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化肥减施下有机替代对小麦产量和养分吸收利用的影响

裴雪霞 党建友 张定一 张晶 程麦凤 王姣爱

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化肥减施下有机替代对小麦产量和养分吸收利用的影响

    作者简介: 裴雪霞 E-mail:peixuexia@163.com;
    通讯作者: 党建友, E-mail:dangjyou8605@sina.com
  • 基金项目: 山西省农业科学院农业科技创新项目(YCX2018D2YS16);山西省重点研发计划(201903D221022);国家重点研发计划项目(2018YFD0200404);国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-03-2-7)。

Effects of organic substitution on the yield and nutrient absorption and utilization of wheat under chemical fertilizer reduction

    Corresponding author: DANG Jian-you, E-mail:dangjyou8605@sina.com ;
  • 摘要:   【目的】  探讨化肥减施和氮肥有机替代对小麦产量、养分积累、运转和吸收利用的影响,为国家化肥零增长战略提供理论依据。  【方法】  于2017—2019年,定位研究了常规施肥 (CF)、等氮量有机替代 (有机替代30%N, CF+M)、化肥减施 (N、P2O5、K2O分别减施25%、30%和16.7%,CFR)、减施替代 (有机替代30%N,CFR+M) 和单施有机肥 (M) 对小麦产量及其构成、生物量、不同生育期植株氮磷钾积累量、花前植株养分运转及花后养分积累、养分吸收利用的影响。  【结果】  与CF相比,CFR和CF+M处理小麦产量、成穗数和穗粒数均没有显著变化,千粒重有增加趋势;CFR提高了小麦拔节—开花阶段氮、磷、钾吸收量及其比例,CF+M与CF处理间各生育阶段尤其是拔节期后吸氮、钾量差异均不显著,而CFR处理开花—成熟期的氮磷吸收量显著降低,CF+M处理降低了花前茎叶氮运转量及花后氮磷积累量,CF+M、CFR和CF 3个处理间氮积累量差异不显著;CF+M提高了花前茎叶氮磷运转量对籽粒氮磷贡献率及花后氮积累量对籽粒氮的贡献率。籽粒氮素积累与各生育阶段氮素积累量、花前期茎叶氮素运转量及花后氮素积累量间呈显著或极显著正相关,籽粒磷素积累量仅与花后磷素积累量显著正相关,籽粒钾素积累量与返青—拔节阶段钾素积累量显著正相关,与花前颖壳+穗轴钾素运转量显著负相关。CFR和CF+M较CF提高了氮吸收、利用效率和氮肥偏生产力,CF+M较CF提高了钾素利用效率,降低了钾素吸收和钾素偏生产力。  【结论】  本试验的两年间,不同程度地减少氮磷钾化肥投入量,或不减少总氮量投入 (以30%有机氮替代化肥氮) 有利于花前期营养器官积累的养分向籽粒运转及籽粒对氮养分的吸收利用,都可以维持小麦产量。在减施氮肥量25%的前提下,用30%或者100%的鸡粪替代化肥则降低小麦各生育期干物质和氮磷钾养分的积累和运转,最终降低小麦的产量。因此,进行有机替代需要进一步研究适宜的氮肥减施比例。
  • 图 1  不同施肥措施小麦产量、生物产量及收获指数

    Figure 1.  Wheat grain yield, biomass and harvest index under different fertilization treatments

    表 1  不同施肥处理小麦产量构成

    Table 1.  Wheat yield components under different fertilization treatments

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    株高 (cm)
    Plant height
    成穗数 (× 104/hm2)
    Spike number
    穗粒数
    Kernels per spike
    千粒重 (g)
    1000-grain weight
    2018CK58.80 c420.56 c35.33 c45.30 a
    CF64.07 ab534.45 a35.87 c42.79 c
    CF+M65.40 a530.00 a39.33 a43.50 bc
    CFR63.47 b496.11 ab35.93 bc43.60 bc
    CFR+M63.33 b468.34 bc35.67 c43.69 bc
    M63.53 b463.89 bc37.53 b44.48 ab
    均值Mean63.10 B485.56 B36.61 A43.90 B
    2019CK62.93 d443.08 c24.00 e43.07 c
    CF74.73 b736.15 a34.60 ab45.01 ab
    CF+M76.77 a751.98 a32.60 c46.06 a
    CFR75.83 ab734.20 a33.60 bc45.78 ab
    CFR+M75.70 ab722.81 a35.40 a44.77 b
    M68.73 c591.70 b29.47 d46.13 a
    均值Mean72.45 A663.32 A31.61 B45.14 A
    两年均值
    Two-year average
    CK60.87 d431.82 c29.67 c44.19 ab
    CF69.40 b635.30 a35.23 a43.90 b
    CF+M71.08 a640.99 a35.97 a44.81 ab
    CFR69.65 ab615.16 a34.77 ab44.69 ab
    CFR+M69.52 b595.57 a35.53 a44.23 ab
    M66.13 c527.79 b33.50 b45.27 a
    FF value
    年度Year (Y)908.7**71.3*56.1*87.6*
    处理Treatment (T)56.8**17.4**18.2**1.5
    Y × T13.8**5.1**16.0**4.8**
    注(Note):CK—不施肥对照 No fertilizer control; CF—化肥 Chemical fertilizer N 300 kg/hm2, P2O5 150 kg/hm2 and K2O 90 kg/hm2; CFR—N 225 kg/hm2, P2O5 105 kg/hm2 and K2O 75 kg/hm2; CF+M—鸡粪有机氮替代 CF 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure in CF treatment; CFR+M—鸡粪有机氮替代 CFR 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure in CFR treatment; M—鸡粪 Chicken manure N 225 kg/hm2; 同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Different lowercase letters in the same column show significant difference among treatments (P < 0.05); 不同大写字母表示各处理平均值在 2 个试验年度间差异显著 (P < 0.05) Different uppercase letters show significant difference between the two experimental years (P < 0.05). *—P < 0.05, **—P < 0.01.
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    表 2  不同施肥处理小麦各生育阶段养分积累量及其比例

    Table 2.  Nutrient absorption and its proportion at different growth stages of wheatunder different fertilization treatments

