崔永增,姚海坡,李 謙,姚艷榮,呂麗華,吳立勇,翟立超,賈秀領(lǐng)

(1.農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站,河北省作物栽培生理與綠色生產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北省農(nóng)林科學(xué)院 糧油作物研究所,河北 石家莊 050035;2.寧晉縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,河北 邢臺(tái) 055550)

目前,綠色健康的食品備受大眾的青睞,人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)提出了更高的要求。然而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中長期過量使用化肥,特別是氮肥,導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)不斷下降[1],同時(shí)導(dǎo)致了一系列的環(huán)境問題,包括水污染[2]、氮損失[3-6]以及溫室氣體排放[7]。因此,超量施氮已經(jīng)成為關(guān)乎生態(tài)環(huán)境以及人類健康的問題。為了解決這些問題,有必要對(duì)作物生產(chǎn)的氮肥管理進(jìn)行優(yōu)化[8]。有機(jī)肥通過提高土壤有機(jī)碳和氮含量,改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤穩(wěn)定性[9],從而提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)[10-13]。然而,有機(jī)肥一方面養(yǎng)分釋放緩慢,不能及時(shí)滿足作物生長發(fā)育的需要;另一方面價(jià)格偏高,增加了農(nóng)民的生產(chǎn)成本。因此,近年來用有機(jī)肥部分替代化肥已經(jīng)受到許多學(xué)者的重視,并被廣泛應(yīng)用于作物生產(chǎn)[14-16],該方法作為一種節(jié)本高效提質(zhì)的施肥方法,促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

目前,關(guān)于有機(jī)肥部分替代化肥方面的研究大多集中于對(duì)環(huán)境的影響,包括改善了土壤物理和化學(xué)性質(zhì)[17],調(diào)節(jié)了土壤生物特性[18-19],減少了氮排放[20]。關(guān)于有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)小麥產(chǎn)量的影響報(bào)道也較多,但由于不同來源的有機(jī)肥料養(yǎng)分種類存在差異,因此,導(dǎo)致有機(jī)肥替代氮肥的比例對(duì)產(chǎn)量的影響結(jié)果并不一致;同時(shí)替代后對(duì)小麥產(chǎn)量提高的生理基礎(chǔ)并無詳細(xì)闡明;并且針對(duì)有機(jī)肥替代氮肥后由于其肥效的緩釋性而不能及時(shí)滿足春季作物生長發(fā)育對(duì)氮素需求的解決方法也鮮有報(bào)道。針對(duì)上述問題,本研究通過對(duì)有機(jī)肥部分替代氮肥比例以及替代氮肥后春季增噴液態(tài)氮肥對(duì)小麥產(chǎn)量、品質(zhì)及氮效率影響的研究,一方面明確適宜本地區(qū)的有機(jī)肥替代比例,另一方面揭示有機(jī)肥部分替代氮肥后產(chǎn)量提高的生理基礎(chǔ),再一方面提出有機(jī)肥肥效緩釋條件下如何補(bǔ)充速效氮的替代技術(shù),以期為氮肥減量增效技術(shù)提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年10月—2022年6月連續(xù)2 a在河北省寧晉縣河北省農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)基地(114°53′E,37°37′N)進(jìn)行。試驗(yàn)地0～20 cm耕層土壤養(yǎng)分含量有機(jī)質(zhì)20.51 g/kg,全氮0.54 g/kg,全磷0.76 g/kg,全鉀9.77 g/kg,有效磷14.5 mg/kg,有效鉀170.9 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

