腐植酸复合肥料对冬小麦产量、肥料利用率及土壤化学性质的影响

尹 静 张 晶 宋 挚 房卫东 赵成雷 郭新送*

1 山东农大肥业科技股份有限公司 肥城 271600

2 山东合泰检测技术服务有限公司 肥城 271600

3 山东省泰安市环保局 泰安 271000

腐植酸作为自然界中广泛存在的大分子有机物质，因功能多样被广泛应用于农业生产中[1～5]。赵晓燕等[6]研究表明，单施腐植酸可显著提高小麦的有效穗数、理论产量以及穗、茎、旗叶的全氮含量，腐植酸配施化肥能够显著提高小麦的光合速率和蒸腾速率。袁天佑等[7]研究表明，氮肥配施腐植酸可显著提高冬小麦肥料利用率。

鲁东丘陵棕壤区是我国重要的粮食生产区，冬小麦又是最主要的种植作物。目前，关于腐植酸与肥料配施对鲁东酸性土壤冬小麦生产影响的报道相对较少。因此，本试验以施用腐植酸复合肥料为切入点，探索腐植酸复合肥料对冬小麦产量、养分利用率、土壤化学性质的影响，以期为当地冬小麦合理施肥提供一定数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

本试验于2020 年10 月—2021 年6月在山东省日照市莒县闫庄镇大路东村（35.67 °N，118.84 °E）进行，该区域位于鲁东丘陵地区，属于温带季风气候，年均气温12.7 ℃，无霜期223 天，年平均日照2533 h，年均降水量874 mm。

1.2 试验材料

供试土壤：土壤类型为棕壤，试验前3 年均进行秸秆还田处理。其土壤基本化学性质如表1 所示。

表1 供试土壤基本化学性质Tab.1 Basic chemical properties of tested soil

供试作物：冬小麦，品种为“鲁原502”。

供试肥料：腐植酸复合肥料，N-P2O5-K2O 含量为15-15-15，总腐植酸含量为3%。对照（T1、T2、T3、T4）肥料为常规化肥：尿素（46% N）、钙镁磷肥（18% P2O5）和氯化钾（60% K2O）。以上肥料均由山东农大肥业科技有限公司提供。冬小麦各生育期肥料施入比例为底肥∶拔节肥∶孕穗肥=5 ∶3 ∶2，各时期用肥均一致，所用肥料种类均为上述常规化肥和腐植酸复合肥料。

1.3 试验设计

本试验共设置5 个处理，分别为无氮处理（T1）、无磷处理（T2）、无钾处理（T3）、氮磷钾处理（T4）、腐植酸复合肥料处理（T5）。各处理小区面积48（6×8）m2，小区间距为0.5 m。采取随机区组排列，重复3 次，田间管理同当地。各处理氮肥、磷肥、钾肥用量如表2 所示。

表2 各处理氮肥、磷肥、钾肥用量Tab.2 Amount of nitrogen fertilizer, phosphorus fertilizer and potassium fertilizer in each treatment 千克/亩

1.4 样品采集与测定方法

于2021 年6 月10 日冬小麦收获前在各小区随机选取1 m 长双行冬小麦植株，进行冬小麦整株取样，并测产和室内考种（均为干重），以小区产量估算亩产量。根据冬小麦地上部（籽粒+秸秆）氮、磷、钾养分吸收量，采用差值法计算肥料利用率，计算方法[8]如下：

养分吸收总量=地上部生物量×植株养分平均含量；

氮肥利用率=（氮磷钾区植株养分含量-无氮区植株养分含量）/氮肥投入量；

磷肥利用率=（氮磷钾区植株养分含量-无磷区植株养分含量）/磷肥投入量；

钾肥利用率=（氮磷钾区植株养分含量-无钾区植株养分含量）/钾肥投入量。

按照五点取样法用不锈钢土钻采集0 ～20 cm耕层的混合土样，经室内自然风干后研磨，分别过1.00 和0.25 mm 孔径筛，充分混匀后测定土壤样品的pH 值、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量。其中，pH 值采用水浸提电位法测定，有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提——火焰光度计法测定[9]。

1.5 数据分析

试验数据统计与计算在Microsoft Excel 2019 软件上进行，使用SPSS 22.0 软件进行处理的差异显著性检验（95%概率水平下的Duncan 检验，P＜0.05），使用Origin 2019 进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对冬小麦籽粒产量和秸秆生物量的影响

不同施肥处理对冬小麦籽粒产量和秸秆生物量的影响见图1。各处理的籽粒产量和秸秆生物量表现出相同的趋势，其大小顺序均为T5 ＞T4 ＞T3 ＞T2 ＞T1，可以看出缺氮素处理会造成冬小麦籽粒产量下降，且降幅最大，其次为缺磷素和钾素处理；T1 处理冬小麦籽粒产量较T4 处理、T5处理分别显著降低了10.2%和13.5%（P＜0.05）。同时可以看出，与T4 处理相比，T5 处理下的冬小麦籽粒产量增加了4.52%，差异显著；秸秆生物量增加了5.77%，差异不显著。

