小麦施用腐熟粪肥的有机氮同效当量及其影响研究

樊继刚 颜士敏 王维珏 刘宏栋 徐在勇

（1.连云港市赣榆区农业技术推广中心 江苏连云港 222100；2.江苏省耕地质量与农业环境保护站 江苏南京 210029；3.连云港市赣榆区农村能源环境保护办公室 江苏连云港 222100）

小麦作为我国北方不可替代的商品和战略性粮食，其种植产业的稳定良好发展，是保障我国北方粮食安全，甚至国民经济社会平稳运行的关键举措[1]。在农业生产中，氮肥的施用是确保小麦安全、高效生产的重要手段。但传统的氮磷钾肥在一定程度上会造成土壤酸化，进而带来许多如土壤板结、土地利用度降低等问题[2-3]。新鲜家畜粪尿经过好氧堆肥发酵工艺发酵而成的腐熟粪肥，由于其资源化特性、较好的肥力特性逐渐在农业生产中得到应用。但目前有关小麦腐熟粪肥的有机氮同效当量方面的研究还不够全面，同时腐熟粪肥对小麦产量、土壤的影响也不明晰[4]。基于此，本研究开展小麦的种植试验，明确小麦腐熟粪肥的有机氮同效当量，以及腐熟粪肥对小麦产量、土壤理化性质和小麦氮磷积累量的影响，以期为腐熟粪肥在小麦种植生产中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试肥料为市售的氮磷钾肥（尿素、过磷酸钙、硫酸钾）和采用好氧堆肥发酵工艺发酵而成的腐熟粪肥。腐熟粪肥原料为木薯渣、猪粪，其中猪粪占比40%～50%，其总氮含量17 g/kg、总磷含量17 g/kg、总钾含量21 g/kg、有机质含量343 g/kg。供试小麦品种为丰德存麦20。供试土壤理化性质见表1。

表1 供试土壤基本理化性状

1.2 试验设计

2021年10月中旬，于赣榆区塔山镇小莒城村进行试验田的前期准备工作，10月22日播种小麦。2022年2月11日和3月24日追2次肥，6月8日收获。种植期间水分和病虫害防治管理与当地农田管理保持一致。收获后测定土壤理化性质、外观品质、生长特性相关指标及产量。

采用随机区组设计，以无氮处理、无机氮处理为对照，设置等氮量腐熟粪肥100%N替代处理。无机氮处理的氮磷钾施用量分别为18.5 kg/亩、3.6 kg/亩和5.0 kg/亩。等氮量腐熟粪肥替代化肥，其实际用量需根据测定氮含量进行折算。每个处理施肥量见表2。腐熟粪肥、化肥均采用人工撒施的方式。其中腐熟粪肥作为基肥一次性施用；而无机氮处理氮肥按基肥50%、腊肥30%、穗肥20%分3次施用，磷肥作为基肥一次性施用，钾肥按基肥80%、穗肥20%分2次施用。

表2 小麦腐熟粪肥有机氮同效当量试验的施肥量（单位：kg/亩）

1.3 测定指标及方法

在小麦种植前和收获时，采用5点取样法取耕作层土壤，经风干、过筛后保存待测；小麦收获后，对每个小区全部收割测实产，同时测定小麦产量及其构成因素（包括有效穗数、穗粒数和千粒重）。另外每个小区采集具有代表性的小麦30株，观察叶色、分蘖数和株高等生长特性，记录有效穗数、穗粒数和千粒重等产量构成因素。小麦样品经晒干后磨碎过20目筛测定氮磷养分含量。

土壤样品测定有机质、全氮（TN）、全磷（TP）、有效磷、速效钾、pH等土壤理化性质。土壤有机质采用重铬酸钾（K2Cr2O7）氧化外加热法（GB 7857-87）测定；全氮、全磷采用连续流动化学分析仪（skalar san++）测定；有效磷采用碳酸氢钠浸提、分光光度计比色法测定；速效钾采用NH4OAc浸提、火焰光度法测定；pH采用玻璃电极法测定（GB 6920-86，水土比为2.5∶1）。植株的氮、磷含量采用浓H2SO4-H2O2消煮-流动分析仪测定[5]。

