有機無機肥配施對土壤性質和小麥生長、養分吸收利用的影響

田勝營 潘明泉 呂秀敏 崔小平 張善磊 劉曉飛

摘要：有機肥與化肥配施能夠有效改善土壤環境、提高土壤肥力、促進作物增產增收等，但受作物類型、肥料用量、肥料類型、土壤和氣候等多種因素的影響，有機無機肥料的最佳配施比也不盡相同。以施氮量為基準計算有機肥施用量，共設6個處理，分別為不施任何肥料（CK）處理、常規施肥（F）處理、有機肥替代10%化肥（M10）處理、有機肥替代20%化肥（M20）處理、有機肥替代30%化肥（M30）處理、有機肥替代40%化肥（M40）處理。通過設置有機肥與化肥的不同施用配比，明確有機無機肥配比對土壤性質和小麥生長的影響，進一步探討施肥模式與土壤性質和作物生長之間的相互聯系。結果表明，化肥單施會顯著降低土壤pH值（P<0.05），而與有機肥配施能減少pH值降幅，還能有效提高土壤有機質和速效養分含量，提高小麥生物量、千粒質量、籽粒容重以及養分吸收利用率。其中，M20處理在各有機肥處理中效果最佳，與F處理相比，有機質含量提升8.77%，有效磷和速效鉀含量提升29.08%和7.35%，籽粒產量和地上部生物量提升13.34%和13.47%，籽粒容重、千粒質量增加10.83、2.21 g，氮、磷、鉀吸收總量分別增加25.40%、38.73%、31.17%，氮肥、磷肥、鉀肥表觀利用率分別增加11.57、14.96、22.82百分點，氮肥、磷肥、鉀肥農學利用率分別增加3.03、11.37、8.22百分點。

關鍵詞：有機肥替代化肥；配施比例；土壤性質；小麥生長；養分吸收利用

中圖分類號：S158.3；S512.106? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）23-0102-06

化肥自引入農業生產以來，糧食作物產量不斷提高。但20世紀90年代以來，隨著化肥施用量的連年增加，化肥帶來的增產效果卻日益下降，農業生產上“高肥低效”的問題越發突出［1］。此外，長期大量施用化肥導致土壤環境日益惡化，土壤肥力不斷降低［2］。施用有機肥是比較常用的土壤改良方法，有機肥中富含有機碳（OC）和多種營養元素［3］，不僅有較強的養分持續供應能力，還能通過提升土壤有機質水平進一步改善土壤結構和性質。但有機肥養分釋放較慢，其單獨施用不能滿足作物生長關鍵時期的養分需求，增產效果有限，甚至會造成作物減產［4］。

有機和無機肥料的配合施用能將化肥速效性和有機肥長效性相結合，不僅能提升肥料利用效率，還能有效培肥土壤，改善土壤環境，提高土壤肥力［5］。徐明崗等的研究表明，有機無機肥料配施在改善土壤環境、提高肥料利用率和增加水稻產量方面要顯著優于化肥單施［6］。孫瑞蓮等的長期定位試驗也得到了類似的結果，有機無機肥料配施不僅能提高土壤養分含量，還能增強土壤酶活性，改善土壤生物化學環境，進一步提升土壤養分有效性［7］。

黃泛沖積平原是小麥主要產區之一，是我國重要的糧食生產基地。在當前“減肥增效”環境形式下，如何進行科學“減肥”，改善土壤環境，提高土壤肥力，保障糧食生產已成為農業生產中的重要問題。本研究通過改變有機肥與化肥的配施比例，分析有機無機肥配比對土壤性質和小麥生長的影響，主要達到如下研究目的：（1）明確有機無機肥配施比例對土壤性質的影響；（2）分析有機無機肥配施比例在促進小麥生長上起到的作用；（3）探討施肥模式與土壤性質和作物生長間的相互聯系。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于江蘇省宿遷市泗陽縣城南棉花原種場（118°69′E，33°69′N），該地區位于北溫帶南緣，屬北亞熱帶季風過渡氣候，年均降水量為 960 mm，年均氣溫為14.4 ℃。試驗區為黃泛沖積平原，土壤類型為沙質潮土，試驗開始前的土壤性質：pH值7.55，有機質含量11.80 g/kg，全氮含量0.73 g/kg，全磷含量1.07 g/kg，全鉀含量18.01 g/kg，速效氮含量69.9 mg/kg，有效磷含量18.4 mg/kg，速效鉀含量89.4 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗于2021年11月1日冬小麥播種開始，采用田間小區試驗方法，共設6個處理，分別為不施任何肥料（CK）處理、常規施肥（F）處理、有機肥替代10%化肥（M10）處理、有機肥替代20%化肥（M20）處理、有機肥替代30%化肥（M30）處理、有機肥替代40%化肥（M40）處理，每個小區面積30 m2（6 m×5 m），每個處理3次重復。其中，有機肥處理總施肥量與常規施肥處理一致，有機肥施用量以施氮量為基準進行計算，磷肥和鉀肥施用量根據有機肥中磷和鉀含量計算施入。分別以尿素、過磷酸鈣、氯化鉀作為氮肥、磷肥、鉀肥，按照N含量270 kg/hm2、P2O5含量120 kg/hm2、K2O含量120 kg/hm2標準施用，其中氮肥施用比例為基肥 ∶返青肥 ∶穗肥= 4 ∶3 ∶3，磷肥和鉀肥作為基肥全部施入土壤，有機肥為山東濟寧威力生態肥業有限公司生產的黃腐酸鉀有機肥。