參試小麥品種為藁優(yōu)5766。采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì),小區(qū)面積60 m2,15 cm等行距播種,基本苗540萬株/hm2,3次重復(fù)。試驗(yàn)共設(shè)置8個(gè)處理。T1:不施氮處理;T2:高效施氮處理(對(duì)照),氮素均來源于無機(jī)氮尿素;T3:20%替代率處理,用有機(jī)肥替代T2的20%化學(xué)氮肥用量;T4:40%替代率處理,用有機(jī)肥替代T2的40%化學(xué)氮肥用量;T5:60%替代率處理,用有機(jī)肥替代T2的60%化學(xué)氮肥用量;T6:80%替代率處理,用有機(jī)肥替代T2的80%化學(xué)氮肥用量;T7:100%替代率處理,用有機(jī)肥替代T2的100%化學(xué)氮肥用量;T8:100%替代率+液態(tài)氮處理,該處理用有機(jī)肥替代T2的100%化學(xué)氮肥用量,并于起身期(3月23日)噴施液態(tài)氮肥,折合純氮2.6 kg/hm2,液態(tài)氮來源于綠速達(dá)(意大利薩蒂班化學(xué)公司),該液態(tài)氮含總氮350 g/L,其中尿素氮144 g/L,緩釋氮206 g/L。T2～T7處理均施純N 210 kg/hm2,T8處理施純N 212.6 kg/hm2。所有處理磷、鉀肥用量相同,P2O5120 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2,具體施肥用量見表1。有機(jī)肥均作為基肥施用,有機(jī)肥為牛糞,含有純N 1.88%、P2O50.2%和K2O 0.92%;化學(xué)肥料為尿素(N 46%)、重過磷酸鈣(P2O546%)、氯化鉀(K2O 60%),其中磷和鉀肥作為基肥一次性施入。灌水方式采用微噴灌,小麥生育期總灌水量125 mm,分3次灌溉,分別為返青期45 mm、拔節(jié)期35 mm、開花期45 mm。2個(gè)小麥季降水量分別為154.0,70.0 mm。小麥10月14—25日播種,6月12—14日收獲,其他田間管理一致。

表1 不同施肥處理有機(jī)肥和化肥用量Tab.1 Amount of organic fertilizer and chemical fertilizer in different fertilization treatments kg/hm2

1.3 測定指標(biāo)和方法

產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成:每個(gè)小區(qū)人工收割1.5 m×2.0 m = 3 m2,籽粒自然風(fēng)干后脫粒稱質(zhì)量,折算為含水量13%的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量。成熟期每小區(qū)收獲1.11 m雙行的所有植株,計(jì)數(shù)穗數(shù),折合為公頃穗數(shù);隨機(jī)取40穗計(jì)數(shù)穗粒數(shù);脫粒、風(fēng)干后稱千粒質(zhì)量,重復(fù)4次,折算為13%含水量的標(biāo)準(zhǔn)千粒質(zhì)量。

單位面積粒數(shù)=每平方米穗數(shù)×穗粒數(shù);

收獲指數(shù)=籽粒產(chǎn)量/生物產(chǎn)量。

旗葉SPAD值:于起身期(3月30日)、拔節(jié)期(4月8日)、開花期(5月6日)和灌漿期(5月24日)采用手持式SPAD-502型葉綠素計(jì)測定上部展開葉的SPAD值,3次重復(fù),每重復(fù)選10片葉,取平均值。

葉面積指數(shù)(LAI): 于起身期、拔節(jié)期、開花期和灌漿期取樣,每小區(qū)取0.15 m2,選長勢(shì)均勻的10株,測量葉長和葉寬,計(jì)算單株葉面積和LAI。葉面積=葉長× 葉寬×0.83;LAI=單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù)/單位土地面積。

品質(zhì)指標(biāo)的測定:采用SAN++型SKALAR連續(xù)流動(dòng)分析儀測定氮含量,按氮含量的5.7倍換算蛋白質(zhì)含量;采用Glutomatic 2100型面筋儀依據(jù)GB/T 5506.2—2008方法測定濕面筋含量;采用810106002型電子粉質(zhì)儀依據(jù)GB/T14614—2019方法測定面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間;采用86003302型拉伸儀依據(jù)GB/T 14615—2006方法測定最大拉伸阻力、拉伸面積。

