有机肥部分替代化学磷肥对小麦生长及土壤性状的影响

2023-10-08丁晓娟顾进初徐素霞袁嘉烩高化平赵海涛

安徽农业科学 2023年18期

丁晓娟,顾进初,徐素霞,袁嘉烩,高化平,赵海涛

(1.泗洪县农业技术推广中心,江苏宿迁 223951;2.农业农村部耕地质量监测与评价重点实验室(扬州大学),江苏扬州 225127)

优良的土壤理化性质和均衡养分供应是作物健壮生长的保障,施用有机肥能平衡营养分布,提升土壤综合肥力,是改良土壤的重要手段之一[1]。施用有机肥也能缓解肥料不科学施用导致的土壤酸化、氮磷元素流失等问题,还可提高土壤中有效养分含量,维持土壤养分的平衡。畜禽粪便是生产有机肥的主要原料,近年来国家重视农业生产环境,以畜禽粪便为原料生产有机肥在全国范围内得到快速推广。有机肥的广泛应用是畜禽粪污肥料化的重要保障,是种植业和畜牧业良心互动的核心,是乡村经济发展和环境保护的重大需求。受产投比和农户生产意识的限制,目前有机肥产品主要在瓜果、蔬菜等高附加值农作物上应用较多。有机肥料配合黄腐酸钾施用,可以促进葡萄幼树生长,提升葡萄园土壤质量[2]。虽然有机肥养分含量种类丰富,但养分总量低,需要与化学肥料配合使用才能达到较好的施肥效果。在菠菜种植过程中,有机肥等氮量替代化学氮肥的10%～25%是维持和提高其产量及氮利用效率的合理比例[3]。30%～50%有机养分替代在保证小麦高产稳产的同时,能有效降低麦田氮径流流失量,是一种适宜的资源有效利用、节肥增效的有机养分替代模式[4]。磷是作物生长发育需要的大量营养元素,是稳产高产的重要保障。为满足作物对磷素的需求,大量的磷肥被施入土壤,导致土壤中磷素发生过度累积,从而可能会通过径流和淋洗途径引起环境污染。同等有机肥水平下,随着磷肥用量增加磷肥利用率显著降低,有机肥合理搭配化肥才能确保作物稳产的同时提高肥料利用率[5]。因此,笔者以小麦为对象,探究有机肥部分替代化学磷肥对小麦生长及土壤性状的影响,旨在为有机肥的大面积使用提供基础支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料试验于2021年10月至2022年6月在江苏省宿迁市泗洪县石集乡圩庄村农业园区实施,该区域地块平坦、齐整、肥力均匀,上茬作物为水稻。土壤为黏壤土,基本理化性质:全氮1.03 g/kg,有效磷107.9 mg/kg,速效钾463.7 mg/kg,有机质31.3 g/kg,pH 7.64。供试小麦品种为淮麦35;供试有机肥由泗洪某公司生产,养分含量:有机质3.13%,氮(N)1.61%,磷(P2O5)1.35%,钾(K2O)1.57%;供试无机肥为尿素[CO(NH2)2, 46% N]、过磷酸钙(CaP2H4O8,12% P2O5)和氯化钾(KCl,60% K2O)。

1.2 试验设计试验设4个不同基肥处理。常规施肥(F1:150.0 kg/hm2尿素,75.0 kg/hm2过磷酸钙,49.5 kg/hm2氯化钾),有机肥替代30%磷肥(F2:199.5 kg/hm2有机肥,150.0 kg/hm2尿素,52.5 kg/hm2过磷酸钙,49.5 kg/hm2氯化钾),有机肥替代60%磷肥(F3:400.5 kg/hm2有机肥,150.0 kg/hm2尿素,30.0 kg/hm2过磷酸钙,49.5 kg/hm2氯化钾),以不施用基肥(CK)为对照。每个处理重复3次,试验小区长20 m、宽4 m,随机区组排列。小麦生长过程中追施氮肥,氮肥基肥占55%,苗蘖肥占15%,拔节孕穗肥占30%。其他管理措施与一般大田相同。

1.3 测定项目与方法在小麦成熟期采集各小区0～20 cm土壤样品,检测土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾和容重等指标。越冬期(1月25日)和拔节期(3月4日)测定小麦植株群体数量、叶片叶绿素含量、干物质量等指标;成熟期(6月1日)采集地上部整株样品,测定株高、穗长、有效穗数、穗粒数、千粒重和产量。土壤有机质采用高温外热重铬酸钾氧化-容量法测定,全氮采用凯氏定氮法测定,碱解氮采用碱解扩散法测定,有效磷采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提、分光光度计法测定,速效钾用1 mol/L乙酸铵浸提、火焰光度法测定,土壤容重采用环刀法测定[6]。采用人工定点计数法调查小麦群体数量, SPAD叶绿素仪测定叶片叶绿素含量,烘干称重法测定干物质含量,人工测量和计数法测定小麦植株重量和千粒重。

1.4 数据统计采用 Microsoft Excel 2016软件整理数据和绘图,SPSS 19.0软件对数据进行统计分析。数据正态分布检验和转换采用夏皮洛-威尔克检验法(Shapiro-Wilk法),数据分析采用单因素方差分析(One way ANOVA)模型检验,各处理间的差异显著性使用新复极差法(Duncan)分析。

