有機(jī)肥替代化肥對旱地小麥產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率的影響及其經(jīng)濟(jì)環(huán)境效應(yīng)

張奇茹, 謝英荷，2，3, 李廷亮,2,3, 劉凱, 姜麗偉, 曹靜, 邵靖琳

有機(jī)肥替代化肥對旱地小麥產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率的影響及其經(jīng)濟(jì)環(huán)境效應(yīng)

張奇茹1, 謝英荷1，2，3, 李廷亮1,2,3, 劉凱1, 姜麗偉1, 曹靜1, 邵靖琳1

（1山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山西太谷 030801；2山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，山西太谷 030801；3山西農(nóng)業(yè)大學(xué)山西省土壤肥料研究生教育創(chuàng)新中心，山西太谷 030801)

【】通過5年連續(xù)監(jiān)測有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代化肥對旱地小麥產(chǎn)量、養(yǎng)分利用、經(jīng)濟(jì)及土壤環(huán)境的影響，以期為旱地小麥科學(xué)高效生產(chǎn)提供施肥依據(jù)。于2013—2018年在山西省洪洞縣旱地麥田試驗(yàn)區(qū)，通過農(nóng)戶施肥（FP）、測控施肥（OF）、有機(jī)肥替代化肥（OFM）和生物有機(jī)肥替代化肥（OFB）4個處理，分析有機(jī)肥替代化肥對黃土旱塬冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成，經(jīng)濟(jì)效益，養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)移特征，肥料利用效率，土壤環(huán)境等的影響。（1）與FP處理相比，OFM、OFB處理5年平均減施化肥氮素35%，籽粒產(chǎn)量顯著提高17.2%—21.4%、純收入顯著提高44.3%—54.7%；與OF處理相比，OFM、OFB處理5年平均替代化肥氮素40%，增加了公頃穗數(shù)和千粒重，籽粒產(chǎn)量顯著提高6.0%—9.8%，純收入顯著提高12.9%—21.0%。（2）OFM、OFB處理與OF處理相比,籽粒氮含量顯著提高9.6%—12.8%，磷含量顯著提高12.5%—17.9%；籽粒氮、磷、鉀的花前營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)移量與花后土壤吸收量均有所提高，特別是促進(jìn)了籽粒中氮、磷素的花后土壤吸收量，分別顯著提高了48.8%—50.5%，70.5%—76.2%。（3）與OF處理相比，OFM處理的鉀肥農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力顯著提高33.9%和6.2%。OFB處理的氮、磷肥的表觀回收率顯著提高48.6%和65.5%，氮、鉀肥的農(nóng)學(xué)效率顯著提高71.3%和51.3%，偏生產(chǎn)力顯著提高20.3%和10.0%。（4）經(jīng)過5年的有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代化肥處理，土壤肥力（有機(jī)質(zhì), 全氮, 有效磷, 速效鉀）有所提高，表層土壤硝態(tài)氮?dú)埩麸@著減少9.6%—23.0%，且2 m土層硝態(tài)氮無明顯淋溶現(xiàn)象。有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代化肥可以提高小麥籽粒對氮、磷、鉀的吸收，促進(jìn)氮、磷素的花后土壤吸收，提高肥料的利用效率，顯著降低土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅浚兄谔嵘寥婪柿?，最終獲得較高的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，是旱地麥田高效持續(xù)生產(chǎn)和發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)重要措施。

旱地小麥；有機(jī)替代；產(chǎn)量效率；環(huán)境效應(yīng)

0 引言

【研究意義】小麥?zhǔn)俏覈饕Z食作物，種植面積占糧食種植面積的22%，其中70%為旱地小麥，產(chǎn)量占小麥總產(chǎn)20%以上[1]?；蕦π←湹挠绊懪e足輕重，但現(xiàn)階段化肥施用存在嚴(yán)重不合理現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為重施化肥、氮肥過量和不足并存，造成環(huán)境污染，影響人體健康[2]。近年來，通過有機(jī)肥替代部分化肥，在不減產(chǎn)甚至增產(chǎn)的前提下減少化肥的施用，這是我國深入開展化肥零增長行動，加快推進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要措施[3]。有機(jī)肥（尤其是畜禽糞便）與生物有機(jī)肥是目前研究較多的有機(jī)肥料，在提升土壤肥力方面有各自的優(yōu)勢[4]。明確不同有機(jī)肥替代化肥條件下的小麥產(chǎn)量，養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，土壤環(huán)境等情況，為黃土高原小麥生產(chǎn)合理高效施肥提供依據(jù)，對農(nóng)業(yè)環(huán)境的改善具有促進(jìn)作用?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】有機(jī)肥能提高作物產(chǎn)量，肥料利用率及土壤肥力，降低土壤硝態(tài)氮?dú)埩簟⒔鹑A[5]研究表明等氮條件下，商品有機(jī)肥替代化肥處理能提高小麥株高和產(chǎn)量。楊修一等[6]研究表明有機(jī)肥替代化肥氮素，配合控釋尿素施用，可顯著增加土壤總碳和銨態(tài)氮含量。沈冰濤等[7]研究表明與單施化肥處理相比，有機(jī)肥替代化肥能提高小麥產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分及部分酶活性。趙聰?shù)萚8]研究表明，有機(jī)肥配施低量無機(jī)肥既能提高土壤肥力, 又能緩解硝態(tài)氮在土壤剖面中的累積和淋溶。呂鳳蓮等[9]研究表明，有機(jī)肥替代75%化肥氮可以提高作物產(chǎn)量和氮效率，增加年經(jīng)濟(jì)效益，同時有效減少土壤硝態(tài)氮的殘留量。Marcote等[10]研究表明，增施有機(jī)肥料和微生物肥料有利于改善土壤理化性質(zhì)和微生物區(qū)系。宋震震等[11]研究發(fā)現(xiàn)，長期施用有機(jī)肥能顯著增加土壤微生物碳和氮，能提高土壤堿性磷酸酶和蔗糖酶的活性。宋松等[12]研究表明生物有機(jī)肥可以改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，根系環(huán)境和土壤酶活性，提高作物吸收養(yǎng)分能力。韓曉增等[13]研究發(fā)現(xiàn)，長期施用有機(jī)肥能使土壤pH穩(wěn)定在一個適宜作物生長的范圍。【本研究切入點(diǎn)】黃土高原是典型的旱作麥田區(qū)，過量施肥導(dǎo)致養(yǎng)分損失嚴(yán)重。以往的相關(guān)研究大多集中在施肥對產(chǎn)量等的影響，本項(xiàng)研究在測控施肥即“1 m土層硝態(tài)氮監(jiān)控施氮肥，0—40 cm土層磷、鉀衡量施肥”基礎(chǔ)上，分別用有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代部分化肥，研究長期有機(jī)替代后養(yǎng)分利用轉(zhuǎn)移及土壤環(huán)境效應(yīng)等?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究依托旱地小麥水肥高效長期定位試驗(yàn)區(qū)，每年在測控定量減施氮肥的基礎(chǔ)上，以有機(jī)肥和生物有機(jī)肥替代部分化肥，試驗(yàn)進(jìn)行5年，研究其對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成，籽粒氮、磷、鉀含量，養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移吸收，肥料利用效率及土壤環(huán)境等的影響，以便為當(dāng)?shù)佧溙锷a(chǎn)的科學(xué)環(huán)境友好施肥管理以及綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2013—2018年在山西省洪洞縣劉家垣鎮(zhèn)旱地麥田產(chǎn)區(qū)進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)處于山西省中南部，氣候干燥，降水量少。此地區(qū)年均日照時間在2 450 h左右，年均平均氣溫為12℃以下，一年的有效積溫約3 327℃，平均年降水量460—500 mm，每年的降水主要集中在7、8、9月份，是一個典型的雨養(yǎng)旱地農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗(yàn)土壤類型為石灰性褐土，土壤質(zhì)地為中壤，播前表層土壤各養(yǎng)分含量為：有機(jī)質(zhì)15.3 g·kg-1，全氮0.8 g·kg-1，硝態(tài)氮8.1 mg·kg-1，有效磷11.7 mg·kg-1，速效鉀205.4 mg·kg-1，pH7.6，容重1.2 g·cm-3。種植小麥為晉麥47。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置4個處理，4次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積0.012 hm2。4個處理均為壟膜溝播種植模式，處理1（FP）為農(nóng)戶施肥，按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶經(jīng)驗(yàn)施肥；處理2（OF）為測控施化肥，即“1 m土層硝態(tài)氮監(jiān)控施氮肥，0—40 cm土層磷、鉀衡量施肥”技術(shù)；處理3（OFM）是以有機(jī)肥替代處理2部分化肥、處理4（OFB）是以生物有機(jī)肥替代處理2部分化肥。處理2、3、4遵循N、P、K等養(yǎng)分量施肥，偏差養(yǎng)分利用尿素、過磷酸鈣、氯化鉀補(bǔ)齊。各處理均設(shè)置空白對照。試驗(yàn)中所施氮肥為尿素（含N 46%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O516%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%），處理3的有機(jī)肥為腐熟的雞糞，養(yǎng)分含量（N 1.4%、P2O52.7%、K2O 1.6%），處理4的生物有機(jī)肥由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室提供，以處理3中雞糞為基質(zhì)，添加菌種培養(yǎng)制成有機(jī)肥，菌種包括：固氮菌、溶磷菌。每年于小麥播前測定土壤養(yǎng)分含量，根據(jù)養(yǎng)分含量確定施肥量，5年的各處理施肥量見表1。

