聶勝委，許紀(jì)東，張巧萍，張浩光，張玉亭

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002；2.遂平縣農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗(yàn)站，河南遂平463100）

小麥?zhǔn)俏覈?guó)的三大主糧作物之一，但在小麥生產(chǎn)過(guò)程中，過(guò)量的化肥投入造成了氮淋失、水污染、土壤板結(jié)以及環(huán)境惡化等問(wèn)題[1-2]。另一方面，我國(guó)牛養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模居世界前列，2016 年底，牛存欄數(shù)為10 667.9 萬(wàn)頭，平均每頭牛每天糞（尿）排放量約25 kg[3]，牛養(yǎng)殖業(yè)糞（尿）排放量相當(dāng)大。隨著規(guī)模化、專(zhuān)業(yè)化牛養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，牛糞（尿）污染已成為鄉(xiāng)村面源污染的主要污染源之一。

目前，牛糞（尿）資源與種植業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合是牛糞、作物秸稈互為資源化利用的有效途徑之一，是實(shí)現(xiàn)循環(huán)清潔生產(chǎn)和鄉(xiāng)村振興的重要抓手。通過(guò)發(fā)酵堆肥還田，能夠調(diào)節(jié)土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)。有研究表明，長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)配施可以降低表層0～15 cm土壤容重、提高土壤有機(jī)碳含量[4]，施用有機(jī)肥則可以增加水溶性有機(jī)碳含量[5]，長(zhǎng)期施用可以提高土壤有機(jī)碳、腐植酸態(tài)碳含量[6]和土壤中甲烷氧化速率[7]以及土壤微生物數(shù)量和氨化細(xì)菌活性[8-9]?；逝涫┯袡C(jī)肥可以提高土壤硝化細(xì)菌活性和硝化潛力[10]，顯著提高小麥產(chǎn)量[11]，維持高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)性[12-14]。

本研究在適度規(guī)模化“種- 養(yǎng)”結(jié)合循環(huán)生產(chǎn)方式下，分析不同牛糞堆肥替代20%全量化肥對(duì)小麥產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響，旨在為實(shí)現(xiàn)化肥減量、資源高效利用、助力鄉(xiāng)村振興提供一定理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于河南省遂平縣農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗(yàn)站（33°15′N(xiāo)、113°98′E）內(nèi)。該地氣候溫和，雨量充沛，光照充足，四季分明，亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡性氣候特性較明顯；年平均氣溫為15.1 ℃，日照為2 126 h，降水量為927 mm，無(wú)霜期為226 d。土壤類(lèi)型為砂姜黑土，重壤偏黏，基礎(chǔ)土樣的有機(jī)質(zhì)含量為2.88 g/kg、堿解氮含量為10.62 mg/kg、有效磷含量為339.62 mg/kg、速效鉀含量為108.15 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為遂選101（豫審麥2015004）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4 種不同配料的牛糞堆肥分別為A.牛糞＋小麥秸稈＋發(fā)酵腐熟劑＋除臭劑；B.牛糞＋小麥秸稈＋除臭劑；C.牛糞＋發(fā)酵腐熟劑+除臭劑；D.牛糞＋除臭劑。堆肥施用量為6 000（JZ2）、9 000（JZ3）kg/hm2等2 個(gè)水平，以單施化肥（JZ0-CK）作對(duì)照，每個(gè)處理重復(fù)3 次，每個(gè)小區(qū)面積為12 m×12 m。小麥季對(duì)照（JZ0-CK）處理施肥量為：氮肥165 kg/hm2，磷肥36 kg/hm2（或82.5 kg P2O5），鉀肥68 kg/hm2（或82.5 kg K2O）。牛糞堆肥處理均替代20%化肥，配施化肥施用量為：氮肥132 kg/hm2，磷肥28.8 kg/hm2（或66 kg P2O5），鉀肥54.4 kg/hm2（或66 kg K2O）。

于2018 年10 月下旬播種小麥，機(jī)播播量為150 kg/hm2，行距20 cm；2019 年6 月初收獲。整地用立式旋耕機(jī)深旋耕作業(yè)一遍，耕層深度為（30±5）cm，然后用旋耕機(jī)輕度（入土5～10 cm）旋耕平整一遍，施肥，播種。牛糞堆肥、化肥氮的70%和磷、鉀肥作基肥在整地前一次性施入；剩余30%氮肥作追肥在拔節(jié)期施入。其他田間管理措施等均保持一致。本研究中，小麥生長(zhǎng)季采用全程機(jī)械化管理，整個(gè)小麥生長(zhǎng)季農(nóng)事操作主要包括整地、滅茬、播種、管理（打藥、施肥等）、收獲等環(huán)節(jié)，所有投入、產(chǎn)出各環(huán)節(jié)費(fèi)用情況列于表1。

