有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)麥田土壤肥力及產(chǎn)能的影響

摘要：本研究選用濟(jì)紫麥1號(hào)、濟(jì)麥22號(hào)兩個(gè)冬小麥品種為供試材料，以不施肥（CK）、農(nóng)民習(xí)慣施肥（FP）為對(duì)照，設(shè)置化肥優(yōu)化施用（OPT）、有機(jī)肥氮替代15%化肥氮（85% OPT）、有機(jī)肥氮替代30%化肥氮（70% OPT）處理，研究有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)小麥產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤肥力的影響，進(jìn)而探明有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)耕地質(zhì)量和產(chǎn)能提升的效果。結(jié)果表明：有機(jī)肥替代部分化肥能夠提高土壤耕層養(yǎng)分含量，其中，85%OPT處理耕層土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量最高，較OPT處理平均增加10. 50%和9.85%，較FP處理顯著增加10.06%和13.91%：且85%OPT處理產(chǎn)量最高，較FP處理平均增產(chǎn)6.26%，70% OPT處理產(chǎn)量較FP平均增產(chǎn)僅為2.92%：公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)增加是產(chǎn)量提高的主要原因；兩地85% OPT處理的氮肥偏生產(chǎn)力均高于其他處理，且與FP差異顯著，說(shuō)明適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)肥替代比例可以提高養(yǎng)分利用率：有機(jī)肥替代化肥處理籽粒容重、蛋白質(zhì)含量平均高于其他處理。綜合產(chǎn)量、品質(zhì)與土壤肥力等方面，有機(jī)肥氮替代15%化肥氮（85% 0PT）處理施用效果最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：有機(jī)肥替代部分化肥；土壤肥力；養(yǎng)分利用；小麥產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S158：S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2024） 10-0113-06

黃淮海平原是我國(guó)主要的糧食產(chǎn)區(qū)，其以僅占全國(guó)1/6的耕地面積，生產(chǎn)了全國(guó)60%的小麥和35%的玉米。小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要的糧食作物，化肥在小麥的種植中起到了至關(guān)重要的作用，能夠?yàn)樾←溕L(zhǎng)發(fā)育提供必需的養(yǎng)分，保障產(chǎn)量的形成。由于化肥養(yǎng)分含量高、見效快，在當(dāng)前生產(chǎn)中已得到普遍和大量使用，但長(zhǎng)期大量施用化肥會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)、酸化，土壤中微生物活性降低，養(yǎng)分流失，破壞生態(tài)環(huán)境，引起一系列環(huán)境問(wèn)題。

研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥可以提高作物的養(yǎng)分利用效率，促進(jìn)根系發(fā)育，提升植株在抗逆性、生長(zhǎng)速度和中間代謝方面的能力。有機(jī)肥與化肥配施可以使作物得到充分的養(yǎng)分供應(yīng)，從而增加產(chǎn)量和提高品質(zhì)。同時(shí)，有機(jī)肥可以促進(jìn)土壤中根際微生物的繁殖，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤保水能力等。因此，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施在提高土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量的同時(shí)，增加土壤微生物的多樣性和生物量，有助于構(gòu)建健康的土壤生態(tài)系統(tǒng)。但與化肥相比，有機(jī)肥中氮、磷、鉀含量相對(duì)較低，且釋放養(yǎng)分速度較慢，利用率較低，需結(jié)合土壤條件和作物需求進(jìn)行合理配比。本試驗(yàn)所在地梁山、鄆城均屬于典型的黃淮海平原糧食生產(chǎn)大縣，養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)，糞肥資源豐富，如將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥充分用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，不僅能夠降低農(nóng)戶生產(chǎn)成本，而且能保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)資源的循環(huán)利用。

