刘 星，张 影，靳亚果，郜庆炉，李东方

(河南科技学院 资源与环境学院，河南 新乡 453003)

有机无机肥配施对强筋小麦产量和植株生理特征及土壤性质的影响

刘 星，张 影，靳亚果，郜庆炉，李东方

(河南科技学院 资源与环境学院，河南 新乡 453003)

为探讨强筋小麦高效营养调控措施，以郑麦366为试材，通过田间试验研究有机无机肥料配施对冬小麦籽粒产量和植株生理特征以及土壤理化和生化性质的影响。田间试验共计4个处理：不施肥(CK)、单施化肥(CF)、鸡粪和化肥配施(CF+CM)、豆秸和化肥配施(CF+SS)。结果表明，施肥处理较不施肥籽粒产量显著增加20.90%～28.36%，有机无机肥配施处理较单施化肥相比籽粒产量无显著差异。在产量构成要素上，有机无机肥配施处理较单施化肥处理均无显著变化。有机无机肥配施处理较单施化肥处理灌浆期旗叶叶绿素含量显著增加8.19%～10.86%，但在净光合速率上无显著差异。同不施肥和单施化肥处理相比，有机无机肥配施处理下土壤有机质和全氮含量以及碳氮比均无显著变化，但土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量均有显著增加。此外，有机无机肥配施处理较不施肥和单施化肥处理相比，土壤可培养微生物数量和细菌/真菌显著增加。整体来看，有机无机肥配施能够改善冬小麦植株生长发育，增加土壤养分供应，也能够显著改善土壤微生物区系特征，对于豫北地区优质强筋小麦生产具有重要现实意义。

强筋小麦；有机无机肥配施；籽粒产量；生理特征；土壤性质

河南省是我国小麦的最适生态区，其小麦播种面积和产量均居全国首位[1-2]。豫北平原是传统的优质小麦种植区，所产小麦具有千粒质量高，容重、蛋白质含量较高，湿面筋含量和沉淀值较低，以及面团稳定性高的特点[3]。随着优质农产品价格的走高和城镇居民消费需求的提升，豫北平原优质强筋小麦的种植面积逐步扩大，已成为我国优质强筋小麦的重要产地。然而，由于连续种植和长期的不合理施用化肥，忽视有机肥的施用，缺乏有机肥投入，导致籽粒产量下降，肥料利用率低，土壤理化性质恶化，地力衰竭等一系列问题。因此，通过合理有效的营养调控措施在保证稳产的同时，改善植株生长发育，提升地力是豫北平原优质强筋小麦生产过程中需要解决的重要问题。

优质强筋小麦的生产除受到基因型控制外，也受多种人为调控措施的影响，而施肥是其中的关键因子[4]。国内的学者们早前分别从氮磷钾配施[4-6]、氮肥运筹[7-16]、水肥耦合[17-18]和中微量元素施肥[19-23]等角度进行了大量的研究，然而关于有机(类)肥料对优质强筋小麦生产的调控效应却鲜有报道。施用有机肥料是作物营养调控的重要组成部分，有机无机肥配施也一直是我国农业施肥的指导方针[24-26]。可持续性的作物生产体系并不能简单的依赖于化学肥料的施用，而更应该注重有机无机肥料的协同增效[27-28]。Jiang等[29]基于长期定位试验研究显示，有机无机肥料配施条件下冬小麦籽粒产量有显著增加，且产量的年际波动幅度远小于单施化肥处理。Sigua等[30]指出，生物炭和化肥配施较单独化肥施用相比能够显著提高冬小麦植株生产力。相似的研究也表明[31-32]，施用堆肥不仅大幅度地增加冬小麦籽粒产量，同时也能显著提高土壤有机质和速效养分的含量，使地力得到有效维持。此外，有机无机肥料配施较单施化肥能显著改善冬小麦的生长发育并增强植株的养分吸收，提高净光合速率，促进籽粒灌浆[33-34]。但是，近年来化学肥料的使用量逐年增加，已远超粮食产量增幅，与之对应的是有机肥施用量的急剧下降。随着农业部提出2020年化肥零增长战略，有机(类)肥料在优质强筋小麦生产过程中扮演的角色也愈发突出，阐明其对优质小麦的营养调控作用也将会为合理施肥体系构建提供帮助。有鉴于此，本试验以豫北平原主栽的优质强筋冬小麦品种郑麦366为试材，选择试验区域内较为常见的2种有机材料(鸡粪和豆秸)作为有机肥源，通过大田试验来明确有机无机肥料配施对强筋小麦产量、植株生长发育和生理特征以及土壤理化和生化性质的影响，以期为小麦优质高效栽培提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