表1 小麥季不同農(nóng)事操作項(xiàng)目及投入費(fèi)用情況

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

在小麥播前測(cè)定0～20 cm 基礎(chǔ)土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)等含量，分別采用堿解擴(kuò)散法、0.5 mol/L NaHCO3法、乙酸銨浸提- 火焰光度法、重鉻酸鉀法進(jìn)行測(cè)定[15]。分別在小麥苗期（2018-11-10）、越冬期（2018-12-25）、拔節(jié)期（2019-03-09）、灌漿期（2019-05-01）、成熟期（2019-05-25）每個(gè)小區(qū)定點(diǎn)選取有代表性的1 m 雙行樣段進(jìn)行田間群體數(shù)調(diào)查，在成熟期每個(gè)小區(qū)選取代表性的10 株測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等性狀；各處理實(shí)收4 m2測(cè)產(chǎn)。純收益和產(chǎn)出投入比按照公式計(jì)算獲得。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel、SPSS 等軟件進(jìn)行整理；采用LSD 法進(jìn)行顯著性分析（P≤0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同牛糞堆肥替代20%化肥對(duì)小麥不同生育階段群體動(dòng)態(tài)變化的影響

由表2 可知，小麥苗期，與JZ0-CK（201.0 萬(wàn)莖/hm2）處理相比，JZ2-C、JZ2-D、JZ3-C 處理群體數(shù)較高，分別為207.7、205.2、230.2 萬(wàn)莖/hm2；其他處理則較低，其中，JZ2-A（172.6 萬(wàn)莖/hm2）、JZ3-A（152.6 萬(wàn)莖/hm2）、JZ3-B（165.1 萬(wàn)莖/hm2）處理顯著低于JZ0-CK 處理。

小麥越冬期，JZ2-B、JZ2-C、JZ2-D、JZ3-B、JZ3-C、JZ3-D 處理群體數(shù)均高于JZ0-CK 處理（493.7 萬(wàn)莖/hm2），其中，JZ2-C 處理（607.2 萬(wàn)莖/hm2）最高，其 次 為JZ3-B 處 理（602.2 萬(wàn) 莖/hm2）；JZ2-A（429.5萬(wàn)莖/hm2）、JZ3-A 處理（479.6 萬(wàn)莖/hm2）群體數(shù)較低，JZ2-A 顯著低于JZ2-B、JZ2-C、JZ2-D、JZ3-B、JZ3-D 處理。小麥拔節(jié)期，與JZ0-CK 相比，牛糞堆肥替代20%化肥處理的群體數(shù)均較高，且各處理之間差異不顯著，群體數(shù)大小依次為JZ3-D＞JZ3-B＞JZ2-C＞JZ2-D＞JZ3-A＞JZ2-A＞JZ2-B＞JZ3-C＞JZ0-CK。

表2 不同牛糞堆肥替代20%化肥后小麥不同生育階段群體動(dòng)態(tài)變化 萬(wàn)莖/hm2

灌漿期，與JZ0-CK（564.6 萬(wàn)莖/hm2）相比，JZ2-D（598.0 萬(wàn)莖/hm2）、JZ3-B（588.8 萬(wàn)莖/hm2）、JZ3-D（592.1 萬(wàn)莖/hm2）處理群體數(shù)較高，其他處理則較低，但所有處理之間差異均不顯著。成熟期JZ2-C（531.3 萬(wàn)莖/hm2）、JZ2-D（594.6 萬(wàn)莖/hm2）、JZ3-B（563.0 萬(wàn)莖/hm2）、JZ3-D（549.6 萬(wàn)莖/hm2）處理群體數(shù)比JZ0-CK（526.3 萬(wàn)莖/hm2）高，其他處理則較低，但所有處理之間差異均不顯著。

綜合來(lái)看，牛糞堆肥替代20%全量化肥在一定程度上影響小麥出苗，但是能增加拔節(jié)期群體數(shù)，到小麥成熟期，群體穗數(shù)與單施化肥處理相比沒(méi)有顯著差異。

