有机肥替代化肥对皖北小麦产量及养分利用率的影响

2021-12-11程谦勋武艳关文义朱佳刘健健乔策策赵建荣

安徽农学通报 2021年22期

程谦勋武艳关文义朱佳刘健健乔策策赵建荣

摘要：为了探究化肥减量施用和有机肥替代对皖北小麦产量、养分积累和吸收利用效率的影响，该研究共设置CK（不施肥处理）、UF（单施无机肥处理）、MF1（80%化肥+20%有机肥）、MF2（60%化肥+40%有机肥）、MF3（40%化肥+ 60%有机肥）等5个处理，对小麦产量、养分吸收及土壤养分含量等指标进行了测定。结果表明：与UF相比，MF1、MF2处理的小麦产量无显著差异，而MF3处理的小麦产量有所降低，MF1则显著提高了小麦的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力，MF2、MF3和UF3个处理间无显著差异。此外，有机肥施用显著地提高了土壤有机质和全氮含量，而土壤有效磷和速效钾含量则无显著差异。

关键词：小麦;有机肥替代比例;产量;氮素利用率

中图分类号 S512.1文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）22-0118-04

Effect of Organic Fertilizer Substituting Chemical Fertilizer on Wheat Yield and Nutrient Utilization Rate in Northern Anhui

CHENG Qianxun1 et al.

（1Anhui Guozhen Environmental Sanitation Technology Co.， Ltd.， Hefei 230000， China）

Abstract： In order to investigate the effects of organic fertilizer replacing chemical fertilizer on wheat yield，nutrient accumulation and utilization，five different fertilization patterns，including non-apply fertilizer （CK），inorganic fertilizer （UF），20% organic fertilizer + inorganic fertilizer （MF1），40% organic fertilizer + inorganic fertilizer （MF2），60% organic fertilizer + inorganic fertilizer （MF3），were performed in the wheat field area of Lixin Country，Anhui Province.The results showed that the yield of wheat had no significantly different both in the MF1 and MF2 treatment compared with the UF treatment，but a significantly decrease of yield was observed in MF3 treatment.The MF1 treatment could enhance the agronomic efficiency and partial productivity of nitrogen fertilizer compared with the UF treatment.Moreover，organic fertilizer replacing chemical fertilizer could also significantly enhance the content of organic matter，total nitrogen in soil，while there are no different of available phosphorus and available potassium between UF and MFs.

Key words： Wheat; Organic fertilizer substitution ratio; Yield; Nitrogen use efficiency

研究表明，肥料的施用對我国粮食的增产贡献率高达55%～57%，增施肥料对农业生产具有极其重要的作用[1-2]。自20世纪60年代以来，我国肥料施用量，尤其是化学氮肥的施用量呈直线上升的趋势，到了2009年，我国化肥总施用量超过64Mt，占世界消费总量的35%[3]。由于化肥的不合理施用，引发了土壤质量问题，如土壤容重增加，田间持水量降低，土壤团粒结构遭到破坏，同时造成了如水体富营养化、温室气体排放等一系列的环境问题已成为制约农业绿色可持续发展的重要因素[4-5]。为此，农业部在2015年提出了“到2020年化肥使用量零增长行动方案”，方案中强调，2015—2019年间，将我国的化肥施用量的年增长率控制在1%以下，在2020年实现主要农作物的化肥施用量实现零增长。在保证产量的前提下，有机肥替代化肥是实现该目标的重要措施之一[6-8]。

