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)測與評價重點實驗室(揚州大學(xué)),江蘇揚州 225127)

優(yōu)良的土壤理化性質(zhì)和均衡養(yǎng)分供應(yīng)是作物健壯生長的保障,施用有機肥能平衡營養(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)有機肥的主要原料,近年來國家重視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境,以畜禽糞便為原料生產(chǎn)有機肥在全國范圍內(nèi)得到快速推廣。有機肥的廣泛應(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)意識的限制,目前有機肥產(chǎn)品主要在瓜果、蔬菜等高附加值農(nóng)作物上應(yīng)用較多。有機肥料配合黃腐酸鉀施用,可以促進(jìn)葡萄幼樹生長,提升葡萄園土壤質(zhì)量[2]。雖然有機肥養(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。在菠菜種植過程中,有機肥等氮量替代化學(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%有機養(yǎng)分替代在保證小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時,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)肥增效的有機養(yǎng)分替代模式[4]。磷是作物生長發(fā)育需要的大量營養(yǎng)元素,是穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要保障。為滿足作物對磷素的需求,大量的磷肥被施入土壤,導(dǎo)致土壤中磷素發(fā)生過度累積,從而可能會通過徑流和淋洗途徑引起環(huán)境污染。同等有機肥水平下,隨著磷肥用量增加磷肥利用率顯著降低,有機肥合理搭配化肥才能確保作物穩(wěn)產(chǎn)的同時提高肥料利用率[5]。因此,筆者以小麥為對象,探究有機肥部分替代化學(xué)磷肥對小麥生長及土壤性狀的影響,旨在為有機肥的大面積使用提供基礎(chǔ)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料試驗于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,有機質(zhì)31.3 g/kg,pH 7.64。供試小麥品種為淮麥35;供試有機肥由泗洪某公司生產(chǎn),養(yǎng)分含量:有機質(zhì)3.13%,氮(N)1.61%,磷(P2O5)1.35%,鉀(K2O)1.57%;供試無機肥為尿素[CO(NH2)2, 46% N]、過磷酸鈣(CaP2H4O8,12% P2O5)和氯化鉀(KCl,60% K2O)。

1.2 試驗設(shè)計試驗設(shè)4個不同基肥處理。常規(guī)施肥(F1:150.0 kg/hm2尿素,75.0 kg/hm2過磷酸鈣,49.5 kg/hm2氯化鉀),有機肥替代30%磷肥(F2:199.5 kg/hm2有機肥,150.0 kg/hm2尿素,52.5 kg/hm2過磷酸鈣,49.5 kg/hm2氯化鉀),有機肥替代60%磷肥(F3:400.5 kg/hm2有機肥,150.0 kg/hm2尿素,30.0 kg/hm2過磷酸鈣,49.5 kg/hm2氯化鉀),以不施用基肥(CK)為對照。每個處理重復(fù)3次,試驗小區(qū)長20 m、寬4 m,隨機區(qū)組排列。小麥生長過程中追施氮肥,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 測定項目與方法在小麥成熟期采集各小區(qū)0～20 cm土壤樣品,檢測土壤pH、有機質(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,測定株高、穗長、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量。土壤有機質(zhì)采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定,全氮采用凱氏定氮法測定,堿解氮采用堿解擴散法測定,有效磷采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提、分光光度計法測定,速效鉀用1 mol/L乙酸銨浸提、火焰光度法測定,土壤容重采用環(huán)刀法測定[6]。采用人工定點計數(shù)法調(diào)查小麥群體數(shù)量, SPAD葉綠素儀測定葉片葉綠素含量,烘干稱重法測定干物質(zhì)含量,人工測量和計數(shù)法測定小麥植株重量和千粒重。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用 Microsoft Excel 2016軟件整理數(shù)據(jù)和繪圖,SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)正態(tài)分布檢驗和轉(zhuǎn)換采用夏皮洛-威爾克檢驗法(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,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,有機肥替代30%～60%磷肥能夠?qū)崿F(xiàn)小麥穩(wěn)產(chǎn)。

表1 有機肥部分替代化學(xué)磷肥對小麥產(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、有機質(zhì)、堿解氮、容重和陽離子交換量(CEC)差異不顯著。由此可見,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,有機肥部分替代化學(xué)磷肥增加了土壤有機質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮、速效鉀和CEC,降低了土壤容重。

表2 有機肥部分替代化學(xué)磷肥對麥季土壤養(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

有機肥作為基肥、化肥作為追肥,能夠滿足小麥生長后期對肥力的需求,整體并不影響小麥產(chǎn)量[7]。連續(xù)有機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),有機肥和無機肥配施能夠顯著增加冬小麥產(chǎn)量[9],8年定位試驗表明,化肥配施有機肥對小麥產(chǎn)量的提升效果最為明顯。長期堅持化肥與有機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質(zhì)含量[11]。施用有機肥對小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重影響大[12]。稻草還田條件下基肥有機替代提高小麥成穗率,對小麥株高、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)是有機肥替代化學(xué)磷肥實現(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]。

施用有機肥能夠明顯提高土壤有機質(zhì)、速效氮磷鉀、微生物生物量等指標(biāo),施用不同量級的有機肥均會增加土壤的微生物碳和脲酶含量[12]。無機肥配施有機肥后,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]。有機肥施用顯著提高了土壤有機質(zhì)和全氮含量,而土壤有效磷和速效鉀含量則無顯著差異[14]。施用有機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,土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量隨有機肥替代量的增加而增加,但差異不顯著[16]。有機肥替代20%化肥能夠提高小麥產(chǎn)量,土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量及過氧化氫酶、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。有機肥替代化學(xué)磷肥增加了土壤有機質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮、速效鉀和CEC,降低了土壤容重。有機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?土壤氮磷供應(yīng)顯著影響小麥產(chǎn)量。

有機肥替代化肥需要在一定的比例范圍內(nèi)才能充分激發(fā)不同有機肥和無機肥的優(yōu)勢,確保穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。有機肥氮替代化肥氮的比例為總施氮量20%時,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肥替代25%無機氮肥可以實現(xiàn)小麥增產(chǎn)[13]。研究認(rèn)為,小麥產(chǎn)量隨著有機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),有機肥替代30%～60%磷肥能夠?qū)崿F(xiàn)小麥穩(wěn)產(chǎn),但無增產(chǎn)效應(yīng)。后續(xù)研究中需要降低有機替代比例,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,增加了土壤有機質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮、速效鉀和CEC,降低了土壤容重。有機肥替代30%～60%磷肥可以實現(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肥替代化學(xué)磷肥實現(xiàn)小麥穩(wěn)產(chǎn)的主要因素。