摘要：為了篩選小麥玉米輪作體系中小麥最佳有機(jī)肥無機(jī)肥配比方案，采取定位研究方法，設(shè)計(jì)了不施肥（T1）、100%有機(jī)肥（T2）、75%有機(jī)肥+25%化肥（T3）、50%有機(jī)肥+50%化肥（T4）、25%有機(jī)肥+75%化肥（T5）和100%化肥（T6）共6個(gè)試驗(yàn)處理，進(jìn)行不同處理下小麥養(yǎng)分利用、籽粒產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分的比較分析。研究結(jié)果表明，施用有機(jī)肥降低了莖葉和籽粒的N養(yǎng)分濃度，增加了莖葉和籽粒的P、K養(yǎng)分濃度，提高了土壤pH值和土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量；有機(jī)無機(jī)肥料配合施用通過顯著提高單位面積穗數(shù)和小幅度增加千粒重實(shí)現(xiàn)籽粒產(chǎn)量的顯著提高；適宜的有機(jī)無機(jī)配比利于提高養(yǎng)分積累量和肥料表觀回收率；與100%化肥相比，T3的莖葉N養(yǎng)分濃度降低6.7%，莖葉P養(yǎng)分濃度提高37.8%，籽粒P、K養(yǎng)分濃度分別提高7.6%和11.9%，籽粒N、P、K養(yǎng)分積累量分別提高5.4%、15.0%和19.0%，N、K養(yǎng)分收獲指數(shù)分別提高3.6%和12.5%，氮磷鉀養(yǎng)分表觀回收率分別提高6.3%、136.9%和14.6%，土壤養(yǎng)分提升明顯，小麥籽粒產(chǎn)量提高6.74%。因此推薦75%有機(jī)肥+25%化肥作為小麥玉米周年輪作體系中小麥最佳施肥方案。

關(guān)鍵詞：小麥玉米輪作；有機(jī)無機(jī)肥料配比；養(yǎng)分濃度；養(yǎng)分積累；土壤養(yǎng)分

中圖分類號(hào)：S158.5；S344.1；S512.1+10.6" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）13-0054-06

20世紀(jì)80—90年代，農(nóng)村家家養(yǎng)牲口，為農(nóng)田耕種管收提供必要的畜力，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了秸稈過腹還田為小麥生產(chǎn)提供有機(jī)肥料。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，大中小型農(nóng)機(jī)逐漸替代了牛馬等畜力。同時(shí)隨著耕種管收全程機(jī)械化的逐步實(shí)現(xiàn)，牲畜養(yǎng)殖由家庭分散養(yǎng)殖轉(zhuǎn)向企業(yè)規(guī)?；B(yǎng)殖，農(nóng)戶也就失去了牲畜糞便等有機(jī)肥自有來源。從養(yǎng)殖場購買和運(yùn)輸牲畜糞增加了投入成本和實(shí)施難度，因此農(nóng)戶便選擇了只靠單施化肥補(bǔ)充土壤養(yǎng)分的施肥方式。長期單施化肥易造成土壤板結(jié)而透氣保水能力降低，pH值下降而逐漸酸化，土壤有機(jī)質(zhì)含量下降而保肥供肥能力變差，最終導(dǎo)致養(yǎng)分利用率降低、作物抗病能力減弱、作物產(chǎn)量降低、耕地質(zhì)量下降［1-3］。

增加有機(jī)肥的投入是解決土壤有機(jī)質(zhì)降低、耕地質(zhì)量下降的主要技術(shù)途徑。長期施用有機(jī)肥能夠顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量，持續(xù)提高土壤養(yǎng)分庫容量，提高土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶的活性［4-9］。有關(guān)有機(jī)肥替代化肥對(duì)肥料養(yǎng)分利用、土壤肥力和作物產(chǎn)量影響的研究較多，但部分研究試驗(yàn)時(shí)限較短，如僅進(jìn)行了1～2年，有機(jī)肥在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、作物產(chǎn)量表現(xiàn)不出顯著的提升作用，但能有效改善土壤的物理性狀，降低土壤容重，提高毛細(xì)管孔隙度［10-18］；只有進(jìn)行較長年限的定位研究，實(shí)現(xiàn)土壤養(yǎng)分投入和產(chǎn)出接近平衡時(shí)的研究結(jié)果才更具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。部分研究采用商品有機(jī)肥進(jìn)行，忽視了生產(chǎn)成本較高問題，采用腐熟有機(jī)肥能夠降低生產(chǎn)投入成本［10-11，14-18，］；部分研究是氮素有機(jī)替代，不是氮磷鉀全部替代，忽略了替代有機(jī)肥中磷鉀養(yǎng)分的作用［11，16-18］；在等量養(yǎng)分條件下，進(jìn)行氮磷鉀3種養(yǎng)分替代，研究結(jié)果才能更系統(tǒng)全面。研究單季作物的較多，而研究小麥玉米輪作模式下有機(jī)肥替代施用的較少。不同土壤類型、氣候條件、土壤肥力、耕作制度、實(shí)施年限條件下，有機(jī)肥替代化肥比例存在顯著差異，有機(jī)肥替代20%、30%、50%、70%、75%化肥等多個(gè)比例均有研究推薦［10，12，15，17，19-26］。