根據(jù)上述情況，研究有機(jī)肥替代部分化肥，對(duì)合理施肥、養(yǎng)分的循環(huán)利用和降本增效顯得尤為重要。特別是探索有機(jī)肥對(duì)化肥的最佳替代比例，達(dá)到有機(jī)肥穩(wěn)定性和無(wú)機(jī)肥速效性的平衡，實(shí)現(xiàn)既能提供適宜的營(yíng)養(yǎng)供給，又能提升土壤肥力的目的。本試驗(yàn)旨在探明有機(jī)肥不同替代比例對(duì)土壤肥力及產(chǎn)能的短期影響，以篩選出有機(jī)肥替代化肥的最佳比例，為提高冬小麥產(chǎn)量和土壤地力提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年10月至2022年6月進(jìn)行，分別設(shè)在山東省濟(jì)寧市梁山縣館驛鎮(zhèn)東侯村和菏澤市鄆城縣武安鎮(zhèn)郁莊兩個(gè)地點(diǎn)，兩地均屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。其中，館驛鎮(zhèn)東侯村年均氣溫13.5℃，年均降水量601 mm，無(wú)霜期205 d。武安鎮(zhèn)郁莊年均氣溫13.3℃，年均降水量694 mm，無(wú)霜期205 d。兩處試驗(yàn)地地貌類型均屬于黃河沖積平原的緩平坡地，地勢(shì)開闊平坦，田地供排水條件良好，土壤類型均為潮土，試驗(yàn)前耕層土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 供試材料

供試小麥品種為濟(jì)紫麥1號(hào)（梁山）和濟(jì)麥22號(hào)（鄆城）。供試化肥：尿素（N 46%）、重過(guò)磷酸鈣（P20O 44%）、氯化鉀（K2O 50%）。供試有機(jī)肥由山東植豐農(nóng)化集團(tuán)有限公司提供，含N 1.30%、P2O5 1.00%、K2O 0．68%、有機(jī)質(zhì)43. 9%，pH值7.15、水分40%，各項(xiàng)指標(biāo)均符合NY/T3442-2019的技術(shù)要求。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為CK：不施肥；FP：農(nóng)民習(xí)慣施肥，基施氮磷鉀復(fù)合肥（15 -15 -15）750 kg/hm2，返青期追施尿素300 kg/hm2；OPT：優(yōu)化施肥處理，每公頃氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）用量分別為210、120、60 kg；85% OPT：在OPT基礎(chǔ)上用有機(jī)肥氮替代15%化肥氮：70%OPT：在OPT基礎(chǔ)上用有機(jī)肥氮替代30%化肥氮。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積30 m2。具體施肥方案見表2。

所有試驗(yàn)處理的磷鉀肥和有機(jī)肥均作為基肥一次性施人。OPT、85% OPT、70% OPT三個(gè)處理：氮肥基追比均為1：1，播前50%基施，3月上旬追施50%：FP處理：每公頃基施氮磷鉀復(fù)合肥（15-15-15） 750 kg，3月上旬追施尿素300 kg。

1.4 田間取樣、測(cè)定項(xiàng)目及方法

試驗(yàn)實(shí)施前，按“S”形取樣法，采集試驗(yàn)小區(qū)0-20 cm土層土樣，剔除表面石礫和植物殘根等雜物，將多個(gè)采集點(diǎn)的土樣混勻，帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常溫風(fēng)干、研磨過(guò)篩后，測(cè)定土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、pH值等指標(biāo)。于小麥?zhǔn)斋@前，每小區(qū)按“S”形取樣法采集0-20 cm土層土壤，前處理后測(cè)定土壤基礎(chǔ)理化指標(biāo)。

土壤全氮和堿解氮采用LY/T 1228-2015標(biāo)準(zhǔn)中的方法測(cè)定：土壤速效磷采用NY/T 1121.7-2014標(biāo)準(zhǔn)中的方法測(cè)定：土壤速效鉀采用NY/T 889-2004標(biāo)準(zhǔn)中的方法測(cè)定：土壤有機(jī)質(zhì)采用NY/T 1121.6-2006標(biāo)準(zhǔn)中的方法測(cè)定：土壤pH值采用NY/T1121. 2-2006標(biāo)準(zhǔn)中的方法測(cè)定。

小麥成熟期進(jìn)行小區(qū)測(cè)產(chǎn)，測(cè)定小麥地上部生物量、公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、收獲指數(shù)等指標(biāo)。采集地上部整株樣品分為籽粒和莖葉兩部分，分別測(cè)定小麥莖葉與籽粒的N、P、K含量，計(jì)算養(yǎng)分利用率。相關(guān)指標(biāo)主要計(jì)算公式：

