有機肥不同量級對小麥產(chǎn)量和土壤培肥的影響

韓 寶，于躍躍，朱 文，徐 凱，郭 寧

（1北京市房山區(qū)種植業(yè)技術(shù)推廣站，北京102412；2北京市土肥工作站，北京100029）

0 引言

作物增產(chǎn)最有效的途徑就是施用肥料，資料統(tǒng)計化肥對糧食增產(chǎn)的貢獻率可達30%以上，但化肥的長期施用會導致土壤污染、土壤板結(jié)、土壤酸化等很多土壤問題[1]，過量施肥還會影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，浪費資源的同時對生態(tài)環(huán)境和糧食安全都會造成影響[2]。肥料在中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，因其會影響土壤養(yǎng)分情況、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)，所以必須重視科學合理施用肥料，減少施肥不當對土壤和環(huán)境造成的危害[3]。有機肥是近幾年來中國廣泛推廣施用的肥料，施用有機肥可以改善土壤理化性質(zhì)，影響土壤的氮磷鉀含量，在保土保肥的基礎(chǔ)上增加作物產(chǎn)量[4]，有機肥可以在提供作物所需養(yǎng)分的同時改良和培肥土壤，對于保護生態(tài)環(huán)境、減少土壤化肥污染以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都意義重大，所以中國開始大力提倡使用有機肥料[5]。

中國已經(jīng)有很多學者對于有機肥對小麥產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分指標做了一系列研究。張長春等[6]通過田間小區(qū)試驗研究不同比例有機肥氮替代化肥氮對小麥產(chǎn)量和氮肥利用率的影響，發(fā)現(xiàn)有機肥可以在一定范圍內(nèi)替代化肥氮。陳愛萍等[7]在江蘇常州市通過田間試驗研究不同比例有機肥替代對于小麥產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)20%有機肥替代效果最好，替代過低或過高都不利于小麥生長。孫娟等[8]在成都平原研究稻麥輪作中不同有機肥用量對土壤有機質(zhì)、養(yǎng)分含量和容重等指標的影響，發(fā)現(xiàn)在單施減量20%的情況下小麥穩(wěn)產(chǎn)，土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量高。邢鵬飛等[9]在華北平原進行為期4年的研究，發(fā)現(xiàn)有機肥替代30%無機肥處理能夠保證糧食產(chǎn)量，土壤肥力最高的處理是有機肥替代50%無機肥。

小麥是北京市房山區(qū)的主要糧食作物，北京的環(huán)境問題也一直受到國家的高度重視，研究房山地區(qū)的小麥高產(chǎn)高效模式十分重要，研究表明有機肥的用量對于小麥產(chǎn)量影響顯著，但從實際應用方面探討有機肥不同量級對小麥產(chǎn)量、土壤肥力的影響的研究少之又少。

本研究通過在北京房山地區(qū)布置長達5年的長期定位施肥試驗，以北京周邊地區(qū)糧田推薦有機肥用量為試驗依據(jù)，設(shè)置不同有機肥量級，以期為北京地區(qū)糧田有機肥合理施用、土壤合理培肥以及土壤生態(tài)環(huán)境等關(guān)鍵參數(shù)的量化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗點位于北京市房山區(qū)閻村鎮(zhèn)后十三里村，位于東經(jīng)116°6'，北緯39°41'，氣候為溫帶季風氣候，年降雨600 mm左右，春季多旱多風，試驗種植作物為夏玉米和冬小麥。試驗時間為2011年10月—2016年6月，連續(xù)開展5年。土壤類型為黏壤質(zhì)褐土，土壤基本理化性質(zhì)如表1所示。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

試驗種植方式采用夏玉米-冬小麥輪作，玉米品種為‘平單120’(甜玉米)，小麥品種為‘農(nóng)大211’。氮肥為尿素和磷酸二銨含純氮量(N)分別為46%和18%，磷肥為磷酸二銨含純磷量(P2O5)46%，鉀肥為硫酸鉀含純鉀量(K2O)50%。商品有機肥有機質(zhì)含量46.3%、氮磷鉀養(yǎng)分含量總和8.72%，其中總氮含量2.62%、五氧化二磷含量3.42%、氧化鉀含量2.68%。

