不同有机无机肥配施比例对土壤肥力、小麦产量及籽粒养分吸收的影响

Effects of Different Combined Application Ratios of Organic and Inorganic Fertilizers on Soil Fertility, Wheat Yield, and Grain Nutrient Uptake

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2026.02.008

刘腾腾 Tengteng LIU , 赵燕 Yan ZHAO

乐陵市农业农村局山东乐陵 253600 Laoling Agriculture and Rural Affairs Bureau, Laoling, Shandong 253600, China

Author notes:

Correspondence to: 赵燕(1984—)，女，大学本科，高级农艺师，主要从事农技推广工作；zwzy1203@163.com

摘要：

为探索适宜山东省乐陵市的畜禽粪污还田技术模式，以小麦为试验对象，开展了不同有机无机肥配施比例的田间小区试验。试验共设置不施肥(CK)、常规施肥(T1)及有机肥氮替代化肥氮25%、50%、75%、100%(T2~T5)等6个处理，考察了不同处理对小麦产量及其构成因素、小麦籽粒对养分(氮、磷、钾)的吸收、土壤肥力指标等的影响。结果表明：T2处理的小麦产量比T1处理的提高2.4%，T3~T5处理的小麦产量均低于T1处理的；小麦籽粒对氮、磷的吸收量随有机肥替代比例的提高呈下降趋势，对钾的吸收呈先升高再降低的变化趋势；土壤中的有机质、全氮含量与有机肥替代比例呈正相关，有效磷含量呈先升高后降低再缓慢升高的变化趋势，速效钾含量呈先升高后降低的变化趋势。在试验条件下，有机肥氮替代25%化肥氮，可以维持小麦产量，提高土壤养分含量。

关键词：

有机无机肥配施; 有机肥; 化肥替代; 土壤肥力; 养分吸收; 小麦;

Abstract：

In order to explore the suitable technology mode for returning livestock and poultry manure to farmland in Laoling City, Shandong Province, a field plot experiment is conducted with wheat to investigate different combined application ratios of organic and inorganic fertilizers. Six treatments are set up: no fertilization (CK), conventional fertilization (T1), and 25%, 50%, 75%, and 100% substitution of nitrogen in chemical fertilizer with nitrogen in organic fertilizer (T2-T5). The effects of these treatments on wheat yield and its components, nutrient (nitrogen, phosphorus, potassium) uptake by wheat grains, and soil fertility indicators are examined. The results show that the wheat yield of T2 treatment increases by 2.4% compared with that of T1 treatment, while the yields of T3-T5 treatment are lower than that of T1 treatment. The uptake of nitrogen and phosphorus by wheat grains decreases with an increasing ratio of organic fertilizer substitution, while the potassium uptake exhibits an initial increase and then a decrease. The contents of soil organic matter and total nitrogen are positively correlated with the ratio of organic fertilizer substitution. Available phosphorus content shows a trend of initially increase, followed by a decrease and then a slow increase, while available potassium content initially increases and then decreases. Under the experimental conditions, replacing 25% of nitrogen in chemical fertilizer with nitrogen in organic fertilizer can maintain wheat yield and improve soil nutrient content.

Keyword：

combined application of organic and inorganic fertilizer; organic fertilizer; substitution of chemical fertilizer; soil fertility; nutrient uptake; wheat;

0 前言

山东省乐陵市位于鲁西北地区，是农业农村部公布的畜牧大县。根据乐陵市统计年鉴数据，截至2022年底，全市生猪存栏量达40.30万头，出栏量44.44万头；牛存栏量6.17万头，出栏量4.48万头；家禽存栏量396万只，出栏量986.73万只。庞大的养殖规模导致该地每年产生巨量的畜禽粪污。张奎等^[1]分析指出，2022年乐陵市畜禽粪尿资源产生量达1 218.0 kt，养分资源量约11.5 kt，畜禽粪尿养分替代化肥的潜力为55.39%，资源化利用前景广阔。

