我國(guó)麥田有機(jī)肥施用：研究歷史、瓶頸與解決策略

摘要： 我國(guó)有悠久的農(nóng)業(yè)文明史，長(zhǎng)期以來(lái)，在利用自然資源培肥土壤、提高作物產(chǎn)量方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，這使得我國(guó)在農(nóng)作物生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域曾長(zhǎng)期占據(jù)世界領(lǐng)先地位。然而，近代化肥工業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展極大地削弱了自然有機(jī)資源在我國(guó)糧食生產(chǎn)中的地位。即便在重視綠色發(fā)展的今天，受施用成本、施用習(xí)慣等因素的影響，有機(jī)肥在糧食作物上的應(yīng)用仍遠(yuǎn)低于經(jīng)濟(jì)作物。小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要口糧作物，過(guò)度依賴(lài)化肥不僅影響麥田土壤生產(chǎn)力，也制約著小麥的提質(zhì)增產(chǎn)增效與綠色可持續(xù)生產(chǎn)，因此，亟需從理論與實(shí)踐兩方面重新認(rèn)識(shí)有機(jī)肥的作用。本文梳理了我國(guó)有機(jī)肥的施用歷史和現(xiàn)狀，并總結(jié)了有機(jī)肥在改善麥田土壤性狀、提升小麥產(chǎn)量和品質(zhì)以及養(yǎng)分利用效率方面的效應(yīng)。目前，我國(guó)傳統(tǒng)有機(jī)肥有10 大類(lèi)433 種，近年來(lái)又增加了3 類(lèi)商品有機(jī)肥。大量研究證實(shí)，有機(jī)肥的施用能夠不同程度地改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性，提升土壤保水和養(yǎng)分穩(wěn)定供應(yīng)能力，維持土壤養(yǎng)分與微生物之間的平衡，緩解過(guò)量氮肥引發(fā)的線蟲(chóng)脅迫，維持土壤食物網(wǎng)功能，并減輕氣候變化對(duì)土壤微生態(tài)環(huán)境的影響。有機(jī)肥在土壤中的多重功能解釋了其提高小麥產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)的機(jī)理。在有機(jī)肥施用技術(shù)研究方面，也取得了具有實(shí)際意義的進(jìn)展。研究表明，在我國(guó)多數(shù)地區(qū)單獨(dú)或過(guò)量施用有機(jī)肥均不能滿足當(dāng)前糧食安全需求，只有與化肥合理配施，才能充分發(fā)揮二者的作用，實(shí)現(xiàn)小麥產(chǎn)量品質(zhì)和土壤肥力的同步提升。許多地區(qū)已經(jīng)提出了不同有機(jī)肥對(duì)化肥氮、磷養(yǎng)分的替代當(dāng)量，并通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，提出了適應(yīng)不同目標(biāo)的有機(jī)肥替代化肥的比例范圍。多年來(lái)研究數(shù)據(jù)與人工智能的多源融合，為實(shí)現(xiàn)堆肥的精準(zhǔn)、專(zhuān)業(yè)化利用提供了有力支持。然而，目前有機(jī)肥的施用除了在施用量、施用方法、施用機(jī)械等方面需創(chuàng)新外，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的有機(jī)廢棄物（有機(jī)肥源） 又帶來(lái)了新的問(wèn)題，如畜禽糞便中重金屬的富集，施用有機(jī)肥帶入土壤的抗生素、微塑料、抗性基因、持久性有機(jī)污染物等。因此，有機(jī)肥的科學(xué)合理施用需要政府、企業(yè)、科研單位、基層推廣人員和種植戶(hù)的共同努力，應(yīng)以國(guó)家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，以種植戶(hù)需求為牽引，從生產(chǎn)實(shí)踐問(wèn)題出發(fā)，開(kāi)展針對(duì)性研究，解決關(guān)鍵性問(wèn)題，創(chuàng)新創(chuàng)制有機(jī)肥新產(chǎn)品與新技術(shù)，制定指向性的政策文件，保障我國(guó)有機(jī)肥的科學(xué)推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 有機(jī)肥；化肥；小麥；土壤肥力；產(chǎn)量；品質(zhì)

萬(wàn)物土中生，有土斯有糧。截止2022 年底，我國(guó)耕地面積為1.28 億hm2，總?cè)丝跒?4.1 億[1]，人均耕地面積僅0.09 hm2，不足世界平均水平的40%。自化肥出現(xiàn)以來(lái)，人們的態(tài)度經(jīng)歷了從最初的不知道、不了解、不敢用轉(zhuǎn)變?yōu)楹髞?lái)的使用簡(jiǎn)便、增產(chǎn)增收、多多益善。然而，長(zhǎng)期不合理的化肥施用引發(fā)了土壤酸化、板結(jié)、養(yǎng)分失衡、微生物多樣性降低、作物抗逆性減弱等問(wèn)題，給我國(guó)和世界的糧食安全生產(chǎn)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。自古以來(lái)，有機(jī)肥就是人們提升土壤肥力、改善作物生長(zhǎng)和提升作物產(chǎn)量的重要手段。盡管化肥的出現(xiàn)在一定時(shí)期內(nèi)對(duì)有機(jī)肥的使用產(chǎn)生了巨大沖擊，但是隨著人們對(duì)食品安全、耕地質(zhì)量和環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題的重視，有機(jī)肥必將重新為保障糧食和耕地安全做出重要貢獻(xiàn)。

由于有機(jī)肥制備相對(duì)較為復(fù)雜且成本較高，因而目前多用于經(jīng)濟(jì)作物，在糧食作物上的使用較少。小麥作為世界上最重要的主糧作物之一，提供了人體每日所需20% 的能量和蛋白質(zhì)[2]，我國(guó)小麥產(chǎn)量占全球小麥總產(chǎn)的17.7%[3]，但化肥施用量也遠(yuǎn)高于全球平均水平，導(dǎo)致了土壤質(zhì)量下降、環(huán)境污染等問(wèn)題。本文從我國(guó)有機(jī)肥的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀出發(fā)，重點(diǎn)關(guān)注麥田施用有機(jī)肥的土壤培肥機(jī)理和小麥產(chǎn)量品質(zhì)的變化情況，總結(jié)歸納麥田有機(jī)肥的科學(xué)施用技術(shù)和方法，指出當(dāng)前存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，并針對(duì)我國(guó)小麥生產(chǎn)中有機(jī)肥施用的科學(xué)研究及推廣應(yīng)用提出了建議和展望，以期為有機(jī)肥科學(xué)施用，促進(jìn)小麥綠色增產(chǎn)提質(zhì)提供參考與支撐。

1 有機(jī)肥施用歷史與現(xiàn)狀

廣義的有機(jī)肥料是指由動(dòng)植物殘?bào)w或代謝物構(gòu)成的、能夠改善土壤肥力、提供作物營(yíng)養(yǎng)、提高作物品質(zhì)的含碳有機(jī)物料，其來(lái)源廣泛，種類(lèi)繁多。清代《知本提綱》將我國(guó)有機(jī)肥劃分為10 大類(lèi)100多種，1990 年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部開(kāi)展全國(guó)有機(jī)肥料調(diào)查研究時(shí)，將有機(jī)肥分為10 大類(lèi)433 種。傳統(tǒng)有機(jī)肥一般可分為糞尿類(lèi)、堆漚肥類(lèi)、秸稈類(lèi)、綠肥類(lèi)、雜肥類(lèi)、餅肥類(lèi)、海肥類(lèi)、城鎮(zhèn)廢棄物類(lèi)、腐殖酸類(lèi)、沼氣肥類(lèi)等[ 4 ]。當(dāng)前商用有機(jī)肥料則主要有3 類(lèi)：精制有機(jī)肥料（不額外添加微生物）、有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥料（與無(wú)機(jī)肥料混合或化合制成）、生物有機(jī)肥料（額外添加功能性微生物）[5]。

