有机肥替代20%化肥处理对滴灌春小麦产量及土壤养分的影响

鲁伟丹，李俊华，陈丽丽，罗 彤，何 浩，张宇良

(石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意义】有机肥施用量低于化肥施用量会使耕地质量下降[1-4]。有机肥含有多种有机养分与无机养分，养分较为全面，其中还含有大量的酶和微生物，可以保证均衡且全面的提供作物生长所需要的养分。施用有机肥以培肥土壤，提高土壤中有机质的含量与化肥相比具有更为突出的优点。单施化肥或单施有机肥均不能适应现代农业可持续发展的要求，只有合理的将有机肥与化肥配合施用，才能有利于全面调节土壤养分平衡，解决土壤养分供需矛盾，实现土地的用养结合。分析有机肥替代化肥20%化肥对滴灌春小麦的影响，对干旱区绿洲小麦减施化肥培肥地力有重要意义。【前人研究进展】适当比例的有机肥替代化肥处理在保证作物产量的同时，又可以在一定程度上提高土壤肥力和酶活性[5-9]。温延臣等[10]研究表明，养分投入条件下，有机肥替代部分化肥处理与单施化肥处理作物产量差异不显著，但能显著提高土壤有机碳和全氮含量。孟琳等[11]研究发现，无机氮肥与有机氮肥配合施用可以更容易取得比单施无机氮肥处理相当或更高的稻谷产量，用10%～30%有机肥替代无机氮肥能够比单施无机氮肥处理显著提高水稻的产量。【本研究切入点】有关新疆石河子地区有机肥替代化肥对滴灌春小麦产量及土壤养分的影响文献较少。研究有机肥替代20%化肥对土壤养分含量及春小麦产量的影响，为干旱区绿洲小麦减施化肥培肥地力提供科学依据。【拟解决的关键问题】采用连续2年大田试验。设置不施肥处理(T1)，常规施肥处理(T2)以及有机肥替代20%化肥处理(T3)3个处理。连续2年的定点施肥试验，分析有机肥替代20%化肥对土壤养分含量与小麦产量的影响。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018～2019年在石河子大学农学院试验场二连进行，试验区土壤类型为灌耕灰漠土，有机质20.5 g/kg，碱解氮64.6 mg/kg，速效磷32.35 mg/kg，速效钾202.6 mg/kg，pH 7.87，供试作物为春小麦品种新春38号。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

设置3个处理：不施肥对照(T1)，常规施肥(T2)，有机肥替代20%化肥(T3)，每处理重复3次，随机区组排列。将当季收获的小麦麦秆机械粉碎均匀撒入小区，用旋耕机耕入土壤。小区面积为51 m×6.5 m=331.5 m2，种植小麦16行，15 cm等行距种植，人工条播，播种量约为300 kg/ hm2，灌溉方式为滴灌，1管4行，总灌水量6 000 m3/hm2，各处理采用水表控制灌溉量，其他栽培管理措施参照当地大田。化肥分别为尿素(N=46.4%)，重过磷酸钙(P2O5=44%)以及磷酸一铵(N=12%，P2O5=61%)，有机肥为商品有机肥，有机肥养分含量为N 1.78%、P2O51.96%、K2O 0.53%。总施肥量的20%做基肥(有机肥全部基施，其余基肥化肥补齐)剩余肥料在后期随水滴施。表1，表2

表1 不同处理施肥量

表2 小麦不同生育时期水肥分配比例

播种前采集试验地基础土样(0～20 cm)。分别于小麦苗期、拔节期、孕穗期、扬花期和成熟期采集滴灌带处垂直0～20 cm土样，取5点进行混合样品，风干后过筛保存用于土壤养分测定。

1.2.2 测定指标

NaHCO3浸提-比色法测定速效磷，碱解扩散法测碱解氮，醋酸铵浸提-火焰光度法测速效钾，重铬酸钾-外加热法测土壤有机质。小麦产量在小麦成熟后，选取长势一致的1 m2对各处理进行测产，测定其穗数，穗粒数，千粒重，理论产量和实测产量。

