有機無機肥配施對潮土麥田肥力和冬小麥產量的影響

doi：10.6048/j.issn.1001-4330.2024.05.004

摘" 要：【目的】研究不同施肥方式對黃淮海潮土區麥田肥力和冬小麥氮素利用效率和產量的影響，為該區域優化施肥措施、合理利用有機肥資源和保障作物高產提供理論支持和技術指導。

【方法】基于天津潮土區連續12年的施肥處理定位試驗，設置施肥處理為對照（CK，不施肥）、單施有機肥（M）、化肥減量50%配施有機肥（MF1）、常量化肥配施有機肥（MF2）、單施化肥處理（F）。

【結果】與對照相比，施肥處理均能顯著提高麥田土壤有機質和堿解氮、速效磷、速效鉀含量，且有機無機肥配施處理提升土壤肥力效果最好。與對照相比，M、MF1、MF2和F處理土壤有機質增幅分別為92%、48%、78%和20%。MF1處理孕穗-成熟期葉片氮素含量顯著降低，促進氮素向籽粒的轉移，提高氮素利用效率，顯著提高穗粒數和千粒重，進而起到增產作用。MF1、MF2處理冬小麥產量分別達到6 467和6 345 kg/hm2，較F處理提高12%和9%。

【結論】施用化肥115 kg/hm2、有機肥15 000 kg/hm2的配施模式能夠較常規模式降低化肥投入15%，并保持冬小麥產量穩定，可作為黃淮海平原潮土區冬小麥農田的推薦施肥技術。

關鍵詞：冬小麥；有機無機肥配施；產量；氮素利用率；土壤養分；干物質積累

中圖分類號：S512""" 文獻標志碼：A""" 文章編號：1001-4330（2024）05-1067-10

收稿日期（Received）：

2023-10-29

基金項目：

國家自然科學基金項目（32271651）；中國農業科學院科技創新工程（農業農村部環境保護科研監測所）

作者簡介：

張釗（1993-），男，河南新鄉人，碩士研究生，研究方向為農田生態環境，（E-mail）zzbeilai2019@163.com

通訊作者：

湯秋香（1980-），女，河南開封人，教授，研究方向為農田生態環境，（E-mail）tangqiuxiang2004_2@163.com

張艷軍（1981-），男，山西原平人，副研究員，研究方向為生物多樣性與生態農業，（E-mail）zhangyanjun@caas.cn

0" 引 言

【研究意義】施用化肥對糧食作物產量貢獻率為40%～55%［1-2］。但過量施用化肥將導致土壤氮素過剩［3-4］，而且不利于進一步提高作物產量［5］。黃淮海平原區糧食播種面積和產量分別占全國的14.0％和12.4％［6］。黃淮海小麥主產區，尚存在土壤有機質缺乏等問題［7］。小麥優選不同有機無機肥料配合施用方式，對改善農田土壤理化性質、降低化肥施用量、提高土壤肥力和小麥產量有實際意義。【前人研究進展】鄭福麗等［8］研究發現，增施有機肥能夠改善土壤結構和培肥地力，促進籽粒氮素吸收和轉運，從而提高小麥－玉米兩熟作物產量。任寧等［9］研究表明，有機無機肥料配施可提高肥料利用效率，促進小麥－玉米輪作養分吸收，顯著增加小麥－玉米產量。魯偉丹等［10］研究表明，20%的有機無機肥施用比例是干旱區綠洲春小麥培肥地力及產量較為合理的施用方式。【本研究切入點】現有研究多集中在對土壤養分施肥方式［11，12］、作物產量變化［13，14］、氮素利用效率影響［15，16］等方面，但對潮土區冬小麥-夏玉米種植模式并連續12年的有機無機肥還田條件下，土壤養分狀況對產量及其構成因子貢獻率的報道仍較少。需要研究不同施肥方式對黃淮海潮土區麥田肥力和冬小麥氮素利用效率和產量的影響。【擬解決的關鍵問題】選擇天津武清區典型潮土區冬小麥-夏玉米輪作種植田塊連續12年定位試驗的基礎上，以黃淮海平原區主栽小麥品種中麥629為研究對象，設置不同施肥方式（對照、單施有機肥、化肥減量50%配施有機肥、常規量化肥配施有機肥、單施化肥）5個處理，測定麥田土壤養分、小麥干物質積累量、產量等指標，通過逐步回歸方法計算貢獻率，評價不同施肥方式下耕層土壤化學性質對冬小麥產量的貢獻率，為有機化肥配合施用提供數據支撐。

