李燕 朱國梁 張雪飛 董浩 魏建林 崔榮宗 李國生 鄭福麗 譚德水

摘要：以冬小麥品種濰麥8號為試材，以不施氮肥（PK）、優(yōu)化施肥（OPT）為對照，設置有機肥氮替代5%化肥氮（T1）、有機肥氮替代10%化肥氮（T2）、有機肥氮替代20%化肥氮（T3）和有機肥氮替代30%化肥氮（T4）共6個處理，研究有機肥替代部分化肥對冬小麥產(chǎn)量及土壤肥力的影響，以探明合適的有機肥替代比例。結果表明：T2在所有處理中產(chǎn)量最高，較OPT增產(chǎn)5.0%;隨有機肥替代部分化肥比例的增加，產(chǎn)量有降低趨勢，T3和T4處理較OPT增產(chǎn)4.0%和0.2%;穗粒數(shù)和千粒重是主要增產(chǎn)要素。氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學效率隨替代比例增加都呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，以T2處理最高，分別為31.2、4.2 kg/kg。有機肥替代部分化肥能夠提高土壤耕層養(yǎng)分含量，與OPT相比，T2、T3、T4處理土壤有效磷含量分別增加31.5、1.2、2.2 mg/kg;T1、T2處理速效鉀含量分別增加37.7、68.0 mg/kg;T1、T2、T3、T4處理有機質(zhì)含量分別增加1.5、2.6、0.9、1.0 g/kg，以T2增幅最大。本試驗條件下，兼顧小麥產(chǎn)量與土壤肥力認為，以有機肥氮替代10%化肥氮（T2）效果最優(yōu)。

關鍵詞：有機肥替代部分化肥;冬小麥;產(chǎn)量;土壤肥力

中圖分類號：S152.1+10.62? 文獻標識號：A? 文章編號：1001-4942（2020）11-0031-05

Effects of Partial Replacement of Chemical Fertilizer with

Organic Fertilizer on Winter Wheat Yield and

Soil Improvement Efficiency

Li Yan1， Zhu Guoliang2， Zhang Xuefei3， Dong Hao2， Wei Jianlin1，

Cui Rongzong1， Li Guosheng1， Zheng Fuli1， Tan Deshui1

（1. Institute of Agricultural Resources and Environment， Shandong Academy

of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Wastes Matrix Utilization，

Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Jinan 250100， China;

2. Taian Academy of Agricultural Sciences， Taian 271000， China;

3. Daiyue District Soil Fertilizer Workstation of Taian City， Taian 271000， China）

Abstract The effects of different proportions of organic fertilizer substitute for chemical fertilizer on winter wheat yield and soil fertility were studied through two years of field experiments with Weimai 8 as test material in order to find out the suitable proportion of organic fertilizer substitute for chemical fertilizer. Six treatments were set as no nitrogen application （PK）， optimized fertilization （OPT）， organic nitrogen instead of 5% chemical nitrogen （T1）， organic nitrogen instead of 10% chemical nitrogen （T2）， organic nitrogen instead of 20% chemical nitrogen （T3） and organic nitrogen instead of 30% chemical nitrogen （T4）. The results showed that the yield of T2 was the highest， and increased by 5.0% compared with OPT.With the proportion increase of organic fertilizer substitute for chemical fertilizer， wheat yield showed decreasing trend. The yields under T3 and T4 treatments increased by 4.0% and 0.2% compared to OPT， respectively. Grain number per spike and 1 000-grain weight were the major factors influencing yield increase. With the increase of substitution proportion， the nitrogen partial factor productivity and nitrogen agronomic use efficiency showed the trend of first increasing and then decreasing， and reached the highest under T2 treatment as 31.2 and 4.2 kg/kg respectively. Substitute organic fertilizer for part chemical fertilizer could increase the nutrient contents in topsoil. Compared with OPT， the available P content under T2， T3 and T4 treatment increased by 31.5， 1.2 and 2.2 mg/kg， respectively; the available K content under T1 and T2 treatments increased by 37.7 and 68.0 mg/kg respectively; the organic matter content under T1， T2， T3 and T4 treatments increased by 1.5， 2.6， 0.9 and 1.0 g/kg， and that of T2 treatment increased the highest. In this experiment conditions， taking wheat yield and soil fertility into account， the effect of organic fertilizer instead of 10% chemical fertilizer was the best.

