徐久凱，袁亮，溫延臣，張水勤，林治安，李燕婷，李海燕，趙秉強(qiáng)

畜禽有機(jī)肥磷素在冬小麥上替代化肥磷當(dāng)量研究

徐久凱，袁亮，溫延臣，張水勤，林治安，李燕婷，李海燕，趙秉強(qiáng)

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081

【目的】近年來(lái)化學(xué)磷肥的過(guò)量施用不僅造成了磷礦資源的浪費(fèi)，還增加了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。畜禽糞便是一種很好的化肥磷替代資源，但由于其成分復(fù)雜，轉(zhuǎn)化過(guò)程影響因素較多，畜禽糞便中磷素相對(duì)化肥磷素的有效性一直存在不同結(jié)論。明確畜禽糞便中磷素替代化肥磷當(dāng)量，能夠確定有機(jī)肥磷素替代化肥磷素的準(zhǔn)確比例，為有機(jī)肥磷素的合理施用提供數(shù)據(jù)支撐?！痉椒ā窟x取腐熟的豬糞、雞糞、牛糞和化肥為材料，施磷（P2O5）量均設(shè)置6個(gè)水平，分別為0、20、40、60、80、100 mg·kg-1干土，利用土柱栽培試驗(yàn)在冬小麥上研究糞肥磷和化肥磷對(duì)小麥產(chǎn)量、磷素吸收利用及土壤速效磷含量的影響，并對(duì)3種糞肥中磷素替代化肥磷素的相對(duì)替代當(dāng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析?！窘Y(jié)果】（1）3種糞肥中有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷含量存在較大差異，豬糞、雞糞和牛糞中有機(jī)磷占總磷的比例分別為25.9%、17.6%和56.5%。從磷組分看，牛糞中磷素形態(tài)主要以活性磷（H2O-P和NaHCO3-P）為主，而雞糞和豬糞以高穩(wěn)定態(tài)磷（HCl-P）為主。（2）等磷施用糞肥和化肥條件下，各處理間小麥產(chǎn)量無(wú)顯著差異?；侍幚淼男←溋姿匚樟柯愿哂?種糞肥處理。（3）本試驗(yàn)條件下，若以磷素的當(dāng)季回收率作為參考指標(biāo)，雞糞、豬糞和牛糞中磷素相對(duì)化肥磷素的等效值分別為80.3%、84.3%和90.4%。以化肥磷用量與籽粒產(chǎn)量、生物量、籽粒吸磷量及地上部吸磷量的回歸關(guān)系函數(shù)計(jì)算的3種糞肥磷素的相對(duì)替代當(dāng)量，豬糞的相對(duì)替代當(dāng)量分別為90.0%、93.6%、80.6%、80.2%，雞糞的相對(duì)替代當(dāng)量分別為78.4%、87.9%、73.4%、67.6%，牛糞的相對(duì)替代當(dāng)量分別為89.6%、99.9%、90.0%、87.3%。（4）糞肥磷和化肥磷均可提高土壤中速效磷含量，但短期內(nèi)糞肥磷對(duì)土壤中速效磷含量的提高稍弱于化肥磷?！窘Y(jié)論】本試驗(yàn)條件下綜合幾種計(jì)算磷素相對(duì)替代當(dāng)量的方法，豬糞能夠替代85.7%的化肥磷素，雞糞能夠替代77.6%的化肥磷素，而牛糞能夠替代91.4%的化肥磷素。

畜禽糞便；磷素；小麥產(chǎn)量；磷吸收利用；相對(duì)替代當(dāng)量

0 引言

【研究意義】磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，參與植物體內(nèi)許多重要的生理生化過(guò)程，在改善作物品質(zhì)，提高產(chǎn)量方面具有重要作用[1]。在過(guò)去30年，化肥磷素一直是農(nóng)田磷素的主要來(lái)源[2-3]，而有機(jī)肥資源一直被忽視。中國(guó)是世界上最大的畜牧業(yè)生產(chǎn)國(guó)，2016年畜禽糞便提供的豬糞當(dāng)量磷（P）量約為545萬(wàn)噸[4]。能夠被循環(huán)利用進(jìn)入土壤的磷量不足50%[5]。如何合理使用畜禽糞便中磷素，同時(shí)減少由其引起的環(huán)境問(wèn)題將是我國(guó)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。目前，我國(guó)所開(kāi)展的有機(jī)無(wú)機(jī)配施試驗(yàn)大多采用氮推薦方式[6-7]，但大多數(shù)作物N/P2O5的平均值>2.5，而有機(jī)肥有效N/P2O5<2，如果有機(jī)肥施用量較大而化肥磷又不減量或者盲目減量，勢(shì)必導(dǎo)致磷的富集或虧缺，造成磷資源浪費(fèi)或影響作物生長(zhǎng)[8-9]。因此，了解畜禽有機(jī)肥中磷素的生物有效性并量化其替代化肥磷素的潛力對(duì)有機(jī)肥合理施用及節(jié)約化肥磷資源具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】畜禽糞便中磷素和化肥磷素均能夠提高作物產(chǎn)量，增加土壤中全磷和有效磷含量[10-11]。但由于畜禽糞便中磷素對(duì)作物的供應(yīng)受其本身組成、水熱條件及植物生長(zhǎng)等因素影響，其相對(duì)化肥磷素的有效性一直存在爭(zhēng)議[12-14]。糞肥中磷素包括無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷，一般認(rèn)為無(wú)機(jī)磷部分有效性相對(duì)較高，但也和其組成成分有關(guān)。而有機(jī)磷部分需要礦化為無(wú)機(jī)磷才能被作物吸收[15]，也有研究表明，水溶性有機(jī)磷是可以直接為作物所吸收利用的形態(tài)[16]。糞肥中磷素形態(tài)受多種因素影響，包括糞肥種類(lèi)、固液分離狀況、清糞方式、處理方式及腐熟程度等，尤其是糞肥種類(lèi)，由于不同動(dòng)物消化系統(tǒng)及飼料構(gòu)成的差異，導(dǎo)致不同糞肥中磷素含量及形態(tài)特征存在較大差別[17-18]，進(jìn)而影響糞肥磷素的有效性。有研究表明，相比化肥，糞肥磷具有同等甚至更高的作物有效性[19-20]，也有研究認(rèn)為糞肥中磷素的生物有效性低于化肥[21]。EBELING等[22]在等磷量施用條件下利用糞肥磷和磷酸鈣進(jìn)行小麥砂培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用磷酸鈣處理的小麥干物質(zhì)量高于糞肥磷；但利用砂加土為媒介進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，磷酸鈣處理的小麥干物質(zhì)量與糞肥磷處理無(wú)顯著差別，但磷素吸收量卻顯著低于糞肥磷處理，導(dǎo)致此結(jié)果主要原因是土壤介質(zhì)增加了微生物活性，促進(jìn)了糞肥磷中有機(jī)磷的礦化，而土壤介質(zhì)同時(shí)加快了磷酸鈣中無(wú)機(jī)磷的固定。KULIGOWSKI等[23]基于大麥干物質(zhì)量/磷吸收量與施磷量之間的回歸關(guān)系對(duì)干燥的顆粒狀豬糞沼氣殘?jiān)?、?jīng)過(guò)液/固分離的干豬糞和厭氧發(fā)酵豬糞尿漿的相對(duì)替代當(dāng)量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，三者基于大麥干物質(zhì)量和磷吸收量的相對(duì)替代當(dāng)量分別為95%和155%，64%和82%，104%和109%。【本研究切入點(diǎn)】多年來(lái)學(xué)者一直致力于研究糞肥磷施入土壤后的化學(xué)行為及施加糞肥后土壤磷素的轉(zhuǎn)化[24]，但對(duì)于糞肥磷代替化肥磷的潛力研究較少，了解不同磷資源磷素有效性的差異將有利于確定不同來(lái)源磷肥的施用量，從而達(dá)到既能滿足作物對(duì)磷的需求，又能盡量減少土壤磷的積累和徑流損失的目的?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】因此，本研究選取我國(guó)畜禽糞便產(chǎn)出量較高的豬糞、雞糞和牛糞三大有機(jī)肥為試驗(yàn)材料，采用HEDLEY磷分組方法[25]，研究不同糞肥中磷素形態(tài)特征，并利用土柱試驗(yàn)在冬小麥上探討其磷素有效性和替代化肥磷素的相對(duì)替代當(dāng)量，以期為糞肥磷的合理施用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)于2018年10月至2019年6月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院德州實(shí)驗(yàn)站禹城試驗(yàn)基地（E 116°34', N 36°50'）進(jìn)行，供試作物為小麥，品種為濟(jì)麥22。供試土壤為連續(xù)3年未施用任何肥料的勻地試驗(yàn)場(chǎng)土壤，類(lèi)型為石灰性潮土，質(zhì)地為輕壤。土壤采集過(guò)程中，0—20 cm的耕層土壤和20—60 cm的底層土壤分別采集，風(fēng)干，過(guò)1 cm篩，各土層土壤充分混勻，備用。0—20 cm和20—60 cm土層的pH分別為8.47、8.43，有機(jī)質(zhì)含量為10.73、10.36 g·kg-1，全氮含量為0.71、0.63 g·kg-1，有效磷含量為6.75、6.37 mg·kg-1，速效鉀含量為119.80、97.52 mg·kg-1。