1" 材料與方法

1.1" 材 料

試驗于2010年6月在中國農業科學院武清野外試驗站（39°21′N，117°12′E）進行。該地區屬暖溫帶半濕潤大陸性氣候，年平均氣溫12℃，年均降水量600 mm，無霜期212 d。土壤類型為潮土，土壤有機質18.72 g/kg，全氮1.18 g/kg，全磷0.72 g/kg，硝態氮、銨態氮、速效磷和速效鉀分別為19.95、5.06、18.60和50.67 mg/kg，pH值為7.58。耕作方式為冬小麥-夏玉米輪作，已連續輪作種植12年，作物收獲后秸稈全部還田。

1.2" 方 法

1.2.1" 試驗設計

采用隨機區組設計，設置對照（CK，不施肥）、單施有機肥M（有機肥15 t/hm2）、化肥減量50%配施有機肥MF1（有機肥 15 t/hm2；N：基肥69.0 kg/hm2、追肥46.0 kg/hm2）、常規量化肥配施有機肥MF2（有機肥 15 t/hm2；N：基肥134.6 kg/hm2、追肥89.7 kg/hm2）、單施化肥F（N：基肥134.6 kg/hm2、追肥89.7 kg/hm2），所有處理磷肥、鉀肥均為P2O5 72.0 kg/hm2，K2O 52.5 kg/hm2。每個處理5次重復，小區面積為50 m2，各小區間隔1 m。有機肥由牛糞和雞糞混合堆腐而成（N 1.17%，P 0.87%，K 0.45%）；化學氮肥為尿素（N 46.4%），磷肥為過磷酸鈣（P2O5 12%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%）；有機肥和磷肥鉀肥做基肥，氮肥60%作基肥于2020年10月初小麥定植時施入，40%在2021年3月下旬冬小麥返青后追肥施入，2021年6月19日收獲。

1.2.2" 測定指標

1.2.2.1" 土壤養分

用5 cm直徑土鉆在小區內采用“S”形五點取樣法。分別取0～20 cm耕層土壤，各處理小區取樣量不少于2 kg。除去雜草、砂粒和植物殘體等雜物，自然風干后研磨過10目篩（篩孔d=2 mm），用于測定土壤堿解氮、pH值、速效磷和速效鉀。過100目篩（篩孔d=0.15 mm）測定土壤有機質和全氮含量。土壤pH值采用酸度計測定（NY/T-1121.2-2006），土壤速效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法測定（NY/T1121.7-2014），土壤速效鉀采用四苯硼鈉比濁法測定（NY/T1848-2010），土壤堿解氮采用擴散法測定（LY/T1229-1999），土壤有機質采用水合熱重鉻酸鉀氧化比色法測定，操作步驟按《土壤農業化學分析方法》［17］。土壤硝態氮、銨態氮和土壤全氮含量由AA3型流動分析儀（Bram+Luebbe Crop，German）測定［18-19］。

1.2.2.2" 冬小麥植株干物質積累量

2021年分別于小麥拔節期（4月15日）、孕穗期（4月28日）、開花期（5月20日）和成熟期（6月19日），采集具有代表性的植株20株，其中拔節期采集葉、莖、鞘；孕穗期和開花期采集葉、莖、鞘、穗；成熟期采集葉、莖、鞘、殼、籽粒，分別裝袋帶回。各部分樣品用烘箱105℃殺青1 h，80℃烘干至恒重，稱量并記錄樣品干重，地上生物量干重即為冬小麥干物質積累量［20］。烘干樣品采用高速萬能粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司）粉碎，過100目篩后用塑封袋保存，冬小麥植株各部位全氮含量由AA3型連續流動分析儀（Bram+Luebbe Crop，German）測定［18］。

1.2.2.3" 產量及其構成因子

冬小麥成熟期各小區隨機取20穗測定每穗粒數、千粒重等產量構成因子。各小區取4 m2長勢均勻的區域，人工收割、脫粒，籽粒自然風干后稱重，采用高溫烘干法（GB/T3543.6-1995）測定籽粒含水量［19］，并折算為含水量13%的標準計算實收產量。

