胡亞朋，崔政軍，高玉紅，吳兵，剡斌，王一帆，劉江娥，楊天慶，王海娣，馬興幫

（1. 甘肅省干旱生境作物學(xué)國家重點實驗室，甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

化肥對全球糧食生產(chǎn)具有舉足輕重的作用，而我國糧食作物增產(chǎn)的40%依賴于化肥［1］。然而過量施用化肥，不僅引起土壤理化性質(zhì)惡化，肥力降低，還加劇了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，造成環(huán)境污染和資源浪費，嚴重影響我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［2-4］。生物有機肥富含有益微生物，可促進土壤中養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，物質(zhì)傳遞等過程，有效提高肥料利用率，改善作物生長環(huán)境，進而提高作物產(chǎn)量［5］。在小麥［6］、玉米［7］、水稻［8］、馬鈴薯［9］等作物中研究發(fā)現(xiàn)，生物有機肥能有效促進作物生長，改善植株農(nóng)藝性狀，增加生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量。為響應(yīng)農(nóng)業(yè)部2015年提出的《到2020年化肥使用零增長行動方案》方針，有機肥替代部分化肥的施肥制度已逐漸成為我國農(nóng)業(yè)施肥的指導(dǎo)方針［10］。徐令旗等［11］研究指出，生物有機肥配施化肥可改善水稻群體質(zhì)量，促進葉和莖鞘的干物質(zhì)轉(zhuǎn)化，利于植株干物質(zhì)的積累。楊天慶等［12］研究發(fā)現(xiàn)，生物有機肥替代化肥顯著增加了胡麻各器官干物質(zhì)積累量、促進不同生育時期植株各器官干物質(zhì)量的合理分配，提高了胡麻籽粒產(chǎn)量。可見，生物有機肥替代化肥對作物的干物質(zhì)積累與分配具有一定程度的影響。

胡麻又稱油用亞麻，生育期短、適應(yīng)性廣，是我國北方地區(qū)主要的經(jīng)濟作物之一［13］。因其用途廣泛、品質(zhì)特殊，在油料作物和纖維作物中占有重要地位［14］。然而，我國胡麻單位面積產(chǎn)量遠低于世界發(fā)達國家的水平，嚴重制約著胡麻油產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和供給安全［15］。究其原因，氣候干旱和土壤貧瘠是限制其產(chǎn)量提高的首要因素，此外，大量施用化肥也是導(dǎo)致胡麻產(chǎn)量低而不穩(wěn)的因素之一［16］。利用生物有機肥改良土壤，增加作物產(chǎn)量，探索生物有機肥替代部分化肥的科學(xué)比例與用量，對于促進我國農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義［17］。不同作物對有機肥類型和數(shù)量的響應(yīng)不同，且有機肥在胡麻上的研究，多側(cè)重于有機肥對品質(zhì)的改善［18-20］，但不同生物有機肥配施化肥比例下胡麻干物質(zhì)積累動態(tài)及分配如何變化仍不清楚。因此，本研究通過田間試驗，探索兩種生物有機肥替代部分化肥對胡麻干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運及產(chǎn)量的影響，以期篩選出適宜胡麻生產(chǎn)的保質(zhì)增效的有機肥替代化肥比例，為旱地胡麻的高產(chǎn)栽培和高效施肥技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2016 年3 月～8 月在甘肅省蘭州市榆中縣良種繁殖場進行，試驗區(qū)地處N 32°11'～42°57'、E 92°13'～108°46'，年均氣溫為6.7 ℃，年平均降水量為351 mm，試驗土壤為沙壤土。胡麻播前0～20 cm土壤的基礎(chǔ)養(yǎng)分如下：土壤有機質(zhì)含量為14.56 g/kg，全 氮 為 1.10 g/kg、堿 解 氮 為59.01 mg/kg、全 磷 為 0.83 mg/kg、速 效 磷10.83 mg/kg、速效鉀117.67 mg/kg。

1.2 試驗材料與設(shè)計

試驗采用單因素完全隨機區(qū)組試驗設(shè)計，常規(guī)施 肥（其 中N 90 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 52.5 kg/hm2）表示為（CF），施用兩種生物有機肥：肉蛋白生物有機肥（M1）和爸愛我生物有機肥（M2）；兩種生物有機肥下設(shè)3種有機肥和化肥配施處理（以總氮含量相等為原則），分別為：70%CF+30%生物有機肥（30%M）、40%CF+60%生物有機肥（60%M）和10%CF+90%生物有機肥 （90%M），以不施肥（CK）為對照，共8 個處理。具體施肥狀況如表1所示。

