田勝營(yíng) 潘明泉 呂秀敏 崔小平 張善磊 劉曉飛

摘要：有機(jī)肥與化肥配施能夠有效改善土壤環(huán)境、提高土壤肥力、促進(jìn)作物增產(chǎn)增收等，但受作物類型、肥料用量、肥料類型、土壤和氣候等多種因素的影響，有機(jī)無(wú)機(jī)肥料的最佳配施比也不盡相同。以施氮量為基準(zhǔn)計(jì)算有機(jī)肥施用量，共設(shè)6個(gè)處理，分別為不施任何肥料（CK）處理、常規(guī)施肥（F）處理、有機(jī)肥替代10%化肥（M10）處理、有機(jī)肥替代20%化肥（M20）處理、有機(jī)肥替代30%化肥（M30）處理、有機(jī)肥替代40%化肥（M40）處理。通過(guò)設(shè)置有機(jī)肥與化肥的不同施用配比，明確有機(jī)無(wú)機(jī)肥配比對(duì)土壤性質(zhì)和小麥生長(zhǎng)的影響，進(jìn)一步探討施肥模式與土壤性質(zhì)和作物生長(zhǎng)之間的相互聯(lián)系。結(jié)果表明，化肥單施會(huì)顯著降低土壤pH值（P<0.05），而與有機(jī)肥配施能減少pH值降幅，還能有效提高土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量，提高小麥生物量、千粒質(zhì)量、籽粒容重以及養(yǎng)分吸收利用率。其中，M20處理在各有機(jī)肥處理中效果最佳，與F處理相比，有機(jī)質(zhì)含量提升8.77%，有效磷和速效鉀含量提升29.08%和7.35%，籽粒產(chǎn)量和地上部生物量提升13.34%和13.47%，籽粒容重、千粒質(zhì)量增加10.83、2.21 g，氮、磷、鉀吸收總量分別增加25.40%、38.73%、31.17%，氮肥、磷肥、鉀肥表觀利用率分別增加11.57、14.96、22.82百分點(diǎn)，氮肥、磷肥、鉀肥農(nóng)學(xué)利用率分別增加3.03、11.37、8.22百分點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：有機(jī)肥替代化肥；配施比例；土壤性質(zhì)；小麥生長(zhǎng)；養(yǎng)分吸收利用

中圖分類號(hào)：S158.3；S512.106? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）23-0102-06

化肥自引入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以來(lái)，糧食作物產(chǎn)量不斷提高。但20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著化肥施用量的連年增加，化肥帶來(lái)的增產(chǎn)效果卻日益下降，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上“高肥低效”的問(wèn)題越發(fā)突出［1］。此外，長(zhǎng)期大量施用化肥導(dǎo)致土壤環(huán)境日益惡化，土壤肥力不斷降低［2］。施用有機(jī)肥是比較常用的土壤改良方法，有機(jī)肥中富含有機(jī)碳（OC）和多種營(yíng)養(yǎng)元素［3］，不僅有較強(qiáng)的養(yǎng)分持續(xù)供應(yīng)能力，還能通過(guò)提升土壤有機(jī)質(zhì)水平進(jìn)一步改善土壤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。但有機(jī)肥養(yǎng)分釋放較慢，其單獨(dú)施用不能滿足作物生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期的養(yǎng)分需求，增產(chǎn)效果有限，甚至?xí)斐勺魑餃p產(chǎn)［4］。

有機(jī)和無(wú)機(jī)肥料的配合施用能將化肥速效性和有機(jī)肥長(zhǎng)效性相結(jié)合，不僅能提升肥料利用效率，還能有效培肥土壤，改善土壤環(huán)境，提高土壤肥力［5］。徐明崗等的研究表明，有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配施在改善土壤環(huán)境、提高肥料利用率和增加水稻產(chǎn)量方面要顯著優(yōu)于化肥單施［6］。孫瑞蓮等的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)也得到了類似的結(jié)果，有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配施不僅能提高土壤養(yǎng)分含量，還能增強(qiáng)土壤酶活性，改善土壤生物化學(xué)環(huán)境，進(jìn)一步提升土壤養(yǎng)分有效性［7］。