供試畜禽糞便為腐熟豬糞、雞糞和牛糞，均采自禹城試驗(yàn)基地糞場(chǎng)，供試化學(xué)磷肥為過(guò)磷酸鈣（CAS：10031-30-8，天津大茂）。試驗(yàn)開(kāi)始前采集3種糞肥，在空曠處風(fēng)干，過(guò)1 cm篩，備用。糞肥基本理化性質(zhì)分析參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[26]，其結(jié)果見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用土柱栽培的方式，將高100 cm、內(nèi)徑25 cm的PVC管埋入土中，上部高出地面5 cm，以防止降水地表徑流流入；下部5 cm壓入原位土中，且不封口，與自然土壤直接接觸，模擬田間自然栽培狀態(tài)；每個(gè)土柱裝干土50 kg，土柱中30—90 cm土層填充土壤（干土35 kg）取自田間的20—60 cm土層的土壤，土壤分兩次裝入，每次裝入后均灌水沉實(shí)；0—30 cm土層土壤（干土15 kg）取自田間的0—20 cm的耕層土壤，與肥料混勻后，裝入，灌水。

本試驗(yàn)選取豬糞、雞糞、牛糞和化肥4種肥料，施磷（P2O5）量均設(shè)置6個(gè)水平，分別為0、20、40、60、80、100 mg·kg-1干土，共計(jì)21個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)6次重復(fù)。為防止氮、鉀素成為限制因子，氮、鉀素施用量保持充足，土柱試驗(yàn)中氮（N）、鉀（K2O）的推薦量均為0.2 g·kg-1干土?；侍幚碇械蕿槟蛩兀∟ 46.5%），鉀肥為氯化鉀（K2O 60%）。由于有機(jī)肥中的氮素多為有機(jī)態(tài)，需礦化為無(wú)機(jī)氮才能被作物利用，參考相關(guān)文獻(xiàn)資料及結(jié)合本課題組相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)（未發(fā)表），豬糞氮和雞糞氮當(dāng)季潛在有效氮含量約為60%[27-28]，牛糞氮當(dāng)季潛在有效氮含量約為30%[29]，因此，在本試驗(yàn)中，有機(jī)肥帶入的潛在有效氮（N）含量不足0.2 g·kg-1干土的，用尿素補(bǔ)足，超過(guò)0.2 g·kg-1干土的，按有機(jī)肥帶入的氮量算；有機(jī)肥中的鉀（K2O）帶入量不足0.2 g·kg-1干土的，用氯化鉀補(bǔ)足，如果超過(guò)0.2 g·kg-1干土，按有機(jī)肥自身帶入量計(jì)算。

小麥于2018年10月25日播種，每個(gè)土柱小麥播種量為36粒，于分蘗前間苗至12株。小麥生長(zhǎng)期間按常規(guī)栽培技術(shù)進(jìn)行日常管理，于2019年6月4日小麥成熟期收獲測(cè)產(chǎn)。將小麥秸稈和籽粒分別烘干粉碎，過(guò)0.149 mm篩，保存，備用。收獲后同時(shí)采集0—30 cm土層土樣，風(fēng)干過(guò)篩后備用。

表1 牛糞、雞糞、豬糞養(yǎng)分含量

1.3 測(cè)試指標(biāo)及方法

糞肥磷的分級(jí)采用修正的Hedley分級(jí)體系[15,30]?？煞譃樗崛×祝℉2O-P）、NaHCO3提取磷（NaHCO3-P）、NaOH提取磷（NaOH- P）、HCI提取磷（HCl-P）和殘留磷（residual-P）。具體方法為：稱(chēng)取0.3 g過(guò)2 mm篩的風(fēng)干樣品置于50 mL離心管中，依次采用30 mL去離子水（H2O-P）、0.5 mol·L-1NaHCO3（NaHCO3-P）、0.1 mol·L-1NaOH（NaOH- P）、1.0 mol·L-1HCl（HCl-P）進(jìn)行分級(jí)提取。每次加入浸提液后，振蕩16 h后（25℃，200 r/min），離心（18 000，10 min，4℃），之后收集上層清液并過(guò)0.45 μm濾膜，HCl浸提后的樣品所含磷為殘留磷（residual-P）。各部分提取的無(wú)機(jī)磷（Pi）含量直接采用等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）測(cè)定，全磷（Pt）及殘留磷含量首先采用H2SO4-H2O2消化后，再采用等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）進(jìn)行測(cè)定。有機(jī)磷（Po）含量為全磷和無(wú)機(jī)磷的差值，總無(wú)機(jī)磷含量為各部分無(wú)機(jī)磷的總和，總有機(jī)磷含量為各部分有機(jī)磷之和加上殘余磷。

利用H2SO4-H2O2消煮-釩鉬黃比色法測(cè)定小麥植株樣品各部位全磷含量；土壤有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法進(jìn)行測(cè)定[26]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

（1）植株各部位磷吸收量（g/pot）=植物各部位生物量×植株各部位磷含量；

（2）磷素回收率（%）=（施磷處理地上部吸磷總量-不施磷處理地上部吸磷總磷）/施磷量×100；

（3）磷素等效值[19]。磷素等效值是評(píng)價(jià)有機(jī)肥中磷素有效性的一種方法，從概念上來(lái)說(shuō)是指某一有機(jī)肥中單位磷素的有效磷量與提供此同一有效量的化肥磷素的比值。即在等磷量施用有機(jī)肥和化肥條件下，有機(jī)肥磷素回收率與化肥磷素回收率的比值。

磷素等效值（%）=有機(jī)肥中磷素回收率/化肥中磷素回收率×100；

（4）有機(jī)肥磷素替代化肥磷素的相對(duì)替代當(dāng)量。采用有機(jī)肥磷素替代化肥磷素的相對(duì)替代當(dāng)量來(lái)評(píng)價(jià)有機(jī)肥磷素有效性的方法在國(guó)內(nèi)外被廣泛應(yīng)用[27-29,31]。其計(jì)算方法如下：首先分別求出化肥磷用量與作物籽粒產(chǎn)量、生物量、籽粒吸磷量、地上部吸磷量的回歸方程，再將某一有機(jī)肥用量下作物的產(chǎn)量、生物量、籽粒吸磷量、地上部吸磷量代入回歸方程，求出這一有機(jī)肥用量下相當(dāng)?shù)幕柿姿赜昧?，即為有機(jī)肥磷素替代化肥磷素的替代當(dāng)量。這一替代當(dāng)量與有機(jī)肥磷素施用量的比值即為相對(duì)替代當(dāng)量。

