增施豬糞有機肥以及不同比例替冬小麥生長及土壤養分的影響

杜鑫宇, 張哲棟, 閆之春, 薛林杰, 閆淋淋, 張笑笑, 梁曉飛

(山東新希望六和集團有限公司, 山東 青島 266100)

在規?；i養殖過程中會排放大量的糞尿,由于生豬對日糧中的氮、磷等養分利用效率不高,使生豬糞尿中含有超過50%的營養物質[1]。生豬糞中的營養物質經過處理后制成的豬糞有機肥,在管理得當的情況下,施于農田是改善土壤健康、提高農業經濟效益和實現農業生態系統多樣化的可持續選擇[2]。施用有機肥不僅能為作物生長提供養分,還能改善土壤理化性質,提高土壤肥力[3]。PlazaC[4]等研究結果表明,施用有機肥有利于提高土壤養分和酶活性。另一方面,增施有機肥可以提高冬小麥的光合作用能力,增加光合作用產物,促進小麥生長,提高產量[5]。馬凡凡[6]等研究表明,通過豬糞肥替代化肥后的土壤中有機質、NPK等養分顯著高于其他處理,并降低土壤氮素徑流流失。曾慶慶[7]等通過不同年限施加豬糞肥結果表明,土壤肥力顯著提升,土壤中營養物質含量明顯增加,并且隨著施用時間不斷提高。Qaswar[8]和Kang[9]通過長期田間試驗表明,長期施用豬糞有機肥能提高土壤養分含量以及土壤中微生物含量。有研究發現,在水稻和小麥不減產的前提下,有機肥的施用可以替代25%化肥[10]。Guo[11]等研究發現,25%有機肥+75%化肥處理的產量與100%NPK的并無顯著差異。早在2000年,牟善積[12]等提出有機肥和化肥配施的重要性,兩者配施有利于全面調節土壤養分平衡,解決供需矛盾,實現用地和養地相結合,培肥地力。本研究通過設置不同梯度豬糞有機肥替代化肥以及單施有機肥來探究對冬小麥農藝生長形狀、產量、品質以及土壤養分變化的影響,確定豬糞有機肥替代化肥的最佳比例,以期探索適合小麥穩產增產和土壤增肥的最佳有機無機配施比例。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及基本情況

試驗地點位于安徽省五河縣霍莊村。該地區屬于暖溫帶過渡型季風氣候,根據氣象數據統計,該地區年平均氣溫為14.7℃,年降雨量平均為896.3 mm。該地區實行冬小麥-大豆兩茬制,于10月下旬大豆收獲后旋地整地,之后種植冬小麥。

供試土壤0～20 cm土層的基礎理化性質見表1。

表1 供驗土壤0～20 cm理化性質

1.2 試驗設計

試驗于2021年10月下旬開始,試驗共設置7個施肥處理,每個施肥處理3個重復,采用完全隨機區組設置,共21個小區,各小區5 m×10 m;各處理在冬小麥播種前將氮、磷、鉀肥全部施入,施氮量參考國家標準為250 kg·hm-2;有機肥為集約化豬場發酵產生的豬糞有機肥,其中有機質含量≥60%,全氮含量占2.42%,有機肥具體用量以全氮含量為標準進行折算,各試驗區冬小麥播種量均為20 kg·667 m-2,其他管理措施與當地大田一致。

具體試驗處理分別為: 1)CK:對照,不施肥; 2)T1:100%化肥氮素; 3)T2:100%氮素有機肥+100%氮素化肥混合; 4)T3:120%氮素有機肥+80%氮素化肥混合(有機肥替代化肥氮素20%); 5)T4:160%氮素有機肥+40%氮素化肥混合(有機肥替代化肥氮素60%); 6)T5:200%氮素有機肥(有機肥替代化肥氮素100%)。

1.3 測定項目與方法

小麥成熟期時采集各小區中間劃定的2 m×3 m收獲區,分別測定株高、穗粒數、千粒重、穗長、畝均成穗數、粗蛋白、濕面筋,產量為每小區實收產量;收割后對每小區進行0～20 cm土壤取樣,測定土壤pH值、有機質、全氮、全磷、全鉀、速效磷、堿解氮、速效鉀。

