賴(lài) 寧， 耿慶龍， 信會(huì)男， 李永福， 李 娜， 范貴強(qiáng)， 陳署晃

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，新疆烏魯木齊 830091； 2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)遙感中心，新疆烏魯木齊 830091；3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，新疆烏魯木齊 830091)

南疆是新疆維吾爾自治區(qū)重要的棉花優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)，種植面積大，長(zhǎng)期連作會(huì)導(dǎo)致連作障礙發(fā)生，對(duì)棉田生態(tài)環(huán)境造成一定負(fù)面影響[1]。棉花收獲后種植冬小麥?zhǔn)敲尢镏匾牡共绶绞?，由于南疆棉花?0月中下旬才收獲完畢，棉花茬小麥只能在10月下旬至11月上中旬播種，較適期播種(9月中下旬至10月上旬)晚近30 d。相關(guān)研究表明，超晚冬播小麥具有節(jié)水的優(yōu)點(diǎn)[2]，這對(duì)于緩解南疆水資源短缺具有重要意義，然而超晚播冬小麥易出現(xiàn)出苗率低而不穩(wěn)、苗弱、根系發(fā)育和分蘗差[3]，影響產(chǎn)量。采取一定的栽培措施，以彌補(bǔ)晚播對(duì)小麥個(gè)體、群體生長(zhǎng)的負(fù)面影響，對(duì)提高超晚播小麥產(chǎn)量，保障糧食安全具有重要意義。

有機(jī)肥替代部分化肥是化肥減量增效的主要手段之一，有機(jī)肥施入后，可以活化土壤養(yǎng)分[4-6]、改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[7]、提高養(yǎng)分供應(yīng)能力、培肥地力[6]。相關(guān)研究表明，有機(jī)肥替代化肥比例在20%～30%時(shí)，顯著提高了作物的生物量和產(chǎn)量，對(duì)促進(jìn)養(yǎng)分吸收利用、提高肥料利用效率和土壤肥力具有積極作用[8-11]。前人的研究主要集中在正常適期播種和雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，但針對(duì)超晚播，特別是新疆干旱區(qū)綠洲灌溉農(nóng)業(yè)下超晚播冬小麥有機(jī)肥替代部分化學(xué)氮肥的研究較少，成果未見(jiàn)報(bào)道。本研究通過(guò)設(shè)置不同有機(jī)肥替代部分化學(xué)氮肥比例田間小區(qū)試驗(yàn)，研究不同有機(jī)肥替代部分化學(xué)氮肥比例對(duì)南疆超晚播冬小麥產(chǎn)量、氮磷養(yǎng)分吸收利用及土壤肥力的影響，明確南疆超晚播冬小麥有機(jī)肥替代部分化學(xué)氮肥的適宜比例，以期為提高南疆超晚播冬小麥產(chǎn)量，保障糧食安全，實(shí)現(xiàn)化肥減量增效和提升耕地地力提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2020—2021年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院澤普縣小麥育種家基地(77°18′21″E，38°14′18″N)進(jìn)行，試驗(yàn)地四季分明，氣候干燥，日照時(shí)間長(zhǎng)，年平均降水量為49 mm，蒸發(fā)量為228 mm，無(wú)霜期214 d，年平均氣溫為11.4 ℃，屬典型的溫帶大陸性干旱氣候。試驗(yàn)地前茬為棉花，土壤類(lèi)型為潮土，0～20 cm土層土壤pH值為8.27，耕層鹽分含量為 1.46 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量為10.98 g/kg，全氮含量為 0.64 g/kg，速效磷含量為12.58 mg/kg，速效鉀含量為282 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