最初，在刀耕火種的原始農(nóng)業(yè)模式中，人類(lèi)無(wú)意中丟棄的草木灰和日常生活堆積的植物殘?jiān)?dòng)物骨骼等，均起到了提高土壤肥力、促進(jìn)作物生長(zhǎng)的作用。我國(guó)現(xiàn)有文獻(xiàn)記載，在農(nóng)業(yè)活動(dòng)中有意識(shí)施用有機(jī)肥的行為可追溯到戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，《荀子·富國(guó)篇》中有“掩地表畝，刺草殖谷，多糞肥田，是農(nóng)夫眾庶之事”的記錄。西漢晚期的《氾勝之書(shū)》更是清晰具體的展現(xiàn)了2000 多年前中國(guó)肥料技術(shù)的發(fā)展情況，其中對(duì)施肥技術(shù)的描述具體到了基肥和追肥，還提出了溲種、糞種、區(qū)田等施肥方法，強(qiáng)調(diào)使用熟糞，提出用酢漿（熟淀粉的稀薄懸濁液，發(fā)酵后產(chǎn)生乳酸） 和蠶矢（“矢”通“屎”） 浸漬麥種以提高小麥的耐寒和抗旱能力，自此出現(xiàn)種肥技術(shù)，而同時(shí)期的西歐仍然依靠休閑恢復(fù)地力，極少施肥[6]。此后一系列農(nóng)業(yè)著作也向世界展示了我國(guó)古代施用有機(jī)肥培肥地力技術(shù)的先進(jìn)性和科學(xué)性：北魏賈思勰的《齊民要術(shù)》、南宋陳旉的《農(nóng)書(shū)》、元代王禎的《農(nóng)書(shū)》、明代袁黃的《勸農(nóng)書(shū)》、清代楊屾的《知本提綱》等，這些農(nóng)書(shū)中涵蓋了有機(jī)肥料的來(lái)源、分類(lèi)、制備方法、施用技術(shù)、注意事項(xiàng)和施用效果等內(nèi)容，反映了中華民族源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中先民對(duì)有機(jī)肥料的重視和對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不懈探索。

有學(xué)者依據(jù)作物產(chǎn)量和施肥特征將我國(guó)的肥料施用劃分為6 個(gè)階段，1949 年之前處于有機(jī)肥施用階段，1950—1964 年處于天然和人工積制有機(jī)肥施用階段，1965—1977 年處于有機(jī)肥和氮肥施用階段，1978—1991 年處于有機(jī)肥、氮肥和磷肥施用階段，1992—2001 年處于氮、磷、鉀肥施用階段，2002—2008 年處于氮、磷、鉀和復(fù)合肥料施用階段，2009 年之后劃分為配方施肥階段[ 7 ]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1 9 4 9 年我國(guó)有機(jī)肥占肥料施用總量的比例為99.9%，1957 年為91.0%，1965 年為80.7%，1975 年為66.4%，1980 年降為47.1%，1985 年為43.7%，1990 年為36.7%，2000 年為31.4%[ 8 ]，2003 年為25%[ 9 ]，2005 年有機(jī)肥養(yǎng)分占農(nóng)田養(yǎng)分總投入的30% 左右[ 1 0 ]，2008 年人畜糞尿和秸稈氮磷鉀養(yǎng)分輸入分別為農(nóng)田總養(yǎng)分輸入的23.6% 和8%[11]。就具體資源量來(lái)說(shuō)，1986 年我國(guó)有機(jī)肥料提供的氮、磷、鉀分別約為494.6、114.3 和623.6 萬(wàn)t，分別占當(dāng)年氮、磷、鉀總投肥量的26.5%、42.4% 和87.5%[12]。2005 年我國(guó)有機(jī)肥料為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供的養(yǎng)分總量約為1800 萬(wàn)t，約占有機(jī)肥資源總量的34%[10]。2017年，我國(guó)有機(jī)肥料的實(shí)物量高達(dá)57 億t，氮磷鉀養(yǎng)分總量約7300 萬(wàn)t，其中氮、磷、鉀分別為3000、1 3 0 0 和3 0 0 0 萬(wàn)t，但資源利用率不足4 0 % [ 1 3 ]。2015—2019 年全國(guó)作物秸稈產(chǎn)量年平均為9.7 億t[14]，2020 年，我國(guó)秸稈綜合利用率達(dá)90%，肥料化利用占比51.2%[15]，其中水稻、小麥、玉米等9 種主要農(nóng)作物的秸稈總量為7.4 億t，綜合利用率為82.3%，肥料化利用占比達(dá)62.3%[16]。同時(shí)，隨著畜禽生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)張，我國(guó)平均每年產(chǎn)生的牲畜糞便總量高達(dá)38 億t，2015 年畜禽糞污的綜合利用率不足60%，2017 年為70%，2018 年為74%，2020 年達(dá)75%[17?18]。有機(jī)肥的還田率或資源利用率不僅與有機(jī)肥的資源量有關(guān)，還受到市場(chǎng)激勵(lì)、施肥技術(shù)、施肥機(jī)械和政策補(bǔ)貼等因素的影響。例如，受農(nóng)戶(hù)主營(yíng)作物價(jià)格的影響，有機(jī)肥在經(jīng)濟(jì)作物種植戶(hù)中的施用率及用量均高于種糧戶(hù)，且即使是施用了有機(jī)肥的種糧戶(hù)，其有機(jī)肥提供養(yǎng)分占比也處于較低水平，遠(yuǎn)不及經(jīng)濟(jì)作物[19]。同時(shí)，由于化肥對(duì)有機(jī)肥市場(chǎng)的快速侵占，與有機(jī)肥相關(guān)的科研和推廣項(xiàng)目在一段時(shí)間內(nèi)幾乎處于停滯狀態(tài)，加速了有機(jī)肥的退出，而后得益于科研人員的呼吁和政府發(fā)布的一系列相關(guān)政策，以有機(jī)肥為主題的科研和補(bǔ)貼項(xiàng)目逐漸增多，為有機(jī)肥重新合理進(jìn)入農(nóng)田奠定了理論與技術(shù)基礎(chǔ)及政策支撐，有機(jī)肥施用面積逐漸增加。“十三五”正式將推動(dòng)種養(yǎng)業(yè)廢棄物資源化利用寫(xiě)入規(guī)劃中，“十四五”規(guī)劃出臺(tái)后，國(guó)家各級(jí)政府圍繞秸稈肥、糞便肥的資源化利用等發(fā)布了一系列促進(jìn)性政策，持續(xù)推動(dòng)有機(jī)肥的研發(fā)和應(yīng)用。2017 年浙江省化肥（實(shí)物量） 與有機(jī)肥施用比例由2011 年的1∶0.08 調(diào)整為1∶0.3，有機(jī)肥施用量也從2011 年的不足30萬(wàn)t 增加到2017 年的100 萬(wàn)t 以上[20]。2020 年全國(guó)有機(jī)肥施用面積比2015 年增加約50%，已超過(guò)5.5 億畝次[21]，展現(xiàn)出良好的發(fā)展應(yīng)用前景。

2 施用有機(jī)肥對(duì)麥田土壤性質(zhì)的影響

2.1 有機(jī)肥施用對(duì)麥田土壤物理性質(zhì)的影響

有機(jī)肥的施用可改善土壤物理性質(zhì)、提高土壤抗風(fēng)蝕能力[22]。施用有機(jī)肥后耕層土壤變疏松，表土硬度降低，土壤總孔隙度和持水孔隙度增加，有利于雨水吸納，使麥田休耕期的土壤儲(chǔ)水效率顯著提高4.6%，田間持水量增加2.2%，有效水利用率提高2%[23?25]。整合分析發(fā)現(xiàn)，與施用化肥相比，配施有機(jī)肥平均使土壤容重降低4.53%，且有機(jī)肥施用對(duì)土壤容重的降低幅度因土地利用類(lèi)型、土壤質(zhì)地和有機(jī)肥種類(lèi)而異，其中果園gt;旱地gt;水田，砂土gt;黏土gt;壤土，生物肥料gt;生物炭gt;動(dòng)物糞便gt;作物秸稈[26]。我國(guó)的9 個(gè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，在南方濕潤(rùn)地區(qū)有機(jī)肥的施用可促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，在北方土壤中施用反而不利于水穩(wěn)性團(tuán)聚體形成，主要與土壤中鈉離子的含量有關(guān)，土壤交換性鈉離子增加會(huì)增加土壤膠體分散性，不利于團(tuán)聚體形成，南方降雨量高可將其濾除，而在北方鈉離子則會(huì)大量積累[27]。同時(shí)，有機(jī)肥施用對(duì)土壤團(tuán)聚體直徑的影響或與有機(jī)肥施用量有關(guān)，陜西楊凌的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)表明，土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑和幾何平均直徑均與有機(jī)肥配施與否無(wú)關(guān)，但在黑龍江海倫，隨著有機(jī)肥施用量的增加，土壤大團(tuán)聚體的平均重量直徑顯著提高[28]。此外，有機(jī)肥的施用對(duì)麥田土壤的氣體運(yùn)輸和飽和導(dǎo)水率的整體改善效果也因土壤質(zhì)地而異，有機(jī)肥可增加粉砂黏土和粉砂壤土lt;30 μm孔隙的孔隙度，但對(duì)于砂壤土，有機(jī)肥施用增加的是gt;30 μm孔隙的孔隙度[29?31]。一項(xiàng)輕質(zhì)土壤的入滲試驗(yàn)表明，與不施肥相比，施用有機(jī)肥可降低水分在土壤中的下滲速率，延長(zhǎng)透過(guò)觀測(cè)土層的時(shí)間，減少水溶液淋出體積，同時(shí)減少土表水分蒸發(fā)，從而提升土壤的保水保肥能力[32]。