牛糞是黃淮海地區(qū)一種肥源數(shù)量較大、施用成本較低的有機(jī)肥，且有機(jī)質(zhì)含量較高，重金屬超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)低。夏玉米采用免耕搶茬種肥同播施用復(fù)合肥，有機(jī)肥和作為底肥的化肥作為冬小麥的基肥在耕翻前施用，符合黃淮海小麥玉米輪作區(qū)的耕作實(shí)際和肥料施用習(xí)慣。因此本研究尊重當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣，小麥玉米輪作中，小麥季施用牛糞，等量養(yǎng)分條件下設(shè)計(jì)不同有機(jī)肥和無機(jī)肥配比，玉米季使用化肥的施肥模式，研究不同有機(jī)無機(jī)肥配比對(duì)作物養(yǎng)分利用、土壤養(yǎng)分、作物產(chǎn)量的影響，篩選并推薦最佳施肥方式，以期為有機(jī)肥替代化肥、化肥減量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在青島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院作物試驗(yàn)場，屬于溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，且具有明顯的海洋性氣候特點(diǎn)，年均氣溫 12.7 ℃，年降水量620 mm。土壤類型為棕壤土，土壤各養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)1.98%、堿解氮98.2 mg/kg、有效磷46.7 mg/kg、速效鉀112.0 mg/kg。前茬為小麥玉米輪作種植。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用大區(qū)定位試驗(yàn)，大區(qū)寬7.2 m，長32.0 m，面積230.4 m2。小麥季設(shè)空白（T1）、100%有機(jī)肥（T2）、75%有機(jī)肥+25%化肥（T3）、50%有機(jī)肥+50%化肥（T4）、25%有機(jī)肥+75%化肥（T5）和100%化肥（T6）共6個(gè)處理，總施氮量為210 kg/hm2，以100%有機(jī)肥確定磷肥和鉀肥總施用量。磷肥和鉀肥作為基肥施用，T3、T4的化肥N在小麥起身期追施，T5和T6的50%化肥N追施，剩余化肥N基施。玉米季T1不施肥，T2～T6基肥施用氮磷鉀養(yǎng)分含量均為15%的復(fù)合肥，用量為750 kg/hm2，大喇叭口期開溝追施尿素（含N量46%）225 kg/hm2。試驗(yàn)從2019年10月種植小麥開始，本研究數(shù)據(jù)為2021—2022年小麥試驗(yàn)結(jié)果。

試驗(yàn)所用有機(jī)肥為腐熟好的牛糞，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量分別為58.3%、2.457%、0.890%和2.799%。磷肥為P2O5含量為12%的過磷酸鈣，硫酸鉀為K2O含量為50%的農(nóng)用硫酸鉀。小麥品種為青農(nóng)2號(hào)，玉米品種為登海605。澆水采用微噴帶灌溉，其他管理措施同大田。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

在苗期，每個(gè)處理選擇出苗整齊均勻的3點(diǎn)，標(biāo)記定位2 m長6行小麥，于成熟期調(diào)查單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)，收獲地上部分后脫粒分成莖葉和籽粒2個(gè)部分，烘干稱重，然后取樣測試莖葉和籽粒的全氮、全磷、全鉀含量。每個(gè)處理隨機(jī)選3點(diǎn)收獲小麥10 m2脫粒計(jì)產(chǎn)，測定千粒重。小麥?zhǔn)斋@后，每個(gè)處理隨機(jī)選3點(diǎn)取0～20 cm土壤，測試土壤pH值和有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。莖葉和籽粒全氮、全磷和全鉀含量分別采用自動(dòng)定氮儀法、硫酸-過氧化氫消化-鉬銻抗比色法、硫酸-過氧化氫消煮-火焰光度計(jì)法測定，土壤pH值和有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別采用電位法、重鉻酸鉀-硫酸法、堿解擴(kuò)散法、碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法和乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法測定。

