肖倩,武升,劉瑩,曹遲,廖霞,馬友華
(農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,合肥 230036)
自20世紀(jì)50年代以來(lái),化肥因肥效迅速、增產(chǎn)顯著、施用方便等特點(diǎn)迅速成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主導(dǎo)肥源[1]。我國(guó)化肥施用量占世界31%,每公頃化肥用量是世界平均用量的4 倍,超出國(guó)際公認(rèn)安全線2 倍左右[2]。安徽省作為全國(guó)重要小麥種植基地及小麥外調(diào)重點(diǎn)省份之一,在確保糧食生產(chǎn)的同時(shí),化肥大量投入是該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的顯著特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì),安徽省化肥施用量從2001 年的2.62×106t 增加至2020 年的2.90×106t,單位面積作物化肥施用量高達(dá)349.8 kg·hm-2,超出定額標(biāo)準(zhǔn)5.8%[3]。過(guò)量施用化肥不僅對(duì)作物增產(chǎn)效果不顯著,而且還會(huì)導(dǎo)致土壤酸化、肥力降低、環(huán)境污染等問(wèn)題[4]。
近年來(lái),隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)專(zhuān)業(yè)化、規(guī)?;⒓s化的迅速發(fā)展,農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題日益突出。截至2016年底,我國(guó)畜禽糞便排泄量達(dá)到2.38×109t,約為工業(yè)廢棄物年排放量的2.4 倍[5]。2020 年巢湖流域全年生豬、蛋禽、肉禽、牛和羊的規(guī)模養(yǎng)殖比例已經(jīng)分別達(dá)到37.44%、16.27%、37.80%、2.51%和5.98%,畜禽糞便排泄量達(dá)1.08×109kg[6]。畜禽糞便大量排放造成耕地負(fù)擔(dān)日益嚴(yán)重,已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染的主要來(lái)源。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)每年約產(chǎn)生200億t養(yǎng)殖廢水,其中80%以上的養(yǎng)殖場(chǎng)污水未經(jīng)處理直接排放。未經(jīng)處理的污水?dāng)y帶有大量的病原微生物和重金屬,造成水體污染、土壤污染、空氣污染,嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康[7-8]。
畜禽糞便含有豐富的有機(jī)物質(zhì)和作物生長(zhǎng)所需的N、P、K 及中微量元素,經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理,可轉(zhuǎn)換為優(yōu)質(zhì)肥料、飼料或能源。然而,與化肥相比,有機(jī)肥養(yǎng)分含量低、肥效緩慢,單獨(dú)施用不能滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)需求。根據(jù)科學(xué)施肥原則,從源頭減少化肥用量,將畜禽糞便廢棄物肥料化,作為有機(jī)養(yǎng)分與化肥配合施入農(nóng)田,進(jìn)行循環(huán)利用是建立綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要途徑。大量研究結(jié)果表明,有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施在促進(jìn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、培肥土壤、改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境等方面效果顯著[9-10]。張然等[11]研究認(rèn)為有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施較單施化肥能顯著增加冬小麥產(chǎn)量,5 a 內(nèi)產(chǎn)量平均提高13%,同時(shí)可以降低0~40 cm 土壤容重。