2.2 有機(jī)肥施用對(duì)麥田土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

有機(jī)肥中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和植物必需的大中微量元素，長(zhǎng)期施用可以增加土壤養(yǎng)分含量水平、優(yōu)化土壤養(yǎng)分比例[33?36]。研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)多年有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可使麥田土壤質(zhì)量指數(shù)較單施化肥提高50% 以上，土壤有機(jī)質(zhì)、可溶性有機(jī)碳、全氮、堿解氮和速效磷、速效鉀含量均有顯著提高[ 2 8 ， 3 7 ? 4 0 ]。20 個(gè)長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)的結(jié)果表明，與單施化肥相比，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥可促進(jìn)有機(jī)氮礦化、陽(yáng)離子吸附位點(diǎn)的銨釋放等，提高土壤的礦質(zhì)氮供應(yīng)能力[41]。與不施肥相比，施用有機(jī)肥可降低淋溶液電導(dǎo)率和總?cè)芙庑怨腆w物質(zhì)，增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量和電導(dǎo)率[32]。但是，豐水年施用高量有機(jī)肥也會(huì)引起硝酸鹽淋溶[24]。有機(jī)肥在分解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生含有酸性功能團(tuán)的腐殖酸，可通過(guò)酸基解離和胺基質(zhì)子化提高土壤的酸堿緩沖性，施用牛糞、雞糞、農(nóng)家肥、作物秸稈等均可提高土壤pH[42]，緩解長(zhǎng)期不合理施用化肥帶來(lái)的土壤酸化，改善土壤鹽堿化[43?45]。但近年也有研究報(bào)道，秸稈還田在區(qū)域范圍內(nèi)有加劇農(nóng)田土壤酸化的風(fēng)險(xiǎn)，且該風(fēng)險(xiǎn)與初始土壤酸堿度有關(guān)[46]。

此外，關(guān)于施用有機(jī)肥對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)影響的研究，較多集中于土壤有機(jī)質(zhì)的含量、組成、結(jié)構(gòu)特征等方面。整合分析發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥的土壤固碳效率呈現(xiàn)北方高于南方的空間特征和隨施肥年限逐年降低的時(shí)間特征[47]。土壤大團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量隨施肥年限的增加而增加，粉黏粒的有機(jī)碳含量則隨施肥年限的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，其中有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳積累貢獻(xiàn)較大[48]。長(zhǎng)期施用有機(jī)肥在顯著增加土壤有機(jī)碳庫(kù)的同時(shí)，也提高了可溶性有機(jī)質(zhì)分子組成的化學(xué)多樣性和穩(wěn)定性[49]。其中，長(zhǎng)期施用糞肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的提升效果優(yōu)于秸稈還田[50]，可促進(jìn)大團(tuán)聚體腐殖酸中類(lèi)蛋白組分向類(lèi)胡敏素組分轉(zhuǎn)化，且腐殖酸中的羧酸（COO–） 和多糖（C–OH） 官能團(tuán)優(yōu)先與糞肥結(jié)合[51]，長(zhǎng)期施用后不僅提高了水提取態(tài)有機(jī)質(zhì)的芳香性和分子量，還顯著增加了胡敏酸和富里酸中的類(lèi)富里酸和類(lèi)胡敏酸組分，通過(guò)增加穩(wěn)定成分、降低不穩(wěn)定組分提高了土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性[50， 52]。

2.3 有機(jī)肥施用對(duì)麥田土壤生物性質(zhì)的影響

有機(jī)肥中富含多種營(yíng)養(yǎng)元素，可為土壤微生物提供碳源、氮源、能量等，提高與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化有關(guān)的微生物和酶活性，加速土壤中養(yǎng)分循環(huán)和難溶性養(yǎng)分的活化，保持速效養(yǎng)分供應(yīng)[53?57]。土層剖面微生物群落結(jié)構(gòu)不同，與不施肥相比，有機(jī)無(wú)機(jī)肥長(zhǎng)期配施可改變土壤剖面的微生物垂直分布特征，顯著增加微生物活性[58]。施用有機(jī)肥可增加麥田土壤微生物網(wǎng)絡(luò)的自然連通性并刺激真菌群落的活性，增強(qiáng)微生物群落的穩(wěn)健性[59]和叢枝菌根真菌的生物量[60]，還可降低底層土壤中稀有細(xì)菌的多樣性，改變微生物群落的資源利用策略[61]。

土壤微生物可利用自身的生物量變化調(diào)節(jié)碳排放，以維持土壤養(yǎng)分和微生物之間的化學(xué)計(jì)量平衡[62]。與秸稈還田相比，堿性糞肥通過(guò)減輕長(zhǎng)期單施氮肥引起的土壤酸化，使土壤氮循環(huán)相關(guān)微生物群落趨于穩(wěn)定，平衡氮素流動(dòng)，降低與氮相關(guān)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[63]。長(zhǎng)期施用有機(jī)肥還可通過(guò)增加固氮細(xì)菌和硝化細(xì)菌的相對(duì)豐度，降低反硝化細(xì)菌的相對(duì)豐度，增加土壤有效氮供應(yīng)[64]，通過(guò)調(diào)節(jié)攜帶吡咯喹啉醌合酶編碼基因（pqqC-） 和堿性磷酸酶編碼基因（phoD-） 的細(xì)菌群落促進(jìn)土壤磷循環(huán)，增加磷有效性[65]，通過(guò)增加溶桿菌屬（Lysobacter）、枝頂孢屬（Acremonium） 和被孢霉屬（Mortierella） 的生長(zhǎng)，提高β-葡萄糖苷酶和堿性磷酸單酯酶活性，促進(jìn)碳、磷循環(huán)[66]。除了施用當(dāng)季的效應(yīng)外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥的殘效對(duì)土壤微生物群落亦有顯著影響，且真菌對(duì)有機(jī)肥殘留效應(yīng)的響應(yīng)比細(xì)菌更敏感，并從微生物方面揭示了有機(jī)肥施用對(duì)緩解土壤退化的積極和長(zhǎng)期影響[67]。

另外，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可通過(guò)改變土壤性質(zhì)和土壤真菌群落結(jié)構(gòu)，抵消單施化肥帶來(lái)的不利影響，與單施化肥相比，配施有機(jī)肥可顯著降低潛在致病性鐮刀菌屬（Fusarium） 和赤霉菌（Gibberella） 的數(shù)量，增加了有益菌屬柄孢殼菌屬（Podospora） 的數(shù)量[68]。不同地點(diǎn)的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可增加與小麥產(chǎn)量正相關(guān)的類(lèi)諾卡氏菌屬（Nocardioides）、纖維單胞菌屬（Cellulomonas） 等有益菌的相對(duì)豐度，增加鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、溶桿菌屬（Lysobacter） 等具有生物防治和促生作用功能菌屬的相對(duì)豐度，降低萄穗霉屬（Stachybotrys）、無(wú)色穗孢屬（Achroiostachys） 等植物病原真菌的相對(duì)豐度，減少寄生蟲(chóng)的數(shù)量，降低小麥遭受病害的風(fēng)險(xiǎn)[69?70， 64]。但需要注意，高量有機(jī)肥也可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌多樣性和作物產(chǎn)量的降低[71]，山東德州的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)顯示，減氮30% 配施低量有機(jī)肥可維持土壤肥力和微生物群落的穩(wěn)定，而減氮50% 配施高量有機(jī)肥則會(huì)抑制關(guān)鍵物種，降低胞外酶活性，最終導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降[72]。此外，施用有機(jī)肥還可增加土壤線蟲(chóng)的物種豐富度、雜食性捕食線蟲(chóng)豐度和結(jié)構(gòu)指數(shù)，緩解過(guò)量施氮引發(fā)的線蟲(chóng)脅迫，維持土壤食物網(wǎng)功能[73?74]。