    处理
    Teatment
    NPKNPK
    (kg/hm2) (%) (kg/hm2) (%) (kg/hm2) (%) (kg/hm2) (%) (kg/hm2) (%) (kg/hm2) (%)
    播种—返青期Sowing–rejuvenated stage返青—拔节期Rejuvenated stage–jointing stage
    CK12.63 c17.181.28 bc13.3514.29 d11.6410.27 d13.970.32 b3.296.74 b5.49
    CF25.35 a9.592.34 a8.2927.99 a10.3248.08 a18.192.67 a9.4653.05 a19.56
    CF+M19.69 ab8.032.00 a7.9018.09 c7.7738.89 b15.862.58 a10.1850.81 a21.82
    CFR23.77 a11.882.24 a10.5123.91 ab8.2219.72 c9.860.58 b2.7222.95 b7.89
    CFR+M19.27 ab9.100.99 c4.6427.63 a9.6631.73 bc14.982.79 a13.1117.29 b6.05
    M18.17 ab13.681.79 ab9.2219.22 c11.2315.12 c11.380.58 b2.9813.71 b8.01
    拔节—开花期Jointing–anthesis stage开花—成熟期Anthesis–mature stage
    CK29.53 c39.084.69 c48.91101.07 d82.8621.10 b21.703.30 c34.45–49.39 ab–40.24
    CF105.33 a39.8410.77 b38.17190.16 bc70.1285.63 a32.3912.44 a44.08–28.27 b–10.42
    CF+M106.96 a43.6213.59 a53.55164.00 c70.4279.64 a32.487.20 b28.37–15.44 b–6.63
    CFR114.43 a57.1913.85 a64.91244.02 a83.8942.15 b23.074.67 bc21.87–94.23 a–32.39
    CFR+M82.75 ab40.1612.80 ab60.26241.04 ab84.2978.01 a36.844.67 bc21.99–85.61 a–29.94
    M68.72 b51.7414.00 a71.94138.21 cd80.7630.81 b23.193.09 c15.86–51.60 ab–30.15
    注(Note):CK—不施肥对照 No fertilizer control; CF—化肥 Chemical fertilizer N 300 kg/hm2, P2O5 150 kg/hm2 and K2O 90 kg/hm2; CFR—N 225 kg/hm2, P2O5 105 kg/hm2 and K2O 75 kg/hm2; CF+M—鸡粪有机氮替代 CF 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure in CF treatment; CFR+M—鸡粪有机氮替代 CFR 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure in CFR treatment; M—鸡粪 Chicken manure N 225 kg/hm2; 同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Different lowercase letters in the same column show significant difference among treatment (P < 0.05).
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    表 3  不同施肥处理小麦植株开花前各器官干物质及氮磷钾养分运转量和开花后积累量及对产量的贡献率

    Table 3.  Translocation of dry matter and nutrients from various organs before anthesis and the accumulation after anthesis and its contribution to grain yieldunder different fertilization treatments

    处理
    Treatment
    花前各器官干物质运转PADT花后积累DAAA花前各器官氮素运转量PANT花后积累NAAA
    茎叶 Stem+leaf颖壳+穗轴 Glume+spike茎叶 Stem+leaf颖壳+穗轴 Glume+spike
    运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
    (%)
    运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
    (%)
    积累量A (kg/hm2)贡献率CP
    (%)
    运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
    (%)
    运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
    (%)
    积累量A (kg/hm2)贡献率CP
    (%)
    CK2006 b64.64 730.7 c23.54 367 d11.81 33.56 d52.239.59 b14.92 21.10 b32.84
    CF3570 a41.521526 a17.753502 a40.73124.53 a57.47 6.53 bc3.0185.63 a39.52
    CF+M3934 a48.391608 a19.782587 b31.83 114.90 ab57.694.63 c2.3279.64 a39.99
    CFR4412 a55.171667 a20.841918 b23.99 107.20 ab56.46 7.22 bc4.1075.49 a39.44
    CFR+M3457 a48.451516 a21.202177 b30.35 92.17 bc51.568.59 b4.8178.01 a43.64
    M2727 b51.541198 b22.651366 c25.82 71.61 c61.7913.47 a 11.63 30.81 b26.58
    处理
    Treatment
    花前各器官磷素运转量PAPT花后积累PAAA花前各器官钾素运转量PAKT (kg/hm2)花后积累KAAA
    茎叶 Stem+leaf颖壳+穗轴 Glume+spike茎叶 Stem+leaf颖壳+穗轴 Glume+spike
    运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
    (%)
    运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
    (%)
    积累量A (kg/hm2)贡献率CP
    (%)
    运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
    (%)
    运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
    (%)
    积累量A (kg/hm2)贡献率CP
    (%)
    CK 3.30 b46.121.74 c24.38 3.30 bc29.4960.59 c 94 3.85 a 5.97 –49.39 ab–76.64
    CF 9.13 a48.751.04 d5.5512.44 a 45.7083.33 b100–16.11 d –19.33 –28.27 b–33.93
    CF+M11.48 a55.951.08 d5.247.20 a38.8173.13 b100–8.18 c–11.19 –15.44 b–21.11
    CFR10.03 a65.391.09 d7.134.67 b27.48128.46 a 100–4.48 b–3.49–94.23 a–73.35
    CFR+M10.64 a49.323.14 a14.534.67 b36.15123.93 a 100 –5.36 bc–4.33–85.61 a–69.08
    M10.93 a65.832.60 b15.633.09 c18.5470.53 b100 6.69 a 9.49 –51.60 ab–73.16
    注(Note):CK—不施肥对照 No fertilizer control; CF—化肥 Chemical fertilizer N 300 kg/hm2, P2O5 150 kg/hm2 and K2O 90 kg/hm2; CFR—N 225 kg/hm2, P2O5 105 kg/hm2 and K2O 75 kg/hm2; CF+M—鸡粪有机氮替代 CF 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure in CF treatment; CFR+M—鸡粪有机氮替代 CFR 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure in CFR treatment; M—鸡粪 Chicken manure N 225 kg/hm2; PADT—Pre-anthesis accumulated dry matter translocation amount from vegetative organs to grains after anthesis; PANT—Pre-anthesis accumulated N translocation amount from vegetative organs to grains after anthesis; PAPT—Pre-anthesis accumulated P translocation amount from vegetative organs to grains after anthesis; PAKT—Pre-anthesis accumulated K translocation amount from vegetative organs to grains after anthesis; DAAA—Dry matter accumulation amount after anthesis; NAAA—N accumulation amount after anthesis; PAAA—P accumulation amount after anthesis; KAAA—K accumulation amount after anthesis; TA—Translation amount; CP—Contribution proportion; A—Accumulation.同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P< 0.05) Different lowercase letters in the same column show significant difference among treatments (P< 0.05).
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    表 4  小麦植株养分积累、运转与籽粒养分积累间的相关系数

    Table 4.  Relationship between nutrient accumulation, translocation in plant, and nutrient accumulation in grain of wheat

    养分
    Nutrition
    变量
    Variable
    返青—拔节期
    RTJ
    拔节—开花期
    JTA
    开花—成熟期
    ATM
    花前期
    茎叶运转
    PATSL
    花前期颖壳+
    穗轴运转
    PATGS
    花后积累
    NAAA
    籽粒积累
    NAG
    NSTR0.67670.9091*0.61080.9160*–0.46150.61080.8206*
    RTJ0.67520.9625**0.8385*–0.69200.9625**0.9370**
    JTA0.66900.9661**–0.62650.66900.8703*
    ATM0.8150*–0.68441.0000**0.9421**
    PATSL–0.66290.8150*0.9609**
    PATGS–0.6844–0.6784
    NAAA0.9421**
    PSTR0.00990.36600.58970.3287–0.79950.19790.4859
    RTJ0.30620.67310.48570.00630.9776**0.7934
    JTA0.06450.9764**0.09350.39190.6733
    ATM0.1906–0.55540.75740.7431
    PATSL0.10740.55010.7822
    PATGS–0.1470–0.1518
    NAAA0.8664*
    KSTR0.35540.8343*–0.34260.7241–0.6761–0.34260.7262
    RTJ0.21190.6336–0.1694–0.8603*0.63360.8432*
    JTA–0.60500.9174**–0.5258–0.60500.6222
    ATM–0.8628*–0.27231.0000**0.2292
    PATSL–0.2308–0.8628*0.2754
    PATGS–0.2723–0.8504*
    NAAA0.2292
    注(Note):RTJ—Rejuvenated to jointing; JTA—Jointing to anthesis; ATM—Anthesis to mature; PATSL—Stem and leaf translocation at pre-anthesis; PATGS—Glume and spike translocation at pre-anthesis; NAAA—Nutrition accumulation after anthesis; NAG—Nutrition accumulation in grain; r0.05 = 0.8114, r0.01 = 0.9172; *—P < 0.05, **—P < 0.01.
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    表 5  不同施肥处理小麦成熟期植株养分积累和吸收利用效率