目前，肥料化是畜禽粪污资源化利用的重要研究方向^[2]。畜禽粪污富含有机质及氮、磷、钾等大量元素和多种微量元素，经腐熟后形成稳定的有机碳，施入农田可有效提升土壤肥力、促进作物生长并增加产量^[3]。有机肥的科学施用是提升土壤有机质、维持土壤肥力、推动农业可持续发展的重要途径^[4]。研究表明，有机无机肥配施可使土壤有机质含量提高3%~9%^[5]。长期定位试验进一步验证了有机肥的改良效果：在东北地区，连续3年畜禽粪污与秸秆混合还田显著增加了土壤有机质^[6]；在新疆长达24年的试验中，有机肥处理使土壤有机质含量提升了34.7%^[7]。此外，有机肥与化肥配施能显著提高土壤全氮、全磷和速效钾的含量，改善土壤养分状况^[8]。

在作物生产方面，有机肥的增产效应已得到广泛证实。如有机肥与尿素配施处理的甜玉米产量较单施尿素处理的提高约13.5%，蔗糖含量同步增加^[9]；有机无机肥配施可使水稻产量提高10.2%，并改善稻谷结实率与千粒质量^[10]；化肥与牛粪配施处理的小麦产量较单施化肥处理的提高6.9%^[11]。研究还表明，有机肥能增强小麦养分吸收与转运能力^[12]，但其养分释放缓慢，单独施用可能难以满足作物生长高峰期对养分的需求^[13]，因此有机无机肥配施更具实际意义。

乐陵市作为全国小麦玉米优势产区，2022年粮食种植面积达176.6万亩(1亩=667 m²)，总产量845 kt。然而，该地区有机肥实际应用严重不足：2021年农户购买商品有机肥的比例仅为0.01%；2022年对136户小麦种植户的调查显示，仅有4户施用粪肥。可见，乐陵市在有机肥推广方面存在显著缺口。

基于上述背景，乐陵市正积极探索畜禽粪污肥料化利用路径。2022年，乐陵市农业农村局开展了冬小麦有机无机肥配施田间试验，旨在构建适宜本地的畜禽粪污还田技术模式，为有机肥的合理利用提供科学依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概述

2022年10月至2023年6月，试验在乐陵市黄夹镇大韩集村(37°47′24″ N，116°59′24″ E)进行。该区域位于鲁西北平原，属大陆性暖温带季风型气候，年平均气温为12.4 ℃，年平均降水量为527.1 mm。供试土壤为潮土，土质均一，地势平坦，灌溉排水条件良好。试验前土壤理化性状：w(有机质)为16.21 g/kg，w(全氮)为1.02 g/kg，w(有效磷)为32.69 mg/kg，w(速效钾)为132.27 mg/kg，pH为7.97。前茬种植作物为夏玉米，产量为650 kg/亩，玉米秸秆全部还田。

1.2 供试材料

供试作物：小麦，品种为“龙堂2号”。

供试肥料：尿素，w(N)为46%，中盐安徽红四方股份有限公司；过磷酸钙，w(P₂O₅)为12%，湖北丰乐生态肥业有限公司；硫酸钾，w(K₂O)为52%，史丹利农业集团股份有限公司；腐熟牛粪，w(N)为1.88%，w(P₂O₅)为1.50%，w(K₂O)为3.06%，w(有机质)为405.65 g/kg，w(水)为35.25%，乐陵市津鲁农作物种植专业合作社。

1.3 试验设计

采用田间小区试验的方法，共设置不施肥对照(CK)、常规施肥(T1)以及有机肥氮分别替代25%(质量分数，下同)、50%、75%、100%化肥氮(T2~T5)等6个处理，各处理具体施肥量见表 1。除CK处理外，各处理的有机肥以及化学磷肥和钾肥在小麦季一次性基施；若有机肥自然带入的P₂O₅超过8 kg/亩或K₂O超过5 kg/亩时，则不再施用化学磷肥或钾肥；若有机肥自然带入的P₂O₅不足8 kg/亩或K₂O不足5 kg/亩，则各处理用化学磷肥(过磷酸钙)和钾肥(硫酸钾)补足。每个处理设置3次重复，采用随机区组设计，每个小区面积30 m²。化肥氮(尿素)分次施用(基追比为1∶1)，在拔节期进行追肥。

