張富源，葉 赟，王 麗，朱 榮，劉子君，穆 靜，齊永波，章力干

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點實驗室，合肥 230036)

肥料對種植業(yè)起著至關(guān)重要的作用，化肥投入是糧食增產(chǎn)的主要手段，有關(guān)數(shù)據(jù)表明化肥對糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率高達(dá)40%[1]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥的過量施用和養(yǎng)分不平衡投入，導(dǎo)致我國化肥實際利用率偏低（我國的化肥利用率平均僅33%[2]）。化肥的利用率低不僅造成資源浪費，還帶來了一系列的耕地質(zhì)量退化和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題[3]?；实臏p量施用和平衡施肥是當(dāng)前農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展面臨的重要課題[4]，目前化肥減量的重要技術(shù)手段之一就是肥料增效減量，通過添加新型增效載體而生產(chǎn)的新型增效肥料也應(yīng)運而生。利用腐殖酸、氨基酸、海藻酸等增效載體添加生產(chǎn)的增效肥料最受業(yè)界關(guān)注[5-7]，是近年來投入成本低、技術(shù)工藝簡單、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的新型肥料，有關(guān)腐殖酸、氨基酸、海藻酸增值復(fù)合肥對作物的生長、產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素吸收利用等方面的影響已有較多研究[8-10]，結(jié)果表明新型增效復(fù)合肥均能不同程度地促進(jìn)水稻、棉花、馬鈴薯、玉米等作物的生長發(fā)育、提高作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和促進(jìn)氮素吸收利用[11-14]。本研究從新型增效復(fù)合肥減氮施肥入手，探究3 種新型增效復(fù)合肥對安徽砂姜黑土小麥-玉米輪作體系的籽粒產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率的影響，為增效復(fù)合肥效應(yīng)評價和合理施用提供理論依據(jù)，也為小麥-玉米輪作制化肥減量和豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供技術(shù)和產(chǎn)品支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況和試驗設(shè)計

試驗位于安徽省亳州市渦陽縣城東鎮(zhèn)郭寨村民組（33°27′ N，115°53′ E），試驗地屬于溫暖帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。年均氣溫在14.4℃左右，年均降水量830 mm 左右，無霜期218 d。主要種植方式為麥-玉輪作。供試土壤類型為砂姜黑土，播前土壤基本理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)含量25.90 g·kg-1，全氮1.47g·kg-1，速效磷 26.10 mg·kg-1，速效鉀 210 mg·kg-1，pH 6.67（土∶水 = 1∶2.5）。

田間試驗時間為2017 年10 月至2020 年6 月，種植體系為冬小麥和夏玉米一年兩熟輪作，供試冬小麥品種為豐德純麥1 號，夏玉米品種為華皖267。冬小麥于每年10 月播種，次年6 月收獲，夏玉米于6 月播種，當(dāng)年10 月收獲。

試驗共設(shè)9 個處理：（1）空白處理（CK）；（2）常規(guī)復(fù)合肥（CF）；（3）腐殖酸增效復(fù)合肥（HF）；（4）氨基酸增效復(fù)合肥（AF）；（5）海藻酸增效復(fù)合肥（SF）；（6）常規(guī)復(fù)合肥減氮20%（CR）；（7）腐殖酸增效復(fù)合肥減氮20%（HR）；（8）氨基酸增效復(fù)合肥減氮20%（AR）；（9）海藻酸增效復(fù)合肥減氮20%（SR）。每個處理3 次重復(fù)，田間隨機(jī)排列，小區(qū)面積28 m2（長7 m×寬4 m）。試驗中氮肥施用量均以純N 計：冬小麥CF 處理施氮量為225 kg·hm-2，處理HF、AF、SF 施氮量與CF 處理一致；CR 處理施氮量為180 kg·hm-2，處理HR、AR、SR施氮量與CR 處理一致，氮素按基肥∶拔節(jié)肥按6∶4 施用，除CK 外，各處理磷肥和鉀肥施用量相同，并作為基肥一次性施用；夏玉米CF 處理施氮量為300 kg·hm-2，處理HF、AF、SF 施氮量與CF 處理一致；CR 處理施氮量為240 kg·hm-2，處理HR、AR、SR 施氮量與CR 處理一致，氮素按基肥∶大喇叭口期肥按7∶3 施用，除CK 外，各處理磷肥和鉀肥施用量相同，并作為基肥一次性施用。施肥時因各種肥料帶入的氮素、磷素和鉀素含量不同，故用尿素、普通過磷酸鈣和氯化鉀調(diào)配等養(yǎng)分，不同處理肥料用量見表1。

