有机无机肥配施对冬小麦产量和土壤养分及酶活性的影响

摘 要：【目的】研究有机无机肥配施对冬小麦生长发育和土壤质量的影响。

【方法】采用随机区组试验设计，设置不施肥（CK）、常规施肥（CF）、有机肥替代25%化肥（CF+M25）、有机肥替代50%化肥（CF+M50）、有机肥替代75%化肥（CF+M75）、单施有机肥（M）6个处理，在小麦返青、拔节、开花、灌浆期采集0～20 cm耕层土壤，分析小麦各生育时期有机无机肥配施条件下土壤酶活性与小麦产量、土壤养分的内在关系。

【结果】与常规施肥处理相比，CF+M25和CF+M50处理使小麦单位面积穗数、穗粒数增加；单施有机肥处理使冬小麦产量降低，比25%、50%、75%有机肥替代处理分别降低16.2%、15.9%和 16.8%；CF+M25处理和CF+M50处理全氮含量呈持续增加的趋势，在成熟期达到最大值。小麦各生育时期速效钾含量以单施有机肥处理最高，与其他处理差异显著，并在拔节期达到最大值297.5 mg/kg，比常规施肥处理显著提高50.5%；土壤酶活性均与有效磷含量达极显著相关水平，与速效钾之间未达显著相关水平。

【结论】土壤养分、酶活性和冬小麦产量之间密切相关，有机肥配施30%左右产量最高。

关键词：有机无机肥配施；冬小麦；产量；土壤养分；土壤酶活性

中图分类号：S512.1 ""文献标志码：A ""文章编号：1001-4330（2024）08-1845-08

收稿日期（Received）：2024-01-15

基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学青年基金项目（2020D01B53）；新疆维吾尔自治区“三农”骨干人才培养项目（2022SNGGNT008）

作者简介：候丽丽（1988-），女，新疆昌吉人，高级农艺师，研究方向为作物栽培与育种，（E-mail）houliliyili@foxmail.com

通讯作者：王伟（1988-），男，新疆昌吉人，高级农艺师，研究方向为作物栽培，（E-mail）894386815@qq.com

0 引 言

【研究意义】化肥是作物增产的贡献因子之一［1］，土壤酶活性作为生态系统养分循环的关键因素，是表征土壤质量和土壤肥力的重要指标之一，施肥方式、有机无机肥配施比例和生育期均可影响酶活性。土壤肥力低是小麦高产的重要限制因子，土壤全氮、有机质、有效磷和速效钾含量是衡量土壤肥力的重要指标，酶是土壤组分中最活跃的有机成分之一，在土壤生物化学循环中起重要作用，土壤酶来源于土壤中动物、植物和微生物细胞的分泌物及其残体的分解物。通过改变施肥方式进而改善土壤结构，以有机肥投入调节土壤养分供应，促进作物生长发育，以达到作物增产、维护土壤生态平衡效果［2-3］。【前人研究进展】不同有机无机肥料配施方式因肥料种类、土壤质地、气候因子、施肥年限和施肥方式的差异［4-6］，土壤理化性质以及微生物活动均引发生相应变化［7-8］。长期氮磷和有机肥配施不仅直接增加了氮、磷和有机质等养分含量，而且显著增加有益微生物，改善作物根系环境，提高土壤肥力［9］。有机肥与化肥配施处理显著促进小麦对肥料氮吸收，增加氮素利用效率，在有机肥替代20%化学氮肥条件下使小麦生物量提高了7.21%，比单施化肥能降低土壤氨挥发，实现作物高产［10-13］。微生物是土壤养分循环和物质转化的主要驱动因素，其活性与土壤酶活性密切相关，由施肥方式变化所引起酶活性的快速响应能在一定程度上反映土壤养分变化，可作为表征土壤生物活性的重要指标［14］。桑文等［15］研究发现，有机无机结合的施肥方式显著提高土壤蛋白酶、转化酶、纤维素酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷的活性，促进了植物养分吸收，营造了良好的土壤微环境。有机肥中的微生物菌群有助于快速活化土壤养分，改善根际生态环境，提升养分含量。【本研究切入点】目前，有机肥替代化肥对土壤养分相关研究较多，但结果有差异，纪耀坤［16］试验发现有机无机肥配施可显著提高土壤全氮、碱解氮含量。徐路路等［17］研究表明，有机肥替代处理的土壤全氮含量均比单施化肥小，只有在施肥第5年纯有机肥处理的土壤全氮含量在一定程度上较单施化肥增加 7.91%。因此，进一步研究有机无机肥配施方式下冬小麦主要生育时期土壤养分的变化十分必要。【拟解决的关键问题】等氮量条件下，以新疆伊犁河谷冬小麦为研究对象，基于小麦生长不同生育时期耕层土壤养分和土壤酶活性监测，研究化肥减量配施生物有机肥对小麦产量构成因素和土壤养分及酶活性的影响，分析伊犁河谷麦田有机肥替代化学氮肥最佳比例。

