不同有机肥和氮磷组合对旱地小麦的增产机理研究

张 晶，张定一，王 丽，毛平平，赵 娟，王姣爱*

（1 山西省农科院小麦研究所，山西临汾 041000；2 山西师范大学，山西临汾 041000；3 临汾市气象局，山西临汾 041000）

不同有机肥和氮磷组合对旱地小麦的增产机理研究

张 晶1，张定一1，王 丽2，毛平平2，赵 娟3，王姣爱1*

（1 山西省农科院小麦研究所，山西临汾 041000；2 山西师范大学，山西临汾 041000；3 临汾市气象局，山西临汾 041000）

【目的】有机无机肥配施可为作物提供更全面的养分，改善光合性能而提高产量。为进一步挖掘旱地小麦的增产潜力，2012～2014 年，在山西省临汾市丘陵旱地开展了有机肥与氮磷配施对小麦增产效果与机理的研究。 【方法】通过田间裂区设计，有机肥为主区，设施羊粪 22.5 t/hm2(MS)、猪粪 22.5 t/hm2(MP)、精制有机肥2.25 t/hm2(MO)；氮磷配施量为副区，设不施氮、磷肥 (N0P0)，N 105 kg/hm2、P2O575 kg/hm2(N105P75)、N 150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2(N150P105)。供试小麦品种‘晋麦 92 号’，生育期测定旗叶 SPAD 相对值、籽粒灌浆参数、干物质积累和收获期籽粒产量。 【结果】有机肥与氮磷配施均使小麦灌浆后期 SPAD 相对值下降缓慢。单施有机肥时，猪粪使小麦灌浆中期 SPAD 相对值和平均灌浆速率最高，精制有机肥使灌浆后期 SPAD 相对值最高，灌浆持续期延长最多，茎叶转移量和穗部积累量最高。有机肥与氮磷配施时，MSN150P105、MPN105P75、MON105P75有利于提高旗叶后期 SPAD 相对值，延长灌浆持续期，使干物质积累量增加。有机肥与氮磷配施较单施有机肥成穗数和千粒重提高，产量增加，以 MSN150P105产量最高，其次是 MPN105P75，二者间差异不显著。 【结论】山西南部丘陵旱地小麦有机肥与适量化肥配施，使成穗数增加，并可以改善光合特性，延长灌浆持续期，增加千粒重实现增产。本研究中，施羊粪 22.5 t/hm2时，配施纯 N 150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2的增产效果最好，施猪粪 22.5 t/hm2时，配施纯 N 105 kg/hm2、P2O575 kg/hm2可实现减施高产。

有机肥；氮磷肥；旱地小麦；增产效果

我国传统农业生产是施用有机肥培肥地力，种植农作物。随着农业生产的迅速发展，化肥用量日益增加，甚至完全取代了有机肥。过量施用化肥造成土壤质量变差、肥料利用率低、生产成本高及农业水土环境污染等一系列问题[1–3]。有机无机肥配施可使土壤微生物获得充足的碳氮源，改善土壤供氮特性，提高氮肥利用效率[4–6]。适量的有机无机肥配施可以保持微量营养元素平衡，有效降低重金属污染风险，实现农业可持续发展[7–8]。有机无机肥配施时，化肥肥效迅速，主要在开花前促进分蘖；有机肥肥效持久，可延长叶片功能期和灌浆进程，有利于后期干物质的积累和转运[9–11]。为充分利用农牧业有机废弃物和有机肥，提高化肥利用效率，培肥地力[12–15]，通过连续两年田间试验，研究了有机肥与氮磷配施对旱地小麦旗叶光合性能、籽粒灌浆特性、干物质积累及产量的影响，旨在为山西省南部丘陵旱地实现小麦高产高效栽培提供适宜的有机肥与氮磷配施量。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于 2012～2014 年在山西省临汾市尧都区大阳镇岳壁村同一块试验田连续进行。试验地土壤为石灰性褐土，质地中壤，位于北纬 36°5.520′，东经111°45.727′，海拔 693.5 m，年均气温 12.6℃，年降水量 430～550 mm。连续 2 年试验数据趋势基本一致，本文以 2013～2014 年试验数据进行分析。本年度小麦生育期有效降水量 232.1 mm。耕层土壤理化性状为有机质 9.08 g/kg、碱解氮 48.33 mg/kg、速效磷 12.44 mg/kg、速效钾 128 mg/kg。