表1 不同處理肥料用量Table 1 Different fertilizer dosages (kg·hm-2)

供試肥料：小麥季腐植酸復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=18-16-10，腐植酸添加量0.5%）、氨基酸復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=26-12-10，氨基酸添加量0.5%）、海藻酸復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=22-10-10，海藻酸添加量0.5%）；玉米季腐植酸復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=26-6-8，腐植酸添加量0.5%）、氨基酸復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=24-5-8，氨基酸添加量0.5%）、海藻酸復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=28-6-8，海藻酸添加量0.5%）。3 種復(fù)合肥都是通過向普通肥料中添加天然活性物質(zhì)腐植酸、氨基酸、海藻酸等，經(jīng)過熔融或混合造粒而生產(chǎn)，分別由山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司、深圳芭田生態(tài)工程股份有限公司和江西開門子肥業(yè)集團(tuán)有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 樣品獲取干物質(zhì)累積量 每年小麥成熟期隨機(jī)取10 株植株，玉米成熟期隨機(jī)取5 株植株，測量干物質(zhì)量。將成熟小麥和玉米按籽粒和莖葉兩部分器官分樣，置于烘箱 105 ℃殺青 15 min，然后轉(zhuǎn)至 65 ℃ 烘箱烘干至恒重，其后稱重磨細(xì)，用于植株氮素、磷素和鉀素含量的測定。

1.2.2 測定項目 植株全氮、磷、鉀參照中國農(nóng)業(yè)出版社第三版《土壤農(nóng)化分析方法》[15-16]進(jìn)行測定。

1.2.3 相關(guān)指標(biāo)計算公式[17-18]植株氮素總積累

量/（kg·hm-2）= Σ 植株各器官干重 × 氮含量

植株磷素總積累量/（kg·hm-2）=Σ 植株各器官干重×磷含量

植株鉀素總積累量/（kg·hm-2）=Σ 植株各器官干重 × 鉀含量

氮肥吸收利用率/% =植株氮素總積累量/施氮肥量×100

磷肥吸收利用率/%=植株磷素總積累量/施磷肥量×100（按P2O5折算）

鉀肥吸收利用率/%=植株鉀素總積累量/施鉀肥量×100（按K2O 折算）

肥料農(nóng)學(xué)效率/（kg·kg-1）=（施肥小區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施肥小區(qū)籽粒產(chǎn)量）/施肥量

肥料偏生產(chǎn)力/（kg·kg-1）= 施肥作物產(chǎn)量/施肥量

1.2.4 計產(chǎn)與考種[18]每年小麥成熟期調(diào)查各處理穗數(shù)，成熟時各小區(qū)收割2 m2（1 m × 2 m）, 脫粒曬干，折算成實際產(chǎn)量（kg·hm-2），同時每小區(qū)取10株代表性植株進(jìn)行室內(nèi)考種，調(diào)查穗部性狀, 并測定其每穗粒數(shù)和粒重。夏玉米每小區(qū)收30 株折算實際產(chǎn)量。同時每小區(qū)取5 株，用以考察產(chǎn)量構(gòu)成。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計 試驗數(shù)據(jù)處理及分析分別采用Microsoft Excel 2016 和SPSS Statistics 19（Duncan’s 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，顯著性檢驗水平為0.05）完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對安徽砂姜黑土小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表 2 可見，不減氮的AF 處理小麥平均產(chǎn)量最高，其次是SF 和HF 處理，分別較CF 處理增產(chǎn)22.70%、21. 10%和20.30%，但AF、SF 和HF 處理間小麥產(chǎn)量在統(tǒng)計上無顯著差異；氮肥減施的AR 處理小麥平均產(chǎn)量最高，2018 年最高達(dá)9 000.90 kg·h-2，2017、2019 年與HR 和SR 處理間無顯著差異，AR、HR 和SR 處理較CR 處理增產(chǎn)顯著，較CR 處理平均增產(chǎn)17.60%，3 種增效復(fù)合肥減氮處理較增效復(fù)合肥不減氮處理產(chǎn)量減低，平均降低了5.30%。從表3 小麥考種結(jié)果看，增效復(fù)合肥對小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素影響明顯，主要影響小麥穗粒數(shù)。2017、2018 年AF、SF 和HF 處理小麥穗粒數(shù)顯著高于CF 處理，分別較 CF 處理增加 23.10%、29.60%和20.60%，2019 年AF、SF 和HF 處理小麥穗數(shù)顯著高于CF 處理，分別較CF 增加 4.40%、3.70%和6.10%，4 個處理間小麥千粒重?zé)o顯著差異，SF 處理小麥平均千粒重最低。3 種增效肥減氮處理與CF 處理小麥千粒重間無顯著差異，但AR 處理的穗粒數(shù)顯著高于CR 處理。

