有機肥替代化肥對皖北小麥產量及養分利用率的影響

程謙勛 武 艷 關文義 朱佳 劉健健 喬策策 趙建榮

摘 要：為了探究化肥減量施用和有機肥替代對皖北小麥產量、養分積累和吸收利用效率的影響，該研究共設置CK（不施肥處理）、UF（單施無機肥處理）、MF1（80%化肥+20%有機肥）、MF2（60%化肥+40%有機肥）、MF3（40%化肥+ 60%有機肥）等5個處理，對小麥產量、養分吸收及土壤養分含量等指標進行了測定。結果表明：與UF相比，MF1、MF2處理的小麥產量無顯著差異，而MF3處理的小麥產量有所降低，MF1則顯著提高了小麥的氮肥農學利用率和氮肥偏生產力，MF2、MF3和UF3個處理間無顯著差異。此外，有機肥施用顯著地提高了土壤有機質和全氮含量，而土壤有效磷和速效鉀含量則無顯著差異。

關鍵詞：小麥;有機肥替代比例;產量;氮素利用率

中圖分類號 S512.1文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）22-0118-04

Effect of Organic Fertilizer Substituting Chemical Fertilizer on Wheat Yield and Nutrient Utilization Rate in Northern Anhui

CHENG Qianxun1 et al.

（1Anhui Guozhen Environmental Sanitation Technology Co.， Ltd.， Hefei 230000， China）

Abstract： In order to investigate the effects of organic fertilizer replacing chemical fertilizer on wheat yield，nutrient accumulation and utilization，five different fertilization patterns，including non-apply fertilizer （CK），inorganic fertilizer （UF），20% organic fertilizer + inorganic fertilizer （MF1），40% organic fertilizer + inorganic fertilizer （MF2），60% organic fertilizer + inorganic fertilizer （MF3），were performed in the wheat field area of Lixin Country，Anhui Province.The results showed that the yield of wheat had no significantly different both in the MF1 and MF2 treatment compared with the UF treatment，but a significantly decrease of yield was observed in MF3 treatment.The MF1 treatment could enhance the agronomic efficiency and partial productivity of nitrogen fertilizer compared with the UF treatment.Moreover，organic fertilizer replacing chemical fertilizer could also significantly enhance the content of organic matter，total nitrogen in soil，while there are no different of available phosphorus and available potassium between UF and MFs.

Key words： Wheat; Organic fertilizer substitution ratio; Yield; Nitrogen use efficiency

研究表明，肥料的施用對我國糧食的增產貢獻率高達55%～57%，增施肥料對農業生產具有極其重要的作用[1-2]。自20世紀60年代以來，我國肥料施用量，尤其是化學氮肥的施用量呈直線上升的趨勢，到了2009年，我國化肥總施用量超過64Mt，占世界消費總量的35%[3]。由于化肥的不合理施用，引發了土壤質量問題，如土壤容重增加，田間持水量降低，土壤團粒結構遭到破壞，同時造成了如水體富營養化、溫室氣體排放等一系列的環境問題已成為制約農業綠色可持續發展的重要因素[4-5]。為此，農業部在2015年提出了“到2020年化肥使用量零增長行動方案”，方案中強調，2015—2019年間，將我國的化肥施用量的年增長率控制在1%以下，在2020年實現主要農作物的化肥施用量實現零增長。在保證產量的前提下，有機肥替代化肥是實現該目標的重要措施之一[6-8]。