图1 不同施肥处理对冬小麦籽粒产量和秸秆生物量的影响Fig.1 Effects of different fertilization treatments on grain yield and straw biomass of winter wheat

2.2 不同施肥处理对冬小麦肥料利用率的影响

不同施肥处理对冬小麦籽粒和秸秆中的养分含量的影响见表3。从表中可以看出，与氮磷钾处理相比，缺施肥料处理会显著降低冬小麦籽粒和秸秆中的养分含量，以缺施磷素处理的冬小麦籽粒和秸秆全磷含量降幅最大，分别降低55.6%和54.0%。与T4 处理相比，T5 处理对冬小麦秸秆养分含量影响不显著，但能够显著增加冬小麦籽粒中的全氮、全磷和全钾含量，增幅分别为3.92%、0.97%和1.67%。

表3 不同施肥处理对冬小麦籽粒和秸秆中的养分含量的影响Tab.3 Effects of different fertilization treatments on nutrient content in grain and straw of winter wheat g/kg

不同施肥处理对冬小麦地上部养分吸收量与肥料利用率的影响见表4。从表中可以看出，T5 处理的冬小麦地上部对氮素和钾素的吸收量（24.5 千克/亩和15.9 千克/亩）均显著高于T4处理（22.9 千克/亩和14.6 千克/亩），分别提高了7.0%和8.9%；T5 处理的冬小麦地上部对磷素的吸收量略高于T4 处理，但差异不显著。与T4处理相比，T5 处理能够显著提高氮肥、磷肥和钾肥的利用率，分别提高了42.7%、11.4%和24.8%（P＜0.05）。

表4 不同施肥处理对冬小麦地上部养分吸收量与肥料利用率的影响Tab.4 Effects of different fertilization treatments on aboveground nutrient uptake and fertilizer using efficiency of winter wheat

2.3 不同施肥处理对土壤化学性质的影响

不同施肥处理对土壤化学性质的影响见表5。从表中可以看出，施肥后土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量均有所增加，且均以T5 处理（83.1 mg/kg、54.4 mg/kg、156 mg/kg）最高，其次分别为T3处理（碱解氮79.3 mg/kg）、T4 处理（有效磷53.7 mg/kg、速效钾151 mg/kg）。与初始土壤的化学性质相比，T5 处理的碱解氮含量无显著变化，其余各处理均降低；除T2 处理外，其余各处理有效磷含量均增加；除T3 处理外，其余各处理速效钾含量均提高。从有机质来看，T5、T1 处理高于初始土壤，T4 处理与初始土壤持平，T1、T2、T4、T5 处理显著高于T3 处理，但T1、T2、T4、T5 各处理间差异均未达显著水平（P＜0.05）。各处理间pH 值无明显变化，且与初始土壤无显著差异。

表5 不同施肥处理对土壤化学性质的影响Tab.5 Effects of different fertilization treatments on chemical properties of soil

3 结论与讨论

含腐植酸肥料可以有效提高肥料利用效率，达到节肥增产的效果[10]。与传统化肥相比，活性腐植酸是天然安全有效的物质，含有大量羟基和羧基等活性官能团，与土壤中微量元素络合能力较强[11]，从而促进植物根系对养分的吸收，提高肥料利用率，可有效应用于不同作物的生产[12～14]。本研究结果表明，各缺素处理均在不同程度上降低了冬小麦籽粒产量、养分吸收量及肥料利用率；相较于常规施肥而言，腐植酸复合肥料可显著增加冬小麦籽粒产量（4.52%），地上部氮素、钾素养分吸收量，氮肥、磷肥、钾肥的利用率（42.7%、11.4%、24.8%）；同时还可以显著增加土壤碱解氮、略微提高有效磷、速效钾、土壤有机质含量和pH 值（差异不显著），在一定程度上可以维持土壤肥力。这与池静波等[15]、翟文晰等[16]、毕军等[17]的研究结果一致。池静波等[15]在冬小麦上试验研究表明，腐植酸与复混肥同时施用能降低有效磷的固定，并可使已固定磷有效化，提高了磷的利用率。翟文晰等[16]研究表明，腐植酸复合肥的投入可以在增加冬小麦产量的同时改善土壤理化性质。毕军等[17]研究也得到了类似的结论，腐植酸活性肥料可给冬小麦带来9.0%～15.2%的增产效应。本研究结果表明，除缺钾处理外，其余各处理之间有机质含量并无明显差异，缺钾处理有机质含量最低，说明土壤缺钾会加速有机质的矿化[18]。在不施钾条件下，生育期内土壤钾素消耗量较大，水溶性钾和交换性钾含量较低，并促进了非交换性钾的释放，土壤中非交换性钾主要来源于膨胀型2 ∶1 型黏土矿物，不施钾肥会导致土壤中2 ∶1 型黏土矿物减少，而2 ∶1型黏土矿物一般比1 ∶1 型黏土矿物能保持更多的有机质，因此在土壤缺钾条件下，土壤对有机质的固持能力下降，导致有机质含量下降[19]。