有機替代及減量施氮對冬小麥產量及土壤養分的影響

楊忠浩 郭新送* 范仲卿 張 晶 丁秀紅

1 山東農大肥業科技有限公司 肥城 271600

2 山東合泰檢測技術服務有限公司 肥城 271600

3 青島市即墨區住房和城鄉建設局 青島266299

小麥作為我國三大糧食作物之一，穩產高產對我國的糧食安全問題至關重要[1]。氮肥是提高小麥產量及品質的有效措施，實際生產中大多采用追施尿素或者其他速效氮肥的方法來達到增產提質的目的。近年來，為了獲得小麥高產，化學氮肥的投入量逐漸增加，農田有機肥的投入逐年減少[2]，化學氮肥已經占據了主導地位。大量氮肥的投入不僅造成養分浪費，同時也帶來了土壤板結、肥力降低等問題[3～5]。因此，在小麥實際生產中需投入一定量的有機肥維持土壤質量、增強保肥保水能力，促進土壤生態系統的恢復。腐植酸作為一種有機膠體，內表面和膠體表面積較大，吸附性強，可吸附、交換和活化土壤中多種礦質元素，具有改土培肥，改善土壤團粒結構，提高作物產量的功能[6]，楊雪貞等[7]研究表明，腐植酸可以有效增加小麥產量。李燕等[8]研究表明，部分有機肥替代氮肥可以提高5%的小麥產量同時土壤有機質含量增加了0.9 ～1.5 g/kg。有機無機肥配施對作物產量和土壤肥力有顯著的提升作用[9]。

因此，本研究以當地傳統施氮為基礎，采用有機替代及減量施氮的方式，分析其對冬小麥產量及土壤養分的影響，為尋找區域農田小麥合理施肥模式，改善土壤質量，促進農業持續發展提供一定的參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點設在山東省日照市莒縣洛河鎮大張宋村（東經118°84′，北緯35°71′），地勢平坦，肥力均勻，灌溉方便，屬典型的暖溫帶濕潤季風區大陸性氣候，年平均氣溫12.7 ℃，年平均降水量768.7 mm。年平均日照時數2432.8 h，日照百分率為55%，年無霜期203 天。播種前取0 ～20 cm 土層測定試驗地耕層土壤基礎肥力狀況，詳見表1。

表1 試驗地耕層土壤基礎肥力Tab.1 Basic fertility of plough layer in the test site

1.2 供試材料

供試作物：冬小麥，品種為“魯原502”。

供試肥料：腐植酸氮肥（腐植酸脲銨態氮肥，腐植酸含量為6%，N 氮含量為28%）、磷肥為過磷酸鈣（P2O516%）、鉀肥為硫酸鉀（K2O 51%）、有機肥為腐植酸有機肥（有機質含量為55%，腐植酸含量為20%，氮磷鉀含量分別為2.5%、2.0%、0.5%）。試驗用肥均由山東農大肥業科技有限公司提供。

1.3 試驗設計

實施時間為2020 年10 月—2021 年6 月，試驗設置5 個處理，分別為常規施肥（腐植酸氮肥，CK）、部分有機替代（T1）、部分有機替代+氮肥減施15%（T2）、部分有機替代+氮肥減施20%（T3）、部分有機替代+氮肥減施25%（T4），每個處理重復3 次，采取隨機區組排列，每個小區面積40（5×8）m2。試驗各處理用肥均為基施，各處理養分施用量見表2，其他田間管理方式均一致。

表2 各處理養分施用量Tab.2 The nutrient application amount of each treatment kg/hm2

1.4 測定項目與方法

分別于小麥播種前、收獲后，采集0 ～20 cm混合土樣，放室內自然風干，過0.25 mm 孔徑篩充分混勻后，測定土壤養分含量。堿解氮采用堿解擴散法；有效磷采用碳酸氫鈉溶解鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨溶解火焰光度計法；土壤有機質測定采用重鉻酸鉀容量法。

小麥生物性狀測定：小麥田間生物性狀調查，包括冬前分蘗數、年后分蘗數。

產量測定：成熟期收獲1/3 小區面積進行產量性狀指標（公頃穗數、穗粒數、千粒重、產量）的測定分析。

1.5 數據處理

采用Excel 2010 作圖，SPSS 進行方差分析，并用LSD 法（P＜0.05）進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 有機替代及減量施氮對冬小麥分蘗數的影響

有機替代及減量施氮對冬小麥分蘗數影響如圖1 所示。由圖可知，T1 處理（994.95 萬株/公頃）冬前分蘗數顯著高于CK 處理（923.854 萬株/公頃）；說明腐植酸有機肥替代部分氮肥可有效增加冬前分蘗數。與T1 處理相比，減少氮肥的投入（T2、T3、T4 處理），冬前分蘗數顯著降低，下降幅度為10.61%～24.69%，且減肥幅度越大冬前分蘗數越小；但T2 與CK 處理相比差異不顯著。年后分蘗數各處理之間無顯著差異。

圖1 有機替代及減量施氮對冬小麥分蘗數的影響Fig.1 Effects of organic substitution and reduced nitrogen application on the number of winter wheat tillers

