不同有機肥和氮磷組合對旱地小麥的增產機理研究

張 晶，張定一，王 麗，毛平平，趙 娟，王姣愛*

（1 山西省農科院小麥研究所，山西臨汾 041000；2 山西師范大學，山西臨汾 041000；3 臨汾市氣象局，山西臨汾 041000）

不同有機肥和氮磷組合對旱地小麥的增產機理研究

張 晶1，張定一1，王 麗2，毛平平2，趙 娟3，王姣愛1*

（1 山西省農科院小麥研究所，山西臨汾 041000；2 山西師范大學，山西臨汾 041000；3 臨汾市氣象局，山西臨汾 041000）

【目的】有機無機肥配施可為作物提供更全面的養分，改善光合性能而提高產量。為進一步挖掘旱地小麥的增產潛力，2012～2014 年，在山西省臨汾市丘陵旱地開展了有機肥與氮磷配施對小麥增產效果與機理的研究。 【方法】通過田間裂區設計，有機肥為主區，設施羊糞 22.5 t/hm2(MS)、豬糞 22.5 t/hm2(MP)、精制有機肥2.25 t/hm2(MO)；氮磷配施量為副區，設不施氮、磷肥 (N0P0)，N 105 kg/hm2、P2O575 kg/hm2(N105P75)、N 150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2(N150P105)。供試小麥品種‘晉麥 92 號’，生育期測定旗葉 SPAD 相對值、籽粒灌漿參數、干物質積累和收獲期籽粒產量。 【結果】有機肥與氮磷配施均使小麥灌漿后期 SPAD 相對值下降緩慢。單施有機肥時，豬糞使小麥灌漿中期 SPAD 相對值和平均灌漿速率最高，精制有機肥使灌漿后期 SPAD 相對值最高，灌漿持續期延長最多，莖葉轉移量和穗部積累量最高。有機肥與氮磷配施時，MSN150P105、MPN105P75、MON105P75有利于提高旗葉后期 SPAD 相對值，延長灌漿持續期，使干物質積累量增加。有機肥與氮磷配施較單施有機肥成穗數和千粒重提高，產量增加，以 MSN150P105產量最高，其次是 MPN105P75，二者間差異不顯著。 【結論】山西南部丘陵旱地小麥有機肥與適量化肥配施，使成穗數增加，并可以改善光合特性，延長灌漿持續期，增加千粒重實現增產。本研究中，施羊糞 22.5 t/hm2時，配施純 N 150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2的增產效果最好，施豬糞 22.5 t/hm2時，配施純 N 105 kg/hm2、P2O575 kg/hm2可實現減施高產。

有機肥；氮磷肥；旱地小麥；增產效果

我國傳統農業生產是施用有機肥培肥地力，種植農作物。隨著農業生產的迅速發展，化肥用量日益增加，甚至完全取代了有機肥。過量施用化肥造成土壤質量變差、肥料利用率低、生產成本高及農業水土環境污染等一系列問題[1–3]。有機無機肥配施可使土壤微生物獲得充足的碳氮源，改善土壤供氮特性，提高氮肥利用效率[4–6]。適量的有機無機肥配施可以保持微量營養元素平衡，有效降低重金屬污染風險，實現農業可持續發展[7–8]。有機無機肥配施時，化肥肥效迅速，主要在開花前促進分蘗；有機肥肥效持久，可延長葉片功能期和灌漿進程，有利于后期干物質的積累和轉運[9–11]。為充分利用農牧業有機廢棄物和有機肥，提高化肥利用效率，培肥地力[12–15]，通過連續兩年田間試驗，研究了有機肥與氮磷配施對旱地小麥旗葉光合性能、籽粒灌漿特性、干物質積累及產量的影響，旨在為山西省南部丘陵旱地實現小麥高產高效栽培提供適宜的有機肥與氮磷配施量。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于 2012～2014 年在山西省臨汾市堯都區大陽鎮岳壁村同一塊試驗田連續進行。試驗地土壤為石灰性褐土，質地中壤，位于北緯 36°5.520′，東經111°45.727′，海拔 693.5 m，年均氣溫 12.6℃，年降水量 430～550 mm。連續 2 年試驗數據趨勢基本一致，本文以 2013～2014 年試驗數據進行分析。本年度小麥生育期有效降水量 232.1 mm。耕層土壤理化性狀為有機質 9.08 g/kg、堿解氮 48.33 mg/kg、速效磷 12.44 mg/kg、速效鉀 128 mg/kg。