1 材料与方法

1.1 材 料

2021年10月～2022年7月试验设在新疆伊犁哈萨克自治州农业科学研究所试验基地（43°56′N，81°23′E），属中温带大陆性气候。平均气温为10.1℃，年降水量为273.6 mm，年蒸发量957.1 mm，年日照时数2 886.7 h，无霜期213 d。试验地前茬和当季作物均为冬小麦，土壤类型为灰钙土。供试品种为新冬42号。以尿素（N含量46.4%）和当地市售的商品有机肥（13%N、0%P2O5、2%K2O、有机质gt;45%）作为氮肥来源。表1

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验为完全随机区组设计，以总氮含量相等为原则，设置6个施肥处理：不施肥（CK）、常规施肥（CF）、有机肥替代25%化肥（CF+M25）、有机肥替代50%化肥（CF+M50）、有机肥替代75%化肥（CF+M75）、单施有机肥（M），各施肥处理的总氮量均为195 kg/hm2，P2O5 120 kg/hm2，K2O 30 kg/hm2，有机肥所带入的钾含量忽略不计。小区面积15 m×15 m=225 m2，3次重复。有机肥、磷肥、钾肥做基肥一次性施入，尿素按6∶4的质量比分别于基肥、拔节期追肥人工撒施。冬小麦播量300 kg/hm2，行距20 cm，播深3～4 cm，设置保护行，大田常规管理。表2

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 样品采集

土壤样品：于小麦返青期（3月20日）、拔节期（4月15日）、灌浆期（5月20日）、成熟期（6月25日）在试验小区内采用对角线法选取5个采样点，用土钻取0～20 cm耕层土壤，去除杂质后混匀，一部分土壤保存到-20℃冰箱中用于土壤酶活性的测定，一部分自然风干后研磨过筛测定土壤理化指标。

土壤化学指标：全氮含量用凯氏定氮法测定；有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氢钠溶液浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用1 mol/L乙酸铵溶液浸提-火焰光度法测定［18］。

土壤酶活性：土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法；碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法；脲酶活性采用苯酚钠比色法。参考《土壤酶及其研究法》［19］测定。

1.2.2.2 产 量

在小麦成熟期，每小区取50 m2实打实收，计算产量。

1.3 数据处理

采用Excel2017进行数据整理，用DPS7.0进行统计分析，用Orgin2021作图。

2 结果与分析

2.1 有机无机肥配施对冬小麦籽粒产量及其构成因素的影响

研究表明，有机无机肥配施对冬小麦产量及其构成因素有影响，且对各因素的影响程度不同。与CK处理相比，施肥显著提高了小麦穗数、穗粒数、千粒重和产量，肥料是作物增产主要驱动因素。与CF处理相比，25%（CF+M25）和50%（CF+M50）有机肥处理使小麦单位面积穗数、穗粒数增加，但产量差异不显著。M处理产量低于其他施肥处理，分别较CF、CF+M25和CF+M50处理降低1 012.5、991.1和1 057.5 kg/hm2，降幅分别为16.2%、15.9%和16.8%，达到显著水平，有机肥内的速效养分不能满足小麦生长对养分的需求，降低了成穗数、穗粒数和千粒重，从而影响小麦产量。配施比例与产量的回归方程为Y =-305.49X2 + 1 850.8X + 3 466.6，R2 = 0.851 5，相比单施化肥处理，配施有机肥可节省30.3%氮肥投入，能够达到理论最高产量6 633.5 kg/hm2，同时增产6.12%。表3