    Table 5.  Nutrient accumulation and use efficiency of wheat at harvest under different fertilization treatments

    处理
    Treatment
    积累量 (kg/hm2)
    Accumulation
    吸收效率 (kg/kg)
    Uptake efficiency
    收获指数
    Harvest index
    利用效率 (kg/kg)
    Use efficiency
    养分偏生产力 (kg/kg)
    NPFP
    NPKNPKNPKNPKNPK
    CK 73.53 d 9.59 c 72.71 d0.87 a0.87 a0.21 a39.01 a29.91 b39.46 a
    CF264.40 a28.22 a242.93 a0.88 c 0.19 ab2.70 a0.81 c0.80 c 0.16 b30.06 e28.16 e 32.72 bc39.74 c79.48 bc132.46 a
    CF+M245.19 a25.37 a217.46 a1.17 b0.17 b2.41 a0.82 c0.78 d0.17 b30.65 d29.62 c34.55 b53.67 b75.14 c 125.24 a
    CFR200.08 b21.34 b196.65 b0.89 c0.20 a2.62 a0.78 d0.74 e0.15 c30.28 e28.38 d30.80 c40.38 c86.53 ab121.15 a
    CFR+M211.75 b21.24 b200.36 b1.35 a0.20 a2.67 a0.84 b0.87 a0.16 b31.21 c31.11 a 32.99 bc62.95 a 94.43 a132.20 a
    M132.81 c19.46 b119.55 c0.87 a0.85 b0.21 a36.83 b25.14 f40.92 a
    注(Note):CK—不施肥对照 No fertilizer control; CF—化肥 Chemical fertilizer N 300 kg/hm2, P2O5 150 kg/hm2 and K2O 90 kg/hm2; CFR—N 225 kg/hm2, P2O5 105 kg/hm2 and K2O 75 kg/hm2; CF+M—鸡粪有机氮替代 CF 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure of CF treatment; CFR+M—鸡粪有机氮替代 CFR 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure of CFR treatment; M—鸡粪 Chicken manure N 225 kg/hm2; NPFP—Nutrition partial factor productivity; 同列数据后不同小写字母表示不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different lowercase letters in the same column show significant difference among treatments (P < 0.05).
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-28
  • 网络出版日期:  2020-11-16
  • 刊出日期:  2020-10-25

化肥减施下有机替代对小麦产量和养分吸收利用的影响

  • 基金项目: 山西省农业科学院农业科技创新项目(YCX2018D2YS16);山西省重点研发计划(201903D221022);国家重点研发计划项目(2018YFD0200404);国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-03-2-7)。
  • 摘要:   【目的】  探讨化肥减施和氮肥有机替代对小麦产量、养分积累、运转和吸收利用的影响,为国家化肥零增长战略提供理论依据。  【方法】  于2017—2019年,定位研究了常规施肥 (CF)、等氮量有机替代 (有机替代30%N, CF+M)、化肥减施 (N、P2O5、K2O分别减施25%、30%和16.7%,CFR)、减施替代 (有机替代30%N,CFR+M) 和单施有机肥 (M) 对小麦产量及其构成、生物量、不同生育期植株氮磷钾积累量、花前植株养分运转及花后养分积累、养分吸收利用的影响。  【结果】  与CF相比,CFR和CF+M处理小麦产量、成穗数和穗粒数均没有显著变化,千粒重有增加趋势;CFR提高了小麦拔节—开花阶段氮、磷、钾吸收量及其比例,CF+M与CF处理间各生育阶段尤其是拔节期后吸氮、钾量差异均不显著,而CFR处理开花—成熟期的氮磷吸收量显著降低,CF+M处理降低了花前茎叶氮运转量及花后氮磷积累量,CF+M、CFR和CF 3个处理间氮积累量差异不显著;CF+M提高了花前茎叶氮磷运转量对籽粒氮磷贡献率及花后氮积累量对籽粒氮的贡献率。籽粒氮素积累与各生育阶段氮素积累量、花前期茎叶氮素运转量及花后氮素积累量间呈显著或极显著正相关,籽粒磷素积累量仅与花后磷素积累量显著正相关,籽粒钾素积累量与返青—拔节阶段钾素积累量显著正相关,与花前颖壳+穗轴钾素运转量显著负相关。CFR和CF+M较CF提高了氮吸收、利用效率和氮肥偏生产力,CF+M较CF提高了钾素利用效率,降低了钾素吸收和钾素偏生产力。  【结论】  本试验的两年间,不同程度地减少氮磷钾化肥投入量,或不减少总氮量投入 (以30%有机氮替代化肥氮) 有利于花前期营养器官积累的养分向籽粒运转及籽粒对氮养分的吸收利用,都可以维持小麦产量。在减施氮肥量25%的前提下,用30%或者100%的鸡粪替代化肥则降低小麦各生育期干物质和氮磷钾养分的积累和运转,最终降低小麦的产量。因此,进行有机替代需要进一步研究适宜的氮肥减施比例。

    English Abstract

    • 施用化肥是最快、最有效、最重要的农业增产措施,对保障粮食生产安全和优质高产高效起重要作用[1-2]。近年来,农产品产量及价格快速上升造成我国对化肥的需求量急剧增加[3]。统计表明,我国每生产1.5 kg粮食大约需要消耗化肥0.5 kg,是国际公认安全线的2倍左右[4-5]。巨晓棠等[6]、朱兆良等[7]综合分析了我国化肥施用的问题:农作物平均化肥用量346.5 kg/hm2,为欧盟和美国的2.5~2.6倍[8-9];氮、磷和钾肥当季利用率远低于发达国家;小麦作为第三大农作物,其产投比降低,化肥增产效应已近极限。另外,长期盲目、过量施用化肥,引发了资源浪费、土壤板结、肥力下降、农作物品质降低和环境污染等一系列问题,近年来我国制定了“三不两零一全”的绿色发展任务[10]。化肥减施有两方面措施,即化肥施用量减少和化肥有机替代,研究其对作物产量、养分吸收、运转、利用的影响是化肥减施增产增效的关键所在。前人对长期单施有机肥和化肥、有机无机肥配施对小麦产量和土壤质量及养分库的影响已有研究,且研究结果相对一致;但有机无机肥配施对养分的吸收及利用率影响的研究并未获得一致结论。定位试验研究表明,长期施用有机肥较化肥能显著增加土壤有机质和速效养分含量[11-14],持续提高土壤养分库容量[15],提高土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶的活性[16],长期单施化肥会降低土壤有机质含量[17-18]。在等量养分条件下,有机肥的当季增产效果不如化肥,但长期增产效果高于化肥[19-20]。陈欢等[21] 32年的长期定位试验研究结果表明,有机肥和化肥等氮量前22年化肥增产效果优于有机肥,之后有机肥处理小麦产量超过化肥处理,且施用有机肥可提高土壤全氮、有机质和速效钾含量,施用化肥可提高速效磷含量。施用有机肥可显著提高有机质含量和雨量较少的西北地区作物的氮肥利用率[22]。研究表明,50%的有机肥替代化肥可有效提高小麦、玉米轮作条件下磷素利用率,降低磷素的流失,在提高作物体内磷素含量的同时提高了小麦和玉米产量[22-25]。赵亚楠等[26]研究认为,减量施用化肥在两年内可维持小麦产量,但花后功能叶衰退加速。也有研究认为有机肥与化肥配施对养分利用率影响较小甚至降低养分利用率[27-28]。可见,目前的研究主要集中在化肥、有机肥单施或等氮量配施的增产效应、环境效应及土壤养分库的提高[29-32],缺乏化肥减施和有机替代对小麦生育期植株养分的吸收、运转、积累和养分利用率等机理性的研究。本研究通过两年定位试验,分析化肥减施及等氮量有机替代条件下冬小麦产量和不同生育阶段植株养分吸收、转移和利用,旨在明确不同化肥减施模式下小麦产量及其构成、小麦不同生育期养分吸收利用、小麦开花前后干物质及养分运转和积累,小麦营养器官养分吸收利用及运转与籽粒养分积累间的相关关系,为山西省小麦化肥合理减施、增产增效提供理论依据。

