有机肥和化肥不同比例配施对冬小麦—夏玉米生长、产量和品质的影响

摘要：为寻求合理的有机肥替代化肥比例，探索有机肥和化肥配施对冬小麦-夏玉米生长、产量和品质的影响，在山东典型农区，采取大田小区试验，设5个施肥处理：（1）100%有机肥（M），（2）75%有机肥+25%化肥配施（MNPK1），（3）50%有机肥+50%化肥配施（MNPK2），（4）25%有机肥+75%化肥配施（MNPK3），（5）100%化肥（NPK），以不施任何肥料的地块为对照（CK）。结果显示：以MNPK3处理冬小麦-夏玉米周年产量最高，达12 565.95 kg/hm2（其中，冬小麦6 188.15 kg/hm2、夏玉米6 377.79 kg/hm2），较对照提高1.20倍（其中，冬小麦90.5%、夏玉米1.59倍），与NPK处理产量差异不显著。有机肥与化肥不同配比处理，冬小麦-夏玉米籽粒粗蛋白含量均有所提高，以成熟期籽粒粗蛋白含量为例， 75%有机肥与25%的化肥配比处理效果显著，冬小麦粗蛋白含量较对照提高1.29倍，较化肥提高3%，夏玉米粗蛋白较对照提高53%，较化肥提高7%。100%有机肥处理冬小麦籽粒面团形成时间、面团稳定时间和沉淀值均明显改善，较全化肥处理分别提高3.95%、4.32%、降低2.55%。在兼顾产量和籽粒品质等因素下，利用常规化肥用量的75%其余亏缺的养分用有机肥补充，能获得比单施化肥处理更高的产量，并在一定程度上改善作物品质，减少过度使用化肥造成的环境污染。

关键词：有机肥 ；化肥 ；产量； 品质

中图分类号：S147.21+1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）07-0071-08

近年来，大量使用化肥并没有明显提高作物产量[1，2]，而不合理施用化肥引发的土壤肥力下降、土壤板结、环境污染等一系列生态环境问题日益凸显出来[3～5]。以氮肥为例，中国是世界上最大的氮肥生产与消费国[6]，早在1998年中国农业化学氮肥施用量就已突破2 470×104 t，占世界同期氮肥用量的29.7%[7]。因此，在保证粮食产量不下降乃至增长的基础上，寻找合理的化肥施用措施是当今生态农业急需突破的重要课题。

降低化肥用量，减少化肥对农田生态环境的破坏，秸秆过腹还田是一种好思路。一方面，中国农村秸秆丰富，但大部分直接焚烧，到处堆放[8]，影响了村容，急需为秸秆寻找出路；另一方面，秸秆焚烧造成了大量生物质资源浪费，农作物秸秆含有大量的氮、磷、钾和微量元素，具有很大的综合利用价值[9]。目前，全球农业生产中产生的秸秆每年为（1 000 ～ 2 000）×108 t ，中国约6.4×108 t[10]。通过适当的青贮加工，把秸秆作为饲料喂牛等大型反刍动物并进一步转化为有机肥，再配施一定的化肥，可改善土壤养分状况，有力保障作物增产[11，12]。畜禽粪便中包含农作物所必需的氮、磷、钾等多种营养成分[13]，施入土壤后可改良土壤结构，提高土壤有机质含量，增加土壤微生物、有益动物（如蚯蚓）数量，促进农作物增产，并可提高作物品质[14～16]。尽管国内外关于这方面的报道很多，但基于秸秆—饲料加工—肉牛养殖—牛粪还田的完整试验却不多。采取多大比例的有机肥，既能保障产量还能改善作物品质，类似试验在大田上的应用研究尚不多。

为探索适合中国特点的生态农业之路，本研究团队在山东沂蒙山区山前平原开展长期定位研究，本试验就是通过秸秆过牛腹得到的有机肥替代部分化肥的方法长期定位来探讨这种施肥模式对作物产量和品质的影响，从而确定合理的施肥量，为高产、优质、生态、安全的粮食生产提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验地点