1.2 試驗設計

本試驗采用裂區設計，有機肥為主區，設施羊糞 22.5 t/hm2(MS)、豬糞 22.5 t/hm2(MP)、精制有機肥2.25 t/hm2(MO) 處理， 供試有機肥養分含量見表 1；氮、磷配施量為副區，設不施氮、磷肥 (N0P0)，N 105 kg/hm2、P2O575 kg/hm2(N105P75)，N 150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2(N150P105)，以及不施肥對照處理(CK)，共 10 個處理，每處理 3 個重復。供試品種為‘晉麥 92 號’，9 月 28 日播種，播量 150 kg/hm2，6 月 5 日收獲，田間管理和病蟲害防治同當地高產麥田。

表1 供試有機肥養分含量 (g/kg)Table 1 Nutrient content of tested organic fertilizer

1.3 測定項目與方法

1.3.1 SPAD 相對值 采用日本 SPAD–502 型葉綠素計測定葉片的 SPAD 相對值。從花后 7 d 開始，每 7 d上午 9 點隨機選取長勢、朝向和大小基本相同的旗葉，每小區測定 20 片，取平均值。

1.3.2 籽粒灌漿特性 初花期每個小區標記長勢一致且同一天開花的 100 穗，在開花 7 d 后每隔 5 d 取 10穗，將每穗剝出，統計數目后烘干稱重。用 Logistic方程 Y = K/(1 + ea+bt) 擬合籽粒千粒重 (Y) 隨開花后天數 (t) 的變化規律。式中，K 為千粒重潛力值；a和 b 為參數。對該方程求一階和二階導數得灌漿速率方程和次級灌漿參數。參數包括 T 灌漿持續天數(d)；R 平均灌漿速率 (g/d)；Rmax最大灌漿速率 (g/d)；T1、T2、T3分別表示漸、快和緩增期灌漿持續時間(d)；R1、R2、R3分別表示漸、快和緩增期平均灌漿速率 (g/d)。

1.3.3 干物質積累量 各小區在定點調查樣方外，于開花期、灌漿期、成熟期隨機選取代表性植株 20 個單莖裝入密封塑料袋，帶回室內將植株按莖葉、穗部分開，在 105℃ 烘箱內殺青 30 min 后，80℃ 烘至恒重稱干重。

1.3.4 產量和產量構成因素 收獲當天在各小區 2 個調查樣方中的 1 個內隨機拔取行長 20 cm 全部植株，隨機取 5 株，去除穗粒數小于 5 粒穗數后，準確計數有效成穗數，并調查每穗粒數，求平均值為穗粒數；各處理收獲 2 個未取樣調查樣方外，再隨機取 3 個 1.0 m2，脫粒，風干后稱重；數取 500 粒稱重，換算成千粒重，2 次重復 (重復間相差≤0.5 g)，80℃ 下烘至恒重，計算籽粒風干含水率，按 13% 含水率計算千粒重和產量。

1.4 數據處理

試驗數據用 Excel 和 DPS 軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 有機肥與氮磷配施對旱地小麥旗葉SPAD相對值的影響

由圖 1 知，有機肥與氮磷配施花后 28 d 旗葉SPAD 相對值均高于 CK。單施豬糞 7～21 d 旗葉SPAD 相對值最高，單施精制有機肥 21～28 d 旗葉SPAD 相對值最高。羊糞與氮磷配施花后旗葉 SPAD相對值持續升高，21 d 最高，隨后下降，其中羊糞與 N150P105配施 (MSN150P105) 灌漿期旗葉 SPAD 相對值均高于羊糞其他處理。豬糞與氮磷配施花后 7～21 d旗葉 SPAD 相對值比較穩定，花后 28 d 豬糞與 N105P75配施 (MPN105P75) SPAD 相對值高于豬糞其他處理。精制有機肥與 N105P75配施旗葉 SPAD 相對值隨生育期推遲而下降，N150P105先升后降，花后 28 d 精制有機肥與 N105P75配施 (MON105P75) SPAD 相對值高于精制有機肥其他處理。

