有機(jī)替代及減量施氮對冬小麥產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響

楊忠浩 郭新送* 范仲卿 張 晶 丁秀紅

1 山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司 肥城 271600

2 山東合泰檢測技術(shù)服務(wù)有限公司 肥城 271600

3 青島市即墨區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局 青島266299

小麥作為我國三大糧食作物之一，穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)對我國的糧食安全問題至關(guān)重要[1]。氮肥是提高小麥產(chǎn)量及品質(zhì)的有效措施，實(shí)際生產(chǎn)中大多采用追施尿素或者其他速效氮肥的方法來達(dá)到增產(chǎn)提質(zhì)的目的。近年來，為了獲得小麥高產(chǎn)，化學(xué)氮肥的投入量逐漸增加，農(nóng)田有機(jī)肥的投入逐年減少[2]，化學(xué)氮肥已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位。大量氮肥的投入不僅造成養(yǎng)分浪費(fèi)，同時(shí)也帶來了土壤板結(jié)、肥力降低等問題[3～5]。因此，在小麥實(shí)際生產(chǎn)中需投入一定量的有機(jī)肥維持土壤質(zhì)量、增強(qiáng)保肥保水能力，促進(jìn)土壤生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。腐植酸作為一種有機(jī)膠體，內(nèi)表面和膠體表面積較大，吸附性強(qiáng)，可吸附、交換和活化土壤中多種礦質(zhì)元素，具有改土培肥，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量的功能[6]，楊雪貞等[7]研究表明，腐植酸可以有效增加小麥產(chǎn)量。李燕等[8]研究表明，部分有機(jī)肥替代氮肥可以提高5%的小麥產(chǎn)量同時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量增加了0.9 ～1.5 g/kg。有機(jī)無機(jī)肥配施對作物產(chǎn)量和土壤肥力有顯著的提升作用[9]。

因此，本研究以當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施氮為基礎(chǔ)，采用有機(jī)替代及減量施氮的方式，分析其對冬小麥產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響，為尋找區(qū)域農(nóng)田小麥合理施肥模式，改善土壤質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供一定的參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在山東省日照市莒縣洛河鎮(zhèn)大張宋村（東經(jīng)118°84′，北緯35°71′），地勢平坦，肥力均勻，灌溉方便，屬典型的暖溫帶濕潤季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，年平均氣溫12.7 ℃，年平均降水量768.7 mm。年平均日照時(shí)數(shù)2432.8 h，日照百分率為55%，年無霜期203 天。播種前取0 ～20 cm 土層測定試驗(yàn)地耕層土壤基礎(chǔ)肥力狀況，詳見表1。

表1 試驗(yàn)地耕層土壤基礎(chǔ)肥力Tab.1 Basic fertility of plough layer in the test site

1.2 供試材料

供試作物：冬小麥，品種為“魯原502”。

供試肥料：腐植酸氮肥（腐植酸脲銨態(tài)氮肥，腐植酸含量為6%，N 氮含量為28%）、磷肥為過磷酸鈣（P2O516%）、鉀肥為硫酸鉀（K2O 51%）、有機(jī)肥為腐植酸有機(jī)肥（有機(jī)質(zhì)含量為55%，腐植酸含量為20%，氮磷鉀含量分別為2.5%、2.0%、0.5%）。試驗(yàn)用肥均由山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)施時(shí)間為2020 年10 月—2021 年6 月，試驗(yàn)設(shè)置5 個(gè)處理，分別為常規(guī)施肥（腐植酸氮肥，CK）、部分有機(jī)替代（T1）、部分有機(jī)替代+氮肥減施15%（T2）、部分有機(jī)替代+氮肥減施20%（T3）、部分有機(jī)替代+氮肥減施25%（T4），每個(gè)處理重復(fù)3 次，采取隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)面積40（5×8）m2。試驗(yàn)各處理用肥均為基施，各處理養(yǎng)分施用量見表2，其他田間管理方式均一致。

表2 各處理養(yǎng)分施用量Tab.2 The nutrient application amount of each treatment kg/hm2

1.4 測定項(xiàng)目與方法

分別于小麥播種前、收獲后，采集0 ～20 cm混合土樣，放室內(nèi)自然風(fēng)干，過0.25 mm 孔徑篩充分混勻后，測定土壤養(yǎng)分含量。堿解氮采用堿解擴(kuò)散法；有效磷采用碳酸氫鈉溶解鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨溶解火焰光度計(jì)法；土壤有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法。