施肥水平為N 240 kg/hm2，P2O5138 kg/hm2，K2O 42 kg/hm2，試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理：?jiǎn)问┗?CF)、有機(jī)肥替代20%氮肥(NMF1)、有機(jī)肥替代40%氮肥(NMF2)、有機(jī)替代60%氮肥(NMF3)。每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)排列，小區(qū)面積為12 m×10 m=120 m2。氮肥為尿素，磷肥為重過(guò)磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀，有機(jī)肥為商品有機(jī)肥(N、P2O5、K2O比例為8 ∶1 ∶1，有機(jī)質(zhì)含量≥ 45%，由新疆慧爾農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn))。20%的氮肥、全部的磷肥和鉀肥作基肥施用(有機(jī)肥替代處理中全部的有機(jī)肥基施，基肥中磷肥和鉀肥用量需扣除有機(jī)肥中P2O5、K2O等養(yǎng)分)，剩余的氮肥作追肥隨水滴施，其中返青期、拔節(jié)期、孕穗期、揚(yáng)花期和灌漿期的施氮比例分別為20%、25%、15%、15%、5%。

供試冬小麥品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N新冬20號(hào)，播種量為375 kg/hm2，于2020年10月29日播種，于2021年6月19日收獲。全生育期總灌溉量為 4 050 m3/hm2，其中出苗水450 m3/hm2，冬灌 900 m3/hm2，返青期、拔節(jié)期、孕穗期、揚(yáng)花期、灌漿期和乳熟期各滴水1次，每次450 m3/hm2，滴灌帶布置為1管4行(4行小麥1條滴灌帶，行距為 15 cm)。其他管理與大田生產(chǎn)相同，無(wú)明顯病蟲(chóng)草害。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 植株測(cè)產(chǎn)取樣與測(cè)試分析 在小麥成熟期各試驗(yàn)小區(qū)取具有代表性2 m2(1 m×2 m)樣方測(cè)產(chǎn)，調(diào)查割方產(chǎn)量、地上部生物量、總莖數(shù)、有效穗數(shù)、千粒質(zhì)量、容重，最終產(chǎn)量按照籽粒標(biāo)準(zhǔn)含水量12.5%折算；同時(shí)取10株小麥植株樣品，按莖、葉、籽粒、穎殼分裝，帶回實(shí)驗(yàn)室放入烘箱中105 ℃殺青30 min，75 ℃烘24 h至恒質(zhì)量，測(cè)試分析全氮、全磷和全鉀含量。

植株全氮、全磷、全鉀含量分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.3.2 土壤取樣與測(cè)試分析 在小麥測(cè)產(chǎn)取樣的同時(shí)，進(jìn)行土壤取樣。取樣分3層：0～10、10～20、20～30 cm。剔除根系、殘膜、石塊等，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干后，研磨過(guò)篩，測(cè)試分析其有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量。

采用重鉻酸鉀外加熱氧化法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，采用凱氏蒸餾法測(cè)定全氮含量，采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮含量，采用鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷含量，采用火焰光度法測(cè)定速效鉀含量。

1.3.3 相關(guān)指標(biāo)計(jì)算 地上部氮(磷)素積累量=莖干物質(zhì)量×莖含氮(磷)量+葉干物質(zhì)量×葉含氮(磷)量+穎殼干物質(zhì)量×穎殼含氮(磷)量+籽粒干物質(zhì)量×籽粒含氮(磷)量；

氮(磷)肥偏生產(chǎn)力(PFPNP)=試驗(yàn)小區(qū)產(chǎn)量/施氮(磷)肥量×100%。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析 采用Microsoft Excel 2007和SPSS 20軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)替代對(duì)晚播冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表1可知，有機(jī)肥替代部分化學(xué)氮肥促進(jìn)了晚播冬小麥穗數(shù)的增加，有機(jī)肥替代處理穗數(shù)均高于單施化肥處理，其中NMF2處理顯著高于CF、NMF1、NMF3處理，CF、NMF1、NMF3處理間穗數(shù)差異不顯著，NMF1、NMF2、NMF3處理分別較CF處理增加2.90%、20.09%、6.98%；從穗粒數(shù)來(lái)看，隨著有機(jī)替代比例的增加，穗粒數(shù)呈減少趨勢(shì)，NMF1處理穗粒數(shù)最大，顯著高于NMF3處理，但與CF、NMF2處理差異不顯著，NMF1處理穗粒數(shù)較CF處理提高了4.87%；各處理間千粒質(zhì)量差異不顯著，NMF3處理最大，NMF1處理次之；從產(chǎn)量上看，隨著有機(jī)替代比例的增加，產(chǎn)量呈減少趨勢(shì)，NMF1處理最大，顯著高于其他處理，較CF處理增產(chǎn)6.54%；生物量也隨著有機(jī)替代比例的增加而降低，NMF1處理最大，顯著高于NMF3處理，與CF、NMF2處理差異不顯著，較CF處理生物量提高了7.21%。