相對(duì)替代當(dāng)量（%）=替代化肥磷素的替代當(dāng)量/有機(jī)肥磷素施用量×100；

（5）磷素收獲指數(shù) (PHI) = 籽粒磷吸收量/地上部吸磷總量×100%。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與作圖，SAS 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較（<0.05）。

2 結(jié)果

2.1 糞肥中磷組分特征

由表2可知，雞糞和豬糞中的磷以無(wú)機(jī)磷為主，分別占總磷的82.5%和74.1%，而牛糞中的磷以有機(jī)磷為主，占總磷量的56.5%。對(duì)于不同磷組分，用水浸提的磷（H2O-P）是活性較強(qiáng)的磷素形態(tài)[25,32]，雞糞和牛糞中的H2O-P含量分別為21.2%和21.8%，均高于豬糞的16.2%。在H2O-P中，雞糞、豬糞和牛糞均以無(wú)機(jī)磷為主，但牛糞中的H2O-Po含量高達(dá)雞糞和豬糞的2倍。采用0.5 mol·L-1NaHCO3提取的磷（NaHCO3-P）是被吸附在礦物表面的活性磷，無(wú)機(jī)磷部分對(duì)作物直接有效，而有機(jī)磷部分可在短期內(nèi)礦化被植物吸收利用，因此，這部分磷的有效性也相對(duì)較高[15,25]。在本研究中，以牛糞的NaHCO3-P含量最高，占總磷量的31.6%，豬糞和雞糞NaHCO3-P含量分別為16.8%和16.5%。糞肥中的H2O-P和NaHCO3-P均為不穩(wěn)定磷素，有效性相對(duì)較高，能夠快速被植物吸收，3種糞肥中，牛糞的不穩(wěn)定態(tài)磷最高，為53.4%，雞糞和豬糞次之。采用0.1 mol·L-1NaOH提取的磷（NaOH-P），主要是與無(wú)定形Fe/Al以及有機(jī)質(zhì)結(jié)合的那部分磷，溶解性相對(duì)較差，為中穩(wěn)態(tài)磷[15,24]。NaOH-P的含量及其在總磷中所占的比例較低，雞糞、豬糞和牛糞中NaOH-P的含量分別為7.3%、16.9%和18.9%，雞糞和牛糞中NaOH-P以有機(jī)磷為主，豬糞中以無(wú)機(jī)磷為主。采用1.0 mol·L-1HCl提取的磷（HCl-P）是與鈣結(jié)合形成的穩(wěn)定礦物，為高穩(wěn)定態(tài)磷[15]。此部分磷含量以雞糞和豬糞為最高，其占總磷比例高達(dá)48.9%和43.5%，牛糞中含量較少，僅為18.8%。采用H2SO4-H2O2消煮提取的殘余態(tài)磷（residual-P），是糞肥中最穩(wěn)定的有機(jī)態(tài)磷，相對(duì)其他組分，其所占總磷的比例最低，雞糞、豬糞、牛糞中的殘余態(tài)磷（residual-P）占總磷比例分別為5.7%、6.9%、8.9%。

表2 雞糞、豬糞和牛糞中各形態(tài)磷占總磷比例

H2O-Pi：水提取無(wú)機(jī)磷、H2O-Po：水提取有機(jī)磷，NaHCO3-Pi：NaHCO3提取無(wú)機(jī)磷、NaHCO3-Po：NaHCO3提取有機(jī)磷，NaOH-Pi：NaOH提取無(wú)機(jī)磷、NaOH-Po：NaOH提取有機(jī)磷，HCl-Pi：HCI提取無(wú)機(jī)磷、HCl-Po：HCI提取有機(jī)磷，residual-P：殘留磷

H2O-Pi: Inorganic phosphorus extracted by deionized H2O, H2O-Po: Organic phosphorus extracted by deionized H2O; NaHCO3-Pi: Inorganic phosphorus extracted by NaHCO3,NaHCO3-Po: Organic phosphorus extracted by NaHCO3; NaOH-Pi: Inorganic phosphorus extracted by NaOH, NaOH-Po: Organic phosphorus extracted by NaOH; HCl-Pi: Inorganic phosphorus extracted by HCI; HCl-Po: Organic phosphorus extracted by HCI 2.2 不同來(lái)源磷素對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量、生物量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

從表3可以看出，與不施肥對(duì)照相比，牛糞、豬糞、雞糞和化肥的籽粒產(chǎn)量增加量分別為50.9%— 97.8%、44.9%—100.1%、31.5%—107.8%和54.7%— 108.9%，且隨著施磷量的增加產(chǎn)量均呈現(xiàn)先增加后平穩(wěn)的趨勢(shì)。在等磷量施用條件下，3種糞肥和化肥在各施磷水平下的小麥籽粒產(chǎn)量差異均不顯著，說(shuō)明糞肥的磷素和化肥磷素對(duì)小麥增產(chǎn)作用相一致，無(wú)顯著差別。

對(duì)于小麥生物量，3種糞肥和化肥的變化趨勢(shì)與籽粒產(chǎn)量相似，施磷處理的小麥生物量均高于空白對(duì)照處理，當(dāng)施磷量<80 mg·kg-1干土，豬糞、雞糞、牛糞和化肥生物量隨施磷量的增加而增加；施磷量>80 mg·kg-1干土，生物量隨施磷量的增加無(wú)顯著變化。在同一施磷水平下，豬糞、雞糞和牛糞的小麥生物量差異不顯著，3種糞肥與化肥相比，也無(wú)顯著差異。

從小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素（表4）來(lái)看，3種糞肥和化肥的小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均高于空白對(duì)照，差異顯著。對(duì)于小麥穗數(shù)，3種糞肥在施磷量<80 mg·kg-1干土?xí)r，小麥穗數(shù)隨施磷量的增加而增加；施用豬糞、雞糞和牛糞的處理的小麥穗數(shù)在施磷量80—100 mg·kg-1干土之間未表現(xiàn)出顯著差異。在化肥處理中，隨著施磷量的提高，小麥穗數(shù)顯著提高，施磷量>80 mg·kg-1干土的各處理顯著高于施磷量低的處理。在同一施磷水平下，對(duì)3種糞肥和化肥進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，各處理之間差異不顯著。

表3 不同來(lái)源磷素對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量和生物量的影響

同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示不同施磷水平在5%水平差異顯著，同行數(shù)據(jù)后不同大寫(xiě)字母表示不同肥料品種在5%水平差異顯著。下同

Values followed by different lowercase letters in a column are significant difference among the P rate at the 5% level, Values followed by different capital letters in same row are significant difference among the different fertilizer varieties at the 5% level. The same as below

與對(duì)照相比，3種糞肥和化肥處理均能夠提高小麥穗粒數(shù)，但不同磷水平之間差異不顯著。在20 mg·kg-1干土施磷量下，豬糞、牛糞和化肥處理之間差異不顯著，但均顯著高于雞糞處理。施磷量為40 mg·kg-1干土?xí)r，豬糞處理顯著高于牛糞處理，當(dāng)施磷量>40 mg·kg-1干土?xí)r，4種肥料之間小麥穗粒數(shù)差異不顯著。

千粒重也是小麥產(chǎn)量構(gòu)成的主要因素，由表4可知，增加施磷量有助于提高小麥千粒重，4種肥料小麥千粒重隨施磷量的提高呈先增加后穩(wěn)定的趨勢(shì)。不同肥料品種進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，3種糞肥和化肥在同一施磷水平下對(duì)小麥千粒重的影響一致，各肥料品種之間差異不顯著。

表4 不同來(lái)源磷素對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.3 不同來(lái)源磷素對(duì)小麥磷素吸收利用的影響

