有機-無機肥協(xié)同調(diào)控小麥-玉米兩熟作物產(chǎn)量及土壤培肥效應(yīng)

鄭福麗，劉蘋，李國生，張柏松，李燕，魏建林，譚德水

有機-無機肥協(xié)同調(diào)控小麥-玉米兩熟作物產(chǎn)量及土壤培肥效應(yīng)

鄭福麗，劉蘋，李國生，張柏松，李燕，魏建林，譚德水

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廢棄物基質(zhì)化利用重點實驗室/山東省植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，濟南 250100）

【】在小麥-玉米兩季秸稈全還田條件下，探索不同有機-無機運籌模式對作物產(chǎn)量、氮效率和土壤養(yǎng)分的影響，為小麥-玉米一年兩季種植合理利用有機養(yǎng)分資源和科學(xué)培肥地力提供理論支撐。通過設(shè)計化肥與不同用量有機肥配合并結(jié)合施用秸稈腐熟劑措施，研究不同有機無機運籌模式對產(chǎn)量構(gòu)成、氮養(yǎng)分吸收、土壤有機質(zhì)及團聚體等特征的影響。試驗共設(shè)6個處理，分別為F處理（單施化肥），F(xiàn)A處理（化肥配秸稈腐熟劑），F(xiàn)M1處理（化肥配1 500 kg·hm-2有機肥），F(xiàn)M2處理（化肥配3 000 kg·hm-2有機肥），F(xiàn)M3處理（化肥配4 500 kg·hm-2有機肥），F(xiàn)AM2處理（化肥配3 000 kg·hm-2有機肥和秸稈腐熟劑）。（1）與單施化肥相比，施用不同用量有機肥和秸稈腐熟劑均可顯著增加小麥-玉米籽粒產(chǎn)量，其中FM3處理產(chǎn)量最高，小麥增產(chǎn)20.6%，玉米增產(chǎn)10.6%，F(xiàn)AM2處理小麥增產(chǎn)19.5%，玉米增產(chǎn)8.2%。產(chǎn)量增加源于產(chǎn)量各構(gòu)成要素的協(xié)同提高，小麥以公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)增加較為顯著，玉米以行粒數(shù)增加最為顯著。（2）增施有機肥和秸稈腐熟劑可以促進氮素向籽粒運移，提高氮素收獲指數(shù)，隨有機肥用量增加，小麥和玉米氮素積累量均增加，其中FM3處理和FAM2處理籽粒氮素累積量和收獲指數(shù)均較高，與F處理達(dá)顯著差異。配合施用秸稈腐熟劑的FA和FAM2處理較不施菌劑處理周年氮肥偏生產(chǎn)力提高了1.3—1.6 kg·kg-1。（3）增施有機肥和施用秸稈腐熟劑顯著增加土壤全氮、堿解氮和有機質(zhì)含量，其中FM3處理土壤全氮和有機質(zhì)含量最高，施用2年后相比F處理全氮增加0.17 g·kg-1，有機質(zhì)增加1.97 g·kg-1。各有機無機配施模式顯著降低土壤容重、提高孔隙度和水穩(wěn)性團聚體比例。連續(xù)2年試驗表明，增施有機肥、配施秸稈腐熟劑可以增加小麥-玉米產(chǎn)量，促進籽粒氮素吸收和轉(zhuǎn)運，改善土壤結(jié)構(gòu)和培肥地力，推薦FAM2處理作為本地區(qū)小麥-玉米輪作模式下有效的增產(chǎn)及土壤培肥技術(shù)模式。