1.2 试验设计

本试验采用裂区设计，有机肥为主区，设施羊粪 22.5 t/hm2(MS)、猪粪 22.5 t/hm2(MP)、精制有机肥2.25 t/hm2(MO) 处理， 供试有机肥养分含量见表 1；氮、磷配施量为副区，设不施氮、磷肥 (N0P0)，N 105 kg/hm2、P2O575 kg/hm2(N105P75)，N 150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2(N150P105)，以及不施肥对照处理(CK)，共 10 个处理，每处理 3 个重复。供试品种为‘晋麦 92 号’，9 月 28 日播种，播量 150 kg/hm2，6 月 5 日收获，田间管理和病虫害防治同当地高产麦田。

表1 供试有机肥养分含量 (g/kg)Table 1 Nutrient content of tested organic fertilizer

1.3 测定项目与方法

1.3.1 SPAD 相对值 采用日本 SPAD–502 型叶绿素计测定叶片的 SPAD 相对值。从花后 7 d 开始，每 7 d上午 9 点随机选取长势、朝向和大小基本相同的旗叶，每小区测定 20 片，取平均值。

1.3.2 籽粒灌浆特性 初花期每个小区标记长势一致且同一天开花的 100 穗，在开花 7 d 后每隔 5 d 取 10穗，将每穗剥出，统计数目后烘干称重。用 Logistic方程 Y = K/(1 + ea+bt) 拟合籽粒千粒重 (Y) 随开花后天数 (t) 的变化规律。式中，K 为千粒重潜力值；a和 b 为参数。对该方程求一阶和二阶导数得灌浆速率方程和次级灌浆参数。参数包括 T 灌浆持续天数(d)；R 平均灌浆速率 (g/d)；Rmax最大灌浆速率 (g/d)；T1、T2、T3分别表示渐、快和缓增期灌浆持续时间(d)；R1、R2、R3分别表示渐、快和缓增期平均灌浆速率 (g/d)。

1.3.3 干物质积累量 各小区在定点调查样方外，于开花期、灌浆期、成熟期随机选取代表性植株 20 个单茎装入密封塑料袋，带回室内将植株按茎叶、穗部分开，在 105℃ 烘箱内杀青 30 min 后，80℃ 烘至恒重称干重。

1.3.4 产量和产量构成因素 收获当天在各小区 2 个调查样方中的 1 个内随机拔取行长 20 cm 全部植株，随机取 5 株，去除穗粒数小于 5 粒穗数后，准确计数有效成穗数，并调查每穗粒数，求平均值为穗粒数；各处理收获 2 个未取样调查样方外，再随机取 3 个 1.0 m2，脱粒，风干后称重；数取 500 粒称重，换算成千粒重，2 次重复 (重复间相差≤0.5 g)，80℃ 下烘至恒重，计算籽粒风干含水率，按 13% 含水率计算千粒重和产量。

1.4 数据处理

试验数据用 Excel 和 DPS 软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 有机肥与氮磷配施对旱地小麦旗叶SPAD相对值的影响

由图 1 知，有机肥与氮磷配施花后 28 d 旗叶SPAD 相对值均高于 CK。单施猪粪 7～21 d 旗叶SPAD 相对值最高，单施精制有机肥 21～28 d 旗叶SPAD 相对值最高。羊粪与氮磷配施花后旗叶 SPAD相对值持续升高，21 d 最高，随后下降，其中羊粪与 N150P105配施 (MSN150P105) 灌浆期旗叶 SPAD 相对值均高于羊粪其他处理。猪粪与氮磷配施花后 7～21 d旗叶 SPAD 相对值比较稳定，花后 28 d 猪粪与 N105P75配施 (MPN105P75) SPAD 相对值高于猪粪其他处理。精制有机肥与 N105P75配施旗叶 SPAD 相对值随生育期推迟而下降，N150P105先升后降，花后 28 d 精制有机肥与 N105P75配施 (MON105P75) SPAD 相对值高于精制有机肥其他处理。