由表5可知，與空白對(duì)照相比，施用磷肥能夠顯著增加小麥各部位磷吸收量。小麥各部位吸磷量隨施磷量的增加呈升高的趨勢(shì)，高量（80—100 mg·kg-1干土）施磷處理均顯著高于低量（20—40 mg·kg-1干土）施磷處理。在20 mg·kg-1干土施磷水平下，牛糞的籽粒吸磷量和地上部吸磷量均顯著高于雞糞，與化肥和豬糞差異不顯著，其他施磷水平下，各肥料品種的籽粒吸磷量差異不顯著，對(duì)于地上部吸磷量，化肥在施磷量為80—100 mg·kg-1干土?xí)r顯著高于豬糞和雞糞，與牛糞無(wú)顯著差異。等磷量施用條件下，不同肥料品種的磷素收獲指數(shù)間無(wú)顯著差異。

2.4 不同糞肥磷素替代化肥磷素的相對(duì)替代當(dāng)量

由表6可知，不同糞肥和化肥磷素的回收率基本變化規(guī)律為隨施磷量的增加，回收率逐漸降低。在低磷（20 mg·kg-1干土）處理下，磷素回收率以雞糞最低，牛糞最高；在其他施磷量下，化肥處理磷素回收率均高于糞肥處理。糞肥中磷素的有效性與化肥磷素的有效性相比發(fā)現(xiàn)，豬糞、雞糞、牛糞相對(duì)化肥磷素的等效值隨施磷量的增加而逐漸降低，3種糞肥的平均等效值分別為84.3%、80.3%、90.4%。

表5 不同來(lái)源磷素對(duì)小麥各部位磷吸收量影響

糞肥磷素替代化肥磷素的相對(duì)替代當(dāng)量是指作物達(dá)到相同干物質(zhì)量或相同吸磷量時(shí)所需化肥磷素與所施用有機(jī)肥磷素的比值，可由小麥籽粒產(chǎn)量、總生物量、籽粒吸磷量或地上部吸磷量與化肥磷施用量之間的回歸關(guān)系曲線（圖1）計(jì)算而來(lái)。在本研究中，當(dāng)施磷量高于80 mg·kg-1干土?xí)r，化肥處理的小麥籽粒產(chǎn)量、總生物量、籽粒吸磷量或地上部吸磷量均不再顯著增加，因此，在各回歸曲線中將施磷量為100 mg·kg-1干土所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)剔除。

從表7可知，以不同響應(yīng)關(guān)系曲線（圖1）做參考，有機(jī)肥磷素可替代化肥磷素當(dāng)量明顯不同，基于小麥籽粒產(chǎn)量與施磷量的關(guān)系曲線（圖1-a）可知，豬糞、雞糞和牛糞的平均相對(duì)替代當(dāng)量分別為90.0%、78.4%和89.6%，豬糞的相對(duì)替代當(dāng)量最高，雞糞最低。當(dāng)以小麥生物量與施磷量的關(guān)系曲線（圖1-c）為參考時(shí)，豬糞相對(duì)替代當(dāng)量的范圍為68.8%—104.8%，平均為93.6%；雞糞的范圍為72.5%—102.2%，平均為87.9%；牛糞的范圍為75.1%—133.1%，平均為99.9%；從生物量來(lái)看，3種糞肥的相對(duì)替代當(dāng)量均有增加的趨勢(shì)，并且以牛糞為最高，說(shuō)明糞肥的施用能夠增加小麥秸稈的產(chǎn)量，而牛糞對(duì)秸稈產(chǎn)量的增加優(yōu)于豬糞和雞糞。籽粒吸磷量和地上部吸磷量與施磷量的響應(yīng)關(guān)系曲線也是計(jì)算有機(jī)肥相對(duì)替代當(dāng)量的重要參考，如果以籽粒吸磷量（圖1-b）作為參考，豬糞、雞糞和牛糞的平均相對(duì)替代當(dāng)量分別為80.6%、73.4%和90.0%；而以地上部吸磷量（圖1-d）作為參考時(shí)，豬糞、雞糞和牛糞的平均相對(duì)替代當(dāng)量分別為80.2%、67.6%和87.3%。

2.5 不同來(lái)源磷素對(duì)土壤速效磷含量的影響

由表8可知，與對(duì)照相比，施用磷肥能夠提高土壤中速效磷含量，3種糞肥和化肥處理的土壤中速效磷含量隨施磷量的增加而增加。在同一施磷水平下，對(duì)3種糞肥進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，始終以雞糞處理土壤含磷量最低，施磷量為20 mg·kg-1干土?xí)r，豬糞處理顯著高于其他處理，而在其他施磷水平下，3種糞肥之間差異不顯著。不同磷水平下，豬糞、雞糞、牛糞和化肥處理土壤平均有效磷含量分別為7.9、6.8、7.2和8.1 mg·kg-1，綜合來(lái)看，在單季小麥試驗(yàn)中，化肥磷素對(duì)土壤速效磷含量的提高優(yōu)于糞肥。

圖1 化肥磷素（P2O5）用量與小麥籽粒產(chǎn)量（a）、生物量（b）、籽粒吸磷量（c）和地上部吸磷量（d）的響應(yīng)關(guān)系

表7 基于小麥籽粒產(chǎn)量、生物量、籽粒吸磷量和地上部吸磷量糞肥磷素替代化肥磷素的相對(duì)替代當(dāng)量

表8 施用不同來(lái)源磷素對(duì)土壤速效磷含量的影響

3 討論

3.1 糞肥中磷素形態(tài)及其影響因素

本研究中豬糞、雞糞和牛糞的無(wú)機(jī)磷含量占總磷量的比例分別為82.5%、74.1%和43.5%。PAGLIARI匯總不同糞肥結(jié)果表明，豬糞、雞糞、肉牛糞和奶牛糞中無(wú)機(jī)磷分別占總干灰分磷量的54%—92%、42%—72%、48%—67%和28%—96%[32]；邢璐對(duì)牛糞和雞糞中不同形態(tài)磷測(cè)定發(fā)現(xiàn)，牛糞中的無(wú)機(jī)磷組分占總磷的83.0%，大于雞糞的70.3%[24]。不同的研究中對(duì)糞肥中磷素含量的報(bào)道差異很大，動(dòng)物種類(lèi)和年齡、飼料結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)存方式、糞肥處理方式（墊料、堆肥、厭氧發(fā)酵、固液分離等）均影響糞肥中磷含量和形態(tài)[15]。本文所用牛糞中含有少量秸稈，也可能是導(dǎo)致其有機(jī)磷含量較高的原因之一。

H2O-P和NaHCO3-P為易溶態(tài)磷，其所含無(wú)機(jī)磷較易為植物吸收利用；有機(jī)磷主要包括核酸（DNA），磷脂類(lèi)（phospholipids）和簡(jiǎn)單的單酯磷（simple phosphate monoesters），這些有機(jī)磷在土壤中的吸附較弱，容易被酶解為無(wú)機(jī)磷，因此生物有效性也較高[33]。本研究中雞糞、豬糞和牛糞中易溶態(tài)磷（H2O-P+ NaHCO3-P）的總量分別為38.1%、32.7%和53.4%，易溶態(tài)磷在牛糞中的比例顯著高于雞糞和豬糞。嚴(yán)正娟等[15]通過(guò)對(duì)北京市52個(gè)規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)糞肥樣品分析發(fā)現(xiàn)，非反芻動(dòng)物糞肥中易溶態(tài)磷（H2O-P+ NaHCO3-P）占總磷含量為44%，反芻動(dòng)物糞肥中易溶態(tài)磷占總磷含量為61%，這一結(jié)果與本研究結(jié)果相似。而DOU等研究結(jié)果顯示，牛糞中H2O-P和NaHCO3-P分別占總磷的70%和14%，雞糞中H2O-P和NaHCO3-P分別占總磷的49%和19%，表明牛糞中的活性磷比例顯著高于雞糞[27]。通常認(rèn)為NaOH-P和HCl-P溶解性較差，是較為穩(wěn)定的磷素[34]，本研究中雞糞和豬糞中的HCl-P占有相當(dāng)大的比例，分別為總磷量的48.9%和43.5%，但HCl-P并不是不可利用的磷組分，只是其礦化分解需要一定時(shí)間，有研究表明，在水分充足的情況下，HCl-P也能溶于水[17]，總體規(guī)律為反芻動(dòng)物糞肥磷多溶解于水和NaHCO3溶液，非反芻動(dòng)物糞肥磷大部分溶解于HCl溶液[15,24]。因此，從磷素組成進(jìn)行分析，在等量糞肥磷投入情況下，牛糞磷在施用初期可能具有更高的有效性，而豬糞和雞糞中的磷經(jīng)礦化分解后也可以較快地釋放活性磷素，但其肥效較牛糞相對(duì)遲緩。

