丁曉娟,顧進(jìn)初,徐素霞,袁嘉燴,高化平,趙海濤

(1.泗洪縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,江蘇宿遷 223951;2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(揚(yáng)州大學(xué)),江蘇揚(yáng)州 225127)

優(yōu)良的土壤理化性質(zhì)和均衡養(yǎng)分供應(yīng)是作物健壯生長(zhǎng)的保障,施用有機(jī)肥能平衡營(yíng)養(yǎng)分布,提升土壤綜合肥力,是改良土壤的重要手段之一[1]。施用有機(jī)肥也能緩解肥料不科學(xué)施用導(dǎo)致的土壤酸化、氮磷元素流失等問(wèn)題,還可提高土壤中有效養(yǎng)分含量,維持土壤養(yǎng)分的平衡。畜禽糞便是生產(chǎn)有機(jī)肥的主要原料,近年來(lái)國(guó)家重視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境,以畜禽糞便為原料生產(chǎn)有機(jī)肥在全國(guó)范圍內(nèi)得到快速推廣。有機(jī)肥的廣泛應(yīng)用是畜禽糞污肥料化的重要保障,是種植業(yè)和畜牧業(yè)良心互動(dòng)的核心,是鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的重大需求。受產(chǎn)投比和農(nóng)戶生產(chǎn)意識(shí)的限制,目前有機(jī)肥產(chǎn)品主要在瓜果、蔬菜等高附加值農(nóng)作物上應(yīng)用較多。有機(jī)肥料配合黃腐酸鉀施用,可以促進(jìn)葡萄幼樹(shù)生長(zhǎng),提升葡萄園土壤質(zhì)量[2]。雖然有機(jī)肥養(yǎng)分含量種類豐富,但養(yǎng)分總量低,需要與化學(xué)肥料配合使用才能達(dá)到較好的施肥效果。在菠菜種植過(guò)程中,有機(jī)肥等氮量替代化學(xué)氮肥的10%～25%是維持和提高其產(chǎn)量及氮利用效率的合理比例[3]。30%～50%有機(jī)養(yǎng)分替代在保證小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí),能有效降低麥田氮徑流流失量,是一種適宜的資源有效利用、節(jié)肥增效的有機(jī)養(yǎng)分替代模式[4]。磷是作物生長(zhǎng)發(fā)育需要的大量營(yíng)養(yǎng)元素,是穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要保障。為滿足作物對(duì)磷素的需求,大量的磷肥被施入土壤,導(dǎo)致土壤中磷素發(fā)生過(guò)度累積,從而可能會(huì)通過(guò)徑流和淋洗途徑引起環(huán)境污染。同等有機(jī)肥水平下,隨著磷肥用量增加磷肥利用率顯著降低,有機(jī)肥合理搭配化肥才能確保作物穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)提高肥料利用率[5]。因此,筆者以小麥為對(duì)象,探究有機(jī)肥部分替代化學(xué)磷肥對(duì)小麥生長(zhǎng)及土壤性狀的影響,旨在為有機(jī)肥的大面積使用提供基礎(chǔ)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料試驗(yàn)于2021年10月至2022年6月在江蘇省宿遷市泗洪縣石集鄉(xiāng)圩莊村農(nóng)業(yè)園區(qū)實(shí)施,該區(qū)域地塊平坦、齊整、肥力均勻,上茬作物為水稻。土壤為黏壤土,基本理化性質(zhì):全氮1.03 g/kg,有效磷107.9 mg/kg,速效鉀463.7 mg/kg,有機(jī)質(zhì)31.3 g/kg,pH 7.64。供試小麥品種為淮麥35;供試有機(jī)肥由泗洪某公司生產(chǎn),養(yǎng)分含量:有機(jī)質(zhì)3.13%,氮(N)1.61%,磷(P2O5)1.35%,鉀(K2O)1.57%;供試無(wú)機(jī)肥為尿素[CO(NH2)2, 46% N]、過(guò)磷酸鈣(CaP2H4O8,12% P2O5)和氯化鉀(KCl,60% K2O)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)4個(gè)不同基肥處理。常規(guī)施肥(F1:150.0 kg/hm2尿素,75.0 kg/hm2過(guò)磷酸鈣,49.5 kg/hm2氯化鉀),有機(jī)肥替代30%磷肥(F2:199.5 kg/hm2有機(jī)肥,150.0 kg/hm2尿素,52.5 kg/hm2過(guò)磷酸鈣,49.5 kg/hm2氯化鉀),有機(jī)肥替代60%磷肥(F3:400.5 kg/hm2有機(jī)肥,150.0 kg/hm2尿素,30.0 kg/hm2過(guò)磷酸鈣,49.5 kg/hm2氯化鉀),以不施用基肥(CK)為對(duì)照。每個(gè)處理重復(fù)3次,試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)20 m、寬4 m,隨機(jī)區(qū)組排列。小麥生長(zhǎng)過(guò)程中追施氮肥,氮肥基肥占55%,苗蘗肥占15%,拔節(jié)孕穗肥占30%。其他管理措施與一般大田相同。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法在小麥成熟期采集各小區(qū)0～20 cm土壤樣品,檢測(cè)土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀和容重等指標(biāo)。越冬期(1月25日)和拔節(jié)期(3月4日)測(cè)定小麥植株群體數(shù)量、葉片葉綠素含量、干物質(zhì)量等指標(biāo);成熟期(6月1日)采集地上部整株樣品,測(cè)定株高、穗長(zhǎng)、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量。土壤有機(jī)質(zhì)采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定,全氮采用凱氏定氮法測(cè)定,堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定,有效磷采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提、分光光度計(jì)法測(cè)定,速效鉀用1 mol/L乙酸銨浸提、火焰光度法測(cè)定,土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定[6]。采用人工定點(diǎn)計(jì)數(shù)法調(diào)查小麥群體數(shù)量, SPAD葉綠素儀測(cè)定葉片葉綠素含量,烘干稱重法測(cè)定干物質(zhì)含量,人工測(cè)量和計(jì)數(shù)法測(cè)定小麥植株重量和千粒重。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用 Microsoft Excel 2016軟件整理數(shù)據(jù)和繪圖,SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)據(jù)正態(tài)分布檢驗(yàn)和轉(zhuǎn)換采用夏皮洛-威爾克檢驗(yàn)法(Shapiro-Wilk法),數(shù)據(jù)分析采用單因素方差分析(One way ANOVA)模型檢驗(yàn),各處理間的差異顯著性使用新復(fù)極差法(Duncan)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥產(chǎn)量構(gòu)成特征施肥與有機(jī)肥替代化學(xué)磷肥明顯影響小麥產(chǎn)量構(gòu)成。由表1可知,F1小麥穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量顯著高于CK,F1和CK的穗粒數(shù)差異不顯著,施肥對(duì)小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成影響顯著。F2和F3的小麥穗數(shù)和產(chǎn)量顯著高于CK,F3的小麥千粒重顯著小于F1;各處理間的小麥穗粒數(shù)差異不顯著。由此可知,施肥能夠顯著增加小麥產(chǎn)量,有機(jī)肥替代30%～60%磷肥能夠?qū)崿F(xiàn)小麥穩(wěn)產(chǎn)。