有機肥施用對于土壤培肥和作物生長發育具有良好的促進作用[9-11]。研究發現，有機肥施用能夠顯著增加土壤有機質含量，促進微生物對氮磷鉀等養分的分解與固定，減少因揮發、淋溶、化學固定等原因造成養分損失。此外，施用有機肥還能改善土壤團粒結構，增強土壤保水保肥能力，是促進資源循環利用、發展綠色生態農業的必要途徑和重要手段[12-14]。研究表明，有機肥和無機肥配合施用能夠顯著提高農作物生長發育中后期干物質的積累量，促進植物對養分的吸收。在我國西北地區，施用有機肥可顯著提高土壤有機質含量和作物氮肥利用率[15]。此外，有機肥部分替代化肥還能有效增加麥玉輪作條件下的磷素利用效率，同時提高小麥和玉米的產量[16]。在小麥生產過程中，有機肥部分替代化肥同樣能夠顯著提高小麥對氮素營養的吸收，改善土壤礦質態氮素的供應，同時收獲與單施無機肥條件下相同或更高的產量[17-19]。本研究選擇皖北地區小麥為對象，研究不同有機肥部分替代化肥比例對小麥產量、養分積累以及化肥利用率的影響，綜合考慮產量和經濟效益獲得最佳的替代比例，以期為皖北地區小麥有機肥配施化肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料 試驗于2019年11月10日至2020年6月10日在利辛縣馬店孜鎮試驗田進行。該地區位于中緯度地區，屬暖溫帶半濕潤季風氣候區，年平均氣溫14.8℃，全年無霜期215d，年均降雨量823.9mm。試驗地前茬為玉米，試驗地土壤耕層（0～20cm）基本理化性質為：pH 6.8，有機質1.45%，全氮0.61g/kg，速效磷25mg/kg，速效鉀116mg/kg。供試品種為揚麥25，化學肥料為尿素（N46%）、過磷酸鈣（P2O512%）、氯化鉀（K2O 60%）;有機肥產品為安徽養地生物科技有限公司生產的商品有機肥，養分含量為N∶1.5%，P2O5∶1.6%，K2O：2.2%，有機質含量46.3%。

1.2 試驗設計 試驗共設置5個處理：處理1：不施肥處理（CK）;處理2：單施無機肥處理（UF），氮肥（折合純N）用量220kg/hm2，磷肥（P2O5）用量100kg/hm2，鉀肥（K2O）用量90kg/hm2;處理3：化肥減施20%+有機肥（MF1）800kg/hm2;處理4：化肥減施40%+有機肥（MF2）1200kg/hm2;處理5：化肥減施60%+有機肥（MF3）1800kg/hm2。3次重復，隨機區組排列，小區面積60m2。有機肥、磷肥、鉀肥作基肥一次性施入，氮肥分3次施入，基肥、追肥比例為6∶4。基肥于11月4日撒施，分蘗肥和穗肥為尿素，分蘗肥于1月28日撒施，穗肥于3月10日撒施。

1.3 樣品采集及測定方法

1.3.1 樣品采集 在冬小麥收獲期采集植株樣品，每塊試驗田采3份樣品，用于各器官氮素含量測定;在收獲期各小區選取3個1m2樣方的地上部，裝入網袋，自然風干后，測定總干物質重，機械脫粒，稱取籽粒重量，并取500粒稱重，換算成千粒重。

1.3.2 植株干物質和全氮含量的測定 樣品的處理：取風干的實驗室待測樣品充分混勻后，按四分法縮減至100g，粉碎，籽粒全部通過0.25mm（秸稈通過0.5mm）孔徑篩，裝入樣品瓶備用。植株全氮含量用H2SO4-H2O2 消解，用凱氏定氮法測定。

1.3.3 計算方法 參考趙俊曄等[35]和Przulj等[36]方法計算：

收獲指數（%）=籽粒產量/生物量×100;

氮肥農學效率（%）=（施氮區產量-空白區產量）/施氮量×100;

氮肥表觀回收率（%）=（施氮區地上部氮素積累量-空白區地上部氮素積累量）/施氮量×100;

氮肥偏生產力=施氮區產量/施氮量;

植株養分積累量=植株干物質量×養分含量。

1.3.4 數據分析 采用SPSS25軟件進行統計分析，采用最小顯著極差法（LSD）進行差異顯著性檢驗（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 有機肥替代化肥對小麥籽粒產量、生物量及收獲指數的影響 不同有機肥替代比例對小麥產量、生物量以及收獲指數的影響如圖1所示。由圖1可知：肥料的施用可明顯增加小麥的產量和生物量，UF～MF3處理的小麥產量與CK處理相比均達到了顯著性的差異（圖1a）。在有機肥替代處理中，MF1和MF2處理的小麥產量與UF處理無顯著差異，但當有機肥替代比例達到60%時，小麥的產量較UF相比呈降低趨勢（圖1b）。此外，小麥收獲指數的測定結果表明，純化學肥料和有機肥替代處理下的收獲指數與不施肥處理之間顯著差異（圖1c）。