图1 不同有机肥与氮磷配施处理小麦的 SPAD 相对值Fig.1 The SPAD of leaves in wheat affected by different fertilizer combination

2.2 有机肥与氮磷配施对旱地小麦籽粒灌浆特性的影响

用 Logistic 方程对有机肥与氮磷配施籽粒灌浆进程进行拟合，千粒重 (Y) 与花后天数 (t) 的拟合方程见表 2，各方程的决定系数在 0.990～0.999 之间，拟合度高，说明方程可以客观反映有机肥与氮磷配施对小麦品种籽粒灌浆进程的影响。单施有机肥时，精制有机肥灌浆持续时间 (T) 最长，猪粪平均灌浆速率 (R) 和最大灌浆速率 (Rmax) 最高。羊粪与氮磷配施T 随氮磷肥施用量增加而升高，R 和 Rmax则降低，N150P105处理小麦快增期、缓增期持续天数 (T2、T3)及灌浆速率 (R1、R2、R3) 均最高；猪粪、精制有机肥与氮磷配施 T 随氮磷肥施用量增加先升高后降低，R 和 Rmax则相反，N105P75灌浆各时期持续天数(T1、T2、T3) 均最高。

2.3 有机肥与氮磷配施对旱地小麦干物质积累和转运的影响

由表 3 知，有机肥与氮磷配施总干物质积累量均高于 CK。单施有机肥时，精制有机肥茎叶转运量和穗部积累量最高。羊粪与氮磷配施茎叶干物质转运量随氮磷肥施用量增加先升高后降低，穗部和总干物质积累量随氮磷肥施用量增加而增加，以N150P105最高；猪粪、精制有机肥与氮磷配施茎叶干物质转运量随氮磷肥施用量增加先降低后提高，穗部干物质和总积累量则相反，以 N105P75最高。

2.4 有机肥与氮磷配施对旱地小麦产量及其构成的影响

由表 4 知，产量以有机肥与氮磷配施高于单施有机肥，单施有机肥高于对照。不同有机肥单施处理的产量差异不显著。羊粪与氮磷配施成穗数、穗粒数、千粒重及产量均随氮磷施用量增加而升高，以配施 N150P105处理最高；猪粪、精制有机肥与氮磷配施成穗数、千粒重及产量随氮磷施用量增加先升高后降低，以配施 N105P75最高，穗粒数则相反。MSN150P105处理与对照产量差异达极显著水平，MPN105P75与对照产量差异达显著水平。

表2 不同有机肥与氮磷配施小麦籽粒灌浆进程曲线模拟参数Table 2 Curvilinear equation of accumulation and grain filling parameters in wheat affected by different fertilizer combinations

表3 不同有机肥与氮磷配施小麦的干物质积累和转运量 (g/plant)Table 3 Accumulation and translocation of dry matter in wheat affected by different fertilizer combinations

3 讨论与结论

有机无机肥配施能够提高灌浆中后期叶绿素含量，延缓灌浆后期叶片衰老[16–19]。本研究表明，单施有机肥、有机无机配施均能提高小麦灌浆后期 SPAD相对值，延缓叶片衰老。单施有机肥处理时，猪粪在小麦灌浆中期的 SPAD 相对值和平均灌浆速率最高，这可能与猪粪中速效磷含量相对较高，磷对籽粒灌浆有促进作用有关。精制有机肥使小麦灌浆后期能维持较高的 SPAD 相对值和灌浆持续天数最长，这可能与精制有机肥中富含有益微生物，施入后与土壤微生物形成共生增值关系，提高土壤中养分有效性，从而延缓小麦灌浆后期叶片衰老。有机无机肥适量配施，既有速效养分又有缓效有机养分，充分发挥各自优势，既促进分蘖，又满足小麦后期养分需求，延缓灌浆后期叶片衰老，提高叶片光合性能[16]。本研究表明有机肥与氮磷配施时，羊粪与高量氮磷肥配施、猪粪和精制有机肥与低量氮磷肥配施可提高叶片光合能力，有效延长灌浆持续期。

表4 不同有机肥与氮磷配施小麦的产量及其构成Table 4 Yield component and yield in wheat affected by different fertilizer combination