试验在位于山东省平邑县蒋家庄的山东农业大学农业生态系统定位站（35°26′34′′N， 117°49′13′′E）进行。该定位站利用秸秆养殖肉牛达120头，年产牛粪约500 t，全部归还农田，充足的有机肥来源保证了有机肥料的供应。定位站所在农田为山东沂蒙山区山前小平原，耕地类型为中低产田，土壤为棕壤，0～20 cm土层有机质含量10.6 g/kg、全氮含量0.76 g/kg 、速效磷含量10 mg/kg、速效钾含量60 mg/kg、缓效钾含量628.5 mg/kg。根据定位站自动气象站记录数据，多年平均气温13.5℃，平均无霜期211 d，年平均降水量771.8 mm。

1.2供试材料

供试作物为冬小麦（品种为良星99）、夏玉米（品种为郑单958）。供试肥料为尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O5 12%）、硫酸钾（K2O 51%）、腐熟牛粪（烘干牛粪全N 0.21%，P2O5 0.09%，K2O 0.11%）。

1.3试验设计

本试验为大田小区试验，肥料处理为有机肥替代部分化肥，各处理按照氮磷钾含量相同原则，设6个处理：（1）100%有机肥（M）；（2）75%有机肥+25%化肥配施（MNPK1）；（3）50%有机肥+50%化肥配施（MNPK2）；（4）25%有机肥+75%化肥配施（MNPK3）；（5）100%化肥（NPK）；（6）以不施任何肥料的地块为对照（CK）。有机肥和磷、钾肥作为基肥一次性施入，冬小麦季将尿素分基肥、追肥（拔节期）各一半施加；夏玉米季1/3尿素基施，2/3尿素在玉米喇叭口期追施。试验小区面积为51.2 m2（3.2 m×16 m），完全随机区组排列，重复6次。采用多点取样和测产的方法，常规大田管理。

施肥标准为玉米季根据氮素用量150 kg/hm2的标准计算所需牛粪的总量为71 428.57 kg/hm2，再根据牛粪中磷和钾的含量，计算出完全有机肥处理中磷用量64.28 kg/hm2，钾用量78.57 kg/hm2，其余处理根据有机肥中氮磷钾的含量，不足部分由尿素、过磷酸钙、硫酸钾补充，保证氮磷钾含量与有机肥处理相同。小麦季为全氮225 kg/hm2，按照同样的方法可以计算小麦季各处理的施肥量。

1.4 测定指标

1.4.1农艺性状于作物（冬小麦-夏玉米）开花后0、10、20、30 d分别取样，每小区随机取30株作物，测量株高、叶面积。将植株的茎、叶及籽粒分开，在105℃杀青，75℃烘至恒重，称重。冬小麦-夏玉米成熟后，于每小区进行测产，待籽粒自然风干后，测定百粒重。

1.4.2品质指标于作物（冬小麦-夏玉米）开花后7、14、21、28、35 d分别取籽粒，自然风干，用于品质指标的测定。籽粒粗蛋白含量采用半微量凯氏定氮法；粗脂肪含量采用索氏提取器法；湿面筋含量采用瑞典Falling Number公司的Glutomatic System 2200型洗面筋机，依AACC38-12号标准测定[17]。粉质仪指标用Brabender粉质测定仪，依AACC方法54-21测定[18～20]。

1.5数据处理

采用Microsoft Excel 2003软件处理数据，文中数据均为各处理的平均数±标准误差。采用DPSv 7.05软件进行显著性分析，用SigmaPlot 10.0软件作图。

2结果与分析

2.1有机肥和化肥不同比例配施对冬小麦-夏玉米叶面积和株高的影响

2.1.1对冬小麦叶面积和株高的影响作物叶面积影响干物质积累和产量的形成，是重要的植物生理生态指标。叶面积增加，有利于提高作物光合产量，增加作物产量和生物量。由图1-A可以看出，开花后10 d，25%有机肥+75%化肥配施（MNPK3）处理和100%化肥处理（NPK）能显著提高冬小麦叶面积。

2.1.2对夏玉米叶面积和株高的影响不同施肥处理的夏玉米叶面积变化动态基本一致，即随着夏玉米的生长叶面积逐渐增大，达到峰值后开始下降（图1-C）。在整个生育期中各施肥处理的叶面积均比CK显著提高（PMNPK1>M>NPK>MNPK2>CK，说明有机肥替代部分化肥在一定程度上提高了夏玉米单株叶面积。