2 结果与分析

2.1 有机肥替代化肥对土壤速效养分含量影响

研究表明，施肥处理前期对土壤碱解氮的增加效果不显著，在拔节期后，各施肥处理会显著增加土壤碱解氮含量，其中有机肥替代20%化肥处理的增加效果更为显著，2018年试验中T2处理各时期碱解氮含量平均比T1处理增加14.33%，T3处理各时期碱解氮含量平均比T1处理增加16.59%，除苗期各处理无显著差异外，其余各时期中，T3处理的碱解氮含量均显著高于CK处理的碱解氮，T2处理同样高于不施肥处理但是差异不显著。2019年试验中，T2处理各时期碱解氮含量平均比T1处理增加14.40%，T3处理各时期碱解氮含量平均比T1处理增加20.06%，苗期各处理间同样无差异，T3处理与T2处理在苗期、拔节期、孕穗期无显著差异，但是在扬花期、成熟期与收获期T3处理的碱解氮含量显著高于T2处理。有机肥替代20%化肥能较常规施肥显著增加碱解氮含量。图1

图1 不同施肥处理下土壤碱解氮含量变化

研究表明，在定点施肥的第2年，土壤有效磷会有一定程度的下降，2019年T1处理速效磷含量比2018年T1处理研究表明，速效磷下降15.4%，2019年T3处理速效磷含量仅比2018年T3处理下降9.8%，在2018年试验中，T2处理速效磷含量比T1处理增加12.4%而T3处理比T1处理增加14.5%，在各生育期中，T3处理速效磷含量均显著高于T1处理且与T2处理无显著差异。2019年各时期T3处理的速效磷含量显著高于T1处理，T2处理的速效磷含量较T1处理增加12.7%。除收获期T3处理速效磷含量与T2处理无显著差异之外，其他时期均为T3处理速效磷含量显著高于T2处理，T3处理速效磷含量比T1处理与T2处理分别高20.5%与6.9%。各处理有效磷含量相比较为T3处理>T2处理>T1处理。图2

图2 不同施肥处理下土壤速效磷含量变化

各施肥处理均可显著提高土壤速效钾含量，各施肥处理之间存在显著的差异水平。同一年份，施肥处理的土壤速效钾均高于空白对照，有机肥替代化肥增加速效钾含量最明显。2018～2019年，土壤速效钾含量随着种植年限的延长呈下降的趋势，而施肥处理较不施肥处理表现出有效的缓解土壤速效钾含量下降的能力。2018年T2处理速效钾含量较T1处理增加7.1%，T3处理速效钾含量分别比T1处理与T2处理增长8.7%与1.5%。2019年，T2处理速效钾含量比T1处理增加5.4%，T3处理速效钾含量分别比T1处理与T2处理增加17.7%与11.6%。图3

图3 不同施肥处理下土壤速效钾含量变化

2.2 有机肥替代化肥对土壤有机质的影响

研究表明，施肥处理可以明显增加土壤有机质含量，且在连续种植的第2年有机质含量会有所增加，且有机肥替代化肥处理会显著增加有机质含量，在第1年试验处理中T2处理有机质含量较T1处理高15.2%，T3处理仅比T2处理高6.8%但比T1处理高出23.1%。在第2年试验处理中，T2处理的有机质含量比T1高出29.8%，T3处理分别比T1处理与T2处理高出40.7%与8.4%，第2年有机肥替代化肥处理的有机质含量增长幅度明显高于第1年有机肥替代处理。图4

图4 不同施肥处理下土壤有机质含量变化

2.3 不同施肥处理对小麦产量及构成因素影响

研究表明，第1年试验中施肥处理与不施肥处理相比，除穗数与千粒重上无显著差异之外，施肥处理均能显著提高每株穗粒数与理论产量，且有机肥替代20%化肥的处理效果优于常规施化肥的处理，而2个处理间差异不显著，常规施肥处理与有机肥替代20%化肥处理分别比不施肥处理增加4.04%与7.44%；常规施肥处理的与理论产量的每株穗粒数分别比不施肥处理的每株穗粒数平均增加11.13%与8.85%。常规施肥处理与有机肥替代20%化肥处理分别比不施肥处理增加17.99%与20.05%。在第2年施肥处理中，T2和T32个施肥处理的小麦产量构成因素以及产量均显著高于不施肥处理，2个处理间差异不显著。T1处理的小麦产量较T2处理低34.4%，比T3处理低43.6%。在连续种植小麦的第2年，小麦产量会有一些幅度的减产，但施肥处理的减产幅度会小于不施肥处理，而有机肥替代化肥的处理减产幅度更小。表3

