小麦作为重要的粮食作物之一，在安徽泗县地区的种植面积较大，产量较高。近年来，各地积极探索实施有机肥替代化肥技术，使施肥结构得以优化。尹荣秀等[1]研究指出，与单施化肥相比，有机肥替代可有效改良土壤性质，提高土壤肥力，改善土壤生态环境。黄红蕾[2]研究指出，施用有机肥是较直接、有效补充土壤有机质的方法之一。随着有机肥、水溶肥的施用，以及水肥一体化等技术的推广，种植户对有机肥的接受度逐渐提高，其在蔬菜上的施用量逐年增加。张喜平等[3]、肖倩[4]研究指出，有机肥与无机肥配合施用可明显提高小麦产量，以有机肥代替30%~50%化肥施用的效果较佳。马明清等[5]研究表明，有机肥和无机肥配施可增强小麦抗倒、抗寒能力，对其后期结实率和千粒重的提高效果较好；吕凤莲等[6]研究指出，小麦、玉米轮作模式下，有机肥替代75%氮肥可提高作物产量和氮利用效率，增加经济效益。不同地区土壤类型不同，施肥量也有区别[7]。为探索泗县小麦有机肥替代部分化肥的适宜比例，本研究在泗县洋湖农场开展有机肥替代化肥试验，以摸索适宜的有机肥替代比例，为有机肥和无机肥科学混合施用提供参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试小麦品种为隆平899。氮肥选用氮含量46%的尿素；磷肥选用磷含量12%的过磷酸钙（P2O5）；钾肥选用钾含量60%的氧化钾（K2O）。有机肥主要成分为鸡粪，配以秸秆、蘑菇菌包和稻壳等，采用高温发酵方式充分发酵（N 2.13%、P2O5 2.01%、K2O 1.84%）。
1.2 供试地基本情况
试验地在安徽泗县长沟镇洋湖农场，地块平坦、整齐、肥力均匀、排灌方便。种植制度为小麦、玉米轮作。
1.3 试验设计
试验小区面积20 m2 （4 m×5 m），共设7个处理，每个处理3次重复，小区随机排列。根据当地种植施肥习惯，确定常规施肥N∶P∶K配比为30∶16∶12，优化施肥N∶P∶K配比为26∶12∶10。有机肥替代部分化肥以优化施肥量为基础。试验处理如表1所示。
表1 有机肥部分替代无机肥试验设计单位：（kg/20 m2） |
| 编号 | 处理 | N | P2O5 | K2O | 有机肥 |
|---|---|---|---|---|---|
| 处理1 | 空白不施肥 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 处理2 | 常规施肥 | 0.978 | 2.000 | 0.300 | 0 |
| 处理3 | 优化施肥 | 0.848 | 1.500 | 0.250 | 0 |
| 处理4 | 有机无机配施1 （有机肥替代15%化肥） | 0.721 | 1.040 | 0.165 | 2.74 |
| 处理5 | 有机无机配施2 （有机肥替代30%化肥） | 0.594 | 0.525 | 0.080 | 5.49 |
| 处理6 | 氮替代1 （有机肥替代15%氮肥） | 0.721 | 1.500 | 0.250 | 2.74 |
| 处理7 | 氮替代2 （有机肥替代30%氮肥） | 0.594 | 1.500 | 0.250 | 5.49 |
1.4 试验管理
前茬作物玉米收获后进行整地，设置保护行，划分试验小区，将试验肥料作为基肥一次性施入小区，各试验区单灌单排，小区外围设置保护行，田间管理与当地高产小麦田相同。2022年10月11日播种，2023年5月28日收获，生长期230 d。试验期间，除肥料施用量不同外，其他田间管理措施保持一致。
1.5 测定指标及方法
试验田小麦成熟后，各小区单独收获，测定产量，计算单位面积产量。各小区使用面积0.5 m2的圆圈采集小麦样品，进行室内考种，采用凯氏定氮法和旋光法测定小麦籽粒蛋白质含量和淀粉含量。根据小麦产量及试验成本，计算经济效益。按五点取样法采集各试验小区耕层土壤，剔除杂质，经实验室制备后用浓H2SO4-H2O2消煮，采用凯氏定氮法、钼锑抗比色法、火焰光度法分别测定土壤中氮、磷、钾含量，并测定土壤有机质含量和pH。
1.6 数据分析和计算
采用Excel 2003软件对数据进行处理和表格制作。
2 结果与分析
2.1 不同处理对小麦产量影响
如表2所示，与未施肥（处理1）相比，施肥处理的小麦产量明显增加，其增产幅度在51.57%～83.33%，其中处理4的增产幅度最高，为83.33%。与处理2相比，处理3～7的小麦产量均明显提高，增幅分别为16.60%、20.95%、9.75%、19.92%和19.09%。与处理3相比，处理4、6和7表现出增产趋势，增产幅度在2.14%～3.74%。各处理平均产量为8 633.33 kg/hm2，处理2～7的平均产量为9 188.89 kg/hm2，处理4～7的平均产量为9 433.33 kg/hm2，比处理2～7的平均产量增长2.66%，比各处理平均产量增长9.27%。由此看出，在有机无机配施替代和有机肥替代部分化肥处理中，有机肥替代处理均能提高小麦产量。
表2 不同处理对小麦产量的影响 |
| 编号 | 小区面积/m2 | 小区产量/kg | 小区平均产量/kg | 产量/ （kg/hm2） | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 重复1 | 重复2 | 重复3 | ||||
| 处理1 | 20 | 10.1 | 10.7 | 11.0 | 10.60 | 5 300.00 |
| 处理2 | 20 | 16.5 | 16.1 | 15.6 | 16.07 | 8 033.33 |
| 处理3 | 20 | 19.4 | 18.2 | 18.6 | 18.73 | 9 366.67 |
