杜鑫宇, 張哲棟, 閆之春, 薛林杰, 閆淋淋, 張笑笑, 梁曉飛

(山東新希望六和集團(tuán)有限公司, 山東 青島 266100)

在規(guī)模化生豬養(yǎng)殖過程中會(huì)排放大量的糞尿,由于生豬對(duì)日糧中的氮、磷等養(yǎng)分利用效率不高,使生豬糞尿中含有超過50%的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1]。生豬糞中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過處理后制成的豬糞有機(jī)肥,在管理得當(dāng)?shù)那闆r下,施于農(nóng)田是改善土壤健康、提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)多樣化的可持續(xù)選擇[2]。施用有機(jī)肥不僅能為作物生長(zhǎng)提供養(yǎng)分,還能改善土壤理化性質(zhì),提高土壤肥力[3]。PlazaC[4]等研究結(jié)果表明,施用有機(jī)肥有利于提高土壤養(yǎng)分和酶活性。另一方面,增施有機(jī)肥可以提高冬小麥的光合作用能力,增加光合作用產(chǎn)物,促進(jìn)小麥生長(zhǎng),提高產(chǎn)量[5]。馬凡凡[6]等研究表明,通過豬糞肥替代化肥后的土壤中有機(jī)質(zhì)、NPK等養(yǎng)分顯著高于其他處理,并降低土壤氮素徑流流失。曾慶慶[7]等通過不同年限施加豬糞肥結(jié)果表明,土壤肥力顯著提升,土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量明顯增加,并且隨著施用時(shí)間不斷提高。Qaswar[8]和Kang[9]通過長(zhǎng)期田間試驗(yàn)表明,長(zhǎng)期施用豬糞有機(jī)肥能提高土壤養(yǎng)分含量以及土壤中微生物含量。有研究發(fā)現(xiàn),在水稻和小麥不減產(chǎn)的前提下,有機(jī)肥的施用可以替代25%化肥[10]。Guo[11]等研究發(fā)現(xiàn),25%有機(jī)肥+75%化肥處理的產(chǎn)量與100%NPK的并無顯著差異。早在2000年,牟善積[12]等提出有機(jī)肥和化肥配施的重要性,兩者配施有利于全面調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分平衡,解決供需矛盾,實(shí)現(xiàn)用地和養(yǎng)地相結(jié)合,培肥地力。本研究通過設(shè)置不同梯度豬糞有機(jī)肥替代化肥以及單施有機(jī)肥來探究對(duì)冬小麥農(nóng)藝生長(zhǎng)形狀、產(chǎn)量、品質(zhì)以及土壤養(yǎng)分變化的影響,確定豬糞有機(jī)肥替代化肥的最佳比例,以期探索適合小麥穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)和土壤增肥的最佳有機(jī)無機(jī)配施比例。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及基本情況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于安徽省五河縣霍莊村。該地區(qū)屬于暖溫帶過渡型季風(fēng)氣候,根據(jù)氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),該地區(qū)年平均氣溫為14.7℃,年降雨量平均為896.3 mm。該地區(qū)實(shí)行冬小麥-大豆兩茬制,于10月下旬大豆收獲后旋地整地,之后種植冬小麥。

供試土壤0～20 cm土層的基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表1。

表1 供驗(yàn)土壤0～20 cm理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年10月下旬開始,試驗(yàn)共設(shè)置7個(gè)施肥處理,每個(gè)施肥處理3個(gè)重復(fù),采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)置,共21個(gè)小區(qū),各小區(qū)5 m×10 m;各處理在冬小麥播種前將氮、磷、鉀肥全部施入,施氮量參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為250 kg·hm-2;有機(jī)肥為集約化豬場(chǎng)發(fā)酵產(chǎn)生的豬糞有機(jī)肥,其中有機(jī)質(zhì)含量≥60%,全氮含量占2.42%,有機(jī)肥具體用量以全氮含量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行折算,各試驗(yàn)區(qū)冬小麥播種量均為20 kg·667 m-2,其他管理措施與當(dāng)?shù)卮筇镆恢隆?/p>

具體試驗(yàn)處理分別為: 1)CK:對(duì)照,不施肥; 2)T1:100%化肥氮素; 3)T2:100%氮素有機(jī)肥+100%氮素化肥混合; 4)T3:120%氮素有機(jī)肥+80%氮素化肥混合(有機(jī)肥替代化肥氮素20%); 5)T4:160%氮素有機(jī)肥+40%氮素化肥混合(有機(jī)肥替代化肥氮素60%); 6)T5:200%氮素有機(jī)肥(有機(jī)肥替代化肥氮素100%)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

小麥成熟期時(shí)采集各小區(qū)中間劃定的2 m×3 m收獲區(qū),分別測(cè)定株高、穗粒數(shù)、千粒重、穗長(zhǎng)、畝均成穗數(shù)、粗蛋白、濕面筋,產(chǎn)量為每小區(qū)實(shí)收產(chǎn)量;收割后對(duì)每小區(qū)進(jìn)行0～20 cm土壤取樣,測(cè)定土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效磷、堿解氮、速效鉀。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理,運(yùn)用Origin 2018軟件繪圖,運(yùn)用 IBM SPSS Statistics 21軟件進(jìn)行單因素顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥比例對(duì)冬小麥農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