      • 试验于2017—2019年,在山西省临汾市吴村镇山西农业大学小麦研究所洪堡试验基地 (36°13.2′N、111°33.7′E) 进行。试验地属暖温带大陆性半干旱季风气候,根据文献[33]得知,1961—2015年临汾市年均气温11.7℃~14.5℃,年降水量248.6~735.8 mm,无霜期127~280天。2017—2018年和2018—2019年两个年度小麦生育期降水量分别为134.1和126.4 mm。2018年4月7日,最低气温降至-0.1℃,使小麦主茎受冻严重,影响了小麦成穗数,产量也受到较大影响。供试土壤为石灰性褐土,试验开始时0—20 cm耕层土壤pH 8.46、有机质11.9 g/kg、碱解氮37.11 mg/kg、速效磷7.55 mg/kg、速效钾79 mg/kg、土壤容重1.63 g/cm3,肥力水平较低。供试基地为小麦-玉米一年两熟种植制度。常规施肥模式为周边乡镇104户农民平均施肥量,化肥减施模式根据供试地块小麦需肥量和土壤供肥能力等计算得出。

        本试验采用单因素随机区组试验设计,设6个处理:1) 不施肥 (CK);2) 常规施肥 (纯N 300 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2,表示为 CF);3) 等氮量有机替代 (鸡粪替代CF处理30%纯N,鸡粪纯N 2.08%,当季矿化率按70%计算,表示为 CF+M);4) 化肥减施 (N 225 kg/hm2、P2O5 105 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2,表示为CFR);5) 减施替代 (鸡粪替代CFR处理30%纯N,表示为CFR+M);6) 仅施有机肥 (仅施鸡粪,纯N量与CFR相当,表示为M)。其中化肥纯N为70%基施+30%拔节期水肥一体化追施,有机肥和磷、钾肥全部基施。肥料种类为尿素 (含N 46.2%)、磷酸一铵 (含N 11%、P2O5 44%)、氯化钾 (含K2O 60%)。小区面积125 m2 (2.5 m × 50 m),重复3次。小麦品种济麦22号,2017年10月18日、2018年10月23日播种,播量225.0 kg/hm2,行距20 cm。生育期微喷灌4次水,越冬水 (11月25日)、返青水 (3月1日)、拔节水 (3月30日) 和灌浆水 (5月17日),灌水量分别为600、300、600和300 m3/hm2,收获日期为2018年6月14日、2019年6月15日。

      • 于三叶期前 (2018年10月30日) 每小区调查4个1 m2的基本苗。分别于返青期 (2019年3月7日)、拔节期 (3月31日)、开花期 (5月8日)、成熟期 (6月11日) 采取盲抽法在每个小区的调查区外随机取20个植株样品,其中返青期和拔节期取整株样品,开花期植株样品分为茎叶、颖壳+穗轴2部分,成熟期分为茎叶、颖壳+穗轴、籽粒3部分,于105℃杀青30 min后,70℃烘至恒重,称干物质重;烘干样品用碳化钨球磨仪 (Retsch MM400,德国) 粉碎,密封保存,用于测定养分含量。植株全氮磷钾含量用H2SO4-H2O2消解,全氮用凯氏定氮法,全磷用钒钼黄比色法,全钾用火焰光度计测定[34]

      • 成熟期在4个调查区调查单位面积穗数、每穗粒数 (随机取20穗);收割调查区4个1 m2样方的地上部,装入网袋,自然风干,称取总干物质重,机械脱粒,称取籽粒重量,并取500粒称重,换算成千粒重,2次重复 (重复间相差 ≤ 0.5 g)。

      • 参考赵俊晔等[35]和Przulj等[36]方法计算。

        植株养分积累量 = 植株干物质量 × 养分含量;

        开花前积累养分的运转量 = 开花期营养器官养分积累量 - 成熟期营养器官养分积累量;

        开花后养分积累量 = 成熟期植株养分积累量 - 开花期养分积累量;

        养分运转 (积累) 对籽粒的贡献率 = 养分运转量 (积累量)/籽粒养分积累量 × 100%;

        肥料养分吸收率 = 植株养分积累量/施肥量;

        养分收获指数 = 籽粒养分积累量/植株养分积累量;

        养分利用效率 = 籽粒产量/植株养分积累量;

        养分偏生产力 = 籽粒产量/施肥量;

        地上部养分吸收量 = 籽粒养分含量 × 籽粒产量 + 茎叶养分含量 × 茎叶生物量 + 穗轴和颖壳养分含量 × 穗轴和颖壳生物量。

      • 试验采用Microsoft Excel 2007处理数据,采用DPS 17.0 软件进行统计分析,用LSD法进行差异显著性检验,产量、养分吸收利用率显著性水平设定为P = 0.05,相关系数显著性水平设为P = 0.05和P = 0.01。

      • 图1可知,施用化肥或与有机肥配施均显著提高了小麦产量和生物量,CF和CF+M处理产量和生物产量较CK平均分别增加59.1%、62.6%和61.6%、63.2%,CFR处理较CF处理化肥N、P2O5、K2O分别减施25%、30%和16.7%,2年平均产量仅降低11.1 kg/hm2,生物量则增加305.3 kg/hm2,且与CF和CF+M处理差异不显著;等氮量有机肥与化肥配施 (CF+M) 较常规施肥 (CF) 2年平均增产2.17%,化肥减施 (CFR) 较CF仅减产0.14%,3个处理间产量和生物量差异均未达显著水平。化肥减施下,CFR+M和M处理有机替代较CFR处理减产4.8%~18.2%,生物量减少2.0%~16.8%;年际间产量存在显著差异,2019年平均产量和生物量均显著高于2018年,不施化肥处理随年度增加生物量降低,施用化肥处理2019年较2018年平均产量和生物量分别增加21.0%和19.7%。施用化肥或化肥与有机肥配施均提高了小麦收获指数,与CK相比,CF、CF+M和CFR处理显著提高,且3个处理间差异不显著,化肥减施下,CFR+M和M处理较CFR处理收获指数降低。年际间收获指数平均值差异不显著,2019年较2018年仅高出0.63%。

        图  1  不同施肥措施小麦产量、生物产量及收获指数

        Figure 1.  Wheat grain yield, biomass and harvest index under different fertilization treatments

      • 表1知,施用化肥或与有机肥配施均显著提高了小麦株高。CF+M处理最高,较CK平均提高10.21 cm,与CF、CFR+M处理差异显著。年际间株高差异显著,其中2019年较2018年株高平均高9.35 cm。

