施肥種類對小麥產(chǎn)量及土壤肥力的影響

景豆豆，楊曉曉，楊珍平，張春來，高志強

(山西農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，山西 太谷 030801)

隨著社會發(fā)展，糧食需求日益擴張，實現(xiàn)作物可持續(xù)高產(chǎn)成為國內(nèi)外研究的熱點[1，2]。在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中，施用肥料是必不可少的措施之一，施肥水平與作物生產(chǎn)價值指標之間有著密切的關(guān)系，二者呈正相關(guān)[3]。華北平原是中國小麥主產(chǎn)區(qū)，該地區(qū)過量施肥現(xiàn)象普遍，不僅對提高產(chǎn)量無益，還造成土壤硝態(tài)氮淋失[4]。因此合理施用肥料、優(yōu)化小麥冠層結(jié)構(gòu)對提高產(chǎn)量、減少農(nóng)業(yè)面源污染、促進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義。近年來，有關(guān)于施肥對土壤酶活性和土壤養(yǎng)分含量的研究報道不少[5，6]，從區(qū)域差異、土壤類型等方面分析，得到的結(jié)論也不完全相同。在西北半干旱地區(qū)，尚成柏等[7]研究發(fā)現(xiàn)有機無機肥配施不僅可以增加春小麥植株的營養(yǎng)成分含量，而且可以達到良好的增產(chǎn)效果。程東娟等[8]通過結(jié)合施用有機肥與無機肥，結(jié)果表明土壤酶活性及土壤養(yǎng)分含量都具有顯著的提高。朱小梅等[9]施用生物菌肥，使土壤有效磷、有效鉀及有機質(zhì)含量增加21.3%～128.0%，顯著高于施用化肥處理。相關(guān)研究表明，全量秸稈灰配施生物菌肥與半量秸稈灰配施生物菌肥處理增產(chǎn)效果最明顯，與對照相比，增幅分別為66.2%和70.9%[10]。李敏等[11]認為，與未施用生物菌肥相比，生物菌肥沖施可使黃瓜土壤蔗糖酶活性增加29.02%。綜上所述，關(guān)于綜合比較多種不同氮磷鉀配比肥、有機無機復合肥、緩釋肥、生物有機肥或生物菌肥的研究較少。本研究擬結(jié)合前人相關(guān)研究[12，13]，以山西運城地區(qū)旱地小麥復播玉米試驗田為研究對象，通過研究8種不同的肥料種類對旱地小麥植株干物質(zhì)積累、收獲產(chǎn)量及土壤酶活性和土壤養(yǎng)分含量的影響，從而為合理施肥、在高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時提高土壤肥力提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)所在地為山西省運城市垣曲縣長直鄉(xiāng)魯家坡村十傾園。垣曲縣位于山西省南部，地理坐標為東經(jīng)111°31′～112°10′，北緯35°00′～35°39′。暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，春季干旱多風，夏季雨量集中，秋季常有短時連陰雨出現(xiàn)，冬季少雪干燥，小氣候差異明顯。年平均日照時數(shù)2 026.2 h，年平均氣溫13.5 ℃，年積溫4 900 ℃，平均無霜期236 d，熱量資源較充足。年均降水量600～800 mm，一般集中在5～9月份。年蒸發(fā)量1 200 mm。

試驗區(qū)土壤類型為褐土性的紅立黃土，土層深厚，質(zhì)地適中。在播種冬小麥前，測得0～40 cm耕層土壤養(yǎng)分含量分別為：有機質(zhì)7.71～12.81 g·kg-1，堿解氮51.5～76.1 mg·kg-1，速效磷5.10～11.26 mg·kg-1，速效鉀92.5～132.0 mg·kg-1。