表1 不同比例有機(jī)替代處理下小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.2 有機(jī)替代對(duì)晚播冬小麥氮磷養(yǎng)分吸收積累與分配的影響

由表2可知，有機(jī)肥替代部分化學(xué)氮肥有助于提高晚播冬小麥對(duì)氮素的吸收積累。從籽粒氮素積累量來(lái)看，有機(jī)替代處理高于單施化肥處理，NMF1處理最大，顯著高于CF處理，與NMF2、NMF3處理差異不顯著，NMF1處理籽粒氮素積累量較CF處理提高了11.57%。各處理間莖和葉氮素積累量差異不顯著，均以NMF1處理最大，莖和葉氮素積累量分別較CF處理提高了15.40%、12.14%。不同處理間超晚冬播小麥穎殼氮素積累量差異不顯著，表現(xiàn)為CF>NMF3>NMF1>NMF2處理。從總氮素積累量來(lái)看，有機(jī)替代處理高于單施化肥處理，NMF1處理最大，顯著高于CF處理，CF處理與NMF2、NMF3處理差異不顯著，NMF1處理總氮素積累量較CF處理提高了9.88%。

表2 不同比例有機(jī)替代處理下小麥成熟期各器官氮素吸收積累與分配

由表3可知，有機(jī)肥替代部分化學(xué)氮肥有助于提高晚播冬小麥對(duì)磷素的吸收積累。從籽粒磷素積累量來(lái)看，NMF1處理最大，NMF2處理次之，均顯著高于CF處理，但與NMF3處理差異不顯著，NMF1、NMF2處理籽粒磷素積累量分別較CF處理提高了33.80%、25.41%。從莖磷素積累量來(lái)看，NMF1處理最大，NMF2處理次之，均顯著高于CF處理，與NMF3處理差異不顯著，NMF1、NMF2處理莖磷素積累量分別較CF處理提高了130.62%、76.08%。各處理間葉和穎殼磷素積累量差異不顯著，NMF1處理最大，葉和穎殼磷素積累量分別較CF處理提高了40.60%和22.38%。從總磷素積累量來(lái)看，有機(jī)替代高于單施化肥處理，NMF1處理最大，NMF2處理次之，兩者均顯著高于CF處理，CF與NMF3處理差異不顯著，NMF1、NMF2處理的總磷素積累量分別較CF提高了37.91%、27.42%。

2.3 有機(jī)替代對(duì)晚播冬小麥氮磷利用效率的影響

由圖1可知，有機(jī)肥替代20%化學(xué)氮肥有助于提高超晚播冬小麥的氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)和磷肥偏生產(chǎn)力(PFPP)。從氮肥偏生產(chǎn)力來(lái)看，NMF1處理最大，顯著高于其他處理，CF與NMF2處理差異不顯著，但顯著高于NMF3處理， NMF1處理氮肥偏生產(chǎn)力較CF處理提高了6.54%。從磷肥偏生產(chǎn)力來(lái)看，NMF1處理最大，顯著高于NMF2、NMF3處理，與CF處理差異不顯著，NMF1處理磷肥偏生產(chǎn)力較CF處理提高了6.54%。

