陶斯娜，何招亮，张孟孟，陈园园，代梦雪，张海鹏，丁文金

（安徽农业大学农学院，合肥 230036）

黄淮南片是我国第一大小麦主产区、第二大玉米种植区，被称为“第二粮仓”，化肥的减量施用与产量的提升对保障我国农业安全有重要意义[1]。随着现代农业的发展，化肥使用量快速增加，有机肥用量逐渐减少，持续过量施用化肥，造成土壤质量变差，化肥利用率降低，生产成本增加和环境污染等一系列问题[2]。在小麦和玉米生产过程中，化肥的合理施用是保证小麦和玉米高产、优质的重要措施[3-5]。但化肥过量施用会给皖北主要土壤类型—砂姜黑土带来酸化、板结以及污染等环境问题[6]。减少化肥施用量、提高肥料利用率以及改善土壤环境，已经成为当前农作物生产面临的重要挑战。因此亟需一种即可保障产量稳定，又可减少化肥施用量、促进农业可持续发展的重要措施[7]。

随着我国规模养殖的迅速发展，沼液等有机废水的无害化处理和资源化利用日益成为人们关注的热点，沼液中含有大量的氮、磷、钾等营养元素，在替代化肥方面具有积极作用。同时有机肥替代部分化肥是实现我国化肥零增长目标的重要措施之一[8]。沼液还田可实现畜牧业与种植业的资源化结合，近年来受到广泛关注。已有研究证明，多种类型的农作物可利用沼液来促进作物生长，并实现增产[9]。所以研究沼液在农田上的应用效果，对促进农牧结合的生态循环农业模式的推广应用具有十分重要的意义[10]。研究表明控失肥可明显提高作物产量和肥料利用率，达到节本增益的效果[11]。但是在砂姜黑土下，对沼液部分替代和控失施肥的研究较少，因此本研究针对皖北地区主要土壤类型砂姜黑土，以沼液部分替代和控失肥为研究对象比较分析各处理玉米产量构成因素、产量及肥料利用率，为实际生产上肥料的合理选择和沼液的合理利用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验开展于2020—2021年，一年两季在安徽省皖北地区典型砂姜黑土区的宿州市埇桥区安徽农业大学皖北综合试验站进行。两季度分别于小麦玉米播种前取土对耕作层土壤养分状况进行化验分析，2020年6月—2020年10月玉米播种前供试土壤pH为7.60；0～20 cm根生土壤有机质含量为16.41 g/kg、全氮0.95 g/kg、有效磷11.43 mg/kg、速效钾411 mg/kg、碱解氮49.68 mg/kg。2020年10月—2021年6月小麦播种前土壤的pH为7.66，0～20 cm土层有机质含量为11.46 g/kg、全氮含量0.95 g/kg、有效磷13.96 mg/kg、速效钾389.46 mg/kg、碱解氮91.76 mg/kg。

1.2 试验设计

供试冬小麦品种为安农大1216，夏玉米品种为金秋119。沼液采自埇桥区国家现代农业示范区内规模养殖场。

1.3 试验设计与方法

本试验小麦-玉米轮作田间试验设置4种不同施肥处理：小麦设①空白对照（CK），不施肥；② 常规施肥(CF），小麦专用肥45%（25-13-7），750 kg/hm2；③ 控失肥（CRF），肥料减量20%，增效控失肥 45%（25-13-7），600 kg/hm2；④沼液替代（OC），肥料减量40%，小麦专用肥45%（25-13-7），450 kg/hm2。玉米设①空白对照（CK），不施肥；②常规施肥（CF），玉米专用肥 40%（28-6-6），750kg/hm2；③控失肥（CRF），肥料减量20%，增效控失肥 40%（29-5-6）600 kg/hm2；④沼液部分替代（OC），肥料减量40%，玉米专用肥40%（28-6-6），450 kg/hm2；沼液中总氮含量294 mg/L，总磷含量9.41 mg/L，总钾含量39.50 mg/L。每种处理3次重复，共12个小区，每个小区面积为90 m2，各小区随机排列；所有处理肥料均为播前一次性施用，不再追肥；OC于小麦、玉米播后1 d、苗期和花期使用沼液灌溉一次，冬小麦灌溉量每次为133 400 L/hm2，夏玉米灌溉量每次为111 166.67 L/hm2，除沼液灌溉外，其他处理用等量清水灌溉，试验各处理除施肥不同外，其他田间管理措施完全相同。冬小麦-夏玉米具体施肥处理试验方案详见表1。