        表 1  不同施肥处理小麦产量构成

        Table 1.  Wheat yield components under different fertilization treatments

        年份
        Year
        处理
        Treatment
        株高 (cm)
        Plant height
        成穗数 (× 104/hm2)
        Spike number
        穗粒数
        Kernels per spike
        千粒重 (g)
        1000-grain weight
        2018CK58.80 c420.56 c35.33 c45.30 a
        CF64.07 ab534.45 a35.87 c42.79 c
        CF+M65.40 a530.00 a39.33 a43.50 bc
        CFR63.47 b496.11 ab35.93 bc43.60 bc
        CFR+M63.33 b468.34 bc35.67 c43.69 bc
        M63.53 b463.89 bc37.53 b44.48 ab
        均值Mean63.10 B485.56 B36.61 A43.90 B
        2019CK62.93 d443.08 c24.00 e43.07 c
        CF74.73 b736.15 a34.60 ab45.01 ab
        CF+M76.77 a751.98 a32.60 c46.06 a
        CFR75.83 ab734.20 a33.60 bc45.78 ab
        CFR+M75.70 ab722.81 a35.40 a44.77 b
        M68.73 c591.70 b29.47 d46.13 a
        均值Mean72.45 A663.32 A31.61 B45.14 A
        两年均值
        Two-year average
        CK60.87 d431.82 c29.67 c44.19 ab
        CF69.40 b635.30 a35.23 a43.90 b
        CF+M71.08 a640.99 a35.97 a44.81 ab
        CFR69.65 ab615.16 a34.77 ab44.69 ab
        CFR+M69.52 b595.57 a35.53 a44.23 ab
        M66.13 c527.79 b33.50 b45.27 a
        FF value
        年度Year (Y)908.7**71.3*56.1*87.6*
        处理Treatment (T)56.8**17.4**18.2**1.5
        Y × T13.8**5.1**16.0**4.8**
        注(Note):CK—不施肥对照 No fertilizer control; CF—化肥 Chemical fertilizer N 300 kg/hm2, P2O5 150 kg/hm2 and K2O 90 kg/hm2; CFR—N 225 kg/hm2, P2O5 105 kg/hm2 and K2O 75 kg/hm2; CF+M—鸡粪有机氮替代 CF 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure in CF treatment; CFR+M—鸡粪有机氮替代 CFR 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure in CFR treatment; M—鸡粪 Chicken manure N 225 kg/hm2; 同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Different lowercase letters in the same column show significant difference among treatments (P < 0.05); 不同大写字母表示各处理平均值在 2 个试验年度间差异显著 (P < 0.05) Different uppercase letters show significant difference between the two experimental years (P < 0.05). *—P < 0.05, **—P < 0.01.

        施用化肥或与有机肥配施均显著增加了成穗数。CF、CF+M、CFR和CFR+M 处理较CK平均分别增加47.1%、48.4%、42.5%和37.9%,较M处理平均分别增加20.4%、21.5%、26.6%和12.3%,CF、CF+M、CFR和CFR+M处理间差异不显著。年际间成穗数存在显著差异,2019年平均成穗数显著高于2018年,不施肥 (CK) 和仅施有机肥 (M) 处理2019年较2018年分别高5.4%和27.6%,施用化肥处理或化肥与有机肥配施处理平均高45.5%。相关性分析表明,成穗数与小麦产量相关系数为0.8020,达极显著正相关,因此成穗数是决定小麦产量的主要因素。

        施用化肥或化肥与有机肥配施均显著增加了穗粒数。CF、CF+M、CFR和CFR+M处理较CK平均分别增加5.57、6.30、5.10和5.87粒/穗,且4个处理间差异不显著,CFR处理与M处理差异不显著。年际间穗粒数差异显著,随年度推移,穗粒数降低,2019年CK和M处理分别较2018年减少11.33和8.07粒/穗,施用化肥或化肥与有机肥配施平均减少2.65粒/穗。

        除CF与M处理外,两年度千粒重平均值其余处理间差异不显著,但年际间差异显著,其中2019年千粒重平均值高于2018年;2018年施用化肥或化肥与有机肥配施使小麦千粒重显著降低,2019年施用化肥或与有机肥配施小麦千粒重较CK提高,较M处理降低。

      • 表2可知,小麦各生育期间以拔节—开花阶段吸氮量最多,占全生育期总吸氮量的比例也最高,开花—成熟阶段次之,两阶段吸氮量所占比例为75%左右。与CK相比,施用化肥或与有机肥配施使各生育阶段吸氮量多显著提高,拔节—开花和开花—成熟阶段吸氮量所占比例提高;不同施肥模式间播种—返青和拔节—开花阶段吸氮量差异多不显著,且CFR在拔节—开花阶段吸氮量最高,所占比例最大;CF+M除返青—拔节阶段吸氮量显著低于CF外,其余阶段差异均不显著;CFR+M除开花—成熟阶段吸氮量显著高于CFR外,其余阶段差异均不显著;CF+M提高了拔节—开花和开花—成熟阶段吸氮量所占比例,CFR+M提高了开花—成熟阶段吸氮量所占比例。

        表 2  不同施肥处理小麦各生育阶段养分积累量及其比例

        Table 2.  Nutrient absorption and its proportion at different growth stages of wheatunder different fertilization treatments

        处理
        Teatment
        NPKNPK
        (kg/hm2) (%) (kg/hm2) (%) (kg/hm2) (%) (kg/hm2) (%) (kg/hm2) (%) (kg/hm2) (%)
        播种—返青期Sowing–rejuvenated stage返青—拔节期Rejuvenated stage–jointing stage
        CK12.63 c17.181.28 bc13.3514.29 d11.6410.27 d13.970.32 b3.296.74 b5.49
        CF25.35 a9.592.34 a8.2927.99 a10.3248.08 a18.192.67 a9.4653.05 a19.56
        CF+M19.69 ab8.032.00 a7.9018.09 c7.7738.89 b15.862.58 a10.1850.81 a21.82
        CFR23.77 a11.882.24 a10.5123.91 ab8.2219.72 c9.860.58 b2.7222.95 b7.89
        CFR+M19.27 ab9.100.99 c4.6427.63 a9.6631.73 bc14.982.79 a13.1117.29 b6.05
        M18.17 ab13.681.79 ab9.2219.22 c11.2315.12 c11.380.58 b2.9813.71 b8.01
        拔节—开花期Jointing–anthesis stage开花—成熟期Anthesis–mature stage
        CK29.53 c39.084.69 c48.91101.07 d82.8621.10 b21.703.30 c34.45–49.39 ab–40.24
        CF105.33 a39.8410.77 b38.17190.16 bc70.1285.63 a32.3912.44 a44.08–28.27 b–10.42
        CF+M106.96 a43.6213.59 a53.55164.00 c70.4279.64 a32.487.20 b28.37–15.44 b–6.63
        CFR114.43 a57.1913.85 a64.91244.02 a83.8942.15 b23.074.67 bc21.87–94.23 a–32.39
        CFR+M82.75 ab40.1612.80 ab60.26241.04 ab84.2978.01 a36.844.67 bc21.99–85.61 a–29.94
        M68.72 b51.7414.00 a71.94138.21 cd80.7630.81 b23.193.09 c15.86–51.60 ab–30.15
        注(Note):CK—不施肥对照 No fertilizer control; CF—化肥 Chemical fertilizer N 300 kg/hm2, P2O5 150 kg/hm2 and K2O 90 kg/hm2; CFR—N 225 kg/hm2, P2O5 105 kg/hm2 and K2O 75 kg/hm2; CF+M—鸡粪有机氮替代 CF 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure in CF treatment; CFR+M—鸡粪有机氮替代 CFR 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure in CFR treatment; M—鸡粪 Chicken manure N 225 kg/hm2; 同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Different lowercase letters in the same column show significant difference among treatment (P < 0.05).