趙吉霞等[12]對(duì)云南紅壤坡耕地的研究發(fā)現(xiàn),有機(jī)肥等氮替代30%化肥處理的玉米籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量達(dá)到最高。王秋君等[13]發(fā)現(xiàn)豬糞、菜籽和中藥渣3 種堆肥具有“緩釋劑”和“增效劑”的作用,其可通過(guò)陽(yáng)離子交換作用與化肥形成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體,使得小麥的氮素利用率顯著增加。長(zhǎng)期配施有機(jī)肥還能降低土壤容重并增加土壤有效養(yǎng)分,增強(qiáng)土壤肥力[14]。
有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配合施用對(duì)作物和土壤的影響,取決于有機(jī)肥種類(lèi)、替代比例、土壤質(zhì)地、耕作制度、氣候因素以及試驗(yàn)周期等因素。因此,在特定地區(qū)開(kāi)展不同有機(jī)肥種類(lèi)與無(wú)機(jī)肥配施最佳比例的研究,對(duì)于培肥土壤、提高氮肥利用率具有重要意義。本研究采用沼液、堆肥和商品有機(jī)肥3種有機(jī)肥與化肥配施,設(shè)計(jì)15%、30%和50%3種等氮替代比例,探究化肥減氮配施有機(jī)肥對(duì)小麥產(chǎn)量、氮肥利用率及土壤肥力的影響,明確巢湖流域稻麥輪作土壤有機(jī)無(wú)機(jī)配施在小麥上的最適種類(lèi)和最佳比例,探索適宜皖中地區(qū)的合理培肥模式,以期為高效綠色生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。
1.1.1 試驗(yàn)地概況
試驗(yàn)地點(diǎn)位于安徽省合肥市廬江縣郭河鎮(zhèn)廣寒村(31°29′06″N,117°12′15″E),該地屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),年平均氣溫為15.9 ℃,平均降水量為1 262.9 mm,年均蒸發(fā)量為1 648.9 mm,年均日照時(shí)數(shù)為1 794.3 h,年無(wú)霜期為301 d。
1.1.2 供試土壤
供試土壤類(lèi)型為河流沖積物發(fā)育的潮土,土壤質(zhì)地為壤土(砂粒53%、黏粒11%、粉粒36%),前茬作物為水稻,0~20 cm 土壤基本理化性質(zhì)如下:土壤容重為0.96 g·cm-3,pH 值為5.77,有機(jī)質(zhì)含量為25.14 g·kg-1,全氮1.56 g·kg-1,銨態(tài)氮14.50 mg·kg-1,硝態(tài)氮3.48 mg·kg-1,水解性氮141.00 mg·kg-1,有效磷46.37 mg·kg-1,速效鉀126.73 mg·kg-1。
1.1.3 供試肥料
供試化肥為尿素(N≥46.4%)、過(guò)磷酸鈣(P2O5≥44%)和氯化鉀(K2O≥60%)。供試有機(jī)肥包括沼液、堆肥、商品有機(jī)肥。沼液原料由豬糞尿發(fā)酵得到,堆肥原料由豬糞在好氧條件下堆制得到,均由安徽省合肥市廬江縣姚和坤養(yǎng)殖場(chǎng)提供;商品有機(jī)肥以雞糞、鴨糞和秸稈為主料,以蘑菇菌棒為輔料,通過(guò)好氧堆肥,后續(xù)添加有益菌劑二次發(fā)酵而成,由安徽祥豐肥業(yè)有限公司提供。供試有機(jī)肥具體性質(zhì)列于表1。
表1 供試有機(jī)肥養(yǎng)分含量Table 1 Nutrient content of the tested organic fertilizers
1.1.4 供試小麥品種
供試小麥品種為揚(yáng)麥25,生育期為202 d 左右,行距25 cm,播種量為337 kg·hm-2。
試驗(yàn)設(shè)置8 個(gè)處理:不施肥(CK)、常規(guī)施肥(CN)、優(yōu)化減量施肥(ON)、優(yōu)化減量配施15%沼液氮(ONL-15%)、優(yōu)化減量配施30%沼液氮(ONL-30%)、優(yōu)化減量配施50%沼液氮(ONL-50%)、優(yōu)化減量配施30%堆肥氮(ONC-30%)、優(yōu)化減量配施30%商品有機(jī)肥氮(ONS-30%)。CN 處理為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)習(xí)慣施肥量,ON 處理在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上減少8.3%的氮肥投入和22.2%的鉀肥投入,各配施處理以O(shè)N處理氮肥施用量為參照,以等氮施用為基礎(chǔ),依據(jù)替代比例及沼液、堆肥和商品有機(jī)肥氮含量確定其用量。