由表2可知,各施肥處理之前的小麥株高、穗粒數(shù)、有效穗數(shù)均顯著高于CK,T2處理各指標(biāo)均為最高,且各指標(biāo)均顯著高于T4、T5處理。T2處理實(shí)際產(chǎn)量顯著高于T3處理,但株高、穗粒數(shù)、千粒重、有效穗上變化無顯著性差異,產(chǎn)量結(jié)構(gòu)上隨著有機(jī)肥替代量的增加,實(shí)際產(chǎn)量逐漸下降,不同施肥處理之間均有顯著性差異,實(shí)際產(chǎn)量T2處理較T1增幅7.07%,較T3增幅9.97%,較T4增幅86.41%,較T5增幅113.07%。

表2 不同施肥比例冬小麥農(nóng)藝形狀、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)變化

2.2 不同施肥比例對(duì)冬小麥粗蛋白、粗脂肪、濕面筋含量的影響

蛋白質(zhì)含量是小麥品質(zhì)的標(biāo)志,不同施肥比例對(duì)冬小麥粗蛋白含量的影響發(fā)現(xiàn),不同處理冬小麥粗蛋白含量存在顯著性差異,由圖1可知,施肥處理的粗蛋白含量均顯著高于CK,T2處理粗蛋白含量顯著高于其它處理,較T1增加8.1%、較T3增加4.7%、較T4增加10.7%、較T5增加18.6、較CK增加28.8%;T3處理的粗蛋白含量較T1顯著增加3.47%,說明增施有機(jī)肥有利于提高小麥粗蛋白含量,但過量替代化肥施用,則會(huì)降低小麥粗蛋白含量。

圖1 不同施肥比例冬小麥粗蛋白含量變化

脂類是作物營(yíng)養(yǎng)的三大成分之一,是影響小麥品質(zhì)的重要因素[13],如圖2所示,隨著有機(jī)肥替代量的增加,化肥用量的減少,粗脂肪含量呈逐漸下降的趨勢(shì),T1、T2、T3、T4處理之間的粗脂肪含量無顯著性差異,但均顯著高于CK與T5處理,T1、T2處理粗脂肪含量較T5增幅6.96%,T3處理較T5增幅7.55%,T4處理較T5增幅5.06%。

圖2 不同施肥比例冬小麥粗脂肪含量變化

面筋含量和質(zhì)量是評(píng)價(jià)小麥品質(zhì)的重要指標(biāo),面筋含量的多少直接影響到小麥品質(zhì)的優(yōu)劣[14]。圖3表明不同施肥處理之間冬小麥濕面筋含量存在差異性變化,T1、T2、T3處理濕面筋含量顯著其他處理,T2處理濕面筋含量最高,為25.7%、其次是T3處理,為25.2%。T4、T5處理的濕面筋含量較T2處理分別下降16.3%、18.3%。

圖3 不同施肥比例冬小麥濕面筋含量變化

根據(jù)冬小麥品質(zhì)指標(biāo)的變化情況說明,隨著有機(jī)肥替代化肥施用量的增加冬小麥的品質(zhì)逐漸降低,但20%替代量并不會(huì)影響冬小麥的生長(zhǎng)質(zhì)量。

2.3 不同施肥比例對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和N、P、K的影響

2.3.1 不同施肥比例對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

土壤有機(jī)質(zhì)含量是衡量土壤肥力高低的重要指標(biāo),它能改善土壤中的理化、生物環(huán)境[15],在種植前對(duì)冬小麥種植土壤進(jìn)行化驗(yàn)得到基礎(chǔ)有機(jī)質(zhì)含量,由圖4試驗(yàn)結(jié)果表明,土壤有機(jī)質(zhì)含量T2>T3>T4>T5>T1>CK,T2、T3、T4、T5處理土壤有機(jī)質(zhì)含量較基礎(chǔ)土壤分別增加27.23%、12.98%、17.18%、19.32%。T2處理較基礎(chǔ)土壤、CK相比變化不顯著。土壤表層中有機(jī)質(zhì)含量越高則越有利于內(nèi)部形成良好的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu),說明有機(jī)肥對(duì)于提高土壤肥力有顯著作用。

圖4 不同施肥比例冬小麥種植土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

2.3.2 不同施肥比例對(duì)土壤全氮、堿解氮含量的影響

增施有機(jī)肥后土壤全氮、堿解氮含量有明顯變化。如圖5所示,與基礎(chǔ)土壤相比,T1、T2處理顯著提高了土壤全氮的含量。T2處理增幅最高(27.89%),除T2外,各施肥處理間土壤全氮的含量無顯著差異,但均顯著高于CK處理。