        小麦拔节—开花阶段吸磷量最多,开花—成熟阶段次之。两阶段占全生育期总吸磷量的85%左右。与CK相比,CF与CFR均显著提高了播种—返青、拔节—开花阶段吸磷量,且两处理间在拔节—开花和开花—成熟阶段吸磷量差异显著,CF+M较CF提高了拔节—开花阶段吸磷量所占比例;CFR+M和CFR显著提高了拔节—开花阶段吸磷量及其所占比例,拔节—开花和开花—成熟阶段两处理间吸磷量差异不显著。

        小麦拔节—开花阶段吸钾量最多,开花—成熟阶段吸钾量为负值 (开花—成熟阶段吸钾量是指成熟期植株总含钾量–开花期植株总含钾量,出现负值说明成熟期钾素含量低于开花期),说明灌浆期小麦植株营养器官钾素减少量大于籽粒钾素积累量。与CK相比,CF+M和CF显著提高了小麦除开花—成熟阶段外各生育阶段吸钾量,开花—成熟阶段吸钾量低于CK,且两处理间返青后各生育阶段吸钾量差异不显著;CFR+M和CFR显著提高了播种—返青和拔节—开花阶段吸钾量,且两处理间吸钾量在各生育阶段差异均不显著;CFR+M和CFR在拔节—开花阶段吸钾量高于CF+M和CF。

      • 表3可知,花前茎叶干物质及氮磷运转量最高,对籽粒贡献率最大,花后干物质及氮磷积累量对籽粒贡献率次之。与CK和M处理相比,施用化肥或与有机肥配施显著提高了花前各营养器官干物质运转量和花后积累量,CFR处理花前茎叶和颖壳+穗轴干物质运转量均最高,与CF、CF+M和CFR+M处理间差异均不显著,CF处理花后干物质积累量最高,与其它处理差异显著,CFR+M与CF+M处理差异不显著。与CK相比,施用化肥或与有机肥配施降低了花前各器官干物质运转对籽粒贡献率,提高了花后干物质积累对籽粒贡献率,花前各营养器官干物质运转量对籽粒贡献率为减施模式 > 常规模式,花后干物质积累量对籽粒贡献率则相反。

        表 3  不同施肥处理小麦植株开花前各器官干物质及氮磷钾养分运转量和开花后积累量及对产量的贡献率

        Table 3.  Translocation of dry matter and nutrients from various organs before anthesis and the accumulation after anthesis and its contribution to grain yieldunder different fertilization treatments

        处理
        Treatment
        花前各器官干物质运转PADT花后积累DAAA花前各器官氮素运转量PANT花后积累NAAA
        茎叶 Stem+leaf颖壳+穗轴 Glume+spike茎叶 Stem+leaf颖壳+穗轴 Glume+spike
        运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
        (%)
        运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
        (%)
        积累量A (kg/hm2)贡献率CP
        (%)
        运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
        (%)
        运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
        (%)
        积累量A (kg/hm2)贡献率CP
        (%)
        CK2006 b64.64 730.7 c23.54 367 d11.81 33.56 d52.239.59 b14.92 21.10 b32.84
        CF3570 a41.521526 a17.753502 a40.73124.53 a57.47 6.53 bc3.0185.63 a39.52
        CF+M3934 a48.391608 a19.782587 b31.83 114.90 ab57.694.63 c2.3279.64 a39.99
        CFR4412 a55.171667 a20.841918 b23.99 107.20 ab56.46 7.22 bc4.1075.49 a39.44
        CFR+M3457 a48.451516 a21.202177 b30.35 92.17 bc51.568.59 b4.8178.01 a43.64
        M2727 b51.541198 b22.651366 c25.82 71.61 c61.7913.47 a 11.63 30.81 b26.58
        处理
        Treatment
        花前各器官磷素运转量PAPT花后积累PAAA花前各器官钾素运转量PAKT (kg/hm2)花后积累KAAA
        茎叶 Stem+leaf颖壳+穗轴 Glume+spike茎叶 Stem+leaf颖壳+穗轴 Glume+spike
        运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
        (%)
        运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
        (%)
        积累量A (kg/hm2)贡献率CP
        (%)
        运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
        (%)
        运转量TA (kg/hm2)贡献率CP
        (%)
        积累量A (kg/hm2)贡献率CP
        (%)
        CK 3.30 b46.121.74 c24.38 3.30 bc29.4960.59 c 94 3.85 a 5.97 –49.39 ab–76.64
        CF 9.13 a48.751.04 d5.5512.44 a 45.7083.33 b100–16.11 d –19.33 –28.27 b–33.93
        CF+M11.48 a55.951.08 d5.247.20 a38.8173.13 b100–8.18 c–11.19 –15.44 b–21.11
        CFR10.03 a65.391.09 d7.134.67 b27.48128.46 a 100–4.48 b–3.49–94.23 a–73.35
        CFR+M10.64 a49.323.14 a14.534.67 b36.15123.93 a 100 –5.36 bc–4.33–85.61 a–69.08
        M10.93 a65.832.60 b15.633.09 c18.5470.53 b100 6.69 a 9.49 –51.60 ab–73.16
        注(Note):CK—不施肥对照 No fertilizer control; CF—化肥 Chemical fertilizer N 300 kg/hm2, P2O5 150 kg/hm2 and K2O 90 kg/hm2; CFR—N 225 kg/hm2, P2O5 105 kg/hm2 and K2O 75 kg/hm2; CF+M—鸡粪有机氮替代 CF 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure in CF treatment; CFR+M—鸡粪有机氮替代 CFR 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure in CFR treatment; M—鸡粪 Chicken manure N 225 kg/hm2; PADT—Pre-anthesis accumulated dry matter translocation amount from vegetative organs to grains after anthesis; PANT—Pre-anthesis accumulated N translocation amount from vegetative organs to grains after anthesis; PAPT—Pre-anthesis accumulated P translocation amount from vegetative organs to grains after anthesis; PAKT—Pre-anthesis accumulated K translocation amount from vegetative organs to grains after anthesis; DAAA—Dry matter accumulation amount after anthesis; NAAA—N accumulation amount after anthesis; PAAA—P accumulation amount after anthesis; KAAA—K accumulation amount after anthesis; TA—Translation amount; CP—Contribution proportion; A—Accumulation.同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P< 0.05) Different lowercase letters in the same column show significant difference among treatments (P< 0.05).