在應(yīng)對(duì)氣候變化方面，有機(jī)肥也具有較為顯著的作用。與單施化肥相比，常年施用有機(jī)肥可降低氣候和土壤條件對(duì)作物產(chǎn)量的影響，增強(qiáng)土壤微生物功能與作物生產(chǎn)的聯(lián)系[75]。施用糞肥可通過(guò)優(yōu)化土壤有機(jī)碳結(jié)構(gòu)、降低熱激發(fā)異養(yǎng)細(xì)菌和真菌相對(duì)豐度、提高奇古菌門(mén)（Thaumarchaeota） 的相對(duì)豐度，增強(qiáng)微生物群落的復(fù)雜性和穩(wěn)定性，減少因氣候驟然變暖而造成的有機(jī)碳損失[76]。施用有機(jī)肥還可通過(guò)保證干旱期土壤有較高的細(xì)菌多樣性、加快濕潤(rùn)期土壤微生物群落的恢復(fù)，幫助作物抵抗極端干旱環(huán)境[77]。但作物關(guān)鍵期的充分供水仍是保證施用有機(jī)肥顯著提高麥田土壤酶活性和微生物多樣性的前提[78]。

因此，施用有機(jī)肥可改善土壤的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)，并通過(guò)生物與非生物過(guò)程的相互作用，實(shí)現(xiàn)土壤肥力提升，為作物提供更加適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，保障作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，但在施用過(guò)程中也要關(guān)注有機(jī)肥與土壤屬性、氣候條件等匹配，避免單一或過(guò)量施用帶來(lái)負(fù)面影響。

3 施用有機(jī)肥對(duì)小麥產(chǎn)量、品質(zhì)和養(yǎng)分利用效率的影響

3.1 施用有機(jī)肥對(duì)小麥植株生長(zhǎng)及其產(chǎn)量的影響

早在1979—1983 年，已有學(xué)者利用山東的5 年定位施肥試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，每增加1 t 有機(jī)肥能夠使小麥畝產(chǎn)增加4.9 kg[79]。此后，研究人員進(jìn)一步探究了在不同地區(qū)施用有機(jī)肥后，小麥植株的生長(zhǎng)狀況、養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)移分配特征、產(chǎn)量構(gòu)成變化，為明確有機(jī)肥施用對(duì)小麥生產(chǎn)的效果提供了理論支撐。砂培和田間土柱試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥顯著抑制根系膜脂過(guò)氧化作用，提高不同土層特別是深層根系的超氧化物歧化酶活性，降低根系丙二醛含量，延緩根系衰老，維持小麥根系生理活性，同時(shí)可增加小麥根的磷吸收位點(diǎn)、提高其對(duì)磷的親和力，促進(jìn)對(duì)磷的吸收，且有機(jī)肥與化肥配施時(shí)效果更佳[80?81]。河南的田間試驗(yàn)顯示，與單施化肥相比，增施有機(jī)肥提高小麥旗葉的葉綠素含量，促進(jìn)小麥群體對(duì)光合有效輻射的截獲，增大小麥群體的平均葉傾角，降低小麥群體的冠層開(kāi)度，提高小麥光能利用率和群體葉面積指數(shù)，利于形成合理的冠層結(jié)構(gòu)和促進(jìn)灌漿期光合產(chǎn)物向穗部轉(zhuǎn)運(yùn)，提高小麥穗部同化物的積累[82?83]。在甘肅半干旱區(qū)發(fā)現(xiàn)施用腐熟羊糞還可提高春小麥抽穗至灌漿階段土壤含水量，促進(jìn)旗葉光合作用，降低生理干旱脅迫強(qiáng)度和旗葉氮吸收同化限制[84]。新疆滴灌春小麥栽培中，減氮并配施有機(jī)肥有利于提升小麥花后干物質(zhì)積累量、花后轉(zhuǎn)運(yùn)率及貢獻(xiàn)率和灌漿速率，改善小麥花后同化轉(zhuǎn)運(yùn)和灌漿特性[85]。英國(guó)的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥后，小麥籽粒胚乳中多數(shù)與氮代謝和蛋白合成相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)[86]。陜西和河北的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，配施有機(jī)肥相比單施化肥更能保證小麥花后植株對(duì)氮素的持續(xù)吸收，但有機(jī)肥全量替代則會(huì)降低小麥植株全氮含量[87?88]。經(jīng)過(guò)以上過(guò)程，化肥合理配施有機(jī)肥的增產(chǎn)效應(yīng)最后表現(xiàn)為小麥穗數(shù)和千粒重的增加，但有機(jī)肥替代比例過(guò)高也會(huì)使小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)降低，出現(xiàn)減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)[89?91]。此外，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施較單施化肥還可顯著提升小麥穩(wěn)產(chǎn)性，逆轉(zhuǎn)氣候變暖造成的作物產(chǎn)量下降[92–93]。

但并非任何情況下施用有機(jī)肥都能獲得小麥增產(chǎn)。首先，施用有機(jī)肥后小麥產(chǎn)量受到土壤和氣候條件影響。歐洲20 個(gè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)表明，當(dāng)化肥提供了足夠的養(yǎng)分時(shí)，僅在沙質(zhì)土壤、潮濕氣候條件下，施用有機(jī)肥可提升春小麥產(chǎn)量，而在冬小麥上未出現(xiàn)類(lèi)似的增產(chǎn)效果[94]。我國(guó)宏觀尺度的整合分析發(fā)現(xiàn)，與單施化肥相比，配施有機(jī)肥使小麥產(chǎn)量提升5.6%，但不同區(qū)域的增產(chǎn)率有較大差異，以西北最高（11.0%），華東最低（1.4%），其中降雨量、土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量是影響有機(jī)肥增產(chǎn)效果的主要?dú)夂蚝屯寥酪蛩兀袡C(jī)質(zhì)和全氮含量越低，配施有機(jī)肥后產(chǎn)量提高幅度越高[95]。土壤pH 和有機(jī)肥施用時(shí)期也會(huì)影響作物增產(chǎn)效果，在酸性土壤和長(zhǎng)期施用的情況下表現(xiàn)出相對(duì)較大的增產(chǎn)幅度[96]。其次，有機(jī)肥與化肥的施用比例和用量也會(huì)影響其對(duì)小麥的增產(chǎn)效果。在我國(guó)當(dāng)前土壤肥力條件下，不降低化學(xué)氮肥用量增施有機(jī)物料，可增加作物產(chǎn)量，提高土壤肥力；但在總氮投入不變的情況下，用有機(jī)肥替代部分化肥氮僅能保證糧食產(chǎn)量不降低[97]。有研究表明有機(jī)肥部分替代化肥可使旱地作物產(chǎn)量提高6.6%，而完全替代則使其產(chǎn)量顯著降低9.6%[96]。全球整合分析結(jié)果也顯示，有機(jī)農(nóng)業(yè)較傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)會(huì)使作物產(chǎn)量降低25%[98]。瑞士的一項(xiàng)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)農(nóng)業(yè)中小麥產(chǎn)量較傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)顯著降低30%～40%[99]。這些結(jié)果說(shuō)明不可忽視化肥在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)中的作用，化肥與有機(jī)肥合理配伍、科學(xué)施用才是保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和糧食安全的關(guān)鍵。在隴中旱地用15% 有機(jī)肥氮替代化肥氮顯著增加小麥的穗數(shù)和千粒重，使小麥增產(chǎn)6.2%，但有機(jī)肥替代比例超過(guò)30% 則可能會(huì)由于后期氮素供應(yīng)過(guò)量而出現(xiàn)貪青晚熟，對(duì)小麥產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)面影響[90]。安徽合肥的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)15%的有機(jī)肥替代比例可使小麥增產(chǎn)14.1%，籽粒氮吸收量增加20.3%，但隨著替代比例從15% 增加到50%，小麥千粒重、產(chǎn)量、秸稈生物量和籽粒氮吸收量均顯著降低[100]。日本的一項(xiàng)研究也發(fā)現(xiàn)，高量有機(jī)肥的施入雖仍可使小麥生物量增加，但會(huì)導(dǎo)致源庫(kù)失衡，使其收獲指數(shù)降低[101]。此外，有機(jī)肥種類(lèi)也會(huì)影響其對(duì)小麥的增產(chǎn)效果。在我國(guó)北方，種植豆科綠肥可以顯著提升小麥產(chǎn)量，但種植非豆科綠肥則使小麥減產(chǎn)[102]。英國(guó)的試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，種植三葉草對(duì)冬小麥的增產(chǎn)效果優(yōu)于非豆科黑麥草，且以紅三葉草效果最佳[103]。安徽合肥的有機(jī)肥對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，替代比例相同時(shí)沼液對(duì)小麥的增產(chǎn)效果優(yōu)于堆肥和商品有機(jī)肥[100]。山東德州的田間土柱試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，等氮施用情況下，單施化肥能夠獲得最高的小麥產(chǎn)量，單施豬糞的產(chǎn)量可與單施化肥相當(dāng)，但單施雞糞或牛糞小麥產(chǎn)量則顯著低于單施化肥[104]。在陜西永壽，科學(xué)減施化學(xué)氮肥配施商品有機(jī)肥可保障小麥產(chǎn)量不降低，但減量化肥配施生物炭則改變土壤碳氮比，影響小麥根系氮素吸收，最終降低小麥產(chǎn)量[105]。還有研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施輔以秸稈還田可降低麥田雜草優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和密度，提升雜草多樣性指數(shù)，減輕雜草對(duì)小麥生長(zhǎng)的危害，但秸稈不還田則易暴發(fā)單一優(yōu)勢(shì)雜草，威脅小麥生長(zhǎng)[106]。

