秸秆还田条件下不同有机肥对土壤养分和冬小麦养分积累的影响

薛卫杰，杨艳霞，王国文，韩燕来

(1.河南农业大学资源与环境学院，河南郑州 450002； 2.西平县农业技术推广中心，河南西平 463900)

秸秆还田条件下不同有机肥对土壤养分和冬小麦养分积累的影响

薛卫杰1，杨艳霞2，王国文1，韩燕来1

(1.河南农业大学资源与环境学院，河南郑州 450002； 2.西平县农业技术推广中心，河南西平 463900)

为了解秸秆还田条件下不同类型有机肥在麦田的施用效果，采用田间试验,设置 T1(6 000 kg·hm-2玉米秸秆粉碎深翻还田)、T2(6 000 kg·hm-2玉米秸秆粉碎+有机肥A 1 500 kg·hm-2深翻还田)、T3(6 000 kg·hm-2玉米秸秆粉碎+有机肥B 1 500 kg·hm-2深翻还田)3个处理，研究了秸秆还田条件下不同类型有机肥对冬小麦越冬期、孕穗期和成熟期土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)、土壤速效养分含量、冬小麦植株养分积累量以及冬小麦产量和当季经济效益的影响。结果表明，与T1 处理相比，T2处理冬小麦各生育时期土壤微生物量碳、氮、土壤矿质态氮和土壤速效钾含量、植株氮和钾的积累量、冬小麦孕穗期和成熟期土壤速效磷含量、植株磷的积累量均显著提高；冬小麦实际产量和当季相对净收益亦均显著增加，分别提高了17.5% 和22.0%。T3处理冬小麦越冬期土壤微生物量碳、越冬期和孕穗期土壤微生物量氮、各生育期土壤矿质态氮和越冬期土壤速效钾、各生育期植株氮和钾的积累量、孕穗期和成熟期植株磷的积累量亦均显著提高；冬小麦实际产量提高10.3%，达显著水平，但其当季经济效益并未显著提高。本试验条件下，综合施用两种有机肥对不同指标的影响，以T2处理效果更佳。

冬小麦；有机肥；土壤速效养分含量；产量；经济效益

河南省是我国小麦的主产区，其种植面积与总产量均居全国前列[1]，提升该地区土壤肥力以及小麦产量具有重要意义。秸秆含有丰富的有机碳以及氮、磷、钾等大量矿质营养元素，是一种多用途、可再生的宝贵生物资源，是进行土壤改良和促进农田生态循环的重要物质[2]。随着农业机械化的发展，秸秆粉碎全量还田在华北地区冬小麦-夏玉米轮作生产中已广泛运用，但在玉米秸秆还田过程中，由于冬小麦生育期温度较低、玉米秸秆碳氮含量高，导致玉米秸秆还田后，不仅腐熟矿化速度慢，还会造成微生物与小麦竞争土壤有效氮，从而影响小麦的生长发育，甚至造成减产[3]，尤其是在秸秆还田量较高的田块问题突出[4]。有机肥富含有机质和大量的生物活性物质，微生物的活动可以加速秸秆和土壤有机物质的分解并释放养分[5]。目前，关于有机肥的施用效应，前人的研究较多地关注有机肥施入对土壤肥力以及理化性状的长期影响[6-7]，在秸秆还田条件下，关于不同种类有机肥对麦田当季的应用效果尚鲜见研究报道。因此，本研究在秸秆还田条件下，研究施用不同种类有机肥对麦田土壤微生物量碳、氮、土壤速效养分含量、冬小麦植株养分积累量、籽粒产量以及当季经济效益的影响，旨在为秸秆还田条件下科学施用有机肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验于2014年10月至2015年6月在河南省长葛市石象镇坡里王村河南粮食作物协同创新中心示范基地进行。供试土壤为轻壤质潮土，常年轮作方式为小麦-玉米轮作。0～20 cm土壤基本理化性状为：有机质，14.37 g·kg-1；全氮0.85 g·kg-1、矿质态氮71.7 mg·kg-1、土壤速效磷15.05 mg·kg-1、速效钾91.5 mg·kg-1，pH 7.72。