田间试验于2011-2012年在地处豫北平原的河南省新乡市红旗区洪门镇进行，试验区内有充足水源和良好的农业灌溉条件。地理坐标东经113°54′，北纬35°18′，平均海拔为67.5 m，地处中纬度地带，属暖温带大陆性季风气候。四季分明，冬寒夏热，秋凉春早，年平均气温14 ℃。降雨集中在夏季，约占全年降水量的59.5%，年平均降雨量573.4 mm。年蒸发量为1 748.4 mm，年平均日照时数约2 400 h，无霜期220 d。全年≥0 ℃的天数303 d，≥10 ℃的天数218 d，活动积温5 163.2 ℃。该地区主要种植小麦、玉米、大豆等作物。供试土壤为壤质潮土，前茬作物为玉米。

1.2 试验设计与方法

选择地势平坦整齐且土壤肥力均匀的地块进行田间试验，小麦播种前采集混合土样测定耕层土壤基本理化性状，有机质15.2 g/kg，全氮1.15 g/kg，碱解氮60.57 mg/kg，速效磷17.30 mg/kg，速效钾128.84 mg/kg，水土比5∶1条件下pH值8.6。田间试验共设4个处理：CK，不施肥；CF，单施化肥；CF+CM，化肥和鸡粪配施；CF+SS，化肥施用配合豆秸还田。每处理3次重复，完全随机区组排列，小区面积为4.5 m×10 m，小区间隔0.5 m。各处理均采用统一的栽培种植模式，机器播种，播量为120 kg/hm2，小麦行间距20 cm。3个施肥处理的化肥施用量一致，为当地农户习惯化肥施用量：施氮量为180 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O为2∶1∶1，化肥分别用养分含量为15-15-15的复合肥和含N 46%的尿素。50%的氮肥和全部的磷、钾肥在播前作为基肥施入，剩余50%的氮肥在拔节期和灌浆期分2次等量追施。鸡粪的施用量约3 750 kg/hm2；豆秸在使用前用机械搅碎(约5～10 cm长)，用量约1 250 kg/hm2，二者基本为等碳量施入。前茬玉米收获后，分别将鸡粪和豆秸均匀平铺至对应小区地表，而后使用旋耕机混入耕层土壤(0～20 cm)。分别在小麦越冬期、拔节期和灌浆期灌水，其余栽培和田间管理措施均同当地常规大田。2011年10月5日播种，翌年6月1日收获。供试材料为郑麦366，由河南省农科院小麦研究中心选育，是高产抗病、优质强筋的半冬性矮秆小麦品种。

1.3 样品采集与测定

植株生理指标包括光合作用参数和叶绿素含量的测定在小麦灌浆期进行，测定部位为旗叶，测定时间为无风晴天上午9：00-11：00。在每个小区内随机选择健壮程度和长势一致的无病害植株6株，利用Li-6400光合仪分别测定其光合参数，包括净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO2浓度(Ci)，而后计算平均值。叶绿素含量采用SPAD值来表示，SPAD-502型叶绿素仪测定。小麦成熟收获时在每个小区随机选取长势中庸且无明显变化特征的小麦植株10株，调查其基础农艺性状，并进行考种。实收2 m2，晾晒、脱粒、记录产量。

小麦收获时在各小区采用5点取样法采集耕层土壤样品，剔除杂物并混合均匀。混匀后的新鲜土壤样品一半置于室外自然风干，而后分别过1，0.25 mm筛，用于土壤理化性状的测定；另一半过1 mm筛后，立即测定其可培养微生物的数量。土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾等指标的测定均采用常规方法进行[35]；土壤可培养微生物计数采用稀释平板法，真菌采用马丁氏培养基，细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，放线菌采用高氏1号培养基[36]，以每克干土的微生物菌落数来表示。土壤可培养微生物总数为细菌、真菌和放线菌之和。

