有機肥替代化肥對旱地小麥產量和養分利用效率的影響及其經濟環境效應

張奇茹, 謝英荷，2，3, 李廷亮,2,3, 劉凱, 姜麗偉, 曹靜, 邵靖琳

有機肥替代化肥對旱地小麥產量和養分利用效率的影響及其經濟環境效應

張奇茹1, 謝英荷1，2，3, 李廷亮1,2,3, 劉凱1, 姜麗偉1, 曹靜1, 邵靖琳1

（1山西農業大學資源與環境學院，山西太谷 030801；2山西農業大學農業資源與環境國家級實驗教學示范中心，山西太谷 030801；3山西農業大學山西省土壤肥料研究生教育創新中心，山西太谷 030801)

【】通過5年連續監測有機肥、生物有機肥替代化肥對旱地小麥產量、養分利用、經濟及土壤環境的影響，以期為旱地小麥科學高效生產提供施肥依據。于2013—2018年在山西省洪洞縣旱地麥田試驗區，通過農戶施肥（FP）、測控施肥（OF）、有機肥替代化肥（OFM）和生物有機肥替代化肥（OFB）4個處理，分析有機肥替代化肥對黃土旱塬冬小麥產量構成，經濟效益，養分吸收轉移特征，肥料利用效率，土壤環境等的影響。（1）與FP處理相比，OFM、OFB處理5年平均減施化肥氮素35%，籽粒產量顯著提高17.2%—21.4%、純收入顯著提高44.3%—54.7%；與OF處理相比，OFM、OFB處理5年平均替代化肥氮素40%，增加了公頃穗數和千粒重，籽粒產量顯著提高6.0%—9.8%，純收入顯著提高12.9%—21.0%。（2）OFM、OFB處理與OF處理相比,籽粒氮含量顯著提高9.6%—12.8%，磷含量顯著提高12.5%—17.9%；籽粒氮、磷、鉀的花前營養器官轉移量與花后土壤吸收量均有所提高，特別是促進了籽粒中氮、磷素的花后土壤吸收量，分別顯著提高了48.8%—50.5%，70.5%—76.2%。（3）與OF處理相比，OFM處理的鉀肥農學效率和偏生產力顯著提高33.9%和6.2%。OFB處理的氮、磷肥的表觀回收率顯著提高48.6%和65.5%，氮、鉀肥的農學效率顯著提高71.3%和51.3%，偏生產力顯著提高20.3%和10.0%。（4）經過5年的有機肥、生物有機肥替代化肥處理，土壤肥力（有機質, 全氮, 有效磷, 速效鉀）有所提高，表層土壤硝態氮殘留顯著減少9.6%—23.0%，且2 m土層硝態氮無明顯淋溶現象。有機肥、生物有機肥替代化肥可以提高小麥籽粒對氮、磷、鉀的吸收，促進氮、磷素的花后土壤吸收，提高肥料的利用效率，顯著降低土壤硝態氮殘留量，有助于提升土壤肥力，最終獲得較高的經濟和環境效益，是旱地麥田高效持續生產和發展綠色農業的一項重要措施。