1.2 试验设计

试验设3个处理，分别为T1(6 000 kg·hm-2玉米秸秆粉碎深翻还田)、T2(6 000 kg·hm-2玉米秸秆粉碎+有机肥A 1 500 kg·hm-2深翻还田)、T3(6 000 kg·hm-2玉米秸秆粉碎+有机肥B 1 500 kg·hm-2深翻还田)。试验用有机肥A、B均为商品有机肥，翻耕深度均为25 cm。小区面积为4 m×10 m，采用随机区组设计，重复3次。有机肥A为鸡粪，其总养分为：N ≥ 1.63%，P2O5≥ 1.54%， K2O≥ 0.85%，有机质≥ 25.5%；有机肥B为高腐解秸秆有机肥，其总养分为：N+P2O5+K2O ≥ 5%，有机质 ≥ 45%；玉米秸秆总养分约为：N 0.6%，P2O50.27%， K2O 2.28%，有机质15%。于2014年10月25日播种，供试小麦品种为西农979，播种量为187.5 kg·hm-2。有机肥均以基肥一次性施入，同时施入复合肥600 kg·hm-2(N 168 kg·hm-2、P2O560 kg·hm-2、K2O 36 kg·hm-2)，在冬小麦越冬期，随灌水追施150 kg·hm-2的尿素(N 69 kg·hm-2)。

1.3 土壤样品采集、相关测定指标与方法

1.3.1 基础土壤样品采集与有关指标测定

于小麦季施基肥前，在各小区采用5点采样法取0～20 cm土层土壤样品，风干，过2 mm尼龙筛备用。土壤有机质：重铬酸钾外加热法测定；土壤全氮：浓H2SO4-HClO4消化，凯氏定氮法测定；土壤矿质态氮含量测定：0.01 mol·L-1氯化钙浸提，AA3流动注射分析仪测定；土壤速效磷：0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，钼蓝比色法测定；土壤速效钾：1 mol·L-1NH4OAc浸提，火焰光度法测定[8]。

土壤pH：土水比1∶2.5浸提法测定[9]。

1.3.2 生育期土壤样品采集与有关指标测定

于小麦越冬期、孕穗期以及成熟期，在各小区采用5点采样法采取0～20 cm土壤，风干，过2 mm尼龙筛备用。

土壤微生物量碳、氮测定：氯仿熏蒸-硫酸钾浸提，采用重铬酸钾加热、氧化-硫酸亚铁滴定法测定浸提液中的微生物量碳，采用凯氏定氮-稀硫酸滴定法[10-11]测定微生物量氮。

土壤速效养分含量测定：同1.3.1。

1.4 植株样品采集与养分含量测定

1.4.1 植株样品的采集

于小麦越冬期、孕穗期以及成熟期，在各小区随机选取20株冬小麦，取其地上部，于90 ℃杀青30 min，65 ℃烘干至恒重，粉碎过2 mm筛备用。

1.4.2 植株样品养分含量的测定[8]

浓H2SO4-H2O2消煮，全氮：AA3流动注射分析仪测定；全磷：钒钼黄比色法测定；全钾：火焰光度计法测定。植株氮(磷、钾)积累量= 植株氮(磷、钾)含量×植株地上部干物质积累量。

1.5 冬小麦产量的调查及经济效益分析

在冬小麦成熟期，于每小区取4 m2样方，晒干，脱粒，称重，计算实际产量。

相对净收益=当季产值-当季投入。其中，各处理当季产值为冬小麦的产量与当季销售价格(2.34 yuan·kg-1)的乘积。当季投入包括种子、肥料、浇水、打药以及各项劳务费用，其中，冬小麦种子价格为3.6 yuan·kg-1;复合肥价格为2.2 yuan·kg-1，尿素价格为2.75 yuan·kg-1，有机肥A价格为0.35 yuan·kg-1，有机肥B价格为0.40 yuan·kg-1；每公顷的浇水费用为2 250 yuan，农药费用为450 yuan，播种劳务费为300 yuan，翻地劳务费为900 yuan，秸秆粉碎劳务费为900 yuan，施用复合肥与尿素劳务费为675 yuan，施用有机肥劳务费为600 yuan，收割劳务费为900 yuan。