有機無機協(xié)同；秸稈腐熟劑；產(chǎn)量；氮素效率；土壤肥力

0 引言

【研究意義】土壤肥力是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)資源，土壤培肥是建立科學(xué)施肥制度的重要內(nèi)容[1-2]。有機肥投入是一項重要的土壤培肥措施，中國畜禽有機肥及秸稈資源豐富，每年排放2.7×109t 畜禽糞便，其中僅有40%被處理或利用[3]；中國主要糧食作物秸稈年平均產(chǎn)量為4.9×108t，糧食秸稈露天焚燒量平均為0.98×108t，約占糧食作物秸稈總量的19%[4]。合理有效利用有機廢棄物養(yǎng)分，可以大大降低化肥的施用量。從保護環(huán)境、提高土壤肥力、資源充分利用等各方面考慮，有機無機配施是實現(xiàn)土壤可持續(xù)利用的科學(xué)施肥方式?！厩叭搜芯窟M展】有機無機肥配施具有培肥土壤、防止土壤酸化和鹽漬化、提高產(chǎn)量、消納有機排泄物、保護環(huán)境和節(jié)約資源等諸多積極作用[5-12]。Yadav等[8]和Manna等[9]研究表明，有機無機肥配施對作物的增產(chǎn)效果顯著高于氮、磷、鉀化肥處理。有機無機肥配施有利于作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，提高土壤肥力和提高氮肥的利用率；有利于農(nóng)業(yè)廢棄物資源的綜合利用。蔡澤江[13]和徐明崗等[14]研究表明，施用有機肥減少化肥用量，可以增加玉米、水稻產(chǎn)量和肥料利用率，還可以培肥土壤。張娟等[15]對小麥的研究表明，秸稈預(yù)處理后可以改善土壤環(huán)境，增加小麥產(chǎn)量?！颈狙芯壳腥朦c】關(guān)于有機無機肥料配施的肥效研究多關(guān)注于當(dāng)季作物，對后茬作物或者綜合評價周年種植體系的研究較少，有機肥與秸稈配合施用的研究更少。秸稈腐熟劑能使秸稈等有機廢棄物快速腐熟，釋放秸稈中磷、鉀等元素，產(chǎn)生大量有益微生物。在秸稈還田條件下，如何利用秸稈腐熟劑加速秸稈養(yǎng)分釋放，同時配合有機肥施用來改善土壤條件、提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量日趨重要。但有機肥的適宜用量及與秸稈腐熟劑配施的應(yīng)用效果因地而異，其作用機制還需要進一步研究探明?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在小麥玉米秸稈還田條件下，在山東半島丘陵地區(qū)設(shè)置不同有機肥和秸稈腐熟劑與化肥的協(xié)同運籌模式，研究不同模式對作物產(chǎn)量和土壤肥力的影響，篩選出適合該地區(qū)的最佳養(yǎng)分管理方式，為本地區(qū)小麥-玉米輪作增產(chǎn)和建立合理的培肥模式提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設(shè)在山東省安丘市輝渠鎮(zhèn)夏坡村，118°44′—119°27′E，36°05′—36°38′N，地處山東半島的中部，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，常年平均降水量646.3 mm，平均氣溫12.2℃，平均光照2 502.1 h。試驗地土壤類型為砂質(zhì)棕壤，土壤偏酸性，為旱地丘陵非水澆地。0—30 cm土壤基本理化性狀為土壤全氮0.99 g·kg-1、水解性氮65.3 mg·kg-1、有效磷10.8 mg·kg-1、速效鉀93.0 mg·kg-1、有機質(zhì)12.59 g·kg-1、pH 5.75，容重1.43 g·cm-3、孔隙度44.6%。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗種植制度為小麥-玉米周年輪作，于2017年10月開始，2019年10月結(jié)束，連續(xù)進行2年。試驗設(shè)置6個處理，3個重復(fù)，隨機區(qū)組排列，共計18個小區(qū)，小區(qū)面積50 m2（表1）。所施有機肥為腐熟雞糞，主要養(yǎng)分含量為N 2.17%、P2O51.48%、K2O 2.35%、有機質(zhì)45.78%、pH 8.05，有機肥全部于小麥季作為底肥一次性施入，玉米季不再施有機肥。秸稈腐熟劑為河南省沃寶生物科技有限公司生產(chǎn)，有效活菌數(shù)100億/g，產(chǎn)品含芽孢桿菌、霉菌等有益菌株，分解秸稈中的纖維素、木質(zhì)素、半纖維素。玉米秸稈還田量在9 000 kg·hm-2左右，玉米秸稈粉碎還田后有機肥均勻撒施在試驗小區(qū)，腐熟劑拌土后撒施在試驗小區(qū)，結(jié)合深耕翻地，使有機肥、菌劑、土壤和秸稈混合更均勻。小麥分別于2017年10月10日和2018年10月12日播種，品種為濟麥22，播種量為225 kg·hm-2，播種基施復(fù)合肥（15-15-15） 750 kg·hm-2，拔節(jié)追施225 kg·hm-2尿素，分別于2018年6月8日和2019年6月10日收獲。小麥?zhǔn)斋@后，秸稈全部粉碎還田，秸稈還田量在7 500 kg·hm-2左右，秸稈腐熟劑拌土后撒施在試驗小區(qū)秸稈表面，玉米品種為奧原8號，分別于2018年6月15日和2019年6月18日播種，行距75 cm，株距30 cm，分別于2018年10月4號和2019年10月5號收獲。玉米季統(tǒng)一施肥，播種施肥開溝一次性進行，基施緩控釋肥料（26-6-8）750 kg·hm-2，生育后期不追肥。大田試驗按正常田間管理措施進行。

表1 試驗設(shè)計

有機肥量為有機肥的實物用量。本試驗按照常規(guī)施肥習(xí)慣，在統(tǒng)一施用等量化肥和秸稈全部還田的基礎(chǔ)上，設(shè)計不同的有機肥和秸稈腐熟劑調(diào)控措施，所有處理化肥用量和秸稈用量相同，未統(tǒng)計秸稈養(yǎng)分影響

The organic fertilizer amount refers to the actual amount of organic fertilizer, on the basis of applying the same amount of chemical fertilizer and returning the straw to the field, different regulation measures of organic fertilizer and straw spoilage agent were designed; all treatments used the same amount of fertilizer and straw, no statistical effect of straw nutrient was made

1.3 測定項目與方法

種植前和小麥玉米收獲后分別取0—30 cm土壤，用于測定土壤的理化性狀指標(biāo)；環(huán)刀取土壤樣品，用于測定土壤容重和土壤孔隙度[16]。

小麥?zhǔn)斋@時每個小區(qū)收取3個樣方，每個樣方1 m2。貼地表收獲，進行小麥考種，統(tǒng)計穗數(shù)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，然后將小麥分成葉片、籽粒和其他3個部分，分別測定干物質(zhì)量和氮含量；玉米收獲時每個小區(qū)連續(xù)收取雙行20穗，風(fēng)干籽粒后考種，統(tǒng)計穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和千粒重。取10個代表性植株，按照葉片、籽粒和其他3個部分分開，105℃殺青30 min后，80℃烘干至恒重，測定干物質(zhì)量和氮含量。小麥和玉米小區(qū)全部收獲計算產(chǎn)量。植株氮含量測定方法參考土壤農(nóng)化分析方法[16]。根據(jù)文獻(xiàn)[17]，計算方法如下：

氮素積累量（kg·hm-2）=籽?；蚪斩挳a(chǎn)量×籽?；蚪斩捄浚?/p>

氮收獲指數(shù)（%）=籽粒吸氮量/地上部總吸氮量×100；

肥料氮偏生產(chǎn)力NPFP（kg·kg-1）=Y/F。

式中，Y指作物產(chǎn)量，kg·hm-2；F指氮肥投入量，kg·hm-2；NPFP指投入單位氮肥（包括化肥氮和有機肥氮）所生產(chǎn)的作物產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2016進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，采用DPS18.10軟件進行統(tǒng)計方差分析。