1.4 数据处理

用SPSS 19.0数据处理软件对试验数据进行统计分析，不同处理间数据的多重比较采用Duncan新复极差方法完成。图表绘制在Microsoft Excel 2007软件上进行。

2 结果与分析

2.1 有机无机肥配施对强筋小麦产量和产量构成要素的影响

从表1可以看出，施肥处理较不施肥处理相比，冬小麦籽粒产量均有显著的增加，其增幅达到20.90%～28.36%。而就各施肥处理间比较，尽管有机无机肥料配施较单施化肥相比产量也均有不同幅度的增加，但处理间并未达到差异显著水平(P>0.05)，且各施肥处理下籽粒产量表现为CF+CM>CF>CF+SS。从产量构成要素来看，不同处理下有效穗数、穗粒数和千粒质量的变化趋势与籽粒产量表现一致，即施肥处理较不施肥处理相比均有不同程度的显著增加，表明在本试验条件下强筋冬小麦籽粒产量的增加来源于各产量构成要素的协同作用。有机无机配施处理与单施化肥处理相比，有效穗数、穗粒数和千粒质量分别增加3.80%～8.82%，0.68%～7.79%和2.10%～3.91%，但均未达到差异显著水平。

表1 有机无机肥配施对强筋小麦产量和产量构成的影响Tab.1 Effects of organic and inorganic fertilization on grain yield and yield component factors of winter wheat with strong gluten

注：CK.对照；CF.单施化肥；CF+CM.化肥+鸡粪；CF+SS.化肥+豆秸。表中数据为3次重复的平均值±标准差，同列的不同字母表示差异5%显著水平(P(0.05)。表2-5同。

Note：CK.Control；CF.Chemical fertilizer application alone；CF+CM.Chemical fertilizer plus chicken manure；CF+SS.Chemical fertilizer plus soybean straw.Data in this table were shown as means±standard deviation(n=3).Different lowercase letters in the same column mean significant difference at 0.05 level.The same as Tab.2-5.

2.2 有机无机配施对强筋小麦植株生长发育的影响

从表2可以看出，施肥能够显著改善强筋冬小麦植株的生长发育。施肥处理较不施肥相比，株高、穗长和穗下节长具有显著增加，增幅分别达到5.54%～7.20%，7.06%～8.89%和14.13%～22.61%；但有机无机肥配施处理与单施化肥处理相比，植株的株高、穗长和穗下节长则均未出现显著变化。施肥处理较不施肥处理相比在无效穗数/总穗数上也未出现显著差异。此外，施肥处理较不施肥处理相比叶片叶绿素含量均有显著增加，这对于增加冬小麦植株的群体干物质生产具有重要意义。同单施化肥处理相比，有机无机肥配施处理下叶片叶绿素含量分别显著增加10.86%和8.19%，且鸡粪配施处理叶绿素增幅高于豆秸配施处理，但有机无机配施处理间叶绿素含量并无显著差异出现。

表2 有机无机肥配施对强筋小麦植株生长发育的影响Tab.2 Effects of organic and inorganic fertilization on growth and development of winter wheat with strong gluten

2.3 有机无机肥配施对强筋小麦植株生理特征的影响

肥料施用也显著改变了强劲冬小麦植株的生理特征(表3)，表现在施肥处理下植株净光合速率较不施肥处理相比显著增加13.67%～28.46%，但有机无机肥配施处理较单施化肥处理相比植株净光合速率并无显著变化。各处理下植株的蒸腾速率和气孔导度变化趋势与净光合速率表现一致。施肥处理较不施肥处理相比胞间CO2浓度显著下降25.90%～28.11%，表明施肥处理能够改善冬小麦植株叶片光合作用过程中CO2的同化速度。鸡粪化肥配施和豆秸化肥配施处理下胞间CO2浓度与单施化肥相比均无显著变化。

表3 有机无机肥配施对强筋小麦植株生理特征的影响Tab.3 Effects of organic and inorganic fertilization on physiological characteristics of winter wheat with strong gluten