1.4 數據分析

采用 Excel 2019進行數據統計與處理,運用Origin 2018軟件繪圖,運用 IBM SPSS Statistics 21軟件進行單因素顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥比例對冬小麥農藝性狀、產量結構的影響

由表2可知,各施肥處理之前的小麥株高、穗粒數、有效穗數均顯著高于CK,T2處理各指標均為最高,且各指標均顯著高于T4、T5處理。T2處理實際產量顯著高于T3處理,但株高、穗粒數、千粒重、有效穗上變化無顯著性差異,產量結構上隨著有機肥替代量的增加,實際產量逐漸下降,不同施肥處理之間均有顯著性差異,實際產量T2處理較T1增幅7.07%,較T3增幅9.97%,較T4增幅86.41%,較T5增幅113.07%。

表2 不同施肥比例冬小麥農藝形狀、產量結構變化

2.2 不同施肥比例對冬小麥粗蛋白、粗脂肪、濕面筋含量的影響

蛋白質含量是小麥品質的標志,不同施肥比例對冬小麥粗蛋白含量的影響發現,不同處理冬小麥粗蛋白含量存在顯著性差異,由圖1可知,施肥處理的粗蛋白含量均顯著高于CK,T2處理粗蛋白含量顯著高于其它處理,較T1增加8.1%、較T3增加4.7%、較T4增加10.7%、較T5增加18.6、較CK增加28.8%;T3處理的粗蛋白含量較T1顯著增加3.47%,說明增施有機肥有利于提高小麥粗蛋白含量,但過量替代化肥施用,則會降低小麥粗蛋白含量。

圖1 不同施肥比例冬小麥粗蛋白含量變化

脂類是作物營養的三大成分之一,是影響小麥品質的重要因素[13],如圖2所示,隨著有機肥替代量的增加,化肥用量的減少,粗脂肪含量呈逐漸下降的趨勢,T1、T2、T3、T4處理之間的粗脂肪含量無顯著性差異,但均顯著高于CK與T5處理,T1、T2處理粗脂肪含量較T5增幅6.96%,T3處理較T5增幅7.55%,T4處理較T5增幅5.06%。

圖2 不同施肥比例冬小麥粗脂肪含量變化

面筋含量和質量是評價小麥品質的重要指標,面筋含量的多少直接影響到小麥品質的優劣[14]。圖3表明不同施肥處理之間冬小麥濕面筋含量存在差異性變化,T1、T2、T3處理濕面筋含量顯著其他處理,T2處理濕面筋含量最高,為25.7%、其次是T3處理,為25.2%。T4、T5處理的濕面筋含量較T2處理分別下降16.3%、18.3%。

圖3 不同施肥比例冬小麥濕面筋含量變化

根據冬小麥品質指標的變化情況說明,隨著有機肥替代化肥施用量的增加冬小麥的品質逐漸降低,但20%替代量并不會影響冬小麥的生長質量。

2.3 不同施肥比例對土壤有機質和N、P、K的影響

2.3.1 不同施肥比例對土壤有機質含量的影響

土壤有機質含量是衡量土壤肥力高低的重要指標,它能改善土壤中的理化、生物環境[15],在種植前對冬小麥種植土壤進行化驗得到基礎有機質含量,由圖4試驗結果表明,土壤有機質含量T2>T3>T4>T5>T1>CK,T2、T3、T4、T5處理土壤有機質含量較基礎土壤分別增加27.23%、12.98%、17.18%、19.32%。T2處理較基礎土壤、CK相比變化不顯著。土壤表層中有機質含量越高則越有利于內部形成良好的團聚體結構,說明有機肥對于提高土壤肥力有顯著作用。

圖4 不同施肥比例冬小麥種植土壤有機質含量變化

2.3.2 不同施肥比例對土壤全氮、堿解氮含量的影響

增施有機肥后土壤全氮、堿解氮含量有明顯變化。如圖5所示,與基礎土壤相比,T1、T2處理顯著提高了土壤全氮的含量。T2處理增幅最高(27.89%),除T2外,各施肥處理間土壤全氮的含量無顯著差異,但均顯著高于CK處理。