所有肥料均作為底肥，在小麥播種前均勻撒入相應(yīng)小區(qū)，小麥播量為150 kg·hm-2。5年的播種均在9月底至10月初進(jìn)行，收獲在6月初進(jìn)行。每年6月中旬至9月中旬為夏閑期。

表1 2013—2018年試驗(yàn)區(qū)各處理養(yǎng)分用量

1.3 樣品的采集及測定方法

1.3.1 樣品采集 冬小麥播前、收獲時采集0—2 m土層的土樣，每20 cm為一層。測定2 m土層硝態(tài)氮，0—40 cm土層有效磷、速效鉀含量。

在冬小麥開花期、收獲期采集植株樣品，用于各器官氮素含量測定；在收獲期各小區(qū)收獲 3 m×20 m樣方，脫粒計(jì)產(chǎn)，并選取代表性 3個1 m長的小麥樣段，調(diào)查穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重。

1.3.2 樣品測定方法

（1）植株氮、磷、鉀含量。統(tǒng)一用H2SO4-H2O2法消煮，植株的氮、磷、鉀含量分別用半微量開氏法，蒸餾定氮；釩鉬黃比色法；火焰光度計(jì)法測定。

（2）土壤硝態(tài)氮測定：CaCl2浸提，流動分析儀測定。

（3）土壤有效磷測定：0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬藍(lán)比色法測定。

（4）土壤速效鉀測定：采用1.0 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度法測定。

（5）土壤全氮的測定：開氏蒸餾法。

（6）土壤有機(jī)質(zhì)測定：采用容量法重鉻酸鉀氧化-油浴外加熱法。

（7）土壤pH的測定：水土比1﹕1，pH計(jì)測定。

1.3.3 計(jì)算方法

花前營養(yǎng)器官氮（磷、鉀）素轉(zhuǎn)移量（kg·hm-2）= 花期地上部氮（磷、鉀）素積累量（kg·hm-2）-成熟期地上部營養(yǎng)器官氮（磷、鉀）素積累量（kg·hm-2）；

花后土壤氮（磷、鉀）素吸收量（kg·hm-2）= 籽粒氮（磷、鉀）素積累量（kg·hm-2）-花前營養(yǎng)器官氮（磷、鉀）素轉(zhuǎn)移量（kg·hm-2）；

氮（磷、鉀）肥表觀回收率（%）=[施氮（磷、鉀）區(qū)地上部吸氮量（kg·hm-2）]-對照區(qū)地上部吸氮（磷、鉀）量（kg·hm-2）]/施氮（磷、鉀）量（kg·hm-2）×100；

氮（磷、鉀）肥農(nóng)學(xué)效率（kg·kg-1）=[施氮（磷、鉀）區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量]/施氮（磷、鉀）量（kg·hm-2）；

氮（磷、鉀）肥偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=施氮（磷、鉀）區(qū)的籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2）/施氮（磷、鉀）量（kg·hm-2）。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010整理作圖，SPSS進(jìn)行方差分析，多重比較采用 LSD 法，差異顯著水平為 0.05。

2 結(jié)果

2.1 有機(jī)肥替代化肥對小麥產(chǎn)量構(gòu)成及效益的影響

與FP處理相比，OFM、OFB處理5年平均減施化肥氮素35%，年均籽粒產(chǎn)量顯著提高17.2%— 21.4%，年均生物產(chǎn)量顯著提高17.5%—19.9%。年均純收入顯著提高44.3%—54.7%。與OF處理相比，OFM、OFB處理在等養(yǎng)分投入的前提下，5年平均替代化肥氮素40%，年均籽粒產(chǎn)量顯著提高6.0%— 9.8%，年均生物產(chǎn)量提高5.9%—8.1%；年均純收入顯著提高12.9%—21.0%（表2）。

從產(chǎn)量構(gòu)成看，本試驗(yàn)籽粒產(chǎn)量與公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重的相關(guān)性分別為0.862**、0.309、0.672*，表明冬小麥產(chǎn)量形成主要取決于公頃穗數(shù)，其次是千粒重。OFM、OFB處理的公頃穗數(shù)和千粒重的平均值均高于OF處理，說明有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代化肥主要通過提高公頃穗數(shù)和千粒重提高小麥產(chǎn)量，從而提高農(nóng)民收入。