2 結(jié)果

2.1 不同有機無機協(xié)同模式對小麥-玉米產(chǎn)量的影響

化肥基礎(chǔ)上增施有機肥和秸稈腐熟劑可顯著提高小麥籽粒產(chǎn)量，其中FM3處理和FAM2處理產(chǎn)量均顯著高于其他4個處理，較F處理增產(chǎn)18%（2018）和22%（2019）。小麥季增施有機肥，對玉米也有一定的增產(chǎn)效果，但是增產(chǎn)幅度不如小麥明顯，隨有機肥用量增加玉米產(chǎn)量也增加，其中FM3處理的產(chǎn)量與其他5個處理產(chǎn)量達(dá)顯著差異，較F處理增產(chǎn)8.8%（2018）和12.4%（2019）。連續(xù)施用2年有機肥的小麥玉米產(chǎn)量比施用1年有機肥的產(chǎn)量可以提高3%—4%。通過FA和F處理可知，施用秸稈腐熟劑比不施秸稈腐熟劑，小麥和玉米產(chǎn)量可以提高3個百分點左右（表2）。

有機肥和秸稈腐熟劑應(yīng)用對小麥玉米產(chǎn)量構(gòu)成要素均有促進作用，小麥季FM3處理公頃穗數(shù)和FAM2處理穗粒數(shù)、小穗數(shù)均與F處理達(dá)顯著差異；施用秸稈腐熟劑的FA和FAM2處理的玉米穗行數(shù)最高，F(xiàn)M1處理的玉米行粒數(shù)和穗長最高，與F處理差異顯著，F(xiàn)AM2處理的玉米穗粗最高，與F處理顯著差異（表3）。

2.2 不同有機無機協(xié)同模式對氮素積累及氮素效率的影響

通過對2年小麥玉米氮素積累分析可知（表4），小麥玉米地上部的氮素主要集中在籽粒部分，莖葉中占比很少，化肥基礎(chǔ)上增施有機肥和秸稈腐熟劑可以促進氮素向籽粒的運移。隨有機肥用量增加，小麥氮素收獲指數(shù)增加，小麥氮素向籽粒運移增加，籽粒氮素積累量增大，其中FM3處理小麥氮素收獲指數(shù)最高，小麥籽粒氮素積累量最大，與其他處理差異顯著。FM3處理的玉米籽粒氮素積累量最大，與F處理差異顯著。

不同的有機無機協(xié)同模式對氮素在小麥-玉米中的積累影響不同，小麥季FAM2處理的小麥莖葉中氮素積累最高，玉米季FM3處理的玉米莖葉中氮素積累最高，玉米季各處理對氮素收獲指數(shù)影響不大。

從FM1、FM2、FM3處理可知，隨有機肥用量增加，肥料總氮量增加，氮肥偏生產(chǎn)力下降，F(xiàn)M3處理有機肥投入最多，氮肥偏生產(chǎn)力最低，與F處理差異顯著，2018年比F處理降低了3.0 kg·kg-1，2019年降低了1.9 kg·kg-1。連續(xù)施用有機肥，氮肥偏生產(chǎn)力增加，2019年氮肥偏生產(chǎn)力比2018年提高了1.5 kg·kg-1。

表2 小麥-玉米產(chǎn)量分析

同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。下同

Values followed by different small letters within a column are significantly different at 0.05 level. The same as below

表3 不同有機無機協(xié)同模式下小麥-玉米產(chǎn)量構(gòu)成要素分析

表4 小麥玉米不同部位氮素積累分布

由FA和F處理以及FAM2和FM2處理對比可知，秸稈腐熟劑的施用可以提高氮肥偏生產(chǎn)力1.3—1.6 kg·kg-1（表5）。

表5 小麥-玉米周年氮肥偏生產(chǎn)力

有機肥氮指有機肥中含有的氮，本試驗未考慮秸稈中有機氮的礦化

Organic fertilizer nitrogen refers to the nitrogen contained in organic fertilizer, the mineralization of organic nitrogen in straw was not considered in this experiment

2.3 不同有機無機協(xié)同模式對土壤理化性狀的影響

連續(xù)2年試驗結(jié)果表明，不同有機無機協(xié)同模式均可以提升土壤中全氮、堿解氮和有機質(zhì)的含量。隨有機肥用量增加，土壤全氮、有機質(zhì)和土壤堿解氮含量增加明顯，土壤容重降低，土壤孔隙度增加，水穩(wěn)性團聚體占比增加，而腐熟劑的配合施用起到了很好的促進作用（表6）。

連續(xù)施用有機肥和菌劑2年后，土壤全氮和有機質(zhì)比2017年種植前分別提高了10.3%—24.2%和3.5%—18.1%，其中FM3處理土壤全氮和有機質(zhì)含量最高，與F處理和種植前土壤相比，差異均達(dá)顯著水平。FM2、FM3和FAM2處理堿解氮含量較高，均比種植前土壤提高107%左右，比F處理提高15%左右。FAM2處理中，土壤容重最低，土壤孔隙度和水穩(wěn)性團聚體最高，與F處理達(dá)差異顯著，比種植前土壤容重降低8.2%，孔隙度提高17.1%，水穩(wěn)性大團聚體增加30.4%。