每個(gè)處理3 次重復(fù),小區(qū)面積為30 m2(5 m×6 m),采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)排列。各處理養(yǎng)分施用量列于表2。尿素分為基肥和追肥兩次施入(基肥60%+追肥40%),沼液、堆肥和商品有機(jī)肥作為基肥施用,施肥方式為人工撒施,2021 年11 月17 日施入基肥后翻耕土壤,翻耕深度為15 cm,磷肥和鉀肥以過(guò)磷酸鈣和氯化鉀補(bǔ)足;2022 年2 月28 日追肥,追肥方式為人工撒施后澆水。其他田間管理措施與當(dāng)?shù)爻R?guī)措施保持一致。小麥生長(zhǎng)期為2021 年11 月17 日至2022年5月27日。
表2 不同處理施肥類(lèi)型和施肥量Table 2 Fertilizer type and amount of different treatments
1.3.1 土壤樣品采集與測(cè)定
本試驗(yàn)于2021 年10 月13 日小麥播種前和2022年5月27日小麥?zhǔn)斋@后采集土壤樣品,每個(gè)小區(qū)采用五點(diǎn)法采集0~20 cm 耕層土樣,各點(diǎn)土樣充分混勻后作為一個(gè)土壤樣品,土樣于4 ℃下進(jìn)行低溫保存。pH值采用電位法測(cè)定(土水比1∶2.5);有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定;全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定;銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量采用2 mol·L-1KCl浸提,過(guò)濾后在流動(dòng)分析儀上測(cè)定;水解性氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;有效磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定;速效鉀含量用火焰光度法測(cè)定。
1.3.2 植株樣品采集與測(cè)定
于小麥成熟期進(jìn)行收獲測(cè)產(chǎn),收獲前每個(gè)小區(qū)取1個(gè)1 m 雙行的小麥植株樣品測(cè)定小麥株高、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量,脫粒后將樣品按秸稈和籽粒分開(kāi)粉碎后用于籽粒和秸稈的養(yǎng)分含量分析,全氮含量用H2SO4-H2O2消化-凱氏法測(cè)定。
1.3.3 小麥產(chǎn)量測(cè)定
小麥成熟后,每個(gè)小區(qū)實(shí)行單打、單收、單計(jì)產(chǎn),分別收集每個(gè)小區(qū)的籽粒和秸稈稱(chēng)質(zhì)量,并取部分具有代表性的樣品于60 ℃烘干至恒質(zhì)量后計(jì)算含水量,按烘干質(zhì)量換算成小麥籽粒產(chǎn)量和地上部生物量。
植株地上部吸氮量(kg·hm-2)=籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)×籽粒含氮量(%)+秸稈產(chǎn)量(kg·hm-2)×秸稈含氮量(%)
氮肥利用率=[施肥處理作物地上部吸氮量(kg·hm-2)-對(duì)照處理作物地上部吸氮量(kg·hm-2)]/施肥量(kg·hm-2)×100%氮肥利用率是指施入的氮肥被作物吸收利用的百分率,施氮量中包含化肥和有機(jī)肥的氮量。
采用Microsoft Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算,SPSS 17.0 進(jìn)行處理之間單因素方差分析(LSD),P<0.05 為差異顯著,Origin 8.5進(jìn)行繪圖。
