長(zhǎng)期定位施不同氮源有機(jī)肥替代部分含氮化肥對(duì)隴東旱塬冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響

張建軍樊廷錄 趙 剛 黨 翼 王 磊 李尚中

甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所 / 甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅蘭州730070

長(zhǎng)期定位施不同氮源有機(jī)肥替代部分含氮化肥對(duì)隴東旱塬冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響

張建軍*樊廷錄 趙 剛 黨 翼 王 磊 李尚中

甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所 / 甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅蘭州730070

在隴東黃土旱塬覆蓋黑壚土大田, 利用隴鑒301進(jìn)行了連續(xù)10年的定位試驗(yàn), 觀測(cè)長(zhǎng)期施用不同氮源有機(jī)肥(發(fā)酵有機(jī)肥、農(nóng)家肥)或小麥秸稈還田各處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量相關(guān)性狀和水分利用效率的影響。結(jié)果顯示, 小麥產(chǎn)量和水分利用效率年際間變化較大, 與降雨量有直接關(guān)系; 不同有機(jī)氮源替代部分含氮化肥處理對(duì)提高冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率具有明顯作用。在干旱、平水和豐水年型, 較不施肥對(duì)照分別增產(chǎn) 53.1%～103.7%、40.3%～79.3%和73.1%～94.8%, 較單施化肥對(duì)照分別增產(chǎn)6.6%～41.8%、7.0%～36.8%和-2.9%～9.3%。以發(fā)酵有機(jī)肥做替代物處理的產(chǎn)量和水分利用效率最高, 增產(chǎn)幅度最大, 10年平均產(chǎn)量較不施肥和單施化肥對(duì)照分別增加88.9%和25.4%, 水分利用效率和邊際水分利用率也最高, 分別為10.8 kg mm–1hm–2和1.03 kg m–3; 并且產(chǎn)量構(gòu)成因素和植株生理指標(biāo)也優(yōu)于其他處理。因此, 發(fā)酵有機(jī)肥是隴東半濕潤(rùn)偏旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)(年降水量約550 mm)冬小麥生產(chǎn)上替代部分含氮化肥的首選有機(jī)氮源。

黃土旱塬; 冬小麥連作; 定位施肥; 產(chǎn)量; 水分效率

Keywords: Dry Loess Pleatu; Continuous cropping winter wheat; Long-term fixed fertilization; Yield; Soil water efficiency

20世紀(jì) 80年代以來, 我國(guó)農(nóng)田大量使用化肥,對(duì)提高糧食總產(chǎn)、解決糧食安全問題做出了巨大貢獻(xiàn)[1]。在黃土旱塬區(qū), 近幾十年來過量施用化肥、不施或少施農(nóng)家肥致使作物養(yǎng)分需求失衡, 降低了土壤和環(huán)境的養(yǎng)分供應(yīng)能力, 還造成低資源利用率和高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[2,3-5], 成為區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)問題, 倍受關(guān)注。2015年, 國(guó)家農(nóng)業(yè)部關(guān)于《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》的通知, 提出了合理利用有機(jī)養(yǎng)分資源, 有機(jī)無機(jī)相結(jié)合, 部分替代化肥減量增效目標(biāo), 使有機(jī)氮源部分替代化肥的研究成為農(nóng)業(yè)科技界關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一[6]。如何在水分限制條件下, 通過合理有機(jī)無機(jī)配施提高作物產(chǎn)量和水分利用效率一直是國(guó)內(nèi)外, 特別是我國(guó)北方黃土旱塬區(qū)可持續(xù)農(nóng)業(yè)研究的重點(diǎn)。已有研究表明, 水分和養(yǎng)分是影響黃土旱塬農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要脅迫因子[7], 水分能提高養(yǎng)分的有效性[8], 養(yǎng)分反過來增加作物產(chǎn)量和水分利用效率[9]。區(qū)域內(nèi)相關(guān)的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究也表明, 有機(jī)肥在一定程度上能協(xié)調(diào)作物需水與土壤供水之間的矛盾, 有機(jī)肥和化肥配施對(duì)作物增產(chǎn)效果顯著[10-11]。英國(guó)洛桑試驗(yàn)站100多年的小麥連作定位試驗(yàn)結(jié)果也證明了廄肥和化肥配施可顯著增加小麥產(chǎn)量[12]。但有機(jī)氮源部分替代化肥對(duì)隴東旱塬冬小麥生產(chǎn)及其產(chǎn)量影響的研究報(bào)道還很少見。因此, 本文基于本課題組在隴東黃土旱塬開展的連續(xù)10年(始于2005年)的定位試驗(yàn)的研究結(jié)果, 旨在探索不同類型有機(jī)氮源部分替代含氮化肥后冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率的變化,明確不同氮源有機(jī)肥對(duì)農(nóng)田生產(chǎn)力可持續(xù)性的影響,以及適合該地區(qū)替代化肥的有機(jī)氮源類型。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