有机肥施用对于土壤培肥和作物生长发育具有良好的促进作用[9-11]。研究发现，有机肥施用能够显著增加土壤有机质含量，促进微生物对氮磷钾等养分的分解与固定，减少因挥发、淋溶、化学固定等原因造成养分损失。此外，施用有机肥还能改善土壤团粒结构，增强土壤保水保肥能力，是促进资源循环利用、发展绿色生态农业的必要途径和重要手段[12-14]。研究表明，有机肥和无机肥配合施用能够显著提高农作物生长发育中后期干物质的积累量，促进植物对养分的吸收。在我国西北地区，施用有机肥可显著提高土壤有机质含量和作物氮肥利用率[15]。此外，有机肥部分替代化肥还能有效增加麦玉轮作条件下的磷素利用效率，同时提高小麦和玉米的产量[16]。在小麦生产过程中，有机肥部分替代化肥同样能够显著提高小麦对氮素营养的吸收，改善土壤矿质态氮素的供应，同时收获与单施无机肥条件下相同或更高的产量[17-19]。本研究选择皖北地区小麦为对象，研究不同有机肥部分替代化肥比例对小麦产量、养分积累以及化肥利用率的影响，综合考虑产量和经济效益获得最佳的替代比例，以期为皖北地区小麦有机肥配施化肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料试验于2019年11月10日至2020年6月10日在利辛县马店孜镇试验田进行。该地区位于中纬度地区，属暖温带半湿润季风气候区，年平均气温14.8℃，全年无霜期215d，年均降雨量823.9mm。试验地前茬为玉米，试验地土壤耕层（0～20cm）基本理化性质为：pH 6.8，有机质1.45%，全氮0.61g/kg，速效磷25mg/kg，速效钾116mg/kg。供试品种为扬麦25，化学肥料为尿素（N46%）、过磷酸钙（P2O512%）、氯化钾（K2O 60%）;有机肥产品为安徽养地生物科技有限公司生产的商品有机肥，养分含量为N∶1.5%，P2O5∶1.6%，K2O：2.2%，有机质含量46.3%。

1.2 试验设计试验共设置5个处理：处理1：不施肥处理（CK）;处理2：单施无机肥处理（UF），氮肥（折合纯N）用量220kg/hm2，磷肥（P2O5）用量100kg/hm2，钾肥（K2O）用量90kg/hm2;处理3：化肥减施20%+有机肥（MF1）800kg/hm2;处理4：化肥减施40%+有机肥（MF2）1200kg/hm2;处理5：化肥减施60%+有机肥（MF3）1800kg/hm2。3次重复，随机区组排列，小区面积60m2。有机肥、磷肥、钾肥作基肥一次性施入，氮肥分3次施入，基肥、追肥比例为6∶4。基肥于11月4日撒施，分蘖肥和穗肥为尿素，分蘖肥于1月28日撒施，穗肥于3月10日撒施。

1.3 样品采集及测定方法

1.3.1 样品采集在冬小麦收获期采集植株样品，每块试验田采3份样品，用于各器官氮素含量測定;在收获期各小区选取3个1m2样方的地上部，装入网袋，自然风干后，测定总干物质重，机械脱粒，称取籽粒重量，并取500粒称重，换算成千粒重。

1.3.2 植株干物质和全氮含量的测定样品的处理：取风干的实验室待测样品充分混匀后，按四分法缩减至100g，粉碎，籽粒全部通过0.25mm（秸秆通过0.5mm）孔径筛，装入样品瓶备用。植株全氮含量用H2SO4-H2O2 消解，用凯氏定氮法测定。

1.3.3 计算方法参考赵俊晔等[35]和Przulj等[36]方法计算：

收获指数（%）=籽粒产量/生物量×100;

氮肥农学效率（%）=（施氮区产量-空白区产量）/施氮量×100;

氮肥表观回收率（%）=（施氮区地上部氮素积累量-空白区地上部氮素积累量）/施氮量×100;

氮肥偏生产力=施氮区产量/施氮量;

植株养分积累量=植株干物质量×养分含量。

1.3.4 数据分析采用SPSS25软件进行统计分析，采用最小显著极差法（LSD）进行差异显著性检验（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 有机肥替代化肥对小麦籽粒产量、生物量及收获指数的影响不同有机肥替代比例对小麦产量、生物量以及收获指数的影响如图1所示。由图1可知：肥料的施用可明显增加小麦的产量和生物量，UF～MF3处理的小麦产量与CK处理相比均达到了显著性的差异（图1a）。在有机肥替代处理中，MF1和MF2处理的小麦产量与UF处理无显著差异，但当有机肥替代比例达到60%时，小麦的产量较UF相比呈降低趋势（图1b）。此外，小麦收获指数的测定结果表明，纯化学肥料和有机肥替代处理下的收获指数与不施肥处理之间显著差异（图1c）。