3.2 不同來(lái)源磷素對(duì)小麥產(chǎn)量和生物學(xué)特征的影響

糞肥中磷對(duì)作物的增產(chǎn)作用受所含磷素形態(tài)、有機(jī)物料的C/P比等因素影響[24]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，施磷量為20 mg·kg-1時(shí)，4種肥料的小麥籽粒產(chǎn)量以雞糞最低，牛糞和化肥最高，在其他施磷水平下差異不顯著；同一施磷水平，各肥料處理之間小麥生物量差異不顯著?？傮w來(lái)看，糞肥中磷素對(duì)小麥的增產(chǎn)作用與化肥磷素?zé)o顯著差異。劉占軍等在吉林省公主嶺黑土上研究有機(jī)磷部分替代化肥磷對(duì)春玉米產(chǎn)量影響發(fā)現(xiàn)，利用30%腐熟豬糞磷替代化肥磷的春玉米產(chǎn)量和生物量與全施化肥磷處理相當(dāng)[35]。在低磷水平下，由于牛糞中不穩(wěn)定態(tài)磷的比例高于豬糞和雞糞，因此在小麥生長(zhǎng)初期，牛糞的有效性較高，雖然雞糞和豬糞隨后經(jīng)過(guò)礦化分解也可以很快地釋放活性磷，但由于施磷量較低，不足以滿足小麥整個(gè)生育期的生長(zhǎng)需要，因此在產(chǎn)量上表現(xiàn)為牛糞高于豬糞和雞糞。趙明等研究雞糞、牛糞和豬糞中速效磷的養(yǎng)分釋放規(guī)律發(fā)現(xiàn)，120 d內(nèi)有效磷的釋放率分別為24.6%、61.3%和34.8%[36]。當(dāng)施磷量較高時(shí)，雞糞和豬糞所含的不穩(wěn)定態(tài)磷足以滿足小麥生長(zhǎng)初期的需要，再加上豬糞和雞糞較易礦化分解快速釋放活性磷的特征，能夠在小麥整個(gè)生育期持續(xù)供應(yīng)，3種糞肥的產(chǎn)量水平差異不顯著，這與此前的研究結(jié)論相似[23]。

姜宗慶等[37]研究施磷量對(duì)小麥物質(zhì)生產(chǎn)及吸磷特性的影響發(fā)現(xiàn)，在低磷土壤條件下，施磷量（P2O5）在0—180 kg·hm-2范圍內(nèi)，小麥莖蘗數(shù)、莖蘗成穗數(shù)、干物質(zhì)積累量隨施磷量的增加而增加，但超過(guò)180 kg·hm-2時(shí)，相關(guān)物質(zhì)生產(chǎn)指標(biāo)呈下降趨勢(shì)。本研究結(jié)果與其相似，在一定施磷范圍內(nèi)，增施磷肥能夠提高小麥有效穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重。小麥對(duì)磷素的吸收高峰期有兩個(gè)，第一個(gè)出現(xiàn)在出苗到越冬期，第二個(gè)出現(xiàn)在拔節(jié)到孕穗期，第一個(gè)吸收高峰保證了冬前分蘗和有效穗數(shù)的形成，而第二個(gè)吸收高峰保證了穗粒數(shù)和干物質(zhì)量的形成[37-38]。本研究中牛糞含有較高的易溶性磷，因此，在低施磷量（20—40 mg·kg-1）條件下，牛糞中的有效磷保證了小麥有效穗數(shù)的形成，而在第二個(gè)吸收高峰期，隨著氣溫的升高，豬糞礦化和累積的有效磷不斷增多，保證了其穗粒數(shù)和干物質(zhì)的形成。

3.3 糞肥磷替代化肥磷的相對(duì)替代當(dāng)量

在磷肥的推薦施用方面，糞肥中的磷與化肥中的磷一般具有同等的肥料價(jià)值[15,28]，從長(zhǎng)期來(lái)看，這可能是正確的，因?yàn)榧S肥中的磷素具有明顯的后效[39-40]。在本試驗(yàn)中，當(dāng)以磷肥回收率為參考指標(biāo)時(shí)，雞糞、豬糞和牛糞磷素相對(duì)化肥磷素的相對(duì)替代當(dāng)量分別為80.3%、84.3%和90.4%。莫淑勛等也曾比較過(guò)糞肥中磷素與化肥磷素對(duì)作物有效性的異同，在施用等磷量條件下盆栽水稻，測(cè)定了2種雞糞、4種豬糞和2種牛糞與普通過(guò)磷酸鈣中磷素有效性之間的關(guān)系，其結(jié)果為雞糞與過(guò)磷酸鈣的等效值為81.5%，豬糞為88.3%，牛糞為94.5%[19]，此結(jié)果與本研究結(jié)果相似。如果基于籽粒產(chǎn)量/生物量和籽粒磷吸收量/地上部磷吸收量與化肥磷肥施用量的關(guān)系曲線對(duì)糞肥中磷素的相對(duì)替代當(dāng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表7），豬糞、雞糞和牛糞的相對(duì)替代當(dāng)量范圍分別為68.8%—104.8%、41.3%%—102.2%和71.1%—133.1%。也有研究發(fā)現(xiàn)，在單季春小麥試驗(yàn)中，糞肥（雞糞、牛糞尿、水貂糞）磷的相對(duì)替代當(dāng)量為過(guò)磷酸鈣的60%—70%[40]。這可能與有機(jī)肥中所含磷素形態(tài)有關(guān)，據(jù)了解，豬糞和牛糞中無(wú)機(jī)磷主要為磷酸鎂銨和磷酸氫鈣，而雞糞包括β-Ca3(PO4)2、磷酸鎂銨、CaHPO4·2H2O和CaHPO4；豬糞和牛糞中有機(jī)磷為單酯磷和植酸，而雞糞主要為植酸[32]。無(wú)論是有機(jī)磷還是無(wú)機(jī)磷，雞糞中的磷的組分更為復(fù)雜也更難轉(zhuǎn)化，因此其有效性也相對(duì)較低。另外，糞肥中磷素在土壤中的轉(zhuǎn)化主要取決于土壤微生物的活動(dòng)和磷酸酶活性，而兩者主要受土壤溫度、濕度、pH、C/P比、耕作措施等因素影響，所以以上因素均會(huì)影響糞肥中磷素的轉(zhuǎn)化[41]。土壤微生物活動(dòng)最適宜的溫度為25—30℃，土壤磷酸酶最適溫度為45—65℃[42]，另外，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為有機(jī)磷在淹水或濕度大的狀態(tài)下礦化速率快[41]。因此，在冬小麥季，干旱少雨，氣溫低可能是影響糞肥中磷供應(yīng)的一個(gè)重要因素。