1.2 試驗設(shè)計與方法

采用田間小區(qū)試驗進行研究，試驗布置6個處理，設(shè)置3次重復，試驗小區(qū)進行隨機排列：處理1空白對照，不施用任何肥料(CK)；處理2施用0.5倍有機肥用量，有機肥用量為處理3的一半(0.5 ON)；處理3施用與長期定位監(jiān)測點肥料投入統(tǒng)計結(jié)果等氮量的有機肥用量(ON)；處理4施用1.5倍有機肥用量，有機肥用量為處理3的1.5倍(1.5 ON)；處理5施用2倍有機肥用量，有機肥用量為處理3的2倍(2 ON)；處理6施用3倍有機肥用量，有機肥用量為處理3的3倍(3 ON)，具體施肥量如表2，采用1次底施，底肥均勻撒施，旋耕后播種的施肥方式。

表2 各處理有機肥施肥量

試驗小區(qū)面積為72 m2，小區(qū)四周設(shè)保護行，寬度4.8 m，試驗連續(xù)實施5年。試驗材料采用夏玉米（上茬）與冬小麥（下茬）輪作的方式，1年2茬。玉米6月下旬播種，9月下旬收獲，種植49500棵/hm2；小麥10月上旬播種，6月下旬收獲。底肥在播種前施用，追肥在返青期施用，底肥均勻撒施，旋耕后播種，追肥均勻撒施后澆返青水。

1.3 測定項目與方法

在小麥和玉米收獲期，取0～20 cm表層土壤，取樣點位于2株作物之間，每個處理取3個點，四分法混合，用冰盒帶回化驗室，樣品4℃保存。測定以下指標：有機質(zhì)采用外源加熱法測定；堿解氮采用擴散法測定；有效磷采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用火焰光度計法測定[10]；微生物生物量碳采用氯仿熏蒸浸提法測定[11]；脲酶采用奈氏比色法測定（37℃培養(yǎng)24 h）[12]；機械組成采用激光粒徑分析儀測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)取3次重復的平均值，對產(chǎn)量要素、微生物生物量碳、脲酶等指標采用SPSS軟件做顯著性相關(guān)分析。

還有一些國際組織也在制定相關(guān)的標準，以推動綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，其中最成功的是綠色網(wǎng)格組織(GreenGrid)。該組織是致力于降低全球數(shù)據(jù)中心能源消耗的非營利性組織，由IBM、微軟等幾家知名IT公司聯(lián)合建立。而創(chuàng)立了全球最權(quán)威的綠色建筑LEED認證體系的美國綠色建筑委員會(USGBC)，也針對數(shù)據(jù)中心建筑增加了綠色認證標準。綠色網(wǎng)格組織已成功開發(fā)出一套提高數(shù)據(jù)中心能效的指標，包括PUE、DCiE等，這些指標都在世界范圍內(nèi)被廣泛使用，成功地為大量數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和運營提供能源效率比對標準[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 施有機肥對小麥產(chǎn)量的影響

相比不施肥的對照處理，施用有機肥可以明顯提高作物產(chǎn)量，平均提高小麥產(chǎn)量15.6%，不同有機肥施肥量級處理增幅不同，0.5 ON、ON、1.5 ON、2 ON、3 ON處理依次增產(chǎn)8.8%、11.4%、16.6%、19.1%、22.2%。5年來，對照不施肥處理呈現(xiàn)出顯著減產(chǎn)的趨勢，產(chǎn)量由 6766.5 kg/hm2降到 4899 kg/hm2，減幅為27.6%，單施用有機肥的0.5 ON、ON、1.5 ON、2 ON、3 ON均呈現(xiàn)先增產(chǎn)后減產(chǎn)的趨勢，但均比對照處理產(chǎn)量高，2 ON處理在2013年出現(xiàn)了最高產(chǎn)量8514 kg/hm2，0.5 ON、ON、1.5 ON、3 ON 4個處理則均在2014年出現(xiàn)了最高產(chǎn)量，其中以3 ON產(chǎn)量最高為8632.5 kg/hm2，但在第4年所有處理均出現(xiàn)減產(chǎn)趨勢，3 ON處理在5年來小麥產(chǎn)量均處于較高水平（圖1）。

圖1 施肥方式對小麥產(chǎn)量的影響

2.2 施有機肥對小麥產(chǎn)量要素的影響

相對不施肥處理，不同有機肥處理均提高了小麥的每hm2穗數(shù)，提高幅度為93～258萬穗；0.5 ON和2 ON處理的穗粒數(shù)相對較低，ON、1.5 ON、3 ON處理相比對照增加小麥穗粒數(shù)0.4～1.6粒，影響均不顯著；有機肥不同量級對小麥的千粒重也產(chǎn)生影響，0.5 ON和2 ON處理的千粒重相對對照處理較低，ON、1.5 ON、3 ON處理相比對照增加小麥千粒重0.2～0.6 g，影響不顯著。3 ON處理是所有處理中對小麥每hm2穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重影響最大的處理。相關(guān)數(shù)據(jù)見表3。