旱地小麥；有機替代；產量效率；環境效應

0 引言

【研究意義】小麥是我國主要糧食作物，種植面積占糧食種植面積的22%，其中70%為旱地小麥，產量占小麥總產20%以上[1]。化肥對小麥的影響舉足輕重，但現階段化肥施用存在嚴重不合理現象，主要表現為重施化肥、氮肥過量和不足并存，造成環境污染，影響人體健康[2]。近年來，通過有機肥替代部分化肥，在不減產甚至增產的前提下減少化肥的施用，這是我國深入開展化肥零增長行動，加快推進綠色農業發展的重要措施[3]。有機肥（尤其是畜禽糞便）與生物有機肥是目前研究較多的有機肥料，在提升土壤肥力方面有各自的優勢[4]。明確不同有機肥替代化肥條件下的小麥產量，養分吸收轉運，土壤環境等情況，為黃土高原小麥生產合理高效施肥提供依據，對農業環境的改善具有促進作用。【前人研究進展】有機肥能提高作物產量，肥料利用率及土壤肥力，降低土壤硝態氮殘留。劉金華[5]研究表明等氮條件下，商品有機肥替代化肥處理能提高小麥株高和產量。楊修一等[6]研究表明有機肥替代化肥氮素，配合控釋尿素施用，可顯著增加土壤總碳和銨態氮含量。沈冰濤等[7]研究表明與單施化肥處理相比，有機肥替代化肥能提高小麥產量和土壤養分及部分酶活性。趙聰等[8]研究表明，有機肥配施低量無機肥既能提高土壤肥力, 又能緩解硝態氮在土壤剖面中的累積和淋溶。呂鳳蓮等[9]研究表明，有機肥替代75%化肥氮可以提高作物產量和氮效率，增加年經濟效益，同時有效減少土壤硝態氮的殘留量。Marcote等[10]研究表明，增施有機肥料和微生物肥料有利于改善土壤理化性質和微生物區系。宋震震等[11]研究發現，長期施用有機肥能顯著增加土壤微生物碳和氮，能提高土壤堿性磷酸酶和蔗糖酶的活性。宋松等[12]研究表明生物有機肥可以改善土壤團粒結構，根系環境和土壤酶活性，提高作物吸收養分能力。韓曉增等[13]研究發現，長期施用有機肥能使土壤pH穩定在一個適宜作物生長的范圍。【本研究切入點】黃土高原是典型的旱作麥田區，過量施肥導致養分損失嚴重。以往的相關研究大多集中在施肥對產量等的影響，本項研究在測控施肥即“1 m土層硝態氮監控施氮肥，0—40 cm土層磷、鉀衡量施肥”基礎上，分別用有機肥、生物有機肥替代部分化肥，研究長期有機替代后養分利用轉移及土壤環境效應等。【擬解決的關鍵問題】本研究依托旱地小麥水肥高效長期定位試驗區，每年在測控定量減施氮肥的基礎上，以有機肥和生物有機肥替代部分化肥，試驗進行5年，研究其對小麥產量及其構成，籽粒氮、磷、鉀含量，養分的轉移吸收，肥料利用效率及土壤環境等的影響，以便為當地麥田生產的科學環境友好施肥管理以及綠色農業發展提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2013—2018年在山西省洪洞縣劉家垣鎮旱地麥田產區進行，試驗區處于山西省中南部，氣候干燥，降水量少。此地區年均日照時間在2 450 h左右，年均平均氣溫為12℃以下，一年的有效積溫約3 327℃，平均年降水量460—500 mm，每年的降水主要集中在7、8、9月份，是一個典型的雨養旱地農業區。試驗土壤類型為石灰性褐土，土壤質地為中壤，播前表層土壤各養分含量為：有機質15.3 g·kg-1，全氮0.8 g·kg-1，硝態氮8.1 mg·kg-1，有效磷11.7 mg·kg-1，速效鉀205.4 mg·kg-1，pH7.6，容重1.2 g·cm-3。種植小麥為晉麥47。

1.2 試驗設計

試驗設置4個處理，4次重復，采用隨機區組設計，小區面積0.012 hm2。4個處理均為壟膜溝播種植模式，處理1（FP）為農戶施肥，按照當地農戶經驗施肥；處理2（OF）為測控施化肥，即“1 m土層硝態氮監控施氮肥，0—40 cm土層磷、鉀衡量施肥”技術；處理3（OFM）是以有機肥替代處理2部分化肥、處理4（OFB）是以生物有機肥替代處理2部分化肥。處理2、3、4遵循N、P、K等養分量施肥，偏差養分利用尿素、過磷酸鈣、氯化鉀補齊。各處理均設置空白對照。試驗中所施氮肥為尿素（含N 46%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O516%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%），處理3的有機肥為腐熟的雞糞，養分含量（N 1.4%、P2O52.7%、K2O 1.6%），處理4的生物有機肥由山西農業大學資源環境學院微生物實驗室提供，以處理3中雞糞為基質，添加菌種培養制成有機肥，菌種包括：固氮菌、溶磷菌。每年于小麥播前測定土壤養分含量，根據養分含量確定施肥量，5年的各處理施肥量見表1。

所有肥料均作為底肥，在小麥播種前均勻撒入相應小區，小麥播量為150 kg·hm-2。5年的播種均在9月底至10月初進行，收獲在6月初進行。每年6月中旬至9月中旬為夏閑期。