1.4 数据处理与分析

腐熟粪肥有机氮同效当量：

其中YN0为无氮处理的作物产量（kg/亩）、YN为无机氮处理的作物产量（kg/亩）、YM为腐熟粪肥处理的作物产量（kg/亩）。

氮肥吸收利用率（%）=（施氮区地上部分吸氮量-不施氮区地上部分吸氮量）/施氮量×100%；

氮肥农学利用率（kg/kg）=（施氮区产量-不施氮区产量）/施氮量；

氮肥偏生产力（kg/kg）=籽粒产量/施氮量；

氮收获指数=籽粒吸氮量/秸秆吸氮量。

采用Microsoft Excel 2016进行数据整理和绘图，采用SPSS17.0软件进行差异显著性分析（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 土壤理化性质

由表3可知，在腐熟粪肥处理下，耕层土壤有机质、全氮、总磷、有效磷和速效钾等土壤肥力指标较无机氮处理均有增加趋势，但差异均不显著。同时腐熟粪肥较无机氮处理显著（P＜0.05）提高了耕层土壤pH。说明施用腐熟粪肥虽未提高土壤肥力，却有利于改善土壤酸碱度、缓解土壤酸化。

表3 收获后不同处理土壤的有效养分含量

2.2 小麦产量及其构成因素分析

由表4可知，与无机氮处理相比，腐熟粪肥处理显著（P＜0.05）降低了小麦实测产量、理论产量。主要原因是腐熟粪肥处理显著（P＜0.05）降低了小麦有效穗数和穗粒数有关。除此之外，腐熟粪肥处理较其他两个处理能显著（P＜0.05）提高小麦千粒重。就小麦草谷比而言，无氮处理最高、无机氮处理次之、腐熟粪肥处理最低，且各处理间差异显著（P＜0.05）。

表4 不同处理小麦产量及其构成因素

2.3 小麦氮磷吸收与利用

由表5可知，与无机氮处理相比，腐熟粪肥处理显著（P＜0.05）降低了小麦植株吸收的氮磷累积量，主要原因是腐熟粪肥显著（P＜0.05）降低小麦生物量，即降低了小麦籽粒产量与秸秆产生量。此外，腐熟粪肥较无机氮处理降低了小麦秸秆中的氮磷含量，同时提高了小麦籽粒中氮磷含量（P＜0.05）。另外，腐熟粪肥处理小麦籽粒粗蛋白含量达11.1%，较无机氮处理（粗蛋白含量10.7%）提高了3.29%。这说明腐熟粪有利于改善小麦营养品质。

表5 小麦植株氮磷含量及其累积量

由图1可知，与无氮和无机氮处理相比，腐熟粪肥处理显著（P＜0.05）提高了小麦氮收获指数，说明腐熟粪肥处理提高了氮素在小麦籽粒中的比例。

图1 小麦氮收获指数

与无机氮处理相比，腐熟粪肥处理显著（P＜0.05）降低了小麦氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率及氮肥偏生产力（表6），说明腐熟粪肥处理会降低小麦氮肥的当季利用率，主要原因是腐熟粪肥处理显著（P＜0.05）降低小麦生物量，即小麦籽粒产量与秸秆产生量，进而降低了小麦植株氮肥累积量。另外在本试验条件下，腐熟粪肥有机氮同效当量为0.29，即1 kg腐熟粪肥有机氮对小麦籽粒产量的贡献相当于0.29 kg无机氮，这远低于国际上普遍认为的有机肥氮替代率60%。

表6 腐熟粪肥有机氮同效当量及氮肥利用率

3 讨论与结论

试验结果表明，与无机氮处理相比，施用腐熟粪肥有利于改良土壤酸碱度、提升耕层土壤肥力。同时腐熟粪肥有机氮全量替代无机氮会降低小麦产量、有效穗数和穗粒数，但提高了小麦千粒重。更为重要的是腐熟粪肥提高了小麦籽粒的粗蛋白含量，改善了小麦营养品质。

除此之外，腐熟粪肥较无机氮处理降低了小麦氮肥的当季利用率，主要原因是腐熟粪肥处理显著（P＜0.05）降低小麦籽粒产量与秸秆量。在本试验条件下，腐熟粪肥有机氮同效当量为0.29，即1 kg腐熟粪肥有机氮对小麦籽粒产量的贡献相当于0.29 kg无机氮。基于此腐熟粪肥虽在一定程度上能防治土壤酸化及改善小麦营养品质，但其有机氮同效当量处于较低水平，难以进行大规模推广应用。因此可考虑腐熟粪肥结合氮肥配施，以期能达到良好的施肥效果。