因此，想要通過(guò)施用有機(jī)肥提高小麥產(chǎn)量，不僅需要與化肥合理配施，還要根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥篮蜌夂驐l件選擇適宜的有機(jī)肥種類(lèi)，同時(shí)堅(jiān)持長(zhǎng)期施用，方可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)目標(biāo)。

3.2 施用有機(jī)肥對(duì)小麥籽粒品質(zhì)的影響

1979 年已開(kāi)展了有機(jī)肥施用對(duì)小麥品質(zhì)影響的系統(tǒng)研究，山東的定位試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，低量土糞與化肥配施可使小麥籽粒氮磷鉀含量達(dá)到最高水平，這些礦質(zhì)養(yǎng)分含量的提高也進(jìn)一步促進(jìn)了小麥蛋白質(zhì)、面筋、氨基酸的合成，但高量土糞與化肥配施則會(huì)降低小麥的籽粒氮含量[79]。近年一項(xiàng)全球整合分析結(jié)果也為有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施提高谷物的碳水化合物和蛋白質(zhì)含量提供了證據(jù)[107]。意大利的試驗(yàn)表明，種植綠肥可使小麥在較低化肥用量條件下獲得最高產(chǎn)量，但若要獲得更高的蛋白質(zhì)含量，仍需要較高的化肥用量[108]。在河南和陜西的田間試驗(yàn)表明，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理小麥籽粒的沉降值、延展性以及必需氨基酸含量均顯著高于單施有機(jī)肥或單施化肥[56， 109?110]。不同有機(jī)肥種類(lèi)對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)、面粉品質(zhì)和面團(tuán)品質(zhì)的改善效果也不一致，在山東德州單施牛糞對(duì)這些品質(zhì)的提升作用不明顯，但雞糞或豬糞配施少量化肥、25% 牛糞替代化肥均可實(shí)現(xiàn)小麥籽粒品質(zhì)的顯著提升[111]。江蘇徐州的研究結(jié)果顯示，有機(jī)肥對(duì)小麥籽粒蛋白和加工品質(zhì)的改善效果因小麥類(lèi)型而異，有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配施有利于改善弱筋小麥的品質(zhì)，而對(duì)強(qiáng)筋小麥品質(zhì)的改善效果不佳[112]。

同時(shí)，有機(jī)肥中富含小麥生長(zhǎng)發(fā)育所需的各種元素，配施有機(jī)肥可彌補(bǔ)化肥養(yǎng)分種類(lèi)單一的缺陷，有機(jī)肥可通過(guò)絡(luò)合或螯合作用活化土壤中的微量元素，促進(jìn)小麥對(duì)微量元素的有效吸收。從全球尺度上看，有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施確有提升谷物籽粒礦質(zhì)養(yǎng)分的作用[ 1 0 7 ]。在印度進(jìn)行的調(diào)研采樣結(jié)果顯示，有機(jī)農(nóng)場(chǎng)中小麥籽粒鋅含量比常規(guī)農(nóng)場(chǎng)高出16.3%[113]。瑞士西北部的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期施用堆肥可降低冬小麥籽粒鎘含量，且不會(huì)減少籽粒鋅含量，實(shí)現(xiàn)小麥鋅鎘比和品質(zhì)的提高[114]。在山東萊陽(yáng)，高量有機(jī)肥和適量氮肥配施可使小麥籽粒鋅含量達(dá)到40 mg/kg[115]。江蘇宿遷的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與單施化肥相比，施用奶牛場(chǎng)沼液可在保證產(chǎn)量不降低的情況下顯著提升小麥籽粒中鋅和鐵含量[116]。在新疆，施用雞糞和腐殖酸可提高小麥籽粒硒富集指數(shù)，較單施化肥分別使小麥籽粒硒含量提高34.48%、27.59%[117]。受不同種類(lèi)有機(jī)肥養(yǎng)分含量的影響，不同有機(jī)肥對(duì)小麥籽粒微量元素的提升作用不同，河北的有機(jī)肥試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，畜禽有機(jī)肥的施用可增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鋅含量，小麥籽粒全磷和全鋅含量隨雞糞用量的增加顯著增加，但鴨糞用量則對(duì)小麥籽粒鋅含量無(wú)顯著影響[118]。在瑞士的長(zhǎng)期試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期施用農(nóng)家肥可以顯著提升春小麥籽粒鋅含量，但種植三葉草綠肥卻不能提高小麥籽粒鋅含量[119]。施用有機(jī)肥后小麥籽粒的微量元素含量的變化會(huì)受到土壤類(lèi)型和性質(zhì)的影響，石灰性土壤重金屬元素的生物有效性較低，小麥籽粒銅、鋅、鎘含量受有機(jī)肥施用的影響不顯著[120?121]。

此外，施用有機(jī)肥也可以通過(guò)改變污染土壤中的重金屬形態(tài)降低其生物有效性[122]，在一定程度上緩解重金屬污染土壤上小麥的生長(zhǎng)限制，提升小麥品質(zhì)，但效果因有機(jī)肥種類(lèi)和用量而異。巴基斯坦的小麥盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在鎘污染土壤上不同有機(jī)肥對(duì)小麥籽粒鎘的降低幅度表現(xiàn)為玉米秸稈生物炭gt;水稻秸稈生物炭gt;農(nóng)家肥[123]。山西的小麥盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，豬糞對(duì)鎘污染的修復(fù)效果優(yōu)于羊糞和雞糞[ 1 2 4 ]。甘肅的調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期使用重金屬含量高的肥料和畜禽糞便會(huì)導(dǎo)致麥田土壤重金屬的積累[125]，威脅小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)安全。在內(nèi)蒙古鎘污染土壤開(kāi)展的春小麥試驗(yàn)結(jié)果顯示，減施化肥20% 并配施有機(jī)肥可在增產(chǎn)6%～10% 的同時(shí)，降低籽粒鎘含量，但有機(jī)肥施用過(guò)多反而會(huì)提高小麥對(duì)鎘的吸收[126]。

3.3 有機(jī)肥施用對(duì)小麥養(yǎng)分效率的影響

與單施化肥相比，有機(jī)肥作為一種緩效肥料能夠持續(xù)為作物提供養(yǎng)分，保障小麥生長(zhǎng)后期干物質(zhì)的累積和養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)移，因而會(huì)表現(xiàn)出與單施化肥不同的作物養(yǎng)分吸收利用效率。在陜西楊凌，與單施化肥相比，增施牛糞對(duì)小麥氮素收獲指數(shù)和氮素生理效率無(wú)顯著影響[87]。山東德州的試驗(yàn)也表現(xiàn)出類(lèi)似結(jié)果，在同一施氮水平下化肥和畜禽有機(jī)肥處理的小麥氮素收獲指數(shù)無(wú)顯著差異，但二者均會(huì)隨施氮量增加而顯著降低[104]。在陜西永壽，相較于監(jiān)控施肥處理，增施商品有機(jī)肥不改變小麥的氮磷鉀素收獲指數(shù)和氮素生理效率，但會(huì)降低小麥的磷鉀素生理效率；而增施生物炭小麥磷素收獲指數(shù)不變，氮鉀素收獲指數(shù)和磷鉀素生理效率顯著降低，氮素生理效率顯著增加[105]。等氮量條件下，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可提高小麥–玉米輪作體系的作物氮素生理效率，降低其磷素生理效率[127]。