2.2 有機(jī)肥替代化肥對小麥籽粒氮磷鉀含量的影響

OFM、OFB處理與FP處理相比，籽粒氮含量平均顯著提高9.6%—12.8%，磷含量顯著提高15.4%—20.9%，鉀含量顯著提高13.2%—18.3%（表3）；OFM、OFB處理與OF處理相比，籽粒氮含量顯著提高9.6%—12.8%，磷含量顯著提高12.5%—17.9%，鉀素提高5.9%—10.7%，但差異不顯著。OFB處理的籽粒氮、磷、鉀含量雖高于OFM處理，但差異不顯著。說明有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代化肥可以促進(jìn)籽粒對氮、磷、鉀的吸收積累。

2.3 有機(jī)肥替代化肥對小麥養(yǎng)分轉(zhuǎn)移利用的影響

4個處理的籽粒氮、磷素花前營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)移量均高于花后土壤吸收量，鉀素花后土壤吸收量高于花前營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)移量（表4）。從氮素來看，OFM、OFB處理與FP處理相比，花前轉(zhuǎn)移量平均顯著提高29.0%—39.5%，花后吸收量顯著提高52.7%—54.4%；與OF處理相比，花前轉(zhuǎn)移量平均提高9.1%—18.0%，花后吸收量顯著提高48.8%—50.5%。從磷素來看，OFM、OFB處理的花前轉(zhuǎn)移量比FP處理提高19.8%—29.3%，比OF處理提高2.7%—10.8%，花后吸收量比FP處理顯著提高72.9%—78.6%，比OF處理顯著提高70.5%—76.2%。從鉀素來看，OFM、OFB處理比FP處理花前轉(zhuǎn)移量平均提高23.3%—45.9%，花后吸收量提高40.3%—42.9%；比OF處理花前轉(zhuǎn)移量平均提高20.2%—42.4%，花后吸收量提高13.6%—15.8%，差異均不顯著。有機(jī)肥替代化肥后，籽粒氮、磷、鉀素的花前營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)移量、花后土壤吸收量均提高，并且氮、磷素的花后土壤吸收為顯著提高。說明有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代化肥處理可以提高籽粒氮、磷、鉀整體的轉(zhuǎn)移吸收量，特別是促進(jìn)了氮、磷素的花后土壤吸收量。

2.4 有機(jī)肥替代化肥對肥料利用效率的影響

OFM、OFB處理與FP處理相比，氮肥的平均表觀回收率、農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力分別顯著提高126.0%—163.7%、149.6%—186.0%、90.3%—97.1%，磷肥的分別提高47.5%—65.3%、50.0%—72.1%、12.9%—16.9%，與FP處理相比，差異未達(dá)顯著水平（表5）。OFB處理與OF處理相比，氮、磷肥的表觀回收率顯著提高48.6%、65.5%，氮、鉀肥的農(nóng)學(xué)效率顯著提高71.3%、51.3%，偏生產(chǎn)力顯著提高20.3%、10.0%，磷肥的農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力均有一定程度提高，但差異未達(dá)顯著水平。OFM處理與OF處理相比，氮、磷、鉀肥料利用率也均有提高，其中鉀肥的農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力顯著提高33.9%和6.2%。表明有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代化肥對肥料表觀回收率，農(nóng)學(xué)效率，偏生產(chǎn)力均有不同程度的提高作用，即提高了地上部及籽粒對氮、磷、鉀的吸收利用程度，從而促進(jìn)了產(chǎn)量的增加。其中生物有機(jī)肥替代后的效果更優(yōu)于有機(jī)肥。

表2 2013—2018年各處理小麥產(chǎn)量構(gòu)成及效益

同一年份同列數(shù)據(jù)后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 in the same year indicate significant differences at the 0.05 level. The same as below

2.5 有機(jī)肥替代化肥對土壤肥力及環(huán)境的影響

表6為2018年各處理收獲后表層（0—20 cm）土壤肥力狀況，OFB處理的有機(jī)質(zhì)含量比FP、OF處理顯著提高4.8%—6.3%，比OFM處理提高1.3%，但差異不顯著。有效磷含量與有機(jī)質(zhì)規(guī)律一致，OFB處理比FP、OF處理顯著提高41.3%—87.5%，比OFM處理提高24.2%，但差異不顯著。速效鉀含量OFB處理比FP、OF處理顯著提高17.8%—37.2%，OFM與OFB處理間差異不顯著。表6可以看出，OFM、OFB處理比FP、OF處理的pH降低1.3%—2.5%，但處理間差異不顯著。說明長期施用有機(jī)肥和生物有機(jī)肥對土壤pH無改善調(diào)節(jié)作用。

同時由表6可以看出，土壤表層硝態(tài)氮貯量，OFM、OFB處理比FP處理顯著降低36.5%—45.8%，比OF處理顯著降低9.6%—23.0%；圖1是2013年播前和2018年收獲時不同處理2 m土層硝態(tài)氮累積狀況。由圖1可以看出，2018年收獲時，各處理硝態(tài)氮在0—40 cm土層均有較高累積，其中FP處理累積量最高。同時FP處理2 m土層硝態(tài)氮累積量也達(dá)到了347.2 kg·hm-2，顯著高于其他各處理，比2013年播前提高了123.0%，并且在1—2 m土層有明顯的淋溶累積。而OFM、OFB處理的2 m土層硝態(tài)氮累積量較FP處理降低67.0%—69.1%，較OF處理降低2.5%—4.0%，較2013年播前降低21.7%—26.7%。表明通過有機(jī)肥、生物菌肥替代化肥能促進(jìn)小麥對氮素的吸收，減少了土壤硝態(tài)氮?dú)埩?，降低了土壤退化和環(huán)境影響的風(fēng)險(xiǎn)。

FP處理不施鉀肥，所以無鉀肥利用效率

FP treatment didn't apply potassium fertilizer, so haven't potassium fertilizer utilization efficiency