表1 有機(jī)肥部分替代化學(xué)磷肥對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成的影響

2.2 土壤性質(zhì)特征施肥與有機(jī)肥替代化學(xué)磷肥明顯影響麥季土壤養(yǎng)分含量和性質(zhì)變化。由表2可知,F1麥季耕地土壤的全氮、全磷含量顯著高于CK,F1麥季耕地土壤的有效磷和速效鉀顯著低于CK,而F1和CK間的pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、容重和陽(yáng)離子交換量(CEC)差異不顯著。由此可見(jiàn),施肥有利于提升小麥?zhǔn)斋@后土壤中氮磷鉀全量,但降低了速效磷和速效鉀含量。F3的全氮、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀和CEC顯著高于F1;F2的有機(jī)質(zhì)、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀顯著高于F1;F2和F3的土壤容重顯著低于F1。由此可知,有機(jī)肥部分替代化學(xué)磷肥增加了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮、速效鉀和CEC,降低了土壤容重。

表2 有機(jī)肥部分替代化學(xué)磷肥對(duì)麥季土壤養(yǎng)分含量和性質(zhì)的影響

2.3 相關(guān)分析表3表明,土壤性質(zhì)和小麥產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)有明顯的相關(guān)性。小麥穗數(shù)和土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷呈顯著或極顯著正相關(guān);小麥穗粒數(shù)與土壤pH呈顯著正相關(guān),與土壤堿解氮、速效鉀和CEC呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān);小麥產(chǎn)量與土壤全氮、全磷呈極顯著正相關(guān)。

