ABSTRACT

In order to improve the efficient utilization of agricultural wastes, and reduce environmental pollution, and promote crops saving cost and increasing efficiency and increasing production and quality under the integration of water and fertilizer, which is to realize scientific utilization of biogas slurry and reduce the input of chemical fertilizer. The experiment of the effect of integration of chemical fertilizer and biogas residue & biogas liquid combined application on wheat growth, yield and water use was studied in Dancheng county of Henan province from 2016 to 2018. Three modes were set up in the experiment, which included biogas residue & biogas liquid, chemical fertilizer and biogas residue & biogas liquid, and chemical fertilizer, including: 1) Biogas residue 60 t/ha . 2) Biogas residue 30 t/ha and biogas liquid 7.5 t/ha at the filling stage. 3) Biogas residue 30 t/ha and biogas liquid 22.5 t/ha at the returning green to jointing stage and biogas liquid 12 t/ha at the heading and flowering stage. 4) Biogas residue 30 t/ha and biogas liquid 22.5 t/ha at the returning green to jointing stage and biogas liquid 12 t/ha at the heading and flowering stage and biogas liquid 7.5 t/ha at the filling stage. 5) Biogas residue 30 t/ha and special fertilizer 450 kg/ha and biogas liquid 15 t/ha at the jointing stage. 6) Biogas residue 30 t/ha and special fertilizer 600 kg/ha and biogas liquid 15 t/ha at the jointing stage. 7) Biogas residue 30 t/ha and special fertilizer 750 kg/ha and biogas liquid 15 t/ha at the jointing stage. 8) Biogas residue 30 t/ha and special fertilizer 450 kg/ha and biogas liquid 15 t/ha at the heading stage. 9) Biogas residue 30 t/ha and special fertilizer 450 kg/ha and biogas liquid 12 t/ha at the filling stage. 10) Special fertilizer 750 kg/ha and biogas liquid 22.5 t/ha at the returning green to jointing stage and biogas liquid 12t/ha at the heading and flowering stage. 11) Pure biogas liquid (Bottom 30 t/ha and 15 t/ha at the returning to jointing stage and 12 t/ha at the heading stage and 15 t/ha at the filling stage). 12) Conventional tillage (Special fertilizer 750 kg/ha and topdressing urea 225 kg/ha). The results showed that the application of biogas liquid and biogas residue could improve the growth and development traits of the wheat, such as plant height, ear length, spikelet number, grain number per spike, and 1000 grain quality, and the sterile ear dropped at the same time. The plant height was increased 1.31 - 15.92 cm compared with the control, among which the highest was treatment 7. The ear length was increased 0.01 - 0.60 cm, among which the longest one was treatment 2. The number of spikelet was increased 0.08 - 2.32, among which the best one was treatment 5. The number of grains per ear was improved 0.87 - 11.32 grains, which the best one was treatment 11. The quality of 1000 seeds was increased 0.12 - 5.50 g, among which the heaviest one was treatment 11. The sterile ears decreased 1.89 - 5.09 ears respectively, among which the best one was treatment 11. Therefore, the yield and quality of winter wheat was improved effectively, compared with the control yield of 6022.5 kg/ha, which increased 0.70% - 57.58% respectively. The water use efficiency had the same trend with the yield. Compared with the control of 15.03 kg mm∙ha, the water use efficiency increased 0.31 - 8.96 kg/mm∙ha. All of that, the best one was treatment 11, which was increased 57.58% and 8.96 kg/mm∙ha respectively. The protein and crude starch content were increased 0.30 g/100g - 1.00 g/100g and 0.57% - 2.22% respectively, and the best one is also treatment 11. Compared with the treatment of biogas residue, the same trend was observed except the treatment 2 and the treatment 6, but the protein was only improved by the treatment 10 and the treatment 11. In a word, the best mode is the application of chemical fertilizer within 450 - 750 kg/ha and 2 times topdressing of biogas liquid at the jointing stage and heading stage or full-scale biogas slurry, which is beneficial to reduce the application of nitrogen fertilizer, and improve the yield and the quality, and reduce the environment pollution of organic waste.