圖5 不同施肥比例冬小麥種植土壤全氮含量變化

由圖6所示,施肥對(duì)土壤堿解氮含量也有顯著增加的作用,T1、T2、T3處理的土壤堿解氮含量均高于其他處理,與基礎(chǔ)土壤堿解氮含量相比T2增幅最大(6.21%),而CK處理出現(xiàn)明顯降幅,說明與單施化肥相比,有機(jī)+無機(jī)結(jié)合的方式更有利于增加土壤氮素的累積。

圖6 不同施肥比例冬小麥種植土壤堿解氮含量變化

2.3.3 不同施肥比例對(duì)土壤全磷、速效磷含量的影響

土壤磷素中的全磷和有效磷分別反應(yīng)土壤磷庫(kù)的大小和可供當(dāng)季作物吸收利用的磷素水平[16],全磷和有效磷的含量也是評(píng)價(jià)土壤供磷能的重要指標(biāo)[17]。如圖7所示,施肥處理中,T2處理的土壤全磷和速效磷含量增幅最高,全磷含量變化中,只有T2處理與CK處理相比變化顯著,但施肥處理間的土壤全磷含量差異不顯著,全磷含量比較上:T2>T3>T1>T5>T4>CK。

圖7 不同施肥比例冬小麥種植土壤全磷含量變化

由圖8可知,速效磷變化上除T2處理外,其余處理間均無顯著性差異,速效磷含量高低比較上:T2>T1>T3>T4>T5>CK。通過對(duì)土壤磷素的變化觀察發(fā)現(xiàn),100%氮素有機(jī)肥+100%氮素化肥混合處理的土壤磷素增加最明顯。

圖8 不同施肥比例冬小麥種植土壤速效磷含量變化

2.3.4 不同施肥比例對(duì)土壤全鉀、速效鉀含量的影響

鉀是植物的必須營(yíng)養(yǎng)元素之一,鉀元素的豐富程度可以做為衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一。通過觀察圖9、圖10可知,不施肥CK處理的全鉀、速效鉀含量較種植前的養(yǎng)分情況有所下降,降幅分別為8.32%、9.91%,與常規(guī)化肥處理相比(T1),增加有機(jī)肥處理(T2)更明顯地增加了冬小麥種植土壤的全鉀與速效鉀含量,有機(jī)肥替代20%化肥處理(T3)的全鉀與速效鉀含量也略高于T1處理,但差異性不顯著。土壤全鉀與速效鉀含量高低順序均為T2>T3>T1>T4>T5。速效鉀含量變化上,各施肥處理速效鉀含量與基礎(chǔ)土壤相比均有不同程度增加,但增幅無顯著差異。全鉀含量變化上,僅T2處理顯著高于基礎(chǔ)土壤,增幅為23.74%。

圖9 不同施肥比例冬小麥種植土壤全鉀含量變化

圖10 不同施肥比例冬小麥種植土壤速效鉀含量變化

3 討論與結(jié)論

許多研究表明,有機(jī)肥添加后可以提高作物產(chǎn)量和土壤肥力。有研究數(shù)據(jù)表明,生物有機(jī)肥替代25%的化肥時(shí),可以提高小麥和玉米單產(chǎn)[18]。本實(shí)驗(yàn)中通過不同配比施肥以及替代化肥施肥,冬小麥的農(nóng)藝形狀以及產(chǎn)量產(chǎn)生了明顯的不同變化趨勢(shì),在不減少化肥施用的條件下,增加等氮量的有機(jī)肥可以有效提高冬小麥在生長(zhǎng)期間的單產(chǎn),產(chǎn)量上T2處理較常規(guī)化肥施用處理(T1)提高26.57 kg·畝-1,但有機(jī)肥替代20%化肥處理(T3)產(chǎn)量較T1處理有所降低。

李春明[19]等研究表明不同有機(jī)肥和無機(jī)肥配比能夠提高籽粒蛋白質(zhì)含量增加2.18%～2.75%,本試驗(yàn)中與純施化肥(T1)處理相比,T2處理與有機(jī)肥替代20%化肥均能提高小麥蛋白質(zhì)含量。與對(duì)照相比所有冬小麥?zhǔn)┓侍幚淼臐衩娼詈烤@著增高。

目前國(guó)內(nèi)學(xué)者研究生物有機(jī)肥結(jié)合化肥后在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn),有機(jī)無機(jī)配施可增加土壤有機(jī)質(zhì),改善土壤生態(tài)條件,從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量[20]。本研究中100%氮素有機(jī)肥+100%氮素化肥混合處理的土壤的有機(jī)質(zhì)、NPK含量較基礎(chǔ)土壤增幅均最高,20%替代化肥(T3)處理下的土壤養(yǎng)分含量也較純化肥(T2)處理增幅效果明顯。

研究表明,100%氮素有機(jī)肥+100%氮素化肥混合施用可以最高效地提高土壤養(yǎng)分含量與小麥品質(zhì),有機(jī)肥替代20%化肥施用對(duì)于增加小麥品質(zhì)與土壤養(yǎng)分含量也有一定提高作用,但過量替代化肥不僅會(huì)造成肥力供應(yīng)不足,還會(huì)降低當(dāng)季冬小麥品質(zhì)。