有機(jī)肥替代化肥對(duì)皖北小麥產(chǎn)量及養(yǎng)分利用率的影響

程謙勛 武 艷 關(guān)文義 朱佳 劉健健 喬策策 趙建榮

摘 要：為了探究化肥減量施用和有機(jī)肥替代對(duì)皖北小麥產(chǎn)量、養(yǎng)分積累和吸收利用效率的影響，該研究共設(shè)置CK（不施肥處理）、UF（單施無(wú)機(jī)肥處理）、MF1（80%化肥+20%有機(jī)肥）、MF2（60%化肥+40%有機(jī)肥）、MF3（40%化肥+ 60%有機(jī)肥）等5個(gè)處理，對(duì)小麥產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及土壤養(yǎng)分含量等指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明：與UF相比，MF1、MF2處理的小麥產(chǎn)量無(wú)顯著差異，而MF3處理的小麥產(chǎn)量有所降低，MF1則顯著提高了小麥的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力，MF2、MF3和UF3個(gè)處理間無(wú)顯著差異。此外，有機(jī)肥施用顯著地提高了土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量，而土壤有效磷和速效鉀含量則無(wú)顯著差異。

關(guān)鍵詞：小麥;有機(jī)肥替代比例;產(chǎn)量;氮素利用率

中圖分類號(hào) S512.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2021）22-0118-04

Effect of Organic Fertilizer Substituting Chemical Fertilizer on Wheat Yield and Nutrient Utilization Rate in Northern Anhui

CHENG Qianxun1 et al.

（1Anhui Guozhen Environmental Sanitation Technology Co.， Ltd.， Hefei 230000， China）

Abstract： In order to investigate the effects of organic fertilizer replacing chemical fertilizer on wheat yield，nutrient accumulation and utilization，five different fertilization patterns，including non-apply fertilizer （CK），inorganic fertilizer （UF），20% organic fertilizer + inorganic fertilizer （MF1），40% organic fertilizer + inorganic fertilizer （MF2），60% organic fertilizer + inorganic fertilizer （MF3），were performed in the wheat field area of Lixin Country，Anhui Province.The results showed that the yield of wheat had no significantly different both in the MF1 and MF2 treatment compared with the UF treatment，but a significantly decrease of yield was observed in MF3 treatment.The MF1 treatment could enhance the agronomic efficiency and partial productivity of nitrogen fertilizer compared with the UF treatment.Moreover，organic fertilizer replacing chemical fertilizer could also significantly enhance the content of organic matter，total nitrogen in soil，while there are no different of available phosphorus and available potassium between UF and MFs.

Key words： Wheat; Organic fertilizer substitution ratio; Yield; Nitrogen use efficiency

研究表明，肥料的施用對(duì)我國(guó)糧食的增產(chǎn)貢獻(xiàn)率高達(dá)55%～57%，增施肥料對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有極其重要的作用[1-2]。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，我國(guó)肥料施用量，尤其是化學(xué)氮肥的施用量呈直線上升的趨勢(shì)，到了2009年，我國(guó)化肥總施用量超過(guò)64Mt，占世界消費(fèi)總量的35%[3]。由于化肥的不合理施用，引發(fā)了土壤質(zhì)量問(wèn)題，如土壤容重增加，田間持水量降低，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)遭到破壞，同時(shí)造成了如水體富營(yíng)養(yǎng)化、溫室氣體排放等一系列的環(huán)境問(wèn)題已成為制約農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要因素[4-5]。為此，農(nóng)業(yè)部在2015年提出了“到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案”，方案中強(qiáng)調(diào)，2015—2019年間，將我國(guó)的化肥施用量的年增長(zhǎng)率控制在1%以下，在2020年實(shí)現(xiàn)主要農(nóng)作物的化肥施用量實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)。在保證產(chǎn)量的前提下，有機(jī)肥替代化肥是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的重要措施之一[6-8]。