1.2 供試小麥品種

煙農(nóng)21，冬性、中晚熟、多穗、分蘗力強、抗倒性能力強，小麥種子由山西省侯馬市金色農(nóng)田農(nóng)業(yè)科技市場有限公司提供。

1.3 試驗設計

試驗于2015年10月至2016年6月，在山西省運城市垣曲縣長直鄉(xiāng)魯家坡村十傾園小麥復播夏玉米田進行。

試驗采用隨機區(qū)組設計，設8個肥料處理(表1)，分別是4種NPK復合肥、1種生物有機肥、1種氨基酸有機無機復合肥、1種高濃縮有機無機復合緩釋肥、1種微生物菌劑，以不施肥為對照(CK)，合計9個小區(qū)(表2)。每個小區(qū)種植666.7 m2，重復3次，共計小區(qū)27個，合計面積18 000.9 m2。2015年10月9日播種。播前，前茬玉米秸稈全量粉碎深翻還田，深翻深度40 cm，再按照表1肥料用量進行人工撒肥，旋耕整地；然后機械化條播小麥，行距20 cm，播量10 kg·hm-2666.7 m-2。生育期間及時除草、除蟲。于小麥關(guān)鍵生育時期(返青期3月1日、拔節(jié)期4月10日、抽穗期5月4日)取樣，在每個小區(qū)取樣3株，分袋裝好，進行植株干物質(zhì)積累量及其它農(nóng)藝性狀的測定；同時每個處理選擇3個點，垂直根際分層取土(0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm)，所獲土樣裝入滅菌塑封袋，待測土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性；成熟期，各個肥料處理分別選擇3個固定樣段，每個樣段面積1 m2，進行產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)測定。

表1 供試肥料Table 1 The tested fertilizers

表2 供試肥料及養(yǎng)分用量Table 2 The test fertilizers and nutrient dosage

1.4 各項指標的測定方法

植株干物質(zhì)積累量測定：將樣品植株在105 ℃殺青后，于80 ℃烘至恒重，稱其干重。

產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)測定：調(diào)查株高、單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重。

土壤樣品處理方法：將所獲土樣充分混勻，放在陰涼通風處風干、研磨，備用。

土壤養(yǎng)分含量的測定[14]：土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量的測定分別采用重鉻酸鉀容量法、堿解擴散法、0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法、火焰光度法?？紤]到試驗田鉀含量相對充足，因此沒有作為試驗指標進行測定。

土壤酶活性的測定[15]：土壤脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶活性分別采用靛酚比色法、磷酸苯二鈉比色法、3，5-二硝基水楊酸比色法。

1.5 數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計分析

試驗采用EXCEL軟件進行數(shù)據(jù)處理，運用DPS7.05數(shù)據(jù)分析軟件進行分析，采用SAS軟件進行主成分分析、相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥種類對旱地小麥干物質(zhì)積累量的影響

施用不同類型肥料對小麥春季生長期干物質(zhì)積累的影響如圖1所示。

圖1 不同施肥處理的小麥單株干物質(zhì)積累Fig.1 Dry matter accumulation of each wheat in different fertilization treatments注：小寫字母不同表示同一指標不同處理差異顯著(P<0.05)。下圖同。Note: Different lowercase letters show significant difference of different treatments at the 0.05 lever in the same index. The same Selow.