不同施肥處理下小麥籽粒產(chǎn)量與秸稈產(chǎn)量的變化規(guī)律基本一致(表3)。施肥處理小麥籽粒產(chǎn)量為3 543.88~5 244.74 kg·hm-2,秸稈產(chǎn)量為2 705.00~3 701.21 kg·hm-2,與CK相比,各施肥處理顯著增加小麥籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量,增幅分別為30.17%~92.65%和37.14%~87.65%;其中,ONL-15%處理下的小麥籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量均達(dá)到最大值,分別為5 244.74 kg·hm-2和3 701.21 kg·hm-2。與CN 處理相比,沼液氮替代處理中,ONL-15%和ONL-30%處理能增加小麥籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量,增幅分別為16.18%、12.85%和2.03%、6.30%,ONL-50%處理對(duì)小麥秸稈產(chǎn)量無(wú)顯著影響,但降低了小麥籽粒產(chǎn)量,降幅為1.83%。在優(yōu)化減量施肥的基礎(chǔ)上,隨著沼液氮替代比例的增加,小麥籽粒和秸稈產(chǎn)量呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)(ONL-15%>ONL-30%>ONL-50%)。其中,與ON 處理相比,ONL-15%處理顯著增加小麥籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量,增幅分別為14.08%和11.46%,ONL-30%處理對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量無(wú)顯著影響,而ONL-50%處理顯著降低小麥籽粒產(chǎn)量,降幅為3.61%。當(dāng)有機(jī)肥替代30%化肥氮時(shí),ONC-30%和ONS-30%處理顯著降低小麥籽粒產(chǎn)量,籽粒產(chǎn)量較CN 處理分別降低18.89% 和21.50%,較ON處理分別降低20.35%和22.92%;ONL-30%處理對(duì)小麥的增產(chǎn)效果顯著,較ONC-30%和ONS-30%相比,小麥籽粒產(chǎn)量分別增加25.79%和29.97%,秸稈產(chǎn)量分別增加28.88%和16.93%。
表3 不同施肥處理對(duì)小麥株高、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 3 Effects of different fertilization practices on plant height,yield and the yield components of wheat
小麥株高及產(chǎn)量組成指標(biāo)的影響結(jié)果顯示(表3),與CN相比,ON處理能顯著增加小麥千粒質(zhì)量,增幅為4.94%,但對(duì)小麥株高和穗粒數(shù)無(wú)顯著影響。隨沼液氮替代比例的增加,小麥株高和千粒質(zhì)量呈逐漸下降趨勢(shì)。ONL-15%處理小麥株高、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均達(dá)到最大值,但與ON 處理之間無(wú)顯著差異。當(dāng)有機(jī)氮替代比例相同時(shí),與ON 處理相比,ONL-30%處理增加小麥株高和穗粒數(shù),增幅分別為1.75%和8.87%,而ONC-30%和ONS-30%處理小麥穗粒數(shù)分別降低6.03%和1.06%,千粒質(zhì)量分別降低12.16%和11.11%。
不同處理小麥氮吸收量和利用率的結(jié)果顯示(圖1),CN 處理的小麥籽粒和秸稈氮吸收量分別為66.82 kg·hm-2和9.72 kg·hm-2,ON 處理對(duì)小麥籽粒和秸稈氮吸收量無(wú)顯著影響。在3 個(gè)沼液氮替代化肥氮處理中,小麥籽粒和秸稈氮吸收量隨配施比例的增加呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì),最大值為ONL-15%處理。與ON 處理相比,ONL-15%和ONL-30%處理小麥籽粒氮吸收量分別增加20.29%和3.59%,ONL-50%處理則降低小麥秸稈氮吸收量,降幅為17.93%。在30%有機(jī)氮替代比例下,與CN 處理相比,ONC-30%和ONS-30%處理顯著降低小麥籽粒氮吸收量,降幅分別為23.30%和25.75%,但對(duì)小麥秸稈氮吸收量無(wú)顯著影響。ONL-30%處理顯著增加小麥籽粒氮吸收量,與ONC-30%和ONS-30%處理相比,分別增加36.60%和41.11%。施肥處理小麥氮肥利用率為10.17%~36.46%。與CN 處理相比,ON 處理顯著增加氮肥利用率,增幅為19.79%。在各有機(jī)氮替代處理中,ONL-15%處理氮肥利用率最高,ONL-30%處理次之,較ON 處理分別顯著提高65.35%和24.39%。與ON 處理相比,ONC-30%和ONS-30%處理氮肥利用率顯著降低,降幅分別為50.77%和53.89%。