甘肅省慶陽市鎮(zhèn)原縣(35o29′42′′N, 107o29′36′′E)農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與施肥科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站, 土壤類型為發(fā)育良好的覆蓋黑壚土。該區(qū)多年年均降雨量 540 mm, 其中7月至9月份占60%, 年蒸發(fā)量1532 mm, 年均氣溫8.3 , ℃ 無霜期170 d, 海拔1279 m, 為暖溫帶半濕潤(rùn)偏旱大陸性季風(fēng)氣候, 屬典型的旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗(yàn)期內(nèi)年均降雨量 500.9 mm, 冬小麥生育期平均降雨量197.3 mm。10年試驗(yàn)期內(nèi), 干旱、平水和豐水年份分別是2、5和3年(表1)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表1 試驗(yàn)?zāi)甓鹊慕邓考捌漕愋蛣澐諸able 1 Precipitations during the experiment and types of production years

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 小區(qū)面積24 m2(4 m × 6 m), 3次重復(fù)。2005—2015年連續(xù)10年設(shè)一個(gè)不施肥處理(CK1)和4個(gè)等量氮、磷養(yǎng)分處理(表2), 每年均施入化肥和不同氮源有機(jī)肥(發(fā)酵有機(jī)肥、普通農(nóng)家肥、小麥秸稈)?；手械蕿槟蛩?含N 46%),基追比為7∶3, 追肥于返青期施入; 磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%), 一次性基施, 不施鉀肥; 發(fā)酵有機(jī)肥為酵素餅, 由菜籽餅發(fā)酵而成, 含純N 5.0%、P2O52.5%、有機(jī)質(zhì)≥50%、有益生物活性菌≥2×108個(gè) g-1、腐殖酸≥10%; 普通農(nóng)家肥為干土糞, 平均養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)14.7%、純N 0.27%、P2O50.25%; 小麥秸稈(含純N 0.93%, P2O50.36%)于夏休閑期結(jié)合土壤耕翻施入。依據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和經(jīng)濟(jì)因素確定農(nóng)家肥施用量, 除小麥秸稈外, 其他有機(jī)氮源作為基肥播前一次性施入。

為了有效控制因品種差異導(dǎo)致的試驗(yàn)結(jié)果誤差,本試驗(yàn)采用同一冬小麥品種“隴鑒301”連作, 該品種具有耐連作、抗逆性強(qiáng)、豐產(chǎn)性好的特性, 是常用的指示作物品種。播量 187.5 kg hm–2, 播期為 9月中下旬, 收獲期為翌年 6月下旬, 其他栽培管理措施相同。

1.3 觀測(cè)指標(biāo)及測(cè)定方法

1.3.1 水分利用效率(WUE)計(jì)算方法 小麥播前和收獲時(shí)分別用土鉆取土烘干稱重測(cè)定每個(gè)小區(qū)0～2 m土層的土壤含水量, 每20 cm為一個(gè)測(cè)定層。小麥生育期降雨量通過MM-950自動(dòng)氣象站記錄儀獲得。利用土壤水分平衡方程計(jì)算每個(gè)小區(qū)作物耗水量(ET)。ET = 播前土層土壤貯水量 – 收獲后土層土壤貯水量 + 生育期降雨量; WUE = 小麥籽粒產(chǎn)量(kg hm-2) / 耗水量(mm)。邊際水分利用效率(kg m-3)指單位耗水量的增加所引起的產(chǎn)量增量。