表 1

不同处理的肥料施用量

处理	N-P₂O₅-K₂O施用量/(kg·亩^-1)	基肥(实物量)/(kg·亩^-1)				尿素追施量/(kg·亩^-1)
处理	N-P₂O₅-K₂O施用量/(kg·亩^-1)	尿素	过磷酸钙	硫酸钾	有机肥	尿素追施量/(kg·亩^-1)
CK	0-0-0	0	0	0	0	0
T1	15.00-8.00-5.00	16.30	66.67	9.62	0	16.30
T2	15.00-8.00-6.10	12.23	41.73	0	199.47	12.23
T3	15.00-8.00-12.21	8.15	16.80	0	398.94	8.15
T4	15.00-8.98-18.31	4.08	0	0	598.40	4.08
T5	15.00-11.97-24.41	0	0	0	797.87	0

1.4 项目及其测定方法

在小麦成熟期，每个小区取5 m²的植株，晒干、脱粒、称取质量并计产，其产量指标包括亩产量、亩穗数、千粒质量、穗粒数。小麦播种前、收获后于每个小区内按照S形取样法取0~20 cm耕层土壤样品9个，混匀后进行风干处理，磨碎过筛后用于土壤养分含量的测定。土壤全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定；土壤有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；土壤速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定；土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法测定。在小麦收获期，于各小区取具有代表性的1行小麦植株，置烘箱中105 ℃杀青，75 ℃烘干至恒质量后粉碎，采用H₂SO₄-H₂O₂消煮，分别用凯氏定氮法、钒钼黄比色法和火焰光度法测定植株和籽粒中全氮、全磷和全钾的含量。

1.5 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010、SPSS 21软件进行试验数据的计算与统计分析，用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对小麦产量及其构成因素的影响

不同处理的小麦产量及其构成因素见表 2，表中同列数据后不同小写字母表示各处理间差异显著(P＜0.05)，下同。

表 2

不同处理的小麦产量及其构成因素

处理	产量/(kg·亩^-1)	亩穗数/万穗	穗粒数/(粒·穗^-1)	千粒质量/g
CK	276.05±11.33 e	24.35±0.39 c	25.79±1.60 d	43.99±0.53 a
T1	559.49±28.65 ab	33.23±1.62 b	38.15±1.65 a	44.18±1.58 a
T2	572.97±24.98 a	37.56±0.58 a	36.35±1.90 ab	41.99±1.08 a
T3	530.44±12.85 b	36.53±0.96 a	33.04±0.80 bc	43.99±2.06 a
T4	470.46±14.74 c	32.04±3.59 b	33.98±5.01 abc	43.72±0.94 a
T5	421.82±27.63 d	31.41±0.42 b	30.43±0.73 c	44.12±2.01 a

从表 2可知：T2处理的小麦产量最高，比T1处理的提高约2.4%，较CK处理的显著提高107.6%；T3处理的产量较T1处理的降低约5.2%，但差异不显著；随着有机肥替代比例的提高，T4、T5处理的产量呈下降趋势，其中T5处理的产量最低，较T1处理的降低24.6%。

在产量构成因素方面，T2处理的亩穗数最多，分别较T1、CK处理的增加了13.0%、54.3%；各处理的穗粒数由大到小为T1＞T2＞T4＞T3＞T5＞CK；各处理的千粒质量无显著性差异，为41.99~44.18 g，其中T1、T5处理的千粒质量略高。

综合分析表明，不同有机无机肥配施处理对小麦产量、亩穗数及穗粒数的影响存在显著差异。在产量方面，T2处理表现最优，但随着有机肥替代比例的提高，产量呈下降趋势，说明过高的有机肥替代比例不利于增产。从产量构成因素来看，T2处理的亩穗数最多，而穗粒数以T1处理的最多且与T2处理差异不显著，千粒质量则在各处理间无显著性差异。整体上，适宜的有机无机肥配施可以提升小麦产量，但需注意控制有机肥替代比例，以避免对产量造成负面影响。