表3 不同比例有機(jī)替代處理下小麥成熟期各器官磷素積累與分配

2.4 有機(jī)替代對(duì)土壤肥力因素的影響

土壤肥力是影響作物產(chǎn)量的重要因素，衡量土壤肥力高低的指標(biāo)主要有土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量[12]。由表4可知，在0～10 cm土層中，NMF3處理土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，NMF1處理次之，NMF3處理顯著高于CF處理，與NMF1、NMF2處理差異不顯著，NMF1、NMF2、NMF3處理分別較CF處理提高了9.23%、8.55%、11.95%；各處理間0～10 cm土壤全氮、堿解氮和速效磷含量差異不顯著，均表現(xiàn)為NMF1處理最高，NMF2處理次之，CF處理最小，NMF1、NMF2、NMF3處理0～10 cm 土壤全氮含量分別較CF處理提高了15.15%、12.12%、9.09%，堿解氮含量分別較CF提高了21.69%、8.03%、1.94%，速效磷含量分別較CF提高了28.16%、16.69%、15.43%；各處理間 0～10 cm土壤速效鉀含量差異不顯著，CF處理最高，NMF1處理次之，NMF3處理最小，NMF1與CF處理土壤速效鉀含量相當(dāng)。

在10～20 cm土層，土壤有機(jī)質(zhì)含量以NMF3處理最高，NMF1處理次之，NMF3處理顯著高于CF處理，與NMF1、NMF2處理差異不顯著，NMF1、NMF2和NMF3處理分別較CF處理提高15.99%、12.90%、29.00%。各處理間10～20 cm土壤全氮含量差異不顯著，CF處理最高，NMF1處理次之，NMF2和NMF3處理最小。土壤堿解氮含量表現(xiàn)為CF>NMF1>NMF2>NMF3處理，CF處理顯著高于NMF3處理，但與NMF1、NMF2處理差異不顯著。各處理間10～20 cm土壤速效磷含量差異不顯著，NMF1處理最高，CF處理次之，NMF3處理最小，NMF1處理土壤速效磷處理較CF處理提高了6.11%。各處理間10～20 cm土壤速效鉀含量差異不顯著，表現(xiàn)為CF>NMF2>NMF1>NMF3處理。

在20～30 cm土層，土壤有機(jī)質(zhì)含量在各處理間差異不顯著，表現(xiàn)為NMF1>NMF3>CF>NMF2處理，NMF1、NMF3處理分別較CF處理提高7.24%和3.85%。各處理間20～30 cm土壤全氮含量差異不顯著，表現(xiàn)為CF>NMF1>NMF2>NMF3處理。各處理間20～30 cm土壤堿解氮含量表現(xiàn)為CF>NMF1>NMF3>NMF2處理，有機(jī)替代處理間差異不顯著，CF處理顯著高于NMF2、NMF3處理。各處理間20～30 cm土壤速效磷含量表現(xiàn)為NMF1>CF>NMF2>NMF3，CF與NMF1處理間差異不顯著，均顯著高于NMF2和NMF3處理。各處理間 20～30 cm土壤速效鉀含量表現(xiàn)為CF>NMF1>NMF2=NMF3，CF處理顯著高于有機(jī)替代處理，有機(jī)替代處理間差異不顯著。

3 討論與結(jié)論

有機(jī)肥與化肥配合施用可以改善土壤微生物的活性，改善土壤供應(yīng)，提高養(yǎng)分的釋放能力，為小麥等作物生長(zhǎng)提供良好的養(yǎng)分環(huán)境，可延緩葉片衰老，提高養(yǎng)分吸收利用，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效[13]。試驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)肥替代20%化肥氮肥時(shí)，較單施化肥，穗數(shù)增加了2.90%，穗粒數(shù)增加了4.87%，產(chǎn)量提高了6.54%，同時(shí)生物量提高了7.21%， 隨著替代比例的增加，穗粒數(shù)、產(chǎn)量和生物量呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，這與以往的研究結(jié)果基本一致，李永華等的研究表明，有機(jī)肥施入可延緩葉片衰老，延長(zhǎng)灌漿持續(xù)期，促進(jìn)小麥養(yǎng)分吸收利用，提高產(chǎn)量，當(dāng)有機(jī)替代比例為15%和30%時(shí)，小麥分別增產(chǎn)8%和5%[14]。