表2 不同處理無機(jī)和有機(jī)氮源種類及用量Table 2 Chemical and organic fertilizer types and amounts used in different treatments (kg hm–2)

1.3.2 冠層溫度 2014年于小麥灌漿中后期, 采用國(guó)產(chǎn) BAU-1型手持式紅外測(cè)溫儀測(cè)定冠層溫度,分辨率為0.1 , ℃ 響應(yīng)時(shí)間為2～3 s, 選擇晴朗無云的天氣測(cè)定各小區(qū)的CT值, 重復(fù)30次。

1.3.3 光合參數(shù) 2014年在冬小麥灌漿中后期,采用地面遙感光譜儀Greenseeker (美國(guó)), 選擇晴朗無雨的上午測(cè)定植被歸一化指數(shù)(normalized difference vegetation index, NDVI)。在晴好天氣下, 采用Li-6400光合測(cè)定儀(Li-Cor, 美國(guó))測(cè)定旗葉的光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr), 每小區(qū)測(cè)定長(zhǎng)勢(shì)一致的 3個(gè)植株標(biāo)記旗葉的光合參數(shù), 每片旗葉重復(fù)讀取3個(gè)觀測(cè)值, 取其平均值。

1.3.4 產(chǎn)量 成熟期按小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn), 于水泥曬場(chǎng)自然風(fēng)干, 70℃烘干12 h, 然后折算成公頃產(chǎn)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖,用DPS 7.05軟件統(tǒng)計(jì)分析, 用最小顯著極差法(LSD)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期定位施肥冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率變化

冬小麥產(chǎn)量以T1處理最高, 不施肥的CK1處理最低; 各處理的產(chǎn)量隨年限變化明顯不同, 隨施肥年限延長(zhǎng), T2和單施化肥的 CK2產(chǎn)量趨于接近,而T1和T3的增產(chǎn)效果越來越明顯(表3)。從10年的平均產(chǎn)量看, 表現(xiàn)為 T1＞T3＞T2＞CK2＞CK1, 其中T1的平均產(chǎn)量達(dá)3804.7 kg hm–2, 較CK2和CK1分別增加 25.4%和 88.9%; 其次是 T3, 平均產(chǎn)量為3495.0 kg hm–2, 較CK2和CK1分別增加15.2%和73.6%; T2產(chǎn)量略高于CK2, 增加2.6%。

水分利用效率與產(chǎn)量變化趨勢(shì)一致, 處理間排序也相同, 均以T1最高, CK1最低。水分利用效率的10年平均值, 以T1處理最高, 為10.8 kg mm–1hm–2, 較CK2和CK1分別增加27.4%和77.5%; T3處理次之, 為9.7 kg mm–1hm–2, 較CK2和CK1分別增加13.8%和58.5%。

可見, 長(zhǎng)期實(shí)行化肥與有機(jī)肥配施對(duì)冬小麥增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)及提高水分利用效率有明顯效果, 僅靠秸稈還田(T2)作為有機(jī)氮、磷的補(bǔ)充, 與只施用化肥(CK2)相比, 產(chǎn)量無顯著提高, 至第 9和第 10年時(shí), T2的產(chǎn)量還略低于CK2。與此相反, 施用有機(jī)肥T1和 T2處理的產(chǎn)量和水分利用效率在絕大多數(shù)年份顯著高于CK2, 尤其是施用發(fā)酵有機(jī)肥的T1處理。

