有机替代及减量施氮对冬小麦产量及土壤养分的影响

杨忠浩 郭新送* 范仲卿 张 晶 丁秀红

1 山东农大肥业科技有限公司 肥城 271600

2 山东合泰检测技术服务有限公司 肥城 271600

3 青岛市即墨区住房和城乡建设局 青岛266299

小麦作为我国三大粮食作物之一，稳产高产对我国的粮食安全问题至关重要[1]。氮肥是提高小麦产量及品质的有效措施，实际生产中大多采用追施尿素或者其他速效氮肥的方法来达到增产提质的目的。近年来，为了获得小麦高产，化学氮肥的投入量逐渐增加，农田有机肥的投入逐年减少[2]，化学氮肥已经占据了主导地位。大量氮肥的投入不仅造成养分浪费，同时也带来了土壤板结、肥力降低等问题[3～5]。因此，在小麦实际生产中需投入一定量的有机肥维持土壤质量、增强保肥保水能力，促进土壤生态系统的恢复。腐植酸作为一种有机胶体，内表面和胶体表面积较大，吸附性强，可吸附、交换和活化土壤中多种矿质元素，具有改土培肥，改善土壤团粒结构，提高作物产量的功能[6]，杨雪贞等[7]研究表明，腐植酸可以有效增加小麦产量。李燕等[8]研究表明，部分有机肥替代氮肥可以提高5%的小麦产量同时土壤有机质含量增加了0.9 ～1.5 g/kg。有机无机肥配施对作物产量和土壤肥力有显著的提升作用[9]。

因此，本研究以当地传统施氮为基础，采用有机替代及减量施氮的方式，分析其对冬小麦产量及土壤养分的影响，为寻找区域农田小麦合理施肥模式，改善土壤质量，促进农业持续发展提供一定的参考借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点设在山东省日照市莒县洛河镇大张宋村（东经118°84′，北纬35°71′），地势平坦，肥力均匀，灌溉方便，属典型的暖温带湿润季风区大陆性气候，年平均气温12.7 ℃，年平均降水量768.7 mm。年平均日照时数2432.8 h，日照百分率为55%，年无霜期203 天。播种前取0 ～20 cm 土层测定试验地耕层土壤基础肥力状况，详见表1。

表1 试验地耕层土壤基础肥力Tab.1 Basic fertility of plough layer in the test site

1.2 供试材料

供试作物：冬小麦，品种为“鲁原502”。

供试肥料：腐植酸氮肥（腐植酸脲铵态氮肥，腐植酸含量为6%，N 氮含量为28%）、磷肥为过磷酸钙（P2O516%）、钾肥为硫酸钾（K2O 51%）、有机肥为腐植酸有机肥（有机质含量为55%，腐植酸含量为20%，氮磷钾含量分别为2.5%、2.0%、0.5%）。试验用肥均由山东农大肥业科技有限公司提供。

1.3 试验设计

实施时间为2020 年10 月—2021 年6 月，试验设置5 个处理，分别为常规施肥（腐植酸氮肥，CK）、部分有机替代（T1）、部分有机替代+氮肥减施15%（T2）、部分有机替代+氮肥减施20%（T3）、部分有机替代+氮肥减施25%（T4），每个处理重复3 次，采取随机区组排列，每个小区面积40（5×8）m2。试验各处理用肥均为基施，各处理养分施用量见表2，其他田间管理方式均一致。

表2 各处理养分施用量Tab.2 The nutrient application amount of each treatment kg/hm2

1.4 测定项目与方法

分别于小麦播种前、收获后，采集0 ～20 cm混合土样，放室内自然风干，过0.25 mm 孔径筛充分混匀后，测定土壤养分含量。碱解氮采用碱解扩散法；有效磷采用碳酸氢钠溶解钼锑抗比色法；速效钾采用乙酸铵溶解火焰光度计法；土壤有机质测定采用重铬酸钾容量法。

小麦生物性状测定：小麦田间生物性状调查，包括冬前分蘖数、年后分蘖数。

产量测定：成熟期收获1/3 小区面积进行产量性状指标（公顷穗数、穗粒数、千粒重、产量）的测定分析。

1.5 数据处理

采用Excel 2010 作图，SPSS 进行方差分析，并用LSD 法（P＜0.05）进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 有机替代及减量施氮对冬小麦分蘖数的影响

有机替代及减量施氮对冬小麦分蘖数影响如图1 所示。由图可知，T1 处理（994.95 万株/公顷）冬前分蘖数显著高于CK 处理（923.854 万株/公顷）；说明腐植酸有机肥替代部分氮肥可有效增加冬前分蘖数。与T1 处理相比，减少氮肥的投入（T2、T3、T4 处理），冬前分蘖数显著降低，下降幅度为10.61%～24.69%，且减肥幅度越大冬前分蘖数越小；但T2 与CK 处理相比差异不显著。年后分蘖数各处理之间无显著差异。

图1 有机替代及减量施氮对冬小麦分蘖数的影响Fig.1 Effects of organic substitution and reduced nitrogen application on the number of winter wheat tillers