表2 不同處理冬小麥產(chǎn)量Table 2 Yields of winter wheat under different treatments (kg·hm-2)

表3 不同處理冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 3 Yield components of winter wheat under different treatments

2.2 不同施肥處理對安徽砂姜黑土玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表4 可以看出，不同施肥處理產(chǎn)量差異明顯。在不減氮處理中SF處理產(chǎn)量最高，其次是HF處理，分別較CF 處理增產(chǎn)4.90%和2.30%，SF 和HF 處理間無顯著差異；減氮處理中HR、AR 和SR 處理間產(chǎn)量無顯著差異，較CR 處理平均增產(chǎn)5.90%，較CF 處理平均減產(chǎn)5.20%，較HF、AF 和SF 處理、平均減產(chǎn)7.90%。從玉米產(chǎn)量構(gòu)成結(jié)果看(表5)，施肥較對照明顯增加玉米穗粒數(shù)和千粒重，施肥處理間效應(yīng)差異較大，其中SF 處理在玉米穗粒數(shù)和千粒重上效果相對CF 處理大多年份有明顯增加，但HF 和AF 處理間玉米穗粒數(shù)和千粒重?zé)o顯著差異。減氮施肥各處理間除2018 年外，穗粒數(shù)和千粒重均無顯著差異。

表4 不同處理夏玉米產(chǎn)量Table 4 Yields of summer maize under different treatments (kg·hm-2)

表5 不同處理夏玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 5 Yield components of summer maize under different treatments

2.3 不同施肥處理對安徽砂姜黑土麥玉周年影響

由表6 可知，不減氮處理中，HF、AF 和SF 處理較CF 處理增產(chǎn)顯著，其中2019 年HF 處理產(chǎn)量最高達(dá)19 014.30 kg·hm-2，CK 處理產(chǎn)量逐年遞減，3 種增效復(fù)合肥處理產(chǎn)量逐年遞增；縱觀3 個年份的周年產(chǎn)量，SF 處理增產(chǎn)效果較為穩(wěn)定。減氮處理中，HR、AR 和SR 處理2017、2018 年較CF 處理增產(chǎn)顯著，2019 年較CF 處理平均減產(chǎn)9.80%；HR、AR 和SR 處理較CR 處理平均增產(chǎn)14.70%，較增效肥不減氮處理平均減產(chǎn)11.90%。

表6 不同處理周年產(chǎn)量Table 6 Annual yields under different treatments (kg·hm-2)

2.4 不同施肥處理對安徽砂姜黑土麥玉養(yǎng)分吸收利用率的影響

由表7 可知，HF、AF 和SF 處理的小麥氮、磷和鉀肥的利用率均值分別達(dá)到41.84%、24.48%和49.68%，較CF 處理分別提高了10.12%、3.49%和17.36%，其中SF 處理的磷肥和鉀肥利用率最高分別達(dá)到28.62%和56.48%，AF 處理氮肥利用率最高達(dá)50.23%，3 種增效復(fù)合肥較CF 處理氮、磷和鉀肥的利用率差異顯著；減氮20%后，施用3 種增效復(fù)合肥處理對小麥的養(yǎng)分吸收利用均有不同程度的促進(jìn)作用，與CR 處理相比，氮、磷和鉀肥的吸收利用率分別提高了11.37%、2.03%和10.43%。由表8 可知，CF 處理的玉米氮、磷和鉀的平均吸收利用率分別達(dá)到28.85%、21.27%和36.43%，HF、AF和SF 處理的玉米氮、磷和鉀平均吸收利用率較CF處理分別提高了13.40%、3.90%和4.76%，其中，以SF 處理養(yǎng)分吸收效果最好，氮、磷和鉀吸收利用率分別達(dá)到了43.32%、26.23%和42.39%；減氮20%后，施用3 種增效復(fù)合肥處理較CR 處理相比，氮、磷和鉀肥的吸收利用率分別提高了4.87%、4.71%和9.03%。