表6 2018年各處理收獲期表層土壤肥力及硝態(tài)氮?dú)埩魻顩r

圖1 有機(jī)肥替代化肥下2 m土層硝態(tài)氮?dú)埩籼卣?/p>

3 討論

3.1 有機(jī)肥替代化肥對小麥產(chǎn)量的影響

有機(jī)肥替代化肥能提高作物產(chǎn)量。本試驗(yàn)中有機(jī)肥、生物有機(jī)肥5年平均替代化肥氮素40%，籽粒產(chǎn)量顯著提高6.0%—9.8%；與前人研究結(jié)果基本一致。趙軍等[14]研究表明，豬糞替代無機(jī)肥提高了小麥產(chǎn)量；呂鳳蓮等[9]研究表明，有機(jī)肥替代75%化肥氮可以提高小麥-玉米輪作作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。孟琳等[15]研究表明，有機(jī)肥料氮替代化肥氮提高了稻谷產(chǎn)量。王斌等[16]的研究也表明生物有機(jī)肥的配施與減量優(yōu)化平衡施肥在穩(wěn)產(chǎn)的同時進(jìn)一步提高氮素利用率，能節(jié)約成本，提高產(chǎn)量。有機(jī)肥替代化肥既發(fā)揮了化肥釋放養(yǎng)分的速效性，也發(fā)揮了有機(jī)肥的緩釋性[17]，有機(jī)和無機(jī)養(yǎng)分能協(xié)調(diào)平衡供應(yīng)[18]，避免前期旺長和后期早衰，有機(jī)肥中豐富的有機(jī)質(zhì)和微生物，能改善土壤結(jié)構(gòu)[19]，促進(jìn)小麥整個生育期吸收養(yǎng)分[20]，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目的。本試驗(yàn)中FP處理的施氮量最高，屬于過量施肥，產(chǎn)量最低，說明過量施肥不會提高產(chǎn)量，與馬臣等[21]的研究結(jié)果一致，可能因?yàn)榈蔬^量，但是磷、鉀肥不平衡，不滿足作物需求，導(dǎo)致籽粒產(chǎn)量最低。

本試驗(yàn)表明籽粒產(chǎn)量與公頃穗數(shù)相關(guān)性最大，其次是千粒重，本試驗(yàn)“有機(jī)替代”處理的公頃穗數(shù)和千粒重均提高。李廷亮等[22]的研究也表明，公頃穗數(shù)和千粒重對小麥產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大。黃婷苗等[23]和昝亞玲等[24]的研究表明公頃穗數(shù)的增加是小麥增產(chǎn)的主要原因。因?yàn)橛袡C(jī)肥替代化肥可以改善小麥生育中后期的營養(yǎng)條件，促進(jìn)幼穗分化[25]，促進(jìn)灌漿期干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移[26]，提高成穗數(shù)和千粒重，為產(chǎn)量提高奠定基礎(chǔ)。上述結(jié)果說明，有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代化肥可以通過提高公頃穗數(shù)和千粒重增加產(chǎn)量，增加收入，適合在旱地推廣。

3.2 有機(jī)肥替代化肥對麥田籽粒養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)移及肥料利用率的影響

本試驗(yàn)結(jié)果表明冬小麥籽粒中的氮、磷、鉀一部分來源于花前營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)移，一部分來源于花后土壤吸收，與高洪軍等[27]和王德梅等[28]研究結(jié)果一致。有機(jī)肥替代化肥后，籽粒氮、磷含量顯著提高，與前人研究結(jié)果一致，謝軍等[29]與梁靖越[30]研究均表明，有機(jī)肥替代化肥能促進(jìn)氮素由莖葉向穗部積累，從而提高籽粒氮素積累量。劉彥伶等[31]研究表明，施用有機(jī)肥有利于促進(jìn)干物質(zhì)和磷素的積累及其向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。從5年的試驗(yàn)結(jié)果來看，“有機(jī)替代”后籽粒氮、磷、鉀素的花前轉(zhuǎn)移、花后吸收均提高，主要促進(jìn)了氮、磷素的花后土壤吸收。因?yàn)榛手饕谧魑锴捌诎l(fā)揮作用，而后期有機(jī)肥釋放養(yǎng)分速率高于化肥[32]，所以“有機(jī)替代”有利于籽粒整個生育期的氮、磷、鉀素積累。劉彥伶等[31]研究表明有機(jī)無機(jī)配施可促進(jìn)花后籽粒對磷素的吸收。楊寧等[32]研究表明，花前累積在營養(yǎng)器官中的氮、磷養(yǎng)分是成熟期籽粒氮、磷的重要來源，花后的氮、磷養(yǎng)分累積才是造成成熟期籽粒氮、磷吸收差異的重要原因。本研究得出相似的結(jié)論，因?yàn)榈?、磷肥的合理配施，適當(dāng)延緩小麥后期衰老，促進(jìn)氮、磷素的積累及其向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，并且有機(jī)肥在小麥生長后期發(fā)揮較大作用，促進(jìn)花后有更多的氮、磷進(jìn)入籽粒，這是氮、磷素花后吸收提高的重要原因。

本試驗(yàn)有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代化肥后的氮、磷、鉀肥的表觀回收率、農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力均有所提高，生物有機(jī)肥替代后的肥料利用效率最高，F(xiàn)P處理施肥不平衡，且產(chǎn)量最低，從而導(dǎo)致其肥料利用效率均最低。周江明等[33]和任科宇[34]等研究均表明，施用有機(jī)肥可以顯著提高作物的氮肥利用率，并且任科宇的研究表明，在有機(jī)質(zhì)含量較低、降雨量較少的西北地區(qū)配施有機(jī)肥后氮肥利用率的提高幅度最大。謝勇等[35]研究表明，有機(jī)無機(jī)配施的氮、磷肥料利用率最高。本試驗(yàn)結(jié)果與前人研究結(jié)果一致，有機(jī)肥替代化肥處理可以提高小麥養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)移及產(chǎn)量，相應(yīng)地提高了氮、磷、鉀肥的表觀回收率、農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力。生物有機(jī)肥含有比有機(jī)肥更豐富的微生物，更能促進(jìn)土壤活性，提高作物吸收養(yǎng)分，從而提高肥料利用效率，而本試驗(yàn)中生物有機(jī)肥替代后的養(yǎng)分轉(zhuǎn)移量，產(chǎn)量均為最高。所以氮、磷、鉀平衡施肥及有機(jī)替代，能促進(jìn)養(yǎng)分花前、花后的轉(zhuǎn)移吸收，從而提高籽粒養(yǎng)分含量，提高肥料利用效率。