在表7中，本研究選取了4個(gè)參考指標(biāo)來(lái)計(jì)算糞肥磷替代化肥磷的替代當(dāng)量，這幾個(gè)參考指標(biāo)各有優(yōu)缺點(diǎn)，選取籽粒產(chǎn)量為參考指標(biāo)，更符合生產(chǎn)實(shí)踐，因?yàn)樽蚜．a(chǎn)量是農(nóng)民收益的部分，并且不用進(jìn)行化學(xué)分析，但籽粒產(chǎn)量與施磷量之間多為非線性關(guān)系，利用非線性關(guān)系計(jì)算的替代當(dāng)量易受糞肥施磷量的影響，而利用線性關(guān)系計(jì)算的替代當(dāng)量則與施磷量無(wú)關(guān)[43]。在最佳施磷量以下，磷吸收量與磷素施用量的響應(yīng)曲線通常更接近于線性，選取磷素吸收量為參考指標(biāo)能夠使替代當(dāng)量的結(jié)果更加穩(wěn)定可靠[44]。另外，由于不同糞肥磷素釋放規(guī)律不一致，因此對(duì)籽粒產(chǎn)量/籽粒磷吸收量和地上部生物量/地上部磷吸收量的影響并不同步，選取地上部生物量為參考指標(biāo)，能夠反映磷肥的整體效果，從本研究可以看出，選取地上部生物量為參考指標(biāo)計(jì)算的替代當(dāng)量略高于以籽粒為參考計(jì)算的替代當(dāng)量。因此，在計(jì)算替代當(dāng)量時(shí)，可根據(jù)不同目的選取合適的參考指標(biāo)。

3.4 不同來(lái)源磷素對(duì)土壤速效磷含量的影響

糞肥施入除了由自身帶入的磷素能夠增加土壤磷庫(kù)外，同時(shí)還通過(guò)改變土壤理化性質(zhì)和土壤生物和非生物過(guò)程，促進(jìn)土壤不同形態(tài)磷素之間的轉(zhuǎn)化[45]，有研究表明，長(zhǎng)期施用牛糞，顯著增加了土壤中堿性磷酸單酯酶和雙酯酶、無(wú)機(jī)焦磷酸酶以及脫氫酶的活性，但與化肥處理相比沒(méi)有顯著提高酸性磷酸單酯酶的活性[46-47]，糞肥的施入還能夠增加磷素的解吸能力及影響磷素沉淀-溶解過(guò)程[48]。因此，雖然糞肥中存在的一部分有機(jī)磷有效性較低，但通過(guò)調(diào)節(jié)土壤的理化性狀及自身的礦化過(guò)程，仍具有較高的有效性，甚至在某些特定條件下，會(huì)超過(guò)化肥。但在本研究中，與化肥相比，在不同施磷水平下，糞肥的施用并未顯著提高土壤中速效磷含量，糞肥對(duì)于土壤速效磷的提高可能是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，因?yàn)榧S肥具有明顯的后效，單季試驗(yàn)會(huì)低估糞肥的效果[29]。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，牛糞中活性磷（H2O-P和NaHCO3- P）比例較高，而豬糞和雞糞中高穩(wěn)定態(tài)磷（HCl-P）比例較高。從統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果來(lái)看，在等磷量施用條件下，3種糞肥磷素對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量和生物量的提升效果與化肥磷素?zé)o顯著差異。綜合不同參考指標(biāo)，雞糞、豬糞和牛糞替代化肥磷素的相對(duì)替代當(dāng)量分別為77.6%、85.7%和91.4%。在開(kāi)展有機(jī)肥替代化肥行動(dòng)時(shí)，為避免磷素在土壤中大量累積，應(yīng)根據(jù)所配施有機(jī)肥的特性，適量減少化肥磷素的施用量。

[1] 魯如坤. 土壤－植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)原理和施肥. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1998.

LU R K. Principles of Soil Plant Nutrition and Fertilization. Beijing: Chemical Industry Press, 1998. (in Chinese)

[2] MA J C, HE P, XU X P, HE W T, LIU Y X, YANG F Q, CHEN F, LI S T, TU S H, JIN J Y, JOHNSTON A M, ZHOU W. Temporal and spatial changes in soil available phosphorus in China (1990-2012). Field Crops Research, 2016, 192: 13-20. doi:10.1016/j.fcr.2016.04. 006.

[3] XIN X L, QIN S W, ZHANG J B, ZHU A N, YANG W L, ZHANG X F. Yield, phosphorus use efficiency and balance response to substituting long-term chemical fertilizer use with organic manure in a wheat-maize system. Field Crops Research, 2017, 208: 27-33. doi:10.1016/j.fcr.2017.03.011.

[4] 劉曉永, 王秀斌, 李書(shū)田. 中國(guó)農(nóng)田畜禽糞尿磷負(fù)荷量及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 38(11): 2594-2608. doi:10.11654/ jaes.2018-0626.

LIU X Y, WANG X B, LI S T. Phosphorus loading rates from livestock and poultry faeces, and environmental evaluation in China. Journal of Agro-Environment Science, 2019, 38(11): 2594-2608. doi:10.11654/jaes.2018-0626. (in Chinese)

[5] BAI Z H, MA L, JIN S Q, MA W Q, VELTHOF G L, OENEMA O, LIU L, CHADWICK D, ZHANG F S. Nitrogen, phosphorus, and potassium flows through the manure management chain in China. Environmental Science & Technology, 2016, 50(24): 13409-13418. doi:10.1021/acs.est.6b03348.

[6] 徐明崗, 李冬初, 李菊梅, 秦道珠, 八木一行, 寶川靖和. 化肥有機(jī)肥配施對(duì)水稻養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 41(10): 3133-3139. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2008.10.029.

XU M G, LI D C, LI J M, QIN D Z, KAZUYUKI Y, YASUKAZU H. Effects of organic manure application combined with chemical fertilizers on nutrients absorption and yield of rice in Hunan of China. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41(10): 3133-3139. doi:10.3864/ j.issn.0578-1752.2008.10.029. (in Chinese)

[7] 李燕青. 不同類(lèi)型有機(jī)肥與化肥配施的農(nóng)學(xué)和環(huán)境效應(yīng)研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2016.

LI Y Q. Study on agronomic and environmental effects of combined application of different organic manures with chemical fertilizer[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2016. (in Chinese)

[8] EGHBALL B, GINTING D, GILLEY J E. Residual effects of manure and compost applications on corn production and soil properties. Agronomy Journal, 2004, 96(2): 442-447. doi:10.2134/agronj2004. 4420.

[9] 李書(shū)田, 劉榮樂(lè), 陜紅. 我國(guó)主要畜禽糞便養(yǎng)分含量及變化分析. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 28(1): 179-184. doi:10.3321/j.issn: 1672- 2043.2009.01.033.

LI S T, LIU R L, SHAN H. Nutrient contents in main animal manures in China. Journal of Agro-Environment Science, 2009, 28(1): 179-184. doi:10.3321/j.issn: 1672-2043.2009.01.033. (in Chinese)

[10] LIU J L, LIAO W H, ZHANG Z X, ZHANG H T, WANG X J, MENG N. Effect of phopshate fertilizer and manure on crop yield, soil P accumulation, and the environmental risk assessment. Agricultural Sciences in China, 2007, 6(9): 1107-1114. doi:10.1016/S1671- 2927(07)60153-9.

[11] PIZZEGHELLO D, BERTI A, NARDI S, MORARI F. Phosphorus forms and P-sorption properties in three alkaline soils after long-term mineral and manure applications in north-eastern Italy. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2011, 141(1/2): 58-66. doi:10.1016/j. agee.2011.02.011.

[12] REDDY D D, RAO A S, RUPA T R. Effects of continuous use of cattle manure and fertilizer phosphorus on crop yields and soil organic phosphorus in a Vertisol. Bioresource Technology, 2000, 75(2): 113-118. doi:10.1016/S0960-8524(00)00050-X.