1.2.2.4" 氮素利用率

地上部干物質積累量（Dry matter accumulation， DMA）=成熟期單株總干重×成熟期實收株數［20］；

氮素收獲指數（N harvest index， NHI）=籽粒吸氮量/植株總吸氮量［21］；

植株總氮素積累量（Total nitrogen accumulationamount in plant， TNAA）=成熟期單株干重×成熟期植株含氮量［20］；

植株氮素吸收效率（Nitrogen uptake efficiency， NUP）＝施氮區地上部氮吸收量/施氮量×100%［22］；

氮肥農學利用率（nitrogen agronom ic efficiency， NAE）=（施氮區籽粒產量-不施氮區籽粒產量）/施氮量［23］；

氮肥利用率（nitrogen utilization efficiency， NUE）=（施氮區氮素吸收量-不施氮區氮素吸收量）/施氮量×100%［24］；

氮肥偏生產力（nitrogen partial factor productivity， NPFP）=施氮區產量/施氮量［20］。

1.3" 數據處理

所有數據采用Microsoft Excel 2019整理和計算，采用Origin 2018軟件進行繪圖，運用SPSS 25.0統計分析軟件進行各處理土壤理化性質、產量等單因素方差分析（One-way ANOVA），采用Duncan方法檢驗處理間的差異顯著性。運用SPSS 25.0對耕層土壤理化因子對小麥產量及構成因子的影響進行逐步回歸分析，計算不同因子標準化系數絕對值與所有因子標準化系數絕對值之和的比值，進行數據標準化，評價不同處理土壤理化因子對小麥產量的貢獻度［25］。

2" 結果與分析

2.1" 有機無機肥配施對麥田土壤養分的影響

研究表明，有機無機肥配施（MF1、MF2）顯著提高冬小麥不同生育期土壤養分含量，但降低拔節至成熟期的土壤pH值。與單施化肥處理（F）相比，化肥減量50%配施有機肥（MF1）處理土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量增幅分別為41%～42%、139%～174%和11%～22%；常規量化肥配施有機肥（MF2）處理土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量增幅分別為43%～166%、124%～209%和11%～44%，堿解氮、速效磷、速效鉀增加顯著（Plt;0.05）。此外，與對照和單施化肥處理相比，有機肥施用處理（M， MF1， MF2）顯著提高土壤有機質和全氮含量，但有機肥施用的各處理之間土壤有機質含量差異不顯著。與對照相比，施肥顯著降低土壤pH值，且隨小麥生育期的推進，土壤pH值呈下降趨勢，在成熟期，單施化肥土壤pH值降至（8.02±0.07），顯著低于CK。有機無機配施可顯著提高土壤有機質含量和速效養分水平。表1

2.2" 有機無機肥配施對冬小麥干物質積累影響

研究表明，有機肥處理（M）、氮肥處理（F）、有機無機配施處理（MF1、MF2）的小麥全株干物質積累逐漸增加，并在成熟期達到高峰。施肥處理可以提高不同生育時期總干物質積累量。與F處理相比，MF2處理開花期的總干物質積累量顯著提高了13%，MF1處理的各個時期總干物質積累量無顯著差異。與M處理相比，MF1處理拔節期、孕穗期和成熟期的總干物質積累量分別顯著提高了111%、16%和33%，MF2處理孕穗期和開花期的總干物質積累量分別顯著提高了10%和19%。與MF2處理相比，MF1處理拔節期的總干物質積累量顯著提高了115%。圖1

各處理拔節期干物質主要分配在葉片中，其中，MF1和F處理葉片干物質積累量最高，分別為2 166和2 028 kg/hm2，顯著高于CK、M和MF2處理。各處理孕穗期干物質向莖鞘和穗部轉移，其中，M、MF1和F處理莖鞘干物質積累量最高，分別為6 385、6 713和6 690 kg/hm2，顯著高于CK和M處理。在開花期，各處理干物質主要分配在莖鞘和穗部，其中，MF1、MF2和F處理穗干物質積累量最高，分別為7 892、8 613、和8 025 kg/hm2，顯著高于CK和M處理。在成熟期，各處理干物質均主要分配在籽粒中，其中，MF1、MF2和F處理籽粒干物質積累量最高，分別為15 619、13 993和14 886 kg/hm2，顯著高于對照和單施有機肥處理。圖2

2.3" 有機無機肥配施對冬小麥植株氮素利用效率的影響

研究表明，M和MF1處理可以顯著提高氮素利用效率，施肥處理的氮素收獲指數均顯著高于對照處理。M處理的氮素吸收率、氮肥農學利用率、氮肥利用效率和氮肥偏生產力均顯著高于其他3個施肥處理。與F處理相比，MF1處理植株的氮肥農學利用率和氮肥偏生產力分別提高了35%和28%。與MF2處理相比，MF1處理植株的氮素吸收率、氮肥農學利用率、氮肥利用效率和氮肥偏生產力分別提高了65%、60%、67%和59%，隨化學氮肥施用比例的降低，冬小麥的氮素吸收率、氮肥農學利用率、氮肥利用效率和氮肥偏生產力均顯著提高 （Plt;0.05）。表2