圖1 不同有機肥與氮磷配施處理小麥的 SPAD 相對值Fig.1 The SPAD of leaves in wheat affected by different fertilizer combination

2.2 有機肥與氮磷配施對旱地小麥籽粒灌漿特性的影響

用 Logistic 方程對有機肥與氮磷配施籽粒灌漿進程進行擬合，千粒重 (Y) 與花后天數 (t) 的擬合方程見表 2，各方程的決定系數在 0.990～0.999 之間，擬合度高，說明方程可以客觀反映有機肥與氮磷配施對小麥品種籽粒灌漿進程的影響。單施有機肥時，精制有機肥灌漿持續時間 (T) 最長，豬糞平均灌漿速率 (R) 和最大灌漿速率 (Rmax) 最高。羊糞與氮磷配施T 隨氮磷肥施用量增加而升高，R 和 Rmax則降低，N150P105處理小麥快增期、緩增期持續天數 (T2、T3)及灌漿速率 (R1、R2、R3) 均最高；豬糞、精制有機肥與氮磷配施 T 隨氮磷肥施用量增加先升高后降低，R 和 Rmax則相反，N105P75灌漿各時期持續天數(T1、T2、T3) 均最高。

2.3 有機肥與氮磷配施對旱地小麥干物質積累和轉運的影響

由表 3 知，有機肥與氮磷配施總干物質積累量均高于 CK。單施有機肥時，精制有機肥莖葉轉運量和穗部積累量最高。羊糞與氮磷配施莖葉干物質轉運量隨氮磷肥施用量增加先升高后降低，穗部和總干物質積累量隨氮磷肥施用量增加而增加，以N150P105最高；豬糞、精制有機肥與氮磷配施莖葉干物質轉運量隨氮磷肥施用量增加先降低后提高，穗部干物質和總積累量則相反，以 N105P75最高。

2.4 有機肥與氮磷配施對旱地小麥產量及其構成的影響

由表 4 知，產量以有機肥與氮磷配施高于單施有機肥，單施有機肥高于對照。不同有機肥單施處理的產量差異不顯著。羊糞與氮磷配施成穗數、穗粒數、千粒重及產量均隨氮磷施用量增加而升高，以配施 N150P105處理最高；豬糞、精制有機肥與氮磷配施成穗數、千粒重及產量隨氮磷施用量增加先升高后降低，以配施 N105P75最高，穗粒數則相反。MSN150P105處理與對照產量差異達極顯著水平，MPN105P75與對照產量差異達顯著水平。

表2 不同有機肥與氮磷配施小麥籽粒灌漿進程曲線模擬參數Table 2 Curvilinear equation of accumulation and grain filling parameters in wheat affected by different fertilizer combinations

表3 不同有機肥與氮磷配施小麥的干物質積累和轉運量 (g/plant)Table 3 Accumulation and translocation of dry matter in wheat affected by different fertilizer combinations

3 討論與結論

有機無機肥配施能夠提高灌漿中后期葉綠素含量，延緩灌漿后期葉片衰老[16–19]。本研究表明，單施有機肥、有機無機配施均能提高小麥灌漿后期 SPAD相對值，延緩葉片衰老。單施有機肥處理時，豬糞在小麥灌漿中期的 SPAD 相對值和平均灌漿速率最高，這可能與豬糞中速效磷含量相對較高，磷對籽粒灌漿有促進作用有關。精制有機肥使小麥灌漿后期能維持較高的 SPAD 相對值和灌漿持續天數最長，這可能與精制有機肥中富含有益微生物，施入后與土壤微生物形成共生增值關系，提高土壤中養分有效性，從而延緩小麥灌漿后期葉片衰老。有機無機肥適量配施，既有速效養分又有緩效有機養分，充分發揮各自優勢，既促進分蘗，又滿足小麥后期養分需求，延緩灌漿后期葉片衰老，提高葉片光合性能[16]。本研究表明有機肥與氮磷配施時，羊糞與高量氮磷肥配施、豬糞和精制有機肥與低量氮磷肥配施可提高葉片光合能力，有效延長灌漿持續期。

表4 不同有機肥與氮磷配施小麥的產量及其構成Table 4 Yield component and yield in wheat affected by different fertilizer combination