養(yǎng)分收獲指數(shù)（NHI）=籽粒養(yǎng)分積累量/（籽粒養(yǎng)分積累量+莖葉養(yǎng)分積累量）×100%。

養(yǎng)分表觀回收率（NRE）=（施肥區(qū)地上部養(yǎng)分吸收量-不施肥區(qū)地上部養(yǎng)分吸收量）/養(yǎng)分使用量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)處理采用WPS Office軟件計(jì)算和作圖，采用DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理小麥養(yǎng)分濃度的比較

由表1可知，施用有機(jī)肥處理中，莖葉N、P養(yǎng)分濃度隨有機(jī)肥比例增加呈先增后降趨勢。除T4外，其他處理的莖葉N養(yǎng)分濃度均顯著低于T6，其中T2、T3和T5分別比T6低20.2%、6.7%和12.4%；T2、T3和T4的莖葉P養(yǎng)分濃度分別比T6高11.0%、37.8%和20.7%，而T5比T6低18.3%。T2和T4的莖葉K養(yǎng)分濃度顯著高于T6，T3、T5與T6無顯著差異。

籽粒N養(yǎng)分濃度隨有機(jī)肥比例增加而降低，其中T2顯著低于T6，3個(gè)有機(jī)無機(jī)結(jié)合處理與T6差異不顯著。籽粒P養(yǎng)分濃度隨有機(jī)肥比例升高而升高，T2和T3顯著高于T6，T4與T6無顯著差異，而T5顯著低于T6。籽粒K養(yǎng)分濃度隨有機(jī)肥比例升高呈先增后降趨勢，以T3最高，比T6高11.9%，T2、T4與T6無顯著差異，而T5顯著低于T6。

2.2 不同處理小麥養(yǎng)分積累和利用的比較

2.2.1 莖葉養(yǎng)分積累量

由表2可知，施用有機(jī)肥處理中，莖葉中N、P累積量隨有機(jī)肥比例增加而呈先增后降的趨勢。施用有機(jī)肥處理的莖葉N積累量均顯著低于T6，降幅為6.8%～23.4%，其中T2和T5降幅較大，分別達(dá)到23.4%和21.3%。T2、T3和T4的莖葉P、K積累量高于T6，其中莖葉P積累量增幅分別為7.9%、38.4%和12.4%，莖葉K積累量增幅分別為7.8%、3.4%和7.2%，而T5的莖葉P、K積累量顯著低于T6，降幅分別為27.0%、9.9%。T5養(yǎng)分積累量的降低是由于成熟期莖葉干重降低和N、P養(yǎng)分濃度降低形成的結(jié)果。

2.2.2 籽粒養(yǎng)分積累量

由表2可知，籽粒中N、P、K積累量隨有機(jī)肥比例增加均呈先增后降趨勢，但峰值最高的處理不同。T3、T4和T5的籽粒N積累量顯著高于T6，增幅均在5.4%以上且三者之間無顯著差異，而T2比T6低2.9%。籽粒P積累量以T3為最高，T2、T3和T4均顯著高于T6，增幅分別為8.2%、15.0%和7.6%，T5與T6無顯著差異。籽粒K積累量也以T3為最高，T3和T4顯著高于T6，增幅分別為19.0%和9.5%，T2、T5與T6無顯著差異。

2.2.3 養(yǎng)分收獲指數(shù)

因?yàn)樽蚜積累量的減幅小于莖葉N的減幅，所以T2的N養(yǎng)分收獲指數(shù)顯著高于T6。T3、T4、T5的N養(yǎng)分收獲指數(shù)顯著高于T6，是因?yàn)樽蚜積累量增加和莖葉N積累量降低雙重作用疊加形成的結(jié)果（表2）。T3的P養(yǎng)分收獲指數(shù)顯著低于T6，是籽粒P養(yǎng)分積累量增幅低于莖葉P養(yǎng)分積累量增幅的結(jié)果。T3的K養(yǎng)分收獲指數(shù)顯著高于T6，是籽粒K養(yǎng)分積累量增幅高于莖葉K養(yǎng)分積累量增幅的結(jié)果。由于籽粒養(yǎng)分的減幅低于莖葉的減幅，提高了T5的P、K養(yǎng)分收獲指數(shù)（表2）。

2.2.4 養(yǎng)分表觀回收率

由表3可知，T3、T4的氮肥表觀回收率稍高于T6但無顯著差異，而T2、T5分別比T6降低了13.8% 和4.0%。T2、T3、T4的磷肥表觀回收率分別比T6增加了10.4%、25.6%和11.0%，而T5比T6降低了10.2%。T2、T3、T4的鉀肥表觀回收率分別比T6增加了10.7%、8.5%和11.4%，而T5比T6降低了12.7%。表明較高有機(jī)肥比例利于提高肥料養(yǎng)分回收率，增加了養(yǎng)分利用效率。