圖1 不同施肥處理對(duì)小麥氮吸收量和氮肥利用率的影響Figure 1 Effects of different fertilization practices on wheat N uptake and N use efficiency
由表4 可知,有機(jī)肥與化肥配施處理降低了土壤容重,與ON 處理相比降幅為1.08%~5.78%。CN 和ON 處理的土壤pH 值分別為4.83 和4.81,而有機(jī)肥與化肥配施各處理的土壤pH 值為5.17~5.38,與CN 處理相比,有機(jī)肥與化肥配施處理的土壤pH 值提高了0.34~0.55 個(gè)單位。有機(jī)肥配施化肥能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,與CN 處理相比,增幅為4.35%~28.05%,且隨有機(jī)肥替代比例的增加而增加。與CN 處理相比,ONL-15%處理增加了土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量;ONC-30%處理土壤全氮(表5)和有效磷含量最高,分別為1.42 g·kg-1和17.37 mg·kg-1,較ON 處理顯著增加。除ONS-30%處理外,其余有機(jī)氮替代處理的土壤速效鉀含量較ON 顯著增加28.87%~44.85%。
表4 不同施肥處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響Table 4 Effects of different fertilization practices on soil physical and chemical properties
表5 不同施肥處理對(duì)土壤氮素含量的影響Table 5 Effects of different fertilization practices on soil nitrogen content
與CN 處理相比,有機(jī)肥替代化肥處理均增加土壤水解性氮含量,增幅為1.31%~27.20%。在沼液氮替代處理下,土壤水解性氮含量隨替代比例的增加而降低,其中ONL-15%處理水解性氮含量最高,為139.50 mg·kg-1,較ON處理相比顯著增加35.70%。當(dāng)有機(jī)肥替代比例為30%時(shí),ONC-30%處理水解性氮含量最高,為135.35 mg·kg-1,較ON 相比顯著增加31.66%,與ONS-30%處理相比顯著增加21.82%。ONL-15%處理土壤銨態(tài)氮含量較CN和ON處理分別增加8.95%和9.58%,各處理之間銨態(tài)氮含量無(wú)顯著差異。與CN 處理相比,ON 處理硝態(tài)氮含量降低26.57%,二者差異未達(dá)到顯著水平,但在優(yōu)化減量施肥基礎(chǔ)上配施有機(jī)肥能顯著降低32.60%~65.91%的土壤硝態(tài)氮含量,且土壤硝態(tài)氮含量隨沼液氮替代比例的增加整體呈遞減趨勢(shì)。在30%有機(jī)氮替代比例下,ONS-30%處理土壤硝態(tài)氮含量最低,較CN 處理顯著降低65.91%。
水解性氮含量能反映當(dāng)季土壤氮素供應(yīng)情況,呂真真等[15]通過(guò)28 a 長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),配施有機(jī)肥能顯著提高土壤水解性氮含量,并且以70%比例配施處理的水解性氮含量最高。張琳等[16]研究認(rèn)為雞糞與化肥配施后耕層土壤水解性氮含量顯著增加25.32%~131.54%。李彥等[17]的研究表明在等氮條件下配施有機(jī)肥,第3、5、20 年后水解性氮含量分別增加32%、36.81%、18.04%。本研究發(fā)現(xiàn),有機(jī)養(yǎng)分替代處理均能增加土壤水解性氮含量,且隨替代比例的增加而降低。