表1 2013—2018年試驗區各處理養分用量

1.3 樣品的采集及測定方法

1.3.1 樣品采集 冬小麥播前、收獲時采集0—2 m土層的土樣，每20 cm為一層。測定2 m土層硝態氮，0—40 cm土層有效磷、速效鉀含量。

在冬小麥開花期、收獲期采集植株樣品，用于各器官氮素含量測定；在收獲期各小區收獲 3 m×20 m樣方，脫粒計產，并選取代表性 3個1 m長的小麥樣段，調查穗數、穗粒數及千粒重。

1.3.2 樣品測定方法

（1）植株氮、磷、鉀含量。統一用H2SO4-H2O2法消煮，植株的氮、磷、鉀含量分別用半微量開氏法，蒸餾定氮；釩鉬黃比色法；火焰光度計法測定。

（2）土壤硝態氮測定：CaCl2浸提，流動分析儀測定。

（3）土壤有效磷測定：0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬藍比色法測定。

（4）土壤速效鉀測定：采用1.0 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度法測定。

（5）土壤全氮的測定：開氏蒸餾法。

（6）土壤有機質測定：采用容量法重鉻酸鉀氧化-油浴外加熱法。

（7）土壤pH的測定：水土比1﹕1，pH計測定。

1.3.3 計算方法

花前營養器官氮（磷、鉀）素轉移量（kg·hm-2）= 花期地上部氮（磷、鉀）素積累量（kg·hm-2）-成熟期地上部營養器官氮（磷、鉀）素積累量（kg·hm-2）；

花后土壤氮（磷、鉀）素吸收量（kg·hm-2）= 籽粒氮（磷、鉀）素積累量（kg·hm-2）-花前營養器官氮（磷、鉀）素轉移量（kg·hm-2）；

氮（磷、鉀）肥表觀回收率（%）=[施氮（磷、鉀）區地上部吸氮量（kg·hm-2）]-對照區地上部吸氮（磷、鉀）量（kg·hm-2）]/施氮（磷、鉀）量（kg·hm-2）×100；

氮（磷、鉀）肥農學效率（kg·kg-1）=[施氮（磷、鉀）區產量-不施氮區產量]/施氮（磷、鉀）量（kg·hm-2）；

氮（磷、鉀）肥偏生產力（kg·kg-1）=施氮（磷、鉀）區的籽粒產量（kg·hm-2）/施氮（磷、鉀）量（kg·hm-2）。

1.4 統計分析

試驗數據采用Excel 2010整理作圖，SPSS進行方差分析，多重比較采用 LSD 法，差異顯著水平為 0.05。

2 結果

2.1 有機肥替代化肥對小麥產量構成及效益的影響

與FP處理相比，OFM、OFB處理5年平均減施化肥氮素35%，年均籽粒產量顯著提高17.2%— 21.4%，年均生物產量顯著提高17.5%—19.9%。年均純收入顯著提高44.3%—54.7%。與OF處理相比，OFM、OFB處理在等養分投入的前提下，5年平均替代化肥氮素40%，年均籽粒產量顯著提高6.0%— 9.8%，年均生物產量提高5.9%—8.1%；年均純收入顯著提高12.9%—21.0%（表2）。

從產量構成看，本試驗籽粒產量與公頃穗數、穗粒數及千粒重的相關性分別為0.862**、0.309、0.672*，表明冬小麥產量形成主要取決于公頃穗數，其次是千粒重。OFM、OFB處理的公頃穗數和千粒重的平均值均高于OF處理，說明有機肥、生物有機肥替代化肥主要通過提高公頃穗數和千粒重提高小麥產量，從而提高農民收入。

2.2 有機肥替代化肥對小麥籽粒氮磷鉀含量的影響

OFM、OFB處理與FP處理相比，籽粒氮含量平均顯著提高9.6%—12.8%，磷含量顯著提高15.4%—20.9%，鉀含量顯著提高13.2%—18.3%（表3）；OFM、OFB處理與OF處理相比，籽粒氮含量顯著提高9.6%—12.8%，磷含量顯著提高12.5%—17.9%，鉀素提高5.9%—10.7%，但差異不顯著。OFB處理的籽粒氮、磷、鉀含量雖高于OFM處理，但差異不顯著。說明有機肥、生物有機肥替代化肥可以促進籽粒對氮、磷、鉀的吸收積累。