(1)在返青期，含N低的NPK復合肥F5(N-P2O5-K2O=16-20-6)和氨基酸有機無機復合肥F4(N-P2O5-K2O≥16%，有機質(zhì)≥20%)，以及含黃腐殖酸鉀的F6(微生物菌劑，活性有機質(zhì)≥60%)與F7(高濃縮緩釋肥)處理的小麥植株干物質(zhì)積累，顯著低于含N量高的NPK復合肥F2(N-P2O5-K2O=25-15-5)、F3(N-P2O5-K2O=20-10-10)、F1(N-P2O5-K2O=28-10-7)和含較多有效活性菌及有機質(zhì)(有效活性菌≥20億·g-1，有機質(zhì)≥40%)的生物有機肥F8處理，說明含N高的NPK復合肥或有機質(zhì)含量高的生物有機肥均有利于冬前干物質(zhì)積累；而F6和F7中的黃腐殖酸是一種從天然腐植酸中提取的短碳鏈分子結(jié)構(gòu)物質(zhì)，具有高負載量及生理活性，它通過螯合常量及微量營養(yǎng)物質(zhì)使其緩慢釋放，從而更好地為植物利用，因而施用F6和F7肥料后的小麥植株冬前干物質(zhì)積累相對較低；(2)進入拔節(jié)期，除F2、F3、F8處理的小麥植株干物質(zhì)積累略有降低外，其余處理的干物質(zhì)積累均有所增加，其中增加幅度最大的處理是F4(增加145.2%)，其次是F6、F5、F7和F1，增加幅度介于33.2%～19.7%之間；說明返青至拔節(jié)期植株地上部生長緩慢，吸收利用速效性N較少，且由于有機肥礦化分解需要一個過程，因此其養(yǎng)分釋放緩慢，從而影響植株吸收其養(yǎng)分，但可能吸收利用速效性P(F5)較多，在促根的同時促莖葉生長，而氨基酸肥(F4)和黃腐殖酸鉀肥(F6、F7)這兩種緩效肥則可能易被根系吸收，因而有一定的地上部干物質(zhì)積累，關(guān)于不同肥料處理下小麥植株NPK吸收情況將在后續(xù)研究中進一步探討；(3)隨生育時期進入拔節(jié)至抽穗的春季生長高峰期，各處理小麥植株干物質(zhì)積累均急劇增加，依次為F3(205.7 %)、F8(177.3 %)、F1(162.7 %)、F4(137.3 %)、F7(119.7 %)、F6(107.4 %)、F2(72.0 %)和F5(40.0 %)，進一步說明緩釋肥、生物有機肥的肥效后效及養(yǎng)分持續(xù)吸收利用性，同時說明N對地上部莖葉生長的促進作用，而含N低、含P高的NPK復合肥F5(N-P2O5-K2O=16-20-6)不利于拔節(jié)后至抽穗期植株的營養(yǎng)生長；整體來看，各時期的小麥干物質(zhì)積累量差異性顯著(P<0.05)；在返青期F2施肥處理小麥干物質(zhì)積累量最高，其次是F3和F8施肥處理，F(xiàn)4、F5、F6、F7施肥處理小麥干物質(zhì)積累量相對較低，且各處理之間的差異性均不顯著(P≥0.05)；拔節(jié)期和抽穗期，F(xiàn)4施肥處理較有利于小麥干物質(zhì)積累，其次是F1、F3、F8施肥處理，F(xiàn)6、F7施肥處理的差異性均不顯著(P≥0.05)。值得指出的是，氨基酸有機無機復合肥F4處理在小麥植株吸收利用方面表現(xiàn)了明顯的優(yōu)越性，干物質(zhì)累積量最高。整體就干物質(zhì)積累而言，與不施肥CK處理相比，F(xiàn)4的植株干物質(zhì)積累最高，其次是F1、F3、F8處理，F(xiàn)2與CK接近，

其余處理均不及CK。

2.2 施肥種類對旱地小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

從收獲時單株及單位面積產(chǎn)量來看(表3)，除單位面積總穗數(shù)外，不同的肥料種類在其它各項指標內(nèi)差異性均為顯著水平(P<0.05)。以對照CK為參比，株高在54 cm以上的處理有：F4、F1、F2、F3、F5、F8，其中F1、F2、F4肥料處理的效果最佳，其次是F3肥料處理，F(xiàn)5、F8肥料處理之間差異不顯著(P≥0.05)；單株地上部干重和單穗粒重均為F3肥料處理效果最佳，其次是F4肥料處理；單株地上部生物產(chǎn)量達到2.40 g以上、單穗粒重達到1.10 g以上(與CK處理相比)的處理均是：F3、F4、F1、F8；單位面積總穗數(shù)高于CK處理的的肥料種類有：F5、F2、F4；千粒重高于45 g(CK處理)以上的肥料種類有：F1、F8、F3、F2、F5、F7；實際收獲籽粒產(chǎn)量達到2 650 kg·hm-2以上的處理是：F4、F3、F1，且F4肥料處理的籽粒產(chǎn)量最高，其次是F3、F1、F5、F8肥料處理，F(xiàn)2、F6肥料處理之間差異性不顯著(P≥0.05)。

表 3 不同施肥處理的小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)Table 3 The wheat yield and yield structure of different fertilization treatments