2.2 有机无机肥配施对土壤养分的影响

研究表明，土壤全氮变化范围在0.94～1.12 g/kg，随着冬小麦生长发育，CF+M25和CF+M50处理全氮含量呈持续增加的趋势，在成熟期达到最大值，并与CK和M处理差异显著。不同施肥处理对土壤有效磷和速效钾含量影响不同，有效磷表现为拔节期含量最高，小麦生长前期单施化肥处理高于配施有机肥处理，生育后期中量有机肥配施高于单施化肥处理；各生育时期速效钾含量以M处理最高，与其他处理差异显著，并在拔节期达到最大值297.5 mg/kg，比CF处理显著提高50.5%。图1

2.3 有机无机肥配施对土壤酶活性的影响

研究表明，随着冬小麦生育时期的推移，土壤蔗糖酶呈持续增加的趋势，土壤过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶呈先增加后降低的趋势，在拔节期磷酸酶和脲酶活性达到最大，过氧化氢酶活性在灌浆期达到峰值。CF+M25处理的蔗糖酶和CF+M50处理的土壤磷酸酶活性在拔节期、灌浆期、收获期显著高于单施化肥处理，与CF处理相比蔗糖酶活性分别增加8.9%、7.3%和3.4%，磷酸酶活性分别增加3.3%、9.3%和7.1%。不同施肥处理下各生育时期内过氧化氢酶有相同的趋势，随着施肥比例的增加酶活性呈降低的趋势，在CF+M25处理下有最大活性，变化范围在1.80～2.62 mL/g。表4

2.4 产量、土壤酶活性与土壤养分的相关性

研究表明，土壤酶活性均与有效磷含量达极显著相关水平，与速效钾之间未达显著相关水平；脲酶、过氧化氢酶与有机质、全氮达显著相关水平；磷酸酶与有机质、全氮呈显著正相关；蔗糖酶与有机质、全氮未达显著相关；土壤酶活性均与产量呈极显著正相关；产量与有机质、全氮呈显著正相关。表5

3 讨 论

3.1 有机无机肥配施对滴灌冬小麦籽粒产量及其构成因素影响

生物肥料因其成分中包含功能微生物菌剂和有机质养分，施用后驱动土壤有机物分解、养分循环和能量流动，对改善土壤理化环境、提高土壤肥力具有重要作用［20］。适量范围内有机无机肥配施可提高或稳定作物产量，但其最佳配施比例因土壤质地、作物类别、有机肥种类、土壤肥力及有机肥投入持续时间而有所差异［21］。王书停等［22］研究表明，相比单施化肥处理，合理配施有机肥可节省氮肥投入同时也能满足作物生产需求达到稳产、增产。试验结果发现，配施30%有机肥在节省化学氮投入的基础上，可达到理论最高产量，纯有机肥处理产量低于有机无机肥配施处理，分别较CF、CF+M25、CF+M50处理降幅为 16.2% 、15.9%和 16.8%，并达到显著水平，是因为有机肥内的速效养分不能满足小麦生长对养分的需求，降低了成穗数、穗粒数和千粒重，从而影响小麦产量，与前人研究结果相一致。

3.2 有机无机肥配施对土壤理化性质的影响

生物有机肥本身含有大量的有机物质和未矿化营养元素，长期施用对土壤养分含量有累积效应，能明显提高土壤养分含量［23］。李皓等［24］研究认为，减少氮肥施用同时配施有有机肥能够提升土壤有机质含量，且生物有机肥提升效果更明显。在冬小麦的整个生育期，有机无机肥配施处理可显著提高 0～20 cm 土层土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、硝态氮含量［25］。有机肥替代 75% 化肥氮可以提高作物产量和氮效率，增加年经济效益，同时有效减少土壤硝态氮的残留量［26］。卜容燕等［27］经过3年双季稻有机肥配施化肥试验发现，土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量增加，一方面是有机肥增加了土壤有机质的投入；另一方面可能是有机无机肥配施处理水稻产量持续增加，根系凋落物等大量残留在土壤中，扩充了土壤碳库，从而提高了土壤系统生产力，有机无机肥配施是提高作物产量、改善土壤养分和减少温室气体排放指数的有效措施。试验结果表明，随着冬小麦生长发育，CF+M25和CF+M50处理全氮含量呈持续增加的趋势，在成熟期达到最大值。