2.3 有機肥替代化肥對小麥養分轉移利用的影響

4個處理的籽粒氮、磷素花前營養器官轉移量均高于花后土壤吸收量，鉀素花后土壤吸收量高于花前營養器官轉移量（表4）。從氮素來看，OFM、OFB處理與FP處理相比，花前轉移量平均顯著提高29.0%—39.5%，花后吸收量顯著提高52.7%—54.4%；與OF處理相比，花前轉移量平均提高9.1%—18.0%，花后吸收量顯著提高48.8%—50.5%。從磷素來看，OFM、OFB處理的花前轉移量比FP處理提高19.8%—29.3%，比OF處理提高2.7%—10.8%，花后吸收量比FP處理顯著提高72.9%—78.6%，比OF處理顯著提高70.5%—76.2%。從鉀素來看，OFM、OFB處理比FP處理花前轉移量平均提高23.3%—45.9%，花后吸收量提高40.3%—42.9%；比OF處理花前轉移量平均提高20.2%—42.4%，花后吸收量提高13.6%—15.8%，差異均不顯著。有機肥替代化肥后，籽粒氮、磷、鉀素的花前營養器官轉移量、花后土壤吸收量均提高，并且氮、磷素的花后土壤吸收為顯著提高。說明有機肥、生物有機肥替代化肥處理可以提高籽粒氮、磷、鉀整體的轉移吸收量，特別是促進了氮、磷素的花后土壤吸收量。

2.4 有機肥替代化肥對肥料利用效率的影響

OFM、OFB處理與FP處理相比，氮肥的平均表觀回收率、農學效率、偏生產力分別顯著提高126.0%—163.7%、149.6%—186.0%、90.3%—97.1%，磷肥的分別提高47.5%—65.3%、50.0%—72.1%、12.9%—16.9%，與FP處理相比，差異未達顯著水平（表5）。OFB處理與OF處理相比，氮、磷肥的表觀回收率顯著提高48.6%、65.5%，氮、鉀肥的農學效率顯著提高71.3%、51.3%，偏生產力顯著提高20.3%、10.0%，磷肥的農學效率和偏生產力均有一定程度提高，但差異未達顯著水平。OFM處理與OF處理相比，氮、磷、鉀肥料利用率也均有提高，其中鉀肥的農學效率和偏生產力顯著提高33.9%和6.2%。表明有機肥、生物有機肥替代化肥對肥料表觀回收率，農學效率，偏生產力均有不同程度的提高作用，即提高了地上部及籽粒對氮、磷、鉀的吸收利用程度，從而促進了產量的增加。其中生物有機肥替代后的效果更優于有機肥。

表2 2013—2018年各處理小麥產量構成及效益

同一年份同列數據后不同小寫字母表示在 0.05 水平差異顯著。下同

Values followed by different small letters within a column in the same year indicate significant differences at the 0.05 level. The same as below

2.5 有機肥替代化肥對土壤肥力及環境的影響

表6為2018年各處理收獲后表層（0—20 cm）土壤肥力狀況，OFB處理的有機質含量比FP、OF處理顯著提高4.8%—6.3%，比OFM處理提高1.3%，但差異不顯著。有效磷含量與有機質規律一致，OFB處理比FP、OF處理顯著提高41.3%—87.5%，比OFM處理提高24.2%，但差異不顯著。速效鉀含量OFB處理比FP、OF處理顯著提高17.8%—37.2%，OFM與OFB處理間差異不顯著。表6可以看出，OFM、OFB處理比FP、OF處理的pH降低1.3%—2.5%，但處理間差異不顯著。說明長期施用有機肥和生物有機肥對土壤pH無改善調節作用。

同時由表6可以看出，土壤表層硝態氮貯量，OFM、OFB處理比FP處理顯著降低36.5%—45.8%，比OF處理顯著降低9.6%—23.0%；圖1是2013年播前和2018年收獲時不同處理2 m土層硝態氮累積狀況。由圖1可以看出，2018年收獲時，各處理硝態氮在0—40 cm土層均有較高累積，其中FP處理累積量最高。同時FP處理2 m土層硝態氮累積量也達到了347.2 kg·hm-2，顯著高于其他各處理，比2013年播前提高了123.0%，并且在1—2 m土層有明顯的淋溶累積。而OFM、OFB處理的2 m土層硝態氮累積量較FP處理降低67.0%—69.1%，較OF處理降低2.5%—4.0%，較2013年播前降低21.7%—26.7%。表明通過有機肥、生物菌肥替代化肥能促進小麥對氮素的吸收，減少了土壤硝態氮殘留，降低了土壤退化和環境影響的風險。