研究表明，籽粒產(chǎn)量一部分來源于開花前營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運，一部分來源于花后籽粒光合產(chǎn)物積累[16、17]。結(jié)合圖1可知，含黃腐殖酸鉀的菌肥或高濃縮緩釋肥處理的小麥植株前期積累營養(yǎng)不足，相應地后期成穗數(shù)、穗粒重偏低，產(chǎn)量偏低；而含N低、含P高的NPK復合肥F5(N-P2O5-K2O=16-20-6)雖然前期植株營養(yǎng)積累也不足(圖1)，但后期成穗數(shù)(268.7×104·hm-2)、穗粒重(48.0 g)相對較高，可能與肥料含P高、促進作物吸P、進一步提高成穗率增加穗粒重有關(guān)；生物有機肥處理F8在前期植株營養(yǎng)積累與后期穗粒重增加上均具有一定的潛力；總體來看，既能保證前期營養(yǎng)積累，又可獲得后期足夠的成穗數(shù)與穗粒重的肥料處理是氨基酸有機無機復合肥F4(N-P2O5-K2O≥16 %，有機質(zhì)≥20 %)和NPK含量均較高的NPK復合肥處理F3(N-P2O5-K2O=20-10-10)，其次是NP含量均較高的NPK復合肥處理F1(N-P2O5-K2O=28-10-7)和F2(N-P2O5-K2O=25-15-5)。

2.3 施肥種類對旱地小麥土壤酶活性及土壤養(yǎng)分含量垂直分布的影響

通過測定各處理小麥返青期、拔節(jié)期、抽穗期的土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量，發(fā)現(xiàn)各處理在三個時期的整體變化趨勢一致，因此，本文選擇抽穗期的數(shù)據(jù)作分析。土壤酶活性見圖2，土壤養(yǎng)分含量見圖3。

圖2 不同施肥處理小麥土壤脲酶(A)、堿性磷酸酶(B)、蔗糖酶(C)活性垂直分布Fig.2 Vertical distribution of urease(A)、sucrose(B)、alkaline phosphatase(C) activity in rhizosphere soil of wheat under different soil layers.注：小寫字母不同表示同一土層不同肥料差異顯著(P<0.05)，下圖同。Note: Different lowercase letters show significant difference at the 0.05 lever in same soil layer under different soil fertilizers (P<0.05). The same as below.

圖3 不同施肥處理小麥土壤堿解氮(A)、速效磷(B)、有機質(zhì)(C)含量垂直分布Fig.3 Vertical distribution of available nitrogen(A)、available phosphorus(B)、organic matter(C) content in wheat rhizosphere soil under different soil layers

從圖2(A、B、C)看出，在0～100 cm土層，以耕層0～20 cm的土壤酶活性最高，隨著土層深度的加深，土壤脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶活性總體呈逐漸降低趨勢，說明耕層土壤是根系及土壤理化微生物活躍區(qū)。分析耕層0～20 cm的土壤酶活性，發(fā)現(xiàn)與CK處理比較，除含黃腐殖酸鉀的微生物菌劑F6處理的脲酶、蔗糖酶活性與CK接近、堿性磷酸酶略高于CK外，其余所有肥料處理均明顯提高旱地小麥土壤3種酶活性(P<0.05)；其中，脲酶活性較高的處理依次是F1>F2>F7>F8>F3>F4>F5；堿性磷酸酶活性較高的處理依次是F1>F7>F2>F3>F8>F4>F5；蔗糖酶活性較高的處理依次是F1>F2>F3>F7>F4>F8>F5。

如圖3所示，在0～100 cm土層，堿解氮含量呈低-高-低-低-低的變化趨勢，20～40 cm土層含量最高，60 cm以下土層降低幅度較大；速效磷含量呈高-低-低的變化趨勢，0～20 cm土層含量最高，40 cm以下土層降低幅度平緩；而有機質(zhì)含量在0～20 cm土層最高，20～60 cm土層降低幅度較小，60 cm以下土層降低幅度較大。堿解氮含量在20～40 cm最高的原因可能與秸稈還田深翻在40 cm土層有關(guān)。同樣以養(yǎng)分含量最高的土層(堿解氮20～40 cm，速效磷和有機質(zhì)0～20 cm)來看，以CK做參比，結(jié)果，與土壤酶活性的表現(xiàn)一致，除含黃腐殖酸鉀的微生物菌劑F6處理的3種養(yǎng)分含量或者與CK接近、或者比CK略高外，其余所有肥料處理均明顯提高旱地小麥土壤堿解氮、速效磷和有機質(zhì)含量(P<0.05)；其中，堿解氮含量從高到低依次是：F1>F2>F3>F7>F8>F4>F5；速效磷含量依次是F2>F1>F4>F7>F8>F3>F5；有機質(zhì)含量依次是F7>F4>F8>F1>F2>F3>F5。若以0～20 cm土層分析堿解氮，則F7、F8肥料對0～20 cm土層的土壤堿解氮含量的提高最有益，其次是F5。