2.2 不同降水年型施肥對(duì)各處理產(chǎn)量的影響

10年試驗(yàn)期可分為干旱、平水和豐水年型, 不同降水年型各處理的產(chǎn)量表現(xiàn)不盡相同(表4)。在干旱年型, T1的平均產(chǎn)量顯著高于其他處理, 與 CK1和CK2相比, 增產(chǎn)率分別為103.7%和41.8%; T2和T3處理的平均產(chǎn)量接近, 增產(chǎn)率相當(dāng)。在平水年型, T1、T2和 T3的平均產(chǎn)量呈逐漸變化趨勢(shì)(T1＞T3＞T2), 均顯著高于CK1和CK2; 與CK1相比, T1和T3的增產(chǎn)率分別為79.3%和63.3%; 與 CK2相比, T1和T3的增產(chǎn)率分別為36.8%和24.6%。在豐水年型, 除CK1外的各處理平均產(chǎn)量無顯著差異,但從產(chǎn)量絕對(duì)值看, 仍以 T1最高, T3次之, 而 T2略低于CK2; 與CK1相比, T1和T3的增產(chǎn)率分別為94.8%和92.9%; 與CK2相比, T1和T3的增產(chǎn)率分別為9.3%和8.3%。

2.3 不同降水年型施肥對(duì)冬小麥水分利用效率的影響

水分利用效率變化與產(chǎn)量變化基本一致, 發(fā)酵有機(jī)肥處理隨降水量增加, 水分利用效率呈減小趨勢(shì), 且不同降水年型不同肥料處理以T1平均水分利用效率最高, 在干旱、平水、豐水年分別為 12.4、11.2、9.1 kg mm–1hm–2; CK1最低, 分別為7.8、6.1、5.0 kg mm–1hm–2, 其中干旱年、平水年、豐水年處理T1水分利用效率較CK1和CK2分別增加60.0%、84.5%、82.0%和31.9%、36.5%、8.3%, 處理T3較CK1和CK2分別增加21.9%、65.5%、80.0%和0.5%、22.4%、7.1%。處理T2在干旱年、平水年、豐水年較CK1分別增加21.3%、38.8%、60.0%, 而較CK2在干旱年持平, 平水年增加2.7%, 豐水年減少4.8% (表5)。

2.4 不同降水年型施肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成的影響

隨降水量增加, 不同處理的有效穗增加, 穗粒數(shù)和千粒重變化不規(guī)律。不同降水年型均以T1產(chǎn)量構(gòu)成因素較高, CK1最低。其中不同降水年型T1處理有效穗平均為499.5×104株 hm–2, 干旱年較平水年減少 22.0%, 豐水年較平水年增加 45.3%, 穗粒數(shù)平均為32粒, 干旱年較平水年減少0.3粒, 豐水年較平水年增加3.6粒, 千粒重平均為41.4 g, 干旱年較平水年增加5.1%, 豐水年較平水年增加13.6% (表6)。

表3 長(zhǎng)期施肥條件下旱地冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率的變化Table 3 Yield and Water use efficiency (WUE) changes in dryland winter wheat under long-term fertilization

表4 不同降水年型長(zhǎng)期施肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響Table 4 Yield of winter wheat with different precipitation in long-term fertilization

表5 不同降水年型長(zhǎng)期施肥對(duì)冬小麥水分利用效率的影響Table 5 Water use efficiency (WUE) of winter wheat with different precipitations in long-term fertilization

2.5 不同降水年型施肥對(duì)冬小麥灌漿期生理生態(tài)指標(biāo)的影響

2014年測(cè)定了冬小麥植株和群體的生理參數(shù)。冠層溫度和植被歸一化指數(shù)(NDVI)在不同處理間差異顯著, 均以T1處理最高, 其中冠層溫度較CK1和CK2分別增加2℃和0.6 , ℃ 而NDVI較CK1和CK2分別增加89.5%和56.5%; 光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率也顯示 T1高于其他處理, 較 CK1分別高27.9%、63.6%和63.6%, 較CK2分別高65.9%、66.7%和56.3% (表7)。2013—2014為豐水年型, 小麥群體較大, T1的有效穗數(shù)顯著高于其他處理, 且處理間差異明顯大于干旱和平水年型, 因此認(rèn)為, T1的增產(chǎn)原因可能與發(fā)酵有機(jī)肥延緩植株衰老, 提高葉片光能利用率, 促進(jìn)冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)。