2.3 不同處理土壤肥力的比較

由表4可知，隨有機(jī)肥比例的增加，土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、有效P含量呈明顯升高趨勢。施肥處理中，T6的土壤pH值和有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮含量、有效P含量、速效K含量均為最低。施肥處理的土壤堿解氮含量比T6高12.2%～31.0%，速效K含量分別比T6高 17.3%～34.6%。隨有機(jī)肥比例的增加，土壤有效P含量呈顯著直線性增加（y＾=0.377 2x+36.95，r2=0.997。其中，y＾為土壤速有效P含量，mg/kg；x為有機(jī)肥比例，%）。綜合表明，增加有機(jī)肥比例利于降低土壤酸化程度，顯著提高土壤綜合肥力指標(biāo)。

2.4 不同處理小麥產(chǎn)量及其因素構(gòu)成的比較

由表5可知，施肥處理中，T2的穗長顯著小于T6，其他有機(jī)無機(jī)結(jié)合處理與T6無顯著差異。隨著有機(jī)肥比例的增加，單穗可育小穗數(shù)、單穗小穗總數(shù)、單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)呈先升后降的趨勢，但峰值最高的處理并不相同。其中單穗可育小穗數(shù)、單穗小穗總數(shù)以T4、T5最多，顯著多于T6處理。穗粒數(shù)以T5為最多，雖然與T6無顯著差異，但顯著高于其他施肥處理，T2的穗粒數(shù)最少。

單位面積穗數(shù)以T3為最高，其中T3、T4、T5分別比T6增加13.0%、9.7%和6.8%。單位面積粒數(shù)以T3、T4、T5 3個(gè)有機(jī)無機(jī)結(jié)合處理為最高，均顯著高于T6和T2，分別比T6高9.2%、8.5%和9.2%。隨有機(jī)肥比例的增加，千粒重有逐漸升高的趨勢，但增幅較小，施肥處理中以T2為最高，其中T2、T3、T4分別比T6高2.2、1.2、1.2 g，增幅分別為5.4%、3.0%和3.0%。小麥籽粒產(chǎn)量以3個(gè)有機(jī)無機(jī)結(jié)合處理最高，T3、T4和T5分別比T6增產(chǎn)6.7%、6.7%和6.0%，T2與T6差異不顯著。T2千粒重的增加彌補(bǔ)了單位面積粒數(shù)的降低，T3和T4增產(chǎn)主要是單位面積穗數(shù)增加的貢獻(xiàn)，其次是千粒重的增加，T5的增產(chǎn)主要是單位面積穗數(shù)增加的貢獻(xiàn)。

3 討論與結(jié)論

3.1 有機(jī)無機(jī)肥料配比對(duì)小麥養(yǎng)分利用的影響

高量氮肥供應(yīng)會(huì)抑制小麥莖稈中木質(zhì)素的合成，造成抗倒伏指數(shù)降低［27］。磷鉀元素可以加速秸稈細(xì)胞壁木質(zhì)化和硅脂化進(jìn)程，增加莖腔厚度，提高莖稈韌性，增強(qiáng)植株抗倒伏能力和抗病蟲能力；磷鉀元素的提高利于保障小麥生育后期葉片合成葉綠素的能力，減緩植株衰老進(jìn)程，提升小麥抗干熱風(fēng)能力，促進(jìn)小麥籽粒充足灌漿和干物質(zhì)積累，提高籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)。本研究中，與100%化肥處理相比，施用有機(jī)肥處理的莖葉N養(yǎng)分濃度不同程度地降低，莖葉、籽粒的P、K養(yǎng)分濃度均有不同程度的提高（T5除外）。由此表明，有機(jī)肥比例較高時(shí)（≥50%）利于提高莖稈強(qiáng)度，增強(qiáng)小麥抗倒伏、抗病能力，減緩衰老進(jìn)程，延長灌漿期。