2.4" 有機無機肥配施對冬小麥產量的影響

研究表明，與對照相比，施肥處理（M、MF1、MF2、F）成穗數顯著降低，降幅在15%～51%（Plt;0.05），但M、MF1、MF2和F處理的穗粒數和千粒重顯著增加161%～259%和20%～32%（P＜0.05）。施肥處理小麥產量顯著增加，其中MF1和MF2產量最高，分別達到（6 467.69±115.08）和（6 345.06±224.13） kg/hm2，較單施化肥處理增產12%和9%（Plt;0.05），配施有機肥可提高小麥穗粒數和千粒重，進而提高其籽粒經濟產量。相對于常規量化肥配施有機肥處理（MF2），化肥減量50%配施有機肥（MF1）并未顯著降低穗粒數和籽粒產量，甚至成穗數和千粒重略高于常規處理，在有機肥施入下，化肥減施50%仍能滿足小麥的養分需求，保持其經濟產量穩定。表3

2.5" 土壤化學性質對冬小麥產量的貢獻度

研究表明，拔節期耕層土壤堿解氮和速效磷對小麥產量的貢獻度gt;30%，其次是速效鉀和全氮含量均gt;9%，pH值貢獻度為5%。在開花期，耕層土壤速效鉀和全氮含量對小麥產量的貢獻度gt;25%，其次是pH值貢獻度為20%，其他指標的貢獻度均lt;20%，堿解氮含量貢獻度最小。在成熟期，耕層土壤速效磷和全氮含量對小麥產量的貢獻度gt;20%，其次是pH值貢獻度為19%，其他指標的貢獻度均lt;19%。表4

3" 討 論

3.1" 有機無機肥配施對土壤肥力的影響

化肥在糧食增產中發揮了重要作用［26］。麻坤等［27］研究指出，基于邊際報酬遞減理論，亟需通過調整施肥方式，優化肥料投入碳氮比例，提高作物吸收利用效率。有機無機肥配合施用可提高土壤氮素轉化效率，改良土壤的同時，促進植株的養分吸收［28］。

王艷麗等［24］研究表明，氮肥能促進有機肥的腐熟，而有機肥能減少氮肥與土壤的接觸，降低氮肥被土壤固定的作用，進而提高土壤速效氮磷鉀和有機質含量，在減少化肥施用的同時達到與常規化肥用量一樣的效果。研究中，從小麥拔節期至成熟期，有機肥和化學氮肥復合施用顯著提升了土壤中有機質、堿解氮、速效鉀、速效磷和全氮的含量，效果明顯優于單獨施用氮肥處理，試驗研究結果與前人報道一致［29-32］。

較單施化肥，有機肥的輸入能夠顯著提升土壤有機質含量，主要是有機肥中含有大量的有機成分，且還田后，可在其周圍形成微生物富集區，加速肥料有機組分向土壤的轉化［33-35］。有機肥與化肥20%～50%比例的配合施用可顯著增加土壤速效磷、堿解氮和速效鉀的含量，一方面是有機無機組分的互作效應，使得土壤養分之間相互協調，碳氮比適宜［36，37］；另一方面是有機肥為土壤微生物的生長提供有效碳源，促進微生物繁殖，增加微生物活性，將土壤難溶性養分轉化為速效養分［38］。研究中，MF1和MF2麥田土壤C/N在3.96～6.98，適宜功能微生物的生長和活性維持［39］，是保證土壤速效養分轉化的重要因素［40］。此外，研究中有機肥與化肥減量配施顯著降低麥田土壤pH值，在拔節至成熟期有機無機配施處理土壤酸化程度甚至高于單施化肥處理，與朱麗霞等［29］有機肥施用緩解土壤酸化的研究結果相反，但與慕平等［41］研究結果相似。

3.2" 有機無機肥配施對干物質積累及產量影響

有機無機肥配施能夠促進地上部干物質積累量的增加［42］，同時促進植株養分向籽粒中轉移和分配，增加后期干物質積累量從而提高籽粒產量［43］。研究中，冬小麥在不同生長時期有機無機配施對干物質積累量具有顯著影響，可提高花后期籽粒干物質量分配比例有機肥配施速效化學氮肥能加速有機肥的腐熟，提供小麥植株所必需的中量、微量元素，且有機肥具有長效作用，可滿足小麥生育后期的養分需求［44］。