3.3 有機(jī)肥替代化肥對土壤肥力及環(huán)境的影響

本試驗(yàn)中有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代化肥后，表層土壤有機(jī)質(zhì)，全氮、有效磷、速效鉀含量均有所提高。溫延臣等[36]研究表明，有機(jī)肥部分替代化肥能提高土壤有機(jī)碳和全氮含量。祝英等[37]研究表明，有機(jī)肥替代化肥能改善土壤微生物數(shù)量，有利于土壤養(yǎng)分的儲存和供應(yīng)強(qiáng)度。本試驗(yàn)結(jié)果與前人研究結(jié)果一致。因?yàn)橛袡C(jī)肥加入提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，養(yǎng)分和碳氮比的提高增加了土壤微生物的活性，微生物作用于土壤釋放的有機(jī)質(zhì)也在土壤中積累[38]，使得土壤有機(jī)質(zhì)含量得以提高。大量微生物和腐殖質(zhì)進(jìn)入土壤，降低無機(jī)磷的固定并促進(jìn)無機(jī)磷的溶解，減少磷、鉀固持[39]，從而釋放磷、鉀養(yǎng)分。有機(jī)肥與化肥配施既能快速提高土壤中有效氮的含量，又能長久保存土壤氮素[40]，低溫、少雨的地區(qū)有機(jī)肥可以更好地發(fā)揮其保溫保水性，更利于激發(fā)土壤中微生物的活性，促進(jìn)作物對養(yǎng)分的吸收[41]。有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代后的pH略有降低。胡誠等[42]研究發(fā)現(xiàn)，隨著有機(jī)肥施用量的增加，土壤pH值降低，逐漸接近中性。柯蓓等[43]研究表明有機(jī)肥替代部分化肥能穩(wěn)定土壤pH。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果不太一致?？赡苁且?yàn)楸驹囼?yàn)時間較短，或者其他原因，有待進(jìn)一步研究。

本試驗(yàn)中有機(jī)肥替代化肥后的土壤表層和2 m土層硝態(tài)氮儲量均有顯著降低，且2 m土層硝態(tài)氮無明顯淋溶現(xiàn)象。呂鳳蓮等[9]和馬臣等[21]研究均表明，有機(jī)肥替代化肥能減少硝態(tài)氮?dú)埩?。有機(jī)替代后土壤硝態(tài)氮聚集在表層，降低了硝態(tài)氮向下層淋溶的風(fēng)險(xiǎn)。有機(jī)肥的添加改善了土壤理化性質(zhì)，增加了土壤團(tuán)聚化程度，提高微生物活性，更多的氮被利用，從而降低無機(jī)氮的殘留[44]。因此有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代化肥可以促進(jìn)作物吸收養(yǎng)分，增加土壤養(yǎng)分含量，降低土壤硝態(tài)氮的殘留，對降低環(huán)境污染具有重要意義。

4 結(jié)論

在測控施肥基礎(chǔ)上，有機(jī)肥、生物有機(jī)肥替代化肥，促進(jìn)了營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)移、吸收量，特別是促進(jìn)了氮、磷素的花后土壤吸收量，分別達(dá)到48.8%—50.5%，70.5%—76.2%，籽粒氮、磷含量平均分別顯著提高11.5%、15.2%。由于公頃穗數(shù)和千粒重的提高，平均籽粒產(chǎn)量顯著提高了6.0%—9.8%，平均純收入提高12.9%—21.0%；使得氮、磷、鉀肥料表觀回收率，農(nóng)學(xué)效率，偏生產(chǎn)力均有不同程度提高，同時促進(jìn)了土壤肥力的提升，土壤表層硝態(tài)氮貯量顯著降低了9.6%—23.0%，土壤pH降低1.3%—2.5%，獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，因此有機(jī)替代是實(shí)現(xiàn)旱地麥田高效安全持續(xù)生產(chǎn)以及發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的科學(xué)施肥技術(shù)。

[1] 馬清霞, 王朝輝, 惠曉麗, 張翔, 張悅悅, 侯賽賓, 黃寧, 羅來超, 張世君, 黨海燕. 基于產(chǎn)量和養(yǎng)分含量的旱地小麥?zhǔn)┝琢亢屯寥烙行Я變?yōu)化. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 52(1): 73-85.

MA Q X, WANG Z H, HUI X L, ZHANG X, ZHANG Y Y, HOU S B, HUANG N, LUO L C, ZHANG S J, DANG H Y. Optimization of phosphorus application and soil available phosphorus in dryland wheat based on yield and nutrient content., 2019, 52(1): 73-85. (in Chinese)

[2] LEI B,XU Y, TANG Y, HAUPTFLEISCH K. Shifts in carbon stocks through soil profiles following management change in intensive agricultural systems., 2015, 6(3): 304-314.

[3] 杜春燕. 有機(jī)肥替代化肥對果實(shí)產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤肥力的影響[D]. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2019.

DU C Y. Effects of replacing organic fertilizer with chemical fertilizer on fruit yield, quality and soil fertility[D]. Yangling: Northwest A&F University, 2019. (in Chinese)

[4] 黃興成, 石孝均, 李渝, 張雅蓉, 劉彥伶, 張文安, 蔣太明. 基礎(chǔ)地力對黃壤區(qū)糧油高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(2): 300-312.

HUANG X C, SHI X J, LI Y, ZHANG Y R, LIU Y L, ZHANG W A, JIANG T M. Inherent soil productivity effect on high, steady and sustainable yield of grain and oil crops in yellow soil region., 2017, 50(2): 300-312. (in Chinese)

[5] 劉金華, 熊丹瑩. 有機(jī)肥部分替代化肥對小麥產(chǎn)量和氮肥利用率的影響. 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào), 2020, 26(Z1): 122-123, 144.

LIU J H, XIONG D Y. Effects of partial substitution of organic fertilizer for chemical fertilizer on wheat yield and nitrogen use efficiency., 2020, 26(Z1): 122-123, 144. (in Chinese)

[6] 楊修一, 耿計(jì)彪, 于起慶, 閆早發(fā), 李慧, 崔園超, 楊皓. 有機(jī)肥替代化肥氮素對麥田土壤碳氮遷移特征的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2019, 33(5): 230-236.

YANG X Y, GENG J B, YU Q Q, YAN Z F, LI H, CUI Y C, YANG H. Effects of organic fertilizer replacing nitrogen of chemical fertilizer on transport characteristics of soil carbon and nitrogen in wheat field., 2019, 33(5): 230-236. (in Chinese)

[7] 沈冰濤, 張孝倩, 陳紅, 江旭聰, 李孝良, 汪建飛, 肖新. 有機(jī)肥替代化肥對小麥產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分和酶活性的影響. 長江大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版), 2019, 16(5): 46-52, 7-8.

SHEN B T, ZHANG X Q, CHEN H, JIANG X C, LI X L, WANG J F, XIAO X. Effect of substituting organic fertilizer for chemical fertilizer on wheat yield and soil nutrient and enzyme activity., 2019, 16(5): 46-52, 7-8. (in Chinese)

[8] 趙聰, 曹瑩菲, 劉克, 楊學(xué)云, 呂家瓏. 長期不同施肥對塿土氮素分布的影響. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 32(7): 1375-1381.

ZHAO C, CAO Y F, LIU Y K, YANG X Y, Lü J L. Effects of long-term different fertilization on the nitrogen distribution in manural loessial soil., 2013, 32(7): 1375-1381. (in Chinese)

[9] 呂鳳蓮, 侯苗苗, 張弘弢, 強(qiáng)久次仁, 周應(yīng)田, 路國艷, 趙秉強(qiáng), 楊學(xué)云, 張樹蘭. 塿土冬小麥-夏玉米輪作體系有機(jī)肥替代化肥比例研究. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2018, 24(1): 22-32.