2.2 有机肥替代化肥对小麦植株养分积累及肥料利用效率的影响不同施肥处理小麦籽粒、颖壳和秸秆中的氮素积累量存在差异。由图2a可知，不同施肥处理下的籽粒氮积累量从高到低依次为MF1>UF>MF2>MF3>CK。与UF和CK相比，MF1处理下的小麦籽粒氮含量分别增加6%、30%，并且与CK相比差异达到了显著性，表明有机肥20%替代化肥能够显著提高氮素营养在小麦籽粒中的积累。通过测定不同施肥处理下小麦秸秆中的氮积累量发现，与CK处理相比，施肥处理能够显著提高小麦秸秆氮的积累。随着有机肥替代比例的提高，小麦秸秆中的氮积累呈下降趋势，表明施用有机肥能够影响氮素在小麦不同部位的分布状况。

2.3 有机肥替代化肥对小麦氮肥利用效率的影响与UF处理相比，MF1、MF2处理下的氮肥表观回收率分别提高了110%、102%、97%，差异到达显著水平。MF1处理与UF处理相比，氮肥的农学效率显著提高66%，偏生产力显著提高15%，而MF3处理下的氮肥表观回收率、农学效率和偏生产力有所降低，但未达到显著差异。说明施用有机肥合理配施化肥能够提高小麦地上部对氮素的吸收利用，从而提高产量。

2.4 有机肥替代化肥对土壤肥力的影响不同处理试验小麦收获后耕作层（0～20cm）土壤的肥料状况，包括土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量结果见图3。由图3可知，与不施肥相比，无论单施化肥或有机肥配施，均能显著提高土壤中的全氮、速效磷和速效钾含量，而单施化肥对土壤中的有机质含量无明显的提升。与UF相比，有机肥配施能够显著提高土壤中速效磷和有机质的含量。MF3处理下的土壤速效钾含量较UF有显著降低，表明有机肥替代过多对土壤钾营养的积累有所降低，进一步说明了有机肥替代20%可能是安徽皖北地区较为适宜的有机肥配比。

3 讨论

本试验结果表明，有机肥替代化肥能够显著提高小麦产量，与UF和CK相比，MF1处理下的小麦产量分别提高4%、30%，这与之前的研究结果一致。张奇茹等通过5年定位试验表明，有机肥替代40%化肥氮素能显著提高旱地小麦籽粒产量。吕凤莲等研究发现，在有机肥替代75%化肥氮素的处理下，小麦-玉米轮作体系下的作物产量和经济效益均有显著提高[20]。有机肥替代化肥除了能够满足作物生长发育对养分的需求，同时还能够增加土壤中的养分含量，对于提高土壤肥力具有重要作用。本研究中，施用有机肥同样能够增加土壤中有机质和全氮含量，促进小麦对氮素的吸收利用效率。张新建等研究发现，有机肥施入土壤后，增加了土壤有机质含量，为土壤微生物的生长发育提供了适宜的碳氮比，增强了微生物的活性，进一步促进了土壤中的有机物分解，从而增加土壤中氮磷钾等养分含量[21]。

4 结论

本研究结果表明，与常规农民习惯施肥处理相比，有机肥替代20%、40%化肥对小麦产量和地上部生物量无显著影响，但当有机肥替代比例达到60%时，小麦产量出现降低趋势。此外，有机肥替代能够显著提高土壤有机质和全氮含量。综合考虑产量与经济效益以及环境效益等因素，有机肥替代20%化肥对安徽皖北地区小麦生产有一定的推广价值。

参考文献

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