2.6 不同施肥處理冬小麥產(chǎn)量與耗水量的變化關(guān)系

不同降水年型各處理的產(chǎn)量與相應(yīng)耗水量存在顯著或極顯著的線性相關(guān)關(guān)系(圖1)。各處理的邊際水分利用效率排序?yàn)門1 (1.03 kg m-3) ＞ T3 (0.95 kg m-3) ＞ CK2 (0.87 kg m-3) ＞ T2 (0.85 kg m-3) ＞ CK1 (0.59 kg m-3), T1較 CK2和 CK1分別高 18.4%和74.6%, 說明 T1在提高單位水分利用效率中的作用最明顯。

3 討論

3.1 有機(jī)氮源替代部分含氮化肥的增產(chǎn)效應(yīng)

關(guān)于長(zhǎng)期肥料試驗(yàn)的增產(chǎn)作用, 沈善敏[11]在總結(jié)包括英國(guó)Rothamsted試驗(yàn)站、美國(guó)Morrow試驗(yàn)站在內(nèi)的國(guó)內(nèi)外眾多長(zhǎng)期定位試驗(yàn)后得出結(jié)論, 不論有機(jī)肥料還是化學(xué)肥料, 對(duì)所有作物均具有明顯的增產(chǎn)效果, 作物增產(chǎn)幅度因有機(jī)肥和化肥的種類及其投入量而有差異。Fan等[14]在類區(qū)黑壚土上實(shí)施的始于1979年的肥料長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果顯示, 長(zhǎng)期施用化肥冬小麥產(chǎn)量隨著試驗(yàn)?zāi)晗薜难永m(xù)逐漸降低,而化肥配合有機(jī)肥則使產(chǎn)量表現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)[15-16]。在本研究中, 除個(gè)別豐水年型外, 3個(gè)有機(jī)氮源處理均比單施化肥的CK2增產(chǎn), 增產(chǎn)幅度以總施氮量一致的施用發(fā)酵有機(jī)肥(T1)處理最大, 且與其他處理差異顯著; T1的增產(chǎn)效應(yīng)在干旱、平水和豐水年型表現(xiàn)一致, 較CK2的平均增產(chǎn)率達(dá)29.3%。增產(chǎn)的原因可能是發(fā)酵有機(jī)肥養(yǎng)分釋放快, 及時(shí)替代了部分化肥氮, 保證了作物氮素養(yǎng)分的足量供給, 充分發(fā)揮了有機(jī)無機(jī)肥配施互促增效作用, 而非增加養(yǎng)分總投入。

表7 不同處理冬小麥灌漿中后期的生理指標(biāo)(2014)Table 7 Physiological parameters at middle to late filling stage of winter wheat in different treatments (2014)

圖1 旱地長(zhǎng)期施肥小麥產(chǎn)量與耗水量的關(guān)系Fig. 1 Relationship between winter wheat yield and water consumption in dry land under long-term fertilization

3.2 有機(jī)氮源的適宜類型

秸稈還田、普通農(nóng)家肥和發(fā)酵有機(jī)肥是目前隴東旱塬廣泛應(yīng)用的有機(jī)肥種類。秸稈還田的增產(chǎn)作用已經(jīng)被證實(shí)[17-18], 但也有導(dǎo)致小麥減產(chǎn)的報(bào)道[19-20]。秸稈還田必須補(bǔ)充氮肥, 否則會(huì)因土壤 C/N比失衡而降低土壤供肥能力[21]。秸稈還田的增產(chǎn)作用也因作物和種植制度不同而表現(xiàn)不同[22-23], 并與播種質(zhì)量、土壤墑情、土壤溫度和養(yǎng)分等因素有關(guān)[24]。其中, 水分條件是秸稈在土壤中腐解的決定性因素之一[25]。本研究結(jié)果顯示, 小麥秸稈作為替代有機(jī)氮源, 與施用等量氮磷化肥處理相比, 冬小麥產(chǎn)量在干旱年和平水年表現(xiàn)為增加的正向效應(yīng), 而在豐水年表現(xiàn)為略微減產(chǎn)的負(fù)向效應(yīng), 其原因可能是降水充沛年份, 光照減少, 溫度降低, 再加上秸稈腐解消耗部分氮肥, 造成氮素不能滿足冬小麥持續(xù)增產(chǎn)對(duì)氮素養(yǎng)分的需求, 導(dǎo)致小麥光合速率降低, 最終減產(chǎn), 但需要進(jìn)一步研究證實(shí)。本研究中秸稈還田的增產(chǎn)作用次于發(fā)酵有機(jī)肥和普通農(nóng)家肥, 排第3位。