FP處理不施鉀肥，所以無鉀肥利用效率

FP treatment didn't apply potassium fertilizer, so haven't potassium fertilizer utilization efficiency

表6 2018年各處理收獲期表層土壤肥力及硝態氮殘留狀況

圖1 有機肥替代化肥下2 m土層硝態氮殘留特征

3 討論

3.1 有機肥替代化肥對小麥產量的影響

有機肥替代化肥能提高作物產量。本試驗中有機肥、生物有機肥5年平均替代化肥氮素40%，籽粒產量顯著提高6.0%—9.8%；與前人研究結果基本一致。趙軍等[14]研究表明，豬糞替代無機肥提高了小麥產量；呂鳳蓮等[9]研究表明，有機肥替代75%化肥氮可以提高小麥-玉米輪作作物產量和經濟效益。孟琳等[15]研究表明，有機肥料氮替代化肥氮提高了稻谷產量。王斌等[16]的研究也表明生物有機肥的配施與減量優化平衡施肥在穩產的同時進一步提高氮素利用率，能節約成本，提高產量。有機肥替代化肥既發揮了化肥釋放養分的速效性，也發揮了有機肥的緩釋性[17]，有機和無機養分能協調平衡供應[18]，避免前期旺長和后期早衰，有機肥中豐富的有機質和微生物，能改善土壤結構[19]，促進小麥整個生育期吸收養分[20]，實現增產的目的。本試驗中FP處理的施氮量最高，屬于過量施肥，產量最低，說明過量施肥不會提高產量，與馬臣等[21]的研究結果一致，可能因為氮肥過量，但是磷、鉀肥不平衡，不滿足作物需求，導致籽粒產量最低。

本試驗表明籽粒產量與公頃穗數相關性最大，其次是千粒重，本試驗“有機替代”處理的公頃穗數和千粒重均提高。李廷亮等[22]的研究也表明，公頃穗數和千粒重對小麥產量貢獻最大。黃婷苗等[23]和昝亞玲等[24]的研究表明公頃穗數的增加是小麥增產的主要原因。因為有機肥替代化肥可以改善小麥生育中后期的營養條件，促進幼穗分化[25]，促進灌漿期干物質向籽粒轉移[26]，提高成穗數和千粒重，為產量提高奠定基礎。上述結果說明，有機肥、生物有機肥替代化肥可以通過提高公頃穗數和千粒重增加產量，增加收入，適合在旱地推廣。

3.2 有機肥替代化肥對麥田籽粒養分吸收轉移及肥料利用率的影響

本試驗結果表明冬小麥籽粒中的氮、磷、鉀一部分來源于花前營養器官轉移，一部分來源于花后土壤吸收，與高洪軍等[27]和王德梅等[28]研究結果一致。有機肥替代化肥后，籽粒氮、磷含量顯著提高，與前人研究結果一致，謝軍等[29]與梁靖越[30]研究均表明，有機肥替代化肥能促進氮素由莖葉向穗部積累，從而提高籽粒氮素積累量。劉彥伶等[31]研究表明，施用有機肥有利于促進干物質和磷素的積累及其向籽粒的轉運。從5年的試驗結果來看，“有機替代”后籽粒氮、磷、鉀素的花前轉移、花后吸收均提高，主要促進了氮、磷素的花后土壤吸收。因為化肥主要在作物前期發揮作用，而后期有機肥釋放養分速率高于化肥[32]，所以“有機替代”有利于籽粒整個生育期的氮、磷、鉀素積累。劉彥伶等[31]研究表明有機無機配施可促進花后籽粒對磷素的吸收。楊寧等[32]研究表明，花前累積在營養器官中的氮、磷養分是成熟期籽粒氮、磷的重要來源，花后的氮、磷養分累積才是造成成熟期籽粒氮、磷吸收差異的重要原因。本研究得出相似的結論，因為氮、磷肥的合理配施，適當延緩小麥后期衰老，促進氮、磷素的積累及其向籽粒的轉運，并且有機肥在小麥生長后期發揮較大作用，促進花后有更多的氮、磷進入籽粒，這是氮、磷素花后吸收提高的重要原因。