氮效率相關(guān)指標(biāo):成熟期每個(gè)小區(qū)收獲1.11 m雙行小麥,植株分成莖葉和籽粒分別裝袋,80 ℃烘干至恒質(zhì)量,測定各部位干質(zhì)量。將樣品粉碎,采用半微量凱氏定氮法測定各部位含氮量,并計(jì)算籽粒和植株吸氮量。

氮肥利用率(Nitrogen use efficiency,NUE),采用差減法算得,即:(作物施氮處理吸氮量-不施氮處理吸氮量)/施氮量×100;

氮肥效率(Nitrogen fertilizer efficiency,NFE,kg/kg)=籽粒產(chǎn)量/當(dāng)季施氮量;

氮素吸收效率(Nitrogen uptake efficiency,NUPE,kg/kg)=植株氮素累積量/施氮量;

氮收獲指數(shù)(Nitrogen harvest index,NHI)=籽粒吸氮量/植物吸氮量×100%。

土壤硝態(tài)氮含量:于小麥起身—拔節(jié)期(4月1日)、開花—灌漿期(5月15日)和成熟期(6月10日)取土,每小區(qū)3個(gè)樣點(diǎn),取土深度100 cm,每20 cm一層,裝于自封袋中,立即冷凍。解凍后采用0.01 mol/L的CaCl2溶液浸提,浸提液用流動(dòng)分析儀(TRAACS-2000,BRAN+LUEBBE,德國)測定硝態(tài)氮含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007處理數(shù)據(jù),在SAS v8e軟件包中運(yùn)行GLM(General Linear Model)程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量形成的影響

2.1.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 由于第1季冬小麥試驗(yàn)結(jié)果受基礎(chǔ)地力影響較大,因此,該試驗(yàn)各項(xiàng)測定工作從第2季正式開展。由表2可見,T2對(duì)照(高效施氮)、T4(40%替代率)、T5(60%替代率)和T8(100%替代率+春季噴施液態(tài)氮)處理小麥產(chǎn)量較高,其次是T3處理(20%替代率),再次是T6處理,均顯著高于T7(100%替代率)處理,六者較T7分別提高9.8%,7.6%,8.4%,10.2%,5.6%,4.2%;T1(不施氮)處理產(chǎn)量最低。說明有機(jī)肥替代率過高時(shí)(80%以上)小麥產(chǎn)量反而較低,而替代率小于60%對(duì)產(chǎn)量影響不顯著;T8處理在100%替代率條件下,由于春季噴施少量的液態(tài)氮肥以補(bǔ)充速效營養(yǎng),同樣達(dá)到了較高的產(chǎn)量,其產(chǎn)量與僅施無機(jī)氮的高效施氮處理相當(dāng)。通過對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成三因素分析可知,替代率小于60%條件下產(chǎn)量較高主要是通過增加單位面積穗粒數(shù)來實(shí)現(xiàn),與80%和100%替代率處理比較,穗粒數(shù)分別增加5.5%,5.6%。千粒質(zhì)量除不施氮處理外,其他7個(gè)處理間差異不顯著。收獲指數(shù)處理間差異也未達(dá)到顯著水平。

以T3～T7處理施入的有機(jī)氮量為橫坐標(biāo)、產(chǎn)量為縱坐標(biāo)進(jìn)行擬合得到(圖1),有機(jī)氮量與產(chǎn)量呈二次曲線關(guān)系,擬合效果達(dá)極顯著水平(P<0.01)。根據(jù)擬合結(jié)果,在本試驗(yàn)條件下當(dāng)有機(jī)肥替代率為48.1%,即有機(jī)純氮量達(dá)101.0 kg/hm2產(chǎn)量可達(dá)最高值(10 487.5 kg/hm2);當(dāng)減產(chǎn)幅度為1%,有機(jī)肥替代率分別為29.5%,66.7%。可見有機(jī)肥替代率在29.5%～66.7%均能得到較高的產(chǎn)量。

