有机无机肥配施对土壤性质和小麦生长、养分吸收利用的影响

田胜营 潘明泉 吕秀敏 崔小平 张善磊 刘晓飞

摘要：有机肥与化肥配施能够有效改善土壤环境、提高土壤肥力、促进作物增产增收等，但受作物类型、肥料用量、肥料类型、土壤和气候等多种因素的影响，有机无机肥料的最佳配施比也不尽相同。以施氮量为基准计算有机肥施用量，共设6个处理，分别为不施任何肥料（CK）处理、常规施肥（F）处理、有机肥替代10%化肥（M10）处理、有机肥替代20%化肥（M20）处理、有机肥替代30%化肥（M30）处理、有机肥替代40%化肥（M40）处理。通过设置有机肥与化肥的不同施用配比，明确有机无机肥配比对土壤性质和小麦生长的影响，进一步探讨施肥模式与土壤性质和作物生长之间的相互联系。结果表明，化肥单施会显著降低土壤pH值（P<0.05），而与有机肥配施能减少pH值降幅，还能有效提高土壤有机质和速效养分含量，提高小麦生物量、千粒质量、籽粒容重以及养分吸收利用率。其中，M20处理在各有机肥处理中效果最佳，与F处理相比，有机质含量提升8.77%，有效磷和速效钾含量提升29.08%和7.35%，籽粒产量和地上部生物量提升13.34%和13.47%，籽粒容重、千粒质量增加10.83、2.21 g，氮、磷、钾吸收总量分别增加25.40%、38.73%、31.17%，氮肥、磷肥、钾肥表观利用率分别增加11.57、14.96、22.82百分点，氮肥、磷肥、钾肥农学利用率分别增加3.03、11.37、8.22百分点。

关键词：有机肥替代化肥；配施比例；土壤性质；小麦生长；养分吸收利用

中圖分类号：S158.3；S512.106  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）23-0102-06

化肥自引入农业生产以来，粮食作物产量不断提高。但20世纪90年代以来，随着化肥施用量的连年增加，化肥带来的增产效果却日益下降，农业生产上“高肥低效”的问题越发突出［1］。此外，长期大量施用化肥导致土壤环境日益恶化，土壤肥力不断降低［2］。施用有机肥是比较常用的土壤改良方法，有机肥中富含有机碳（OC）和多种营养元素［3］，不仅有较强的养分持续供应能力，还能通过提升土壤有机质水平进一步改善土壤结构和性质。但有机肥养分释放较慢，其单独施用不能满足作物生长关键时期的养分需求，增产效果有限，甚至会造成作物减产［4］。

有机和无机肥料的配合施用能将化肥速效性和有机肥长效性相结合，不仅能提升肥料利用效率，还能有效培肥土壤，改善土壤环境，提高土壤肥力［5］。徐明岗等的研究表明，有机无机肥料配施在改善土壤环境、提高肥料利用率和增加水稻产量方面要显著优于化肥单施［6］。孙瑞莲等的长期定位试验也得到了类似的结果，有机无机肥料配施不仅能提高土壤养分含量，还能增强土壤酶活性，改善土壤生物化学环境，进一步提升土壤养分有效性［7］。

黄泛冲积平原是小麦主要产区之一，是我国重要的粮食生产基地。在当前“减肥增效”环境形式下，如何进行科学“减肥”，改善土壤环境，提高土壤肥力，保障粮食生产已成为农业生产中的重要问题。本研究通过改变有机肥与化肥的配施比例，分析有机无机肥配比对土壤性质和小麦生长的影响，主要达到如下研究目的：（1）明确有机无机肥配施比例对土壤性质的影响；（2）分析有机无机肥配施比例在促进小麦生长上起到的作用；（3）探讨施肥模式与土壤性质和作物生长间的相互联系。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于江苏省宿迁市泗阳县城南棉花原种场（118°69′E，33°69′N），该地区位于北温带南缘，属北亚热带季风过渡气候，年均降水量为 960 mm，年均气温为14.4 ℃。试验区为黄泛冲积平原，土壤类型为沙质潮土，试验开始前的土壤性质：pH值7.55，有机质含量11.80 g/kg，全氮含量0.73 g/kg，全磷含量1.07 g/kg，全钾含量18.01 g/kg，速效氮含量69.9 mg/kg，有效磷含量18.4 mg/kg，速效钾含量89.4 mg/kg。

1.2 试验设计

试验于2021年11月1日冬小麦播种开始，采用田间小区试验方法，共设6个处理，分别为不施任何肥料（CK）处理、常规施肥（F）处理、有机肥替代10%化肥（M10）处理、有机肥替代20%化肥（M20）处理、有机肥替代30%化肥（M30）处理、有机肥替代40%化肥（M40）处理，每个小区面积30 m2（6 m×5 m），每个处理3次重复。其中，有机肥处理总施肥量与常规施肥处理一致，有机肥施用量以施氮量为基准进行计算，磷肥和钾肥施用量根据有机肥中磷和钾含量计算施入。分别以尿素、过磷酸钙、氯化钾作为氮肥、磷肥、钾肥，按照N含量270 kg/hm2、P2O5含量120 kg/hm2、K2O含量120 kg/hm2标准施用，其中氮肥施用比例为基肥 ∶返青肥 ∶穗肥= 4 ∶3 ∶3，磷肥和钾肥作为基肥全部施入土壤，有机肥为山东济宁威力生态肥业有限公司生产的黄腐酸钾有机肥。