2.2 不同牛糞堆肥替代20%化肥對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

由表3 可知，不同牛糞堆肥替代20%化肥后，與JZ0-CK 處理（6.57 cm）穗長(zhǎng)相比，僅JZ2-A（6.40 cm）、JZ2-C 處理（6.37 cm）較低，其他處理均較高，其中，JZ3-A（6.83 cm）處理最高，但所有處理間差異均不顯著；穗粒數(shù)與穗長(zhǎng)相似，僅JZ2-A（40.00 粒/穗）、JZ2-C 處理（40.00 粒/ 穗）穗粒數(shù)低于JZ0-CK 處理（40.33 粒/穗），其他處理均高于JZ0-CK 處理，約高出1～6 粒/穗，其中，JZ2-D（46.33 粒/穗）、JZ3-A處理（46.33 粒/穗）最高；JZ2-B（54.17 g）、JZ2-C（55.60 g）、JZ3-C（55.80 g）、JZ3-D 處理（55.30 g）千粒質(zhì)量均高于JZ0-CK 處理（53.67 g），其中，JZ2-C、JZ3-C 處理達(dá)到顯著水平，其他處理則較低。

表3 不同牛糞堆肥替代20%化肥后小麥成熟期產(chǎn)量指標(biāo)變化

小麥成熟期，僅JZ2-D、JZ3-D 處理的產(chǎn)量低于JZ0-CK 處理，其他處理則均高于JZ0-CK 處理，其中，JZ3-A、JZ2-C 處理差異達(dá)顯著水平；產(chǎn)量大小依次為JZ3-A（11 057.2 kg/hm2）＞JZ2-C（10 842.1 kg/hm2）＞JZ3-B（10 425.2 kg/hm2）＞JZ2-B（10 035.0 kg/hm2）＞JZ3-C（9 863.3 kg/hm2）＞JZ2-A（9 758.2 kg/hm2）＞JZ0-CK（9 708.2 kg/hm2）＞JZ2-D（9 648.2 kg/hm2）＞JZ3-D（9 076.2 kg/hm2）。說(shuō)明施用適宜的牛糞堆肥和施用量在前期會(huì)影響小麥出苗，但是對(duì)后期群體動(dòng)態(tài)、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)等具有促進(jìn)作用，這為進(jìn)一步提高產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)。

2.3 不同牛糞堆肥替代20%化肥對(duì)小麥季經(jīng)濟(jì)效益的影響

從圖1 可以看出，不同牛糞堆肥替代20%化肥后純收益JZ3-A（15 980.3 元/hm2）、JZ2-B（13 968.8 元/hm2）、JZ3-B（14 514.1 元/hm2）、JZ2-C處理（15 841.2 元/hm2）收益均高于JZ0-CK 處理（13 545.0 元/hm2），其中，JZ3-A、JZ2-C 處理純收益增加顯著，其他處理則低于JZ0-CK；各處理純收益大小為JZ3-A＞JZ2-C＞JZ3-B＞JZ2-B＞JZ0-CK＞JZ2-A＞JZ3-C＞JZ2-D＞JZ3-D。

由圖2 可知，產(chǎn)出投入比JZ2-C 處理最高，其次為JZ3-A 處理，而JZ3-D 處理最低，顯著低于JZ0-CK 處理；各處理產(chǎn)投比大小依次為JZ2-C（2.70）＞JZ3-A（2.65）＞JZ0-CK（2.51）＞JZ2-B＝JZ3-B（2.50）＞JZ2-A（2.43）＞JZ2-D（2.40）＞JZ3-C（2.37）＞JZ3-D（2.18）。

3 結(jié)論與討論

立式旋耕是近年來(lái)新研發(fā)推廣的一種新型農(nóng)田耕作方式，采用垂直螺旋鉆頭直立旋轉(zhuǎn)切磨粉碎土壤，鉆軸入土深度達(dá)30～60 cm[16]。有研究表明，在相同施肥量條件下，與其他常規(guī)耕作方式相比，立式旋耕方式可以提高小麥產(chǎn)量[17-19]，這為小麥季氮肥減量、有機(jī)肥替代化肥提供了有益借鑒。在當(dāng)前秸稈資源、牛養(yǎng)殖業(yè)糞（尿）資源利用不高，在環(huán)保壓力增大的形勢(shì)下，發(fā)展“種- 養(yǎng)”循環(huán)生產(chǎn)是就近、便捷利用牛糞（尿）和作物秸稈資源的有效途徑之一，也是適度規(guī)?；N植、養(yǎng)殖業(yè)實(shí)現(xiàn)循環(huán)清潔和可持續(xù)生產(chǎn)較好的選擇。有研究認(rèn)為，商品有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配合施用能有效減少化肥施用量，20%替代化肥量小麥產(chǎn)量最佳[20]。牛糞有機(jī)肥替代75%化肥氮可以提高小麥產(chǎn)量和氮效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，減少土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅縖21]。商品有機(jī)肥替代11.3%的氮肥、13.7%的磷肥和58.8%的鉀肥，對(duì)小麥有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量、產(chǎn)量等影響不顯著，但是能顯著提高土壤有機(jī)碳、全氮含量[22]；雞糞有機(jī)肥替代部分化肥能降低小麥生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量、增加純收入[23]；豬糞有機(jī)肥替代20%化肥可以提高小麥產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分和酶活性[24]。