表7 不同處理小麥養(yǎng)分利用率Table 7 Nutrient availability of wheat under different treatments

表8 不同處理玉米養(yǎng)分利用率Table 8 Nutrient utilization rates of maize under different treatments

2.5 不同施肥處理對肥料利用率的影響

由表9 可知，HF、AF 和SF 處理小麥季肥料的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力較CF 處理也分別平均提高了3.19 和3.17 kg·kg-1，減氮20%后，施用3 種增效復(fù)合肥處理肥料的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力較CR 處理也均提高明顯，其中，AR 處理的肥料農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力較CR 處理分別平均提高了3.72 和3.77 kg·kg-1；CF 處理玉米季肥料的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力也平均達(dá)到了6.93 和22.43 kg·kg-1，HF、AF 和SF處理玉米季肥料的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力較CF 處理也平均提高了0.97 和0.66 kg·kg-1，其中，SF 處理農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力較CF 處理分別提高了24.10%和4.90%。減氮20%后，施用3 種增效復(fù)合肥處理肥料的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力較CR 處理也均提高明顯，但總體上較不減氮的3 種增效復(fù)合肥處理有所降低。

表9 不同處理肥料利用率Table 9 Fertilizer utilization rate of different treatments kg·kg-1

3 討論與結(jié)論

合理施肥及減肥，提高作物養(yǎng)分利用率和肥料效率對糧食生產(chǎn)安全和環(huán)境保護(hù)意義重大，而在肥料中氮素對作物產(chǎn)量影響最直接和明顯[19-21]。

產(chǎn)量是評價施肥是否合理的重要依據(jù)之一，前人研究結(jié)果證實增效復(fù)合肥較普通肥料能明顯提高小麥、玉米產(chǎn)量[22-27]，本試驗進(jìn)一步深入探究了3 種增效復(fù)合肥減氮20%對小麥-玉米輪作體系產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成、養(yǎng)分利用率和肥料效率的影響。結(jié)果表明：不減氮處理小麥和玉米3 年的平均產(chǎn)量分別為AF＞SF＞HF＞CF、SF＞HF＞AF＞CF；減氮處理小麥和玉米3 年的平均產(chǎn)量AR＞SR＞HR＞CR、HR＞SR＞ AR＞CR；周年平均產(chǎn)量SF＞AF＞HF＞AR＞SR＞HR＞ CF＞CR。等養(yǎng)分條件下，增效復(fù)合肥增產(chǎn)明顯，較CR 處理周年產(chǎn)量增加10.40%，其中小麥季AF 增產(chǎn)效果最為明顯，增效復(fù)合肥處理較CF 處理小麥平均增產(chǎn)22.70%，AR 處理小麥2018 年最高產(chǎn)量達(dá) 9 000.90 kg·hm-2，表現(xiàn)為減肥增產(chǎn)，與武金果[28]研究結(jié)果相一致；夏玉米季增效復(fù)合肥表現(xiàn)出同樣的等養(yǎng)分增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)特征，其中海藻酸增效復(fù)合肥表現(xiàn)最明顯，SF 處理較CF 處理增產(chǎn)4.90%，SR 處理較 CR 增產(chǎn)5.90%，與袁亮等[10]、李志堅等[29]研究結(jié)果相同。

增效復(fù)合肥減氮較不減氮施肥減產(chǎn)明顯，本研究中增效肥減氮處理較不減氮處理小麥玉米周年產(chǎn)量降幅達(dá)6.37%；與常規(guī)復(fù)合肥不減氮處理(CF)比較，增效復(fù)合肥小麥季和玉米季表現(xiàn)出不同效應(yīng)，小麥季增效肥減肥增產(chǎn)，平均增產(chǎn)達(dá)14.97%，而玉米季則表現(xiàn)為減肥減產(chǎn)，減幅達(dá)3.98%，周年產(chǎn)量則表現(xiàn)為小幅增產(chǎn)3.50%。本研究中，玉米季腐殖酸減氮20%較常規(guī)施氮復(fù)合肥處理(CF)產(chǎn)量下降5.20%，與李歡等[30]腐殖酸液肥減氮20%與常規(guī)施氮玉米產(chǎn)量無顯著差異的研究結(jié)果不一致，可能與腐殖酸液肥和顆粒肥在養(yǎng)分吸收和轉(zhuǎn)化過程上不同有關(guān)。有關(guān)增效復(fù)合肥種類在不同作物上的效應(yīng)差異機(jī)制需要進(jìn)一步深入研究。