        施用化肥或与有机肥配施显著提高了花前茎叶氮素运转量和花后氮素积累量,其中常规模式 > 减施模式,CF与CF+M和CFR处理、CFR+M与CFR和CF+M处理间花前茎叶氮素运转量差异均不显著,施用化肥或化肥与有机肥配施处理间氮素花后积累量差异不显著。与CK相比,施用化肥或与有机肥配施提高了花前茎叶氮素运转对籽粒氮素的贡献率和花后氮素积累对籽粒氮素的贡献率,其中花前茎叶氮素运转对籽粒贡献率为常规模式 > 减施模式,CF+M处理最高,花后氮素积累对籽粒贡献率为CFR+M处理最高,CF+M处理次之。

        与CK相比,施用化肥或化肥与有机肥配施提高了花前茎叶磷素运转量及其对籽粒磷素贡献率,CF+M处理花前茎叶磷素运转量最高,CFR处理籽粒磷素贡献率最高,但各施肥处理间差异不显著;花后磷素积累量及其对籽粒磷素贡献率均为常规模式 > 减施模式,且常规模式与减施模式间磷素积累量差异显著,减施模式与CK间差异不显著。

        与CK相比,施用化肥或与有机肥配施显著提高了花前茎叶钾素运转量,其中减施模式显著高于常规模式;花前颖壳+穗轴钾素运转量和花后钾素积累量均为负值,且花后钾素减少量为减施模式 > 常规模式,减施模式与常规模式间差异达显著水平。

      • 表4可知,籽粒氮素积累与各生育阶段氮素积累量、花前期茎叶氮素运转量及花后氮素积累量间均呈显著或极显著正相关;拔节—开花期氮素积累量与花前期茎叶氮素运转量间呈极显著正相关;花后氮素积累量与返青—拔节、开花—成熟阶段氮素积累量和花前期茎叶氮素运转量间呈显著或极显著正相关。

        表 4  小麦植株养分积累、运转与籽粒养分积累间的相关系数

        Table 4.  Relationship between nutrient accumulation, translocation in plant, and nutrient accumulation in grain of wheat

        养分
        Nutrition
        变量
        Variable
        返青—拔节期
        RTJ
        拔节—开花期
        JTA
        开花—成熟期
        ATM
        花前期
        茎叶运转
        PATSL
        花前期颖壳+
        穗轴运转
        PATGS
        花后积累
        NAAA
        籽粒积累
        NAG
        NSTR0.67670.9091*0.61080.9160*–0.46150.61080.8206*
        RTJ0.67520.9625**0.8385*–0.69200.9625**0.9370**
        JTA0.66900.9661**–0.62650.66900.8703*
        ATM0.8150*–0.68441.0000**0.9421**
        PATSL–0.66290.8150*0.9609**
        PATGS–0.6844–0.6784
        NAAA0.9421**
        PSTR0.00990.36600.58970.3287–0.79950.19790.4859
        RTJ0.30620.67310.48570.00630.9776**0.7934
        JTA0.06450.9764**0.09350.39190.6733
        ATM0.1906–0.55540.75740.7431
        PATSL0.10740.55010.7822
        PATGS–0.1470–0.1518
        NAAA0.8664*
        KSTR0.35540.8343*–0.34260.7241–0.6761–0.34260.7262
        RTJ0.21190.6336–0.1694–0.8603*0.63360.8432*
        JTA–0.60500.9174**–0.5258–0.60500.6222
        ATM–0.8628*–0.27231.0000**0.2292
        PATSL–0.2308–0.8628*0.2754
        PATGS–0.2723–0.8504*
        NAAA0.2292
        注(Note):RTJ—Rejuvenated to jointing; JTA—Jointing to anthesis; ATM—Anthesis to mature; PATSL—Stem and leaf translocation at pre-anthesis; PATGS—Glume and spike translocation at pre-anthesis; NAAA—Nutrition accumulation after anthesis; NAG—Nutrition accumulation in grain; r0.05 = 0.8114, r0.01 = 0.9172; *—P < 0.05, **—P < 0.01.

        籽粒磷素积累量仅与花后磷素积累量显著正相关;拔节—开花期磷素积累量与花前期茎叶磷素运转量间呈极显著正相关;返青—拔节阶段磷素积累量与花后磷素积累量间极显著正相关。

        籽粒钾素积累量与返青—拔节阶段钾素积累量显著正相关,与花前颖壳+穗轴钾素运转量显著负相关;拔节—开花期钾素积累量与花前期茎叶钾素运转量间呈极显著正相关;开花—成熟阶段钾素积累量与花前期茎叶钾素运转量呈显著负相关;花后钾素积累量与开花—成熟阶段钾素积累量呈极显著正相关,与花前期茎叶钾素运转量显著负相关。

      • 表5可知,成熟期植株氮磷钾养分积累量均为:常规模式 > 减施模式 > M,其中常规模式与减施模式间差异显著,CF植株氮磷钾积累量均高于CF+M,CFR仅植株磷积累量高于CFR+M,但CF与CF+M、CFR与CFR+M间差异均未达显著水平,即化肥减施显著降低了植株养分积累,有机替代无显著影响。

        表 5  不同施肥处理小麦成熟期植株养分积累和吸收利用效率

        Table 5.  Nutrient accumulation and use efficiency of wheat at harvest under different fertilization treatments

        处理
        Treatment
        积累量 (kg/hm2)
        Accumulation
        吸收效率 (kg/kg)
        Uptake efficiency
        收获指数
        Harvest index
        利用效率 (kg/kg)
        Use efficiency
        养分偏生产力 (kg/kg)
        NPFP
        NPKNPKNPKNPKNPK
        CK 73.53 d 9.59 c 72.71 d0.87 a0.87 a0.21 a39.01 a29.91 b39.46 a
        CF264.40 a28.22 a242.93 a0.88 c 0.19 ab2.70 a0.81 c0.80 c 0.16 b30.06 e28.16 e 32.72 bc39.74 c79.48 bc132.46 a
        CF+M245.19 a25.37 a217.46 a1.17 b0.17 b2.41 a0.82 c0.78 d0.17 b30.65 d29.62 c34.55 b53.67 b75.14 c 125.24 a
        CFR200.08 b21.34 b196.65 b0.89 c0.20 a2.62 a0.78 d0.74 e0.15 c30.28 e28.38 d30.80 c40.38 c86.53 ab121.15 a
        CFR+M211.75 b21.24 b200.36 b1.35 a0.20 a2.67 a0.84 b0.87 a0.16 b31.21 c31.11 a 32.99 bc62.95 a 94.43 a132.20 a
        M132.81 c19.46 b119.55 c0.87 a0.85 b0.21 a36.83 b25.14 f40.92 a
        注(Note):CK—不施肥对照 No fertilizer control; CF—化肥 Chemical fertilizer N 300 kg/hm2, P2O5 150 kg/hm2 and K2O 90 kg/hm2; CFR—N 225 kg/hm2, P2O5 105 kg/hm2 and K2O 75 kg/hm2; CF+M—鸡粪有机氮替代 CF 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure of CF treatment; CFR+M—鸡粪有机氮替代 CFR 处理 30% 化肥氮 30% N substituted by chicken manure of CFR treatment; M—鸡粪 Chicken manure N 225 kg/hm2; NPFP—Nutrition partial factor productivity; 同列数据后不同小写字母表示不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different lowercase letters in the same column show significant difference among treatments (P < 0.05).

