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.pdf

2023.2 试验研究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。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。其中腐小麦施用腐熟粪肥的有机氮同效当量及其影响研究作者简介：樊继刚（1974-），男，推广研究员，从事耕地质量保护与提升方向的工作。E-mail:樊继刚1颜士敏2王维珏3刘宏栋1徐在勇3（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）摘要：通过开展小麦分别施用无机氮及等氮量腐熟粪肥的种植试验，明确小麦腐熟粪肥的有机氮同效当量。同时进一步分析不同施肥模式对小麦有效穗数、千粒数、产量及土壤性质的影响。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、提升耕层土壤肥力及改善小麦营养品质。但腐熟粪肥有机氮全量替代无机氮处理会降低小麦产量、有效穗数和穗粒数，且腐熟粪肥处理较无机氮处理降低了小麦氮肥的当季利用率。在本试验条件下，腐熟粪肥有机氮同效当量为0.29。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。因此可考虑将腐熟粪肥结合氮肥配施，以期达到良好的施肥效果。关键词：小麦；腐熟粪肥；有机氮同效当量；产量84-试验研究 2023.2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。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（skalarsan+）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2.51）。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：c=（YM-YN0）（YN-YN0）；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SPSS 17.0软件进行差异显著性分析（P0.05）。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（P0.05）提高了耕层土壤表1供试土壤基本理化性状取样深度（cm）有机质（g/kg）全氮（g/kg）总磷（g/kg）有效磷（mg/kg）速效钾（mg/kg）pH容重（g/cm3）020 cm29.81.650.6936.41615.271.24注：表中“M”代表腐熟粪肥，“N”代表氮肥，“P”代表磷肥，“K”代表钾肥；“1”代表无机氮处理N，“2”代表腐熟粪肥替代N。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）编号试验处理基肥越冬期返青期1无氮处理（PK）施氮量：0 kg00过磷酸钙：30 kg硫酸钾：8 kg2无机氮处理（N1PK）尿素：20 kg尿素：8 kg硫酸钾：2 kg过磷酸钙：30 kg尿素：12 kg硫酸钾：8 kg3腐熟粪肥（MN2PK）腐熟粪肥：1 088 kg00表3收获后不同处理土壤的有效养分含量处理有机质（g/kg）TN（g/kg）TP（g/kg）有效磷（mg/kg）速效钾（mg/kg）pHPK29.7a1.67a0.79a22.4a271a5.72abN1PK30.2a1.65a0.83a22.7a241a5.14bMN2PK31.7a1.73a0.99a24.2a348a6.17a85-2023.2 试验研究表6腐熟粪肥有机氮同效当量及氮肥利用率处理氮肥吸收利用率（%）氮肥偏生产力（kg/kg）氮肥农学利用效率（kg/kg）腐熟粪肥有机氮同效当量N1PK40.50a32.9a17.40a-MN2PK9.02b20.5b5.02a0.29pH。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。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（P0.05）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（P0.05）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（P0.05）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（P0.05）。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（P0.05）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（P0.05）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（P0.05）。另外，腐熟粪肥处理小麦籽粒粗蛋白含量达11.1%，较无机氮处理注:同列数值后不同小写字母表示差异达0.05显著水平（P0.05）。下同。表4不同处理小麦产量及其构成因素处理有效穗数（万穗/亩）穗粒数（粒）千粒重（g）理论产量（kg/亩）实测产量（kg/亩）草谷比PK23.7c27.7b48.3b317.6c286.8c1.48aN1PK36.2a38.6a44.7c625.2a608.1a1.14bMN2PK29.6b27.9b49.3a406.1b379.7b1.00c表5小麦植株氮磷含量及其累积量处理植株氮含量及累积量植株磷含量及累积量秸秆氮含量（g/kg）籽粒氮含量（g/kg）氮累积量（kg/亩）秸秆磷含量（g/kg）籽粒磷含量（g/kg）磷累积量（kg/亩）PK5.32a16.5a6.98c0.90a4.07a0.50bN1PK5.80a17.2a14.47a1.02a3.90a0.95aMN2PK5.04a17.7a8.65b1.00a4.14a0.54b（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。由图1可知，与无氮和无机氮处理相比，腐熟粪肥处理显著（P0.05）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。与无机氮处理相比，腐熟粪肥处理显著（P0.05）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（P0.05）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1kg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%。图1小麦氮收获指数（下转90页）86-2023.2 试验研究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（P0.05）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。参考文献1胡峰,张运红,毛家伟,等.不同专用肥对豫北小麦产量、经济效益和养分吸收的影响J.河南农业科学,2022,51(8):74-83.2Zhang G X，Liu S J，Dong Y J，et al.A nitrogen fertilizer strat-egy for simultaneously increasing wheat grain yield and proteincontent：Mixed application of controlled release urea and nor-mal ureaJ.Field Crops Research，2022，277：108405.3Xu X P，He P，Chuan L M，et al.Regional distribution ofwheat yield and chemical fertilizer requirements in ChinaJ.Journal of Integrative Agriculture，2021，20（10）：2772-2780.4王玉姝，韩燕来，柴汕，等.豫北小麦高产区化肥施用环境风险分析J.麦类作物学报，2021，41（4）：517-524.5巫振富，赵彦峰，程道全，等.基于地理加权回归的小麦测土配方施肥效果空间分析J.土壤学报，2019，56（4）：860-872.照均明显降低，以减氮30%且基肥不施氮肥的处理2和处理3降幅最大；由于处理2和处理3幼穗分化期增加了25%的氮肥用量，水稻成穗率和千粒重均有所提高。（2）适量施用氮肥可以提高作物产量，过多或过少施用氮肥会导致作物增产效果降低11。研究表明，减氮30%的处理和减氮50%的处理较对照水稻产量、产值和效益极显著降低，50%的处理降幅显著大于减氮30%的处理。（3）在其他栽培措施一致的情况下，丛栽3苗较丛栽2苗水稻产量、产值和效益均有所增加，与赵双等12的研究结果“在一定的范围内,水稻产量随栽培密度的增加而上升”一致。参考文献1袁隆平.超级杂交水稻育种研究的进展J.中国稻米,2008（1）:1-2.2保山市统计局.国家统计局保山调查队M/OL.保山:保山统计年鉴.2021:12-13.http:/ 497-2002.S.2002:1-12.9朱明哲.田间试验及统计分析M.北京:中国农业出版社,1992.10陈周前,李霞红,陈翻身,等.氮肥对水稻分蘖及产量结构的影响J.安徽农业学报,2009,15（5）：87-89,125.11张洪程，王秀芹，戴其根，等.施氮量对杂交稻两优培九产量、品质及吸氮特性的影响J.中国农业科学,2003,36（7）:800-806.12赵双，朱小荣.不同栽培密度对水稻产量影响的研究J.中国盐业，2016（15）：56-57.表4不同处理对水稻经济效益的影响处理平均产值（元/hm2）肥料投入（元/hm2）纯效益（元/hm2）较对照减产（%）产投比差异显著性肥料成本人工成本机收成本合计0.05水平0.01水平126 3691 1612 2501 8005 21120 956249-5.06aA224 7238132 2501 8004 86319 6712506.135.08bB324 9915802 2501 8004 63020 1711623.775.40bAB423 1102972 2501 8004 34718 58728811.325.32cB523 9507142 2501 8004 76419 0033769.325.03cB（上接86页）90-