由图1-D看出，夏玉米株高在开花后30 d内均表现为增长的趋势。成熟期除对照外各处理株高差异不显著。

2.2有机肥和化肥不同比例配施对冬小麦-夏玉米地上部干物质积累的影响

2.2.1对冬小麦地上部干物质积累和分配的影响由图2-A可以看出，随着生育进程，CK和各施肥处理单株干物质都在增加。收获期各处理地上部单株干物质积累表现为M>MNPK3>NPK>MNPK1>MNPK2>CK。由图2-B可以看出，在开花后30 d即成熟期时，各处理之间籽粒重表现为MNPK3>M >NPK>MNPK1 >MNPK2>CK。由图2-C可以看出，单株冬小麦叶重在开花后10 d左右达到峰值，随着后期衰老进程，单株叶重均有不同程度的下降，成熟期单株叶重NPK>MNPK3>M>MNPK1>MNPK2>CK。由图2-D可以看出，M处理单株茎重最大，和其他处理之间差异达到显著水平（P

2.2.2对夏玉米地上部干物质积累和分配的影响在开花后30 d即达到成熟期时，不同施肥处理之间籽粒重差异不显著均与对照差异显著（图3-C）；随着生育进程，各处理单株干物质都在增加，在开花后10 d增长较快，收获期各处理地上部单株干物质积累MNPK2>MNPK3>NPK>MNPK1>M>CK（图3-D），说明有机肥与化肥合理配施有利于提高夏玉米地上部干物质积累。

2.3有机肥和化肥不同比例配施对冬小麦-夏玉米产量的影响

从2009年10月至2012年10月3年的产量数据（见表1）可以看出， 2010年冬小麦-夏玉米产量较高，可能是因为加入有机肥土壤养分齐全，在一定程度上促进了作物生长。从周年产量看以MNPK2处理产量最高，与MNPK1、NPK处理差异不显著（P>0.05），和M处理差异显著（P

从2011、2012年的产量可以看出，M处理对冬小麦产量有增加的趋势，增施有机肥改善了土壤的理化性质，可以提高产量，但有机肥是长效肥料，短时间内优势不显著。随着有机肥增施年限的增加，土壤环境的改善，M处理的优势会逐渐突出。

2.4有机肥和化肥不同比例配施对冬小麦-夏玉米品质的影响

2.4.1对冬小麦籽粒品质的影响各施肥处理冬小麦籽粒中粗蛋白含量与对照相比均有提高（图4-A），在小麦的整个生育过程中，籽粒粗蛋白含量呈上升趋势。MNPK2、MNPK1和M处理籽粒粗蛋白增幅最大值出现在开花后21 d左右；MNPK3、NPK处理增幅最大值出现在开花后28 d左右；MNPK2处理籽粒粗蛋白含量最高，其次是MNPK3，且二者之间差异不显著，说明有机肥和化肥配施，能明显提高籽粒粗蛋白含量。

各施肥处理籽粒的粗脂肪含量均比不施肥的对照有所提高（如图4-B所示），其中M处理最高，和MNPK1处理差异不显著（P>0.05），和其他施肥处理差异显著 （P

增施有机肥对湿面筋含量的影响没有明显的规律，但表征蛋白质含量的沉淀值、面团形成时间和稳定时间各处理之间差异显著（表2）。M处理的冬小麦

面团形成时间最长，与NPK处理之间差异不显著（P>0.05），和其他配比施肥处理差异达到显著水平（PNPK>MNPK3>MNPK2>MNPK1>CK，且M处理与各处理间差异显著（P0.05），和其他处理差异达到显著水平（P

2.4.2对夏玉米籽粒品质的影响由图5-A所示，随着夏玉米的生长发育，不同施肥处理夏玉米籽粒粗蛋白含量增加，在整个生育过程中，表现为：M>MNPK1>MNPK2 >MNPK3>NPK >CK，M处理与MNPK1处理差异不显著（P>0.05），说明施用有机肥可增加籽粒中粗蛋白含量。

粗脂肪对玉米品质有重要的影响，在一定程度上提高玉米籽粒粗脂肪含量能极显著改善玉米的品质[25]。研究表明：高氮并不利于粗脂肪含量的增加，只有合适的氮水平才有利于粗脂肪含量的增加[26]。由图5-B看出，夏玉米籽粒粗脂肪含量以NPK处理最高，MNPK3及M处理较低，说明单施有机肥并未增加夏玉米籽粒粗脂肪的含量。