        N素吸收效率、利用效率和偏生产力均为:替代模式 > 仅施化肥模式,且减施化肥 > 常规施肥,减施替代处理最高,其中CFR+M与CF+M间差异达显著水平,CFR与CF间差异不显著;氮素收获指数为0.78~0.87,其中CFR+M > CF+M和CF > CFR,差异均达显著水平。

        磷素吸收效率、利用效率和偏生产力均为减施模式 > 常规模式,差异达显著水平,减施替代处理最高,CF与CF+M、CFR与CFR+M间磷素吸收效率和偏生产力差异均不显著,磷素利用效率处理间差异达显著水平。磷素收获指数在0.74~0.87,与氮素收获指数变化趋势一致,处理间差异达显著水平。

        钾素吸收效率和偏生产力均为CF > CFR、CFR+M > CF+M,处理间差异不显著;钾素利用效率则为CF > CFR、CF+M > CFR+M,除CF+M与CFR外,其余处理间差异不显著;钾素收获指数仅为0.15~0.21,CFR+M与CF和CF+M间差异均不显著,与CFR间差异达显著水平。

      • 减量施肥较传统施肥可促进小麦植株干物质运转及籽粒灌浆,小麦产量有所降低,但差异不显著,肥料当季利用率提高,同时土壤养分盈余量降低[26, 37];龙素霞等[38]研究不同氮磷钾用量对小麦产量的影响,结果表明成穗数和小麦产量随施氮量增加而增加,但中氮和高氮与磷钾配施处理间差异不显著。有机肥富含作物生长所需的营养元素和有机物质,等氮量有机肥与化肥配施可实现独特的有机无机肥平衡,提高作物产量,改善耕层土壤质量[18, 39-40]。马臣[41]研究表明,相比单施化肥,有机无机肥配施能够在减少12.9%~21.3%氮肥用量的情况下增产2.0%~18.3%,在干旱年份有机肥的减氮增产作用更加明显。唐继伟等[15]8年定位试验结果表明,中量化肥与有机肥长期配施,可提高小麦产量和土壤养分库。本研究结果表明,等氮量有机肥与化肥配施 (CF+M) 较常规施肥 (CF) 2年平均增产2.17%,化肥减施 (CFR) 较CF仅减产0.14%,3个处理间差异未达显著水平。化肥减施前提下,30%和100%氮肥有机替代 (CFR+M和M) 均较减施纯氮25%处理 (CFR) 显著减产。各处理年际间产量差异显著,原因之一是2018年4月遭遇倒春寒,影响了成穗数,进而影响了小麦产量,二是连年施用化肥或与有机肥配施,产量增加;年际间各处理产量有差异,其中2018年度CFR和CF+M处理与CF处理相比均增产,2019年度均减产,说明化肥减施或等氮量有机替代虽造成小麦小幅减产或小幅增产,但短期内对农民收益的影响较小。化肥减施和等氮量有机肥替代效果受气象因素及栽培措施影响,要通过多年定位试验才能准确判定其对小麦产量的影响。

      • 有机肥富含作物必需的大、中、微量元素,具有培肥改土效果,可有效减施化肥、促进养分的转化。张鸣等[39]研究表明,鸡粪替代30%化肥可使籽粒氮、磷、钾积累量分别提高14.27%、22.81%和22.81%。龙素霞等[38]研究表明,减施化肥使不同生育期小麦植株氮钾积累量降低。本研究结果表明,与CF处理相比,CFR和CF+M处理均降低了成熟期植株氮、磷、钾积累量,其中CFR与CF处理差异显著,CF+M与CF处理差异未达显著水平。本研究结果还发现,CFR处理较CF处理提高了小麦拔节—开花阶段吸氮、磷、钾量及其比例,CF+M与CF处理间各生育阶段尤其是拔节期后吸氮量和吸钾量差异均不显著。CFR与CF+M处理均较常规施肥降低了花前茎叶氮运转量及花后氮磷积累量,除花后磷积累量外3个处理间差异不显著;CF+M处理提高了花前茎叶氮磷运转量对籽粒氮磷贡献率,及花后氮积累量对籽粒氮贡献率。

        有关植株氮素利用与籽粒氮素含量的关系,前人研究结果不尽一致。Desai等[42]研究表明,小麦籽粒氮素含量主要由开花前各器官积累氮素的运转量调控。也有研究表明,小麦籽粒氮素含量与开花前植株积累氮素的运转量无显著相关关系[43]。邹铁祥等[44]研究则表明,小麦籽粒氮素含量与开花前植株积累氮素的运转量和开花后氮素积累量的关系因品种不同存在差异。本研究结果表明,籽粒氮素积累与各生育阶段氮素积累量、花前期茎叶氮素运转量及花后氮素积累量间均呈显著或极显著正相关,这与Desai等[42]研究结果相似,但与Mikesell等[43]和薛玲珠等[45]的研究结果不一致。可能与试验田土壤质地、土壤肥力水平、供试小麦品种等有关。本研究还发现,籽粒磷素积累量仅与花后磷素积累量显著正相关,籽粒钾素积累量与返青—拔节阶段钾素积累量显著正相关,与花前颖壳+穗轴钾素运转量显著负相关。籽粒养分积累与养分吸收利用的关系有待进一步深入研究。

      • 张鸣等[39]研究表明,鸡粪替代30%化肥可使氮磷钾收获指数和生产效率分别提高0.48%、2.42%、2.45%和13.46%、13.47%、13.47%。任科宇等[22]对110篇公开发表文献的分析表明,有机肥与化肥配施可显著提高作物氮肥利用率,有机质含量低、降雨少的地区提高更为明显。也有研究认为用有机肥替代化肥后氮肥利用率有所下降,原因是大多数研究是在推荐施肥量基础上配合施用有机肥,有机肥的作用和有机无机肥交互作用被放大[27]。李燕青等[28]研究认为,推荐养分施用量下,猪粪、鸡粪单独施用或与化肥配施对作物吸氮量、氮效率基本没有影响,牛粪单独施用或与少量化肥 (25%) 配施降低了作物的吸氮量、氮素偏生产力和氮素回收率,但提高了作物氮素生理利用率。减量施用化肥可提高作物养分生产效率[46]。赵亚南等[26]研究表明,减量施肥后氮、磷肥偏生产力比习惯施肥分别提高79.2%和91.1%。本研究结果表明,CFR和CF+M较CF提高了氮养分吸收、利用效率和偏生产力,降低了钾素吸收效率和偏生产力,CF+M较CF提高了钾素利用率。化肥减施短期效应与前人部分研究结果相似,有机肥对肥料利用率的“增效”作用受施肥量、作物类型、土壤属性和气候条件等因素的影响[25, 47-49]

      • 与常规施肥相比,化肥减施 (N、P2O5和K2O分别减施25%、30%和16.7%) 对小麦产量没有显著影响,产量构成因子中成穗数和穗粒数降低,但未达显著水平,千粒重有增加趋势;显著提高了小麦拔节—开花阶段氮、磷、钾吸收量及其比例;降低了花前茎叶氮磷运转量及花后氮磷积累量。等氮量下,有机氮 (鸡粪) 替代30%化肥N对小麦产量也没有显著影响,产量构成因子中成穗数和穗粒数提高,但未达显著水平,千粒重也有增加趋势;与常规施肥间各生育阶段尤其是拔节期后吸氮量和吸钾量差异均不显著;降低了花前茎叶氮磷运转量及花后氮磷积累量;提高了花前茎叶氮磷运转量对籽粒氮磷贡献率,及花后氮积累量对籽粒氮贡献率。化肥减施和等氮量有机肥替代均提高了氮养分吸收、利用效率和偏生产力,降低了钾素吸收效率和偏生产力,CF+M较CF提高了钾素利用效率。在减施氮肥量25%的前提下,用30%或者100%的鸡粪替代化肥则降低小麦各生育期干物质和氮磷钾养分的积累和运转,使成穗数减少,最终降低了小麦的产量。因此,需要进一步研究有机替代时化肥适宜的减施比例。

    参考文献 (49)

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