黃泛沖積平原是小麥主要產(chǎn)區(qū)之一，是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地。在當(dāng)前“減肥增效”環(huán)境形式下，如何進(jìn)行科學(xué)“減肥”，改善土壤環(huán)境，提高土壤肥力，保障糧食生產(chǎn)已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要問(wèn)題。本研究通過(guò)改變有機(jī)肥與化肥的配施比例，分析有機(jī)無(wú)機(jī)肥配比對(duì)土壤性質(zhì)和小麥生長(zhǎng)的影響，主要達(dá)到如下研究目的：（1）明確有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例對(duì)土壤性質(zhì)的影響；（2）分析有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例在促進(jìn)小麥生長(zhǎng)上起到的作用；（3）探討施肥模式與土壤性質(zhì)和作物生長(zhǎng)間的相互聯(lián)系。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于江蘇省宿遷市泗陽(yáng)縣城南棉花原種場(chǎng)（118°69′E，33°69′N），該地區(qū)位于北溫帶南緣，屬北亞熱帶季風(fēng)過(guò)渡氣候，年均降水量為 960 mm，年均氣溫為14.4 ℃。試驗(yàn)區(qū)為黃泛沖積平原，土壤類型為沙質(zhì)潮土，試驗(yàn)開始前的土壤性質(zhì)：pH值7.55，有機(jī)質(zhì)含量11.80 g/kg，全氮含量0.73 g/kg，全磷含量1.07 g/kg，全鉀含量18.01 g/kg，速效氮含量69.9 mg/kg，有效磷含量18.4 mg/kg，速效鉀含量89.4 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年11月1日冬小麥播種開始，采用田間小區(qū)試驗(yàn)方法，共設(shè)6個(gè)處理，分別為不施任何肥料（CK）處理、常規(guī)施肥（F）處理、有機(jī)肥替代10%化肥（M10）處理、有機(jī)肥替代20%化肥（M20）處理、有機(jī)肥替代30%化肥（M30）處理、有機(jī)肥替代40%化肥（M40）處理，每個(gè)小區(qū)面積30 m2（6 m×5 m），每個(gè)處理3次重復(fù)。其中，有機(jī)肥處理總施肥量與常規(guī)施肥處理一致，有機(jī)肥施用量以施氮量為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，磷肥和鉀肥施用量根據(jù)有機(jī)肥中磷和鉀含量計(jì)算施入。分別以尿素、過(guò)磷酸鈣、氯化鉀作為氮肥、磷肥、鉀肥，按照N含量270 kg/hm2、P2O5含量120 kg/hm2、K2O含量120 kg/hm2標(biāo)準(zhǔn)施用，其中氮肥施用比例為基肥 ∶返青肥 ∶穗肥= 4 ∶3 ∶3，磷肥和鉀肥作為基肥全部施入土壤，有機(jī)肥為山東濟(jì)寧威力生態(tài)肥業(yè)有限公司生產(chǎn)的黃腐酸鉀有機(jī)肥。

1.3 樣品采集與分析

土壤樣品采用隨機(jī)多點(diǎn)混合取樣法采集耕層（0～20 cm）土壤樣品，陰涼干燥處風(fēng)干后過(guò)2 mm篩。采用電位法測(cè)定土壤pH值，凱氏定氮法測(cè)定土壤速效氮含量，分光光度法測(cè)定有效磷含量，火焰原子吸收分光光度法測(cè)定速效鉀含量，過(guò) 0.25 mm 篩后采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量。植物樣品用粉碎機(jī)磨成粉狀，采用硫酸-過(guò)氧化氫消煮法制備消煮待測(cè)液，凱氏定氮法測(cè)定氮含量，分光光度法測(cè)定磷含量，火焰原子吸收分光光度法測(cè)定鉀含量［8-9］。

1.4 計(jì)算公式

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 16.0、IBM Statistics SPSS 18.0、Origin 2021軟件進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)和作圖，數(shù)據(jù)分析采用單因素方差分析，多重比較采用最小顯著差異法（LSD）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥施用對(duì)土壤性質(zhì)的影響

2.1.1 有機(jī)肥施用對(duì)土壤pH值和有機(jī)質(zhì)含量的影響 圖1為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的土壤pH值，可以看出，CK的土壤pH值為7.78，與CK相比，施用肥料后的土壤pH值顯著降低（P<0.05），尤其是F處理下降最為明顯，降低了0.24。在各有機(jī)肥處理中，隨有機(jī)肥配施比例的增大，土壤pH值有升高趨勢(shì)，但均低于CK。

圖2為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的土壤有機(jī)質(zhì)含量，可以看出，CK的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著低于其他處理，各施肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均有不同程度的增加，隨有機(jī)肥配施比例的增大，有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。其中，M20處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，較CK顯著增加16.61%，較F處理顯著增加8.77%。

2.1.2 有機(jī)肥施用對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響由表1可知，隨有機(jī)肥施用量的增加，土壤速效氮含

量逐漸增加，其中M40處理的速效氮含量最高，較CK顯著增加20.61%，較F處理顯著增加17.73%。土壤有效磷和速效鉀的含量則隨有機(jī)肥配施比例的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，其中M20處理的有效磷和速效鉀含量最高，較CK分別顯著增加60.88%和10.98%，較F處理分別增加29.08%和7.35%。

