化肥减量配施微生物肥对稻麦轮作养分吸收、周年产量和土壤养分的影响

胡铁军，张怀杰

(1.余姚市农业技术推广服务总站，浙江 余姚 315400；2.余姚市阳明街道办事处农业技术服务中心，浙江 余姚 315400)

冬小麦-单季稻轮作模式是浙江省一种重要的种植制度，浙江省种植面积约10万hm2，但水稻和小麦均属于高肥作物，加上农村劳动力不足和错误的施肥观念，长期连作和大量化肥的施用，不仅导致土壤板结、肥力下降、环境污染等问题，而且会抑制作物对养分的吸收，加剧病虫害的发生。微生物肥是以活性微生物的生命活动使作物得到所需养分的一种新型肥料，能解磷、解钾、固氮，提高肥料利用率，同时因富含有机质，能有效补充土壤缺失的有机质，改良土壤团粒结构，增强保水保肥能力[1]。化肥配施微生物肥既可以通过微生物的作用增加土壤养分，缓解过量施肥带来的土壤恶化，还能增产增收。当前微生物肥已经成为国家绿色农业发展战略中必需的一项产品，探索化肥减量配施微生物肥的技术对当前改良土壤，减少农业面源污染，保障作物产量具有重要的意义。

目前，微生物菌肥在各地得到了广泛的应用，各地的农业推广部门在番茄[2]、棉花[3]、葡萄[4]、油菜[5]上进行了大量的试验，结果均显示，微生物肥具有良好的增产和改良土壤性状的作用，但关于稻麦轮作的周年研究很少，且化肥减量配施微生物肥的效果研究更是鲜见报道，本研究通过微生物肥添加量和化肥减少量两个变量来研究减量施肥和配施微生物肥对周年氮磷钾养分的吸收，稻麦产量以及土壤养分的影响，以期为当地稻麦轮作区的化肥减量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验品种和地点

试验在浙江省余姚市嘉灵农机服务专业合作社基地(121°4′34.02″E、30°5′4.48″N)进行。供试小麦品种为扬麦20，单季稻品种为宁88，供试肥料为：45%洋丰复合肥、尿素(46%)，由当地农资公司提供；“金菌冠”微生物肥(有机质含量为45%，有效活菌数5亿·g-1)，由山东金正大生态工程有限公司提供。供试土壤为青紫泥，基本理化性质为：pH 5.71，有机质含量16.3 g·kg-1，有效磷含量11.3 mg·kg-1，速效钾含量93.0 mg·kg-1，碱解氮含量101.2 mg·kg-1。

1.2 处理设计

试验设2个减少化肥处理，分别为减肥10%，减肥20%；3个微生物肥添加量处理，分别为1 200、1 500、1 800 kg·hm-2，共设8个处理，处理F1为空白处理，F2为常规施肥，F3为常规施肥量减量10%配施1 200 kg·hm-2微生物肥，F4为常规施肥量减量10%配施1 500 kg·hm-2微生物肥，F5为常规施肥量减量10%配施1 800 kg·hm-2微生物肥，F6为常规施肥量减量20%配施1 200 kg·hm-2微生物肥，F7为常规施肥量减量20%配施1 500 kg·hm-2微生物肥，F8为常规施肥量减量20%配施1 800 kg·hm-2微生物肥。每个处理设3个重复，小区面积约110 m2(11 m×10 m)，小区随机排列。

小麦季2020年11月8日播种，2021年5月2日成熟，播种量为150 kg·hm-2，常规施肥量为基施洋丰复合肥600 kg·hm-2，小麦第一次追施尿素(12月15日)120 kg·hm-2，第二次追施尿素(2月19日)120 kg·hm-2，折合氮磷钾施用量分别为194.4、96、90 kg·hm-2；水稻季2021年5月17日播种，6月17日移栽，11月20日收获，基施洋丰复合肥600 kg·hm-2，追施尿素第一次(7月3日)150 kg·hm-2，第二次(8月20日)150 kg·hm-2，折合氮磷钾施用量分别为222、96、90 kg·hm-2。