2 结果与分析

2.1 小麦产量构成特征施肥与有机肥替代化学磷肥明显影响小麦产量构成。由表1可知,F1小麦穗数、千粒重和产量显著高于CK,F1和CK的穗粒数差异不显著,施肥对小麦产量及产量构成影响显著。F2和F3的小麦穗数和产量显著高于CK,F3的小麦千粒重显著小于F1;各处理间的小麦穗粒数差异不显著。由此可知,施肥能够显著增加小麦产量,有机肥替代30%～60%磷肥能够实现小麦稳产。

表1 有机肥部分替代化学磷肥对小麦产量构成的影响

2.2 土壤性质特征施肥与有机肥替代化学磷肥明显影响麦季土壤养分含量和性质变化。由表2可知,F1麦季耕地土壤的全氮、全磷含量显著高于CK,F1麦季耕地土壤的有效磷和速效钾显著低于CK,而F1和CK间的pH、有机质、碱解氮、容重和阳离子交换量(CEC)差异不显著。由此可见,施肥有利于提升小麦收获后土壤中氮磷钾全量,但降低了速效磷和速效钾含量。F3的全氮、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾和CEC显著高于F1;F2的有机质、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾显著高于F1;F2和F3的土壤容重显著低于F1。由此可知,有机肥部分替代化学磷肥增加了土壤有机质、全氮、全钾、碱解氮、速效钾和CEC,降低了土壤容重。

表2 有机肥部分替代化学磷肥对麦季土壤养分含量和性质的影响

2.3 相关分析表3表明,土壤性质和小麦产量构成指标有明显的相关性。小麦穗数和土壤有机质、全氮、全磷呈显著或极显著正相关;小麦穗粒数与土壤pH呈显著正相关,与土壤碱解氮、速效钾和CEC呈显著或极显著负相关;小麦产量与土壤全氮、全磷呈极显著正相关。

表3 土壤性质与小麦产量构成相关分析

3 讨论

有机肥作为基肥、化肥作为追肥,能够满足小麦生长后期对肥力的需求,整体并不影响小麦产量[7]。连续有机肥与化肥配合施用不但降低了化学肥料用量,而且还具有稳产增产以及提升土壤肥力的作用[8]。研究发现,有机肥和无机肥配施能够显著增加冬小麦产量[9],8年定位试验表明,化肥配施有机肥对小麦产量的提升效果最为明显。长期坚持化肥与有机肥配施不仅能够显著提高小麦产量,也能够显著提升与活化土壤有机质,改善土壤质量[10]。研究表明,化肥减量配施粪肥可提高小麦产量和品质,提升农田水分利用效率和土壤有机质含量[11]。施用有机肥对小麦穗数、穗粒数和千粒重影响大[12]。稻草还田条件下基肥有机替代提高小麦成穗率,对小麦株高、穗重、穗数、穗粒数、千粒重影响不大[13]。该研究发现,施肥能够增加小麦产量及产量构成指标,提高小麦有效穗数是有机肥替代化学磷肥实现小麦稳产的主要原因,该研究结果与前人研究结果一致[13]。

施用有机肥能够明显提高土壤有机质、速效氮磷钾、微生物生物量等指标,施用不同量级的有机肥均会增加土壤的微生物碳和脲酶含量[12]。无机肥配施有机肥后,降低了土壤容重和饱和导水率,增加了>2 mm的水稳性团聚体含量[9]。有机肥施用显著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[14]。施用有机肥显著提高土壤有效磷、铵态氮和硝态氮含量[15]。研究认为,土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量随有机肥替代量的增加而增加,但差异不显著[16]。有机肥替代20%化肥能够提高小麦产量,土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量及过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性[17]。该研究发现,施肥有利于提升小麦收获后土壤中氮磷钾全量,但降低了速效磷和速效钾含量。有机肥替代化学磷肥增加了土壤有机质、全氮、全钾、碱解氮、速效钾和CEC,降低了土壤容重。有机替代明显改善了土壤理化性质和养分供应状况。研究发现,小麦产量与植株氮素总积累量、籽粒氮素积累量、小麦穗数呈极显著正相关,而穗数与土壤养分中的NH4+-N含量和NO3--N含量均呈极显著正相关[15]。该研究表明,小麦穗数和土壤全氮、全磷呈极显著正相关,小麦穗粒数与土壤碱解氮和CEC呈显著负相关;小麦千粒重与土壤全钾、速效钾呈显著负相关。小麦产量与土壤全氮、全磷的相关性达极显著正水平,而土壤全氮、全磷与小麦穗数正相关性也达极显著水平。可见,土壤氮磷供应显著影响小麦产量。

有机肥替代化肥需要在一定的比例范围内才能充分激发不同有机肥和无机肥的优势,确保稳产高产。有机肥氮替代化肥氮的比例为总施氮量20%时,能显著增加籽粒氮素积累量,提高小麦氮素利用效率和产量,实现豫北冬小麦稳产和高产[15]。稻草还田条件下基肥有机肥替代25%无机氮肥可以实现小麦增产[13]。研究认为,小麦产量随着有机肥替代量的增加而下降,适宜替代量为10%～20%,替代50%导致减产[16]。有机肥替代20%化肥施用可最大程度地减少小麦产量[18]。该研究发现,有机肥替代30%～60%磷肥能够实现小麦稳产,但无增产效应。后续研究中需要降低有机替代比例,探究合适的增产替代量。