Lü F L, HOU M M, ZHANG H T, QIANGJIU C R, ZHOU Y T, LU G Y, ZHAO B Q, YANG X Y, ZHANG S L. Replacement ratio of chemical fertilizer nitrogen with manure under the winter wheatsummer maize rotation system in Lou soil.s, 2018, 24(1): 22-32. (in Chinese)

[10] MARCOTE I, HERNáNDEZ T, GARCíA C, POLO A. Influence of one or two successive annual applications of organic fertilizers on the enzyme activity of a soil under barley cultivation., 2001, 79(2): 147-154. (in Chinese)

[11] 宋震震, 李絮花, 李娟, 林治安, 趙秉強(qiáng). 有機(jī)肥和化肥長期施用對土壤活性有機(jī)氮組分及酶活性的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2014, 20(3): 525-533.

SONG Z Z, LI X H, LI J, LIN Z A, ZHAO B Q. Long-term effects of mineral versus organic fertilizers on soil labile nitrogen fractions and soil enzyme activities in agricultural soil., 2014, 20(3): 525-533. (in Chinese)

[12] 宋松, 孫莉, 石俊雄. 連續(xù)施用生物有機(jī)肥對煙草青枯病的防治效果. 土壤, 2013, 45(3): 451-458.

SONG S, SUN L, SHI J X. Effects of successive application of bioorganic fertilizer on controlling tobacco wilt caused by ralstonia solanacearum., 2013, 45(3): 451-458. (in Chinese)

[13] 韓曉增, 王鳳仙, 王鳳菊, 鄒文秀. 長期施用有機(jī)肥對黑土肥力及作物產(chǎn)量的影響. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2010, 28(1): 66-71.

HAN X Z, WANG F X, WANG F J, ZOU W X. Effects of long-term organic manure application on crop yield and fertility of black soil., 2010, 28(1): 66-71. (in Chinese)

[14] 趙軍, 李勇, 冉煒, 張瑞福, 沈標(biāo), 沈其榮. 有機(jī)肥替代部分化肥對稻麥輪作系統(tǒng)產(chǎn)量及土壤微生物區(qū)系的影響. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 39(4): 594-602.

ZHAO J, LI Y, RAN W, ZHANG R F, SHEN B, SHEN Q R. Effects of organic manure partial substitution for chemical fertilizer on crop yield and soil microbiome in a rice-wheat cropping system., 2016, 39(4): 594-602. (in Chinese)

[15] 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(jī)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)

[16] 王斌, 萬運(yùn)帆, 郭晨, 李玉娥, 秦曉波, 任濤, 趙婧. 控釋尿素、穩(wěn)定性尿素和配施菌劑尿素提高雙季稻產(chǎn)量和氮素利用率的效應(yīng)比較. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2015, 21(5): 1104-1112.

WANG B, WAN Y F, GUO C, LI Y E, QIN X B, REN T, ZHAO J. A comparison of the effects of controlled release urea, stable urea and microorganisms increasing double rice yield and nitrogen use efficiency., 2015, 21(5): 1104-1112. (in Chinese)

[17] 馬凡凡, 邢素林, 甘曼琴, 劉佩詩, 黃瑜, 甘曉玉, 馬友華. 有機(jī)肥替代化肥對水稻產(chǎn)量、土壤肥力及農(nóng)田氮磷流失的影響. 作物雜志, 2019(5): 89-96.

MA F F, XING S L, GAN M Q, LIU P S, HUANG Y, GAN X Y, MA Y H. Effects of organic fertilizer substituting for chemical fertilizer on rice yield, soil fertility and nitrogen and phosphorus loss in farmland., 2019(5): 89-96. (in Chinese)

[18] 劉宇輝, 田秀平, 張晴雯, 張愛平, 劉杏認(rèn), 楊正禮. 復(fù)合菌肥部分替代化肥對冬小麥氮素吸收的影響. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2019, 34(2): 178-186.

LIU Y H, TIAN X P, ZHANG Q W, ZHANG A P, LIU X R, YANG Z L. Nitrogen absorption of winter wheat influenced by combined biofertilizer replace chemical fertilizer., 2019, 34(2): 178-186. (in Chinese)

[19] 任偉, 趙鑫, 黃收兵, 周楠, 王若男, 陶洪斌, 王璞. 不同密度下增施有機(jī)肥對夏玉米物質(zhì)生產(chǎn)及產(chǎn)量構(gòu)成的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2014, 22(10): 1146-1155.

REN W, ZHAO X, HUANG S B, ZHOU N, WNAG R N, TAO H B, WNAG P. Effects of application of organic fertilizer under different planting densities on dry matter production and yield formation of summer maize., 2014, 22(10): 1146-1155. (in Chinese)

[20] 李小萌, 陳效民, 曲成闖, 張志龍, 張俊, 黃春燕, 劉云梅. 生物有機(jī)肥與減量配施化肥對連作黃瓜養(yǎng)分利用率及產(chǎn)量的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2020, 34(2): 309-317.

LI X M, CHEN X M, QU C C, ZHANG Z L, ZHANG J, HUANG C Y, LIU Y M. Effects of bio-organic fertilizer combined with reduced fertilizer on nutrient utilization and yield of continuous cropping cucumber., 2020, 34(2): 309-317. (in Chinese)

[21] 馬臣, 劉艷妮, 梁路, 翟丙年, 張昊青, 王朝輝. 有機(jī)無機(jī)肥配施對旱地冬小麥產(chǎn)量和硝態(tài)氮?dú)埩袅苁У挠绊? 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2018, 29(4): 1240-1248.

MA C, LIU Y N, LIANG L, ZHAI B N, ZHANG H Q, WANG Z H．Effects of combined application of chemical fertilizer and organic manure on wheat yield and leaching of residual nitrate-N in dryland soil., 2018, 29(4): 1240-1248. (in Chinese)

[22] 李廷亮, 謝英荷, 高志強(qiáng), 洪堅(jiān)平, 孟麗霞, 馬紅梅, 孟會生, 賈俊香. 黃土高原旱地小麥覆膜增產(chǎn)與氮肥增效分析. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 51(14): 2735-2746.

LI T L, XIE Y H, GAO Z Q, HONG J P, MENG L X, MA H M, MENG H S, JIA J X. Analysis on yield increasing and nitrogen efficiency enhancing of winter wheat under film mulching cultivationin the Loess Plateau., 2018, 51(14): 2735-2746. (in Chinese)

[23] 黃婷苗, 鄭險(xiǎn)峰, 侯仰毅, 李曉, 王朝輝. 秸稈還田對冬小麥產(chǎn)量和氮、磷、鉀吸收利用的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2015, 21(4): 853-863.