小麥生物性狀測定：小麥田間生物性狀調(diào)查，包括冬前分蘗數(shù)、年后分蘗數(shù)。

產(chǎn)量測定：成熟期收獲1/3 小區(qū)面積進(jìn)行產(chǎn)量性狀指標(biāo)（公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量）的測定分析。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 作圖，SPSS 進(jìn)行方差分析，并用LSD 法（P＜0.05）進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)替代及減量施氮對冬小麥分蘗數(shù)的影響

有機(jī)替代及減量施氮對冬小麥分蘗數(shù)影響如圖1 所示。由圖可知，T1 處理（994.95 萬株/公頃）冬前分蘗數(shù)顯著高于CK 處理（923.854 萬株/公頃）；說明腐植酸有機(jī)肥替代部分氮肥可有效增加冬前分蘗數(shù)。與T1 處理相比，減少氮肥的投入（T2、T3、T4 處理），冬前分蘗數(shù)顯著降低，下降幅度為10.61%～24.69%，且減肥幅度越大冬前分蘗數(shù)越?。坏玊2 與CK 處理相比差異不顯著。年后分蘗數(shù)各處理之間無顯著差異。

圖1 有機(jī)替代及減量施氮對冬小麥分蘗數(shù)的影響Fig.1 Effects of organic substitution and reduced nitrogen application on the number of winter wheat tillers

2.2 有機(jī)替代及減量施氮對冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

有機(jī)替代及減量施氮對冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響不同。從表3 可以看出，各處理之間公頃穗數(shù)最高的為T1 處理（585.30 萬穗），高于CK 處理，但二者之間差異不顯著；相較于T1 處理而言，T2、T3、T4 處理則顯著降低了冬小麥公頃穗數(shù)，降幅在10.05 ～31.65 萬穗之間。各處理在穗粒數(shù)上差異均不顯著。從千粒重來看，T1 處理（35.16 g）顯著高于CK 處理（34.25 g），說明腐植酸有機(jī)肥替代部分氮肥可有效增加千粒重；而T2 處理千粒重高于T1 處理（差異不顯著），T3、T4 處理千粒重則顯著低于T1 和T2 處理，說明在腐植酸有機(jī)肥投入下減少氮肥15%并不會(huì)造成千粒重降低，繼續(xù)減少20%氮肥用量導(dǎo)致千粒重降低，但與CK相比不顯著，繼續(xù)減少25%氮肥用量則千粒重顯著降低。從有效成穗率來看，T2 處理的有效成穗率最高，達(dá)到了52.07%，其余依次為T1、T3、CK、T4 處理；T1、T2、T3 處理間差異不顯著，但顯著高于T4 和CK 處理，T4 與CK 處理間差異也不顯著；說明有機(jī)替代及減量施氮在一定程度上可以提高冬小麥成穗率。

表3 有機(jī)替代及減量施氮對冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Tab.3 Effects of organic substitution and reduced nitrogen application on the yield constituent factors of winter wheat

2.3 有機(jī)替代及減量施氮對冬小麥產(chǎn)量的影響

有機(jī)替代及減量施氮對冬小麥產(chǎn)量的影響如圖2 所示。由圖可以看出，T1 處理的冬小麥產(chǎn)量達(dá)7881.75 kg/hm2，顯著高于CK 處理，增產(chǎn)率為4.08%；同時(shí)T2、T3 處理與T1 處理之間無顯著差異，但T2 處理顯著高于CK 處理，T3 與CK 處理之間無顯著差異，T4 處理產(chǎn)量則顯著低于其他各處理。說明腐植酸有機(jī)肥替代部分氮肥可進(jìn)一步提升產(chǎn)量，在腐植酸有機(jī)肥投入下減少15%氮肥用量，冬小麥產(chǎn)量顯著增加；繼續(xù)減少20%氮肥用量，冬小麥產(chǎn)量略有增加，但無顯著差異；繼續(xù)減少25%氮肥用量，則冬小麥產(chǎn)量顯著降低。說明，在一定范圍內(nèi)（≤20%）減少無機(jī)來源的氮肥配施腐植酸有機(jī)肥并不會(huì)造成冬小麥產(chǎn)量降低，但過度減少無機(jī)來源的氮肥的施用量則會(huì)造成冬小麥產(chǎn)量顯著下降。