收獲指數(shù)（%）=籽粒產(chǎn)量／地上部生物量×100；籽粒蛋白質(zhì)含量（%）=籽粒含氮量（%）×6.25；氮肥偏生產(chǎn)力=籽粒產(chǎn)量／施氮量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2021進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用Origin 2024軟件作圖和SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的差異顯著性分析（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)收獲小麥后土壤理化性狀的影響

由表3看出，有機(jī)肥替代部分化肥可以提升土壤養(yǎng)分含量，但隨著替代比例的升高土壤養(yǎng)分含量基本呈下降趨勢(shì)。其中，兩試驗(yàn)點(diǎn)85%OPT處理土壤全氮、堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量，較OPT和FP處理分別平均提升8.64%、9.85%、10. 50%和12.45%、13.91%、10. 06%，且與FP處理差異達(dá)顯著水平（鄆城點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量除外）；兩個(gè)替代比例處理的土壤pH值均顯著低于FP處理。

2.2 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

有機(jī)肥替代部分化肥可提升小麥產(chǎn)量（表4），但隨著替代比例升高產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。兩試驗(yàn)點(diǎn)85% OPT、70% OPT處理產(chǎn)量均高于FP。其中以85% OPT處理的小麥籽粒產(chǎn)量最高，梁山、鄆城試驗(yàn)點(diǎn)較FP分別增加6.85%和5.67%，平均增產(chǎn)6.26%，其次是70% OPT處理，平均增產(chǎn)2.92%，OPT與FP處理產(chǎn)量基本持平。在小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素方面，兩試驗(yàn)點(diǎn)70% OPT處理的穗粒數(shù)均高于85% OPT處理，但二者與OPT處理均無(wú)顯著差異：85% OPT處理小麥公頃穗數(shù)最高，顯著高于其他處理：梁山試驗(yàn)點(diǎn)85% 0PT和70%OPT處理的千粒重略低于其他處理，但差異均不顯著，鄆城試驗(yàn)點(diǎn)兩個(gè)減施化肥處理的千粒重也均低于其他處理，且與FP處理差異顯著：不同施肥處理的小麥?zhǔn)斋@指數(shù)無(wú)顯著差異。

2.3 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)小麥植株養(yǎng)分含量的影響

由表5看出，有機(jī)肥替代部分化肥可提升小麥籽粒和秸稈養(yǎng)分含量。兩試驗(yàn)點(diǎn)OPT、85%OPT、70% OPT處理秸稈氮和籽粒氮含量均高于FP處理，其中梁山點(diǎn)以85% OPT處理最高，較FP處理分別增加21.82%、17.00%：鄆城點(diǎn)以70% OPT處理最高，較FP處理分別增加29.09%、8.89%。

2.4 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)小麥氮肥偏生產(chǎn)力的影響

有機(jī)肥替代部分化肥可提升氮肥偏生產(chǎn)力（圖1）。兩試驗(yàn)點(diǎn)70% OPT、85% OPT處理氮肥偏生產(chǎn)力均高于農(nóng)民習(xí)慣施肥（FP）處理，其中均以85% OPT處理的氮肥偏生產(chǎn)力最高，其次是70% OPT處理，且兩處理氮肥偏生產(chǎn)力均顯著高于FP處理。

2.5 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)小麥籽粒品質(zhì)的影響

有機(jī)肥替代部分化肥可提升小麥籽粒的品質(zhì)（表6）。其中梁山、鄆城試驗(yàn)點(diǎn)70%OPT處理的籽粒容重均最高，較FP處理分別顯著增加1.34%、2.36%。梁山點(diǎn)蛋白質(zhì)含量以85% OPT處理最高，較FP處理增加6.65%，鄆城點(diǎn)70%OPT處理籽粒蛋白質(zhì)含量最高，較FP處理增加5.58%，但差異均未達(dá)顯著水平。綜上看出，兩個(gè)替代比例處理的平均籽粒容重和蛋白質(zhì)含量均高于FP處理。