研究中，在小麥生殖生長階段，50%氮肥配施有機肥能夠顯著促進營養物質向生殖器官轉移。土壤堿解氮、全氮和速效磷是小麥產量的重要限制因素，與馬常寶等［45］速效氮、速效磷含量是石灰性潮土區小麥等糧食作物產量的主要限制因子的結論一致。

方暢宇等［46］研究表明，有機無機配施通過增加有效穗數和穗粒數實現水稻產量提高。馬臣等［47］研究表明，有機無機肥配施比單施化肥處理小麥產量提高13.9%，有效穗數增加了6.4%，而對小麥穗粒數和千粒重影響并不顯著。研究中，有機無機配施處理的單位面積穗粒數和千粒重均顯著高于對照，原因是有機無機肥配施既可保證土壤長期的氮素供應，又可保證作物短期內的營養需求，從而增加了穗粒數和千粒重，提高了小麥籽粒產量，與楊清龍等［48］報道一致。朱春波等［36］的研究也顯示，施用有機肥可提高根際土壤酶活性，在維持小麥生長后期較高的根系生理活性，促進根際有機養分的轉化，利于對氮磷等元素的吸收和利用［49］，進而提高了產量。

4" 結 論

與單施化肥相比，化肥減量50%配施有機肥的施肥模式可顯著提高小麥生育期內土壤養分含量，增加肥效的持久性，保證冬小麥生長后期的養分需求。該施肥模式提高了小麥氮素吸收利用效率，并促進了氮素向籽粒的轉運，協調孕穗期至成熟期干物質向籽粒的分配，提高冬小麥穗粒數和千粒重，提高冬小麥的經濟產量。化肥減量50%配施有機肥處理MF1（15 000 kg/hm2有機肥+115 kg/hm2化肥），可作為黃淮海平原潮土區冬小麥農田的推薦施肥技術。

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Effects of combination of organic and inorganic fertilizers on fertility and yield of winter wheat in fluvo-aquic soil

ZHANG Zhao1，2， ZHANG Guilong2，TANG Qiuxiang1，YAN Xueying2，ZHANG Yanjun2

（1. College of Agriculture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China; 2.Agro-Environmental Protection Institute， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Tianjin 300191， China）

Abstract：【Objective】 To explore the effects of different fertilization on the fertility of wheat fields and nitrogen use efficiency and yield of winter wheat in the Huanghuaihai fluvo-aquic soil region in the hope of providing theoretical support and technical guidance for optimizing fertilization measures.

【Methods】" Based on the 12-year continuous fertilization treatment positioning experiment in Tianjin fluvo-aquic soil area， different fertilization treatments were set： including control （CK）， single application of organic fertilizer （M）， 50% reduction of chemical fertilizer combined with organic fertilizer （MF1）， conventional quantitative fertilizer combined with organic fertilizer （MF2） and single application of chemical fertilizer （F）.

【Results】 The results showed that， compared with the control， the fertilization treatments could significantly increase the soil organic matter and available nitrogen， phosphorus and potassium contents in wheat fields， and the combined application of organic and inorganic fertilizers had the best soil fertility improvement effect.Compared with the control， the soil organic matter increased by 92%， 48%， 78% and 20%， respectively in M， MF1， MF2.In terms of dry matter accumulation and yield， MF1 treatment significantly reduced leaf nitrogen content in booting-mature stage， promoted nitrogen transfer to grains， improved nitrogen use efficiency， and significantly increased the number of grains per ear and 1，000-grain weight， thereby increasing yield.The yields of MF1 and MF2 treatments reached 6，467and 6，345 kg/hm2， respectively， which were 12% and 9% higher than that of treatment F.

【Conclusion】" In conclusion， the combined application mode of chemical nitrogen fertilizer 115 kg/hm2 and organic fertilizer 15，000 kg/hm2 can reduce the chemical nitrogen input by 15% compared with the conventional mode， and keep the yield of winter wheat stable， which can be used as a recommended fertilization technology for winter wheat farmland in the fluvo-aquic soil area of the Huanghuaihai Plain.

Key words：winter wheat；combination of organic and inorganic fertilizers;" yield; nitrogen use efficiency; soil nutrients; dry matter accumulation

Fund projects：National Natural Science Foundation of China （32271651）；Chinese academy of Agricultural Sciences Innovation Program （Agro-Environmental Protection Institute）

Correspondence author： TANG Qiuxiang（1980-），female，from Kaifeng，Henan，professor，research direction： farmland ecological environment，（E-mail）tangqiuxiang2004_2@163.com

ZHANG Yanjun（1981-），male，from Yuanping，Shanxi，associate research fellow，research direction： Bildiversity and eco-agriculture，（E-mail）zhangyanjun@caas.cn