[13] EGHBALL B, WIENHOLD B L, WOODBURY B L, EIGENBERG R A. Plant availability of phosphorus in swine slurry and cattlefeedlot manure. Agronomy Journal, 2005, 97(2): 542-548. doi:10.2134/ agronj2005.0542.

[14] KAHILUOTO H, KUISMA M, KETOJA E, SALO T, HEIKKINEN J. Phosphorus in manure and sewage sludge more recyclable than in soluble inorganic fertilizer. Environmental Science & Technology, 2015, 49(4): 2115-2122. doi:10.1021/es503387y.

[15] 嚴(yán)正娟, 陳碩, 王敏鋒, 宋梓瑋, 賈偉, 陳清. 不同動(dòng)物糞肥的磷素形態(tài)特征及有效性分析. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 32(1): 31-39. doi:10.13254/j.jare.2014.0283.

YAN Z J, CHEN S, WANG M F, SONG Z W, JIA W, CHEN Q. Characteristics and availability of different forms of phosphorus in animal manures. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2015, 32(1): 31-39. doi:10.13254/j.jare.2014.0283. (in Chinese)

[16] CONDRON L M, TURNER B L, CADE-MENUN B J. Chemistry and dynamics of soil organic phosphorus. Agronomy Monographs. Madison, WI, USA: American Society of Agronomy, Crop Science Society of America, and Soil Science Society of America, 2015: 87-121. doi:10.2134/agronmonogr46.c4.

[17] PAGLIARI P H. Variety and solubility of phosphorus forms in animal manure and their effects on soil test phosphorus//HE Z Q, ZHANG H L. Applied Manure and Nutrient Chemistry for Sustainable Agriculture and Environment. Dordrecht: Springer Netherlands, 2014: 141-161.

[18] AJIBOYE B, AKINREMI O O, HU Y F, FLATEN D N. Phosphorus speciation of sequential extracts of organic amendments using nuclear magnetic resonance and X-ray absorption near-edge structure spectroscopies. Journal of Environmental Quality, 2007, 36(6): 1563-1576. doi:10.2134/jeq2006.0541.

[19] 莫淑勛, 錢(qián)菊芳, 錢(qián)承梁. 豬糞等有機(jī)肥料中磷素養(yǎng)分循環(huán)再利用的研究. 土壤學(xué)報(bào), 1991, 28(3): 309-316.

MO S X, QIAN J F, QIAN C L. Studies on phosphorus of organic manures and its reutilization. Acta Pedologica Sinica, 1991, 28(3): 309-316. (in Chinese)

[20] SIKORA L J, ENKIRI N K. Comparison of phosphorus uptake from poultry litter compost with triple superphosphate in codorus soil. Agronomy Journal, 2005, 97(3): 668-673. doi:10.2134/agronj2004. 0008.

[21] MATERECHERA S A, MORUTSE H M. Response of maize to phosphorus from fertilizer and chicken manure in a semi-arid environment of South Africa. Experimental Agriculture, 2009, 45(3): 261-273. doi:10.1017/s0014479709007868.

[22] EBELING A M, COOPERBAND L R, BUNDY L G. Phosphorus availability to wheat from manures, biosolids, and an inorganic fertilizer. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2003, 34(9/10): 1347-1365. doi:10.1081/CSS-120020449.

[23] KULIGOWSKI K, POULSEN T G, RUB?K G H, S?RENSEN P. Plant-availability to barley of phosphorus in ash from thermally treated animal manure in comparison to other manure based materials and commercial fertilizer. European Journal of Agronomy, 2010, 33(4): 293-303. doi:10.1016/j.eja.2010.08.003.

[24] 邢璐. 不同糞肥的施用對(duì)土壤磷素轉(zhuǎn)化與遷移的影響[D]. 北京: 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 2013.

XING L. Effects of different manures on transformation and movement of phosphorus in soils[D]. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences, 2013. (in Chinese)

[25] HEDLEY M J, STEWART J W B, CHAUHAN B S. Changes in inorganic and organic soil phosphorus fractions induced by cultivation practices and by laboratory incubations. Soil Science Society of America Journal, 1982, 46(5): 970-976. doi:10.2136/sssaj1982. 03615995004600050017x.

[26] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000.

LU R K. Analysis Methods of Soil and Agricultural Chemistry. China Agriculture Scientech Press, 2000. (in Chinese)

[27] MU?OZ G R, KELLING K A, RYLANT K E, ZHU J. Field evaluation of nitrogen availability from fresh and composted manure. Journal of Environmental Quality, 2008, 37(3): 944-955. doi:10.2134/ jeq2007.0219.

[28] DELIN S, STENBERG B, NYBERG A, BROHEDE L. Potential methods for estimating nitrogen fertilizer value of organic residues. Soil Use and Management, 2012, 28(3): 283-291. doi:10.1111/j.1475- 2743.2012.00417.x.

[29] SCHR?DER J J, UENK D, HILHORST G J. Long-term nitrogen fertilizer replacement value of cattle manures applied to cut grassland. Plant and Soil, 2007, 299(1): 83-99. doi:10.1007/s11104-007-9365-7.

[30] DOU Z, TOTH J D, GALLIGAN D T, RAMBERG JR C F, FERGUSON J D. Laboratory procedures for characterizing manure phosphorus. Journal of Environmental Quality, 2000, 29(2): 508-514. doi:10.2134/jeq2000.00472425002900020019x.

[31] 李玲玲, 李書(shū)田. 豬糞氮素有效性與替代化肥氮當(dāng)量研究. 中國(guó)土壤與肥料, 2011(5): 60-64. doi:10.3969/j.issn.1673-6257.2011.05.012.

LI L L, LI S T. Nitrogen availability of pig manure and its fertilizer equivalence. Soils and Fertilizers Sciences in China, 2011(5): 60-64. doi:10.3969/j.issn.1673-6257.2011.05.012. (in Chinese)

[32] PAGLIARI P H, LABOSKI C A M. Investigation of the inorganic and organic phosphorus forms in animal manure. Journal of Environmental Quality, 2012, 41(3): 901-910. doi:10.2134/jeq2011. 0451.

[33] TURNER B L, LEYTEM A B. Phosphorus compounds in sequential extracts of animal manures: chemical speciation and a novel fractionation procedure. Environmental Science & Technology, 2004, 38(22): 6101-6108. doi:10.1021/es0493042.

[34] HANSEN J C, CADE-MENUN B J, STRAWN D G. Phosphorus speciation in manure-amended alkaline soils. Journal of Environmental Quality, 2004, 33(4): 1521-1527. doi:10.2134/jeq2004. 1521.

[35] 劉占軍, 謝佳貴, 張寬, 王秀芳, 侯云鵬, 尹彩俠, 李書(shū)田. 有機(jī)肥磷替代化肥磷對(duì)春玉米干物質(zhì)積累和磷素吸收的影響. 玉米科學(xué), 2011, 19(2): 123-128.

LIU Z J, XIE J G, ZHANG K, WANG X F, HOU Y P, YIN C X, LI S T. Biomass accumulation and phosphorus uptake of spring maize as influenced by organic manure substitution for chemical phosphate. Journal of Maize Sciences, 2011, 19(2): 123-128. (in Chinese)

[36] 趙明, 趙征宇, 蔡葵, 王玉洲. 畜禽有機(jī)肥料當(dāng)季速效氮磷鉀養(yǎng)分釋放規(guī)律. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004(5): 59-61.

ZHAO M, ZHAO Z Y, CAI K, WANG Y Z. Release rule of Nitrogen, Phosphorus, potassium in animal manures. Shandong Agricultural Sciences, 2004(5): 59-61. (in Chinese)

[37] 姜宗慶, 封超年, 黃聯(lián)聯(lián), 郭文善, 朱新開(kāi), 彭永欣. 施磷量對(duì)小麥物質(zhì)生產(chǎn)及吸磷特性的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2006, 12(5): 628-634. doi:10.3321/j.issn: 1008-505X.2006.05.005.