施用普通農(nóng)家肥是隴東旱塬最古老傳統(tǒng)的土壤培肥措施, 增產(chǎn)效果已眾所周知[26-27]。本研究中施用普通農(nóng)家肥40 000 kg hm-2的處理(T3), 產(chǎn)量?jī)H次于發(fā)酵有機(jī)肥, 位居第2。在多數(shù)年份與施用發(fā)酵有機(jī)肥處理(T1)產(chǎn)量無顯著差異, 平均產(chǎn)量較 CK1和CK2分別高73.5%和15.2%。

發(fā)酵有機(jī)肥與普通農(nóng)家肥相比, 具有腐熟徹底,養(yǎng)分含量損失少易釋放, 無臭味, 且含有大量有益微生物, 肥效長(zhǎng), 施用更方便等優(yōu)點(diǎn)[28], 近年來應(yīng)用越來越廣泛。本研究表明, 發(fā)酵有機(jī)肥可作為有機(jī)氮替代源長(zhǎng)期施用, 對(duì)冬小麥的增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)作用明顯, 在 3種氮源有機(jī)肥中增產(chǎn)效果最顯著, 平均較氮磷化肥對(duì)照(CK2)增產(chǎn) 25.4%, 較不施肥對(duì)照(CK1)增產(chǎn)88.9%, 且產(chǎn)量構(gòu)成因素和生理生態(tài)指標(biāo)均較優(yōu), 進(jìn)一步說明發(fā)酵有機(jī)肥配施化肥能增加冬小麥的穩(wěn)產(chǎn)性和豐產(chǎn)性。本研究結(jié)果還表明, 采用不同有機(jī)氮源替代部分含氮化肥基本能滿足冬小麥高產(chǎn)需要的養(yǎng)分供給, 具有明顯的增產(chǎn)作用。但有機(jī)肥成分復(fù)雜, 本試驗(yàn)各處理只對(duì)總氮、總磷進(jìn)行控制, 未考慮其他成分, 處理間產(chǎn)量差異是否與有機(jī)、無機(jī)肥的配施比例和養(yǎng)分平衡有關(guān), 尚需進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

3.3 有機(jī)氮源替代部分含氮化肥對(duì)冬小麥水分利用效率的影響

改善水分供應(yīng)狀況是旱作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[29]。施用有機(jī)肥可充分改善土壤理化性狀、增加土壤水庫(kù)庫(kù)容, 抑制土壤水分無效蒸發(fā)、增加降水入滲、提高土壤有效水含量和作物水分利用率, 協(xié)調(diào)作物需水與土壤供水之間的矛盾, 對(duì)旱地農(nóng)業(yè)持續(xù)增產(chǎn)具有重要意義[30]。增施有機(jī)肥能顯著提高冬小麥的水分利用效率[14,24,27,31-34]。本研究結(jié)果顯示,無論何種降水年型, 發(fā)酵有機(jī)肥處理的水分利用效率和邊際水分利用效率均最高, 分別為 10.8 kg mm–1hm–2和1.03 kg m–3, 較CK1分別增加77.5%和74.6%, 較CK2分別增加27.4%和18.4%, 印證了上述結(jié)論。