本研究中,0~20 cm 土壤銨態(tài)氮含量均較低(<12 mg·kg-1),各施肥處理對(duì)銨態(tài)氮含量影響較小。這與巨曉棠等[18]的研究結(jié)果相似,銨態(tài)氮在土壤中的累積量很小,不隨施氮量和施肥方式而發(fā)生顯著的變化。李樹(shù)山等[19]認(rèn)為化肥氮的施用與土壤硝態(tài)氮含量的增加具有顯著正相關(guān)關(guān)系,單施化肥處理下有27%的硝態(tài)氮來(lái)自外源化肥氮的轉(zhuǎn)化,而在有機(jī)肥配施處理下僅有5%的硝態(tài)氮來(lái)自外源有機(jī)肥氮的轉(zhuǎn)化。馬臣等[20]的研究表明,化肥與有機(jī)肥配施使大量硝態(tài)氮固定在耕層,抑制其向深層累積和遷移。本研究中,小麥?zhǔn)斋@季土壤硝態(tài)氮含量隨沼液氮替代比例的增加而減少,其原因可能是有機(jī)肥可以增加土壤團(tuán)聚體和活性碳含量,增加對(duì)硝態(tài)氮的固持能力,并且施用有機(jī)肥后土壤C/N 升高,激發(fā)了土壤微生物活性使無(wú)機(jī)氮被固持,從而減少硝態(tài)氮的累積[21]。
本研究中小麥氮肥利用率為10.17%~36.46%,低于陳志龍等[22]報(bào)道的17.20%~43.80%,可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)的施氮量(165 kg·hm-2)高于陳志龍等報(bào)道的120 kg·hm-2。耿維等[2]研究發(fā)現(xiàn)巢湖地區(qū)氮肥施用量為1.89×106t,是作物養(yǎng)分需求量的1.75 倍,過(guò)多的氮素隨徑流和揮發(fā)而損失,導(dǎo)致氮肥利用率降低。前人研究表明,有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配合施用顯著提高作物肥料利用效率[23-25]。一方面有機(jī)肥氮素緩慢釋放使土壤具有更為持久的供氮能力。本研究中,有機(jī)肥與化肥配施處理顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)與全氮含量,促進(jìn)植物對(duì)肥料氮吸收,增加氮肥利用率。王站付等[26]研究發(fā)現(xiàn)單施化肥處理小麥干物質(zhì)累積量和養(yǎng)分吸收量在前期較高,而減氮20%并配施有機(jī)肥處理有利于小麥全生育期對(duì)養(yǎng)分的吸收,成熟期氮素累積量顯著增加,同時(shí)提高氮肥利用率。另一方面,施用有機(jī)肥能增加土壤微生物數(shù)量與活性,更多的無(wú)機(jī)氮被微生物固定,不僅可以減少作物生育前期的氮素?fù)p失,還能在作物需肥量增加時(shí)將氮素釋放供作物吸收[27]。
但有機(jī)肥的替代比例并非越高越好,而是存在最適比例。劉亦丹等[28]發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥氮替代75%化肥氮處理的氮肥利用率為53.3%,較單施化肥顯著提高9.4%。Abbasi 等[29]指出有機(jī)肥替代25%的化肥顯著促進(jìn)小麥各器官的氮素吸收量,并增加25%的氮肥利用率。劉學(xué)彤等[25]的研究表明,在推薦施肥基礎(chǔ)上有機(jī)氮替代15%處理的氮肥利用率最高,這與本研究中15%沼液氮替代處理下氮肥利用率最佳的結(jié)果一致。原因可能是當(dāng)沼液替代化肥比例過(guò)大時(shí),小麥無(wú)效分蘗易增多,從而影響穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量,阻礙產(chǎn)量增加[30]。本研究中同一替代比例下不同有機(jī)肥處理的氮肥利用率表現(xiàn)出一定差異,以沼液氮替代處理的氮肥利用率最高,其原因可能是沼液中銨態(tài)氮占總氮量70%以上,且與其他固體有機(jī)肥相比濕度更大,施入土壤后既能減少氨揮發(fā),還不利于硝化作用產(chǎn)生N2O,進(jìn)而減少氮素?fù)p失[31]。
近年來(lái),氮肥減量施用技術(shù)一直在不斷探索和改進(jìn),并在作物生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。本研究中,與常規(guī)施肥相比,優(yōu)化減量施肥處理的產(chǎn)量顯著增加,但后者氮素投入量卻減少15 kg·hm-2,表明在試驗(yàn)地區(qū)小麥種植系統(tǒng)中存在氮肥投入過(guò)多現(xiàn)象,減氮潛力達(dá)8.33%。彭正萍等[24]研究認(rèn)為,在農(nóng)民習(xí)慣施氮(392 kg·hm-2)基礎(chǔ)上減少20%施氮量,不會(huì)顯著影響玉米產(chǎn)量,反而促進(jìn)玉米氮素利用,減少氮素?fù)p失。