有機(jī)肥施用對(duì)于土壤培肥和作物生長(zhǎng)發(fā)育具有良好的促進(jìn)作用[9-11]。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥施用能夠顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)微生物對(duì)氮磷鉀等養(yǎng)分的分解與固定，減少因揮發(fā)、淋溶、化學(xué)固定等原因造成養(yǎng)分損失。此外，施用有機(jī)肥還能改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤保水保肥能力，是促進(jìn)資源循環(huán)利用、發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的必要途徑和重要手段[12-14]。研究表明，有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥配合施用能夠顯著提高農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育中后期干物質(zhì)的積累量，促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收。在我國(guó)西北地區(qū)，施用有機(jī)肥可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和作物氮肥利用率[15]。此外，有機(jī)肥部分替代化肥還能有效增加麥玉輪作條件下的磷素利用效率，同時(shí)提高小麥和玉米的產(chǎn)量[16]。在小麥生產(chǎn)過(guò)程中，有機(jī)肥部分替代化肥同樣能夠顯著提高小麥對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的吸收，改善土壤礦質(zhì)態(tài)氮素的供應(yīng)，同時(shí)收獲與單施無(wú)機(jī)肥條件下相同或更高的產(chǎn)量[17-19]。本研究選擇皖北地區(qū)小麥為對(duì)象，研究不同有機(jī)肥部分替代化肥比例對(duì)小麥產(chǎn)量、養(yǎng)分積累以及化肥利用率的影響，綜合考慮產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益獲得最佳的替代比例，以期為皖北地區(qū)小麥有機(jī)肥配施化肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料 試驗(yàn)于2019年11月10日至2020年6月10日在利辛縣馬店孜鎮(zhèn)試驗(yàn)田進(jìn)行。該地區(qū)位于中緯度地區(qū)，屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫14.8℃，全年無(wú)霜期215d，年均降雨量823.9mm。試驗(yàn)地前茬為玉米，試驗(yàn)地土壤耕層（0～20cm）基本理化性質(zhì)為：pH 6.8，有機(jī)質(zhì)1.45%，全氮0.61g/kg，速效磷25mg/kg，速效鉀116mg/kg。供試品種為揚(yáng)麥25，化學(xué)肥料為尿素（N46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O512%）、氯化鉀（K2O 60%）;有機(jī)肥產(chǎn)品為安徽養(yǎng)地生物科技有限公司生產(chǎn)的商品有機(jī)肥，養(yǎng)分含量為N∶1.5%，P2O5∶1.6%，K2O：2.2%，有機(jī)質(zhì)含量46.3%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理：處理1：不施肥處理（CK）;處理2：?jiǎn)问o(wú)機(jī)肥處理（UF），氮肥（折合純N）用量220kg/hm2，磷肥（P2O5）用量100kg/hm2，鉀肥（K2O）用量90kg/hm2;處理3：化肥減施20%+有機(jī)肥（MF1）800kg/hm2;處理4：化肥減施40%+有機(jī)肥（MF2）1200kg/hm2;處理5：化肥減施60%+有機(jī)肥（MF3）1800kg/hm2。3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積60m2。有機(jī)肥、磷肥、鉀肥作基肥一次性施入，氮肥分3次施入，基肥、追肥比例為6∶4。基肥于11月4日撒施，分蘗肥和穗肥為尿素，分蘗肥于1月28日撒施，穗肥于3月10日撒施。

1.3 樣品采集及測(cè)定方法

1.3.1 樣品采集 在冬小麥?zhǔn)斋@期采集植株樣品，每塊試驗(yàn)田采3份樣品，用于各器官氮素含量測(cè)定;在收獲期各小區(qū)選取3個(gè)1m2樣方的地上部，裝入網(wǎng)袋，自然風(fēng)干后，測(cè)定總干物質(zhì)重，機(jī)械脫粒，稱取籽粒重量，并取500粒稱重，換算成千粒重。

1.3.2 植株干物質(zhì)和全氮含量的測(cè)定 樣品的處理：取風(fēng)干的實(shí)驗(yàn)室待測(cè)樣品充分混勻后，按四分法縮減至100g，粉碎，籽粒全部通過(guò)0.25mm（秸稈通過(guò)0.5mm）孔徑篩，裝入樣品瓶備用。植株全氮含量用H2SO4-H2O2 消解，用凱氏定氮法測(cè)定。

1.3.3 計(jì)算方法 參考趙俊曄等[35]和Przulj等[36]方法計(jì)算：

收獲指數(shù)（%）=籽粒產(chǎn)量/生物量×100;

氮肥農(nóng)學(xué)效率（%）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量）/施氮量×100;

氮肥表觀回收率（%）=（施氮區(qū)地上部氮素積累量-空白區(qū)地上部氮素積累量）/施氮量×100;

氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量;

植株養(yǎng)分積累量=植株干物質(zhì)量×養(yǎng)分含量。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS25軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著極差法（LSD）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥替代化肥對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量、生物量及收獲指數(shù)的影響 不同有機(jī)肥替代比例對(duì)小麥產(chǎn)量、生物量以及收獲指數(shù)的影響如圖1所示。由圖1可知：肥料的施用可明顯增加小麥的產(chǎn)量和生物量，UF～MF3處理的小麥產(chǎn)量與CK處理相比均達(dá)到了顯著性的差異（圖1a）。在有機(jī)肥替代處理中，MF1和MF2處理的小麥產(chǎn)量與UF處理無(wú)顯著差異，但當(dāng)有機(jī)肥替代比例達(dá)到60%時(shí)，小麥的產(chǎn)量較UF相比呈降低趨勢(shì)（圖1b）。此外，小麥?zhǔn)斋@指數(shù)的測(cè)定結(jié)果表明，純化學(xué)肥料和有機(jī)肥替代處理下的收獲指數(shù)與不施肥處理之間顯著差異（圖1c）。