Keywords:Wheat, Biogas Fertilizer, Chemical Fertilizer, Yield, Quality, WUE

化肥与沼肥配施水肥一体化对小麦产量与水分利用的影响

武继承^1,2，潘晓莹^1,2，杨永辉^1,2，郑惠玲³，高翠民^1,2，张丽霞^1,2，李平芳⁴，熊光泽⁵

¹河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南 郑州

²农业部作物高效用水原阳科学观测实验站，河南 新乡

³河南省土壤肥料站，河南 郑州

⁴郸城县农业科学研究所，河南 周口

⁵河南世技鑫能源科技有限公司，河南 周口

收稿日期：2019年8月27日；录用日期：2019年9月12日；发布日期：2019年9月19日

摘 要

为提高农业废弃物的资源化高效利用，减少环境污染，促进农作物水肥一体化的节本增效和增产提质，实现沼液的科学利用和化肥减投入，2016~2018年在郸城试验基地开展了化肥与沼渣沼液配施水肥一体化对小麦生长发育、产量和水分利用的影响研究。实验中建立了三种模式，且设置全程沼渣沼液、化肥与沼渣沼液配施、化肥。即1) 沼渣60 t/hm²，2) 沼渣30 t/hm² + 灌浆期沼液7.5 t/hm²，3) 沼渣30 t/hm² + 返青–拔节期沼液22.5 t/hm² + 抽穗–扬花期沼液12 t/hm²，4) 沼渣30 t/hm² + 返青–拔节期沼液22.5 t/hm² + 抽穗期沼液12 t/hm² + 灌浆期沼液7.5 t/hm²，5) 沼渣30 t/hm² + 450 kg/hm²专用肥 + 拔节期沼液15 t/hm²，6) 沼渣30 t/hm² + 600 kg/hm²专用肥 + 拔节期沼液15 t/hm²，7) 沼渣30 t/hm² + 750 kg/hm²专用肥 + 拔节期沼液15 t/hm²，8) 沼渣30 t/hm² + 450 kg/hm²专用肥 + 抽穗期沼液15 t/hm²，9) 沼渣30 t/hm² + 450 kg/hm²专用肥 + 灌浆期沼液12 t/hm²，10) 750 kg/hm²专用肥 + 返青–拔节期沼液22.5 t/hm² + 抽穗期沼液12 t/hm²，11) 纯沼液处理(底施30 t/hm² + 返青–拔节期15 t/hm² + 抽穗期12 t/hm² + 灌浆期15 t/hm²)，12) 常规耕作(专用肥750 kg/hm² + 追肥225 kg/hm²尿素)。结果表明沼渣沼液的应用有利于改善小麦生长发育性状，对株高、穗长、小穗数、穗粒数、千粒质量都有不同程度的改善，同时不孕穗下降。与对照相比，株高提高1.31~15.92 cm，处理7最高，穗长增长0.01~0.60 cm，处理2最长，小穗数增加0.08~2.32个，处理5最多，穗粒数为0.87~11.32粒，处理11最多，千粒质量提高0.12~5.50 g，处理11最重。不孕穗分别减少1.89~5.09穗，处理11减少最多。从而有效地提高了小麦单位质量和品质，与对照6022.5 kg/hm²相比，分别增加0.70%~57.58%，水分利用效率与产量保持相同的趋势，分别较对照15.03 kg/mm∙hm²相比，提高0.31~8.96 kg/mm∙hm²，均以处理11提高幅度最大，分别提高57.58%和8.96 kg/mm∙hm²，小麦蛋白质和粗淀粉含量分别提高0.30 g/100g~1.00 g/100g和0.57%~2.22%，也以处理11为最佳。与沼渣处理相比，除了处理2和处理6，有着相同的变化趋势，但对小麦蛋白质的影响只有处理10和处理11有所提高。总之，底施450~750 kg/hm²化肥配施拔节期和抽穗期2次沼液或全程沼液的模式，有利于实现氮肥减施、产量和品质的共同提高，同时减少有机废弃物对环境的污染。

