張永杰 韓 冰 張晨亮

（1.濮陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河南 濮陽(yáng) 457002；2.河北潤(rùn)農(nóng)欣生物科技有限公司，河北 石家莊 050600）

0 引言

小麥的產(chǎn)量、質(zhì)量與農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。科學(xué)施用化肥能在保障小麥穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)小麥增產(chǎn)，幫助農(nóng)戶增加經(jīng)濟(jì)效益［1-3］。但長(zhǎng)期大量使用化肥會(huì)導(dǎo)致種植地出現(xiàn)有機(jī)質(zhì)含量下降、土壤肥力下降、理化性質(zhì)惡化、土壤碳素消耗過(guò)大等問(wèn)題，加劇土壤環(huán)境惡化，使小麥產(chǎn)量與質(zhì)量無(wú)法達(dá)到預(yù)期要求。生物有機(jī)肥屬于新型綠色肥料。在合理施用和減少化學(xué)肥料施用量的前提下，科學(xué)施用生物有機(jī)肥能提高土壤肥力，保障小麥質(zhì)量、產(chǎn)量達(dá)到預(yù)期要求，同時(shí)可以改善土壤微生態(tài)環(huán)境，助力農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展［4-5］。因此，探討生物有機(jī)肥在冬小麥種植中的應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用效果，對(duì)促進(jìn)小麥高質(zhì)、高產(chǎn)有重要影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

為探討生物有機(jī)肥在冬小麥種植中的應(yīng)用效果，于2020年10月至2021年6月在河南省濮陽(yáng)縣進(jìn)行肥效生產(chǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)土壤為脫潮兩合土，土壤肥力中等。土壤有機(jī)質(zhì)含量13.8 g/kg、有效磷含量15.1 mg/kg、全氮含量0.99 g/kg、速效鉀含量118 mg/kg，pH值為8.2。

1.2 試驗(yàn)材料

供試作物為強(qiáng)筋小麥，品種為鄭麥369。冬小麥種植中施用化肥為氮磷鉀復(fù)合肥［m（N）∶m（P）∶m（K）=17∶17∶17］，生物有機(jī)肥為潤(rùn)農(nóng)欣牌生物有機(jī)肥（有效活菌數(shù)≥8億/g、有機(jī)質(zhì)含量≥60%）［6-8］。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探究生物有機(jī)肥在冬小麥種植中的施用效果，在濮陽(yáng)縣的4個(gè)村莊選定示范區(qū)與對(duì)照區(qū)（均為100 m2）進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)地安排及施肥方案詳見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地安排及肥料施用方案 kg

為探究化肥與生物有機(jī)肥不同配施方案對(duì)冬小麥種植的影響，在戶部寨鎮(zhèn)單寨村單獨(dú)劃分出1塊試驗(yàn)區(qū)，將試驗(yàn)區(qū)劃分為5塊均等試驗(yàn)地，每塊試驗(yàn)地面積為100 m2，不同試驗(yàn)地采用不同的化肥與生物有機(jī)肥施用方案。一是A1試驗(yàn)地，每667 m2僅施用40 kg生物有機(jī)肥。二是A2試驗(yàn)地，每667 m2施用36 kg復(fù)合肥和40 kg生物有機(jī)肥（復(fù)合肥施用量較施用標(biāo)準(zhǔn)減少了10%）。三是A3試驗(yàn)地，667 m2施用28 kg復(fù)合肥和40 kg生物有機(jī)肥（復(fù)合肥施用量較施用標(biāo)準(zhǔn)減少了30%）。四是A4試驗(yàn)地，667 m2施用20 kg復(fù)合肥和40 kg生物有機(jī)肥（復(fù)合肥施用量較施用標(biāo)準(zhǔn)減少了50%）。五是A5試驗(yàn)地，為對(duì)照試驗(yàn)地，667 m2施用40 kg氮磷鉀復(fù)合肥。通過(guò)5組試驗(yàn)對(duì)比，探討不同的有機(jī)肥+化肥施用量對(duì)冬小麥種植產(chǎn)生的影響［9-10］。

1.4 樣品采集

試驗(yàn)涉及小麥和土壤2種樣品采集。一是小麥樣品。為保證研究結(jié)果不受小麥樣品采集的影響，要求相關(guān)人員于收獲期進(jìn)行成熟小麥樣品的規(guī)范采集［11-12］。二是土壤樣品采集。以小麥?zhǔn)斋@期為基準(zhǔn)進(jìn)行土壤樣品的規(guī)范采集，并視情況借助五點(diǎn)取樣法提升樣品采集質(zhì)量，土壤采集深度控制在5～15 cm。利用冰袋，在4 ℃條件下保存采集到的部分新鮮土樣，并送至實(shí)驗(yàn)室對(duì)土壤微生物含量進(jìn)行測(cè)定；對(duì)另一部分土壤進(jìn)行自然風(fēng)干處理，進(jìn)行土壤酶活性的測(cè)定［13-14］。