圖1 有機(jī)氮施氮量與籽粒產(chǎn)量關(guān)系Fig.1 Relationship between organic nitrogen application and grain yield

2.1.2 葉面積指數(shù) 由圖2不同肥料處理的葉面積指數(shù)(LAI)可見,在起身期(3月30日),T3和T8處理LAI較高,其次是T4處理,但三者間差異未達(dá)顯著水平,三者較T2對(duì)照處理分別高9.3%,14.6%,8.0%;其次是T2對(duì)照、T5、T6、T7處理較高,較不施氮的T1處理分別高53.6%,57.7%,60.2%,58.2%。拔節(jié)期(4月8日),T2、T3和T8處理 LAI較高,較其他施氮處理平均值分別高19.6%,14.4%,15.9%,其次是T4和T5處理較高,較替代率較高的T6和T7處理平均值分別高14.0%,9.9%。開花期(5月6日),T3處理 LAI顯著較高,較其他施氮處理平均值高13.4%,其次是T2、T4和T8處理,較替代率較高的其他施氮處理平均值分別高14.6%,12.1%,8.4%。灌漿中后期(5月24日),為T4處理LAI顯著較高,T1不施氮處理顯著較低,而其他施氮處理間LAI差異不顯著,其中T4處理較其他處理平均值高19.1%。可見,多數(shù)時(shí)期高效施氮,20%,40%,100%替代率+液態(tài)氮處理LAI較高;并且起身和拔節(jié)期LAI變化趨勢(shì)說明,3月23日噴施液態(tài)氮肥可明顯促進(jìn)葉片生長,而快速提高春季LAI,從而使噴施液態(tài)氮肥處理得到與高效施氮處理相當(dāng)?shù)腖AI;而在生育中后期,有機(jī)氮的肥效緩慢釋放,綠葉面積降幅較小,從而維持了較長的綠葉持續(xù)時(shí)間,有機(jī)肥替代氮肥各處理同樣實(shí)現(xiàn)了與高效施氮處理相當(dāng)?shù)腖AI,這可能是有機(jī)肥替代化肥后產(chǎn)量穩(wěn)定的生理基礎(chǔ)。

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖3同。Different lowercase letters indicate significant difference(P<0.05).The same as Fig.3.

2.1.3 上部展葉SPAD值 由圖3不同肥料處理上部展葉SPAD可見,起身期T3處理葉片SPAD值最高,其次是T2和T8處理,三者間差異未達(dá)顯著水平,再次是T4、T5、T6和T7處理,SPAD值顯著低于T3處理,T3處理較四者平均值高6.2%,不施氮處理SPAD顯著較低。拔節(jié)期T2、T3、T4、T5和T8處理SPAD值顯著較高,較其他施氮處理平均值分別高6.4%,7.9%,6.7%,8.4%,7.5%;其次是T6和T7處理,較不施氮處理分別高23.3%,26.8%。開花期T3、T4、T5和T8處理SPAD值較高,其次是T2和T6處理,各處理間差異未達(dá)顯著水平,但較T7處理分別高6.1%,6.9%,6.1%,4.6%,3.0%,4.2%。灌漿中后期為T4、T5和T8處理SPAD值較高,較其他施氮處理平均值分別高2.3%,3.1%,3.4%,其次是T6和T7處理,但與前三者差異未達(dá)顯著水平,再次是T2和T3處理?？梢?有機(jī)肥部分替代氮肥可明顯提高拔節(jié)以后葉片SPAD值,多數(shù)時(shí)期20%,40%,60%替代率和100%替代率+液態(tài)氮處理上部展葉SPAD值較高,且大多與高效施氮處理相當(dāng);3月23日噴施液態(tài)氮肥明顯提高了葉片SPAD值,在起身期、拔節(jié)期和開花期該處理SPAD值與高效施氮處理相當(dāng),且灌漿中后期有機(jī)氮肥效緩慢釋放,該處理SPAD高于高效施氮處理。