合理肥料運籌可協調花前花后的物質積累，保持源庫暢通，促進物質向籽粒中快速轉移，對于提高作物產量具有重要意義[20–22]。本研究表明，有機肥與氮磷配施總干物質積累量均高于單施有機肥和對照，這與有機肥與氮磷配施改善光合性能，延緩旗葉衰老，促進干物質積累與轉移有關。

有機肥與氮磷配施產量均高于單施有機肥和對照，這與前人研究結果一致[23–24]。趙雋等[16,25]認為，施用有機肥可提高千粒重，但穗粒數和成穗數降低。本研究表明，單施有機肥和有機肥與氮磷配施使成穗數和千粒重提高，與前人研究結果存在差異，這與施肥量、基礎地力不同有關。單施有機肥增產幅度較小，有機肥與氮磷配施增產幅度較大，其中羊糞和高量氮磷肥配施與對照差異極顯著、豬糞和低量氮磷肥配施產量與對照差異顯著，增產主要與成穗數和千粒重有關。

本研究結果表明，山西南部丘陵旱地小麥在施羊糞 22.5 t/hm2時，配施純 N 150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2增產效果最好，在施豬糞 22.5 t/hm2時，配施純 N 105 kg/hm2、P2O575 kg/hm2可實現減施高產。

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The mechanism of different combinations of organic and N, P fertilizers increasing yield of dryland wheat

ZHANG Jing1, ZHANG Ding-yi1, WANG Li2, MAO Ping-ping2, ZHAO Juan3, WANG Jiao-ai1*
( 1 Institute of Wheat Research, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Linfen, Shanxi 041000, China; 2 Shanxi Normal University, Linfen, Shanxi 041000, China; 3 Weather Bureau of Linfen, Linfen, Shanxi 041000, China )

【Objectives】Combined application of organic and inorganic fertilizer can provide enough nutrient to crops to increase production. In order to dig into yield potential in dryland wheat, effects of combined application of organic and N, P fertilizers on yield increasing and mechanism of hilly dryland wheat were studied in Linfen City, Shanxi Province from 2012 to 2014. 【Methods】A randomized block design with a split plot experiment was laid out and three kinds of organic fertilizer, 22.5 t/hm2of pig manure (MP), 22.5 t/hm2of sheep manure (MS) and 2.25 t/hm2of refined organic fertilizer (MO), were used as the main plot factors. Four N, P fertilizers rates were set as sub plots: N0P0, N105P75, N150P105, and CK. The SPAD value of flag leaf, grain-filling characteristics, dry matter accumulation and yield of the Jinmai 92 were tested. 【Results】The SPAD value of organic and N, P fertilizers decreased slowly in the late sage of seed filling. The SPAD value and average rate of the middle stage of filling was the highest in single pig manure. The SPAD value of the late stage of filling, grain filling duration, stem leaf transferring and amount of spike were the highest in single refined organic fertilizer. The SPAD value,grain filling duration, dry matter accumulation were improved in MSN150P105, MPN105P75and MON105P75. The number of ears, 1000-grain weight and yield of organic and N, P fertilizers were higher than those single organic fertilizer. The yield of MSN150P105was the highest and had no significant difference with MPN105P75. 【Conclusion】Organic fertilizer with a suitable amount of chemical fertilizer, increase panicles, and could improve the photosynthetic characteristics, extend the filling duration, increase grain production in hilly dryland of Shanxi, yield increasing effect was the best in 22.5 t/hm2of sheep manure combining N 150 kg/hm2and P2O5105 kg/hm2, 22.5 t/hm2of pig manure combining N 105 kg/hm2and P2O575 kg/hm2could reduce fertilizer application and increase production.

organic fertilizer; N, P fertilizers; dryland wheat; yield increasing

2016–05–17接受日期：2016–09–07

國家現代農業產業技術體系建設專項（CARS-03-07）；國家科技支撐計劃（2015BAD22B03-03）；省科技攻關項目（20130311008-3）資助。

張晶（1984—），女，山西襄汾人，碩士，助理研究員，主要從事小麥生理栽培研究。E-mail：zhangjing3298@163.com

* 通信作者 E-mail：wangjiaoai6226@163.com