有機(jī)肥與化肥配合施用可在養(yǎng)分釋放時(shí)間上相輔相成，緩解單施有機(jī)肥作物前期養(yǎng)分不足和單施化肥作物后期養(yǎng)分缺乏的問(wèn)題，改變肥料利用效率。有學(xué)者利用整合分析發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施相較于單施化肥可使我國(guó)糧食作物的氮肥利用率提高3.6%，且有機(jī)肥的增效作用受土壤和氣候的影響，西北地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量低、降雨較少，配施有機(jī)肥后氮肥利用率提高幅度最大[128]。在小麥生產(chǎn)中，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可使小麥的氮肥偏生產(chǎn)力由單施化肥的35.0 kg/kg 提升至45.2 kg/kg，效果也因有機(jī)物料種類(lèi)而異，化肥與秸稈還田或農(nóng)家肥配合可使氮肥偏生產(chǎn)力分別顯著提高9.4% 與71.7%，與沼渣配施因化肥用量降低而使氮肥偏生產(chǎn)力顯著提升90.3%，與堆肥配施則未能增加氮肥偏生產(chǎn)力[97]。在陜西、甘肅和新疆，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施均會(huì)顯著提高小麥的氮素利用率、氮素農(nóng)學(xué)效率和肥料偏生產(chǎn)力，且在低肥力土壤的提升幅度高于高肥力土壤[ 35， 87， 90]。但這些研究未將有機(jī)物料的氮素計(jì)算在內(nèi)，若將有機(jī)肥養(yǎng)分納入計(jì)算則可能出現(xiàn)不同的結(jié)果。在河南封丘，相較于單施化肥，等氮有機(jī)肥的施用可以提高小麥玉米輪作系統(tǒng)的磷肥利用率[129]。墨西哥的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，等氮條件下單施尿素和尿素與雞糞配施的氮肥偏生產(chǎn)力均顯著高于單施雞糞[130]。在安徽合肥，將所有肥料氮計(jì)算在內(nèi)，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施較單施化肥顯著增加了小麥的氮肥利用率，但隨著替代比例的增加，氮肥利用率呈現(xiàn)降低趨勢(shì)[100]。在山東德州，同一氮水平下化肥的氮素回收率遠(yuǎn)高于畜禽有機(jī)肥，且隨著施氮量的增加，單施化肥的氮素回收率逐漸降低，而畜禽有機(jī)肥處理則呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)[104]。

4 麥田有機(jī)肥施用技術(shù)

施用有機(jī)肥可以改變土壤理化和生物性質(zhì)，調(diào)控作物養(yǎng)分吸收分配，影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。有機(jī)肥種類(lèi)和用量不同，在不同地區(qū)對(duì)小麥產(chǎn)量品質(zhì)的影響也不盡相同，因此根據(jù)區(qū)域特征選擇適宜的有機(jī)肥種類(lèi)、確定合理的有機(jī)肥用量和施用方法顯得尤為重要。

4.1 有機(jī)肥施用量的確定方法

有機(jī)肥的養(yǎng)分含量較低，單獨(dú)施用不足以實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)目標(biāo)，但有機(jī)肥部分替代化肥可以彌補(bǔ)有機(jī)肥養(yǎng)分不足，也可以節(jié)約化肥，已作為一種資源節(jié)約、環(huán)境友好的新模式被普遍認(rèn)可，但有機(jī)肥的用量和替代化肥的比例問(wèn)題一直未得到很好的解決。早期有研究人員通過(guò)單點(diǎn)或多點(diǎn)多年小麥田間試驗(yàn)，將有機(jī)肥用量納入到肥效反應(yīng)方程中，并計(jì)算出一定有機(jī)肥用量下的氮磷化肥最佳施肥量[79， 131]。近年來(lái)也有學(xué)者將施有機(jī)肥和不施有機(jī)肥情況下的化肥用量與小麥產(chǎn)量結(jié)果分別進(jìn)行擬合，確定不同降雨年型和有機(jī)肥投入條件下的化肥用量[132]。這兩者都是在給定有機(jī)肥用量基礎(chǔ)上，確定適宜的化肥用量。

還有學(xué)者引入有機(jī)肥養(yǎng)分對(duì)化肥養(yǎng)分的替代當(dāng)量來(lái)評(píng)價(jià)有機(jī)肥的養(yǎng)分有效性、支撐有機(jī)肥合理用量的確定。以氮為例，一種簡(jiǎn)單的替代當(dāng)量計(jì)算方法為：根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果求出化肥氮用量與作物籽粒產(chǎn)量（或生物量、氮素吸收量等） 的回歸方程，將某一有機(jī)肥用量對(duì)應(yīng)的作物產(chǎn)量帶入回歸方程，可獲得該有機(jī)肥用量下相當(dāng)?shù)幕实昧浚礊樵撚袡C(jī)肥氮替代化肥氮的當(dāng)量，用這一替代當(dāng)量除以有機(jī)肥提供的氮素總量可獲得相對(duì)替代當(dāng)量[103， 133]。山東的一項(xiàng)田間試驗(yàn)利用這種計(jì)算方法，確定豬糞、雞糞和牛糞分別能夠替代59.6%、46.2% 和23.6% 的化肥氮素，分別能替代85.7%、77.6% 和91.4% 的化肥磷素，為有機(jī)肥替代化肥比例的確定提供參考[134， 104]。Hijbeek 等[135]總結(jié)了不同有機(jī)肥氮的化肥氮替代效應(yīng)當(dāng)量，發(fā)現(xiàn)農(nóng)家肥對(duì)化肥氮的替代比例為10%～70%，泥漿替代比例為20%～90%，種植綠肥替代比例約為40%，且取決于綠肥種類(lèi)，而秸稈氮對(duì)化肥氮的替代效果幾乎可以忽略。該學(xué)者還利用歐洲的多個(gè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高氮投入時(shí)農(nóng)家肥氮的化肥氮替代效應(yīng)值較低氮投入顯著提高一倍以上（112% vs53%）[135]。另外，還可用有機(jī)肥處理和化肥處理的氮素回收效率相比，計(jì)算得到有機(jī)肥氮替代化肥氮的替代效應(yīng)值，陜西長(zhǎng)武的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在旱作小麥生產(chǎn)中種植的豆科綠肥可有效替代約31% 的化肥氮，綠肥種類(lèi)不同其替代效應(yīng)值也不同[136?137]。

隨著數(shù)據(jù)分析方法的更新與發(fā)展，可利用大數(shù)據(jù)整合分析方法對(duì)宏觀尺度上的有機(jī)替代比例進(jìn)行推薦：若以小麥增產(chǎn)為目標(biāo)，有機(jī)肥替代比例不能超過(guò)30%[138]；若以作物優(yōu)質(zhì)為目標(biāo)，有機(jī)肥替代比例則應(yīng)處于25%～50%[107]；若要有效提高氮素利用效率，有機(jī)肥替代比例需低于40%[96]；若考慮不同有機(jī)碳水平土壤對(duì)氮素的需求，則在低有機(jī)碳土壤（lt;5 g/kg） 中有機(jī)肥替代比例不應(yīng)超過(guò)30%，在高有機(jī)碳土壤（gt;15 g/kg） 中有機(jī)肥替代比例可增至50%[139]。

除上述方法外，設(shè)置梯度試驗(yàn)并通過(guò)結(jié)果比較，直接確定有機(jī)肥用量或替代比例是使用最多的方法，對(duì)部分結(jié)果的匯總?cè)绫?。由于這類(lèi)結(jié)果是直接從試驗(yàn)設(shè)置的處理中選出最優(yōu)處理，未進(jìn)行更深層的數(shù)據(jù)回歸分析和定量計(jì)算，因而其推薦量受試驗(yàn)中肥料比例或用量梯度設(shè)計(jì)的影響，但對(duì)當(dāng)?shù)乜茖W(xué)施用有機(jī)肥仍具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。以上方法確定的有機(jī)肥用量多是以提升小麥產(chǎn)量品質(zhì)和效率為目標(biāo)，《2012 年土壤有機(jī)質(zhì)提升技術(shù)模式概要》中也給出了以維持或提升地力為目標(biāo)確定有機(jī)肥用量的方法，主要是通過(guò)當(dāng)?shù)赝寥烙袡C(jī)質(zhì)含量、年礦化率和有機(jī)質(zhì)的腐殖化系數(shù)計(jì)算有機(jī)肥用量。同時(shí)，本文也將我國(guó)各省區(qū)近年來(lái)發(fā)布的部分小麥相關(guān)技術(shù)規(guī)程中給出的推薦有機(jī)肥用量納入總結(jié)（表2），以便參考對(duì)比。