Keywords Partial replacement of chemical fertilizer with organic fertilizer; Winter wheat; Yield; Soil fertility

小麥是中國的主要糧食作物。山東省2019年冬小麥種植面積達356.2×104? hm2，總產(chǎn)量達206×108? kg。小麥生產(chǎn)中，化肥起效快、增產(chǎn)效果明顯，受到廣大農(nóng)戶的歡迎。但是長期單施化肥可使土壤含水量降低、酸化、板結、養(yǎng)分流失，造成環(huán)境污染[1]。面對這種情況，國內(nèi)外學者的研究發(fā)現(xiàn)，施用有機肥可以大幅緩解過量施用化肥帶來的環(huán)境污染問題，還能改良土壤，增加土壤有效養(yǎng)分，增強土壤保肥保水能力[2]。單施有機肥有利于土地的可持續(xù)利用，卻存在增產(chǎn)效果低的弱點，因此目前多采取有機肥替代部分化肥的施肥方式。國內(nèi)外的長期定位試驗表明，有機肥和化肥配施能夠顯著提高作物產(chǎn)量和土壤質(zhì)量[3， 4]，特別是土壤有機質(zhì)含量[5-7]。施用有機肥能夠提高土壤養(yǎng)分含量和酶活性[8]，并且影響土壤微生物的生物量、豐度、活性和群落結構[9，10]，增強保肥保水能力，促進土壤生態(tài)系統(tǒng)的恢復。

目前研究有機肥替代部分無機肥，對指導合理施肥、促進土壤可持續(xù)利用具有重要意義[11-14]，尤其是有機肥替代化肥的比例問題，替代太少效果不好、太多影響作物產(chǎn)量[15]，因此，其合適的替代比例是生產(chǎn)實踐中亟需解決的問題。本試驗以保證產(chǎn)量不減、污染不增為前提，研究有機肥替代部分化肥對冬小麥產(chǎn)量及土壤肥力的影響，以篩選出最優(yōu)有機肥替代化肥比例，為冬小麥生產(chǎn)減肥增效提供理論依據(jù)和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年10月到2019年6月在泰安市岱岳區(qū)大汶口鎮(zhèn)送駕莊進行。土壤為潮褐土，基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗材料

供試冬小麥品種為濰麥8號。供試化肥：尿素（N 46.0%）、重過磷酸鈣（P2O5 44.0%）和氯化鉀（K2O 60.0%）。供試有機肥：煙臺福祖聯(lián)農(nóng)有機肥（pH值8.2，有機質(zhì) 64.3%，總N 2.2%，P2O5 3.7%，K2O 2.8%）。

1.3 試驗設計

前茬作物為玉米，秸稈全量還田。全部有機肥、磷鉀肥及50%氮肥混勻后基施，50%氮肥于小麥返青-拔節(jié)期追施。統(tǒng)一旋耕兩遍耙耘后，兩年度均于10月15日左右機播小麥，666.7m2播種18萬苗，行距23 cm。小區(qū)面積 42 m2（長6 m，寬7 m）。

采用小麥-玉米周年輪作生產(chǎn)模式。小麥玉米兩季整體肥料運籌，定位開展試驗。小麥季施用有機肥和化肥，玉米季全部施用化肥。除不施氮處理外，小麥-玉米周年N、P、K用量相同，N、P、K用量以優(yōu)化施肥（OPT）處理為設計基準。小麥季共設6個處理，見表2。為保證各處理N、P、K投入量一致，化肥P、K養(yǎng)分在玉米季補足。

1.4 田間取樣及測定方法

于小麥拔節(jié)期、開花期和成熟期采樣測定小麥植株干物質(zhì)量。成熟期采集0～30 cm土樣測其堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量，測定小麥莖葉與籽粒N、P、K含量。收獲0.42 m2 （0.6 m×3行）樣段，調(diào)查小麥群體穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。每小區(qū)收取4.2 m2（9行×2 m）測產(chǎn)。

氮肥利用率指標計算：

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）= 籽粒產(chǎn)量/施氮量;

氮肥農(nóng)學利用效率（kg/kg）=（施氮處理產(chǎn)量-不施氮處理產(chǎn)量）/施氮量;

氮肥表觀利用率（%）= （施氮區(qū)作物吸氮量-無氮區(qū)作物吸氮量）/施氮量×100。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007進行數(shù)據(jù)整理和作圖，采用SPSS 19.0軟件進行差異顯著性分析（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 有機肥替代部分化肥氮對冬小麥產(chǎn)量及其構成因素的影響