2.4 不同有機無機運籌模式經(jīng)濟效益分析

從表7可知，隨有機肥用量和菌劑增加，投入成本增加，但是周年小麥玉米產(chǎn)量也增加，總收入增加，農(nóng)民凈收益增加。單獨施用菌劑，小麥-玉米周年凈收益可增加549元/hm2；施用有機肥1 500—3 000 kg·hm2模式，農(nóng)民凈收益增加1 366—1 506元/hm2，F(xiàn)M3施肥模式，可使農(nóng)戶每年凈收益增加2 720元/hm2，F(xiàn)AM2有機肥和菌劑混合施用模式，農(nóng)戶每年凈收益增加2 425元/hm2。

3 討論

3.1 有機無機協(xié)同調(diào)控作物產(chǎn)量和養(yǎng)分效率

謝軍等[17]8年玉米-蔬菜輪作定位試驗表明，在等氮量條件下，有機無機配施與純化肥或純有機肥相比可顯著提高玉米產(chǎn)量，促進氮素吸收，高洪軍等[18]研究表明，有機氮替代部分化肥氮在黑土地上玉米增產(chǎn)效果較顯著。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，化肥基礎(chǔ)上增施有機肥對小麥玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因子均起到一定的促進作用，F(xiàn)M3處理和3 000 kg·hm-2有機肥配施秸稈腐熟劑的FAM2處理小麥比單施化肥增產(chǎn)18%—20%，玉米季有機肥后效明顯，玉米仍可增產(chǎn)8%—10%，連續(xù)施用第二年比第一年小麥玉米產(chǎn)量可以提高3—4個百分點。唐湘文等[19]研究表明在中低產(chǎn)田，增施有機肥可以很好地提高作物產(chǎn)量，同時秸稈腐熟劑的配合施用也可以很好地增加作物產(chǎn)量。大量研究也證明了有機無機的配合施用以及秸稈腐熟劑的施用均可以顯著提高氮素效率，增加作物產(chǎn)量[13,19-24]。如胡誠等[23]研究結(jié)果表明，在早晚稻上秸稈還田配施秸稈腐熟劑增加了稻谷的產(chǎn)量，比單施化肥最多增產(chǎn)1 423.2 kg·hm-2，增幅為23.5%。劉元東等[24]研究表明，添加秸稈腐熟劑后可使玉米秸稈提前30 d腐熟，且下輪小麥生長旺盛，分蘗和千粒重增加，小麥產(chǎn)量提高。

表6 玉米收獲后土壤理化性狀（2019）

表7 周年經(jīng)濟效益評價

價格核算按小麥2 240元/t、玉米1 900元/t、有機肥600元/t、菌劑20 000元/t計算。上表中“總收入”指2年小麥玉米的平均收入（不考慮成本），由于各處理施化肥、播種管理、收獲等成本都是相同的，故此未做統(tǒng)計?！叭斯こ杀尽眱H指增施有機肥和菌劑帶來的人工成本。“增加收益”是指扣除有機肥和秸稈腐熟劑及人工成本后比單施化肥模式增加的收入

Price: wheat 2 240 yuan/t, maize 1 900 yuan/t, organic fertilizer 600 yuan/t, inoculants 20 000 yuan/t. The “gross income” in the above table refers to the average wheat and corn income in two years regardless of cost. Since the costs of fertilizer application, sowing, management and harvest are the same for each treatment, no statistics are made. The “l(fā)abor costs” in the above table refer only to the labor costs resulting from the application of organic fertilizers and bacteriological agents. “Net income” refers to the income increased after deducting organic fertilizers and straw spoilage agents and labor costs compared with the model of single fertilizer application

高洪軍等[25]研究表明，等氮條件下長期適宜的有機無機配施不僅能有效調(diào)節(jié)春玉米氮素積累和轉(zhuǎn)運，還能提高氮肥利用效率。王小明等[26]的研究結(jié)果顯示，有機無機施氮模式能提高冬小麥和夏玉米籽粒產(chǎn)量，同時還能夠提高氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率。本試驗2年研究結(jié)果表明，F(xiàn)M3處理以及FAM2處理可以更好地提高作物對氮素的吸收，與單施化肥相比，F(xiàn)M3處理的小麥、玉米籽粒氮素積累量分別提高了28.7%和19.7%，F(xiàn)AM2處理的小麥、玉米籽粒氮素積累量分別提高了21.8%和17.9%，說明施用有機肥和秸稈腐熟劑促進了氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移，提高了氮素的利用效率，進而提高了作物產(chǎn)量。秸稈腐熟劑的施用比不施菌劑的處理氮肥偏生產(chǎn)力提高了1.3—1.6 kg·kg-1，其原因可能是由于秸稈腐熟劑促進了秸稈的腐解進程，改善了土壤的氮素及其他元素的供應(yīng)，進而作物產(chǎn)量得以提升。受土壤地力水平和作物品種的影響，本試驗作物產(chǎn)量偏低，整體氮肥偏生產(chǎn)力偏低，并且在不減少化肥氮的基礎(chǔ)上增加有機肥氮，整體氮肥投入量偏大，導(dǎo)致氮肥偏生產(chǎn)力低于單施化肥處理，在增施有機肥氮的同時減少化肥氮的投入，應(yīng)該可以更好地提高氮肥效率和氮肥偏生產(chǎn)力，促進作物對氮素的吸收和運移，同時維持或提高作物產(chǎn)量，達(dá)到減肥增效的效果。