圖3 不同肥料處理小麥上部展葉葉綠素相對(duì)含量Fig.3 SPAD of uppermost leaf for wheat under different fertilizer treatments

2.2 不同施肥處理對(duì)籽粒品質(zhì)性狀的影響

蛋白質(zhì)含量為T1不施氮處理顯著較低,其他處理間差異不顯著。吸水率和濕面筋含量各處理間差異也不顯著。穩(wěn)定時(shí)間、拉伸面積和最大拉伸阻力均為T4處理較高,其次是T7或者T8處理較高,而T1處理最小,前3個(gè)處理穩(wěn)定時(shí)間較T2對(duì)照處理分別提高17.8%,10.0%,13.2%,拉伸面積較T2處理分別提高23.5%,15.1%,9.7%,最大拉伸阻力較T2處理分別提高9.1%,4.3%,3.4%;而T2和T3處理間差異不顯著(表3)。可見,有機(jī)肥替代氮肥大多能提高籽粒品質(zhì),尤其是替代率大于40%時(shí)效果更明顯。

表3 不同肥料處理籽粒品質(zhì)性狀Tab.3 Grain quality characters under different fertilizer treatments

2.3 不同施肥處理對(duì)氮素吸收與利用的影響

由表4可見,各施氮處理籽粒吸氮量顯著高于不施氮處理,其中 T2、T4和T8處理籽粒吸氮量顯著較高,較其他施氮處理平均值分別高6.9%,7.7%,9.9%;其次是T3和T6處理,再次為T5和T7處理較高,分別較不施氮處理提高22.5%,24.3%,15.0%,18.7%。氮肥利用率指單位施氮量下作物的吸氮量,為T8和T2處理顯著較高,二者差異不顯著,較其他施氮處理平均值分別高11.7,13.6百分點(diǎn);其次是T4處理較高,再次是T6處理,二者差異顯著,較利用率較低的其他施氮處理平均值分別高11.7,4.7百分點(diǎn);其他幾個(gè)有機(jī)肥替代處理氮肥利用率較低。

表4 不同肥料處理小麥氮效率Tab.4 Nitrogen efficiency under different fertilizer treatments

氮肥效率指單位施氮量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量,為 T2、T5和T8處理較高,其次是T3、T4和T6處理,六者間差異未達(dá)顯著水平,但顯著高于T7處理,分別高9.7%,8.4%,8.9%,5.6%,7.6%,4.1%。氮素吸收效率為單位施氮量下植株氮素積累量,為T2和T8處理較高,其次是T4處理,三者差異不顯著,較其他施氮處理平均值分別高9.3%,9.3%,6.7%;再次是T3、T6和T7處理較高。氮收獲指數(shù)為植株吸氮量轉(zhuǎn)移至籽粒中的氮量,為不施氮的T1處理顯著較高,較其他施氮處理平均值高6.3%;其次是T3、T4、T5、T6和T8處理高于T2和T7處理,但各施氮處理間差異未達(dá)顯著水平(P<0.05)。可見,高效施氮、40% 替代率和100%替代率+液態(tài)氮肥處理各項(xiàng)氮效率指標(biāo)大多表現(xiàn)較優(yōu),可為推薦的施氮技術(shù)。