2.2 有機(jī)肥施用對(duì)小麥的影響

2.2.1 有機(jī)肥施用對(duì)小麥產(chǎn)量和生物量的影響 試驗(yàn)結(jié)果（表2）顯示，有機(jī)肥配比會(huì)顯著影響小麥生長(zhǎng)，有機(jī)肥處理和F處理的小麥籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量、地上部生物量相比CK均顯著提高。隨著有機(jī)肥配施比例的增大，呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。其中，M20和M30處理的籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量和地上部生物量差異不顯著，均顯著高于F處理。與F處理相比，M20處理的增幅最大，其小麥籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量和地上部生物量的增幅分別為13.34%、9.51%和13.47%。

谷草比變化趨勢(shì)與生物量變化趨勢(shì)一致，施肥后的谷草比顯著升高，隨著有機(jī)肥配施比例的增大，谷草比也呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。與F處理相比，施用有機(jī)肥的4個(gè)處理的谷草比有不同程度的增加，平均增加0.02，其中M20和M30處理的增加最為顯著，分別增加了0.03和0.02。

2.2.2 有機(jī)肥施用對(duì)小麥籽粒容重和千粒質(zhì)量的影響 由圖3和圖4可知，CK的籽粒容重和千粒質(zhì)量均顯著高于其他施肥處理，F(xiàn)處理最低。有機(jī)肥處理的籽粒容重和千粒質(zhì)量相比F處理均有不同程度的增加，且隨有機(jī)肥配施比例增大，籽粒容重和千粒質(zhì)量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，其中M20處理的增幅最大，籽粒容重、千粒質(zhì)量分別增加了10.83、2.21 g。

2.3 有機(jī)肥施用對(duì)小麥養(yǎng)分吸收利用的影響

試驗(yàn)結(jié)果顯示，肥料施用顯著提高了小麥籽粒和秸稈的養(yǎng)分吸收量和總養(yǎng)分吸收量，有機(jī)肥處理的提升效果更明顯（表3、表4、表5）。在各有機(jī)肥處理中，隨著有機(jī)肥施用量的增加，小麥籽粒、秸稈養(yǎng)分吸收量和總養(yǎng)分吸收量均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。肥料表觀利用率和農(nóng)學(xué)利用率趨勢(shì)與養(yǎng)分吸收量趨勢(shì)基本一致，呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，尤其是肥料農(nóng)學(xué)利用率的降幅更明顯，甚至要比F處理更低。與F處理相比，M20處理的N、P、K吸收總量增加25.40%、38.73%、31.17%，氮肥、磷肥、鉀肥的表觀利用率增加11.57、14.96、22.82百分點(diǎn)，氮肥、磷肥、鉀肥農(nóng)學(xué)利用率增加3.03、11.37、8.22百分點(diǎn)。

3 討論

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨有機(jī)肥施用量的增加，土壤pH值逐漸升高，這主要與化肥施用量的減少有關(guān)。土壤中NH+4發(fā)生硝化反應(yīng)生成的H+是導(dǎo)致土壤pH值下降的主因之一，含氨類化學(xué)肥料（如二銨、尿素等）是一種有效的硝化反應(yīng)原料，能夠顯著促進(jìn)硝化反應(yīng)的進(jìn)行［13］，從而引發(fā)土壤pH值下降；此外，過(guò)磷酸鈣等酸性肥料中含有大量游離酸，這也是導(dǎo)致pH值降低的原因之一［14］。大量研究表明，有機(jī)肥能夠顯著提升土壤有機(jī)質(zhì)含量［15-17］。在本試驗(yàn)中土壤有機(jī)質(zhì)含量先增后降是因?yàn)樵贛20處理?xiàng)l件下，土壤各方面協(xié)調(diào)性顯著優(yōu)于其他處理，更利于作物生長(zhǎng)，作物根系和落葉等殘留增加，因此土壤有機(jī)質(zhì)含量最高。此外，有機(jī)質(zhì)的增加也豐富了土壤微生物環(huán)境，進(jìn)一步加速了土壤腐殖化進(jìn)程［18］。

有機(jī)肥能夠提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量，從而增強(qiáng)離子吸附能力，促進(jìn)速效氮、速效磷、速效鉀的固持，并顯著提升土壤礦化、腐殖化作用相關(guān)的微生物活性，進(jìn)一步提高土壤養(yǎng)分有效性和養(yǎng)分供應(yīng)能力［19］。彭娜等的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)表明，在有機(jī)肥配施條件下，土壤中全量和速效養(yǎng)分的容量和供應(yīng)能力均顯著提升［20］。在本試驗(yàn)中，有效磷和速效鉀隨有機(jī)肥施用量的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，這與朱利霞等的試驗(yàn)結(jié)果［21］相似。趙滿興等的研究表明，有機(jī)肥替代化肥會(huì)降低肥料中的速效養(yǎng)分輸入量，同時(shí)黃腐酸影響了土壤脲酶活性，抑制了速效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，從而導(dǎo)致速效養(yǎng)分含量有所降低［22］。