HUANG T M, ZHENG X F, HOU Y Y, LI X, WANG Z H. Yield and N, P and K uptake and utilization of winter wheat affected by straw return to soil., 2015, 21(4): 853-863. (in Chinese)

[24] 昝亞玲, 王朝輝, 周玲, 戴健. 不同養(yǎng)分投入的各品種小麥產(chǎn)量及養(yǎng)分效率差異研究. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2012, 43(9): 91-98.

ZAN Y L, WANG Z H, ZHOU L, DAI J. Use efficiency of different winter wheat cultivars response to different nutrient inputs., 2012, 43(9): 91-98. (in Chinese)

[25] 毛平平, 王麗, 張永清, 黨建友, 裴雪霞, 武雪萍. 施用有機(jī)肥條件下氮肥不同底追比對冬小麥干物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)和籽粒產(chǎn)量的影響. 中國土壤與肥料, 2016(5): 50-54.

MAO P P, WANG L, ZHANG Y Q, DANG J Y, PEI X X, WU X P. Effect of nitrogen fertilization ratio of base and topdressing with biological-organic fertilizers on the growth, yield and its constituent elements of winter wheat., 2016(5): 50-54. (in Chinese)

[26] 陸強(qiáng), 王繼琛, 李靜, 王磊, 張麗, 哈麗哈什·依巴提, 王秋君, 張堅(jiān)超, 黃啟為, 沈其榮. 秸稈還田與有機(jī)無機(jī)肥配施在稻麥輪作體系下對籽粒產(chǎn)量及氮素利用的影響. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 37(6): 66-74.

LU Q, WANG J C, LI J, WANG L, ZHANG L, HALIHASHI Y, WANG Q J, ZHANG J C, HUANG Q W, SHEN Q R. Effects of combined application of straw returning field and organic and inorganic fertilizer on rice grain yield and nitrogen utilization., 2014, 37(6): 66-74. (in Chinese)

[27] 高洪軍, 朱平, 彭暢, 張秀芝, 李強(qiáng), 張衛(wèi)建. 等氮條件下長期有機(jī)無機(jī)配施對春玉米的氮素吸收利用和土壤無機(jī)氮的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 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)

[28] 王德梅, 于振文, 張永麗, 許振柱. 不同灌水處理?xiàng)l件下不同小麥品種氮素積累、分配與轉(zhuǎn)移的差異. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2010, 16(5): 1041-1048.

WANG D M, YU Z W, ZHANG Y L, XU Z Z. Changes in nitrogen accumulation, distribution, translocation and nitrogen use efficiency in different wheat cultivars under different irrigation condition., 2010, 16(5): 1041-1048. (in Chinese)

[29] 謝軍, 趙亞南, 陳軒敬, 李丹萍, 徐春麗, 王珂, 張躍強(qiáng), 石孝均.有機(jī)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)

[30] 梁靖越, 王昌全, 李冰, 龍思帆, 陳蘭. 豬糞配施化肥對稻-麥輪作系統(tǒng)籽粒產(chǎn)量和氮素利用率的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2019, 30(4): 1088-1096.

LIANG J Y, WANG C Q, LI B, LONG S F, CHEN L. Effects of combined application of pig manure with urea on grain yield and nitrogen utilization efficiency in rice-wheat rotation system., 2019, 30(4): 1088-1096. (in Chinese)

[31] 劉彥伶, 李渝, 白怡婧, 黃興成, 張雅蓉, 張萌, 張文安, 蔣太明. 長期不同施肥對水稻干物質(zhì)和磷素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2019, 25(7): 1146-1156.

LIU Y L, LI Y, BAI Y J, HUANG X C, ZHANG Y R, ZHANG M, ZHANG W A, JIANG T M. Effects of long-term different fertilization on accumulation and transport of dry matter and phosphorus in rice., 2019, 25(7): 1146-1156. (in Chinese)

[32] 楊寧, 趙護(hù)兵, 王朝輝, 張達(dá)斌, 高亞軍. 豆科作物-小麥輪作方式下旱地小麥花后干物質(zhì)及養(yǎng)分累積、轉(zhuǎn)移與產(chǎn)量的關(guān)系. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 32(15): 4827-4835.

YANG N, ZHAO H B, WANG Z H, ZHANG D B, GAO Y J. Accumulation and translocation of dry matter and nutrients of wheat rotated with legumes and its relation to grain yield in a dryland area., 2012, 32(15): 4827-4835. (in Chinese)

[33] 周江明. 有機(jī)-無機(jī)肥配施對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素吸收的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(1): 234-240.

ZHOU J M. Effect of combined application of organic and mineral fertilizers on yield, quality and nitrogen uptake of rice., 2012, 18(1): 234-240. (in Chinese)

[34] 任科宇, 段英華, 徐明崗, 張旭博. 施用有機(jī)肥對我國作物氮肥利用率影響的整合分析. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 52(17): 2983-2996.

REN K Y, DUAN Y H, XU M G, ZHANG X B. Effect of manure application on nitrogen use efficiency of crops in China: A meta-analysis., 2019, 52(17): 2983-2996. (in Chinese)

[35] 謝勇, 趙易藝, 張玉平, 唐麗, 何石福, 石敦杰, 劉強(qiáng), 榮湘民. 南方丘陵地區(qū)生物黑炭和有機(jī)肥配施化肥的應(yīng)用研究. 水土保持學(xué)報(bào), 2018, 32(4): 197-203, 215.

XIE Y, ZHAO Y Y, ZHANG Y P, TANG L, HE S F, SHI D J, LIU Q, RONG X M. Research on application of biochar and organic manure combined with chemical fertilizers in hilly area of southern China., 2018, 32(4): 197-203, 215. (in Chinese)

[36] 溫延臣, 張?jiān)粬|, 袁亮, 李偉, 李燕青, 林治安, 趙秉強(qiáng). 商品有機(jī)肥替代化肥對作物產(chǎn)量和土壤肥力的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 51(11): 2136-2142.

WEN Y C, ZHANG Y D, YUAN L, LI W, LI Y Q, LIN Z A, ZHAO B Q. Crop yield and soil fertility response to commercial organic fertilizer substituting chemical fertilizer., 2018, 51(11): 2136-2142. (in Chinese)

[37] 祝英, 王治業(yè), 彭軼楠, 鞏曉芳, 晉小軍, 周劍平. 有機(jī)肥替代部分化肥對土壤肥力和微生物特征的影響. 土壤通報(bào), 2015, 46(5): 1161-1167.

ZHU Y, WANG Z Y, PENG Y N, GONG X F, JIN X J, ZHOU J P. Changes of soil nutrients and microbial communities under the condition of organic fertilizers replacing part of chemical fertilizers., 2015, 46(5): 1161-1167. (in Chinese)

[38] 張新建, 寧曉光, 鄭桂亮, 孔凡濤, 趙秋. 有機(jī)肥替代化肥對土壤肥力及番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2020, 36(14): 59-63.