3.2 有機無機協(xié)同調(diào)控土壤肥力

相關(guān)研究證實，有機無機肥料配施之所以與單施化肥相比能提高作物產(chǎn)量，主要是有機無機肥料配施能改善土壤氮素供應(yīng)過程，使土壤養(yǎng)分平穩(wěn)釋放，提高土壤有機質(zhì)尤其是活性有機質(zhì)含量，土壤有機碳累積量增加[18,27-29]。李燕青等[30]一年小麥玉米試驗發(fā)現(xiàn)，施用雞糞、豬糞處理土壤表層有效磷含量分別是單施化肥處理的5.82和7.06倍。陳貴等[31]研究表明牛糞處理和豬糞處理的土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量均有不同程度提升。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤全氮、有機質(zhì)和堿解氮含量均與有機肥用量成正比，連續(xù)2年試驗后FM3處理的土壤全氮、有機質(zhì)和堿解氮含量比單施化肥處理分別提高了16.9%、15.0%和13.9%，比種植前提高了25.3%、18.1%和106.6%。

在農(nóng)學(xué)上通常以直徑為10—0.25 mm水穩(wěn)性團聚體含量判別土壤結(jié)構(gòu)的好壞，其含量多表示結(jié)構(gòu)好[32]，并據(jù)此判斷某種耕作措施的改良效果，因為這種團聚體具有協(xié)調(diào)土壤保水、透氣和調(diào)節(jié)水熱狀況的作用。本試驗發(fā)現(xiàn)有機肥的施用在一定程度上降低了土壤容重，增加了土壤孔隙度，提高了水穩(wěn)性團聚體的占比，而且有機肥用量越大效果越明顯，連續(xù)施用2年后，與單施化肥處理相比，F(xiàn)M3處理容重降低3.8%，土壤孔隙度提高12.5%，水穩(wěn)性團聚體占比提高18.3%，證明了有機肥具有良好的改土培肥的作用。魏宇軒等[33]研究發(fā)現(xiàn)有機肥配施化肥顯著增加了土壤有機碳、胡敏酸碳（HAC）和胡敏素碳（HUC）含量，增加了不同粒級團聚體中有機碳和腐殖質(zhì)碳含量。王興祥等[34]研究發(fā)現(xiàn)，施用有機肥更有利于大團聚體含量的增加，這與本研究相一致。高量有機肥可以明顯提高土壤的全氮和有機碳含量，增加土壤速效氮磷鉀含量，改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，進而促進了作物對土壤養(yǎng)分的吸收，提高作物產(chǎn)量。

秸稈腐熟劑是由一群能將秸稈加速降解的微生物組成的菌劑，主要包括真菌、細(xì)菌和放線菌。腐熟劑利用這些微生物的分解代謝作用將秸稈中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等成分轉(zhuǎn)化為富含營養(yǎng)元素的簡單化合物，使秸稈降解為腐殖質(zhì)物質(zhì)，進而增加土壤肥力[35]。艾天成等[36]認(rèn)為秸稈在改良土壤密度、硬度等土壤結(jié)構(gòu)方面有顯著效果，而餅肥、豬糞能提高土壤有機質(zhì)含量。胡誠等[22]研究結(jié)果表明，秸稈還田配施秸稈腐熟劑提高了土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量及陽離子交換量，降低了土壤容重，秸稈還田提高了大于0. 25 mm風(fēng)干團聚體、水穩(wěn)性大團聚體含量。本研究發(fā)現(xiàn)，秸稈腐熟劑配合有機肥施用比單施秸稈腐熟劑效果更好，與單施化肥相比，秸稈腐熟劑和有機肥配施的FAM2處理周年土壤全氮提高12.3%，有機質(zhì)提高6.4%，土壤堿解氮含量提高15.3%。在改善土壤物理性狀方面，菌劑和3 000 kg·hm-2有機肥配合施用FAM2處理比單獨施用4 500 kg·hm-2有機肥FM3處理效果更明顯，比種植前容重降低5.2%，孔隙度提高14.2%，水穩(wěn)性大團聚體增加29.5%。這與前人的研究結(jié)果基本一致。眾多的研究表明了秸稈腐熟劑增產(chǎn)的機理正是添加了秸稈腐熟劑之后可以加速秸稈的腐解，增加土壤有機質(zhì)，降低土壤容重，從而改善了土壤物理化學(xué)性質(zhì)，促進了秸稈和土壤中有效養(yǎng)分的釋放，促進作物對養(yǎng)分的吸收，因此作物產(chǎn)量得以提高。

4 結(jié)論

化肥基礎(chǔ)上增施有機肥或配施秸稈腐熟劑均可顯著增加小麥和玉米產(chǎn)量，其中化肥配施4 500 kg·hm-2有機肥的FM3模式產(chǎn)量最高，小麥產(chǎn)量增幅高于玉米，施用3 000 kg·hm-2有機肥配合15 kg·hm-2秸稈腐熟劑的FAM2模式產(chǎn)量略低于FM3模式。3 000 kg·hm-2有機肥配合秸稈腐熟劑模式下綜合提升土壤質(zhì)量效果較優(yōu)。FM3模式和FAM2模式均可顯著增加農(nóng)民收益，推薦施用3 000 kg·hm-2有機肥結(jié)合15 kg·hm-2秸稈腐熟劑為魯東丘陵旱地小麥-玉米生產(chǎn)適宜的增產(chǎn)培肥技術(shù)模式。

[1] 趙秉強. 施肥制度與土壤可持續(xù)利用. 北京: 科學(xué)出版社, 2012, 451-455.

Zhao B Q.. Beijing: Science Press, 2012, 451-455. (in Chinese)

[2] 黃東風(fēng), 王利民, 李衛(wèi)華, 邱少煊. 培肥措施培肥土壤的效果與機理研究進展. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2014, 22(2): 127-135.

HUANG D F, WANG L M, LI W H, QIU S X. Research progress on the effect and mechanism of fertilization measure on soil fertility., 2014, 22(2): 127-135. (in Chinese)

[3] 全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心. 中國有機肥料資源. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社. 1999.