2.4 旱地小麥植株及根土系統(tǒng)建成的主要指標分析

為了精準闡明不同肥料處理對旱地小麥植株及根土系統(tǒng)建成的影響，對抽穗期地上部植株干重、0～20 cm土層的3個土壤酶活性和3個土壤養(yǎng)分含量以及收獲期籽粒產(chǎn)量共8個指標進行相關(guān)分析(表4)，結(jié)果表明：土壤酶之間、土壤酶與土壤養(yǎng)分之間均呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01，P<0.001)正相關(guān)(堿解氮與蔗糖酶除外)；收獲期籽粒產(chǎn)量與抽穗期地上部植株干重呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)。

根據(jù)相關(guān)系數(shù)進一步對上述8個指標做主成分分析(表5、圖4 A、圖4B)，結(jié)果表明：第1、第2主成分的特征值均大于1，且累積貢獻率達到88.00%，而第3主成分的特征值小于1，貢獻率僅7%，因此第1、第2主成分占據(jù)了所有數(shù)據(jù)變化的88%以上的變異，可以進行綜合性評價。結(jié)合表4、圖4 A看出，第一個主成份的值同8個指標均成正相關(guān)，其中載荷值較大的指標依次是堿性磷酸酶、脲酶、有機質(zhì)、蔗糖酶、速效磷、堿解氮，而載荷值較小的指標是地上部植株干重和籽粒產(chǎn)量，說明第一主成分反映的是土壤指標，因此將其命名為土壤指數(shù)。同理，將第2主成分命名為植株指數(shù)，且載荷值較大的植株指標與速效磷含量和蔗糖酶活性呈正相關(guān)，而與堿解氮含量和堿性磷酸酶活性呈負相關(guān)，說明籽粒產(chǎn)量和植株干重越高，土壤中殘留的速效磷含量和蔗糖酶活性越高，但土壤中殘留的堿解氮含量和堿性磷酸酶活性越低，而對土壤有機質(zhì)含量和脲酶活性的影響相對不大。

表4旱地小麥植株、土壤酶活性及土壤營養(yǎng)之間的相關(guān)性

Table4 The correlation coefficients among the dry land wheat plant, the wheat soil enzyme activity and rhizosphere nutrition

指標Index堿解氮Availablenitrogen速效磷Availablephosphorus有機質(zhì)Organicmatter蔗糖酶Alkalinephosphatase磷酸酶Sucrose脲酶Urease植株干重Dryplantweight速效磷0295910000有機質(zhì)063690627610000蔗糖酶0482009268???06784?10000磷酸酶07906??07121?09192???07756??10000脲酶07270?07123?09005???07320?09416???10000植株干重-03360037970128303782005450105710000籽粒產(chǎn)量-04440020420123701995-010900022508823??

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01，***表示P<0.001。

Note: * shows significant difference at the 0.05 level,**shows significant difference at the 0.01 level,***shows significant difference at the 0.001 level.