馮偉等[32]認(rèn)為在基施沼液的基礎(chǔ)上追施尿素,可提高小麥產(chǎn)量,尤其以基施25%沼液氮+追施75%尿素氮處理的植株光合功能最強(qiáng),籽粒產(chǎn)量最高。本研究中,沼液替代15%和30%化肥氮顯著增加小麥籽粒和秸稈產(chǎn)量,較常規(guī)施肥相比增幅達(dá)16.18%、12.85%和2.03%、6.30%。李瑞等[33]研究認(rèn)為施氮量相同時(shí),沼液與化肥配施能顯著提升土壤氮礦化勢(shì)、礦化速率和累積礦化量,增加土壤供氮能力。隨著沼液施用量的增加,土壤全氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)的含量也增加[34]。本研究中,施用沼液顯著增加土壤水解性氮含量,促進(jìn)小麥對(duì)氮素的吸收利用,降低硝態(tài)氮在土壤中的殘留,表明沼液與化肥配施可通過(guò)協(xié)調(diào)氮素供應(yīng)進(jìn)而增加作物產(chǎn)量。潘飛飛等[35]研究發(fā)現(xiàn)與純化肥處理相比,100%沼液處理的冬小麥地上部產(chǎn)量顯著降低。這與本研究結(jié)果相似,隨著沼液替代化肥比例的增加,小麥產(chǎn)量呈逐漸下降趨勢(shì),其中沼液替代15%化肥處理所獲得的小麥產(chǎn)量最高。但當(dāng)沼液替代比例為50%時(shí),小麥產(chǎn)量顯著低于常規(guī)處理。王桂良等[30]發(fā)現(xiàn)沼液替代量較高時(shí)小麥基部節(jié)間長(zhǎng)度顯著增加,不良?xì)夂驐l件下易發(fā)生倒伏減產(chǎn)。同時(shí),沼液施用過(guò)多可能會(huì)導(dǎo)致速效養(yǎng)分含量較低,植株生長(zhǎng)不良,阻礙產(chǎn)量形成[36]。
有機(jī)無(wú)機(jī)配施制度中作物產(chǎn)量不僅受配施比例的影響,還與不同種類(lèi)有機(jī)肥有關(guān)。孫國(guó)峰等[37]的研究表明,50%沼液配施化肥處理對(duì)小麥增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)效果優(yōu)于堆肥。劉術(shù)新等[38]在茶葉上的研究結(jié)果表明,在施氮量相同的基礎(chǔ)上,沼液、堆肥及海產(chǎn)品殘?jiān)袡C(jī)肥均能提高茶葉品質(zhì),尤其以豬糞沼液效果顯著。本研究中,在30%有機(jī)氮替代比例下,沼液對(duì)小麥的增產(chǎn)效果優(yōu)于堆肥和商品有機(jī)肥,主要原因是堆肥和商品有機(jī)肥中氮素釋放緩慢,不能滿(mǎn)足當(dāng)季小麥的養(yǎng)分需求;而沼液中的速效養(yǎng)分可促進(jìn)土壤有機(jī)氮的分解,其與化肥配施可以減少作物生育期內(nèi)土壤氮素?fù)p失,因此不同有機(jī)肥在小麥產(chǎn)量指標(biāo)上表現(xiàn)出顯著性差異。此外,有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施可以疏松土壤,增加土壤通氣性,降低土壤容重[15]。但孫澤強(qiáng)[39]研究發(fā)現(xiàn)土壤容重太低則會(huì)影響作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成,這與本研究結(jié)果一致。容重過(guò)小使土壤孔隙增加,雖然通氣性強(qiáng),但土粒間黏結(jié)力弱,與根系無(wú)法直接接觸,使得養(yǎng)分與水分難以向植物運(yùn)輸,影響幼苗生長(zhǎng)和植物發(fā)育,進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量降低[40]。
(1)優(yōu)化減量施肥處理較常規(guī)施肥處理可以在減少8.3%氮肥用量的條件下增加小麥籽粒產(chǎn)量和氮肥利用率,表明試驗(yàn)地塊所在區(qū)域稻麥輪作下小麥?zhǔn)┓蔬€具有一定的化肥減氮空間。
(2)15%沼液氮替代比例下小麥籽粒和秸稈產(chǎn)量均最高,有效促進(jìn)小麥對(duì)氮磷養(yǎng)分的吸收和利用,有利于增加土壤養(yǎng)分含量,但50%沼液配施不利于小麥地上部干物質(zhì)的積累和土壤肥力的提升。
(3)在養(yǎng)分相同條件下,與試驗(yàn)所用堆肥和商品有機(jī)肥相比,沼液與化肥配施對(duì)增加小麥產(chǎn)量的效果較好;堆肥與化肥配施可以促進(jìn)土壤全氮、水解性氮和有效磷的積累,商品有機(jī)肥與化肥配施可以緩解土壤酸化,增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。
農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)2023年10期