表1 具體施肥情況Table 1 Specific fertilization situation （kg·hm-2）

肉蛋白生物有機肥（石家莊金太陽生物有機肥有限公司提供，總養(yǎng)分：N=3%，P2O5=2%，K2O=1%，有機質(zhì)≥30%，粗蛋白≥8%，氨基酸≥4%，中量元素鈣≥6%），爸愛我生物有機肥（江蘇新天地生物肥料工程中心有限公司生產(chǎn)，總養(yǎng)分：氮磷鉀≥6%，有機質(zhì)≤25%，水分≤30%）。有研究表明，與單施化肥相比，單施肉蛋白和爸愛我生物有機肥對胡麻具有一定的減產(chǎn)作用［20］，但也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，較低比例的肉蛋白生物有機肥配施化肥能顯著增加胡麻產(chǎn)量［12］。因此，本研究選用不同肉蛋白和爸愛我兩種生物有機肥與化肥配施比例，進一步研究其對胡麻干物質(zhì)積累及其產(chǎn)量的影響。

所有肥料播前一次性開溝施入。小區(qū)面積20 m2（4 m×5 m） ，重復(fù)3次。供試品種為張亞2號，種植密度為750 萬株/hm2，于2016 年3 月25 日開始播種，8月13日收獲。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 株高與莖粗的測定 分別在胡麻苗期、現(xiàn)蕾期、盛花期和成熟期用直尺測定子葉節(jié)到生長點的株高，用游標卡尺測其子葉下1 cm處的莖粗。

1.3.2 植株干物質(zhì)的測定 分別在胡麻苗期（5月13日）、現(xiàn)蕾期（6月2日）、盛花期（6月21日）、成熟期（8 月13 日）按5 點采樣法每小區(qū)取長勢基本一致的植株30 株，將植株莖稈、葉片、蒴果、籽粒各器官分開，在105 ℃殺青30 min，之后80 ℃下烘至恒質(zhì)量，分別測定植株地上部分各器官的干物質(zhì)質(zhì)量［21］。

各生育時期干物質(zhì)積累量=階段末干物質(zhì)積累量-階段初干物質(zhì)積累量［22］

各器官的干物質(zhì)分配比例（%）=各器官的干物質(zhì)積累量/植株地上部干物質(zhì)積累量×100%［23］

1.3.3 植株干物質(zhì)增長模型和相關(guān)計算公式 以Logistic 模型來模擬胡麻整個生育期干物質(zhì)積累過程，以出苗后天數(shù)為自變量（t），地上部干物質(zhì)積累量（g）為因變量（Y），方程表達為［24］：

式中：K為干物質(zhì)最大積累量上限，a和r為常數(shù)。

1.3.4 考種與測產(chǎn) 胡麻成熟期各小區(qū)采樣30株進行室內(nèi)考種，分別測定單株有效蒴果數(shù)、每果粒數(shù)和單株產(chǎn)量。收獲是按小區(qū)單打單收，曬干后稱取胡麻籽粒質(zhì)量，測得小區(qū)實際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2010整理，應(yīng)用SPSS 21.0進行統(tǒng)計分析與顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物有機肥替代部分化肥對胡麻株高和莖粗的影響

由圖1可知，不同施肥處理下胡麻全生育期株高和莖粗均呈增加的趨勢。其中株高在苗期和現(xiàn)蕾期均表現(xiàn)為CF 處理最高，盛花期和成熟期則表現(xiàn)為30%M1處理顯著高于其他處理，較CK和CF處理分別顯著高出12.04%、7.36%和5.44%、3.02%。莖粗除苗期外，不同施肥處理下胡麻全生育期莖粗總體表現(xiàn)為30%M2處理最高，較CK和CF處理顯著高出8.07%～20.15%和7.32%～10.55%。可見，化肥對胡麻現(xiàn)蕾期前株高和莖粗的促進作用高于有機肥，現(xiàn)蕾期之后有機肥的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)。

圖1 生物有機肥替代化肥對胡麻株高（A）和莖粗（B）的影響Figure 1 Effects of replacing partial chemical fertilizer with bio-organic fertilizer on plant height （A） and stem diameter （B） of flax