2.4 有机无机肥配施对强筋小麦种植土壤理化性质的影响

从表4可以看出，施肥能够显著影响强筋冬小麦种植土壤的理化性质。同不施肥处理相比，单施化肥和有机无机肥配施处理下土壤有机质和全氮含量以及碳氮比均无显著变化，但是在土壤速效养分含量上变化明显。在土壤碱解氮含量上，各施肥处理较不施肥相比显著增加39.72%～129.34%，且有机无机肥配施处理较单施化肥相比也显著增加61.70%～64.14%，但鸡粪化肥配施与豆秸化肥配施处理间土壤碱解氮含量无显著差异。就土壤速效磷和速效钾含量而言，单施化肥处理较不施肥相比均无显著变化，而有机无机肥配施处理则分别显著增加88.65%～96.91%和51.29%～67.90%，并以豆秸化肥配施处理增幅最高。整体来看，有机无机肥配施处理较单施化肥相比能够增加土壤速效养分含量，改善土壤养分供应状况。

表4 有机无机肥配施对小麦土壤理化性质的影响Tab.4 Effects of organic and inorganic fertilization on soil physicochemical properties of winter with study gluten

2.5 有机无机肥配施对强筋小麦种植土壤可培养微生物数量的影响

从表5可以看出，单施化肥处理土壤中可培养细菌数量较不施肥相比并无显著变化，而有机无机肥配施处理则显著增加81.43%～97.09%，且以鸡粪化肥配施处理下增幅最高。土壤真菌、放线菌和总可培养微生物数量在不同处理下的变化趋势与细菌表现一致。土壤可培养细菌和真菌数量的变化也导致不同处理下细菌/真菌发生改变，单施化肥处理较不施肥相比细菌/真菌并无显著差异，而有机无机配施处理较不施肥和单施化肥处理相比均有显著的增加，增幅分别为26.87%～29.85%和11.11%～13.73%。鸡粪化肥配施和豆秸化肥配施处理下土壤中可培养微生物数量均无显著差异。从本试验的结果来看，有机无机肥配施处理能够改变土壤微生物区系的结构。

表5 有机无机配施对小麦土壤可培养微生物数量的影响Tab.5 Effects of organic and inorganic fertilization on culturable microorganism population within soils of winter wheat

3 结论与讨论

田间试验结果表明，施肥能够显著增加强筋冬小麦籽粒产量，且各产量构成要素也均有不同幅度的增加，而有机无机配施处理较单施化肥处理(即农户习惯施肥)相比并无显著变化，这与邢素丽等[37]在太行山山前平原高肥力土壤和低肥力土壤上的研究结果一致。但有机无机配施处理下小麦植株的生长发育特征较单施化肥处理相比有显著改善，表现为灌浆期旗叶的叶绿素含量增加8.19%～10.86%，这能够增强花后小麦群体的同化物生产能力，而实质上由此带来的强筋冬小麦植株相对高效的生产性能并未体现到最终的籽粒产量上，这可能也与强筋冬小麦的灌浆进程和植株收获指数有关。周莉华等[34]研究指出，化肥与生物有机肥的配施能够提高冬小麦植株的灌浆速率，并指出优化水肥供应是增加粒重，进而提高籽粒产量的重要原因。优质强筋冬小麦籽粒生长发育过程和植株的碳氮代谢特性同普通小麦品种相比存在明显不同，这直接带来了二者对肥料施用的敏感性存在着差异[38-41]，因此进一步优化营养调控措施来改善强筋小麦的灌浆特性，特别是花后干物质的再分配过程，并最终提高小麦的收获指数可能是本试验下一步需要研究的重点。本试验结果也表明，强筋冬小麦种植土壤的理化和生化性质受施肥策略影响显著。在土壤理化性质上，同单施化肥处理相比，有机无机配施处理能够显著提高土壤速效养分的含量，这也与早前的研究报道一致[42]，有机无机配施处理下，有机物料(鸡粪和豆秸)的输入是土壤速效养分含量增加的直接原因，由此带来的土壤氮素供应的改善可能是有机无机配施处理下旗叶叶绿素含量显著高于单施化肥处理的重要原因。但在土壤有机质含量上，有机无机配施处理较单施化肥处理相比并无显著变化，这也与试验周期长短有着密切关系。早前的研究指出，土壤有机碳总库存量的变化需要长期的时间过程，其对管理实践的响应同活性有机碳组分相比存在明显的滞后性[43-44]。而在土壤生化性质上，有机无机配施处理下土壤中可培养微生物数量较不施肥和单施化肥处理相比均有显著的增加，这直接带来了土壤微生物区系结构的变化。王秋君等[45]在冬小麦上的研究表明，化肥施用对土壤细菌的群落结构影响较小，而有机无机配施却影响显著，这也与本研究的结果一致。Rutigliano等[46]也指出，生物炭的添加能够在短期范围内增加冬小麦种植土壤的微生物活性和微生物功能多样性。鸡粪和豆秸的输入本身能够为土壤微生物提供更多的有机碳源和氮源，同时二者与化肥的配施也可通过改善土壤的速效养分供应来进一步满足土著微生物的营养需求[47-48]，这是有机无机配施处理下土壤可培养微生物数量较不施肥或单施化肥处理均有显著增加的主要原因。微生物是土壤生态系统的重要组成部分，其在能量传递和养分循环，矿质化和腐殖化，以及污染物的降解等土壤重要的生化过程中起着重要作用[49]，微生物群落结构也是表征健康高产土壤的重要因子[50-52]。土壤细菌/真菌比值被认为是表征土壤肥力的重要指标[53]，而在本试验中，有机无机配施处理下土壤细菌/真菌比值较不施肥和单施化肥处理相比有约10%～30%的增加，也暗示着在豫北平原优质强筋小麦种植过程中，通过有机物料的引入并与化肥的配合施用能够达到维持甚至进一步提升地力的目标，提高农业生产和土壤利用的可持续性。