表1 麦玉施肥量和施肥方案Table 1 fertilization amount and scheme of wheat and jade kg·hm-2

1.4 试验计算方法及数据处理

1.4.1 样品获取

冬小麦季分别于开花期和成熟期取样，每小区随机取5株，按叶片、茎、叶鞘、穗轴+颖壳和籽粒5部分器官分样；玉米季分别在吐丝期和成熟期取样，每小区随机取两株，将植株按秸秆、籽粒等部位分样。均在105℃下杀青30 min，80℃烘至恒重。将烘干植株样品粉碎，密封保存，以备植株氮磷钾养分含量测定。

1.4.2 植株氮、磷、钾含量的测定

植株样品经H2SO4-H2O2消煮，采用定氮仪蒸馏滴定测定全氮的含量，采用钼蓝比色法测定全磷含量，采用火焰光度计法测定全钾含量。

1.4.3 氮、磷、钾的相关指标计算方法

小麦和玉米植株氮、磷和钾的质量分数的计算公式为：

式中ω(N、P、K)--植物中全 N、P、K 的质量分数%，

ρ--测得试液中N、P、K的质量浓度mg/L，

V--测读液体积mL

ts--分取倍数

M--烘干样品质量g。

单株玉米氮、磷和钾吸收量（g）=（氮、磷、钾）质量分数/100×玉米产量×干重百分比。

小麦和玉米植株氮、磷和钾肥利用率计算公式为：

两季沼液替代处理植株氮、磷和钾肥料利用率均包含沼液中的氮、磷、钾含量。

采用Microsoft Excel 2021对所有数据进行处理和计算，通过DPS、Origin Pro等软件进行方差分析以及图表的制作。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对麦玉两熟作物产量及其构成因素的影响

2.1.1 不同施肥对夏玉米-冬小麦产量以及构成因素的影响

由表2可知，施肥对夏玉米百粒重影响明显，CRF和OC夏玉米百粒重与CF相比分别增加了6.30%、1.19%。不同施肥方式对玉米行粒数和穗行数影响不明显。与CF相比，CRF和OC产量分别高1 146.90和 135.75 kg/hm2，增产 14.28% 和 1.69%。CRF与CF和OC产量达显著差异水平，OC与CF产量无差异不显著。

表2 不同施肥处理对夏玉米产量、收获指数及产量构成因素的影响Table 2 Effects of different fertilization treatments on yield，harvest index and yield components of summer maize

从表3可知，穗数是影响冬小麦产量的主要原因，与CF相比，OC增加了11.10%，差异显著，而CRF较CF无明显差异，但也增加了2%。不同施肥处理之间冬小麦穗粒数和千粒重影响差异不明显。3种施肥处理中CF的籽粒产量最低，OC、CRF的籽粒产量与CF相比明显提高，分别增幅了18.75%和6.18%。

表3 不同施肥处理对冬小麦产量、收获指数及产量构成因素的影响Table 3 Effects of different fertilization treatments on yield，harvest index and yield components of winter wheat

由此，从产量构成因素方面来讲，不同施肥处理下夏玉米主要通过百粒重影响产量，而冬小麦主要通过穗数影响产量，从肥料使用方面来讲，单年施肥与不施肥对产量差异明显；从施肥类型和方式来讲，CRF与OC均能够增产。

2.1.2 不同施肥处理对麦玉轮作体系周年产量及收获指数的影响

由图1可知，单年麦玉两季作物周年产量以CRF最高为17 007.33 kg/hm2，OC次之为16 922.90 kg/hm2，CF最低为15 404.49 kg/hm2。由表2和表3可知，OC、CRF下的麦玉轮作收获指数较CF均无显著差异，但均优于CF，说明在CRF，肥料减量20%、OC化学肥料减量40%，作物干物质能较好地向籽粒中转运与分配，获得高收获指数。