1.3 调查项目

每小区固定10丛为观察对象，每7 d调查1次苗分蘖数，收获成熟期测定产量、穂长、有效穗、穗粒数、总粒数、千粒重。

小麦播前和水稻收获后分别采集混合土壤样品，测有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量及pH值。用重铬酸钾容量法测定有机质含量；用碱解-扩散法测定碱解氮含量；用钼蓝比色法测定有效磷含量；用火焰光度法测定速效钾含量；用电位法测定pH。籽粒和秸秆样品放入烘箱中烘干至恒重，称干重。用蒸馏滴定法测定植株全氮；用钼锑抗比色法测定植株全磷；用原子吸收分光光度法测定植株全钾[6]。

氮、磷、钾相关指标计算方法[7]如下：植株氮(磷、钾) 素总吸收量=Σ 植株各器官干重×氮(磷、钾)含量。

1.4 数据处理与分析

使用Excel 2010 软件进行数据处理；用SPSS 17.0 数据处理系统进行方差分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对稻麦地面部分养分吸收量的影响

由图1可知，在小麦季，施用微生物肥各处理地面部分氮元素吸收量范围为97.6～114.6 kg·hm-2,比常规施肥增加11.8%～31.3%，均有显著差异。磷元素吸收范围为20.8～25.6 kg·hm-2，比常规施肥增加2.5%～26.1%，除F3和F6以外有显著性差异。钾元素吸收范围为122.6～132.9 kg·hm-2，比常规施肥增加7.8%～16.9%，均有显著性差异。

同一指标柱上无相同小写字母表示组间差异显著(P<0.05)。图2同。图1 不同处理下小麦地面部分NPK吸收量

由图2可知在水稻季，F3～F8处理植株地面部分氮元素吸收量为112.5～142.2 kg·hm-2，比F2增加2.0%～28.9%，除F6和F8以外均有显著性差异。磷元素变化范围为26.8～32.5 kg·hm-2，增加2.3%～24.1%，除F4以外，其余处理与常规施肥相比均无显著性差异。钾元素变化范围为163.5～172.1 kg·hm-2，增加1.1%～6.4%，与F4、F5、F7有显著性差异。

可见，在稻麦轮作周年种植过程中，水稻和小麦各处理规律趋于一致，即便化肥减量10%～20%，配施微生物肥后植株氮磷钾的吸收量仍高于常规施肥处理，均为F4处理最高，在化肥用量相同的基础上，呈现先增后减的趋势。

图2 不同处理下水稻地面部分NPK吸收量

2.2 不同施肥处理对稻麦产量构成因子的影响

通过表1中小麦的考种结果可以看出，改变化肥用量，配合施用不同用量的微生物肥对有效穗，实粒数，千粒重有显著性影响，而对穗长和总粒数无显著影响。F3～F8在常规施肥减量10%的3个处理中，F4的各项经济指标最好，和常规对照F2相比，有效穗、实粒数、千粒重分别增加5.2%、8.3%、5.9%。在常规施肥减量20%的3个处理中，F7的各项经济指标最好，和常规对照F2相比，有效穗、实粒数、千粒重分别增加3.9%、6.4%、5.2%。

表1 不同处理对稻麦产量构成因子和产量的影响

通过水稻考种结果显示，不同施肥处理对有效穗，穂长和总粒数无显著影响，而实粒数和千粒重之间有显著性差异，在化肥减量10%的3个处理中F4表现最佳，实粒数和千粒重比F2增加7.35%和4.44%。在化肥减量20%的 3个处理中F7表现最好，实粒数和千粒重比F2增加5.80%和2.82%。

可见配施微生物肥能提高稻麦的农艺性状，在不同的处理中影响小麦产量的主要因素是有效穗，实粒数，千粒重，而影响水稻产量的主要因素是实粒数和千粒重。

2.3 不同施肥处理对稻麦产量的影响

从表1可知，与空白处理F1相比，小麦F2～F8处理呈显著性差异，增产17.9%～25.2%。与常规处理F2相比，各化肥减量处理未显示显著性差异。

水稻处理F2～F8产量有显著性差异，F4最高，F2最低。化肥减量处理比常规施肥F2增产2.6%～6.8%。在化肥减量10%的处理中产量从高到低为F4>F5>F3，平均产量为8 265.0 kg·hm-2，在化肥减量20%的处理中产量从高到低为F7>F8>F6，平均产量为8 239.9 kg·hm-2，且均呈现先增后减的情况，其中F4产量要高于F7。