本試驗有機肥、生物有機肥替代化肥后的氮、磷、鉀肥的表觀回收率、農學效率、偏生產力均有所提高，生物有機肥替代后的肥料利用效率最高，FP處理施肥不平衡，且產量最低，從而導致其肥料利用效率均最低。周江明等[33]和任科宇[34]等研究均表明，施用有機肥可以顯著提高作物的氮肥利用率，并且任科宇的研究表明，在有機質含量較低、降雨量較少的西北地區配施有機肥后氮肥利用率的提高幅度最大。謝勇等[35]研究表明，有機無機配施的氮、磷肥料利用率最高。本試驗結果與前人研究結果一致，有機肥替代化肥處理可以提高小麥養分吸收轉移及產量，相應地提高了氮、磷、鉀肥的表觀回收率、農學效率和偏生產力。生物有機肥含有比有機肥更豐富的微生物，更能促進土壤活性，提高作物吸收養分，從而提高肥料利用效率，而本試驗中生物有機肥替代后的養分轉移量，產量均為最高。所以氮、磷、鉀平衡施肥及有機替代，能促進養分花前、花后的轉移吸收，從而提高籽粒養分含量，提高肥料利用效率。

3.3 有機肥替代化肥對土壤肥力及環境的影響

本試驗中有機肥、生物有機肥替代化肥后，表層土壤有機質，全氮、有效磷、速效鉀含量均有所提高。溫延臣等[36]研究表明，有機肥部分替代化肥能提高土壤有機碳和全氮含量。祝英等[37]研究表明，有機肥替代化肥能改善土壤微生物數量，有利于土壤養分的儲存和供應強度。本試驗結果與前人研究結果一致。因為有機肥加入提高了土壤有機質含量，養分和碳氮比的提高增加了土壤微生物的活性，微生物作用于土壤釋放的有機質也在土壤中積累[38]，使得土壤有機質含量得以提高。大量微生物和腐殖質進入土壤，降低無機磷的固定并促進無機磷的溶解，減少磷、鉀固持[39]，從而釋放磷、鉀養分。有機肥與化肥配施既能快速提高土壤中有效氮的含量，又能長久保存土壤氮素[40]，低溫、少雨的地區有機肥可以更好地發揮其保溫保水性，更利于激發土壤中微生物的活性，促進作物對養分的吸收[41]。有機肥、生物有機肥替代后的pH略有降低。胡誠等[42]研究發現，隨著有機肥施用量的增加，土壤pH值降低，逐漸接近中性。柯蓓等[43]研究表明有機肥替代部分化肥能穩定土壤pH。本研究結果與前人研究結果不太一致。可能是因為本試驗時間較短，或者其他原因，有待進一步研究。

本試驗中有機肥替代化肥后的土壤表層和2 m土層硝態氮儲量均有顯著降低，且2 m土層硝態氮無明顯淋溶現象。呂鳳蓮等[9]和馬臣等[21]研究均表明，有機肥替代化肥能減少硝態氮殘留。有機替代后土壤硝態氮聚集在表層，降低了硝態氮向下層淋溶的風險。有機肥的添加改善了土壤理化性質，增加了土壤團聚化程度，提高微生物活性，更多的氮被利用，從而降低無機氮的殘留[44]。因此有機肥、生物有機肥替代化肥可以促進作物吸收養分，增加土壤養分含量，降低土壤硝態氮的殘留，對降低環境污染具有重要意義。

4 結論

在測控施肥基礎上，有機肥、生物有機肥替代化肥，促進了營養元素的轉移、吸收量，特別是促進了氮、磷素的花后土壤吸收量，分別達到48.8%—50.5%，70.5%—76.2%，籽粒氮、磷含量平均分別顯著提高11.5%、15.2%。由于公頃穗數和千粒重的提高，平均籽粒產量顯著提高了6.0%—9.8%，平均純收入提高12.9%—21.0%；使得氮、磷、鉀肥料表觀回收率，農學效率，偏生產力均有不同程度提高，同時促進了土壤肥力的提升，土壤表層硝態氮貯量顯著降低了9.6%—23.0%，土壤pH降低1.3%—2.5%，獲得了明顯的經濟和環境效益，因此有機替代是實現旱地麥田高效安全持續生產以及發展綠色農業的科學施肥技術。