关键词 :小麦，沼肥，化肥，产量，品质，水分利用效率

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1. 引言

沼渣沼液中含有氮、磷、钾等营养元素以及丰富的氨基酸、B族维生素、蛋白质、霉素、生长素、糖类、核酸、各种水解酶及抗生素等物质 [1] [2] [3] [4] ，不仅能改良土壤、改善土壤养分状况 [5] [6]、减少农业投资，还可以增产、提高品质 [7] [8] ，作基肥施用在小麦上，表现为返青快、分蘖多，能明显改善小麦生长状况 [8] [9] ，促使根部生长点迅速发育，增强根的活力，改善小麦叶片光合特性，提高小麦产量 [8] [9]。同时影响氮素吸收和耗水量，提高冬小麦蛋白质含量及干物质积累量 [10] [11] [12] [13] [14]。沼液与化肥相结合通过改善小麦根部生长环境，提高根冠比，改善叶片光合性能协调营养生长和生殖生长，延缓了叶片衰老，进而有效地提高小麦群体指标以及产量三因素 [5] [9] ，沼液用作叶面施肥能达到防病灭虫的效果 [15] ；进行沼液浸种和追肥施用，经沼液浸种后的小麦种子，具有抗病、抗旱、壮苗、增产的作用 [16]。河南省每年沼液的产出量超过3亿t，如何科学利用沼液，促进农作物水肥一体化，实现节本增效和增产提质的目标，必须深化沼肥的高效利用及其与节水灌溉设施的有机结合，一方面促进废物资源化、减少环境污染，另一方面推进氮肥减施和有机农产品的规模化、规范化和科学化生产。

2. 试验设计

2.1. 研究区概况

试验安排在郸城县砂姜黑土上进行(东经115˚20'23''，北纬33˚49'43'')，研究区多年平均降水量738.6 mm，平均气温14.6℃，平均日照时数2258.6 h，年太阳总辐射493.24 kJ，无霜期223 d。试验土壤质地为黏土，土壤有机质20.4 g/kg，水解氮93.1 mg/kg，有效磷41.6 mg/kg，速效钾188 mg/kg。

2.2. 实验材料

试验沼肥为河南世纪鑫能源科技有限公司沼气发电后的沼渣沼液，用于发酵的有机废弃物为秸秆、畜禽粪便等，试验沼渣含有机质 ≥ 45%、总养分 ≥ 5%、氨基酸 ≥ 0.2%，腐殖酸 ≥ 1.5%；试验沼液含有机质 > 5 g/L、腐殖酸 > 0.8 g/L、氨基酸0.3 g/L、总养分5 g/L，二者重金属符合国家安全标准。试验小麦品种为洛麦24，播期为2017年10月25日，播量300 kg/hm²。

2.3. 试验设置

试验设置全程沼肥、化肥与沼肥配施、化肥三种模式，共12个处理，分别为：1) 沼渣60 t/hm²，2) 沼渣30 t/hm² + 灌浆期沼液7.5 t/hm²，3) 沼渣30 t/hm² + 返青–拔节期沼液22.5 t/hm² + 抽穗–扬花期沼液12 t/hm²，4) 沼渣30 t/hm² + 返青–拔节期沼液22.5 t/hm² + 抽穗期沼液12 t/hm² + 灌浆期沼液7.5 t/hm²，5) 沼渣30 t/hm² + 450 kg/hm²专用肥(28-15-5) + 拔节期沼液15 t/hm²，6) 沼渣30 t/hm² + 600 kg/hm²专用肥+拔节期沼液15 t/hm²，7) 沼渣30 t/hm² + 750 kg/hm²专用肥+拔节期沼液15 t/hm²，8) 沼渣30 t/hm² + 450 kg/hm²专用肥 + 抽穗期沼液15 t/hm²，9) 沼渣30 t/hm² + 450 kg/hm²专用肥 + 灌浆期沼液12 t/hm²，10) 750 kg/hm²专用肥 + 返青–拔节期沼液22.5 t/hm² + 抽穗期沼液12 t/hm²，11) 纯沼液处理(底施30 t/hm² + 返青–拔节期15 t/hm² + 抽穗期12 t/hm² + 灌浆期15 t/hm²)，12) 常规耕作(专用肥750 kg/hm² + 追肥225 kg/hm²尿素)。3次重复，小区面积为5.6 m × 5 m = 28 m²。基肥使用沼渣、沼液处理的需要整地后1周再统一播种，耕作深度20 cm，其他农田管理措施一致，如中耕、除草和病虫害防治，灌溉方式为畦灌。根据土壤墒情变化确定灌水时间和灌水量，本试验拔节和灌浆期分别灌水600 m³/hm²和450 m³/hm²。

2.4. 测定方法与项目

重点观测不同生育期小麦生长发育情况、生物量和土壤水分动态变化情况。土壤水分采用重量烘干法按小麦生育期进行分时段测定，生物量采用重量测定法分时段定期测定。收获期采集典型样段植株，进行小麦生长发育指标(株高、穗长、生物量、小穗数、不孕穗)、产量因子(成穗数、千粒质量、穗粒数)的定量化测定，土壤、植株和籽粒等样品的分析按照相应的国家标准进行。