本研究發(fā)現(xiàn)，牛糞堆肥替代20%全量化肥后，牛糞堆肥A 處理影響出苗，牛糞堆肥C 處理對(duì)出苗影響不大；牛糞堆肥B、D 處理在6 000 kg/hm2施用水平時(shí)，對(duì)出苗無(wú)影響，在9 000 kg/hm2施用水平時(shí)，則影響出苗；但是施用牛糞堆肥替代20%化肥能夠增加拔節(jié)期群體數(shù)，到小麥成熟期群體數(shù)與對(duì)照相比沒(méi)有顯著差異。而且，施用牛糞堆肥能夠增加小麥穗長(zhǎng)和穗粒數(shù)。在產(chǎn)量上，在6 000、9 000 kg/hm2施用水平時(shí)，牛糞堆肥A、B、C 處理均能增加產(chǎn)量，但是增加幅度和純收益存在差異；JZ3-A、JZ2-B、JZ3-B、JZ2-C 處理收益均高于JZ0-CK 處理（13 545.0 元/hm2），分別增加2 435.3、423.8、969.1、2 296.2 元/hm2，其中，JZ3-A、JZ2-C 處理達(dá)顯著水平。產(chǎn)出投入比則只有JZ2-C（2.70）、JZ3-A 處理（2.65）高于JZ0-CK處理（2.51）。說(shuō)明牛糞堆肥替代20%化肥可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和效益雙增加，但是在牛糞堆肥類(lèi)型及施用量上應(yīng)該注意。本研究中，考慮產(chǎn)量、收益、產(chǎn)投比等因素，牛糞堆肥A、C 處理是最佳選擇，其次是牛糞堆肥B 處理。

本研究得出，施用牛糞堆肥替代20%化肥能夠促進(jìn)小麥生長(zhǎng)，增加拔節(jié)期群體數(shù)。牛糞堆肥替代20%全量化肥后，牛糞堆肥A 處理影響出苗，牛糞堆肥C 處理對(duì)出苗無(wú)影響。在6 000 kg/hm2施用水平時(shí)，牛糞堆肥B、D 處理對(duì)小麥出苗無(wú)影響，有利于增加穗長(zhǎng)和穗粒數(shù)；在9 000 kg/hm2施用水平時(shí)，牛糞堆肥B、D 處理影響小麥出苗，牛糞堆肥A、B、C、D 處理有利于增加穗長(zhǎng)和穗粒數(shù)。在6 000、9 000 kg/hm2施用水平時(shí)，牛糞堆肥替代20%全量化肥后，牛糞堆肥A、B、C 處理均能增加小麥產(chǎn)量，產(chǎn)量大小依次為JZ3-A（11 057.2 kg/hm2）＞JZ2-C（10 842.1 kg/hm2）＞JZ3-B （10 425.2 kg/hm2）＞JZ2-B（10 035.0 kg/hm2）＞JZ3-C（9 863.3 kg/hm2）＞JZ2-A（9 758.2 kg/hm2）＞JZ0-CK（9 708.2 kg/hm2）＞JZ2-D（9 648.2 kg/hm2）＞JZ3-D（9 076.2 kg/hm2）。

牛糞堆肥替代20%化肥，與單施化肥相比，牛糞堆肥B 處理能增加小麥季純收益；在6 000 kg/hm2施用水平時(shí)，牛糞堆肥C 處理能大幅度提高純收益和產(chǎn)投比；在9 000 kg/hm2施用水平時(shí)，牛糞堆肥A 處理能大幅度提高純收益和產(chǎn)投比。JZ3-A（15 980.3 元/hm2）、JZ2-B（13 968.8 元/hm2）、JZ3-B（14 514.1 元/hm2）、JZ2-C 處理（15 841.2 元/hm2）的純收益均高于JZ0-CK 處理（13 545.0 元/hm2），分別增收2 435.3、423.8、969.1、2 296.2 元/hm2，其中，JZ3-A、JZ2-C 處理差異達(dá)顯著水平。收益大小依次為JZ3-A ＞JZ2-C ＞JZ3-B ＞JZ2-B ＞JZ0-CK ＞JZ2-A＞JZ3-C＞JZ2-D＞JZ3-D；產(chǎn)投比大小依次為JZ2-C（2.70）＞JZ3-A（2.65）＞JZ0-CK（2.51）＞JZ2-B＝JZ3-B（2.50）＞JZ2-A（2.43）＞JZ2-D（2.40）＞JZ3-C（2.37）＞JZ3-D（2.18）。