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Effects of Organic Fertilizers Replacing Chemical Fertilizers on Yield, Nutrient Use Efficiency, Economic and Environmental Benefits of Dryland Wheat

ZHANG QiRu1, XIE YingHe1, 2, 3, LI TingLiang1, 2, 3, LIU Kai1, JIANG LiWei1, CAO Jing1, SHAO JingLin1

(1College of Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi;2National Experimental Teaching Demonstration Center of Agricultural Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi;3Shanxi Provincial Soil and Fertilizer Postgraduate Education Innovation Center, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi)

【】In order to provide the fertilization basis for scientific and efficient production of dryland wheat, the effects of organic fertilizer and biological organic fertilizer replacing chemical fertilizer on wheat yield, nutrient utilization, economy and soil environment were monitored continuously for 5 years.【】From 2013 to 2018 in the dryland wheat field area of Hongtong County, Shanxi Province, there were four different fertilization patterns, including farmer pattern (FP), optimized fertilizers pattern (OF), optimized fertilizers+organic fertilizers pattern (OFM), and optimized fertilizers+biological organic fertilizers pattern (OFB), which were used to analyze the effects on the yield composition, economic benefits, nutrient absorption and transfer characteristics, fertilizer use efficiency, and soil environment of dry wheat in the Loess Plateau.【】(1) Compared with the FP treatment, the average nitrogen fertilizer application was reduced by 35%, and the grain yield was significantly increased by 17.2%-21.4%, and net income was significantly increased by 44.3%-54.7% under OFM and OFB treatments, respectively; compared with the OF treatment, the average nitrogen substitution rate of OFM and OFB in five years was 40%, the spike number per hectare and 1000 grain weight were increased, and the grain yield was significantly increased by 6.0%-9.8%, and net income was significantly increased by 12.9%-21.0% under OFM and OFB treatments, respectively. (2) Compared with OF treatment, the contents of nitrogen in grain was significantly increased by 9.6%-12.8%, and the contents of phosphorus in grain was significantly increased by 12.5%-17.9% under OFM and OFB treatments, respectively; the transport amount at pre-anthesis of nitrogen, phosphorus and potassium of grain and the soil absorption after bloom were also increased, especially the soil absorption of nitrogen and phosphorus after anthesis was significantly increased by 48.8%-50.5% and 70.5%-76.2% under OFM and OFB treatments, respectively.(3) Compared with the OF treatment, the agronomic efficiency and partial productivity of potassium fertilizer under OFM treatment were significantly increased by 33.9% and 6.2%, respectively. The results showed that the apparent recovery rate of nitrogen and phosphorus fertilizer was increased by 48.6% and 65.5%, the agronomic efficiency of nitrogen and potassium fertilizer up by 71.3% and 51.3%, respectively, and the partial productivity was increased by 20.3% and 10.0%, respectively.(4)Organic fertilizers and biological organic fertilizers instead of chemical fertilizer increased soil fertility (organic matter, total nitrogen, available phosphorus, available potassium contents), nitrate nitrogen residue in soil surface was significantly decreased by 9.6%-23.0%, and there was no obvious leaching phenomenon of nitrate nitrogen in 2 m soil layer after 5 years.【】Instead of chemical fertilizer, organic fertilizers and biological organic fertilizers could improve the absorption of nitrogen, phosphorus and potassium in wheat grain, promote the absorption of nitrogen and phosphorus in soil after anthesis, improve the utilization efficiency of fertilizer, and significantly reduce the residue of nitrate nitrogen in soil, and alleviate soil alkalization, which was helpful to improve soil fertility and ultimately obtain higher economic and environmental benefits. Therefore, it was an important measure for the efficient and sustainable production of dryland wheat fields and the development of green agriculture.

dryland wheat; organic fertilizer replacing chemical fertilizer; yield efficiency; environmental effects

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.23.012

2020-06-15；

2020-09-16

國家重點研發計劃項目（2018YFD0200401）、國家公益性行業（農業）科研專項（201503124）

張奇茹，E-mail：1575938795@qq.com。通信作者謝英荷，E-mail：xieyinghe@163.com

（責任編輯 李云霞）