ZHANG X J, NING X G, ZHENG G L, KONG F T, ZHAO Q. Replacing chemical fertilizer with organic manure effects on soil fertility and tomato yield and quality., 2020, 36(14): 59-63. (in Chinese)

[39] 陶玥玥, 王海候, 金梅娟, 施林林, 董林林, 陸長嬰, 沈明星. 小麥產(chǎn)量與土壤養(yǎng)分對水生植物源有機(jī)氮替代率的響應(yīng). 土壤學(xué)報(bào), 2019, 56(1): 156-164.

TAO Y Y, WANG H H, JIN M J, SHI L L, DONG L L, LU C Y, SHEN M X. Response of wheat yield and soil nutrients to substitution of organic nitrogen with aquatic plant residue., 2019, 56(1): 156-164. (in Chinese)

[40] 高菊生, 黃晶, 董春華, 徐明崗, 曾希柏, 文石林. 長期有機(jī)無機(jī)肥配施對水稻產(chǎn)量及土壤有效養(yǎng)分影響. 土壤學(xué)報(bào), 2014, 51(2): 314-324.

GAO J S, HUANG J, DONG C H, XU M G, ZENG X B. Effects of longterm combined application of organic and chemical fertilizers on rice yield and soil available nutrients., 2014, 51(2): 314-324. (in Chinese)

[41] KALLENBACH C, GRANDY A S. Controls over soil microbial biomass responses to carbon amendments in agricultural systems:A meta-analysis., 2011, 144(1): 241-252.

[42] 胡誠, 曹志平, 羅艷蕊, 馬永良. 長期施用生物有機(jī)肥對土壤肥力及微生物生物量碳的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2007, 15(3): 48-51.

HU C, CAO Z P, LUO Y R, MA Y L. Effect of long-term application of microorganismic compost or vermicompost on soil fertility and microbial biomass carbon., 2007, 15(3): 48-51. (in Chinese)

[43] 柯蓓. 有機(jī)肥替代部分化肥對甘薯產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分含量的影響. 福建農(nóng)業(yè)科技, 2019(9): 67-70.

KE B. Effect of partial replacement of chemical fertilizers with organic fertilizers on yield and soil nutrient content of sweet potato., 2019(9): 67-70. (in Chinese)

[44] 李超, 謝英荷, 李廷亮, 黃濤, 柳玉鳳, 竇露. 施肥措施對旱地小麥產(chǎn)量與土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊? 山西農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 46(4): 583-587.

LI C, XIE Y H, LI T L, HUANG T, LIU Y F, DOU L. Effects of fertilization on dryland wheat yield and soil nitrate-n residues., 2018, 46(4): 583-587. (in Chinese)

Effects of Organic Fertilizers Replacing Chemical Fertilizers on Yield, Nutrient Use Efficiency, Economic and Environmental Benefits of Dryland Wheat

ZHANG QiRu1, XIE YingHe1, 2, 3, LI TingLiang1, 2, 3, LIU Kai1, JIANG LiWei1, CAO Jing1, SHAO JingLin1

(1College of Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi;2National Experimental Teaching Demonstration Center of Agricultural Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi;3Shanxi Provincial Soil and Fertilizer Postgraduate Education Innovation Center, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi)

【】In order to provide the fertilization basis for scientific and efficient production of dryland wheat, the effects of organic fertilizer and biological organic fertilizer replacing chemical fertilizer on wheat yield, nutrient utilization, economy and soil environment were monitored continuously for 5 years.【】From 2013 to 2018 in the dryland wheat field area of Hongtong County, Shanxi Province, there were four different fertilization patterns, including farmer pattern (FP), optimized fertilizers pattern (OF), optimized fertilizers+organic fertilizers pattern (OFM), and optimized fertilizers+biological organic fertilizers pattern (OFB), which were used to analyze the effects on the yield composition, economic benefits, nutrient absorption and transfer characteristics, fertilizer use efficiency, and soil environment of dry wheat in the Loess Plateau.【】(1) Compared with the FP treatment, the average nitrogen fertilizer application was reduced by 35%, and the grain yield was significantly increased by 17.2%-21.4%, and net income was significantly increased by 44.3%-54.7% under OFM and OFB treatments, respectively; compared with the OF treatment, the average nitrogen substitution rate of OFM and OFB in five years was 40%, the spike number per hectare and 1000 grain weight were increased, and the grain yield was significantly increased by 6.0%-9.8%, and net income was significantly increased by 12.9%-21.0% under OFM and OFB treatments, respectively. (2) Compared with OF treatment, the contents of nitrogen in grain was significantly increased by 9.6%-12.8%, and the contents of phosphorus in grain was significantly increased by 12.5%-17.9% under OFM and OFB treatments, respectively; the transport amount at pre-anthesis of nitrogen, phosphorus and potassium of grain and the soil absorption after bloom were also increased, especially the soil absorption of nitrogen and phosphorus after anthesis was significantly increased by 48.8%-50.5% and 70.5%-76.2% under OFM and OFB treatments, respectively.(3) Compared with the OF treatment, the agronomic efficiency and partial productivity of potassium fertilizer under OFM treatment were significantly increased by 33.9% and 6.2%, respectively. The results showed that the apparent recovery rate of nitrogen and phosphorus fertilizer was increased by 48.6% and 65.5%, the agronomic efficiency of nitrogen and potassium fertilizer up by 71.3% and 51.3%, respectively, and the partial productivity was increased by 20.3% and 10.0%, respectively.(4)Organic fertilizers and biological organic fertilizers instead of chemical fertilizer increased soil fertility (organic matter, total nitrogen, available phosphorus, available potassium contents), nitrate nitrogen residue in soil surface was significantly decreased by 9.6%-23.0%, and there was no obvious leaching phenomenon of nitrate nitrogen in 2 m soil layer after 5 years.【】Instead of chemical fertilizer, organic fertilizers and biological organic fertilizers could improve the absorption of nitrogen, phosphorus and potassium in wheat grain, promote the absorption of nitrogen and phosphorus in soil after anthesis, improve the utilization efficiency of fertilizer, and significantly reduce the residue of nitrate nitrogen in soil, and alleviate soil alkalization, which was helpful to improve soil fertility and ultimately obtain higher economic and environmental benefits. Therefore, it was an important measure for the efficient and sustainable production of dryland wheat fields and the development of green agriculture.

dryland wheat; organic fertilizer replacing chemical fertilizer; yield efficiency; environmental effects

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.23.012

2020-06-15；

2020-09-16

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFD0200401）、國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201503124）

張奇茹，E-mail：1575938795@qq.com。通信作者謝英荷，E-mail：xieyinghe@163.com

（責(zé)任編輯 李云霞）