另外，在確定有機(jī)肥施用量時(shí)需注意，大多數(shù)作物的氮磷比（N︰P2O5） 平均值大于2.5，但有機(jī)肥的有效氮磷比小于2，且畜禽糞便類(lèi)有機(jī)肥中磷鉀含量和有效性均較高，基于氮需求施用有機(jī)肥可能會(huì)導(dǎo)致土壤中磷、鉀和其他離子的累積[104]。有研究表明，土壤有效磷和速效鉀含量隨有機(jī)肥投入量和施用時(shí)間的增加而增加[143]，施用有機(jī)肥還可能通過(guò)增加活性細(xì)菌的多樣性來(lái)促進(jìn)土壤有機(jī)磷的礦化[144]，長(zhǎng)期施用過(guò)量有機(jī)肥不僅會(huì)影響作物生長(zhǎng)，還會(huì)造成養(yǎng)分資源浪費(fèi)、引發(fā)土壤磷淋失等潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[104， 145–146]。同時(shí)，不同有機(jī)肥養(yǎng)分組成上的差異也會(huì)影響其施用量，牛糞碳氮比高于豬糞和雞糞，在施肥初期可能會(huì)引起氮的固定，牛糞在三者中最難降解、可礦化氮含量低于豬糞和雞糞，因而在等氮量施用時(shí)牛糞對(duì)小麥的增產(chǎn)效果不及豬糞和雞糞[104]。但牛糞中以有機(jī)磷和不穩(wěn)態(tài)磷為主，更容易被植物吸收利用，對(duì)化肥磷素的替代當(dāng)量達(dá)91.4%，高于豬糞和雞糞[134]。此外，根據(jù)有機(jī)肥中重金屬等有害成分的污染和積累，設(shè)置麥田有機(jī)肥最大負(fù)荷量也是必要的，早期研究認(rèn)為黃棕壤、紅壤和潮土上的麥田垃圾肥允許負(fù)荷量分別為15、120 和102 t/hm2[147]。因此，建議在確定有機(jī)肥施用量或其與化肥的配施比例時(shí)綜合考慮作物生長(zhǎng)需求、土壤肥力水平和有機(jī)肥的種類(lèi)、養(yǎng)分含量。

近年，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位提出了一種堆肥精準(zhǔn)施用策略，該策略通過(guò)確定障礙因子→生產(chǎn)專(zhuān)用產(chǎn)品→配合其他營(yíng)養(yǎng)關(guān)鍵成分等步驟實(shí)現(xiàn)堆肥的精準(zhǔn)綜合管理，并估算該策略的應(yīng)用可使全球谷物產(chǎn)量增加4%，有機(jī)碳儲(chǔ)量增加26.5%，有著極大的生態(tài)環(huán)境潛力[139]。Zhao 等[148]也提出要從長(zhǎng)期的試驗(yàn)實(shí)踐等入手，利用土壤等多元數(shù)據(jù)與人工智能的多源融合建立堆肥精準(zhǔn)利用系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)有機(jī)物料堆腐和施肥的精準(zhǔn)化專(zhuān)用化。綜合考慮多因素影響的有機(jī)肥推薦施肥方法或系統(tǒng)，必將成為未來(lái)有機(jī)肥精準(zhǔn)應(yīng)用發(fā)展的趨勢(shì)。

4.2 有機(jī)肥施用方法與技術(shù)

在化肥出現(xiàn)之前，有機(jī)肥作為唯一肥源被應(yīng)用在浸種、基肥、追肥等小麥生長(zhǎng)的整個(gè)過(guò)程，化肥的出現(xiàn)不僅改變了有機(jī)肥的用量，還改變了有機(jī)肥的施用時(shí)期和方法，生產(chǎn)實(shí)踐的新需求和科學(xué)研究的新發(fā)現(xiàn)也共同推動(dòng)了新型有機(jī)肥的發(fā)展。

常用有機(jī)肥施用方法有撒施、條施、穴施等，其中沼液等液體有機(jī)肥可采用噴施、灌施等方法，但目前麥田有機(jī)肥多在播前用作基肥撒施到地表，并利用機(jī)械耕作將其翻壓入土，與土壤充分混合。在德國(guó)，有機(jī)肥料主要被混入3—15 cm 深度的農(nóng)田土壤，2020 年強(qiáng)制實(shí)行的《德國(guó)肥料法令》也對(duì)有機(jī)肥的施用時(shí)間限制在12 月1 日至1 月15 日，以防有機(jī)肥料養(yǎng)分流失[149]。除每年施用畜禽糞便等有機(jī)肥或連續(xù)種植綠肥外，將有機(jī)肥與化肥隔年交替施用也有較好的效果。在埃塞俄比亞南部的小麥生產(chǎn)中，連續(xù)種植兩年紫云英或羽扇豆綠肥后，第3 年施用適量化肥，可實(shí)現(xiàn)土壤肥力提升、維持作物生產(chǎn)力[150]。

多數(shù)情況下有機(jī)肥施用工作量大、作業(yè)環(huán)境差，施肥機(jī)械適用性不高也會(huì)在一定程度上制約有機(jī)肥的推廣。我國(guó)現(xiàn)有有機(jī)肥施用機(jī)械以引進(jìn)和仿制為主，其中大田作物有機(jī)肥撒肥機(jī)主要有立輥式撒肥機(jī)、臥輥式撒肥機(jī)和錘片式撒肥機(jī)等，國(guó)內(nèi)科研人員基于大田作物種植的基本國(guó)情克服了多項(xiàng)技術(shù)難題，但仍需不斷優(yōu)化改進(jìn)關(guān)鍵零部件，特別是開(kāi)展固態(tài)有機(jī)肥撒施技術(shù)與裝備研究，以提高農(nóng)民有機(jī)肥施用意愿、促進(jìn)有機(jī)肥替代化肥的政策實(shí)施[151]。

此外，在有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施過(guò)程中添加脲酶抑制劑等輔助制劑可獲得更佳效果[152]，施用時(shí)也要注意有機(jī)肥的特征與屬性，如秸稈還田時(shí)需增施化肥氮以調(diào)節(jié)碳氮比；人糞尿不宜施用在氯敏感作物上；半腐熟的堆肥不能與種子或根直接接觸，以免燒苗等[153]。有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥、生物有機(jī)肥[154?155]、納米糞肥（nano manure）、微糞肥（micro manure）[156]、富硒有機(jī)肥[157]等新型有機(jī)肥的出現(xiàn)，在特異性改善土壤環(huán)境、提升小麥產(chǎn)量品質(zhì)、緩解有機(jī)肥施用帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)等方面發(fā)揮了重要作用。

5 問(wèn)題與展望

5.1 關(guān)注有機(jī)肥自身的問(wèn)題

生產(chǎn)和使用有機(jī)肥被認(rèn)為是消納農(nóng)業(yè)廢棄資源的最有效手段，農(nóng)業(yè)廢棄資源利用不足導(dǎo)致廢棄物累積，會(huì)引發(fā)養(yǎng)分流失等環(huán)境問(wèn)題。多省調(diào)查結(jié)果顯示，農(nóng)業(yè)廢棄物在農(nóng)村面源污染中的貢獻(xiàn)超過(guò)1/3[9]。全國(guó)尺度上的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前我國(guó)農(nóng)田的重金屬元素主要來(lái)源于大氣沉降和畜禽糞便，鎘等重金屬可能引起的污染需引起重視[158]。與30 年前相比，雞糞、豬糞、牛糞甚至秸稈中的鋅、銅、鉻等重金屬元素含量均有所增加[159]，其中糞便重金屬含量與動(dòng)物飼料添加劑的用量有關(guān)，且表現(xiàn)出富集趨勢(shì)[160]。此外，近年來(lái)也有大量學(xué)者關(guān)注到有機(jī)肥施用給土壤帶來(lái)微塑料、抗性基因、持久性有機(jī)污染物等污染問(wèn)題，這些污染物可能會(huì)通過(guò)微生物的作用轉(zhuǎn)移到農(nóng)產(chǎn)品甚至整個(gè)食物鏈中[161?163]，威脅生態(tài)和人類(lèi)健康。因此，應(yīng)從源頭嚴(yán)格規(guī)范動(dòng)植物種養(yǎng)過(guò)程，控制飼料中農(nóng)藥等添加劑的用量，做好有機(jī)物料無(wú)害化處理，研究制定有機(jī)肥施用的環(huán)境閾值，并加強(qiáng)對(duì)制度執(zhí)行的監(jiān)督，確保有機(jī)肥的高效資源化和安全化利用。

另外，由于有機(jī)肥大量元素含量較低，單獨(dú)施用不能滿足小麥的養(yǎng)分需求，必須與化肥配合施用才能發(fā)揮最佳效果，且不同來(lái)源的有機(jī)肥料屬性不同，施用后土壤和作物的反應(yīng)也存在差異，應(yīng)根據(jù)作物需肥特征和肥料養(yǎng)分釋放特征，將有機(jī)肥料和無(wú)機(jī)肥料合理配伍，科研院校與生產(chǎn)企業(yè)加強(qiáng)合作、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同創(chuàng)制新型有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥料，使其能與區(qū)域、氣候、土壤和作物等互相匹配。