表5、圖4B在第1主成分軸上，肥料F1(N:P2O5:K2O=28-10-7)與CK、微生物菌劑F6的作用明顯相反，說明含N高的NPK復合肥明顯提高了旱地小麥土壤肥力，而微生物菌劑F6對旱地小麥土壤肥力的提高作用不大；在第2主成分軸上，肥料F4、F3與F7的作用明顯相反，說明與高濃縮緩釋肥F7相比，氨基酸有機無機復合肥F4和N適量而PK含量高的NPK復合肥F3明顯提高了旱地小麥植株地上部生物產(chǎn)量及籽粒產(chǎn)量。從主成分圖看出，本試驗中，生物有機肥F8對旱地小麥土壤肥力及植株產(chǎn)量沒有表現(xiàn)出應有的潛力。為此，根據(jù)上述8個測定指標對8個施肥處理與CK對照進行最短距離聚類(圖5)，結(jié)果表明：最短距離為4.7時，可以將肥料處理分為兩大類，分別是Ⅰ(F1、F2、F3、F4、F7、F8)、Ⅱ(F5、F6、CK)；最短距離為3.8時，可以將第Ⅰ類進一步劃分1(F1、F2、F3、F4)、2(F7、F8)兩類；最短距離為3.2時，繼續(xù)將第1類再劃分為a(F1、F2)、b(F3、F4)兩類，與主成分圖4B的結(jié)果相似。

圖4 測定指標(A)和肥料處理(B)的主成分圖Fig.4 The principal component diagram of the determined index (A) and fertilizer treatments (B)

圖5 不同肥料處理的平均距離聚類圖Fig.5 The average distance clustering diagram of different fertilization treatments

3 討論

3.1 施肥種類對小麥干物質(zhì)積累及產(chǎn)量、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

本研究結(jié)果表明，返青期各處理均有一定的干物質(zhì)積累，但返青到拔節(jié)干物質(zhì)積累增加幅度較小，甚至個別處理略有降低，而拔節(jié)至抽穗干物質(zhì)積累顯著提升，究其原因一方面是小麥生長有兩次高峰期，一次在冬前，一次在春季拔節(jié)-抽穗期；而另一方面則與降水季節(jié)分布不均有關(guān)。據(jù)垣曲降水資料(表略)表明，前茬玉米生長期間(2015年6-9月)當?shù)亟邓?04.6 mm，而且在小麥播種前的10月1-9日降水量27.4 mm，土壤底墑充足，小麥播種出苗較好；播種后到冬前生長高峰期(10-11月)降水123.7 mm，因此各處理小麥均獲得一定的冬前干物質(zhì)積累；但在越冬期至拔節(jié)調(diào)查日(2015.11.26-2016.4.10)連續(xù)130多天干旱(降水僅25.8 mm)，嚴重限制了植株返青起身生長，影響了部分分蘗穗的形成，從而也直接導致后期收獲穗數(shù)偏低(多數(shù)處理不足2.5×104·hm-2)；從拔節(jié)調(diào)查日至抽穗調(diào)查日(2016年5月4日)及時降水41.4 mm，在一定程度上滿足了春季第二次生長高峰，因此植株干物質(zhì)積累有明顯提升；在整個灌漿期間(2016年5月4日-6月1日)降水充足(52.6 mm)，從而保證了籽粒干物質(zhì)積累(各處理千粒重至少在40 g以上)。由于產(chǎn)量結(jié)構(gòu)中起決定作用的因素首先是穗數(shù)，因此本試驗中盡管后期粒重較高，但產(chǎn)量偏低(最高產(chǎn)量僅3 855.9 kg·hm-2)。因此，要使旱地小麥產(chǎn)量提高，首先必須保證一定的穗數(shù)。為此，后續(xù)研究將著力探討春季干旱期補充灌漿水研究。

表5影響小麥植株及根土系統(tǒng)建成的主成分分析

Table5 Principal component analysis of wheat plant and root system was affected

PRIN1PRIN2PRIN3指標Index堿解氮02291速效磷-05964有機質(zhì)04143蔗糖酶-04479堿性磷酸酶01057脲酶02126植株干重01115籽粒產(chǎn)量03883肥料FertilizerF12871409659-11369F216634-02944-05637F3050391659601097F4039852090309186F5-11485-0477000079F6-31741-04666-05428F713806-2996101072F809502-0797512988CK-3445403156-01987特征值229056貢獻率/%297累積貢獻率/%8895