圖5 不同施肥比例冬小麥種植土壤全氮含量變化

由圖6所示,施肥對土壤堿解氮含量也有顯著增加的作用,T1、T2、T3處理的土壤堿解氮含量均高于其他處理,與基礎土壤堿解氮含量相比T2增幅最大(6.21%),而CK處理出現明顯降幅,說明與單施化肥相比,有機+無機結合的方式更有利于增加土壤氮素的累積。

圖6 不同施肥比例冬小麥種植土壤堿解氮含量變化

2.3.3 不同施肥比例對土壤全磷、速效磷含量的影響

土壤磷素中的全磷和有效磷分別反應土壤磷庫的大小和可供當季作物吸收利用的磷素水平[16],全磷和有效磷的含量也是評價土壤供磷能的重要指標[17]。如圖7所示,施肥處理中,T2處理的土壤全磷和速效磷含量增幅最高,全磷含量變化中,只有T2處理與CK處理相比變化顯著,但施肥處理間的土壤全磷含量差異不顯著,全磷含量比較上:T2>T3>T1>T5>T4>CK。

圖7 不同施肥比例冬小麥種植土壤全磷含量變化

由圖8可知,速效磷變化上除T2處理外,其余處理間均無顯著性差異,速效磷含量高低比較上:T2>T1>T3>T4>T5>CK。通過對土壤磷素的變化觀察發現,100%氮素有機肥+100%氮素化肥混合處理的土壤磷素增加最明顯。

圖8 不同施肥比例冬小麥種植土壤速效磷含量變化

2.3.4 不同施肥比例對土壤全鉀、速效鉀含量的影響

鉀是植物的必須營養元素之一,鉀元素的豐富程度可以做為衡量土壤肥力的重要指標之一。通過觀察圖9、圖10可知,不施肥CK處理的全鉀、速效鉀含量較種植前的養分情況有所下降,降幅分別為8.32%、9.91%,與常規化肥處理相比(T1),增加有機肥處理(T2)更明顯地增加了冬小麥種植土壤的全鉀與速效鉀含量,有機肥替代20%化肥處理(T3)的全鉀與速效鉀含量也略高于T1處理,但差異性不顯著。土壤全鉀與速效鉀含量高低順序均為T2>T3>T1>T4>T5。速效鉀含量變化上,各施肥處理速效鉀含量與基礎土壤相比均有不同程度增加,但增幅無顯著差異。全鉀含量變化上,僅T2處理顯著高于基礎土壤,增幅為23.74%。

圖9 不同施肥比例冬小麥種植土壤全鉀含量變化

圖10 不同施肥比例冬小麥種植土壤速效鉀含量變化

3 討論與結論

許多研究表明,有機肥添加后可以提高作物產量和土壤肥力。有研究數據表明,生物有機肥替代25%的化肥時,可以提高小麥和玉米單產[18]。本實驗中通過不同配比施肥以及替代化肥施肥,冬小麥的農藝形狀以及產量產生了明顯的不同變化趨勢,在不減少化肥施用的條件下,增加等氮量的有機肥可以有效提高冬小麥在生長期間的單產,產量上T2處理較常規化肥施用處理(T1)提高26.57 kg·畝-1,但有機肥替代20%化肥處理(T3)產量較T1處理有所降低。

李春明[19]等研究表明不同有機肥和無機肥配比能夠提高籽粒蛋白質含量增加2.18%～2.75%,本試驗中與純施化肥(T1)處理相比,T2處理與有機肥替代20%化肥均能提高小麥蛋白質含量。與對照相比所有冬小麥施肥處理的濕面筋含量均顯著增高。

目前國內學者研究生物有機肥結合化肥后在農業生產中的應用發現,有機無機配施可增加土壤有機質,改善土壤生態條件,從而提高農作物的產量[20]。本研究中100%氮素有機肥+100%氮素化肥混合處理的土壤的有機質、NPK含量較基礎土壤增幅均最高,20%替代化肥(T3)處理下的土壤養分含量也較純化肥(T2)處理增幅效果明顯。

研究表明,100%氮素有機肥+100%氮素化肥混合施用可以最高效地提高土壤養分含量與小麥品質,有機肥替代20%化肥施用對于增加小麥品質與土壤養分含量也有一定提高作用,但過量替代化肥不僅會造成肥力供應不足,還會降低當季冬小麥品質。