表4 不同處理超晚冬播小麥麥田土壤養(yǎng)分含量

申長(zhǎng)衛(wèi)等的研究表明，適宜的有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥比例，對(duì)提高小麥生育期的吸氮強(qiáng)度和籽粒中的氮素分配率，促進(jìn)對(duì)養(yǎng)分吸收利用具有積極作用，替代比例為20%較適宜[11]。本研究發(fā)現(xiàn)，與單施化肥相比，有機(jī)替代比例為20%時(shí)，超晚播冬小麥籽粒、莖、葉和地上部的氮磷積累量均高于單施化肥處理，這與前人的研究結(jié)果一致。籽粒、莖、葉、和地上部吸氮量分別較單施化肥提高11.57%、15.40%、12.14%和9.88%，籽粒、莖、葉、和地上部吸磷量分別較單施化肥提高33.80%、130.62%、40.60%和37.91%。

有機(jī)肥替代部分化學(xué)氮肥可以?xún)?yōu)化改善化肥管理，是提高肥料利用率的有效措施[15]。孟琳等的研究表明，與單施化肥相比，有機(jī)替代顯著提高了水稻對(duì)氮素的利用率和農(nóng)學(xué)效率[16]。魏文良等通過(guò)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)和文獻(xiàn)計(jì)量研究了有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)我國(guó)小麥、玉米、水稻產(chǎn)量、氮肥利用效率的影響，結(jié)果表明，有機(jī)替代相比單施化肥產(chǎn)量平均提高了18.2%，氮肥偏生產(chǎn)力提高了32.5%[17]。魯偉丹等的研究表明，與單施化肥相比，有機(jī)肥替代18%～24%化學(xué)氮肥提高了小麥氮磷肥料偏生產(chǎn)力[18]。本研究結(jié)果表明，有機(jī)替代比例為20%時(shí)，氮肥偏生產(chǎn)力和磷肥偏生產(chǎn)力分別較單施化肥提高了6.54%和7.21%，這與前人的研究結(jié)果基本一致。有機(jī)替代降低了土壤pH值，改善了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，活化了土壤養(yǎng)分，促進(jìn)了作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用[15，19]，進(jìn)而提高了肥料的利用效率。

有機(jī)肥施用對(duì)提高土壤肥力具有積極作用[20-24]。Yang等的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，與單施化肥相比，有機(jī)肥施用后，土壤全氮含量提高 46%～55%，且隨有機(jī)替代比例增加而增加[25]。季佳鵬等的研究表明，與單施化肥相比，有機(jī)肥替代20%化肥，0～20 cm土層土壤有機(jī)碳、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別提高了13.00%～15.20%、12.20%～18.50%、16.70%～34.20%、7.75%～18.50%[26]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與單施化肥相比，有機(jī)肥替代部分化學(xué)氮肥0～10 cm土層土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和速效磷含量都有不同程度的提高，有機(jī)質(zhì)含量提高了8.55%～11.95%，全氮含量提高了9.09%～15.15%，堿解氮含量提高了1.94%～21.69%，速效磷含量提高了15.43%～28.16%，這與季佳鵬等的結(jié)論基本一致。本試驗(yàn)中各處理間土壤速效鉀含量差異不顯著，這可能與研究區(qū)土壤速效鉀含量高及灌溉水為微咸水有關(guān)。

在本試驗(yàn)條件下，南疆超晚冬小麥有機(jī)肥替代部分化學(xué)氮肥適宜比例應(yīng)為20%，此條件下小麥產(chǎn)量提高了6.54%，生物量提高了7.21%，氮、磷吸收積累量分別提高9.88%、37.91%，氮、磷偏生產(chǎn)力均提高6.54%，同時(shí)0～10 cm土層土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和速效磷含量分別提高了9.23%、15.15%、21.69%和28.16%。