3. 结果分析

3.1. 不同技术措施对小麦生长发育的影响

从表1可以看出，结果表明沼渣沼液的应用有利于改善小麦生长发育性状，株高、穗长、小穗数、穗粒数、千粒质量都有不同程度的改善，同时不孕穗明显下降。与对照相比，株高提高1.31~15.92 cm，处理7最高，其次为处理5、处理2、处理1、处理6和处理9；穗长增长0.01~0.60 cm，处理2最长，其次为处理7、处理9、处理5、处理6和处理8；小穗数增加0.08~2.32个，处理5最多，其次为处理7、处理10、处理2、处理9和处理6；穗粒数为0.87~11.32粒，处理11最多，其次为处理2、处理4、处理7和处理1；千粒质量提高0.12~5.50 g，处理11最重，其次为处理10、处理4、处理5和处理8。不孕穗分别减少1.89~5.09穗，处理11减少最多，其次为处理2、处理1、处理4、处理3和处理9。

与沼渣处理相比，所有追施沼液的处理对小麦生长发育表现为不同的特征。千粒质量呈现为整体的增加趋势，分别增加0.90~5.38 g，以处理11最重，其次为处理10、处理4、处理5和处理8。小穗数除了处理11外明显提高，分别提高0.23~1.51，并以处理5增加最多，其次为处理7和处理10。不孕穗只有处理2和处理11明显下降，分别消减0.25和1.45。穗长除了处理4和处理11略有下降外，其他处理分别增长0.08~0.36 cm，以处理2增长最多，其次为处理7和处理9。株高和穗粒数没有明显的规律。正是这些不同生育性状的有效改善，从而影响了小麦单位质量。

表1. 沼肥与化肥配施对小麦生长发育的影响

3.2. 不同技术措施对小麦单位质量和水分利用的影响

从表2可以看出，沼渣、沼液、肥料及其配施等不同技术措施对小麦单位质量和水分利用效率的提高具有积极效果。与对照相比，不同处理分别增加0.70%~57.58%，以处理11增幅最大，增产57.58%，其次为处理10、4、5，分别增产46.65%、41.20%和41.17%，处理3增幅最小，仅增产0.70%。

水分利用效率与产量保持相同的趋势，单位水分利用效率达到15.03~23.99 kg/mm∙hm²。其中处理4、处理5、处理8、处理10和处理11分别达到21.44 kg/mm∙hm²、21.32 kg/mm∙hm²、20.69 kg/mm∙hm²、22.10 kg/mm∙hm²和23.99 kg/mm∙hm²。与对照相比，不同技术措施分别提高0.31~8.96 kg/mm∙hm²，以处理11提高幅度最大，增加8.96 kg/mm∙hm²，其次为处理10、处理4、处理5、处理8、处理2，分别增加7.07 kg/mm∙hm²、6.41 kg/mm∙hm²、6.37 kg/mm∙hm²、5.66 kg/mm∙hm²和4.57 kg/mm∙hm²。

与沼渣处理相比，除了处理2和处理6减产3.97%~12.30%外，分别增产8.89%~37.25%，其中以处理11增产幅度最大，增产37.25%，其次分别为处理10、处理4和处理5，分别增产27.72%、22.97%和22.95%水分利用效率与单位产量有相同的趋势，除处理2和处理6减低0.76~2.10 kg/mm∙hm²，其他处理分别提高1.56~6.56 kg/mm∙hm²，并以处理11最高，提高6.56 kg/mm∙hm²，其中次为处理10、处理4和处理5，分别提高4.67 kg/mm∙hm²、4.00 kg/mm∙hm²和3.97 kg/mm∙hm²。

总上述，沼肥化肥配施水肥一体化对提高小麦单位质量和水分利用效率最佳处理为处理11，其次为处理10、处理4和处理5。

表2. 沼肥与化肥配施对小麦单位质量和水分利用的影响

注：表中不同小写字母表示不同处理之间差异显著(P < 0.05)。

3.3. 不同技术措施对小麦品质的影响

从表3分析结果可以看出，不同处理的小麦蛋白质含量和粗淀粉均有不同程度的提高。与对照相比，蛋白质含量分别提高0.30 g/100g~1.00 g/100g，其中处理11和处理10提高最大，提高1.00 g/100g，其次为处理1和处理8，提高0.9 g/100g，处理6和处理9提高幅度最小，仅提高0.3 g/100g，其增减趋势为处理10、处理11 > 处理1、处理8 > 处理4 > 处理2、处理3、处理5、产量7 > 处理6和处理9。粗淀粉含量提高0.57%~2.22%，其中处理11提高幅度最大，提高2.22%，其次为处理4、处理9、处理3和处理2，分别提高1.77%、1.67%、1.50和1.43%，处理1提高幅度最小，仅提高0.46%，其增减趋势为处理11 > 处理4 > 处理9 > 处理3 > 处理2 > 处理7 > 处理6 > 处理8 > 处理5 > 处理10 > 处理1。