由表3可以看出，有機肥替代化肥能夠提高小麥產(chǎn)量，隨替代比例增加呈現(xiàn)先升后降趨勢，以T2處理產(chǎn)量最高。與OPT相比，T2處理增產(chǎn)50%，T1、T3、T4分別增產(chǎn)2.8%、4.0%和0.2%。T2處理的穗粒數(shù)和千粒重均較高，與OPT 相比增加1.8粒和1.4 g。由此可見，小麥增產(chǎn)的主要因素是穗粒數(shù)和千粒重的增加。

根據(jù)有機肥替代比例和產(chǎn)量的關系，擬合出小麥產(chǎn)量（y）和有機肥替代比例（x）之間的一元二次方程，為：y=-1032x2+309.2x+476.7，R2=0.973。根據(jù)公式計算得出，有機肥替代比例為15%時小麥產(chǎn)量最高。

2.2 有機肥替代部分化肥氮對冬小麥籽粒和秸稈養(yǎng)分積累量的影響

圖1顯示，與PK相比，施氮處理籽粒和秸稈氮積累量均較多，施氮處理間籽粒氮積累量沒有顯著差異，OPT處理秸稈氮積累量顯著高于PK和T1。OPT處理籽粒和秸稈的磷積累量均最多，666.7m2積累量分別達2.4 kg和1.5 kg。有機肥替代化肥氮多數(shù)處理籽粒和秸稈的鉀積累量略高于OPT，其中T1處理積累量最多，分別達到3.3 kg和10.5 kg。由此可見，有機肥替代部分化肥氮在氮磷養(yǎng)分積累上效果不及化肥，但是在鉀素積累上略勝一籌。

由表4可以看出，T1、T2、T3、T4處理的氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學效率都高于OPT處理。隨著有機肥替代化肥比例的增加，氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學效率都呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，以T2處理最高，分別為31.2、4.2 kg/kg。充分說明有機肥替代部分化肥氮對小麥生產(chǎn)起到減肥增效作用。

2.3 有機肥替代部分化肥氮對土壤理化性質(zhì)的影響

由表5可以看出，施氮后土壤堿解氮含量均不同程度升高，各處理間差異不顯著。T2處理土壤有效磷和速效鉀含量顯著高于其它處理，分別比OPT增加31.5 mg/kg和68.0 mg/kg。T1、T2、T3、T4處理土壤有機質(zhì)含量均提高，T2最多，比OPT增加2.6 g/kg。因此，有機肥替代10%化肥氮能較多地增加土壤養(yǎng)分含量，起到改良土壤的作用。

3 討論與結論

本研究中有機肥替代化肥氮比例為10%時增產(chǎn)效果最好，替代比例大于20%時則出現(xiàn)減產(chǎn)趨勢。這說明有機肥的施用不是越多越好，只有制定合理的替代化肥比例，才能起到增產(chǎn)效果，否則還會減產(chǎn)[16，17]。根據(jù)有機肥替代化肥比例和產(chǎn)量擬合曲線得到的一元二次方程計算得出，有機肥替代化肥氮比例為15%時小麥產(chǎn)量最高。本研究發(fā)現(xiàn)，有機肥替代部分化肥氮對氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學效率都有影響：隨著有機肥替代化肥比例的增加，氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學效率都呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，替代比例10%時兩者數(shù)值達到最高。因此，實現(xiàn)小麥高產(chǎn)高效的生產(chǎn)目標，制定合理的有機肥替代化肥比例尤為重要。

有機肥替代化肥不但能減少化肥施用、增加作物產(chǎn)量，更主要的是能夠提升土壤肥力，使農(nóng)田生態(tài)能穩(wěn)定綠色可持續(xù)發(fā)展[18]。適當?shù)挠袡C肥替代化肥比例可以提高土壤速效養(yǎng)分含量[19]。本研究也得到較為一致的結果，其中有機肥替代10%化肥氮處理的土壤有效磷和速效鉀含量均提高，與OPT處理相比分別增加31.5 mg/kg和 68.0 mg/kg，可為下茬夏玉米生長提供更多可利用的養(yǎng)分。有機肥部分替代化肥能夠提高土壤有機質(zhì)含量，進而提高土壤團聚體含量和土壤孔隙度，為作物根系生長和養(yǎng)分吸收提供有利環(huán)境[20]。本研究中有機肥部分替代化肥氮各處理的土壤有機質(zhì)含量均提高，替代10%化肥氮的T2處理其有機質(zhì)含量提高2.6 g/kg，有利于農(nóng)田土壤改良。

綜上所述，本研究中有機肥替代10%化肥氮處理（T2）效果最佳，不但能增加小麥產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率，而且能夠提升土壤肥力。

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