National Agro-Tech Extension and Service Center.. Beijing: China Agriculture Press, 1999. (in Chinese)

[4] 趙建寧, 張貴龍, 楊殿林. 中國糧食作物秸稈焚燒釋放碳量的估算. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2011, 30(4): 812-816.

ZHAO J N, ZHANG G L, YANG D L. Estimation of carbon emission from burning of grain crop residues in China., 2011, 30(4): 812-816. (in Chinese)

[5] 朱兆良, 孫波, 楊林章, 張林秀. 我國農(nóng)業(yè)面源污染的控制政策和措施. 科技導(dǎo)報, 2005, 23(4): 47-51.

ZHU Z L, SUN B, YANG L Z, ZHANG L X. Policy and countermeasures to control non-point pollution of agriculture in China., 2005, 23(4): 47-51. (in Chinese)

[6] 孟琳, 張小莉, 蔣小芳, 王秋君, 黃啟為, 徐陽春, 楊興明, 沈其榮. 有機肥料氮替代部分化肥氮對稻谷產(chǎn)量的影響及替代率. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(2): 532-542.

MENG L, ZHANG X L, JIANG X F, WANG Q J, HUANG Q W, XU Y C, YANG X M, SHEN Q R. Effects of partial mineral nitrogen substitution by organic fertilizer nitrogen on the yields of rice grains and their proper substitution rate., 2009, 42(2): 532-542. (in Chinese)

[7] 林治安, 趙秉強, 袁亮, HWAT B S. 長期定位施肥對土壤養(yǎng)分與作物產(chǎn)量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(8): 2809-2819.

LIN Z A, ZHAO B Q, YUAN L, HWAT B S. Effects of organic manure and fertilizers long-term located application on soil fertility and crop yield., 2009, 42(8): 2809-2819. (in Chinese)

[8] YADAV R L, DWIVEDI V S, PRASAD K, TOMAR O K, SHURPALI N J, PANDEY P S. Yields trends, and changes in soil organic-C and available NPK in a long-term rice-wheat system under integrated use of manures and fertilizers., 2000, 68(3): 219-246.

[9] MANNA M C, SWARUP A, WANIHARI R H, RAVANKAR H N, SAHA M N, SINGH Y V, SAHI D K, SARAP P A. Long-term effect of fertilizer and manure application on soil organic carbon storage, soil quality and yield sustainability under sub-humid and semi-arid tropical India., 2004, 93(2): 264-280.

[10] GHOSH P K, RAMESH P, BANDYOPADHYAY K K, TRIPATHI A K, HATI K M, MISRA A K, ACHARYA C L. Comparative effectiveness of cattle manure, poultry manure, phosphor compost and fertilizer-NPK on three cropping systems in vert soils of semi-arid tropics. I. Crop yields and system performance., 2004, 95(1): 77-83.

[11] LIN Z A, CHANG X H, WANG D M, ZAHO G C, ZHAO B Q. Long-term fertilization effects on processing quality of wheat grain in the North China Plain., 2015, 174: 55-60.

[12] CAI Z C, QIN S W. Dynamics of crop yields and soil organic carbon in a long-term fertilization experiment in the Huang-Huai-Hai Plain of China., 2006, 136(3): 708-715.

[13] 蔡澤江, 孫楠, 王伯仁, 徐明崗, 黃晶, 張會民. 長期施肥對紅壤pH、作物產(chǎn)量及氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2011, 17(1): 71-78.

CAI Z J, SUN N, WANG B R, XU M G, HUANG J, ZHANG H M. Effects of long-term fertilization on pH of red soil, crop yield sand uptakes of nitrogen, phosphorous and potassium., 2011, 17(1): 71-78. (in Chinese)

[14] 徐明崗, 李冬初, 李菊梅, 秦道珠, 八木一行, 寶川靖和. 化肥有機肥配施對水稻養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 41(10): 3133-3139.

XU M G, LI D C, LI J M, QIN D Z, KAZUYUKI Y, YASUKAZU H. Effects of organic manure application combined with chemical fertilizers on nutrients absorption and yield of rice in Hunan of China., 2008, 41(10): 3133-3139. (in Chinese)

[15] 張娟, 沈其榮, 張亞麗, 曹金留, 冉煒, 褚貴新. 施用預(yù)處理秸稈的土壤供氮特征及冬小麥吸收的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2004, 10(1): 24-28.

ZHANG J, SHEN Q R, ZHANG Y L CAO J L, RAN W, CHU G X. Effects of application of pretreated rice straw on soil nitrogen supply and nitrogen uptake by winter wheat., 2004, 10(1): 24-28. (in Chinese)

[16] 魯如坤. 土壤農(nóng)化分析. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 1999: 12, 89, 150, 180, 194, 266, 309.

LU R K.. Beijing: Agriculture and Science Press, 1999: 12, 89, 150, 180, 194, 266, 309. (in Chinese)

[17] 謝軍, 趙亞南, 陳軒敬, 李丹萍, 徐春麗, 王珂, 張躍強, 石孝均. 有機肥氮替代化肥氮提高玉米產(chǎn)量和氮素吸收利用效率. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(20): 3934-3943.

XIE J, ZHAO Y N, CHEN X J, LI D P, XU C L, WANG K, ZHANG Y Q, SHI X J. Nitrogen of organic manure replacing chemical nitrogenous fertilizer improve maize yield and nitrogen uptake and utilization efficiency., 2016, 49(20): 3934-3943. (in Chinese)

[18] 高洪軍, 彭暢, 張秀芝, 李強, 朱平. 長期施肥對黑土活性有機質(zhì)、pH 值和玉米產(chǎn)量的影響. 玉米科學(xué), 2014, 22(3): 126-131.