在降水限制的基礎上，根據(jù)植株干物質(zhì)累積和籽粒產(chǎn)量兩個指標數(shù)據(jù)可得，含有機質(zhì)的肥料明顯優(yōu)于不含有機質(zhì)的肥料，尤以F4氨基酸有機無機復合肥最好；其次是NPK復合肥F3(N-P2O5-K2O=20-10-10)和F1(N:P2O5:K2O=28-10-7)，說明在保證一定量的氮磷鉀養(yǎng)分基礎上，適當增加有機質(zhì)含量更有利于旱地小麥生長，且氨基酸肥更易被吸收利用貯存，因此可能起到以肥調(diào)水的作用。于淑芳等[18]認為，與普通施肥相比，且肥料價格一致的情況下，氨基酸有機-無機復合肥(氮磷鉀配比為15-0-7和16-0-2)配合40%的氮磷鉀復合肥以及氨基酸有機-無機復合肥(氮磷鉀配比為15-6-4)單施都能明顯提高小麥千粒重和產(chǎn)量；周立峰等[19]研究發(fā)現(xiàn)，有機無機復合肥處理較常規(guī)施肥，冬小麥增產(chǎn)范圍在10%～30%之間；史春余等[20]研究發(fā)現(xiàn)，施用有機無機復合肥的小麥產(chǎn)量最高，分別比無肥對照和等氮、磷、鉀養(yǎng)分對照增產(chǎn)28. 31%和17. 14%，且為極顯著水平(P<0.01)。以上研究說明，施用有機無機復合肥后小麥產(chǎn)量整體優(yōu)于單施無機肥，與本研究結(jié)果一致。單就NPK復合肥而言，PK含量適當較高且等量的NPK復合肥(F3)既利于前期根莖生長積累干物質(zhì)，也利于后期籽粒干物質(zhì)積累；含氮量明顯較高的NPK復合肥(F1)僅次于F3，可能的原因是地上部莖葉生長主要與氮肥吸收有關(guān)[21]，而籽粒產(chǎn)量形成主要與灌漿期花前莖葉干物質(zhì)向穗部轉(zhuǎn)移量及花后籽粒光合產(chǎn)物積累量有關(guān)[22]，磷鉀肥的吸收則有助于灌漿期營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運及籽粒粒重增加[23]。

3.2 施肥種類對旱地小麥土壤酶及土壤養(yǎng)分的影響

本研究結(jié)果表明，整體而言，試驗中施用的各項肥料處理與CK處理相比，均有利于提高旱地小麥土壤酶活性及土壤養(yǎng)分含量，除F6肥料處理(含黃腐殖酸鉀的微生物菌劑)?？赡苁怯捎谖⑸锞鷦┬枰欢ǖ臓I養(yǎng)載體才能被活化從而發(fā)揮作用。同時，單施高配比的NPK復合肥F1、F2，氨基酸有機無機復合肥F4，緩釋肥F7，生物有機肥F8，均有利于提高土壤速效磷和有機質(zhì)含量；在0～20 cm土層中，單施緩釋肥F7和生物有機肥F8均有利于提高土壤堿解氮含量；而有利于提高旱地小麥土壤酶活性的肥料首先是F1(N-P2O5-K2O=28-10-7)，其次是F7(高濃縮緩釋肥)和F2(N-P2O5-K2O=25-15-5)。說明高氮比例復合肥、有機無機復合肥、高活性緩釋肥及生物有機肥均有利于土壤養(yǎng)分含量的提高，而土壤酶活性的提高則與高氮肥比例密切相關(guān)。

單季秸稈還田，汪軍等[24]研究表明，土壤有機質(zhì)隨著氮肥用量的增加而增加，相較不施秸稈與氮肥的處理增加了3.7%～11.2%。董志新等[25]通過與無機肥處理相比，認為沼渣有機無機復混肥(類似于F7高濃縮緩釋肥，富含有機質(zhì)、腐殖質(zhì)、微量營養(yǎng)元素、多種氨基酸、酶類和有益微生物)可不同程度提高土壤有機質(zhì)、全氮和有效磷含量?？诐萚26]研究發(fā)現(xiàn)，生物有機肥能顯著提高土壤有機質(zhì)、總氮磷鉀和速效氮磷鉀含量，且隨著施肥量的增加而增大,與本研究結(jié)果類似。