3 討論與討論

3.1 有機(jī)肥氮替代不同比例化肥氮對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代部分化肥處理的土壤全氮、堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量相較于農(nóng)民習(xí)慣施肥（FP處理）均增加，這與李燕等的研究結(jié)論相似。主要原因可能是有機(jī)肥與化肥配施，在短期可以通過(guò)化肥養(yǎng)分的釋放，為土壤提供養(yǎng)分，而有機(jī)肥分解時(shí)間較長(zhǎng)，可以延緩肥效時(shí)間。施用有機(jī)肥可以為微生物代謝活動(dòng)提供充足的碳源，在一定程度上調(diào)節(jié)土壤酸堿度，為微生物的代謝活動(dòng)提供良好的土壤環(huán)境，進(jìn)而改善土壤中的微生物群落特征。

3.2 有機(jī)肥氮替代不同比例化肥氮對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

相浩龍等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代部分化肥氮，可以提高公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)進(jìn)而提高小麥產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有機(jī)肥氮替代比例為15%時(shí)（85% OPT處理）小麥籽粒產(chǎn)量最高。比FP處理平均顯著增產(chǎn)6.26%。而替代比例提高到30%時(shí)（70% OPT處理），僅比FP平均增產(chǎn)2.92%。這與前人結(jié)果一致。究其原因，可能是適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)肥替代比例可以顯著提高土壤肥力，植物得到充分的養(yǎng)分供應(yīng)。其中，有機(jī)質(zhì)含量的提高促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成，也增加了土壤微生物的多樣性和生物量，有助于構(gòu)建健康的土壤生態(tài)系統(tǒng)。同時(shí)，公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重作為小麥產(chǎn)量的構(gòu)成因素，三者共同作用影響小麥產(chǎn)量。Liu等研究發(fā)現(xiàn)，施氮量的提升有助于作物的生長(zhǎng)發(fā)育，但對(duì)小麥千粒重沒(méi)有顯著性影響。王爽等研究發(fā)現(xiàn)，適量減少氮肥施用量，對(duì)小麥的公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)的提升具有顯著作用。這與本研究結(jié)果一致。綜上說(shuō)明，適量有機(jī)肥替代部分化肥，通過(guò)提升土壤養(yǎng)分，提高有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤微生物多樣性和酶活性，構(gòu)筑健康的土壤生態(tài)系統(tǒng)。最終促進(jìn)小麥公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)增多，從而提高小麥產(chǎn)量。

3.3 有機(jī)肥氮替代不同比例化肥氮對(duì)氮肥利用效率的影響

氮肥的施用提升小麥產(chǎn)量，但并不是施用越多產(chǎn)量越高。頡煒清等研究表明，隨著氮肥施用量的增加，肥料的養(yǎng)分利用效率呈下降趨勢(shì)，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)替代比例為15%時(shí)，氮肥偏生產(chǎn)力最高，效果最佳。過(guò)高的替代比例有機(jī)肥在短期無(wú)法保證小麥生長(zhǎng)過(guò)程中氮素的充足供應(yīng)，導(dǎo)致土壤肥力下降，小麥生長(zhǎng)發(fā)育受阻，影響小麥產(chǎn)量穩(wěn)定。

3.4 有機(jī)肥氮替代不同比例化肥氮對(duì)小麥籽粒品質(zhì)的影響

崔永增等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代化肥可提高小麥籽粒品質(zhì)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，70% OPT、85%OPT處理的小麥籽粒容重和蛋白質(zhì)含量平均高于其他處理，這與前人結(jié)果基本一致。主要原因可能是有機(jī)肥替代部分化肥可以促進(jìn)小麥氮素的吸收，同時(shí)，適當(dāng)?shù)奶娲壤ＷC了小麥在整個(gè)生育期養(yǎng)分供應(yīng)平衡，對(duì)灌漿期干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移起到促進(jìn)作用。最終增加籽粒蛋白質(zhì)含量，提高籽粒容重，進(jìn)而提高小麥品質(zhì)。

綜上，本試驗(yàn)條件下有機(jī)肥氮替代15%化肥氮（85% OPT）處理效果最佳。

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFD1901003）；國(guó)家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-03）；山東省科技型中小企業(yè)創(chuàng)新能力提 升工程項(xiàng)目（2022TSGC2408）；山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目（CXGC2023A14）；山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（科技示范工程）項(xiàng)目（2022SFGC0303）