2.2 生物有機肥替代部分化肥對旱地胡麻干物質(zhì)積累及分配規(guī)律的影響

2.2.1 生物有機肥替代部分化肥對胡麻干物質(zhì)積累規(guī)律的影響 不同施肥處理下胡麻地上部分干物質(zhì)積累隨生育時期的總體變化趨勢基本相同，同一生育時期不同處理隨施肥不同而存在差異。苗期，CF處理干物質(zhì)積累量最高，生物有機肥替代部分化肥各處理間未出現(xiàn)顯著差異。從現(xiàn)蕾期開始，生物有機肥替代化肥較CK和CF處理干物質(zhì)積累量表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。現(xiàn)蕾期，生物有機肥替代部分化肥處理干物質(zhì)積累量均高于CK 和CF 處理。盛花期，30%M1處理最高，分別較其他處理顯著高出8.05%～46.86%，成熟期，干物質(zhì)積累量隨生物有機肥替代比例降低而升高，其中30%M1較CK和CF處理顯著高出41.74%和21.15%，30%M2較CK和CF處理顯著高出29.82%和10.96%（表2）。以上結(jié)果說明，常規(guī)施肥可增加胡麻生育前期干物質(zhì)積累量，而生育后期，30%生物有機肥替代化肥對促進胡麻干物質(zhì)積累效果顯著。

表2 生物有機肥替代化肥對胡麻干物質(zhì)積累規(guī)律的影響Table 2 Effects of replacing partial chemical fertilizer with bio?organic fertilizer on dry matter accumulation of flax （g·株-1）

2.2.2 生物有機肥替代部分化肥胡麻干物質(zhì)積累方程的擬合 以出苗后天數(shù)為自變量（t），地上部干物質(zhì)積累量為因變量（Y），對其進行Logistic方程擬合。結(jié)果表明，不同施肥處理下胡麻干物質(zhì)積累的模擬方程決定系數(shù)R2為0.995～0.999，擬合程度良好。由表3可見，生物有機肥替代化肥可提高胡麻干物質(zhì)的最大積累量，而各處理間因替代比例不同而異，其中30%M1和30%M2處理最高，較CF 分別提高17.87%和8.87%。30%M1與30%M2較CF 處理干物質(zhì)最大增長速率提高37.79%和18.07%。說明30%的生物有機肥替代化肥可明顯促進胡麻干物質(zhì)的積累。最大累積速率出現(xiàn)時期（tm）各處理間有所不同，總體表現(xiàn)為CF 處理維持時間最長，但積累速率較低。而生物有機肥配施化肥生物量快速積累期持續(xù)時間短，但最大積累速率高，且平均增長速率也最大，因此可以說明，生物有機肥替代化肥在胡麻全生育期維持了較高的干物質(zhì)增長速率，增大了胡麻地上干物質(zhì)積累量。

表3 不同處理下胡麻干物質(zhì)積累量累積的 Logistic 模型及其特征值Table 3 Logistic model of dry matter accumulation of Flax under different treatments and its characteristic values

2.2.3 生物有機肥替代部分化肥對胡麻干物質(zhì)分配規(guī)律的影響 由圖2 可知，胡麻全生育期植株干物質(zhì)在各器官中的分配比例受施肥狀況的影響。隨著胡麻生育進程的推進，莖的干物質(zhì)分配比例先升高后降低，葉逐漸降低，而花和蒴果逐漸增大，且30%生物有機肥替代部分化肥對胡麻成熟期蒴果干物質(zhì)的分配具有促進作用。莖稈的干物質(zhì)分配比例在盛花期達到最大，占干物質(zhì)總量的55.28%～60.09%，葉片的干物質(zhì)分配比例由苗期的66.13%～70.37%下降至盛花期的23.53%～29.63%，花和蒴果的干物質(zhì)分配比例由花期的14.69%～18.53%逐漸升至成熟期的58.99%～64.06%。就成熟期花果而言，干物質(zhì)分配比例由高到低順序依次為30%M2>30%M1>60%M1>90%M2>60%M2>CF>CK>90%M1，其中30%M2的分配比例較其他處理高出1.35%～8.60%。說明30%生物有機肥替代化肥對促進胡麻生育后期生殖器官干物質(zhì)的分配作用突出，是胡麻獲得高產(chǎn)的最佳施肥方式。