表3 對小麥植株性狀的影響

2.3 施肥方式對土壤肥力指標的影響

整理2012—2016年所測得的土壤肥力指標數(shù)據(jù)，計算各項肥力指標5年來的平均值，具體結(jié)果如表4所示，可以看出施用不同量級的有機肥對土壤肥力指標影響顯著，土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀都隨有機肥施用的增多而有所增加，有機肥不同量級對土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀影響程度有所不同。

表4 有機肥不同量級對土壤肥力的影響

2.3.1 土壤有機質(zhì) 有機肥不同量級對土壤有機質(zhì)含量有顯著影響，施用不同量的有機肥對于土壤有機質(zhì)含量影響不同，施用有機肥的處理均比對照處理的土壤有機質(zhì)含量高，對5年來土壤有機質(zhì)含量6個處理的平均值進行計算，發(fā)現(xiàn)0.5 ON、ON、1.5 ON、2 ON、3 ON相比對照處理土壤有機質(zhì)含量分別提高5.19%、19.91%、36.28%、25.37%、36.10%，以處理1.5 ON和3 ON對土壤有機質(zhì)含量影響最為明顯。

2.3.2 土壤全氮 施用有機肥對土壤全氮含量有影響，5個施用有機肥的處理土壤全氮含量均高于對照不施肥處理，0.5 ON、ON、1.5 ON、2 ON、3 ON 5個施用有機肥處理5年來平均值相比對照處理土壤全氮含量分別提高3.45%、12.93%、26.72%、28.45%、30.17%，1.5 ON、2 ON、3 ON 3個有機肥量級處理對于土壤全氮含量的影響均大于25%，對于土壤全氮含量影響非常顯著。

2.3.3 土壤堿解氮 CK、0.5 ON、ON、1.5 ON、2 ON、3 ON 6個處理5年來的土壤堿解氮變化趨勢大體一致，對照CK處理的土壤堿解氮含量最低，施用有機肥可以不同程度增加土壤堿解氮含量，計算0.5 ON、ON、1.5 ON、2 ON、3 ON 5個施用有機肥處理5年來土壤堿解氮平均值，發(fā)現(xiàn)相比對照處理土壤堿解氮分別提高4.32%、11.56%、14.84%、38.63%、35.83%，2 ON處理是對土壤堿解氮影響最大的有機肥處理。

2.3.5 土壤速效鉀 土壤速效鉀含量受到有機肥施用量的影響，5年來0.5 ON、ON、1.5 ON、2 ON、3 ON處理平均較CK處理土壤速效鉀含量提高2.63%、10.40%、21.46%、44.48%、34.20%，以2 ON處理對土壤速效鉀影響最為顯著，5年來土壤速效鉀由不施肥對照處理的107.02 mg/kg上升到154.62 mg/kg，增長率高達44.48%，其次是3 ON處理，對于土壤速效鉀含量影響也十分顯著，0.5 ON處理相比與對照不施肥處理對土壤速效鉀含量幾乎沒有影響。

2.4 施肥方式對土壤生物指標的影響

2.4.1 對土壤微生物碳的影響 土壤中微生物碳指標可以反映土壤中的微生物種群數(shù)量，試驗發(fā)現(xiàn)，施用有機肥的處理土壤微生物碳數(shù)量都有所變化。3 ON處理是所有處理中與CK處理差異最為顯著的處理，1.5 ON處理也與CK處理存在極顯著差異，0.5 ON、ON、2 ON處理與CK處理也存在差異，0.5 ON、ON、1.5 ON、2 ON、3 ON處理平均較CK處理土壤微生物碳提高50.97、26.66、77.99、60.72、26.15 mg/kg，所有處理中3 ON處理微生物碳含量最高，對照處理微生物碳量最少（圖2）。

圖2 不同處理土壤微生物碳含量

2.4.2 對土壤脲酶的影響 土壤中的脲酶可以有效反映土壤的微生物活力，影響土壤微生物代謝氮素的能力。施用有機肥不同量級可以不同程度增加土壤脲酶含量，影響土壤脲酶活性，其中以1.5 ON處理的土壤脲酶含量最高，與對照處理存在極顯著差異，3 ON處理對土壤脲酶含量影響最小，0.5 ON、ON、1.5 ON、2 ON、3 ON處理平均較CK處理土壤脲酶含量增幅分別為49.80%、49.70%、59.22%、17.26%和2.72%，有機肥不同量級可以不同程度增加土壤脲酶含量（圖3）。