图1 不同施肥对麦玉轮作体系周年产量的影响Figure 1 Effects of different fertilization on annual yield of wheat and jade cropping system

2.2 不同施肥处理对冬小麦-夏玉米轮作体系氮素吸收与肥料利用率的影响

从表4可以看出，玉米与小麦籽粒氮素吸收量均以OC最高；玉米季：籽粒氮吸收量除CRF与CF间无明显差异外，其他处理间差异均达到显著水平，植株氮素总吸收量以CRF最高，为209.47 kg/hm2、OC次之，为203.96 kg/hm2、CF最低，为200.73 kg/hm2；CRF氮肥利用率高于CF、OC，分别高7.03%、13.38%，OC的氮肥利用率低于CF，可能是因为OC施氮量大于玉米需氮量，导致氮肥利用率低。小麦季：籽粒吸收量各处理间均达到显著差异，植株氮素总吸收量以OC最高，为205.34 kg/hm2；CRF次之，为 179.82 kg/hm2；CF 最低，为 165.15 kg/hm2；OC、CRF氮肥利用率高于CF，分别为9.20%和15.32%。说明OC处理更利于作物籽粒氮素的积累。

表4 不同施肥处理夏玉米-冬小麦植株氮素吸收量与肥料利用率Table 4 Nitrogen uptake and fertilizer utilization rate of summer maize winter wheat plants under different fertilization treatments

麦玉单年籽粒吸收量以OC最高，各处理间达到显著差异，植株氮素总吸收量OC最高，为409.31 kg/hm2；CRF次之，为389.29 kg/hm2；CF最低，为365.89 kg/hm2；与CF相比，OC、CRF处理单年氮肥利用率分别增加1.59%和11.02%；综上，说明OC、CRF处理有利于提高麦玉单年氮肥利用率及氮素积累量。

2.3 不同施肥处理对冬小麦-夏玉米轮作体系磷素吸收与肥料利用率的影响

从表5可以看出，玉米籽粒磷素吸收量CRF最高、OC次之，小麦OC最高、CRF次之；玉米季：籽粒磷素吸收量除OC与CF间无显著差异，其他处理间均有明显差异，植株磷素总吸收量以CRF最高，为29.77 kg/hm2；OC次之，为26.64 kg/hm2；CF最低，为21.83 kg/hm2；OC、CRF磷肥利用率高于CF，分别高10.19%和19.05%。小麦季：籽粒磷素吸收量与CF相比，OC和CRF籽粒磷素吸收量有明显提高，各处理间籽粒磷素吸收量差异均达到显著水平，植株磷素总吸收量以OC最高，为32.82 kg/hm2；CRF次之，为 30.80 kg/hm2；OC 最低，为 27.24 kg/hm2；OC 和CRF磷肥利用率高于CF，分别为16.10%和6.30%。说明OC和CRF有利于提高植株磷素总吸收量与磷肥利用率。

表5 不同施肥处理冬小麦-夏玉米植株磷素吸收量与肥料利用率Table 5 Phosphorus uptake and fertilizer utilization rate of winter wheat summer maize plants under different fertilization treatments

麦玉单年籽粒磷素吸收量以OC最高，除OC与CRF外，其他处理间差异均达到显著，植株磷素总吸收量CRF最高，为60.59 kg/hm2；OC次之，为59.48 kg/hm2；CF最低，为49.07 kg/hm2；与CF相比，OC和CRF处理单年磷肥利用率分别增加14.32%和9.65%；综上，研究结果说明OC和CRF处理有利于提高麦玉单年磷肥利用率及磷素吸收量。