2.2 有機肥替代化肥對小麥植株養分積累及肥料利用效率的影響 不同施肥處理小麥籽粒、穎殼和秸稈中的氮素積累量存在差異。由圖2a可知，不同施肥處理下的籽粒氮積累量從高到低依次為MF1>UF>MF2>MF3>CK。與UF和CK相比，MF1處理下的小麥籽粒氮含量分別增加6%、30%，并且與CK相比差異達到了顯著性，表明有機肥20%替代化肥能夠顯著提高氮素營養在小麥籽粒中的積累。通過測定不同施肥處理下小麥秸稈中的氮積累量發現，與CK處理相比，施肥處理能夠顯著提高小麥秸稈氮的積累。隨著有機肥替代比例的提高，小麥秸稈中的氮積累呈下降趨勢，表明施用有機肥能夠影響氮素在小麥不同部位的分布狀況。

2.3 有機肥替代化肥對小麥氮肥利用效率的影響 與UF處理相比，MF1、MF2處理下的氮肥表觀回收率分別提高了110%、102%、97%，差異到達顯著水平。MF1處理與UF處理相比，氮肥的農學效率顯著提高66%，偏生產力顯著提高15%，而MF3處理下的氮肥表觀回收率、農學效率和偏生產力有所降低，但未達到顯著差異。說明施用有機肥合理配施化肥能夠提高小麥地上部對氮素的吸收利用，從而提高產量。

2.4 有機肥替代化肥對土壤肥力的影響 不同處理試驗小麥收獲后耕作層（0～20cm）土壤的肥料狀況，包括土壤有機質、全氮、速效磷和速效鉀含量結果見圖3。由圖3可知，與不施肥相比，無論單施化肥或有機肥配施，均能顯著提高土壤中的全氮、速效磷和速效鉀含量，而單施化肥對土壤中的有機質含量無明顯的提升。與UF相比，有機肥配施能夠顯著提高土壤中速效磷和有機質的含量。MF3處理下的土壤速效鉀含量較UF有顯著降低，表明有機肥替代過多對土壤鉀營養的積累有所降低，進一步說明了有機肥替代20%可能是安徽皖北地區較為適宜的有機肥配比。

3 討論

本試驗結果表明，有機肥替代化肥能夠顯著提高小麥產量，與UF和CK相比，MF1處理下的小麥產量分別提高4%、30%，這與之前的研究結果一致。張奇茹等通過5年定位試驗表明，有機肥替代40%化肥氮素能顯著提高旱地小麥籽粒產量。呂鳳蓮等研究發現，在有機肥替代75%化肥氮素的處理下，小麥-玉米輪作體系下的作物產量和經濟效益均有顯著提高[20]。有機肥替代化肥除了能夠滿足作物生長發育對養分的需求，同時還能夠增加土壤中的養分含量，對于提高土壤肥力具有重要作用。本研究中，施用有機肥同樣能夠增加土壤中有機質和全氮含量，促進小麥對氮素的吸收利用效率。張新建等研究發現，有機肥施入土壤后，增加了土壤有機質含量，為土壤微生物的生長發育提供了適宜的碳氮比，增強了微生物的活性，進一步促進了土壤中的有機物分解，從而增加土壤中氮磷鉀等養分含量[21]。

4 結論

本研究結果表明，與常規農民習慣施肥處理相比，有機肥替代20%、40%化肥對小麥產量和地上部生物量無顯著影響，但當有機肥替代比例達到60%時，小麥產量出現降低趨勢。此外，有機肥替代能夠顯著提高土壤有機質和全氮含量。綜合考慮產量與經濟效益以及環境效益等因素，有機肥替代20%化肥對安徽皖北地區小麥生產有一定的推廣價值。

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（責編：張宏民）