圖3 不同處理土壤脲酶含量

2.5 對土壤機械組成的影響

土壤的機械組成即土壤各粒徑比例可以展現(xiàn)不同施肥處理改良和培肥土壤的效果，試驗表明施用不同量級的有機肥改變了土壤的機械組成。0.5 ON、ON、1.5 ON、2 ON、3 ON施用有機肥處理均降低＜0.01 mm粒徑的比例，分別降低4.93%、10.79%、2.56%、1.25%和4.61%，分別增加0.01～0.05 mm粒徑比例4.26%、2.73%、5.76%、6.56%和3.07%，施用不同量級有機肥對0.05～1 mm粒徑也有影響，ON處理的0.05～1 mm粒徑比例增加，其余處理0.05～1 mm粒徑比例降低（圖5）。

圖4 不同處理各粒徑比例

3 討論

本研究表明施用有機肥可以提高小麥產(chǎn)量15.6%左右，不同有機肥施肥量級處理小麥產(chǎn)量增幅不同。李國紅[13]研究得出施用有機肥可以改善小麥品質(zhì)提高小麥產(chǎn)量，科學合理施用有機肥可以保證小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，李彥等[14]也發(fā)現(xiàn)連續(xù)多年施用有機肥會造成土壤硝態(tài)氮累積，在一定程度上影響小麥產(chǎn)量，這也說明本研究結(jié)論具有說服性。以往研究也有發(fā)現(xiàn)增施不同數(shù)量的商品有機肥，會提高小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)，提高小麥出苗整齊度，改變小麥的成產(chǎn)因素[15]，施用不同量級的肥料不會對小麥產(chǎn)量、單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)產(chǎn)生顯著影響，減量施肥可以在維持小麥產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分含量基礎(chǔ)上提高肥料利用效率[16]。

試驗發(fā)現(xiàn)施用有機肥后土壤的脲酶含量、微生物碳含量都有發(fā)生變化，與張彭良等人的研究結(jié)論具有一致性——生物有機肥會影響土壤中的脲酶含量，從而影響微生物活性，促進根系對養(yǎng)分的吸收[17]。本研究發(fā)現(xiàn)土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀都受有機肥施用量的影響，有機肥不同量級對土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀影響程度有所不同。長期施肥在影響小麥產(chǎn)量的同時也會影響土壤全氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量，土壤養(yǎng)分指標與小麥產(chǎn)量存在相關(guān)性[18]。謝娟娜等[19]研究也表明施用有機肥可以增加土壤總氮和有機質(zhì)含量，還會影響土壤中的微生物菌數(shù)，但是如果有機肥施用不合理也會對作物產(chǎn)生危害。研究表明土壤中的脲酶、過氧化氫酶和小麥產(chǎn)量會受到施用生物有機肥的影響，土壤中脲酶活性與土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量之間存在正相關(guān)關(guān)系[20]。趙軍等[21]也發(fā)現(xiàn)有機肥部分替代化肥可以在不影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)上提高土壤的微生物碳和氮含量。井永蘋等[22]研究有機肥施用對小麥玉米輪作影響，找到合適的有機肥施用量從而降低了施肥對環(huán)境造成的污染。

4 結(jié)論

2011—2016年的5年長期定位試驗表明，土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀都隨有機肥施用的增多而有所增加，有機肥不同量級對土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀影響程度有所不同。所有施用有機肥的處理中以1.5 ON和3 ON處理對土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷含量影響最為明顯，施用不同量級的有機肥均會影響土壤的微生物碳和脲酶含量，其中以1.5 ON處理影響最為顯著，3 ON處理對土壤微生物碳影響極顯著，施用不同量級有機肥的處理均可以增加土壤0.01～0.05 mm粒徑比例。相比于對照處理施用有機肥可以提高作物產(chǎn)量，施用有機肥處理平均提高小麥產(chǎn)量15.6%，不同有機肥施肥量級處理小麥產(chǎn)量增幅不同，其中施用3倍有機肥(3 ON)處理的小麥產(chǎn)量最高，3 ON處理在5年來小麥產(chǎn)量均處于較高水平，對小麥單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重影響最大，是值得推廣的有機肥施用處理。