从图3可知，与空白F1相比，F2～F8处理稻麦周年产量均有显著性差异，增产幅度为9.5%～16.7%。与常规施肥F2处理相比，除F6以外，其余处理均有显著性差异，化肥减量10%的情况下，F4周年产量最高，化肥减量20%的情况下，F7周年产量最高，说明化肥减量10%～20%的情况下，配施微生物肥可以增加稻麦的产量，其中化肥减量10%同时配施微生物肥1 500 kg·hm-2的施肥模式产量最高，虽然对小麦产量不会造成显著影响，但对水稻产量和稻麦的周年产量均有显著提高。

柱上无相同小写字母表示组间差异显著(P<0.05)。图3 不同处理对稻麦周年产量的影响

2.4 不同处理对稻麦收获后土壤养分的影响

由表2可知，在小麦季,与F2相比，各施肥处理之间pH值略有下降，有机质和碱解氮有所增加，但无显著性差异。有效磷增加5.3%～19.5%，速效钾增加6.8%～26.2%，均为F5最高，与F2处理相比有显著性差异，在化肥施用量相同的情况下，几个处理之间差异也不明显。

在水稻季，与常规施肥F2处理相比，各化肥减量处理有效磷提高3.0%～41.5%，除F3和F6处理以外，均有显著性差异，F5处理有效磷含量最高。在化肥减量10%和减量20%的3个处理之间，随着微生物肥的用量增加，速效磷的含量也逐渐上升。在微生物肥施用量相同的情况下，化肥减量10%的处理有效磷比减量20%的处理要高。

各施肥处理碱解氮含量比常规施肥F2处理提高8.3%～24.0%，速效钾提高10.9%～25.6%，两者除F3和F6处理以外，与F2处理均有显著性差异，均为F5最高。在化肥施用量相同的情况下，碱解氮和速效钾含量均随微生物肥用量的增加而增加，但数据差异不显著，等量微生物肥处理下也无显著差异。

表2 不同处理对稻麦收获后土壤养分的影响

各施肥处理有机质含量比F2处理增加3.4%～14.4%，只在化肥减量10%配施微生物肥1 800 kg·hm-2的情况下有显著差异，减量10%处理有机质含量要略高于减量20%的处理。各施肥处理之间土壤pH值无显著差异，F3～F8与F2处理相比呈下降趋势。

3 小结与讨论

提高氮磷钾的吸收量有利于植株干物质的积累，从而提高产量。本研究中发现，稻麦种植过程中，化肥减施10%～20%后，通过施用微生物肥仍可以提高水稻和小麦氮磷钾元素的吸收量，在化肥减量10%同时配施微生物肥1 500 kg·hm-2达到最大，与常规施肥相比有显著性差异。

前人的研究表明，基施微生物肥可以促进小麦和水稻的生长，提高产量[8-9]，在本研究中也得到了进一步的证实。该研究还发现，在化肥减量10%～20%的情况下，施用微生物肥也能改善稻麦的经济性状，从而增加产量，在小麦中主要影响有效穗，实粒数，千粒重，而在水稻中主要影响因子为实粒数和千粒重。在化肥减量10%同时配施微生物肥1 500 kg·hm-2的施肥模式下，无论是小麦和水稻的单位面积产量还是轮作的周年产量均达到最高，虽然对小麦产量影响不明显，但对水稻和稻麦的周年产量有着显著提高。

微生物肥中含有的生物菌能分解土壤中被固定的，无法被植物吸收的氮磷钾，且其本身含有大量的有机质，从而提高土壤的养分含量[10]。本研究的结果表明,配施不同用量微生物肥可以不同程度的提高作物收获后土壤的有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量，且在化肥用量相同的情况下，随着施用量的增加而增加，这与张国江等[11]研究结果相一致，结果还表明，化肥减量10%同时配施微生物肥1 800 kg·hm-2效果最好，除小麦收获后土壤的有机质和碱解氮差异不明显以外，其余和常规施肥相比均有显著性差异。

因此，虽然土壤养分随着微生物肥用量增加而升高，但由于植株吸收能力的限制，用量并非越大越好，化肥减量10%同时配施微生物肥1 500 kg·hm-2的施肥模式在稻麦轮作体系中具有更好的经济效益，同时对耕地地力保育，减少化肥面源污染具有积极的意义，可以建议推广应用。此外，本研究仅作为一年的试验结果，长期施用后是否会对作物和环境产生其他影响还需要进一步试验。