2.2 有机替代及减量施氮对冬小麦产量构成因素的影响

有机替代及减量施氮对冬小麦产量构成因素的影响不同。从表3 可以看出，各处理之间公顷穗数最高的为T1 处理（585.30 万穗），高于CK 处理，但二者之间差异不显著；相较于T1 处理而言，T2、T3、T4 处理则显著降低了冬小麦公顷穗数，降幅在10.05 ～31.65 万穗之间。各处理在穗粒数上差异均不显著。从千粒重来看，T1 处理（35.16 g）显著高于CK 处理（34.25 g），说明腐植酸有机肥替代部分氮肥可有效增加千粒重；而T2 处理千粒重高于T1 处理（差异不显著），T3、T4 处理千粒重则显著低于T1 和T2 处理，说明在腐植酸有机肥投入下减少氮肥15%并不会造成千粒重降低，继续减少20%氮肥用量导致千粒重降低，但与CK相比不显著，继续减少25%氮肥用量则千粒重显著降低。从有效成穗率来看，T2 处理的有效成穗率最高，达到了52.07%，其余依次为T1、T3、CK、T4 处理；T1、T2、T3 处理间差异不显著，但显著高于T4 和CK 处理，T4 与CK 处理间差异也不显著；说明有机替代及减量施氮在一定程度上可以提高冬小麦成穗率。

表3 有机替代及减量施氮对冬小麦产量构成因素的影响Tab.3 Effects of organic substitution and reduced nitrogen application on the yield constituent factors of winter wheat

2.3 有机替代及减量施氮对冬小麦产量的影响

有机替代及减量施氮对冬小麦产量的影响如图2 所示。由图可以看出，T1 处理的冬小麦产量达7881.75 kg/hm2，显著高于CK 处理，增产率为4.08%；同时T2、T3 处理与T1 处理之间无显著差异，但T2 处理显著高于CK 处理，T3 与CK 处理之间无显著差异，T4 处理产量则显著低于其他各处理。说明腐植酸有机肥替代部分氮肥可进一步提升产量，在腐植酸有机肥投入下减少15%氮肥用量，冬小麦产量显著增加；继续减少20%氮肥用量，冬小麦产量略有增加，但无显著差异；继续减少25%氮肥用量，则冬小麦产量显著降低。说明，在一定范围内（≤20%）减少无机来源的氮肥配施腐植酸有机肥并不会造成冬小麦产量降低，但过度减少无机来源的氮肥的施用量则会造成冬小麦产量显著下降。

图2 有机替代及减量施氮对冬小麦产量的影响Fig.2 Effects of organic substitution and reduced nitrogen application on the yield of winter wheat

2.4 有机替代及减量施氮对土壤养分的影响

有机替代及减量施氮对土壤养分的影响显著。试验结果显示（表4），与CK 处理相比，T1 处理显著增加了土壤碱解氮含量，增幅为11.36%；与T1 处理相比，T2 处理碱解氮含量略有下降但差异不显著；T3、T4 处理碱解氮含量则显著降低，但仍高于CK 处理。腐植酸有机肥投入各处理有效磷含量各处理之间差异不显著。各处理速效钾含量略有降低，但无显著差异。从土壤有机质来看，相较于CK 而言，腐植酸有机肥的投入均增加了土壤有机质的含量，增幅范围为2.74%～6.00%，其中T1处理有机质含量增加幅度最大，但均无显著差异。

表4 有机替代及减量施氮对土壤养分的影响Tab.4 Effects of organic substitution and reduced nitrogen application on the nutrients of soil

3 讨论

含腐植酸有机肥的投入可显著提高作物产量产量[10]，梁璐[11]研究表明，在施用有机肥的条件下配施化肥，可显著提高小麦产量，相比于单施化肥处理可提高12.5%。李顺等[12]研究也表明，适量有机肥替代化肥可增加冬小麦产量。杨修一等[13]研究表明，减氮量存在临界值，当氮肥投入过少时，不利于冬小麦产量的增加，反而会造成减产。这些研究与本试验结果一致。本试验结果表明，在腐植酸有机肥替代部分氮肥，冬小麦产量进一步增加，增产率4.08%，在腐植酸有机肥的投入下减施无机来源氮肥（≤20%）并未造成产量下降，但减施氮肥超过20%时则造成冬小麦减产。

有机肥替代氮肥，其作用不仅是为了减少肥料投入、增加产量，更主要的是为了提升耕地质量，最终形成一个稳定绿色可持续的农田生态系统，这样才能增加作物产量[14，15]。宇万太等[16]研究表明，适量有机肥能维持土壤碳氮收支平衡，维持土壤肥力。本试验研究表明，在腐植酸有机肥替代部分无机来源的氮肥条件下可效增加土壤碱解氮、有机质含量，相较于T1 处理而言，T2、T3、T4 处理降低了碱解氮含量，但仍高于CK 处理；有机肥投入均可增加有机质含量，增加幅度为2.74%～6.00%。说明本试验条件下，腐植酸有机肥投入下适当减少无机来源的氮肥用量可满足冬小麦生育期的碳氮需求量且不会出现减产效应，一方面是因为有机肥和腐植酸氮肥中的腐植酸对肥料中的无机来源的养分和土壤中的养分具有增效作用；另一方面，腐植酸可改良土壤结构、提高土壤养分利用率、增加土壤生物活性、保水保肥抗旱、调节土壤酸碱性，在维持土壤肥力上具有良好的效果[17]。

但本试验并未设置不含腐植酸的纯无机氮肥的处理，不能更好地反应出腐植酸在减量无机氮肥的作用，也未开展多年连续施用腐植酸有机肥下土壤理化性质的改变，不能确定腐植酸对土壤理化性质的长效作用。这些还有待进一步研究以更好地体现腐植酸的作用。