GAO H J, PENG C, ZHANG X Z, LI Q, ZHU P. Effects of long-term fertilization on maize yield, active organic matter and pH value of black soil., 2014, 22(3): 126-131. (in Chinese)

[19 ] 唐湘文, 黃晶, 王伯仁. 有機肥料用量對低產(chǎn)稻田土壤養(yǎng)分和水稻產(chǎn)量的影響. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017(9): 33-36.

TANG X W, HUANG J, WANG B R. Effects ?of ?organic ?fertilizer? amount?on ?soil ?nutrients? and ?rice ?yield?in ?low? yield? paddy ?fields., 2017(9): 33-36. (in Chinese)

[20] SHISANYA C A, MUCHERU M W, MUGENDI D N, KUNG U J B. Effect of organic and inorganic nutrient sources on soil mineral nitrogen and maize yields in central highlands of Kenya., 2009, 103: 239-246.

[21] ZHANG Y L, LI C H, WANG Y W, HU Y M, CHRISTIE P, ZHANG J L, LI X L. Maize yield and soil fertility with combined use of compost and inorganic fertilizers on a calcareous soil on the North China Plain., 2016, 155: 85-94.

[22] 于天一, 逄煥成, 李玉義, 王伯仁. 紅壤旱地長期施肥對春玉米光合特性和產(chǎn)量的影響. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2013, 18(2): 17-21.

YU T Y, PANG H C, LI Y Y, WANG B R. Effects of long-term fertilization on photosynthetic characteristics and yield of spring maize in upland red soil., 2013, 18(2): 17-21. (in Chinese)

[23] 胡誠, 陳云峰, 喬艷, 劉東海, 張順陶, 李雙來. 秸稈還田配施腐熟劑對低產(chǎn)黃泥田的改良作用. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2016, 22(1): 59-66.

HU C, CHEN Y F, QIAO Y, LIU D H, ZHANG S T, LI S L. Effect of returning straw added with straw-decomposing inoculants on soil melioration in low-yielding yellow clayey soil, 2016, 22(1): 59-66. (in Chinese)

[24] 劉元東, 劉香坤, 姜玉琴, 朱玉成, 董旭勇, 王風(fēng)英, 劉尚偉. B M 秸稈腐熟劑在小麥上的應(yīng)用效果. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 40(12): 77-79．

LIU Y D, LIU X K, JIANG Y Q, ZHU Y C, DONG X Y, WANG F Y, LIU S W. Research on B M applied straw decomposition inoculant in wheat production.2011, 40(12): 77-79. (in Chinese)

[25] 高洪軍, 朱平, 彭暢, 張秀芝, 李強, 張衛(wèi)建. 等氮條件下長期有機無機配施對春玉米的氮素吸收利用和土壤無機氮的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2015, 21(2): 318-325.

GAO H J, ZHU P, PENG C, ZHANG X Z, LI Q, ZHANG W J. Effects of partially replacement of inorganic N with organic materials on nitrogen efficiency of spring maize and soil inorganic nitrogen content under the same N input., 2015, 21(2): 318-325. (in Chinese)

[26] 王小明, 謝迎新, 王永華, 王晨陽, 朱云集, 郭天財. 施氮模式對冬小麥/夏玉米產(chǎn)量及氮素利用的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2011, 17(3): 578-582．

WANG X M, XIE Y X, WANG Y H, WANG C Y, ZHU Y J, GUO T C. Effects of nitrogen application mode on winter wheat/summer maize yield and nitrogen utilization., 2011, 17(3): 578-582. (in Chinese).

[27] 呂國紅, 焦曉光, 王笑影, 謝艷兵. 不同施肥方式對農(nóng)田有機碳含量的影響. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 38(6): 3035-3038.

Lü G H, JIAO X G, WANG X Y, XIE Y B. Effects of different fertilization methods on organic carbon content in farm land., 2010, 38(6): 3035-3038. (in Chinese)

[28] WITT C, CASSMAN K G, OTTOW J C G, BIKER U. Soil microbial biomass and nitrogen supply in an irrigated lowland rice soil as affected by crop rotation and residue management., 1998, 28: 71-80.

[29] GOYAL S, CHANDER K, MUNDRA M C, KAPOOR K K. Influence of inorganic fertilizers and organic amendments on soil organic matter and soil micro-bia properties under tropical conditions., 1999, 29: 196-200.

[30] 李燕青, 溫延臣, 林治安, 趙秉強. 不同有機肥與化肥配施對氮素利用率和土壤肥力的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2019, 25(10): 1669-1678.

LI Y Q, WEN Y C, LIN Z A, ZHAO B Q. Effect of different organic manures combined with chemical fertilizer on nitrogen use efficiency and soil fertility., 2019, 25(10): 1669-1678. (in Chinese)

[31] 陳貴, 張紅梅, 沈亞強, 程旺大. 豬糞與牛糞有機肥對水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分利用和土壤肥力的影響. 土壤, 2018, 50(1): 59-65.

CHEN G, ZHANG H M, SHEN Y Q, CHENG W D. Application effects of swine and cow manures on rice yield, nutrient uptakes and use efficiencies and soil fertility., 2018, 50(1): 59-65. (in Chinese)

[32] 張賽, 王龍昌. 保護性耕作對土壤團聚體及其有機碳含量的影響. 水土保持學(xué)報, 2013, 27(4): 263-272．

ZHANG S, WANG L C. Effect of conservation tillage on stability and content of organic carbon in soil aggregates., 2013, 27(4): 263-272. (in Chinese)

[33] 魏宇軒, 蔡紅光, 張秀芝, 張晉京, 任軍, 王立春. 不同種類有機肥施用對黑土團聚體有機碳及腐殖質(zhì)組成的影響. 水土保持學(xué)報, 2018, 32(3): 258-263.