2.2 不同处理对小麦籽粒养分吸收的影响

不同处理的小麦籽粒养分吸收量见表 3。

表 3

不同处理的小麦籽粒养分吸收量

处理	吸收量/(kg·亩^-1)
处理	氮素	磷素	钾素
CK	6.16±0.13 d	1.07±0.03 b	0.82±0.11 c
T1	11.76±0.28 a	1.84±0.14 a	1.58±0.17 ab
T2	11.72±0.41 a	1.76±0.32 a	1.63±0.06 ab
T3	11.19±0.69 a	1.66±0.24 a	1.69±0.02 a
T4	10.06±0.34 b	1.52±0.20 a	1.59±0.2 ab
T5	9.15±0.76 c	1.50±0.14 a	1.43±0.06 b

从表 3可以看出，CK处理的小麦籽粒氮素吸收量最低，且与其他处理差异显著。随着有机肥替代比例的提高，小麦籽粒氮素吸收量呈下降趋势，其中T1处理的小麦籽粒氮素吸收量最高，但与T2、T3处理的无显著性差异；T4、T5处理的小麦籽粒氮素吸收量较低，比T1处理的分别显著降低了14.5%、22.2%。

T1处理的小麦籽粒磷素吸收量最高，随着有机肥替代比例的提高，小麦籽粒磷素吸收量呈下降趋势，但各处理间无显著性差异；CK处理的小麦籽粒磷素吸收量最低，显著低于其他处理的。

CK处理的小麦籽粒钾素吸收量最低，显著低于其他处理的；随着有机肥替代比例的提高，小麦籽粒对钾素的吸收呈先增加后减少的变化趋势，其中T3处理的小麦籽粒钾素吸收量最高，较T5处理的显著提高了18.2%。

总体而言，适量的有机肥替代基本可保持小麦籽粒的养分吸收效率。然而，随着有机肥替代比例的提高(如T4、T5处理)，氮、磷、钾素的吸收量均有不同程度的下降，尤其是在T5处理下，氮、磷、钾素的吸收量均低于T1处理的，这表明有机肥完全替代化肥的方式在养分吸收效果上存在一定的不足。因此，适当比例的有机无机肥配施是提高小麦养分吸收和利用效率的有效途径，但有机肥完全替代化肥则不利于实现最佳的养分吸收效果。

2.3 不同处理对土壤肥力指标的影响

小麦收获后，不同处理的0~20 cm耕层土壤的肥力指标见表 4。

表 4

不同处理的0~20 cm耕层土壤的肥力指标

处理	w(有机质)/(g·kg^-1)	w(全氮)/(g·kg^-1)	w(有效磷)/(mg·kg^-1)	w(速效钾)/(mg·kg^-1)
CK	15.26±0.19 c	0.91±0.02 d	35.86±2.73 c	112.91±8.73 b
T1	16.19±0.22 bc	1.15±0.18 c	45.53±2.33 b	127.88±5.75 a
T2	16.32±0.37 b	1.33±0.02 b	51.02±2.58 a	136.92±6.92 a
T3	16.53±0.71 ab	1.37±0.04 b	45.33±1.83 b	129.70±4.07 a
T4	16.92±0.88 ab	1.46±0.04 b	46.74±2.38 b	128.36±7.13 a
T5	17.47±0.53 a	1.72±0.13 a	47.24±1.66 ab	125.22±3.17 a

从表 4可知：随着有机肥替代比例的提高，土壤中有机质含量逐渐升高，表明有机肥替代化肥有助于增加土壤有机质；T5处理的土壤有机质含量最高，比CK、T1、T2处理显著增加了14.5%、7.9%、7.0%。

随着有机肥替代比例的提高，土壤中全氮含量逐步上升，显示出较好的氮素提升效果。T2~T4处理的土壤中全氮含量均显著高于CK、T1处理的，T2~T4处理间无显著性差异。T5处理的土壤中全氮含量最高，比CK、T1处理的显著提高了89.0%、49.6%。

CK处理的土壤中有效磷含量显著低于其他处理的。在施肥处理中，随着有机肥替代比例的提高，土壤中有效磷含量整体呈先升高后降低再缓慢升高的变化趋势，其中T2处理的土壤中有效磷含量最高，比CK、T1处理的显著增加了42.3%、12.1%。

