下旗葉葉綠素含量顯著高于單施化肥處理的重要原因。但在土壤有機質含量上，有機無機配施處理較單施化肥處理相比并無顯著變化，這也與試驗周期長短有著密切關系。早前的研究指出，土壤有機碳總庫存量的變化需要長期的時間過程，其對管理實踐的響應同活性有機碳組分相比存在明顯的滯后性[43-44]。而在土壤生化性質上，有機無機配施處理下土壤中可培養微生物數量較不施肥和單施化肥處理相比均有顯著的增加，這直接帶來了土壤微生物區系結構的變化。王秋君等[45]在冬小麥上的研究表明，化肥施用對土壤細菌的群落結構影響較小，而有機無機配施卻影響顯著，這也與本研究的結果一致。Rutigliano等[46]也指出，生物炭的添加能夠在短期范圍內增加冬小麥種植土壤的微生物活性和微生物功能多樣性。雞糞和豆秸的輸入本身能夠為土壤微生物提供更多的有機碳源和氮源，同時二者與化肥的配施也可通過改善土壤的速效養分供應來進一步滿足土著微生物的營養需求[47-48]，這是有機無機配施處理下土壤可培養微生物數量較不施肥或單施化肥處理均有顯著增加的主要原因。微生物是土壤生態系統的重要組成部分，其在能量傳遞和養分循環，礦質化和腐殖化，以及污染物的降解等土壤重要的生化過程中起著重要作用[49]，微生物群落結構也是表征健康高產土壤的重要因子[50-52]。土壤細菌/真菌比值被認為是表征土壤肥力的重要指標[53]，而在本試驗中，有機無機配施處理下土壤細菌/真菌比值較不施肥和單施化肥處理相比有約10%～30%的增加，也暗示著在豫北平原優質強筋小麥種植過程中，通過有機物料的引入并與化肥的配合施用能夠達到維持甚至進一步提升地力的目標，提高農業生產和土壤利用的可持續性。

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Effects of Organic and Inorganic Fertilization on Grain Yield and Physiological Characteristics of Winter Wheat with Strong Gluten Wheat and Soil Properties in North Henan Plain

LIU Xing，ZHANG Ying，JIN Yaguo，GAO Qinglu，LI Dongfang

(College of Resources and Environmental Sciences，Henan Institute of Science
and Technology，Xinxiang 453003，China)

In order to investigate the optimal nutrition management regime of winter wheat with strong gluten，a field experiment was conducted to understand the effects of couple application of organic and inorganic fertilizers on grain yield，growth and physiological characteristics of wheat plants，and soil physicochemical and biochemical properties.The strong gluten variety Zhengmai 366 was used in the present study.A total of four treatments were designed，including no-fertilizer (CK)，chemical fertilizer application alone(CF)，chemical fertilizer plus chicken manure(CF+CM) and chemical fertilizer plus soybean straw(CF+SS).Fertilization significantly increased the grain yield by 20.90%-28.36% compared to CK，whereas no significant change was found in grain yield and 3 yield components between CF，CF+CM and CF+SS treatments.Couple application of organic and inorganic fertilizers significantly increased about 8.19%-10.86% in chlorophyll content of flag leaf in grain filling stage compared to CF，however，no significant differences in net photosynthesis rate were observed.CF+CM and CF+SS treatments significantly increased the contents of available nitrogen，phosphorus and potassium in soil compared to CK and CF treatments.The contents of organic matter，total nitrogen and C/N in soil in CF+CM and CF+SS treatments were similar to those in CF treatment.In addition，the population of culturable bacteria，fungi and actinomycetes as well as the ratio of bacteria to fungi in CF+CM and CF+SS treatments were significantly higher than those in CK and CF treatments.In conclusion，couple application of organic and inorganic fertilizers could significantly improve the growth and development of winter wheat plants，increase available nutrients supply，and also amend the structure of soil microbial community，which is beneficial for winter wheat production in North Henan Plain.

Strong gluten wheat；Organic and inorganic fertilizer；Grain yield；Physiological characteristics；Soil property

2016-06-05

河南省教育廳自然科學基礎研究項目(2009B210008)；河南科技學院2013年攀登計劃-科技創新基金項目(208010913009)

劉 星(1987-)，男，河南信陽人，講師，博士，主要從事植物營養和土壤生態的教學與研究。

李東方(1976-)，女，山西長治人，副教授，碩士，主要從事植物營養生理生態的教學與研究。

S141，S154.3

A

1000-7091(2016)06-0220-07

10.7668/hbnxb.2016.06.034