合理肥料运筹可协调花前花后的物质积累，保持源库畅通，促进物质向籽粒中快速转移，对于提高作物产量具有重要意义[20–22]。本研究表明，有机肥与氮磷配施总干物质积累量均高于单施有机肥和对照，这与有机肥与氮磷配施改善光合性能，延缓旗叶衰老，促进干物质积累与转移有关。

有机肥与氮磷配施产量均高于单施有机肥和对照，这与前人研究结果一致[23–24]。赵隽等[16,25]认为，施用有机肥可提高千粒重，但穗粒数和成穗数降低。本研究表明，单施有机肥和有机肥与氮磷配施使成穗数和千粒重提高，与前人研究结果存在差异，这与施肥量、基础地力不同有关。单施有机肥增产幅度较小，有机肥与氮磷配施增产幅度较大，其中羊粪和高量氮磷肥配施与对照差异极显著、猪粪和低量氮磷肥配施产量与对照差异显著，增产主要与成穗数和千粒重有关。

本研究结果表明，山西南部丘陵旱地小麦在施羊粪 22.5 t/hm2时，配施纯 N 150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2增产效果最好，在施猪粪 22.5 t/hm2时，配施纯 N 105 kg/hm2、P2O575 kg/hm2可实现减施高产。

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The mechanism of different combinations of organic and N, P fertilizers increasing yield of dryland wheat

ZHANG Jing1, ZHANG Ding-yi1, WANG Li2, MAO Ping-ping2, ZHAO Juan3, WANG Jiao-ai1*
( 1 Institute of Wheat Research, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Linfen, Shanxi 041000, China; 2 Shanxi Normal University, Linfen, Shanxi 041000, China; 3 Weather Bureau of Linfen, Linfen, Shanxi 041000, China )

【Objectives】Combined application of organic and inorganic fertilizer can provide enough nutrient to crops to increase production. In order to dig into yield potential in dryland wheat, effects of combined application of organic and N, P fertilizers on yield increasing and mechanism of hilly dryland wheat were studied in Linfen City, Shanxi Province from 2012 to 2014. 【Methods】A randomized block design with a split plot experiment was laid out and three kinds of organic fertilizer, 22.5 t/hm2of pig manure (MP), 22.5 t/hm2of sheep manure (MS) and 2.25 t/hm2of refined organic fertilizer (MO), were used as the main plot factors. Four N, P fertilizers rates were set as sub plots: N0P0, N105P75, N150P105, and CK. The SPAD value of flag leaf, grain-filling characteristics, dry matter accumulation and yield of the Jinmai 92 were tested. 【Results】The SPAD value of organic and N, P fertilizers decreased slowly in the late sage of seed filling. The SPAD value and average rate of the middle stage of filling was the highest in single pig manure. The SPAD value of the late stage of filling, grain filling duration, stem leaf transferring and amount of spike were the highest in single refined organic fertilizer. The SPAD value,grain filling duration, dry matter accumulation were improved in MSN150P105, MPN105P75and MON105P75. The number of ears, 1000-grain weight and yield of organic and N, P fertilizers were higher than those single organic fertilizer. The yield of MSN150P105was the highest and had no significant difference with MPN105P75. 【Conclusion】Organic fertilizer with a suitable amount of chemical fertilizer, increase panicles, and could improve the photosynthetic characteristics, extend the filling duration, increase grain production in hilly dryland of Shanxi, yield increasing effect was the best in 22.5 t/hm2of sheep manure combining N 150 kg/hm2and P2O5105 kg/hm2, 22.5 t/hm2of pig manure combining N 105 kg/hm2and P2O575 kg/hm2could reduce fertilizer application and increase production.

organic fertilizer; N, P fertilizers; dryland wheat; yield increasing

2016–05–17接受日期：2016–09–07

国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-03-07）；国家科技支撑计划（2015BAD22B03-03）；省科技攻关项目（20130311008-3）资助。

张晶（1984—），女，山西襄汾人，硕士，助理研究员，主要从事小麦生理栽培研究。E-mail：zhangjing3298@163.com

* 通信作者 E-mail：wangjiaoai6226@163.com