關(guān)于肥料對于土壤酶活性的影響，前人研究結(jié)果概括為：隨施氮量增加，土壤脲酶與蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性增加[27]；施用控釋氮肥(緩釋肥的高級形式)有利于提高土壤酶活性、土壤養(yǎng)分利用及小麥籽粒產(chǎn)量，是優(yōu)化農(nóng)業(yè)施肥管理的有效措施[28]；用生物復混肥比等養(yǎng)分量的有機無機復混肥處理能更顯著提高土壤微生物群落的豐富度和功能多樣性，從而增強土壤蔗糖酶和脲酶活性[29]；用3 600 kg·hm-2含豬糞的有機無機復合肥替代70%的常規(guī)化肥施用量處理土壤，可作為培育高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系潛力的施肥措施之一[30]，而土壤微生物種群繁衍有助于提高土壤酶活性[31]。本研究結(jié)果與上述研究結(jié)果基本一致，但不同之處在于，本研究結(jié)果表明，有利于提高旱地小麥土壤活性的肥料首先是F1(N-P2O5-K2O=28-10-7)，其次是F7(高濃縮緩釋肥)和F2(N-P2O5-K2O=25-15-5)，可能的原因是前茬玉米秸稈還田首先需要消耗高量氮磷元素，通過秸稈腐解從而提高土壤酶活性?；谏鲜鲈?，生物有機肥F8處理、氨基酸有機無機復合肥F4處理可能皆因氮磷含量不足而導致在提高土壤酶活性方面沒有體現(xiàn)應有的優(yōu)勢，該問題將在后續(xù)研究進一步探討。

3.3 旱地小麥土壤酶活性、土壤營養(yǎng)與植株干物質(zhì)積累及籽粒產(chǎn)量的相關(guān)分析

土壤酶的總體活性反映土壤肥力水平[32、33]，土壤肥力水平是決定植株良好生長及高產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。本研究的相關(guān)分析表明，旱地小麥植株干物質(zhì)積累及籽粒產(chǎn)量與土壤酶活性及土壤養(yǎng)分含量之間沒有明顯的相關(guān)性，但土壤養(yǎng)分含量與土壤酶活性兩兩之間多呈顯著或極顯著正相關(guān)，植株干物質(zhì)積累與籽粒產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。通過主成分分析，將土壤養(yǎng)分含量、土壤酶活性、植株干物質(zhì)積累及籽粒產(chǎn)量共8個指標劃分為兩大類，第一主成分命名為土壤指數(shù)，包括土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量6個指標，權(quán)重59%；第二主成分命名為植株指數(shù)，包括植株干物質(zhì)積累與籽粒產(chǎn)量2個指標，權(quán)重29%；與植株指數(shù)呈正相關(guān)的土壤指標是土壤速效磷含量和蔗糖酶活性，而呈負相關(guān)的土壤指標首先是堿解氮含量，因此建議從調(diào)控土壤速效氮磷含量及提高蔗糖酶活性方面著手來提高前期干物質(zhì)積累和后期籽粒產(chǎn)量，這與當前化肥尤其氮肥減施、提高土壤固碳潛力的研究課題相一致。

4 結(jié)論

旱地小麥-玉米一年兩作區(qū)旱地麥田上，氨基酸有機無機復合肥F4、N適量而PK含量高的NPK復合肥F3(N-P2O5-K2O=20-10-10)、含N高的NPK復合肥F1(N:P2O5:K2O=28-10-7)均明顯提高了旱地小麥植株地上部干物質(zhì)積累及籽粒產(chǎn)量，相較于CK處理，對于小麥干物質(zhì)積累，F(xiàn)3肥料處理的增長率為57.17%，F(xiàn)4肥料處理對小麥產(chǎn)量的提高率為31.23%；F1、F2、F7、F8、F3、F4均明顯提高了旱地小麥土壤肥力，例如F1肥料處理對土壤酶活性的提高效果最佳，且分別對蔗糖酶、磷酸酶、脲酶活性的增長率為10.20%、22.89%、38.53%；F1肥料處理也較有利于土壤堿解氮、速效磷含量的增加，與CK處理相比，可分別增加13.73%、9.31%；對于有機質(zhì)含量，F(xiàn)7肥料處理高于CK處理13.60%。因此，綜合考慮高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)與土壤肥力可持續(xù)性，肥料F4、F3、F1可用作單施基肥，建議考慮配合施用生物有機肥F8。緩釋肥F7與微生物菌劑F6需進一步試驗研究。

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