2.2 有機替代及減量施氮對冬小麥產量構成因素的影響

有機替代及減量施氮對冬小麥產量構成因素的影響不同。從表3 可以看出，各處理之間公頃穗數最高的為T1 處理（585.30 萬穗），高于CK 處理，但二者之間差異不顯著；相較于T1 處理而言，T2、T3、T4 處理則顯著降低了冬小麥公頃穗數，降幅在10.05 ～31.65 萬穗之間。各處理在穗粒數上差異均不顯著。從千粒重來看，T1 處理（35.16 g）顯著高于CK 處理（34.25 g），說明腐植酸有機肥替代部分氮肥可有效增加千粒重；而T2 處理千粒重高于T1 處理（差異不顯著），T3、T4 處理千粒重則顯著低于T1 和T2 處理，說明在腐植酸有機肥投入下減少氮肥15%并不會造成千粒重降低，繼續減少20%氮肥用量導致千粒重降低，但與CK相比不顯著，繼續減少25%氮肥用量則千粒重顯著降低。從有效成穗率來看，T2 處理的有效成穗率最高，達到了52.07%，其余依次為T1、T3、CK、T4 處理；T1、T2、T3 處理間差異不顯著，但顯著高于T4 和CK 處理，T4 與CK 處理間差異也不顯著；說明有機替代及減量施氮在一定程度上可以提高冬小麥成穗率。

表3 有機替代及減量施氮對冬小麥產量構成因素的影響Tab.3 Effects of organic substitution and reduced nitrogen application on the yield constituent factors of winter wheat

2.3 有機替代及減量施氮對冬小麥產量的影響

有機替代及減量施氮對冬小麥產量的影響如圖2 所示。由圖可以看出，T1 處理的冬小麥產量達7881.75 kg/hm2，顯著高于CK 處理，增產率為4.08%；同時T2、T3 處理與T1 處理之間無顯著差異，但T2 處理顯著高于CK 處理，T3 與CK 處理之間無顯著差異，T4 處理產量則顯著低于其他各處理。說明腐植酸有機肥替代部分氮肥可進一步提升產量，在腐植酸有機肥投入下減少15%氮肥用量，冬小麥產量顯著增加；繼續減少20%氮肥用量，冬小麥產量略有增加，但無顯著差異；繼續減少25%氮肥用量，則冬小麥產量顯著降低。說明，在一定范圍內（≤20%）減少無機來源的氮肥配施腐植酸有機肥并不會造成冬小麥產量降低，但過度減少無機來源的氮肥的施用量則會造成冬小麥產量顯著下降。

圖2 有機替代及減量施氮對冬小麥產量的影響Fig.2 Effects of organic substitution and reduced nitrogen application on the yield of winter wheat

2.4 有機替代及減量施氮對土壤養分的影響

有機替代及減量施氮對土壤養分的影響顯著。試驗結果顯示（表4），與CK 處理相比，T1 處理顯著增加了土壤堿解氮含量，增幅為11.36%；與T1 處理相比，T2 處理堿解氮含量略有下降但差異不顯著；T3、T4 處理堿解氮含量則顯著降低，但仍高于CK 處理。腐植酸有機肥投入各處理有效磷含量各處理之間差異不顯著。各處理速效鉀含量略有降低，但無顯著差異。從土壤有機質來看，相較于CK 而言，腐植酸有機肥的投入均增加了土壤有機質的含量，增幅范圍為2.74%～6.00%，其中T1處理有機質含量增加幅度最大，但均無顯著差異。

表4 有機替代及減量施氮對土壤養分的影響Tab.4 Effects of organic substitution and reduced nitrogen application on the nutrients of soil

3 討論

含腐植酸有機肥的投入可顯著提高作物產量產量[10]，梁璐[11]研究表明，在施用有機肥的條件下配施化肥，可顯著提高小麥產量，相比于單施化肥處理可提高12.5%。李順等[12]研究也表明，適量有機肥替代化肥可增加冬小麥產量。楊修一等[13]研究表明，減氮量存在臨界值，當氮肥投入過少時，不利于冬小麥產量的增加，反而會造成減產。這些研究與本試驗結果一致。本試驗結果表明，在腐植酸有機肥替代部分氮肥，冬小麥產量進一步增加，增產率4.08%，在腐植酸有機肥的投入下減施無機來源氮肥（≤20%）并未造成產量下降，但減施氮肥超過20%時則造成冬小麥減產。

有機肥替代氮肥，其作用不僅是為了減少肥料投入、增加產量，更主要的是為了提升耕地質量，最終形成一個穩定綠色可持續的農田生態系統，這樣才能增加作物產量[14，15]。宇萬太等[16]研究表明，適量有機肥能維持土壤碳氮收支平衡，維持土壤肥力。本試驗研究表明，在腐植酸有機肥替代部分無機來源的氮肥條件下可效增加土壤堿解氮、有機質含量，相較于T1 處理而言，T2、T3、T4 處理降低了堿解氮含量，但仍高于CK 處理；有機肥投入均可增加有機質含量，增加幅度為2.74%～6.00%。說明本試驗條件下，腐植酸有機肥投入下適當減少無機來源的氮肥用量可滿足冬小麥生育期的碳氮需求量且不會出現減產效應，一方面是因為有機肥和腐植酸氮肥中的腐植酸對肥料中的無機來源的養分和土壤中的養分具有增效作用；另一方面，腐植酸可改良土壤結構、提高土壤養分利用率、增加土壤生物活性、保水保肥抗旱、調節土壤酸堿性，在維持土壤肥力上具有良好的效果[17]。

但本試驗并未設置不含腐植酸的純無機氮肥的處理，不能更好地反應出腐植酸在減量無機氮肥的作用，也未開展多年連續施用腐植酸有機肥下土壤理化性質的改變，不能確定腐植酸對土壤理化性質的長效作用。這些還有待進一步研究以更好地體現腐植酸的作用。