1.5 測(cè)定方法

一是測(cè)定土壤酶活性。對(duì)土壤磷酸酶活性、纖維素酶活性利用試劑盒進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定方法為3，5-二硝基水楊酸比色法、磷酸苯二鈉水解比色法等。二是測(cè)定土壤可培微生物含量。對(duì)土壤中的放線菌、細(xì)菌、真菌等利用稀釋涂布平板法進(jìn)行數(shù)量測(cè)定，利用LB培養(yǎng)基進(jìn)行細(xì)菌測(cè)定，利用PDA+200 U/mL慶大霉素培養(yǎng)基進(jìn)行真菌測(cè)定，利用放線菌培養(yǎng)基（改良高氏1號(hào)）進(jìn)行放線菌測(cè)定。三是測(cè)定土壤微生物多樣性。對(duì)樣品多樣性與聚類(lèi)利用ILLumina MiseqTM進(jìn)行測(cè)定分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 施用生物有機(jī)肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響

由表2可知，與施用化肥相比，施用生物有機(jī)肥后，小麥產(chǎn)量明顯提升，最低增產(chǎn)率也超過(guò)了5%；相較于單獨(dú)施用復(fù)合肥，增施生物有機(jī)肥可促進(jìn)小麥穗數(shù)、千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)的明顯增高，對(duì)小麥高質(zhì)高產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有著重要作用。

表2 不同試驗(yàn)區(qū)冬小麥種植情況分析

2.2 化肥替代量對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響

由表3可知，A2產(chǎn)量為6 511.57 kg/hm2，A3產(chǎn)量為6 238.14 kg/hm2，A4產(chǎn)量為6 079.25 kg/hm2，比A1（5 952.68 kg/hm2）、A5（5 927.63 kg/hm2）產(chǎn)量明顯增高；A2、A3、A4穗數(shù)量明顯高于A1、A5，表明在試驗(yàn)地復(fù)合肥施用量減少10%～50%的同時(shí)增施適量生物有機(jī)肥能明顯增加冬小麥產(chǎn)量。

表3 戶部寨鎮(zhèn)單寨村不同化肥替代量對(duì)冬小麥生長(zhǎng)的影響

2.3 施用生物有機(jī)肥對(duì)冬小麥土壤酶活性的影響

2.3.1 土壤堿性磷酸酶活性。在土壤微生物、植物根系分泌物作用下形成的堿性磷酸酶可催化有機(jī)磷化合物進(jìn)行無(wú)機(jī)磷與醇的水解，豐富土壤磷素，土壤中的磷元素利用率與堿性磷酸酶活性密切相關(guān)［6］。如圖1所示，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)土壤堿性磷酸酶活性在不同施肥處理模式下存在差異，其范圍在16.5～18.6 U/g。與只施用復(fù)合肥的A5相比，合理施用生物有機(jī)肥能提升土壤堿性磷酸酶活性，其中A1土壤堿性磷酸酶活性為18.1 U/g，A2為18.2 U/g，A3為17.9 U/g，A4為17.8 U/g。對(duì)不同試驗(yàn)區(qū)土壤堿性磷酸酶活性進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn)，其他4個(gè)處理酶活性顯著高于A5，但A1、A2、A3、A4的土壤堿性磷酸酶活性無(wú)顯著差異，表明通過(guò)化肥減量施用或是僅施用生物有機(jī)肥，能有效提高土壤堿性磷酸酶活性，進(jìn)而提高磷肥利用率，發(fā)揮土壤磷元素的活化作用。

2.3.2 土壤纖維素酶活性。在碳素循環(huán)中，纖維素酶發(fā)揮著重要作用，可通過(guò)轉(zhuǎn)化與降解植株殘?bào)w，提供豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)［10］。在不同施肥模式下，不同試驗(yàn)地的土壤纖維素酶活性存在一定差異，從高至低排列分別為A2（66.43%）、A1（63.89%）、A3（58.32%）、A4（57.19%）、A5（51.35%）。這表明在冬小麥種植中合理施用生物有機(jī)肥能增強(qiáng)土壤纖維素酶活性，提高土壤肥力，為冬小麥生長(zhǎng)提供充足的營(yíng)養(yǎng)。

2.4 施用生物有機(jī)肥對(duì)冬小麥土壤微生物含量的影響

2.4.1 土壤可培養(yǎng)微生物。由表4可知，不同施肥模式下土壤可培養(yǎng)微生物總數(shù)存在一定差異，由高至低依次為A2、A3、A4、A1、A5，其中A2（復(fù)合肥減少10%+生物有機(jī)肥）土壤改善效果最佳。試驗(yàn)結(jié)果表明，在冬小麥種植中只施用復(fù)合肥或生物有機(jī)肥，不利于土壤微生物繁殖，只有科學(xué)合理施用有機(jī)肥+無(wú)機(jī)肥，才能通過(guò)促進(jìn)土壤中的微生物繁殖促進(jìn)冬小麥生長(zhǎng)。