JIANG Z Q, FENG C N, HUANG L L, GUO W S, ZHU X K, PENG Y X. Effects of phosphorus application on dry matter production and phosphorus uptake in wheat (L.). Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2006, 12(5): 628-634. doi:10.3321/j.issn: 1008-505X.2006.05.005. (in Chinese)

[38] 韓燕來(lái), 介曉磊, 譚金芳, 郭天財(cái), 朱云集, 王晨陽(yáng), 夏國(guó)軍, 劉征. 超高產(chǎn)冬小麥氮磷鉀吸收、分配與運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律的研究. 作物學(xué)報(bào), 1998, 24(6): 908-915.

HAN Y L, JIE X L, TAN J F, GUO T C, ZHU Y J, WANG C Y, XIA G J, LIU Z. Studies on absorption, distribution and translocation of N, P and K of super-high yield winter wheat. Acta Agronomica Sinica, 1998, 24(6): 908-915. (in Chinese)

[39] 唐繼偉, 徐久凱, 溫延臣, 田昌玉, 林治安, 趙秉強(qiáng). 長(zhǎng)期單施有機(jī)肥和化肥對(duì)土壤養(yǎng)分和小麥產(chǎn)量的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2019, 25(11): 1827-1834. doi:10.11674/zwyf.18436.

TANG J W, XU J K, WEN Y C, TIAN C Y, LIN Z A, ZHAO B Q. Effects of organic fertilizer and inorganic fertilizer on the wheat yields and soil nutrients under long-term fertilization. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2019, 25(11): 1827-1834. doi:10.11674/zwyf.18436. (in Chinese)

[40] DELIN S. Fertilizer value of phosphorus in different residues. Soil Use and Management, 2016, 32(1): 17-26. doi:10.1111/sum.12227.

[41] 趙少華, 宇萬(wàn)太, 張璐, 沈善敏, 馬強(qiáng). 土壤有機(jī)磷研究進(jìn)展. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 15(11): 2189-2194.

ZHAO S H, YU W T, ZHANG L, SHEN S M, MA Q. Research advance in soil organic phosphorus. Chinese Journal of Applied Ecology, 2004, 15(11): 2189-2194. (in Chinese)

[42] 姜一, 步凡, 張超, 陳立新. 土壤有機(jī)磷礦化研究進(jìn)展. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 38(3): 160-166. doi:10.3969/j.issn. 1000-2006.2014.03.031.

JIANG Y, BU F, ZHANG C, CHEN L X. Research advances on soil organic phosphorus mineralization. Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition), 2014, 38(3): 160-166. doi:10. 3969/j.issn.1000-2006.2014.03.031. (in Chinese)

[43] JENSEN L S. Animal manure fertiliser value, crop utilisation and soil quality impacts. Animal Manure Recycling. Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd, 2013: 295-328.

[44] DE NOTARIS C, S?RENSEN P, M?LLER H B, WAHID R, ERIKSEN J. Nitrogen fertilizer replacement value of digestates from three green manures. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2018, 112(3): 355-368. doi:10.1007/s10705-018-9951-5.

[45] 嚴(yán)正娟. 施用糞肥對(duì)設(shè)施菜田土壤磷素形態(tài)與移動(dòng)性的影響[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué), 2015.

YAN Z J. Effects of manure application on the form and mobility of soil phosphorus in vegetable greenhouse[D]. Beijing: China Agricultural University, 2015. (in Chinese)

[46] PARHAM J A, DENG S P, DA H N, SUN H Y, RAUN W R. Long-term cattle manure application in soil. II. Effect on soil microbial populations and community structure. Biology and Fertility of Soils, 2003, 38(4): 209-215. doi:10.1007/s00374-003-0657-7.

[47] PARHAM JA, DENG SP, RAUN WR, JOHNSON G V. Long-term cattle manure application in soil. I. Effect on soil phosphorus levels, microbial biomass C, and dehydrogenase and phosphatase activities. Biology & Fertility of Soils, 2002, 35(5): 328-337.

[48] SATO S, SOLOMON D, HYLAND C, KETTERINGS Q M, LEHMANN J. Phosphorus speciation in manure and manure-amended soils using XANES spectroscopy. Environmental Science & Technology, 2005, 39(19): 7485-7491. doi:10.1021/es0503130.

Phosphorus Fertilizer Replacement Value of Livestock Manure in Winter Wheat

XU JiuKai, YUAN Liang, WEN YanChen, ZHANG ShuiQin, LIN ZhiAn, LI YanTing, LI HaiYan, ZHAO BingQiang

Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081

【Objective】Excessive application of phosphorus has not only caused the depletion of phosphate rock resources, but also increased the risk of environmental pollution. Livestock manure has always been used as a good alternative resource for chemical phosphorus. However, due to the complex composition and various influencing factors in the transformation process of phosphorus in animal manure, its effectiveness compared with that in chemical fertilizers has long been controversial. Clarifying the phosphorus replacement value of livestock manure, and the accurate proportion of organic fertilizer phosphorus replacing chemical fertilizer phosphorus, could provide the supporting data for rational application of organic fertilizer phosphorus.【Method】In this study, composted pig manure, chicken manure and cattle manure as well as chemical fertilizer were selected as the research materials. The application rate of P2O5was set at 6 levels, which were 0, 20, 40, 60, 80 and 100 mg·kg-1dry soil, respectively. A soil column experiment was conducted to investigate the effects of phosphorus in manure and chemical fertilizer on wheat yield, phosphorus uptake and the content of soil available phosphorus. Furthermore, the relative substitution equivalent of phosphorus in three kinds of manure was statistically analyzed.【Result】 (1) The content of organic and inorganic phosphorus in the three kinds of manure varied much. The proportion of organic phosphorus accounted for 25.9%, 17.6% and 56.5% of total phosphorus in pig, chicken and cattle manures, respectively. The liable phosphorus (H2O-P and NaHCO3-P) was the main phosphorus fraction for the cattle manure, while there was more phosphorus fraction attributed to highly stable phosphorus (HCl-P) in chicken manure and pig manure. (2)There was no significant difference in grain yield between different phosphorus supplies with the same application rate. The phosphorus uptake of wheat with chemical fertilizer was slightly higher than that treated with three kinds of manure.(3) In this study, when the seasonal recovery rate of phosphorus was used as a reference index, the chemical fertilizer equivalent value in chicken, pig and cattle manures to the commercial mineral phosphorus (super phosphate) were 80.3%, 84.3% and 90.4%, respectively. When the relative substitution equivalents of three kinds of manure were calculated by using the regression function between the chemical phosphorus and grain yield, biomass, phosphorus uptake of grain or total phosphorus uptake, the relative substitution equivalents of pig manure were 90.0%, 93.6%, 80.6% and 80.2%, respectively; The relative substitution equivalents of chicken manure were 78.4%, 87.9%, 73.4%, 67.6%, and that of cattle manure were 89.6%, 99.9%, 90.0%, 87.3%. (4) Both the manure and chemical fertilizer could increase the content of available phosphorus in soil, but the manure showed a slight effect than the chemical fertilizer. 【Conclusion】Based on the integrated methods for calculating substitution equivalent of the present experimental condition, the phosphorus in pig manure could replace 85.7% of equivalent chemical fertilizer P, while chicken manure and cow manure could replace 77.6% and 91.4%, respectively.

livestock manure; phosphorus; wheat yield; phosphorus uptake and utilization; relative substitution equivalents

2020-11-28；

2021-04-09

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0200402）

徐久凱，E-mail：xujiukai2008@163.com。通信作者趙秉強(qiáng)，Tel：010-82108658；E-mail：zhaobingqiang@caas.cn

（責(zé)任編輯 李云霞）