2.4 不同施肥處理對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的影響

起身—拔節(jié)期(圖4-A)和開花—灌漿期(圖4-B)土壤硝態(tài)氮含量變化趨勢(shì)大體一致,0～80 cm土層硝態(tài)氮含量大多表現(xiàn)為T8、T7>T6>T5>T4>T3≥T2>T1,起身—拔節(jié)期前六者較T2高效施氮處理分別提高192.1%,153.7%,136.4%,106.7%,66.2%,20.8%;開花—灌漿期前六者較T2高效施氮處理分別提高206.7%,194.9%,98.9%,65.0%,37.1%,11.1%。80～100 cm土壤硝態(tài)氮含量2個(gè)時(shí)期不同,起身—拔節(jié)期為T8、T7>T6>T2>T5>T4>T3>T1,前三者較T2處理分別提高13.5%,14.5%,5.4%。開花—灌漿期為T8>T4、T2>T6、T5>T7>T3>T1,T8處理較T2處理提高5.2%。成熟期(圖4-C)隨有機(jī)肥替代率升高各層土壤硝態(tài)氮含量大多也呈增加的趨勢(shì),0～60 cm土層該趨勢(shì)尤為明顯,硝態(tài)氮含量大多表現(xiàn)為T8>T7>T6>T5>T4、T3>T2>T1,前六者較T2高效施氮處理分別提高258.3%,214.0%,117.0%,69.1%,45.1%,18.5%;60～80 cm土壤硝態(tài)氮含量為T7>T8>T6>T4、T2>T5>T3>T1,前三者較T2處理分別提高53.9%,42.9%,19.1%;80～100 cm土壤硝態(tài)氮含量為T2>T8、T7>T6>T5、T4>T3>T1,中間6個(gè)有機(jī)肥替代處理較T2處理分別降低25.6%,27.3%,32.9%,37.4%,40.2%,44.1%?？梢?有機(jī)肥替代氮肥能明顯增加起身—灌漿期0～80 cm和成熟期0～60 cm土壤硝態(tài)氮含量,使土壤硝態(tài)氮更多地被固定在淺層而出現(xiàn)表聚現(xiàn)象,從而增加中后期小麥對(duì)氮素的吸收利用,替代率越高土壤硝態(tài)氮含量越高,主要原因可能為有機(jī)肥肥效較緩,養(yǎng)分釋放較慢的緣故。有機(jī)肥替代氮肥能明顯降低成熟期80～100 cm 土壤硝態(tài)氮的積累,說明有機(jī)肥替代氮肥一定程度減少深層土壤硝態(tài)氮滲漏,降低了硝態(tài)氮向下層淋溶的風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 不同施肥處理對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的影響Fig.4 Soil nitrate nitrogen content in different treatments after wheat harvest

3 結(jié)論與討論

3.1 冬小麥穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的有機(jī)肥替代比例的選擇

關(guān)于有機(jī)肥替代氮肥的研究,由于研究區(qū)域、有機(jī)肥種類、試驗(yàn)地肥力等基礎(chǔ)條件的不同,其最佳替代率的研究結(jié)果不一。學(xué)者們分別得出25%[21-22],30%[23],40%[12],75%[24]的替代率小麥產(chǎn)量明顯提高,籽粒品質(zhì)得到一定程度改善[22],氮肥效率提高[1]的結(jié)論。本研究通過對(duì)T3～T7處理施入的有機(jī)氮量與產(chǎn)量進(jìn)行擬合得到,29.5%～66.7%的替代率可維持較高冬小麥產(chǎn)量,尤其40%的替代率處理小麥產(chǎn)量、籽粒品質(zhì)和氮效率表現(xiàn)較優(yōu),實(shí)現(xiàn)與對(duì)照高效施氮處理相當(dāng)或更高的效果;其中該處理品質(zhì)指標(biāo)籽粒穩(wěn)定時(shí)間、拉伸面積和最大拉伸阻力較對(duì)照處理分別提高了17.8%,23.5%,9.1%,籽粒產(chǎn)量、籽粒吸氮量、氮肥效率和氮素吸收效率與對(duì)照相當(dāng),實(shí)現(xiàn)了較高的品質(zhì),保持了穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。有機(jī)肥部分替代氮肥一方面滿足了大眾對(duì)綠色食品、高品質(zhì)食品的要求;同時(shí)與更高替代率處理相比,有機(jī)肥部分替代氮肥一定程度降低了有機(jī)肥的投入,從而降低了生產(chǎn)成本,滿足了農(nóng)民對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的要求。