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Effects of Organic and Inorganic Fertilization on Grain Yield and Physiological Characteristics of Winter Wheat with Strong Gluten Wheat and Soil Properties in North Henan Plain

LIU Xing，ZHANG Ying，JIN Yaguo，GAO Qinglu，LI Dongfang

(College of Resources and Environmental Sciences，Henan Institute of Science
and Technology，Xinxiang 453003，China)

In order to investigate the optimal nutrition management regime of winter wheat with strong gluten，a field experiment was conducted to understand the effects of couple application of organic and inorganic fertilizers on grain yield，growth and physiological characteristics of wheat plants，and soil physicochemical and biochemical properties.The strong gluten variety Zhengmai 366 was used in the present study.A total of four treatments were designed，including no-fertilizer (CK)，chemical fertilizer application alone(CF)，chemical fertilizer plus chicken manure(CF+CM) and chemical fertilizer plus soybean straw(CF+SS).Fertilization significantly increased the grain yield by 20.90%-28.36% compared to CK，whereas no significant change was found in grain yield and 3 yield components between CF，CF+CM and CF+SS treatments.Couple application of organic and inorganic fertilizers significantly increased about 8.19%-10.86% in chlorophyll content of flag leaf in grain filling stage compared to CF，however，no significant differences in net photosynthesis rate were observed.CF+CM and CF+SS treatments significantly increased the contents of available nitrogen，phosphorus and potassium in soil compared to CK and CF treatments.The contents of organic matter，total nitrogen and C/N in soil in CF+CM and CF+SS treatments were similar to those in CF treatment.In addition，the population of culturable bacteria，fungi and actinomycetes as well as the ratio of bacteria to fungi in CF+CM and CF+SS treatments were significantly higher than those in CK and CF treatments.In conclusion，couple application of organic and inorganic fertilizers could significantly improve the growth and development of winter wheat plants，increase available nutrients supply，and also amend the structure of soil microbial community，which is beneficial for winter wheat production in North Henan Plain.

Strong gluten wheat；Organic and inorganic fertilizer；Grain yield；Physiological characteristics；Soil property

2016-06-05

河南省教育厅自然科学基础研究项目(2009B210008)；河南科技学院2013年攀登计划-科技创新基金项目(208010913009)

刘 星(1987-)，男，河南信阳人，讲师，博士，主要从事植物营养和土壤生态的教学与研究。

李东方(1976-)，女，山西长治人，副教授，硕士，主要从事植物营养生理生态的教学与研究。

S141，S154.3

A

1000-7091(2016)06-0220-07

10.7668/hbnxb.2016.06.034