表3 土壤性質(zhì)與小麥產(chǎn)量構(gòu)成相關(guān)分析

3 討論

有機(jī)肥作為基肥、化肥作為追肥,能夠滿足小麥生長(zhǎng)后期對(duì)肥力的需求,整體并不影響小麥產(chǎn)量[7]。連續(xù)有機(jī)肥與化肥配合施用不但降低了化學(xué)肥料用量,而且還具有穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)以及提升土壤肥力的作用[8]。研究發(fā)現(xiàn),有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥配施能夠顯著增加冬小麥產(chǎn)量[9],8年定位試驗(yàn)表明,化肥配施有機(jī)肥對(duì)小麥產(chǎn)量的提升效果最為明顯。長(zhǎng)期堅(jiān)持化肥與有機(jī)肥配施不僅能夠顯著提高小麥產(chǎn)量,也能夠顯著提升與活化土壤有機(jī)質(zhì),改善土壤質(zhì)量[10]。研究表明,化肥減量配施糞肥可提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì),提升農(nóng)田水分利用效率和土壤有機(jī)質(zhì)含量[11]。施用有機(jī)肥對(duì)小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重影響大[12]。稻草還田條件下基肥有機(jī)替代提高小麥成穗率,對(duì)小麥株高、穗重、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重影響不大[13]。該研究發(fā)現(xiàn),施肥能夠增加小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo),提高小麥有效穗數(shù)是有機(jī)肥替代化學(xué)磷肥實(shí)現(xiàn)小麥穩(wěn)產(chǎn)的主要原因,該研究結(jié)果與前人研究結(jié)果一致[13]。

施用有機(jī)肥能夠明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀、微生物生物量等指標(biāo),施用不同量級(jí)的有機(jī)肥均會(huì)增加土壤的微生物碳和脲酶含量[12]。無(wú)機(jī)肥配施有機(jī)肥后,降低了土壤容重和飽和導(dǎo)水率,增加了>2 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量[9]。有機(jī)肥施用顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量,而土壤有效磷和速效鉀含量則無(wú)顯著差異[14]。施用有機(jī)肥顯著提高土壤有效磷、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量[15]。研究認(rèn)為,土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量隨有機(jī)肥替代量的增加而增加,但差異不顯著[16]。有機(jī)肥替代20%化肥能夠提高小麥產(chǎn)量,土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量及過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性[17]。該研究發(fā)現(xiàn),施肥有利于提升小麥?zhǔn)斋@后土壤中氮磷鉀全量,但降低了速效磷和速效鉀含量。有機(jī)肥替代化學(xué)磷肥增加了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮、速效鉀和CEC,降低了土壤容重。有機(jī)替代明顯改善了土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分供應(yīng)狀況。研究發(fā)現(xiàn),小麥產(chǎn)量與植株氮素總積累量、籽粒氮素積累量、小麥穗數(shù)呈極顯著正相關(guān),而穗數(shù)與土壤養(yǎng)分中的NH4+-N含量和NO3--N含量均呈極顯著正相關(guān)[15]。該研究表明,小麥穗數(shù)和土壤全氮、全磷呈極顯著正相關(guān),小麥穗粒數(shù)與土壤堿解氮和CEC呈顯著負(fù)相關(guān);小麥千粒重與土壤全鉀、速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)。小麥產(chǎn)量與土壤全氮、全磷的相關(guān)性達(dá)極顯著正水平,而土壤全氮、全磷與小麥穗數(shù)正相關(guān)性也達(dá)極顯著水平?？梢?jiàn),土壤氮磷供應(yīng)顯著影響小麥產(chǎn)量。

有機(jī)肥替代化肥需要在一定的比例范圍內(nèi)才能充分激發(fā)不同有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥的優(yōu)勢(shì),確保穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。有機(jī)肥氮替代化肥氮的比例為總施氮量20%時(shí),能顯著增加籽粒氮素積累量,提高小麥氮素利用效率和產(chǎn)量,實(shí)現(xiàn)豫北冬小麥穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)[15]。稻草還田條件下基肥有機(jī)肥替代25%無(wú)機(jī)氮肥可以實(shí)現(xiàn)小麥增產(chǎn)[13]。研究認(rèn)為,小麥產(chǎn)量隨著有機(jī)肥替代量的增加而下降,適宜替代量為10%～20%,替代50%導(dǎo)致減產(chǎn)[16]。有機(jī)肥替代20%化肥施用可最大程度地減少小麥產(chǎn)量[18]。該研究發(fā)現(xiàn),有機(jī)肥替代30%～60%磷肥能夠?qū)崿F(xiàn)小麥穩(wěn)產(chǎn),但無(wú)增產(chǎn)效應(yīng)。后續(xù)研究中需要降低有機(jī)替代比例,探究合適的增產(chǎn)替代量。

4 結(jié)論

施肥能夠增加小麥產(chǎn)量,改善產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)。有機(jī)肥替代化學(xué)磷肥明顯改善了土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分供應(yīng)狀況,增加了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮、速效鉀和CEC,降低了土壤容重。有機(jī)肥替代30%～60%磷肥可以實(shí)現(xiàn)小麥穩(wěn)產(chǎn),提高小麥有效穗數(shù)、增加土壤全氮和全磷含量是有機(jī)肥替代化學(xué)磷肥實(shí)現(xiàn)小麥穩(wěn)產(chǎn)的主要因素。