3结论与讨论

以往研究表明，有机无机肥料配施处理对土壤养分提高幅度大于单施化肥处理，各土壤养分指标均有所提高[28]。有机肥和化肥配施比例合适能快速提高土壤肥力、作物产量和影响产量的因子，并提高水分利用率和氮素利用率[29，30]。本试验表明，利用常规化肥量的75%、其余亏损的氮以有机肥补充（MNPK3），这样的施肥方式不仅不会使冬小麦-夏玉米产量下降明显（表1），在一定程度上缓解了因过量施用化肥对环境、土壤、大气带来的破坏，同时也解决了秸秆堆积和焚烧的问题。MNPK3处理在一定程度上增加土壤的微生物数量，提高其活性，改善了土壤结构以及土壤系统的微环境，活化了土壤，另外有机肥和化肥配施为作物后期生长提高充足的营养成分，为最终获得高产奠定了基础。

蛋白质和脂肪是作物品质常有的两个指标。研究表明[31，32]，增加有机肥可以提高粗蛋白含量。本研究结果表明，有机肥和化肥配施且比例合适（MNPK3）粗蛋白含量较NPK处理、不施肥处理，冬小麦分别提高3%、129%；夏玉米分别提高7%、53%。表征冬小麦籽粒蛋白特性的面团形成时间、面团稳定时间和沉淀值均有所改善，100%有机肥处理冬小麦籽粒面团形成时间、面团稳定时间和沉淀值均明显改善，较全化肥处理分别提高3.95%、4.32%、降低2.55%（表2）。

中国的长期试验起步较晚，世界上有机无机配施的试验很多，尽管各试验施肥处理设置不尽相同，但从结果中仍可以看出，各施肥制度中，化肥与有机肥的配施具有最高的产量，化肥单施产量高于有机肥的单独施用[27，33，34]。本研究长期试验已经进行3年，在冬小麦-夏玉米轮作的大田施肥，对其产量的影响基本与其他试验结果一致。然而，这些试验均只进行了3年左右，相对于其他长期定位试验来讲只是开始阶段，随着施肥处理时间的延长，有机肥、化肥、有机肥和化肥配施处理之间的产量差异是否能继续保持这种趋势仍需验证。

综上所述，有机肥和化肥配施在一定程度上可以提高作物的品质和产量，只是有机肥和化肥配施的合适比例和有机肥优势是长效肥料，需要长期观测，所以在短时间内难以看出明显规律。本试验表明，在兼顾产量和籽粒品质等因素下，利用常规化肥用量的75%其余亏缺的养分用有机肥补充，能获得比单施化肥处理更高的产量，并在一定程度上大大改善作物品质，减少过度施用化肥造成的环境污染，为作物大田生产，确定合理的施肥量，为高产、优质、生态、安全的粮食生产提供科学依据。

参考文献：

[1]奚振邦，王寓群，杨佩珍. 中国现代农业发展中的有机肥问题[J].中国农业科学， 2004， 37（12）： 1874-1878.

[2]张洁，刘敬军，李雪芳，等. 夏玉米优化施肥配方试验[J]. 山东农业科学，2011，10：60-62.

[3]Leroy R D B， Blair G J， Strong W M. Changes in soil organic matter with cropping as measured by organic carbon fractions and 13C natural isotope abundance[J]. Plant and Soil， 1993， 155-156： 399-402.

[4]吕家珑，张一平，王旭东，等. 长期单施化肥对土壤性状及作物产量的影响[J]. 应用生态学报， 2001， 12（4）： 569-572.

[5]张璐，张文菊，徐明岗， 等. 长期施肥对中国3种典型农田土壤活性有机碳库变化的影响[J].中国农业科学， 2009， 42（5）： 1646-1655.

[6]李菊梅，李冬初，徐明岗，等. 红壤双季稻田不同施肥下的氨挥发损失及其影响因素[J].生态环境， 2005， 17（4）： 1610-1613.

[7]陈建生，徐培智，唐拴虎，等. 一次基施水稻控释肥技术的养分利用率及增产效果[J].应用生态学报，2005，16（10）：1868-1871.

[8]曾祥伟，王霞，郭立月，等. 发酵牛粪对黄粉虫幼虫生长发育的影响[J].应用生态学报， 2012， 23（7）： 106-109.

[9] Jakobsen，Svend T .Aerobic decomposition of organic wastes value of compost as a fertilizer[J].Resources，Conservation and Recycling， 1994， 13： 57-71.