另外，連續(xù)3 年的麥玉輪作試驗結(jié)果顯示作物產(chǎn)量趨勢表現(xiàn)一致，和常規(guī)復(fù)合肥比較，增效復(fù)合肥減氮試驗的持續(xù)進(jìn)行未表現(xiàn)出明顯的作物減產(chǎn)趨勢。由此可見，在砂姜黑土麥-玉輪作體系采取增效復(fù)合肥減氮施用模式，可以保障作物持續(xù)豐產(chǎn)。有關(guān)減肥模式下的土壤—作物體系的養(yǎng)分平衡和土壤肥力的演變規(guī)律有待長期定位試驗監(jiān)測。

產(chǎn)量由產(chǎn)量構(gòu)成因子共同決定，增效復(fù)合肥通過影響產(chǎn)量構(gòu)成因子提高產(chǎn)量，施用增效復(fù)合肥的處理小麥穗粒數(shù)較CF 處理平均增加19.30%，施用增效復(fù)合肥的處理玉米穗粒數(shù)較CF 處理平均增加5.80%，增效復(fù)合肥減氮處理較不減氮處理小麥、玉米穗粒數(shù)分別下降3.40%和2.60%，其中SF 處理影響小麥穗粒數(shù)效果最為突出，較 CF 增產(chǎn)達(dá)22.10%。SR 處理較CF 處理增產(chǎn)12.80%。李金鑫等[31]研究發(fā)現(xiàn)海藻酸主要通過增加小麥穗數(shù)和粒重實現(xiàn)增產(chǎn)。

養(yǎng)分效率是影響小麥、玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子的主要因素，小麥季增效復(fù)合肥不減氮的處理氮、磷和鉀肥利用率較CF 處理平均提高了10.32%，增效復(fù)合肥減氮處理氮、磷和鉀肥吸收利用率與CR 處理相比平均提高了7.94%，HF、AF 和SF 處理小麥季肥料的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力較CF 處理分別提高了3.19、3.17 kg ·kg-1，減氮20%后，施用3 種增效復(fù)合肥的處理肥料農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力較CR 處理均明顯提高。與李歡等[30]、李金鑫等[31]的研究結(jié)果一致；玉米季增效復(fù)合肥不減氮的處理氮、磷和鉀肥吸收利用率較CF 處理平均提高了7.35%，HF、AF和SF 處理玉米季肥料的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力較CF處理分別提高了0.97 和0.66 kg·kg-1，與周勇明[32]、計小江等[33]研究結(jié)果相一致，減氮20%后，施用3種增效復(fù)合肥的處理較CR 處理氮、磷和鉀肥吸收利用率分別提高了4.87%、4.71%和9.03%與李歡等[30]、李金鑫等[31]研究結(jié)果基本吻合。連續(xù)3 年的增效復(fù)合肥減氮施用田間試驗表明，腐殖酸、氨基酸和海藻酸增效復(fù)合肥均能明顯提高小麥、玉米的穗粒數(shù)、養(yǎng)分利用率和肥料效率，從而提高作物產(chǎn)量。等養(yǎng)分投入時，增效復(fù)合肥均明顯增產(chǎn)；減氮施肥時，常規(guī)復(fù)合肥小麥、玉米和周年產(chǎn)量均明顯下降，而增效復(fù)合肥減肥較普通復(fù)合肥表現(xiàn)為小麥明顯增產(chǎn)，玉米小幅減產(chǎn)，周年產(chǎn)量小幅增產(chǎn)趨勢；減肥條件下，氮磷鉀肥利用率提升明顯；增效復(fù)合肥減氮施用較增效復(fù)合肥不減氮處理表現(xiàn)為明顯減產(chǎn)。綜合考慮產(chǎn)量和養(yǎng)分效率，增效復(fù)合肥減氮施用是經(jīng)濟(jì)可行的減肥增效技術(shù)路徑。