1.3 樣品采集與分析

土壤樣品采用隨機多點混合取樣法采集耕層（0～20 cm）土壤樣品，陰涼干燥處風干后過2 mm篩。采用電位法測定土壤pH值，凱氏定氮法測定土壤速效氮含量，分光光度法測定有效磷含量，火焰原子吸收分光光度法測定速效鉀含量，過 0.25 mm 篩后采用重鉻酸鉀氧化法測定有機質含量。植物樣品用粉碎機磨成粉狀，采用硫酸-過氧化氫消煮法制備消煮待測液，凱氏定氮法測定氮含量，分光光度法測定磷含量，火焰原子吸收分光光度法測定鉀含量［8-9］。

1.4 計算公式

1.5 數據分析

試驗數據采用 Microsoft Excel 16.0、IBM Statistics SPSS 18.0、Origin 2021軟件進行數理統計和作圖，數據分析采用單因素方差分析，多重比較采用最小顯著差異法（LSD）進行顯著性檢驗（α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 有機肥施用對土壤性質的影響

2.1.1 有機肥施用對土壤pH值和有機質含量的影響 圖1為試驗結束時的土壤pH值，可以看出，CK的土壤pH值為7.78，與CK相比，施用肥料后的土壤pH值顯著降低（P<0.05），尤其是F處理下降最為明顯，降低了0.24。在各有機肥處理中，隨有機肥配施比例的增大，土壤pH值有升高趨勢，但均低于CK。

圖2為試驗結束時的土壤有機質含量，可以看出，CK的土壤有機質含量顯著低于其他處理，各施肥處理的土壤有機質含量均有不同程度的增加，隨有機肥配施比例的增大，有機質含量呈現出先增加后降低的趨勢。其中，M20處理的土壤有機質含量最高，較CK顯著增加16.61%，較F處理顯著增加8.77%。

2.1.2 有機肥施用對土壤速效養分含量的影響由表1可知，隨有機肥施用量的增加，土壤速效氮含

量逐漸增加，其中M40處理的速效氮含量最高，較CK顯著增加20.61%，較F處理顯著增加17.73%。土壤有效磷和速效鉀的含量則隨有機肥配施比例的增加呈現先增加后降低的趨勢，其中M20處理的有效磷和速效鉀含量最高，較CK分別顯著增加60.88%和10.98%，較F處理分別增加29.08%和7.35%。

2.2 有機肥施用對小麥的影響

2.2.1 有機肥施用對小麥產量和生物量的影響 試驗結果（表2）顯示，有機肥配比會顯著影響小麥生長，有機肥處理和F處理的小麥籽粒產量、秸稈產量、地上部生物量相比CK均顯著提高。隨著有機肥配施比例的增大，呈現出先增加后降低的趨勢。其中，M20和M30處理的籽粒產量、秸稈產量和地上部生物量差異不顯著，均顯著高于F處理。與F處理相比，M20處理的增幅最大，其小麥籽粒產量、秸稈產量和地上部生物量的增幅分別為13.34%、9.51%和13.47%。

谷草比變化趨勢與生物量變化趨勢一致，施肥后的谷草比顯著升高，隨著有機肥配施比例的增大，谷草比也呈現出先升高后降低的趨勢。與F處理相比，施用有機肥的4個處理的谷草比有不同程度的增加，平均增加0.02，其中M20和M30處理的增加最為顯著，分別增加了0.03和0.02。

2.2.2 有機肥施用對小麥籽粒容重和千粒質量的影響 由圖3和圖4可知，CK的籽粒容重和千粒質量均顯著高于其他施肥處理，F處理最低。有機肥處理的籽粒容重和千粒質量相比F處理均有不同程度的增加，且隨有機肥配施比例增大，籽粒容重和千粒質量呈現出先上升后下降的趨勢，其中M20處理的增幅最大，籽粒容重、千粒質量分別增加了10.83、2.21 g。

2.3 有機肥施用對小麥養分吸收利用的影響

試驗結果顯示，肥料施用顯著提高了小麥籽粒和秸稈的養分吸收量和總養分吸收量，有機肥處理的提升效果更明顯（表3、表4、表5）。在各有機肥處理中，隨著有機肥施用量的增加，小麥籽粒、秸稈養分吸收量和總養分吸收量均呈現出先升高后降低的趨勢。肥料表觀利用率和農學利用率趨勢與養分吸收量趨勢基本一致，呈現出先升高后降低的趨勢，尤其是肥料農學利用率的降幅更明顯，甚至要比F處理更低。與F處理相比，M20處理的N、P、K吸收總量增加25.40%、38.73%、31.17%，氮肥、磷肥、鉀肥的表觀利用率增加11.57、14.96、22.82百分點，氮肥、磷肥、鉀肥農學利用率增加3.03、11.37、8.22百分點。