5.2 與有機(jī)肥相關(guān)的科學(xué)研究不足

早在20 世紀(jì)70 年代，我國(guó)學(xué)者就已通過(guò)設(shè)置在不同地區(qū)的大量試驗(yàn)，研究有機(jī)肥和化肥對(duì)小麥產(chǎn)量品質(zhì)的影響。近年來(lái)測(cè)試和數(shù)據(jù)分析方法的更新迭代，促使有機(jī)肥施用影響土壤作物環(huán)境的機(jī)理機(jī)制日益明晰，但由于有機(jī)肥種類(lèi)較多、性質(zhì)差異較大，不同有機(jī)肥對(duì)作物產(chǎn)量品質(zhì)的影響機(jī)理也不一致，導(dǎo)致有機(jī)肥的科學(xué)研究工作相對(duì)于化肥更加復(fù)雜且不夠聚焦，也限制了有機(jī)肥—土壤—作物—環(huán)境的生物地球化學(xué)循環(huán)的研究進(jìn)展。同時(shí)，我國(guó)糧食作物有機(jī)肥施用現(xiàn)狀不甚明晰，也在一定程度上阻礙了相關(guān)研究和政策的進(jìn)一步發(fā)展推廣；已布置的有機(jī)無(wú)機(jī)肥相關(guān)試驗(yàn)，多數(shù)未考慮有機(jī)肥與化肥的等量替代，僅在化肥施用基礎(chǔ)上額外施用有機(jī)肥[97]，且在計(jì)算肥料利用效率時(shí)，未將有機(jī)肥提供的養(yǎng)分計(jì)算在內(nèi)，高估了肥料利用效率和有機(jī)肥的效果；關(guān)于有機(jī)肥的研究中仍是以化肥為重點(diǎn)，如在給定有機(jī)肥用量下確定化肥用量，未將二者提到同等重要的水平來(lái)對(duì)待，且在糧食作物有機(jī)肥定量化、小麥有機(jī)肥施用技術(shù)和方法等方面仍需大量研究探索。有機(jī)肥施用經(jīng)驗(yàn)被大量記錄在我國(guó)歷朝歷代的農(nóng)書(shū)當(dāng)中，凝結(jié)了古人的智慧，因此我們?cè)陂_(kāi)展有機(jī)肥研究時(shí)，不僅要關(guān)注現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還要與先民的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，深入挖掘有機(jī)肥的功能和作用，在傳承農(nóng)耕文明的基礎(chǔ)上使其得到進(jìn)一步發(fā)展。更要引起注意的是，科學(xué)研究的發(fā)展有著極強(qiáng)的時(shí)代背景，這在一定程度上適應(yīng)了社會(huì)實(shí)踐的需求，但也要避免相關(guān)研究工作的重復(fù)、同質(zhì)和碎片化，加強(qiáng)多點(diǎn)、長(zhǎng)期、定位和系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)，創(chuàng)新理念、方法與技術(shù)。

5.3 有機(jī)肥推廣應(yīng)用中存在的問(wèn)題及展望

早在1988 年，國(guó)務(wù)院就發(fā)布了“關(guān)于重視和加強(qiáng)有機(jī)肥料工作的指示”，但直到現(xiàn)在，有機(jī)肥在糧食作物上的施用范圍仍然十分有限，遠(yuǎn)不及經(jīng)濟(jì)作物。首先，種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)模發(fā)展和區(qū)域需求分布的不匹配，在一定程度上增加了有機(jī)肥施用的成本，也造成了區(qū)域間有機(jī)資源的過(guò)剩與不足并存[164]。一項(xiàng)長(zhǎng)期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)同時(shí)種植作物和飼養(yǎng)牲畜的家庭（種養(yǎng)家庭） 比例從1986 年的71% 急劇下降到2017 年的12%，且超過(guò)1/3 種養(yǎng)家庭的糞肥生產(chǎn)超過(guò)了其農(nóng)田作物生長(zhǎng)的養(yǎng)分需求[ 1 6 5 ]。其次，以往普遍認(rèn)為較小的生產(chǎn)規(guī)模是限制有機(jī)肥施用的主要因素，但近年的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在土地流轉(zhuǎn)規(guī)模日益增加的今天，土地的不確定性影響了種植戶(hù)的土壤培肥意愿，流轉(zhuǎn)土地的質(zhì)量和土地經(jīng)營(yíng)權(quán)的不穩(wěn)定性對(duì)糧食種植戶(hù)有機(jī)肥的施用概率和強(qiáng)度有顯著負(fù)面影響[166]。社會(huì)調(diào)查結(jié)果顯示在有機(jī)肥的推廣中，種植經(jīng)濟(jì)作物的農(nóng)民主要關(guān)注田間示范和有機(jī)肥施用機(jī)械，但種植糧食作物的農(nóng)民則需要包括資金補(bǔ)貼、施用技術(shù)和機(jī)械在內(nèi)的全方位支持[167]。此外，有機(jī)肥市場(chǎng)上商品有機(jī)肥質(zhì)量參差不齊，養(yǎng)分有效性和含量不確定，使用的機(jī)械和勞動(dòng)力成本高，且缺少適合糧食作物的優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用有機(jī)肥，降低了農(nóng)戶(hù)主動(dòng)購(gòu)買(mǎi)和使用有機(jī)肥的意愿[ 1 6 8 ]。在國(guó)際上，加納北部和印度恒河平原的調(diào)研結(jié)果均強(qiáng)調(diào)了有機(jī)肥有效推廣工作的必要性[169- 170]。美國(guó)、荷蘭、比利時(shí)、丹麥、德國(guó)、法國(guó)、日本等國(guó)家，則通過(guò)征收污染稅、發(fā)布強(qiáng)制或建議型政策等來(lái)限制有機(jī)肥施用時(shí)間和用量，實(shí)現(xiàn)畜禽糞便生產(chǎn)使用流程的規(guī)范化和合理化[149， 159]，這些國(guó)家的調(diào)研結(jié)果和政策也為我國(guó)的有機(jī)肥推廣提供了參考。

近年來(lái)我國(guó)各級(jí)政府部門(mén)從有機(jī)肥的生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用等方面相繼出臺(tái)一系列規(guī)劃、意見(jiàn)和標(biāo)準(zhǔn)等，如《關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見(jiàn)》、《GB/T 25246—2010 畜禽糞便還田技術(shù)規(guī)范》、《NY/T 1868—2021 肥料合理使用準(zhǔn)則 有機(jī)肥料》、《“十四五”全國(guó)畜禽糞肥利用種養(yǎng)結(jié)合建設(shè)規(guī)劃》等，并在《關(guān)于促進(jìn)畜禽糞污還田依法加強(qiáng)養(yǎng)殖污染治理的指導(dǎo)意見(jiàn)》中，設(shè)定了到2025 年實(shí)現(xiàn)畜禽糞污綜合利用率達(dá)80%，2035 年綜合利用率達(dá)90% 的目標(biāo)，以期通過(guò)政策引導(dǎo)、政府補(bǔ)貼等提升有機(jī)肥使用范圍和比例，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色種養(yǎng)循環(huán)，但在促進(jìn)政策落地落實(shí)、杜絕政策梗阻現(xiàn)象、讓農(nóng)民切實(shí)享受政策福利、增加其施用有機(jī)肥的主觀意愿等方面仍需付出努力，也要在增加有機(jī)肥施用的同時(shí)關(guān)注其負(fù)面效應(yīng)，做到提前規(guī)避。目前肥料市場(chǎng)上的商品有機(jī)肥養(yǎng)分含量呈現(xiàn)出倍數(shù)之差，但現(xiàn)行的指導(dǎo)文件中對(duì)有機(jī)肥的推薦較為籠統(tǒng)，未將推薦用量與有機(jī)肥養(yǎng)分含量相匹配，仍需進(jìn)一步細(xì)化或給出總有機(jī)氮推薦用量，還要根據(jù)糧食和經(jīng)濟(jì)作物種植戶(hù)在有機(jī)肥施用過(guò)程中關(guān)注側(cè)重點(diǎn)的不同，制定有針對(duì)性的補(bǔ)貼和土地流轉(zhuǎn)政策，嚴(yán)格把控有機(jī)肥出廠質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，加大宣傳推廣力度，強(qiáng)化制度保障以使政策落地生根，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。