[10]Liu H， Jiang G M， Zhuang H Y， et al. Distribution，utilization structure and potential of biomass resources in rural China：With special references of crop residues[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2008， 12： 1402-1418.

[11] Kramer A W，Doane T A，Horwath W，et bining fertilizer and organic inputs to synchronize N supply in alternative cropping systems in Califomla[J].Agriculture，Ecosystems and Environment， 2002，91（1）：233-243.

[12]索东让. 长期定位试验中化肥和有机肥结合效应研究[J]. 干旱地区农业研究， 2005，23（2）：71-75.

[13]赵青玲，杨继涛，李遂亮，等. 畜禽粪便资源化利用技术的现状及展望[J].河南农业大学学报， 2003， 37（2）：184-187.

[14]古巧珍，杨学云，孙华本，等. 长期定位施肥对小麦籽粒产量及品质的影响[J].麦类作物学报，2004，24（3）：76-79.

[15]吕振宇，马永良. 蚯蚓粪有机肥对土壤肥力与甘蓝生长、品质的影响[J].中国农学通报，2005， 21（12）： 236-240.

[16]于明礼，王燕，刘少坤，等. 氮素对不同类型饲用玉米产量和品质的影响[J].山东农业科学，2009，4：57-60.

[17]刘爱峰，郭军庭，程敦公，等. 小麦品质快速检测体系的应用研究[J].山东农业科学，2010，11：93-96.

[18]何照范编著.粮油籽粒品质及其分析技术[M]. 北京：农业出版社，1985.

[19] Weegel P L， Homer R J， Schofield J D. Functional properties of wheat gluten[J].J. Cereal Sci.， 1996， 23： 1-18.

[20]苏祯禄. 优质玉米的影响品质及其改良的方法[J].河南农业科学， 1994，12（7）： 11-13.

[21] Saleque M A， Abedin M J， Bhuiyan N I. Long-term effects of inorganic and organic fertilizer sources on yield and nutrient accumulation of lowland rice[J].Field Crops Research， 2004， 86： 53-65.

[22]王东，于振文，樊广文，等. 硫素对冬小麦品质和产量的影响[J]. 山东农业科学，2006，6：10-12.

[23] 王东，于振文，贾效成. 播期对优质强筋冬小麦籽粒产量和品质的影响[J]. 山东农业科学，2004，2：23-26.

[24] Hirel B， Bertin P， Quillere I， et al. Towards a better understanding of the genetic and physiological basis for nitrogen use efficiency in maize[J]. Plant Physiology， 2001，125： 1258-1270.

[25] 杨恩琼，黄建国，何腾兵，等. 氮肥用量对普通玉米产量和营养品质的影响[J].植物营养与肥料学报， 2009， 15（3）： 509-513.

[26]郭宗学，何仪，王清秀，等.不同播期与密度对玉米粗脂肪含量的影响[J].山东农业科学，2007，4：65-67.

[27]周卫军，王凯荣，张光远. 红壤稻田系统有机物循环再利用潜力及增产作用[J].长江流域资源与环境， 2002， 11（2）： 141-144.

[28] Zoltan B，Bela G， Dang Q L. Effect of crop rotation and fertilization on maize and wheat yields and yield stability in along-term experiment[J]. European Journal of Agronomy， 2000， 13： 225-244.

[29]Mandal K G， Hati K M， Misra A K. Biomass yield and energy analysis of soybean production in relation to fertilizer-NPK and organic manure[J]. Biomass and Bioenergy， 2009，33（12）： 1670-1679.

[30]Bandyopadhyay K K， Misra A K， Ghosh P K， et a1. Effect of integrated use of farmyard manure and chemical fertilizers on soil physical properties and productivity of soybean[J]. Soil & Tillage Research， 2010， 110： 115-125.

[31]李鸣雷，谷洁，高华，等. 不同有机肥对大豆植株性状、品质和产量的影响[J].西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2007，35（9）： 67-72.

[32]张翔，朱洪勋，孙春河，等. 有机与无机肥料配施对玉米籽粒品质和生产力的影响[J].中国农学通报，1997，13（5）：31-33.

[33]宇万太，殷秀岩，张璐，等. 农业生态系统养分循环再利用作物产量增益的地理分异[J].农业工程学报， 2003，19（6）：28-31.

[34]马俊永，李科江，曹彩云，等. 有机-无机肥长期配施对潮土土壤肥力和作物产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2007， 13（2）：236-241.