T2处理的土壤中速效钾含量最高，比CK处理的显著提高了21.3%。在施肥处理中，随着有机肥替代比例的提高，土壤中速效钾含量呈先升高后逐步下降的变化趋势，T5处理的土壤中速效钾含量显著高于CK处理的，但低于T2、T3、T4处理的。这表明适宜的有机肥替代比例能够显著提高土壤中速效钾含量，但随着有机肥替代比例的进一步提高，钾的缓释效果可能受到限制，导致土壤中速效钾含量逐渐趋于稳定或略微下降。

3 讨论

本研究通过不同有机肥替代化肥比例的田间试验，系统性地分析了有机无机肥配施对小麦产量、养分吸收及土壤肥力的影响。结果表明，有机肥氮替代25%化肥氮可以基本保持小麦对氮、磷、钾素的吸收，并在产量和土壤肥力方面表现出积极作用。这表明合理的有机无机肥配施不仅有助于小麦养分的有效吸收，还可以改善土壤结构，为实现高效、可持续的农业生产提供了数据支撑。

3.1 有机肥替代对小麦养分吸收及产量的影响

从小麦的养分吸收情况来看，T2和T3处理在氮、磷、钾素吸收方面效果较理想，基本接近或略高于T1处理的。这可能是由于适量的有机肥不仅提供了植物生长所需的基础养分，还通过有机质分解持续释放营养成分，增加了土壤中有效氮、磷、钾的供应。

此外，适当比例的有机肥替代也有助于促进小麦产量的提升。在产量方面，T2处理的小麦产量最高，显著高于CK处理的且略高于T1处理的；T3处理的产量略低于T1处理的，但优于CK、T4、T5处理的。这表明，在25%~50%的替代比例下，有机无机肥配施能够为小麦提供充足的养分支持，满足其高产需求。随着有机肥替代比例的提高(T4和T5处理)，小麦的氮、磷、钾素吸收量和产量逐渐下降，尤其是在T5处理下，养分吸收量和产量均低于其他施肥处理的。这一现象可能与高比例有机肥替代化肥导致的速效养份供应不足有关^[14]，表明完全替代化肥的方式在短期内可能不利于满足小麦的高养分需求及高产要求。研究表明，有机肥与化肥配合施用能够改善土壤水、肥、气、热等环境条件，增强土壤保肥能力，提高土壤供肥能力^[15-17]。但有机肥分解和养分释放较慢，速效养分供应不及时^[18]，这就导致随着有机肥替代比例的提高，小麦产量及对养分的吸收量逐渐下降。

3.2 有机肥替代对土壤肥力的影响

研究表明，有机无机肥配施能够显著提高土壤肥力^[19]。随着有机肥替代比例的提高，土壤中有机质和全氮含量呈逐步提升的趋势，特别是在T5处理下，土壤中的有机质和全氮含量显著高于CK、T1处理的，结果与已有的研究相似^[20-21]，即有机肥的应用有助于提高土壤有机质水平和氮素含量，从而改善土壤的理化性状和肥力基础。T2处理的土壤中有效磷和速效钾含量最高，表明适量的有机肥替代能够更好地促进磷素与钾素的缓慢释放和积累，增强土壤的磷、钾供应能力。随着有机肥替代比例的提高，土壤中的有效磷、速效钾含量呈下降趋势，这与赵满兴等^[22]的研究结果相近，可能是有机肥养分释放速率慢，同时有机肥替代比例过高，短期内释放的速效养分无法满足作物生长高峰期的需求，导致土壤中有效磷、速效钾的含量降低。

4 结语

本研究通过田间小区试验，验证了畜禽粪污资源化还田的可行性与优越性。结果表明，采用有机肥氮替代25%化肥氮，能够在维持小麦产量与籽粒养分吸收的同时，显著提升土壤全氮、有效磷和速效钾含量，减少单纯施用化肥的环境风险。上述结果为乐陵市破解粪污治理压力、填补农田有机肥施用缺口，提供了一条行之有效的技术路径。建议在当地小麦-玉米种植体系中推广该技术模式，将丰富的畜禽粪污资源转化为提升土壤肥力、促进作物增产、实现农业绿色发展的关键优势。

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