表3 不同施肥处理下春小麦产量构成因素变化

3 讨 论

3.1 有机肥替代化肥对土壤速效养分含量影响

有机肥替代20%化肥处理对土壤中碱解氮含量有显著的增加，第2年的T3处理各时期碱解氮含量平均比T1处理增加20.06%。有机肥替代20%化肥处理同样增加速效磷养分含量并且在连续2年后差异更显著，第2年中的T3处理各时期土壤速效磷含量比T1处理与T2处理分别高20.5%与6.9%，新疆土壤基本养分状况为“缺氮、少磷、富钾”，所以在连续施肥处理中并没有施用钾肥，而土壤中速效钾含量会随着种植年限的增加而表现出下降的趋势，施肥处理较不施肥处理可以有效的缓解土壤中速效钾含量的下降。T3处理各时期土壤速效钾含量分别比T1处理与T2处理增加17.7%与11.6%。沈冰涛等[12]试验证明，适当比例有机肥替代化肥可以提高土壤速效养分。宇万太等[16]研究发现，施用有机肥可以显著提高土壤中有效养分，这与研究结果一致，有机肥替代20%化肥处理较不施肥处理能显著增加各速效养分含量。

3.2 有机肥替代化肥对土壤速效养分含量影响

唐继伟等[17]研究发现在施肥量一致的情况下，与化肥相比，有机肥存在显著改善土壤有机质质量和增加土壤营养等方面的作用。邢鹏飞等[18]研究也表明，土壤有机质含量随着施入有机肥比例的增加而相对增加，施入有机肥可以显著提高土壤有机质含量的作用，可以用来改善有机质贫乏地区的土壤养分。而在试验中，第1年T3处理仅比T2处理高6.8%比T1处理高23.1%。但是在第2年试验处理中，T3处理分别比T1处理与T2处理高40.7%与8.4%，有机肥替代化肥处理会显著增加土壤有机质含量并且在连续2年定点施肥后土壤有机质增加效果更加显著。

3.3 不同施肥处理对小麦产量及构成因素影响

研究结果表明，采用20%有机肥替代部分化肥处理，不但降低了化肥的使用量而且小麦产量较不施肥处理有显著提高，连续2年定点施肥处理后，虽然前茬小麦秸秆还田，但是第2年小麦产量较第1年有小幅度的减产，而有机肥替代化肥处理减产幅度较小，温延臣等[10]研究证明，采取有机肥适当替代化肥施用，养分能协调平衡供应，可适当满足作物生产需求同时获得稳产高产，同时适当减少化肥用量，沈冰涛等[12]研究也证明，在麦田配施一定量有机肥能够增加有效分蘖，提高穗粒数与有效穗数，有利于产量三要素的协同提高，从而增加小麦产量。而试验中T3处理的有效穗数、穗粒数、产量与T2处理无显著差异，大概是因为连续种植年限过短导致差异并不明显。但T3处理与T2处理均与T1处理有显著差异这与前人研究结果相似。

4 结 论

有机肥替代20%化肥处理(T3处理)能够改善滴灌农田土壤理化性质，对春小麦产量和地力提升都有较为明显的作用。有机肥替代化肥处理对提高土壤碱解氮、速效磷、速效钾等速效养分方面均显著高于不施肥处理(T1处理)且略高于农户常规施肥处理(T2处理)但差异不显著，2019年T3处理的碱解氮、速效磷、速效钾分别比T1处理增加20.06%、20.5%和17.7%。T3处理可显著增加土壤有机质含量，尤其连续有机肥替代化肥2年后的增加效果更为明显。T3处理较T2处理与T1处理有机质分别增加8.4%与40.7%，其中与T1差异显著。T2处理与T3处理均能显著提高小麦的单穗重、单株穗粒数和籽粒产量，连续2年种植后，T3处理穗粒数分别比T1处理的每株穗粒数平均增加11.13%与8.85%，而产量较T1处理增加43.6%。T2处理产量比T1处理增加34.4%，产量大小顺序为T3>T2>T1，T3处理较T2处理能更加有效的提高小麦产量。有机肥替代20%化肥处理可以培肥土壤，提升土壤地力，增加产量，比常规处理更适用于新疆绿洲春小麦种植施肥。