圖2 有機(jī)替代及減量施氮對冬小麥產(chǎn)量的影響Fig.2 Effects of organic substitution and reduced nitrogen application on the yield of winter wheat

2.4 有機(jī)替代及減量施氮對土壤養(yǎng)分的影響

有機(jī)替代及減量施氮對土壤養(yǎng)分的影響顯著。試驗(yàn)結(jié)果顯示（表4），與CK 處理相比，T1 處理顯著增加了土壤堿解氮含量，增幅為11.36%；與T1 處理相比，T2 處理堿解氮含量略有下降但差異不顯著；T3、T4 處理堿解氮含量則顯著降低，但仍高于CK 處理。腐植酸有機(jī)肥投入各處理有效磷含量各處理之間差異不顯著。各處理速效鉀含量略有降低，但無顯著差異。從土壤有機(jī)質(zhì)來看，相較于CK 而言，腐植酸有機(jī)肥的投入均增加了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，增幅范圍為2.74%～6.00%，其中T1處理有機(jī)質(zhì)含量增加幅度最大，但均無顯著差異。

表4 有機(jī)替代及減量施氮對土壤養(yǎng)分的影響Tab.4 Effects of organic substitution and reduced nitrogen application on the nutrients of soil

3 討論

含腐植酸有機(jī)肥的投入可顯著提高作物產(chǎn)量產(chǎn)量[10]，梁璐[11]研究表明，在施用有機(jī)肥的條件下配施化肥，可顯著提高小麥產(chǎn)量，相比于單施化肥處理可提高12.5%。李順等[12]研究也表明，適量有機(jī)肥替代化肥可增加冬小麥產(chǎn)量。楊修一等[13]研究表明，減氮量存在臨界值，當(dāng)?shù)释度脒^少時(shí)，不利于冬小麥產(chǎn)量的增加，反而會(huì)造成減產(chǎn)。這些研究與本試驗(yàn)結(jié)果一致。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在腐植酸有機(jī)肥替代部分氮肥，冬小麥產(chǎn)量進(jìn)一步增加，增產(chǎn)率4.08%，在腐植酸有機(jī)肥的投入下減施無機(jī)來源氮肥（≤20%）并未造成產(chǎn)量下降，但減施氮肥超過20%時(shí)則造成冬小麥減產(chǎn)。

有機(jī)肥替代氮肥，其作用不僅是為了減少肥料投入、增加產(chǎn)量，更主要的是為了提升耕地質(zhì)量，最終形成一個(gè)穩(wěn)定綠色可持續(xù)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，這樣才能增加作物產(chǎn)量[14，15]。宇萬太等[16]研究表明，適量有機(jī)肥能維持土壤碳氮收支平衡，維持土壤肥力。本試驗(yàn)研究表明，在腐植酸有機(jī)肥替代部分無機(jī)來源的氮肥條件下可效增加土壤堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量，相較于T1 處理而言，T2、T3、T4 處理降低了堿解氮含量，但仍高于CK 處理；有機(jī)肥投入均可增加有機(jī)質(zhì)含量，增加幅度為2.74%～6.00%。說明本試驗(yàn)條件下，腐植酸有機(jī)肥投入下適當(dāng)減少無機(jī)來源的氮肥用量可滿足冬小麥生育期的碳氮需求量且不會(huì)出現(xiàn)減產(chǎn)效應(yīng)，一方面是因?yàn)橛袡C(jī)肥和腐植酸氮肥中的腐植酸對肥料中的無機(jī)來源的養(yǎng)分和土壤中的養(yǎng)分具有增效作用；另一方面，腐植酸可改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤養(yǎng)分利用率、增加土壤生物活性、保水保肥抗旱、調(diào)節(jié)土壤酸堿性，在維持土壤肥力上具有良好的效果[17]。

但本試驗(yàn)并未設(shè)置不含腐植酸的純無機(jī)氮肥的處理，不能更好地反應(yīng)出腐植酸在減量無機(jī)氮肥的作用，也未開展多年連續(xù)施用腐植酸有機(jī)肥下土壤理化性質(zhì)的改變，不能確定腐植酸對土壤理化性質(zhì)的長效作用。這些還有待進(jìn)一步研究以更好地體現(xiàn)腐植酸的作用。