2.2 有機(jī)肥替代化肥對(duì)小麥植株養(yǎng)分積累及肥料利用效率的影響 不同施肥處理小麥籽粒、穎殼和秸稈中的氮素積累量存在差異。由圖2a可知，不同施肥處理下的籽粒氮積累量從高到低依次為MF1>UF>MF2>MF3>CK。與UF和CK相比，MF1處理下的小麥籽粒氮含量分別增加6%、30%，并且與CK相比差異達(dá)到了顯著性，表明有機(jī)肥20%替代化肥能夠顯著提高氮素營(yíng)養(yǎng)在小麥籽粒中的積累。通過(guò)測(cè)定不同施肥處理下小麥秸稈中的氮積累量發(fā)現(xiàn)，與CK處理相比，施肥處理能夠顯著提高小麥秸稈氮的積累。隨著有機(jī)肥替代比例的提高，小麥秸稈中的氮積累呈下降趨勢(shì)，表明施用有機(jī)肥能夠影響氮素在小麥不同部位的分布狀況。

2.3 有機(jī)肥替代化肥對(duì)小麥氮肥利用效率的影響 與UF處理相比，MF1、MF2處理下的氮肥表觀回收率分別提高了110%、102%、97%，差異到達(dá)顯著水平。MF1處理與UF處理相比，氮肥的農(nóng)學(xué)效率顯著提高66%，偏生產(chǎn)力顯著提高15%，而MF3處理下的氮肥表觀回收率、農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力有所降低，但未達(dá)到顯著差異。說(shuō)明施用有機(jī)肥合理配施化肥能夠提高小麥地上部對(duì)氮素的吸收利用，從而提高產(chǎn)量。

2.4 有機(jī)肥替代化肥對(duì)土壤肥力的影響 不同處理試驗(yàn)小麥?zhǔn)斋@后耕作層（0～20cm）土壤的肥料狀況，包括土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀含量結(jié)果見圖3。由圖3可知，與不施肥相比，無(wú)論單施化肥或有機(jī)肥配施，均能顯著提高土壤中的全氮、速效磷和速效鉀含量，而單施化肥對(duì)土壤中的有機(jī)質(zhì)含量無(wú)明顯的提升。與UF相比，有機(jī)肥配施能夠顯著提高土壤中速效磷和有機(jī)質(zhì)的含量。MF3處理下的土壤速效鉀含量較UF有顯著降低，表明有機(jī)肥替代過(guò)多對(duì)土壤鉀營(yíng)養(yǎng)的積累有所降低，進(jìn)一步說(shuō)明了有機(jī)肥替代20%可能是安徽皖北地區(qū)較為適宜的有機(jī)肥配比。

3 討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)肥替代化肥能夠顯著提高小麥產(chǎn)量，與UF和CK相比，MF1處理下的小麥產(chǎn)量分別提高4%、30%，這與之前的研究結(jié)果一致。張奇茹等通過(guò)5年定位試驗(yàn)表明，有機(jī)肥替代40%化肥氮素能顯著提高旱地小麥籽粒產(chǎn)量。呂鳳蓮等研究發(fā)現(xiàn)，在有機(jī)肥替代75%化肥氮素的處理下，小麥-玉米輪作體系下的作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益均有顯著提高[20]。有機(jī)肥替代化肥除了能夠滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)養(yǎng)分的需求，同時(shí)還能夠增加土壤中的養(yǎng)分含量，對(duì)于提高土壤肥力具有重要作用。本研究中，施用有機(jī)肥同樣能夠增加土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮含量，促進(jìn)小麥對(duì)氮素的吸收利用效率。張新建等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥施入土壤后，增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，為土壤微生物的生長(zhǎng)發(fā)育提供了適宜的碳氮比，增強(qiáng)了微生物的活性，進(jìn)一步促進(jìn)了土壤中的有機(jī)物分解，從而增加土壤中氮磷鉀等養(yǎng)分含量[21]。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，與常規(guī)農(nóng)民習(xí)慣施肥處理相比，有機(jī)肥替代20%、40%化肥對(duì)小麥產(chǎn)量和地上部生物量無(wú)顯著影響，但當(dāng)有機(jī)肥替代比例達(dá)到60%時(shí)，小麥產(chǎn)量出現(xiàn)降低趨勢(shì)。此外，有機(jī)肥替代能夠顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量。綜合考慮產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境效益等因素，有機(jī)肥替代20%化肥對(duì)安徽皖北地區(qū)小麥生產(chǎn)有一定的推廣價(jià)值。

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（責(zé)編：張宏民）