2.4 不同施肥处理对冬小麦-夏玉米轮作体系钾素吸收与肥料利用率的影响

从表6可以看出，玉米籽粒钾素吸收量以CRF最高、OC次之，小麦OC最高、CRF次之；玉米季：籽粒磷素吸收量各处理间差异均不明显，植株钾素总吸收量 CRF最高，为 144.23 kg/hm2；OC 次之，为133.59 kg/hm2；CF 最低，为 132.04 kg/hm2；与 CF 相比，OC和CRF钾肥利用率分别高4.30%和16.97%。小麦季：籽粒钾素吸收量与CF相比，OC和CRF籽粒钾素吸收量有明显提高，各处理间差异均达显著水平，植株钾素总吸收量以OC最高，为127.29 kg/hm2；CRF次之，为116.27 kg/hm2；CF最低，为106.93 kg/hm2；与CF相比，OC和CRF钾肥利用率分别高24.50%和22.19%。说明OC和CRF有利于提高植株钾素总吸收量与钾肥利用率。

表6 不同施肥处理冬小麦-夏玉米植株钾素吸收量与肥料利用率Table 6 Potassium uptake and fertilizer utilization of winter wheat summer maize plants under different fertilization treatments

麦玉单年籽粒钾素吸收量OC最高，CRF次之，各处理间差异显著，植株钾素总吸收量OC最高，为260.88 kg/hm2；CRF次之，为260.50 kg/hm2；CF最低，为238.99 kg/hm2；与CF相比，OC和CRF处理单年钾肥利用率分别增加15.17%和19.72%；综上，OC和CRF处理有利于麦玉单年钾肥利用率及钾素积累量。

3 讨论

小麦施用沼肥，促进了小麦对氮、磷、钾等营养的吸收，并改善了小麦的生物学性状，表现出显著的增产效应[12]。对于冬小麦本研究结果表明，穗数是OC和CRF较CF增产的主要原因，与CF相比，OC和CRF分别增产了18.75%和6.18%；这与李友强等[13]研究结果一致。控失肥可以协调养分平衡供应，提高玉米的产量[14-15]。对于夏玉米本研究结果表明，百粒重是CRF、OC较CF增产的主要原因，与CF相比，OC和CRF分别增产了1.69%和14.28%；这与蒋迁等[16]研究一致。控失肥可以减少肥料养分的流失，减缓养分释放速率[17-19]。本研究中冬小麦CRF氮、磷和钾肥利用率较CF分别高15.32%、6.30%和22.19%，夏玉米CRF氮、磷和钾肥利用率比CF分别高7.03%、19.05%和16.97%，在CRF下，麦玉轮作周年体系的氮磷钾利用率较CF均有所提高。施用沼液显著改善了土壤的微生物区系，土壤细菌和放线菌的数量显著增加[20-21]。并且一定比例的沼液部分替代可以均衡土壤所需的营养元素，有较好的土壤培肥的效果，可提高农业的资源利用效率和化肥减量增效[22-23]。说明沼液施用能有效保护生态环境及增加土壤微生物数量。夏玉米100 kg经济产量吸氮量变幅为1.69～2.20 kg[24]。本研究结果表明，因沼液的施用，OC的施氮量为292 kg/hm2，高于夏玉米的需氮量，氮肥过剩，导致夏玉米OC氮肥利用率略低于CF，但仍有不错表现。随着小麦籽粒产量的增加，地上部吸氮量显著增加[25]，小麦对氮、磷、钾需求量增大，因此OC处理下的冬小麦氮、磷、钾利用率均高于CF；结合麦玉轮作周年体系肥料利用率，表明沼液分次施用有效提高了氮、磷和钾肥利用率。

本试验沼液处理使用量参照了当地习惯，从生产实际出发，探究沼液资源化利用效果，但OC未与CF施肥量保持一致，因此OC施肥量存在不足，需要进一步研究。

4 结论

OC、CRF能促进两季作物产量三要素的协调发展，显著提高冬小麦的单株成穗数和夏玉米的百粒重与行粒数，并获得较高的周年产量。OC、CRF处理不仅能够显著提高麦玉轮作周年体系作物对氮、磷、钾的吸收量，同时可以提高周年氮、磷和钾素利用率；综上考虑麦玉两季作物养分利用吸收与籽粒产量，本试验条件下，CRF肥料减量20%、OC肥料减量40%的情况下，均能提高冬小麦、夏玉米的产量，因此两种施肥方式均能减少化肥施用量提高冬小麦-夏玉米的肥料利用率，适宜在皖北地区冬小麦-夏玉米中推广。