楊曉梅等研究表明，35%有機(jī)氮、50%有機(jī)氮處理相比單施無機(jī)氮處理分別顯著提高小麥氮肥利用率 47.9%和 53.0%［23］。李豐豐等研究表明，在有機(jī)肥替代 20%化學(xué)氮肥時(shí)，小麥的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率最高［20］。50%有機(jī)肥替代化肥可有效提高小麥玉米輪作條件下磷素利用率［24，28］。呂鳳蓮等研究表明，在高肥力條件下75%有機(jī)氮可以提高氮效率［12］。在本研究中，施用有機(jī)肥處理的N收獲指數(shù)均顯著高于100%化肥處理，表明施用有機(jī)肥利于提高N素在籽粒中的分配比例，提高植株抗性，提高籽粒品質(zhì)。50%和75%有機(jī)替代顯著提高了氮肥表觀回收率，有機(jī)肥比例大于等于50%時(shí)，磷鉀肥的表觀回收率顯著提高，而25%有機(jī)替代的氮磷鉀表觀回收率均低于100%化肥處理，這可能與輪作制度、土壤類型、土壤肥力、氣候條件以及試驗(yàn)?zāi)晗薜纫蛩赜嘘P(guān)［12，29］。本研究明確，適量有機(jī)肥比例可以提高肥料利用效率，這一點(diǎn)與以往研究結(jié)論一致。

3.2 有機(jī)無機(jī)肥料配比對(duì)土壤肥力指標(biāo)的影響

使用有機(jī)肥提高化肥能夠防止土壤酸化，提高土壤全氮、有效磷和速效鉀含量［1，30］。申長衛(wèi)等連續(xù)2年試驗(yàn)表明，土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量均有不同程度的提高，但全氮含量無顯著差異［11］。高飛等研究表明，在低肥力條件下，隨著有機(jī)肥替代比例的增加，小麥玉米輪作體系中土壤全氮及速效鉀含量呈降低趨勢，而土壤磷素及堿解氮含量逐漸升高［14］。本研究中土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量和有效磷含量隨有機(jī)肥比例增加而顯著提高，其中有效磷含量與有機(jī)肥比例呈顯著線性正相關(guān)，施用有機(jī)肥處理的堿解氮和有效磷含量顯著高于100%化肥處理，這與前人研究結(jié)果［31］基本一致。

3.3 有機(jī)無機(jī)肥料配比對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

張晶等研究表明，有機(jī)肥適量配施化肥可增加成穗數(shù)，并可改善光合作用，延長灌漿期，增加千粒重，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，但千粒重增加有限［2，11］，這與本研究結(jié)果基本一致。本研究中3個(gè)有機(jī)無機(jī)結(jié)合處理單穗小穗數(shù)增加，單位面積穗數(shù)顯著增加，形成單位面積粒數(shù)顯著高于100%化肥處理，加上千粒重小幅度的提高，最終實(shí)現(xiàn)了籽粒產(chǎn)量的增加，其中單位面積穗數(shù)的增加是籽粒增產(chǎn)的主要貢獻(xiàn)因素。與100%化肥相比，100%有機(jī)肥千粒重的顯著提高彌補(bǔ)了穗粒數(shù)的顯著降低，最終小麥籽粒產(chǎn)量并沒有降低。

較短時(shí)間（小于3年）或土壤肥力較低條件下，有機(jī)肥替代比例20%～30%時(shí)能保證或提高小麥產(chǎn)量，有機(jī)肥比例增加時(shí)會(huì)減少穗數(shù)，從而造成減產(chǎn)［11，14，16，19，21，32］；時(shí)間較長（大于等于3年）或高肥力條件下，有機(jī)肥替代比例50%～75%更能實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)［12，24-27，33-34］。本研究基礎(chǔ)地力水平較高，且經(jīng)過3年有機(jī)肥持續(xù)投入，利于提高土壤總有機(jī)碳和各組分活性有機(jī)碳含量，提高土壤酸性磷酸酶、纖維素酶、脲酶、蔗糖酶活性，有機(jī)養(yǎng)分礦化度逐步提高［35］；從小麥玉米輪作體系整體來看，小麥季施用有機(jī)肥和玉米季施用化肥也是一種有機(jī)無機(jī)肥料配合施用的模式，兩者之間也存在著周年有機(jī)無機(jī)養(yǎng)分互補(bǔ)、交互的作用，利于提高土壤養(yǎng)分的固持、礦化、釋放，增強(qiáng)土壤保肥供肥能力，提高養(yǎng)分利用效率。因此，在小麥玉米輪作模式下，有機(jī)無機(jī)肥料配合施用利于提高小麥籽粒產(chǎn)量。

本研究中T3莖葉P養(yǎng)分濃度、籽粒的P、K養(yǎng)分濃度、籽粒N、P、K養(yǎng)分積累量和N、K養(yǎng)分收獲指數(shù)顯著高于T6，氮磷鉀養(yǎng)分表觀回收率均高于T6，土壤養(yǎng)分提升明顯，植株抗性增強(qiáng)，小麥產(chǎn)量提高顯著，因此推薦75%有機(jī)肥+25%化肥作為小麥玉米周年輪作體系中小麥最佳施肥方案。

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