1.3 样品采集与分析

土壤样品采用随机多点混合取样法采集耕层（0～20 cm）土壤样品，阴凉干燥处风干后过2 mm筛。采用电位法测定土壤pH值，凯氏定氮法测定土壤速效氮含量，分光光度法测定有效磷含量，火焰原子吸收分光光度法测定速效钾含量，过 0.25 mm 筛后采用重铬酸钾氧化法测定有机质含量。植物样品用粉碎机磨成粉状，采用硫酸-过氧化氢消煮法制备消煮待测液，凯氏定氮法测定氮含量，分光光度法测定磷含量，火焰原子吸收分光光度法测定钾含量［8-9］。

1.4 计算公式

1.5 数据分析

试验数据采用 Microsoft Excel 16.0、IBM Statistics SPSS 18.0、Origin 2021软件进行数理统计和作图，数据分析采用单因素方差分析，多重比较采用最小显著差异法（LSD）进行显著性检验（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 有机肥施用对土壤性质的影响

2.1.1 有机肥施用对土壤pH值和有机质含量的影响 图1为试验结束时的土壤pH值，可以看出，CK的土壤pH值为7.78，与CK相比，施用肥料后的土壤pH值显著降低（P<0.05），尤其是F处理下降最为明显，降低了0.24。在各有机肥处理中，随有机肥配施比例的增大，土壤pH值有升高趋势，但均低于CK。

图2为试验结束时的土壤有机质含量，可以看出，CK的土壤有机质含量显著低于其他处理，各施肥處理的土壤有机质含量均有不同程度的增加，随有机肥配施比例的增大，有机质含量呈现出先增加后降低的趋势。其中，M20处理的土壤有机质含量最高，较CK显著增加16.61%，较F处理显著增加8.77%。

2.1.2 有机肥施用对土壤速效养分含量的影响由表1可知，随有机肥施用量的增加，土壤速效氮含

量逐渐增加，其中M40处理的速效氮含量最高，较CK显著增加20.61%，较F处理显著增加17.73%。土壤有效磷和速效钾的含量则随有机肥配施比例的增加呈现先增加后降低的趋势，其中M20处理的有效磷和速效钾含量最高，较CK分别显著增加60.88%和10.98%，较F处理分别增加29.08%和7.35%。

2.2 有机肥施用对小麦的影响

2.2.1 有机肥施用对小麦产量和生物量的影响 试验结果（表2）显示，有机肥配比会显著影响小麦生长，有机肥处理和F处理的小麦籽粒产量、秸秆产量、地上部生物量相比CK均显著提高。随着有机肥配施比例的增大，呈现出先增加后降低的趋势。其中，M20和M30处理的籽粒产量、秸秆产量和地上部生物量差异不显著，均显著高于F处理。与F处理相比，M20处理的增幅最大，其小麦籽粒产量、秸秆产量和地上部生物量的增幅分别为13.34%、9.51%和13.47%。

谷草比变化趋势与生物量变化趋势一致，施肥后的谷草比显著升高，随着有机肥配施比例的增大，谷草比也呈现出先升高后降低的趋势。与F处理相比，施用有机肥的4个处理的谷草比有不同程度的增加，平均增加0.02，其中M20和M30处理的增加最为显著，分别增加了0.03和0.02。

2.2.2 有机肥施用对小麦籽粒容重和千粒质量的影响 由图3和图4可知，CK的籽粒容重和千粒质量均显著高于其他施肥处理，F处理最低。有机肥处理的籽粒容重和千粒质量相比F处理均有不同程度的增加，且随有机肥配施比例增大，籽粒容重和千粒质量呈现出先上升后下降的趋势，其中M20处理的增幅最大，籽粒容重、千粒质量分别增加了10.83、2.21 g。

2.3 有机肥施用对小麦养分吸收利用的影响

试验结果显示，肥料施用显著提高了小麦籽粒和秸秆的养分吸收量和总养分吸收量，有机肥处理的提升效果更明显（表3、表4、表5）。在各有机肥处理中，随着有机肥施用量的增加，小麦籽粒、秸秆养分吸收量和总养分吸收量均呈现出先升高后降低的趋势。肥料表观利用率和农学利用率趋势与养分吸收量趋势基本一致，呈现出先升高后降低的趋势，尤其是肥料农学利用率的降幅更明显，甚至要比F处理更低。与F处理相比，M20处理的N、P、K吸收总量增加25.40%、38.73%、31.17%，氮肥、磷肥、钾肥的表观利用率增加11.57、14.96、22.82百分点，氮肥、磷肥、钾肥农学利用率增加3.03、11.37、8.22百分点。