1.6 数据处理与统计分析

数据采用Excel 2003处理；采用SPSS Statistics 20进行统计分析，最小显著差数法(LSD)和Duncan法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田下施用不同有机肥对麦田土壤微生物量碳、氮的影响

由表1可知，各处理土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量随着生育期的推移均呈先升高后降低的变化趋势。不同处理土壤MBC含量，在冬小麦越冬期表现为T2>T3>T1，且各处理间差异显著；在孕穗期、成熟期，T2处理显著高于T1处理，但T3与T2、T1处理的差异不显著。不同处理土壤MBN含量，在冬小麦越冬期和孕穗期，T2、T3处理均显著高于T1处理，但T2与T3处理间差异不显著；在成熟期，T2与T3处理均高于T1处理，但T3与T2、T1处理的差异不显著。综上，与T1处理相比，T2处理显著提高了冬小麦越冬期、孕穗期以及成熟期的土壤MBC和MBN含量，增幅分别高达41.1%、32.5%、32.6%和48.3%、56.9%、65.3%。

表1 施不同有机肥对麦田土壤微生物量碳氮的影响

Table 1 Effects of different organic fertilizers on MBC and MBN in wheat field mg·kg-1

同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著在P<0.05水平。下同。

Different letters following data in same column mean significant difference among treatments(P<0.05) . The same in table 2.

2.2 秸秆还田下施用不同有机肥对麦田土壤速效养分的影响

图1表明，各处理土壤矿质态氮含量随着生育时期的推移逐渐降低，在冬小麦越冬期、孕穗期以及成熟期，均表现为T2>T3>T1，且各处理间差异显著。各处理土壤速效磷含量随着生育时期的推移呈现先升高后降低的趋势，在冬小麦越冬期，各处理之间差异不显著；孕穗期以及成熟期，均为T2>T3>T1，其中，T2处理显著高于T1处理，但T3与T1、T2处理的差异不显著。各处理麦田土壤的速效钾含量随着生育时期的推移呈先升高后降低的趋势，在冬小麦越冬期、孕穗期以及成熟期，均表现为T2>T3>T1，在越冬期，各处理间差异均达到显著水平，在孕穗期以及成熟期，T2处理显著高于T1处理，但T3与T1、T2处理的差异不显著。

同一时期图柱上不同字母表示处理间差异在0.05水平显著。下同。

Different letters above column mean significant difference among treatments at same stage at 0.05 level. The same in Fig.2

图1 施不同有机肥对麦田土壤速效养分含量的影响

Fig.1 Effect of different organic fertilizers on soil available nutrient content in wheat field

2.3 秸秆还田下施用不同有机肥对冬小麦植株养分积累量的影响

由图2可知，各处理植株氮积累量随着冬小麦生育时期的推移呈现先升高后基本稳定的趋势，钾积累量则呈现先升高后降低的趋势，在冬小麦越冬期、孕穗期以及成熟期，植株氮、钾积累量均为T2>T3>T1，且各处理间差异均达到显著差异水平。各处理冬小麦植株磷积累量随着冬小麦生育时期的推移而升高。在越冬期，各处理间差异不显著；孕穗期以及成熟期，均为T2>T3>T1，且各处理间差异显著。

图2 施不同有机肥对冬小麦植株养分积累量的影响

2.4 秸秆还田下施用不同有机肥对冬小麦产量及其当季经济效益的影响

表2显示，各处理的实际产量和当季产值均表现为T2>T3>T1，且各处理间差异显著。与T1处理相比，T2与T3处理的实际产量分别增加17.5%、10.3%；T2比T3处理增加6.6%。