有機(jī)肥對(duì)作物的影響主要是通過(guò)改變土壤環(huán)境實(shí)現(xiàn)的，有機(jī)肥能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，提升土壤養(yǎng)分有效性，進(jìn)而促進(jìn)作物生長(zhǎng)［23］。在本試驗(yàn)中，有機(jī)肥處理的生物量隨著有機(jī)肥施用比例的增加而顯著提升，在M20處理達(dá)到高位水平，隨后逐漸降低。大量研究均表明，有機(jī)肥能夠與化肥產(chǎn)生一定的互作效應(yīng)，優(yōu)化土壤水肥氣熱等環(huán)境條件，增強(qiáng)土壤供肥能力［24-26］。但有機(jī)肥分解和養(yǎng)分釋放較慢，無(wú)法在作物的關(guān)鍵生育期及時(shí)提供充足的養(yǎng)分［27］，這是導(dǎo)致有機(jī)肥施用比例上升而生物量降低的主要原因。沈冰濤等的試驗(yàn)表明，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施條件下，土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性均顯著提高，同時(shí)促進(jìn)小麥生長(zhǎng)，其中有機(jī)肥替代20%化肥處理的小麥產(chǎn)量提升效果最為顯著［28］。

除提高生物量以外，有機(jī)無(wú)機(jī)配施肥還能促進(jìn)光合產(chǎn)物向籽粒轉(zhuǎn)移，提高小麥谷草比［24］。這主要是因?yàn)橛袡C(jī)肥在作物成熟期仍具有一定的養(yǎng)分供應(yīng)能力，土壤環(huán)境的改善也減緩了葉面積指數(shù)的下降速率，推遲營(yíng)養(yǎng)組織衰老進(jìn)程，延長(zhǎng)光合反應(yīng)時(shí)間，增加光合同化物積累［29］。本試驗(yàn)中小麥籽粒容重和千粒質(zhì)量的試驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了這一說(shuō)法。值得說(shuō)明的一點(diǎn)是，本試驗(yàn)中CK的籽粒容重和千粒質(zhì)量均顯著高于其他施肥處理，主要原因是在養(yǎng)分脅迫條件下小麥結(jié)實(shí)率會(huì)顯著降低，從而促進(jìn)籽粒光合產(chǎn)物的有效轉(zhuǎn)運(yùn)和累積［30］，小麥籽粒容重和千粒質(zhì)量因此顯著提高。

肥料表觀利用率是指作物對(duì)當(dāng)季肥料的吸收利用效率［31］，肥料農(nóng)學(xué)利用率則能展現(xiàn)該施肥條件下的增產(chǎn)潛力［32］。在本試驗(yàn)中，肥料表觀和農(nóng)學(xué)利用率與養(yǎng)分吸收量變化趨勢(shì)基本一致，均隨著有機(jī)肥施用比例的增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，這說(shuō)明有機(jī)肥的施用促進(jìn)了小麥對(duì)養(yǎng)分的吸收利用；但隨著有機(jī)肥施用量的逐漸增大，這種促進(jìn)作用在不斷衰減，至有機(jī)肥替代40%化肥時(shí)，相同質(zhì)量養(yǎng)分帶來(lái)的增產(chǎn)潛力甚至已低于常規(guī)施肥處理，這說(shuō)明適宜的有機(jī)肥配比能夠更好地協(xié)調(diào)土壤條件，促進(jìn)作物生長(zhǎng)和增產(chǎn)，但有機(jī)肥的過(guò)量施用則會(huì)降低土壤肥力，造成作物減產(chǎn)，這與前人的研究結(jié)果［33-34］一致。此外，有機(jī)肥在配施過(guò)程中起到的增效作用受作物類型、肥料施用量、肥料種類、環(huán)境特征等多種因素影響［35-37］，最佳配施比也不盡相同。

4 結(jié)論

化肥配施有機(jī)肥能在一定程度上減弱化肥施用導(dǎo)致的pH值降低問(wèn)題，顯著提升土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分的含量；隨著有機(jī)肥施用比例的提高，土壤養(yǎng)分含量的提升效果逐漸下降。

有機(jī)無(wú)機(jī)配施能夠顯著提升小麥的籽粒和秸稈產(chǎn)量，并促進(jìn)光合產(chǎn)物向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)和積累，提高小麥千粒質(zhì)量和籽粒容重，同時(shí)也促進(jìn)小麥養(yǎng)分的吸收利用效率，但隨著有機(jī)肥施用比例的增加，增益效果逐漸降低。

各有機(jī)肥處理中，有機(jī)肥替代20%化肥處理在改善土壤環(huán)境、提高土壤養(yǎng)分、促進(jìn)作物養(yǎng)分吸收利用和增產(chǎn)方面效果最好，建議在該地區(qū)推廣。

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