3.2 有機(jī)肥替代氮肥產(chǎn)量調(diào)控的主要生理基礎(chǔ)

關(guān)于有機(jī)肥部分替代氮肥而提高作物產(chǎn)量的機(jī)制,它可能與提高作物籽粒氮素的積累[12]土壤肥力[9]、養(yǎng)分可利用性[25-26]和氮肥利用效率[27]有關(guān);但很少有研究從生理指標(biāo)的角度來分析。在本研究中,29.5%～66.7%的替代率和100%替代率+液態(tài)氮處理小麥產(chǎn)量較高,主要原因之一可能是拔節(jié)期以后的光合性能(LAI和SPAD值)得到提高,尤其在生育中后期,有機(jī)氮的肥效得以緩慢釋放,0～80 cm土壤速效氮得到逐步改善,小麥氮素積累量增加,綠葉面積降幅較小,葉片SPAD值保持較高,使得有機(jī)肥替代氮肥實(shí)現(xiàn)了與對(duì)照高效施氮處理相當(dāng)?shù)墓夂闲阅?這可能是有機(jī)肥替代化肥后產(chǎn)量穩(wěn)定的主要生理基礎(chǔ)。另外,100%替代率+液態(tài)氮處理由于3月23日噴施了液態(tài)氮肥,明顯促進(jìn)了葉片生長,使春季LAI快速提高,從而使該處理達(dá)到與對(duì)照處理相當(dāng)?shù)墓夂闲阅堋?/p>

3.3 有機(jī)肥替代氮肥土壤硝態(tài)氮變化趨勢(shì)

前人研究表明,有機(jī)肥替代氮肥可減少土壤中硝態(tài)氮的殘留,促進(jìn)氮的吸收與利用[3,12,21]。孫波等[28]研究表明,與單施化肥的對(duì)照相比,有機(jī)肥部分替代氮肥能夠顯著降低根區(qū)外土壤中硝態(tài)氮的殘留量。本研究結(jié)果表明,有機(jī)肥替代氮肥明顯增加起身—灌漿期0～80 cm和成熟期0～60 cm土壤硝態(tài)氮含量,使土壤硝態(tài)氮更多地被固定在淺層而出現(xiàn)表聚現(xiàn)象,從而增加中后期小麥對(duì)氮素的吸收利用,替代率越高土壤硝態(tài)氮含量越高,主要原因可能為有機(jī)肥肥效較緩,養(yǎng)分釋放較慢的緣故。有機(jī)肥替代氮肥明顯降低成熟期80～100 cm 土壤硝態(tài)氮含量,說明有機(jī)肥替代氮肥一定程度減少深層土壤硝態(tài)氮滲漏,降低了硝態(tài)氮向下層淋溶的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然有機(jī)肥替代率過高,收獲期0～60 cm土壤硝態(tài)氮?dú)埩糨^多,對(duì)后茬作物的影響效果以及逢雨季后對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響程度還需進(jìn)一步研究。

有機(jī)肥替代等量氮肥的29.5%～66.7%可維持較高的小麥產(chǎn)量,尤其40%的替代率條件下小麥產(chǎn)量、品質(zhì)和氮效率與對(duì)照高效施氮處理(僅施化肥)相當(dāng)或比對(duì)照更高。該條件下穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)高效的主要原因?yàn)?生育中后期0～80 cm土壤速效氮逐步改善,LAI和葉片SPAD值維持較高值。同時(shí)100%替代率+液態(tài)氮處理小麥產(chǎn)量、品質(zhì)和氮效率指標(biāo)也達(dá)到與對(duì)照處理相當(dāng)或更好的效果。因此,從長期經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的角度來看,40%的替代率可能是一種可行的施肥選擇;當(dāng)然僅從綠色可持續(xù)的角度來考慮,100%的替代率+春季噴施少液態(tài)氮肥也將是另一種可行的施肥選擇。