与T1处理相比，T2处理虽增加了有机肥投入，但由于增产量较高，其当季相对净收益仍显著增加，增幅达22.0%；T3处理因增产量较低，当季相对净收益虽有所增加，但增加量并未达显著水平。T2处理比T3处理的当季相对净收益增加13.5%，差异显著。

表2 施不同有机肥对冬小麦产量及其当季经济效益的影响

Table 2 Effect of different organic fertilizers on the yield and seasonal economic benefit of winter wheat

处理Treatment实际产量Yield/(kg·hm-2)当季产值Seasonaloutputvalue/(yuan·hm-2)当季投入Seasonalinputvalue/(yuan·hm-2)当季比T1多投入SeasonalmorethanT1inputvalue/(yuan·hm-2)当季相对净收益Seasonalrelativenetincome/(yuan·hm-2)T17442．5c17415．5c8182．5―9233．0bT28792．8a20575．2a9307．5112511267．7aT38252．1b19309．9b9382．512009927．4b

3 讨 论

土壤微生物量碳、氮是反映土壤微生物量以及土壤同化和矿化能力的重要指标，也可反映土壤N、P、K等养分的转化能力，是土壤活性养分的储存库，为植物生长提供可利用养分[12-14]，其含量的增加对提高土壤肥力有重要意义。本试验结果表明，在秸秆还田条件下，与不施有机肥处理相比，施用两种有机肥均可提高小麦越冬期、孕穗期以及成熟期麦田土壤微生物量碳、氮含量。这是因为有机肥富含有机物质，同时含有一定数量的速效养分，施入有机肥可以增加土壤有机物质和速效养分含量，为土壤微生物补充碳源和氮源，从而加快微生物的活动频率和生长繁殖速率，进而提高土壤微生物的数量，增加土壤微生物量碳、氮含量。有机肥A所含有机质和总氮、磷、钾虽低于有机肥B,但较之有机肥B处理对土壤微生物碳、氮的增加更为显著。这可能是因为有机肥A为鸡粪，有机物质较易分解，而有机肥B为秸秆发酵产物，秸秆的主要成分为纤维素类物质，较难分解[15]，而且秸秆的发酵产物所含有机物质以腐殖质性物质为主[16]，前者较后者更有利于激发土壤微生物的活性。

研究表明，土壤养分含量与土壤微生物的数量具有显著相关性[17]，微生物的活动可以加速有机质的分解，推动土壤养分的转化[18]，从而增加土壤养分的含量。本试验中，秸秆还田下施用有机肥对土壤养分含量的影响因有机肥种类、土壤养分种类和冬小麦生育时期的不同而异，但均以有机肥A处理的效果较佳。与不施有机肥处理相比，有机肥A、B处理均对越冬期、孕穗期以及成熟期麦田土壤矿质态氮和越冬期麦田土壤速效钾的增加作用显著；有机肥A、B处理对孕穗期和成熟期麦田土壤速效磷含量有增加作用，其中，有机肥A处理达到显著水平。在冬小麦越冬期，有机肥A、B处理对土壤速效磷含量的影响均不显著，这可能是因为越冬期温度比较低，土壤微生物活性相对较低，有机磷分解较慢，从而导致各处理间差异不显著。从肥料本身所含总养分看，有机肥A中所含总氮、磷、钾的数量均低于有机肥B，但有机肥A处理对土壤速效养分的增加作用优于有机肥B处理。这是因为有机肥A的施入更有效地激发了土壤有机物质的分解以及微生物的活性，与有机肥A处理增加土壤微生物碳、氮含量的效果优于有机肥B处理的结果相一致。