3 討論

本試驗結果顯示，隨有機肥施用量的增加，土壤pH值逐漸升高，這主要與化肥施用量的減少有關。土壤中NH+4發生硝化反應生成的H+是導致土壤pH值下降的主因之一，含氨類化學肥料（如二銨、尿素等）是一種有效的硝化反應原料，能夠顯著促進硝化反應的進行［13］，從而引發土壤pH值下降；此外，過磷酸鈣等酸性肥料中含有大量游離酸，這也是導致pH值降低的原因之一［14］。大量研究表明，有機肥能夠顯著提升土壤有機質含量［15-17］。在本試驗中土壤有機質含量先增后降是因為在M20處理條件下，土壤各方面協調性顯著優于其他處理，更利于作物生長，作物根系和落葉等殘留增加，因此土壤有機質含量最高。此外，有機質的增加也豐富了土壤微生物環境，進一步加速了土壤腐殖化進程［18］。

有機肥能夠提高土壤中有機質含量，從而增強離子吸附能力，促進速效氮、速效磷、速效鉀的固持，并顯著提升土壤礦化、腐殖化作用相關的微生物活性，進一步提高土壤養分有效性和養分供應能力［19］。彭娜等的長期定位試驗表明，在有機肥配施條件下，土壤中全量和速效養分的容量和供應能力均顯著提升［20］。在本試驗中，有效磷和速效鉀隨有機肥施用量的增加呈現出先升高后降低的趨勢，這與朱利霞等的試驗結果［21］相似。趙滿興等的研究表明，有機肥替代化肥會降低肥料中的速效養分輸入量，同時黃腐酸影響了土壤脲酶活性，抑制了速效養分的轉化，從而導致速效養分含量有所降低［22］。

有機肥對作物的影響主要是通過改變土壤環境實現的，有機肥能夠改善土壤結構，提升土壤養分有效性，進而促進作物生長［23］。在本試驗中，有機肥處理的生物量隨著有機肥施用比例的增加而顯著提升，在M20處理達到高位水平，隨后逐漸降低。大量研究均表明，有機肥能夠與化肥產生一定的互作效應，優化土壤水肥氣熱等環境條件，增強土壤供肥能力［24-26］。但有機肥分解和養分釋放較慢，無法在作物的關鍵生育期及時提供充足的養分［27］，這是導致有機肥施用比例上升而生物量降低的主要原因。沈冰濤等的試驗表明，有機無機肥配施條件下，土壤養分含量和土壤酶活性均顯著提高，同時促進小麥生長，其中有機肥替代20%化肥處理的小麥產量提升效果最為顯著［28］。

除提高生物量以外，有機無機配施肥還能促進光合產物向籽粒轉移，提高小麥谷草比［24］。這主要是因為有機肥在作物成熟期仍具有一定的養分供應能力，土壤環境的改善也減緩了葉面積指數的下降速率，推遲營養組織衰老進程，延長光合反應時間，增加光合同化物積累［29］。本試驗中小麥籽粒容重和千粒質量的試驗結果也驗證了這一說法。值得說明的一點是，本試驗中CK的籽粒容重和千粒質量均顯著高于其他施肥處理，主要原因是在養分脅迫條件下小麥結實率會顯著降低，從而促進籽粒光合產物的有效轉運和累積［30］，小麥籽粒容重和千粒質量因此顯著提高。

肥料表觀利用率是指作物對當季肥料的吸收利用效率［31］，肥料農學利用率則能展現該施肥條件下的增產潛力［32］。在本試驗中，肥料表觀和農學利用率與養分吸收量變化趨勢基本一致，均隨著有機肥施用比例的增大呈現先升高后降低的趨勢，這說明有機肥的施用促進了小麥對養分的吸收利用；但隨著有機肥施用量的逐漸增大，這種促進作用在不斷衰減，至有機肥替代40%化肥時，相同質量養分帶來的增產潛力甚至已低于常規施肥處理，這說明適宜的有機肥配比能夠更好地協調土壤條件，促進作物生長和增產，但有機肥的過量施用則會降低土壤肥力，造成作物減產，這與前人的研究結果［33-34］一致。此外，有機肥在配施過程中起到的增效作用受作物類型、肥料施用量、肥料種類、環境特征等多種因素影響［35-37］，最佳配施比也不盡相同。

4 結論

化肥配施有機肥能在一定程度上減弱化肥施用導致的pH值降低問題，顯著提升土壤有機質和速效氮、有效磷、速效鉀等養分的含量；隨著有機肥施用比例的提高，土壤養分含量的提升效果逐漸下降。

有機無機配施能夠顯著提升小麥的籽粒和秸稈產量，并促進光合產物向籽粒轉運和積累，提高小麥千粒質量和籽粒容重，同時也促進小麥養分的吸收利用效率，但隨著有機肥施用比例的增加，增益效果逐漸降低。

各有機肥處理中，有機肥替代20%化肥處理在改善土壤環境、提高土壤養分、促進作物養分吸收利用和增產方面效果最好，建議在該地區推廣。

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