4 結(jié)論

在550 mm降雨量的隴東半濕潤(rùn)偏旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū), 不同氮源有機(jī)肥替代部分含氮化肥均對(duì)冬小麥穩(wěn)產(chǎn)性具有積極作用, 主要通過增加作物養(yǎng)分供給,促進(jìn)作物生長(zhǎng), 使冬小麥有效穗數(shù)增加而增產(chǎn)。其中, 發(fā)酵有機(jī)肥部分替代無機(jī)氮, 平均產(chǎn)量和水分利用效率在 3個(gè)有機(jī)氮源中最高, 較單施化肥處理分別提高25.4%和27.4%, 且在各種降水年型表現(xiàn)穩(wěn)定; 普通農(nóng)家肥替代處理的平均產(chǎn)量和水分利用效率次之, 較單施化肥處理分別提高 15.2%和 13.8%;而小麥秸稈翻壓還田替代處理平均產(chǎn)量最次, 較單施化肥處理提高 2.6%, 水分利用效率相當(dāng), 但年際間變異較大。本研究結(jié)果表明, 有機(jī)氮源替代部分無機(jī)氮在隴東旱塬冬小麥豐產(chǎn)栽培中具有重要的推廣應(yīng)用價(jià)值, 可以認(rèn)為是國(guó)家“一控(水)、兩減(化肥和農(nóng)藥)、三基本(畜禽糞便、秸稈、地膜)”綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略中“替代減量”的重要措施。

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Yield and Water Use Efficiency of Winter Wheat in Response to Long-Term Application of Organic Fertilizer from Different Nitrogen Resources Replacing Partial Chemical Nitrogen in Dry Land of Eastern Gansu Province

ZHANG Jian-Jun*, FAN Ting-Lu, ZHAO Gang, DANG Yi, WANG Lei, and LI Shang-Zhong

Institute of Dryland Agriculture, Gansu Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of High Efficiency Water Utilization of Dry Land
Farming, Lanzhou 730070, China

The objective of this study was to find the possibility of organic fertilizers replacing partial chemical fertilizer continuous winter wheat cropping system through evaluating yield and water use efficiency (WUE). Using winter wheat variety “Longjian 301”, we carried out a ten-year field experiment in the Loess Plateau of eastern Gansu province with two controls (no-fertilizer and chemical fertilizer) and three treatments of organic fertilizer (fermented organic fertilizer, farm manure, and wheat straw) replacing partial chemical fertilizer. The yield and water use efficacy of winter wheat varied greatly across years, with a direct effect of precipitation amount on them. Organic fertilizer replacing partial chemical fertilizer had positive effects on winter wheat yield and WUE, and the yield-increased rates were 53.1%–103.7%, 40.3%–79.3%, and 73.1%–94.8% over the no-fertilizer control and 6.6%–41.8%, 7.0%–36.8%, and -2.9% to 9.3% compared with chemical fertilizer control in dry, normal and wet year, respectively. Among all treatments, the fermented organic fertilizer treatment showed the highest yield and WUE, as well as the largest yield-increased rate. In this treatment, the average yield of 10 years increased by 88.9% and 25.4% compared with no-fertilizer and the chemical fertilizer controls, respectively, and WUE and marginal water use efficiency were 10.8 kg mm-1hm-2and 1.03 kg m-3, respectively. Meanwhile, the yield components and plant physiological parameters in this treatment were also superior to those in other treatments. As a result, we suggest fermented organic fertilizer replacing partial chemical fertilizer in the semi-humid rain-fed area of eastern Gansu province, where annual precipitation is around 550 mm.

(

): 2016-01-28; Accepted(接受日期): 2017-03-01; Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期): 2017-04-11.

10.3724/SP.J.1006.2017.01077

本研究由國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BAD22B02-02, 2012BAD09B03)和西北旱作營(yíng)養(yǎng)與施肥科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站基金資助。

This study was funded by the National Key Technology R&D Development Program of China (2015BAD22B02-02, 2012BAD09B03) and the Dryland Crop Nutrition and Fertilization Experiment Station.

*通訊作者(Corresponding author): 張建軍, E-mail: hnszhjj@163.com

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170411.1046.002.html