关于有机肥施用的效应，前人的研究更多地关注有机肥施入对土壤肥力以及理化性状的长期影响[19-20]，本试验在秸秆还田条件下，除研究有机肥对肥力状况的影响，还研究了不同有机肥施用当季对冬小麦地上部植株养分积累量、产量以及当季经济效益的影响。结果表明，与不施有机肥处理相比，有机肥A、B处理对冬小麦实际产量的提高作用均达到显著水平，增产幅度分别达17.5%和10.3%，而且有机肥A处理比有机肥B处理的实际产量增加6.6%。在秸秆还田条件下，施用有机肥A、B对冬小麦植株氮、磷、钾积累量和产量均有一定的提升作用，以有机肥A处理的效果优。虽然有机肥A、B处理当季投入高于不施有机肥的处理，但有机肥A处理的产量和当季产值增幅比较大，可显著提高冬小麦的相对净收益，且显著高于有机肥B处理。这与有机肥A处理对土壤速效养分有更好改善效果的结果一致。

4 结 论

施用有机肥A、B，可提高冬小麦不同生育时期的土壤微生物量碳、氮含量、土壤矿质态氮、速效磷和速效钾含量，进而增加植株对氮、磷、钾的积累量，最终提高冬小麦的产量、当季产值以及当季相对净收益。就产量和当季经济效益而言，与T1相比，T2处理分别提高17.5% 和22.0%，差异显著；T3与T1处理相比，产量提高10.3%，但其当季经济效益并未显著提高。综上所述，在本试验条件下，有机肥A的应用效果较好。

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Effect of Different Organic Fertilizers on Soil Nutrients and Nutrient Accumulation in Winter Wheat with Straw Returning

XUE Weijie1,YANG Yanxia2,WANG Guowen1,HAN Yanlai1

(1.College of Resources and Environment,Henan Agricultural University,Zhengzhou,Henan 450002,China;2.Agricultural Technology Extension Center of Xiping County,Xiping,Henan 463900,China )

In order to know the application effect of different types of organic fertilizers in wheat field under straw returning,a field experiment was conducted to stuty the effects of different types of organic fertilizers on soil microbial biomass carbon(MBC) and nitrogen(MBN) content,available nutrient content,plant nutrient accumulation amount at the wintering,booting and mature stages of winter wheat,and winter wheat yield and seasonal economic benefit under straw returning. Three treatments were designed,such as T1(6 000 kg·hm-2crushed corn straw were returned into field),T2(6 000 kg·hm-2crushed corn straw + organic fertilizer A 1 500 kg·hm-2were returned into field),and T3(6 000 kg·hm-2crushed corn straw + organic fertilizer B 1 500 kg·hm-2were returned into field). The results showed that,compared with T1 treatment,T2 treatment could significantly increase soil MBC and MBN content,soil mineral nitrogen and available potassium content,and plant nitrogen and potassium accumulation during the reproductive period of winter wheat; it also can significantly improve soil available phosphorus content and plant phosphorus accumulation at the booting and mature stages of winter wheat; the yield and seasonal relative net income of winter wheat were also significantly increased by 17.5% and 22.0%,respectively. Compared with T1 treatment,the soil MBC content at wintering stage,soil MBN content at wintering and booting stages,soil mineral nitrogen content during reproductive period,soil available potassium content at wintering stage,plant nitrogen and potassium accumulation during the reproductive period and plant phosphorus accumulation at booting and mature stages of winter wheat of T3 treatment were also significantly increased; the yield of T3 treatment was significantly increased by 10.3%,but the seasonal economic benefit was not significantly improved. Under the experimental conditions,T2 treatment are considered as better,with comprehensive considering the effect of these two kinds of organic fertilizers on different indices.

Winter wheat; Organic fertilizer; Soil available nutrient; Yield; Economic benefit

2016-08-25

2016-10-07

国家公益性行业(农业)科研专项(201503130); “十二五”国家科技支撑计划项目(2013BAD07B07-2)

E-mail：tzfelicity@163.com

韩燕来(E-mail:hyanlai@126.com)

时间：2017-03-07

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)03-0390-06

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170307.1639.038.html