表4 不同施肥模式下土壤微生物含量 CFU/g

對(duì)不同施肥模式下土壤微生物含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，除植物生長(zhǎng)、施肥管理等因素影響土壤微生物含量外，生物有機(jī)肥的施用及施用量也會(huì)對(duì)土壤微生物含量產(chǎn)生影響。結(jié)合冬小麥生長(zhǎng)需求合理施用生物有機(jī)肥，可調(diào)控土壤微生物含量，進(jìn)而為冬小麥營(yíng)造合適的生長(zhǎng)發(fā)育條件。

2.4.2 土壤細(xì)菌多樣性。多樣性指數(shù)可客觀體現(xiàn)物種的均勻度、豐富度，實(shí)現(xiàn)對(duì)群落多樣性統(tǒng)計(jì)量客觀、精準(zhǔn)地描述［13］。由表5可知，不同試驗(yàn)地Shannon指數(shù)由高至低依次為A1、A2、A3、A4、A5。試驗(yàn)表明，在施用生物有機(jī)肥的前提下，化肥減量有助于提高土壤微生物均勻度。不同施肥模式的ACE指數(shù)、Chao1指數(shù)在變化趨勢(shì)方面存在一致性，試驗(yàn)地以上2個(gè)指數(shù)由高至低排列分別為A2、A3、A4、A1、A5。這表明土壤微生物含量與生物有機(jī)肥施用量之間呈正相關(guān)，合理施用有機(jī)肥可以豐富土壤中的微生物，進(jìn)而促進(jìn)小麥的生長(zhǎng)發(fā)育。

表5 不同施肥模式下土壤微生物多樣性

3 結(jié)論與討論

3.1 產(chǎn)量分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，生物有機(jī)肥+復(fù)合肥施用模式下的冬小麥產(chǎn)量明顯高于純施復(fù)合肥或生物有機(jī)肥的小麥產(chǎn)量。這可能是因?yàn)樵诙←湻N植過(guò)程中，只施用有機(jī)肥或復(fù)合肥只能滿足小麥生長(zhǎng)前期的養(yǎng)分需求，但隨著冬小麥的不斷發(fā)育，其極易因肥力不足、營(yíng)養(yǎng)缺失、土壤養(yǎng)分不均衡而影響質(zhì)量與產(chǎn)量?；诖?，濮陽(yáng)縣冬小麥種植戶在施用肥料時(shí)需要結(jié)合實(shí)際種植情況，每667 m2施用復(fù)合肥36 kg、生物有機(jī)肥40 kg，以保障冬小麥健康生長(zhǎng)。

3.2 生物有機(jī)肥的作用

一是在冬小麥生長(zhǎng)過(guò)程中合理施用生物有機(jī)肥，能改善土壤理化性質(zhì)、豐富土壤有機(jī)質(zhì)含量、分解礦物質(zhì)，促進(jìn)冬小麥健康生長(zhǎng)，降低冬小麥病蟲(chóng)害的發(fā)生率。二是生物有機(jī)肥與多種土壤酶活性密切相關(guān)。在冬小麥生長(zhǎng)中，土壤中的養(yǎng)分含量受堿性磷酸酶、纖維素酶的直接影響。而生物有機(jī)肥中富含有機(jī)質(zhì)和微生物，可提高土壤堿性磷酸酶、纖維素酶活性，進(jìn)而提高土壤肥力，滿足冬小麥不同生長(zhǎng)階段的營(yíng)養(yǎng)需求。所以，在冬小麥種植期間可通過(guò)科學(xué)調(diào)控復(fù)合肥與生物有機(jī)肥的施用量或單施生物有機(jī)肥提高土壤的酶活性，保障土壤酶活性處于最優(yōu)狀態(tài)。三是生物有機(jī)肥在改變土壤微生物群落方面發(fā)揮著重要作用。生態(tài)系統(tǒng)功能與土壤微生物群落數(shù)量、活性等直接相關(guān)，有機(jī)質(zhì)、氮素則是影響微生物群落生成與發(fā)展的關(guān)鍵因素。在冬小麥種植過(guò)程中，種植戶可通過(guò)單施生物有機(jī)肥或有機(jī)肥+復(fù)合肥協(xié)調(diào)施用的方法增加土壤微生物含量和有機(jī)質(zhì)含量，優(yōu)化土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善土壤理化性質(zhì)，為冬小麥高質(zhì)、高產(chǎn)種植提供良好的土壤養(yǎng)分基礎(chǔ)。