圖2 生物有機肥配施化肥對旱地胡麻干物質(zhì)分配規(guī)律的影響Figure 2 Effects of replacing partial chemical fertilizer with bio-organic fertilizer on dry matter distribution of flax in dryland

2.3 生物有機肥替代部分化肥對旱地胡麻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

生物有機肥替代化肥顯著影響胡麻籽粒產(chǎn)量及其單株有效蒴果數(shù)和果粒數(shù)，對分莖數(shù)和主莖分枝數(shù)無顯著影響。兩種肥料均表現(xiàn)為30%生物有機肥替代化肥增產(chǎn)效果最為顯著，且隨替代比例升高，胡麻籽粒產(chǎn)量降低，但均高于CK 和CF 處理（表4）。與CK和CF相比，生物有機肥替代部分化肥能夠顯著提高單株有效果數(shù)和每果粒數(shù)，其中30%M1處理提高效果尤為明顯，分別較CK、CF處理高13.69%、8.09% 和21.56%、13.63%。就籽粒產(chǎn)量而言，30%M1和30%M2處理最高，其中 30%M1較CK 和CF分別顯著增加40.32%和25.09%，30%M2較其分別顯著增加38.92%和23.84%。由此可知，30%生物有機肥替代化肥處理能夠顯著增加旱地胡麻籽粒產(chǎn)量，是試驗區(qū)比較合理的胡麻高產(chǎn)施肥方式。

表4 生物有機肥替代化肥處理下胡麻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子Table 4 Yield and component factors of flax treated with bio-organic replaces part of chemical fertilizer

2.4 胡麻干物質(zhì)積累與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的相關(guān)性分析

由表5可知，各生育時期干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系，除苗期呈顯著負相關(guān)關(guān)系外，其他各生育時期均呈正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性達到極顯著水平。由此可見，不同施肥處理下胡麻籽粒產(chǎn)量對現(xiàn)蕾期-成熟期干物質(zhì)積累具有一定程度的依賴性，要獲得較高的籽粒產(chǎn)量，可以考慮增加現(xiàn)蕾期-成熟期干物質(zhì)積累量。單株有效果數(shù)和果粒數(shù)與產(chǎn)量之間呈極顯著正相關(guān)，而籽粒產(chǎn)量與分莖數(shù)和主莖分枝數(shù)無顯著性相關(guān)關(guān)系。說明可通過優(yōu)化施肥方式協(xié)調(diào)同步提高胡麻單株有效果數(shù)和果粒數(shù)的正效應(yīng)來提高籽粒產(chǎn)量。

表5 生物有機肥替代化肥對旱地胡麻干物質(zhì)積累與單位面積產(chǎn)量的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of dry matter accumulation and yield per unit area of flax in dryland by applying bio?organic replaces part of chemical fertilizer

3 討論

3.1 生物有機肥替代部分化肥對旱地胡麻干物質(zhì)積累及分配規(guī)律的影響

干物質(zhì)生產(chǎn)是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，產(chǎn)量形成很大程度上取決于不同器官光合同化物積累、分配與轉(zhuǎn)運關(guān)系的協(xié)調(diào)［25］，因此，促進作物地上部干物質(zhì)積累量的增加，對作物產(chǎn)量的增加具有直接或間接的作用［26］。有機無機配合施用可通過影響作物對養(yǎng)分的吸收而改變作物生長發(fā)育狀況［27］。研究表明，與單施化肥相比，有無機肥配施能顯著提高作物的干物質(zhì)積累量［28］。陸強等［29］研究指出，有機肥配施無機肥促進了干物質(zhì)在作物后期的積累，并提高了干物質(zhì)在籽粒的分配比例。崔紅艷［30］研究發(fā)現(xiàn)，有機肥配施化肥能顯著增加胡麻花前干物質(zhì)的積累和花后干物質(zhì)向籽粒的分配，是胡麻獲得高產(chǎn)的主要原因。本研究表明，生物有機肥替代化肥顯著增加了現(xiàn)蕾期以后胡麻干物質(zhì)積累量，促進胡麻成熟期的籽粒干物質(zhì)分配比例，這主要是由于減量化肥配施有機肥能延緩作物營養(yǎng)器官的衰老，提高了生育后期光合產(chǎn)物的積累，進一步促進了營養(yǎng)器官中光合產(chǎn)物向生殖器官轉(zhuǎn)移，增加了籽粒中干物質(zhì)占比［31］。而苗期常規(guī)施肥干物質(zhì)積累量較高，這是因為化學(xué)肥料的肥效較快，而有機肥分解緩慢，雖然有機肥不能滿足作物生長前期對養(yǎng)分的需要但是其具有長效性，使作物在各個生育階段獲得穩(wěn)定均衡的養(yǎng)分，從而更好地促進作物生長［32］。干物質(zhì)積累量的多少取決于輸入量、速率和時間3個因素，協(xié)調(diào)好三者之間的關(guān)系有利于干物質(zhì)的積累，為作物的高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)［33］。有研究表明［34］，有機肥替代化肥處理能明顯增加作物干物質(zhì)的最大增長速率和干物質(zhì)快速積累期的干物質(zhì)平均增長速率，且隨有機肥使用量的增加呈單峰趨勢變化。本研究表明，30%生物有機肥替代化肥處理提高了胡麻地上干物質(zhì)最大積累速率和平均積累速率，增大了地上干物質(zhì)積累量，為胡麻后期的增產(chǎn)創(chuàng)造了基礎(chǔ)。