WEI Y X, CAI H G, ZHANG X Z, ZHANG J J, REN J, WANG L C. Effects of different organic manures application on organic carbon and humus composition of aggregate fractions in black soil., 2018, 32(3): 258-263. (in Chinese)

[34] 王興祥, 張?zhí)伊? 魯如坤. 施肥措施對紅壤結(jié)構(gòu)的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2001, 9(3): 70-72.

WANG X X, ZHANG T L, LU R K. Effect of application of fertilizer on soil structure in red soil., 2001, 9(3): 70-72. (in Chinese)

[35] 韓夢穎, 王雨桐, 高麗, 劉振宇, 劉忠寬, 曹衛(wèi)東, 劉曉云. 降解秸稈微生物及秸稈腐熟劑的研究進展. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2017, 48(6): 1024-1030.

HAN M Y, WANG Y T, GAO L, LIU Z Y, LIU Z K, CAO W D, LIU X Y. Straw degradation microorganism and straw decomposing inoculant: A review., 2017, 48(6): 1024-1030. (in Chinese)

[36] 艾天成, 李方敏, 萬健民, 王豐. 不同有機肥對土地平整后土壤肥力及水稻生育的影響. 湖北農(nóng)學(xué)院學(xué)報, 2002, 22(3): 206-209.

AI T C, LI F M, WAN J M, WANG F. The effect of different organic fertilizers on soil fertility of the recovered land and the growth of rice., 2002, 22(3): 206-209. (in Chinese)

Organic-inorganic coordinated regulation to wheat-maize double crop yield and soil fertility

ZHENG FuLi, LIU Ping, LI GuoSheng, ZHANG BoSong, LI Yan, WEI JianLin, TAN DeShui

(Institute of Agricultural Resources and Environment, Shandong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Wastes Matrix Utilization, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Shandong Provincial Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer, Ji’nan 250100)

【】The objectives of this study were to discuss the effects of different organic-inorganic operation modes on crop yield, nitrogen efficiency and soil nutrients characteristics under the condition that wheat–maize straw returning to the field completely in two seasons, so as to provide a theoretical support for rational utilization of organic nutrient resources and scientific soil fertility culture in a wheat-maize cropping system.【】The experiment studied effects of different organic-inorganic operation modes on yield composition, nitrogen nutrient absorption, soil organic matter and stable aggregate, through designing the combination of chemical fertilizer with different amounts of organic fertilizer and straw-decomposing inoculant.Six experiment treatments were designed: F treatment was only chemical fertilizer, FA treatment was chemical fertilizer and straw-decomposing inoculants, FM1 treatment was chemical fertilizer and 1 500 kg·hm-2organic fertilizer, FM2 treatment was chemical fertilizer and 3 000 kg·hm-2organic fertilizer, FM3 treatment was chemical fertilizer and 4 500 kg·hm-2organic fertilizer, FAM2 treatment was chemical fertilizer and 3 000 kg·hm-2organic fertilizer and straw-decomposing inoculants.】(1)Compared with single chemical fertilizer, application organic fertilizer and straw-decomposing inoculant could significantly increase grain yield of wheat-maize. The yield of chemical fertilizer combined with 4 500kg·hm-2organic fertilizer was the highest, wheat increased by 20.6%, maize by 10.6%. Combined chemical fertilizer with 3 000kg·hm-2organic fertilizer and straw-decomposing inoculant, the yield of wheat and maize increased by 19.5% and 8.2%, respectively. The increase of yield was due to the synergistic improvement of various components. The number of ears and grains per ear of wheat increased significantly and the number of grains per row increased most significantly in maize. (2) The increasing of organic fertilizer and straw-decomposing inoculant could promote the migration of nitrogen to the grain, improve the nitrogen harvest index, and increase the nitrogen accumulation in wheat and maize. The nitrogen accumulation and harvest index for both of FM3 treatment (application with 4 500 kg·hm-2organic fertilizer) and FAM2 treatment (application with 3 000 kg·hm-2organic fertilizer and straw-decomposing inoculant) were significantly higher than F treatment with single application of chemical fertilizer. Compared the treatment with non-bacterial, the NPFP of FA and FAM2 treatments that combined with straw-decomposing inoculant increased by 1.3-1.6kg·kg-1. (3) The content of total nitrogen, alkali-hydrolyzed nitrogen and organic matter in the soil were significantly increased by increasing the organic fertilizer and straw-decomposing inoculant. The content of total nitrogen and organic matter in soil of FM3 treatment was the highest, and the annual total nitrogen increased by 0.17g·kg-1and the organic matter increased by 1.97 g·kg-1compared with F treatment after two years. Different organic and inorganic application modes significantly reduced soil bulk density and increased soil porosity and water-stable aggregates. 【】By two years field experiments, the application of organic fertilizer and straw-decomposing inoculant could increase the yield of wheat and maize, promote nitrogen absorption and transport, and improve soil structure and soil fertility. Under the conditions of this experiment, FAM2 treatment was recommended as an effective fertilization technology model for wheat-maize rotation in this region.

organic-inorganic synergy; straw-decomposing inoculants; yield;nitrogen efficiency; soil fertility

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.21.005

2020-05-11；

2020-07-29

國家重點研發(fā)計劃（2017YFD0301002，2018YFD0200600）、國家自然科學(xué)基金（41877100）、山東省技術(shù)創(chuàng)新引導(dǎo)計劃（2018YFD0200603）、山東省重大科技創(chuàng)新工程（2019JZZY010716）

鄭福麗，E-mail：miss_xin@126.com。通信作者譚德水，E-mail：tandeshui@163.com

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）