3 讨论

本试验结果显示，随有机肥施用量的增加，土壤pH值逐渐升高，这主要与化肥施用量的减少有关。土壤中NH+4发生硝化反应生成的H+是导致土壤pH值下降的主因之一，含氨类化学肥料（如二铵、尿素等）是一种有效的硝化反应原料，能够显著促进硝化反应的进行［13］，从而引发土壤pH值下降；此外，过磷酸钙等酸性肥料中含有大量游离酸，这也是导致pH值降低的原因之一［14］。大量研究表明，有机肥能够显著提升土壤有机质含量［15-17］。在本试验中土壤有机质含量先增后降是因为在M20处理条件下，土壤各方面协调性显著优于其他处理，更利于作物生长，作物根系和落叶等残留增加，因此土壤有机质含量最高。此外，有机质的增加也丰富了土壤微生物环境，进一步加速了土壤腐殖化进程［18］。

有机肥能够提高土壤中有机质含量，从而增强离子吸附能力，促进速效氮、速效磷、速效钾的固持，并显著提升土壤矿化、腐殖化作用相关的微生物活性，进一步提高土壤养分有效性和养分供应能力［19］。彭娜等的长期定位试验表明，在有机肥配施条件下，土壤中全量和速效养分的容量和供应能力均显著提升［20］。在本试验中，有效磷和速效钾随有机肥施用量的增加呈现出先升高后降低的趋势，这与朱利霞等的试验结果［21］相似。赵满兴等的研究表明，有机肥替代化肥会降低肥料中的速效养分输入量，同时黄腐酸影响了土壤脲酶活性，抑制了速效养分的转化，从而导致速效养分含量有所降低［22］。

有机肥对作物的影响主要是通过改变土壤环境实现的，有机肥能够改善土壤结构，提升土壤养分有效性，进而促进作物生长［23］。在本试验中，有机肥处理的生物量随着有机肥施用比例的增加而显著提升，在M20处理达到高位水平，随后逐渐降低。大量研究均表明，有机肥能够与化肥产生一定的互作效应，优化土壤水肥气热等环境条件，增强土壤供肥能力［24-26］。但有机肥分解和养分释放较慢，无法在作物的关键生育期及时提供充足的养分［27］，这是导致有机肥施用比例上升而生物量降低的主要原因。沈冰涛等的试验表明，有机无机肥配施条件下，土壤养分含量和土壤酶活性均显著提高，同时促进小麦生长，其中有机肥替代20%化肥处理的小麦产量提升效果最为显著［28］。

除提高生物量以外，有机无机配施肥还能促进光合产物向籽粒转移，提高小麦谷草比［24］。这主要是因为有机肥在作物成熟期仍具有一定的养分供应能力，土壤环境的改善也减缓了叶面积指数的下降速率，推迟营养组织衰老进程，延长光合反应时间，增加光合同化物积累［29］。本试验中小麦籽粒容重和千粒质量的试验结果也验证了这一说法。值得说明的一点是，本试验中CK的籽粒容重和千粒质量均显著高于其他施肥处理，主要原因是在养分胁迫条件下小麦结实率会显著降低，从而促进籽粒光合产物的有效转运和累积［30］，小麦籽粒容重和千粒质量因此显著提高。

肥料表观利用率是指作物对当季肥料的吸收利用效率［31］，肥料农学利用率则能展现该施肥条件下的增产潜力［32］。在本试验中，肥料表观和农学利用率与养分吸收量变化趋势基本一致，均随着有机肥施用比例的增大呈现先升高后降低的趋势，这说明有机肥的施用促进了小麦对养分的吸收利用；但随着有机肥施用量的逐渐增大，这种促进作用在不断衰减，至有机肥替代40%化肥时，相同质量养分带来的增产潜力甚至已低于常规施肥处理，这说明适宜的有机肥配比能够更好地协调土壤条件，促进作物生长和增产，但有机肥的过量施用则会降低土壤肥力，造成作物减产，这与前人的研究结果［33-34］一致。此外，有机肥在配施过程中起到的增效作用受作物类型、肥料施用量、肥料种类、环境特征等多种因素影响［35-37］，最佳配施比也不尽相同。

4 结论

化肥配施有机肥能在一定程度上减弱化肥施用导致的pH值降低问题，显著提升土壤有机质和速效氮、有效磷、速效钾等养分的含量；随着有机肥施用比例的提高，土壤养分含量的提升效果逐渐下降。

有机无机配施能够显著提升小麦的籽粒和秸秆产量，并促进光合产物向籽粒转运和积累，提高小麦千粒质量和籽粒容重，同时也促进小麦养分的吸收利用效率，但随着有机肥施用比例的增加，增益效果逐渐降低。

各有机肥处理中，有机肥替代20%化肥处理在改善土壤环境、提高土壤养分、促进作物养分吸收利用和增产方面效果最好，建议在该地区推广。

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