3.2 生物有機肥替代部分化肥對旱地胡麻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

有機無機肥配施能發(fā)揮肥料的交互作用，是培肥土壤地力、增加作物產(chǎn)量的最佳施肥措施［35］。研究表明，有機肥與化肥配施能夠有效提高糧食作物的產(chǎn)量［36-37］。本研究表明，生物有機肥替代化肥顯著影響胡麻籽粒產(chǎn)量，主要是因為生物有機肥替代化肥顯著增加了胡麻單株有效蒴果數(shù)和果粒數(shù)，這與楊天慶等［12］的研究結(jié)果一致。目前有關(guān)有機肥替代適宜比例的研究結(jié)果存在差異，如陶玥玥等［38］研究指出，與常規(guī)施肥相比，20%和40%有機肥替代化肥能顯著提高小麥產(chǎn)量，且產(chǎn)量隨有機肥替代比率繼續(xù)增加呈負相關(guān)關(guān)系。楊天慶等［12］認為，30%有機肥替代化肥顯著增加了胡麻籽粒產(chǎn)量。馬偉明等［39］研究表明，90%生物有機肥替代化肥可顯著提高胡麻產(chǎn)量，較常規(guī)施肥增產(chǎn)2%～3.5%。不同試驗結(jié)果存在差異的原因可能是有無機肥配施比例對作物的增產(chǎn)作用與土壤肥力狀況、氣候條件等因素有關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤肥力水平較低時，微生物的繁殖和生長會與作物競爭養(yǎng)分，影響作物對養(yǎng)分的吸收，有機肥代替比例過高反而會降低作物產(chǎn)量；土壤肥力水平較高時，提高有機肥替代比例會提高微生物活性，增加土壤肥力，進而促進作物增產(chǎn)［40］。本研究結(jié)果表明，30%生物有機肥替代化肥增產(chǎn)效果尤為顯著，且隨生物有機肥的替代比例增高胡麻籽粒產(chǎn)量降低，30%M1和30%M2較CK 和CF 分別顯著增加40.32%、25.09%和38.92%、23.84%。因此表明，胡麻播前土壤初始肥力水平較低，30%生物有機肥替代獲得了最大的產(chǎn)量效益。但有機肥替代化肥促進作物增產(chǎn)是土壤、氣候等多因素作用的綜合效應(yīng)，因此還需通過大量多年定位試驗來準確判定其增產(chǎn)機理。

4 結(jié)論

生物有機肥替代化肥顯著增加了現(xiàn)蕾期以后胡麻干物質(zhì)積累量，其中30%的肉蛋白或爸愛我生物有機肥替代化肥顯著提高了干物質(zhì)最大積累速率和平均積累速率，增加了成熟期的籽粒干物質(zhì)分配比例。生物有機肥替代化肥顯著增加胡麻單株有效蒴果數(shù)和果粒數(shù)，30%肉蛋白或爸愛我生物有機肥替代化肥增產(chǎn)效果尤為顯著。可見，30%生物有機肥替代化肥是試區(qū)及類似農(nóng)田生態(tài)類型環(huán)境下比較合理的生物有機肥替代化肥施肥方式。