表3. 沼肥与化肥配施对小麦品质的影响

注：小麦蛋白质方法含量按GB5009.5-2016方法测定，粗淀粉含量按NY/T11-1985测定。

与沼渣处理相比，蛋白质只有处理11和处理10提高0.10 g/100g，处理8持平，其他处理降低0.10~0.60 g/100g。但粗淀粉含量则呈现整体的增加的趋势，分别增加0.11%~1.76%，以处理11增幅最高，增加1.76%，其次为处理3、处理4、处理9，分别增加1.04%、1.31%和1.21%，增幅最低的为处理10，仅增加0.11%。

从整体上总之，从上述分析情况看，不同处理之间以处理11、处理10和处理4对提高品质具有积极效果。

4. 结果与讨论

1) 沼肥及其与化肥配施水肥一体化模式对改善小麦生长发育具有积极效果。与对照相比，株高提高1.31~15.92 cm，穗长增长0.01~0.60 cm，小穗数增加0.08~2.32个，穗粒数为0.87~11.32粒，千粒质量提高0.12~5.50 g，不孕穗分别减少1.89~5.09穗，从而有效地促进了小麦单位质量的提高。这与李清连 [4]、陈楠等 [5]、Marls等 [10] 的研究结果相一致。

2) 沼肥及其与化肥配施水肥一体化模式有效地提高了小麦单位质量和水分利用效率。与对照相比，不同处理小麦单位质量分别增加0.70%~57.58%，水分利用效率分别提高0.31~8.96 kg/mm∙hm²；与沼渣处理相比，处理2和处理6减产，其他处理分别增产8.89%~37.25%，水分利用效率与单位产量有相同的趋势。均以处理11最佳，其次为处理10、处理4和处理5。其中对小麦产量的影响，与刘丰玲等 [2]、陈楠等 [5]、吕汶霖 [6]、孔德杰等 [9]、冯伟等 [17]、Marls等 [10]、Garg等 [11]、Olesen等 [13] 研究的相关沼液、沼渣应用对小麦产量的积极影响趋势相一致，但由于含氮的差异，沼液用量有明显的不同。对小麦水分利用效率的影响与Garcia等 [14] 研究的减少水分消耗、提高水分利用效率的趋势基本一致。

3) 沼肥及其与化肥配施水肥一体化模式对改善小麦品种具有积极影响。与对照相比，其中蛋白质含量分别提高0.30 g/100g~1.00 g/100g，粗淀粉含量提高0.57%~2.22%；与沼渣处理相比，蛋白质只有处理11和处理10提高0.10 g/100g，粗淀粉含量则分别增加0.11%~1.76%。以处理11、处理10和处理4对提高品质具有积极效果。这与刘丰玲等 [2]、吕汶霖 [6]、冯伟等 [8] 相关沼液、沼渣使用提高小麦蛋白质和粗淀粉含量的增加趋势相一致，但本研究结果则在底施750 kg/hm²配施拔节期和抽穗期2次沼肥和全程沼液的情况下才确定两者的共同提高。

4) 建议采用底施化肥450~750 kg/hm² + 拔节期和抽穗期2次沼液追施或全程沼液的模式，从而实现氮肥减施、产量和品质的共同提高，同时减少有机废弃物对环境的污染。

基金项目

国家重点研发计划项目“小麦–玉米两熟制水肥一体化关键技术”(2017YFD0301102)，河南省农业科研专项“沼液农用安全评价及高效利用技术”(2019CY13)资助。

文章引用

武继承,潘晓莹,杨永辉,郑惠玲,高翠民,张丽霞,李平芳,熊光泽. 化肥与沼肥配施水肥一体化对小麦产量与水分利用的影响
Effects of Integration of Water and Fertilizer Application of Chemical Fertilizer and Biogas Fertilizer Combination on the Yield of Wheat and WUE[J]. 土壤科学, 2019, 07(04): 262-269. https://doi.org/10.12677/HJSS.2019.74032

参考文献