3.3 有机无机肥配施对土壤酶活性的影响

微生物细胞是土壤酶主要来源，与土壤酶共同推动土壤的代谢过程［28］。土壤酶活性与土壤养分含量、耕地地力状况和栽培措施有着显著的相关性［29］，通过调节施肥方式、耕作模式可有效提升土壤酶活性［30］。脲酶、磷酸酶和蔗糖酶属于水解酶类，能水解多糖、蛋白质等大分子物质，从而形成简单的、易被植物吸收的小分子物质，对于土壤生态系统中的碳、氮、磷循环具有重要作用［31］。有机肥对改善土壤质量的贡献逐渐显现［32］。研究发现，有机无机肥配施在一定程度上能使脲酶活性和磷酸酶活性激活，在拔节期磷酸酶和脲酶活性达到最大，与前人［33］

对旱地麦田的研究结果相一致，潜在的机制是有机肥的施用促进小麦根系的生长和根系在深层土壤中的分布，提高了小麦根际微生物的活性。朱长伟等［34］研究发现，在同一生育时期轮耕处理比传统耕作提高了土壤脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶的活性，随着生育时期的推进，土壤蔗糖酶活性逐渐增高，在成熟期达到峰值，试验研究结果与其一致。

4 结 论

有机肥替代25%化肥（CF+M25处理）和有机肥替代50%化肥（CF+M50处理）使冬小麦单位面积穗数、穗粒数增加，相比单施化肥处理，配施有机肥可节省30.3%氮肥投入，能够达到理论最高产量6 633.5 kg/hm2，同时增产6.12%。配施有机肥，显著影响土壤中酶的活性。脲酶活性以 CF+M25和CF+M50处理最高，在CF+M25处理下过氧化氢酶活性最大。在新疆干旱半干旱地区，在常规化肥减量30%左右配施有机肥，有利于为该地区提供良好的土壤生态环境。

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Effects of organic and inorganic combined application on yield，

soil nutrients and enzyme activities of winter wheat

HOU Lili1，2，WANG Wei3，CUI Xinju2，ZHOU Dawei2

（1.Agricultural Science Research Institute of the Sixth Division of Xinjiang Production and Construction Corps，Wujiaqu Xinjiang 831301，China；2.Yili Institute of Agricultural Science，Yining" Xinjiang 835000，China；3.Agricultural Technology Service in Yining City，Yining Xinjiang 835000，China）

Abstract：【Objective】 To further investigate the effects of organic inorganic combination application on winter wheat growth and soil quality.

【Methods】 A randomized block design of experiments was used to set six treatments： no fertilization， farmers' conventional fertilization， manure rplacing 25%（CF+M25） chemical fertilizer， manure replacing 50%（CF+M50） chemical fertilizer， manure replacing 75%（CF+M75） chemical fertilizer， and single application of manure. 0-20 cm of arable soil was collected at the turning green， jointing， flowering， and filling stages， and the internal relationship between soil enzyme activity and wheat yield， soil nutrients under the condition of organic and inorganic fertilizer application at each growth stage was discussed.

【Results】 Compared with the conventional fertilization treatment for farmers， 25% and 50% manure treatment increased the number of ears and grains per ear per unit area; The yield of winter wheat under M treatment was 16.2%， 15.9% and 16.8% lower than those under 25%（CF+M25）， 50%（CF+M50） and 75%（CF+M75） manure replacement treatments， respectively; The total nitrogen content of CF+M25 and CF+M50 treatments showed a continuous increasing trend， reaching its maximum value during the mature period. The highest available potassium content was observed in the M treatment at each growth stage， which showed a significant difference compared to other treatments. It reached its maximum value of 297.5 mg/kg during the jointing stage， significantly increasing by 50.5% compared to the CF treatment; Soil enzyme activity was highly significantly correlated with available phosphorus content， but not significantly correlated with available potassium.

【Conclusion】 Soil nutrients， enzyme activities and winter wheat yield are closely related. The combination of manure with 30% can achieve the theoretical maximum yield.

Key words：combined application of organic and inorganic fertilize；winter wheat; yield；soil nutrient；soil enzyme activity

Fund projects：Natural Science Youth Fund Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region （2020D01B53）; \" Agriculture， Rural and Farmers \" Backbone Talent Training Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region （2022SNGGNT008）

Correspondence author：WANG Wei（1988-），male，from Changji， Xinjiang，senior agronomist，research direction： crop cultivation， （E-mail） 894386815@qq.com