| 处理4 | 20 | 19.7 | 19.4 | 19.2 | 19.43 | 9 716.67 |
| 处理5 | 20 | 17.3 | 17.5 | 18.1 | 17.63 | 8 816.67 |
| 处理6 | 20 | 19.3 | 18.6 | 19.9 | 19.27 | 9 633.33 |
| 处理7 | 20 | 19.7 | 19.0 | 18.7 | 19.13 | 9 566.67 |
2.2 不同处理对小麦品质的影响
不同处理的小麦籽粒中总蛋白和淀粉含量如表3所示，与处理1相比，处理2～7的总蛋白含量和淀粉含量呈增长趋势，分别增长2.4～3.3个百分点和0.9～1.4个百分点，其中处理5的总蛋白含量最高，为13.5%；处理5和处理7的淀粉含量最高，为67.7%。与处理2相比，处理3～7的总蛋白含量增长0.2～0.9个百分点；处理3、5、6和7的淀粉含量增长0.1～0.4个百分点。由此可得，施用肥料对小麦籽粒中总蛋白和淀粉含量的增加有促进趋势，采用有机肥替代部分化肥处理对小麦籽粒总蛋白和淀粉含量增加的促进作用优于常规施肥处理。
表3 不同处理对小麦品质的影响单位：% |
| 编号 | 总蛋白含量 | 淀粉含量 |
|---|---|---|
| 处理1 | 10.2 | 66.3 |
| 处理2 | 12.6 | 67.3 |
| 处理3 | 12.8 | 67.4 |
| 处理4 | 13.2 | 67.2 |
| 处理5 | 13.5 | 67.7 |
| 处理6 | 12.9 | 67.5 |
| 处理7 | 13.1 | 67.7 |
2.3 不同处理对小麦经济效益的影响
通过本试验中小麦整个生长过程所需费用和收益，计算净利润与产投比，分析各处理的小麦经济效益。如表4所示，有机肥替代部分化肥处理中，化肥施用量降低有效减少了其投入成本，但同时增加了有机肥的投入成本及管理成本。与处理2相比，处理3～7的化肥施用成本减少了472.5～1 519.5元/hm2。各施肥处理中，处理4的净利润最高，为20 192.1元/hm2，处理2的净利润最低，为16 094.0元/hm2。各处理的平均净利润为17 979.2元/hm2，处理2～7的平均净利润为18 855.7元/hm2，处理3～7的平均净利润为19 408.1元/hm2。与处理3相比，处理4～7的化肥成本减少了229.5～1 047.0元/hm2，但有机肥成本、管理成本有所增加。除了处理4的净利润较处理3增加了425.6元/hm2，处理5～7的净利润均有所减少，减少了60.9～1 683.8元/hm2。各处理的产投比均小于10，平均产投比为7.0，其中处理3的产投比最高，为8.3，处理2的产投比最低，为6.1。综合来看，在有机肥替代部分化肥处理中，有机肥15%替代比例效果要优于有机肥30%替代比例。
表4 不同处理的小麦经济效益及产投比 |
| 编号 | 产量/（kg/hm2） | 产值/（元/hm2） | 化肥成本/（元/hm2） | 有机肥成本/（元/hm2） | 管理成本/（元/hm2） | 净利润/（元/hm2） | 产投比 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 处理1 | 5 300.00 | 12 720.0 | 0 | 0 | 0 | 12 720.0 | |
| 处理2 | 8 033.33 | 19 280.0 | 2 886.0 | 0 | 300.0 | 16 094.0 | 6.1 |
| 处理3 | 9 366.67 | 22 480.0 | 2 413.5 | 0 | 300.0 | 19 766.5 | 8.3 |
| 处理4 | 9 716.67 | 23 320.0 | 1 897.5 | 480.4 | 750.0 | 20 192.1 | 7.5 |
| 处理5 | 8 816.67 | 21 160.0 | 1 366.5 | 960.8 | 750.0 | 18 082.8 | 6.9 |
| 处理6 | 9 633.33 | 23 120.0 | 2 184.0 | 480.4 | 750.0 | 19 705.6 | 6.8 |
| 处理7 | 9 566.67 | 22 960.0 | 1 956.0 | 960.8 | 750.0 | 19 293.3 | 6.3 |
2.4 不同处理对土壤理化性质影响
2.4.1 有效养分含量
如表5所示，处理2～7的土壤中碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷和全钾的含量较处理1有所增加，其含量分别增加了17.14%～23.40%、35.43%～69.20%、5.98%～22.55%、1.43%～5.00%、11.32%～22.64%和0.19%～5.75%。与处理2相比，处理3～7的有效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾的含量分别增长0.43%～24.93%、1.47%～15.63%、2.11%～3.52%、0～10.17%和1.67%～5.56%。由此可得，采用有机肥替代部分化肥对土壤中有效磷、速效钾、全氮、全磷和全钾含量的增加有促进作用。
表5 不同处理对土壤有效养分的影响 |
| 编号 | 碱解氮/（mg/kg） | 有效磷/（mg/kg） | 速效钾/（mg/kg） | 全氮/（g/kg） | 全磷/（g/kg） | 全钾/（g/kg） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 处理1 | 78.20 | 22.24 | 153.90 | 1.40 | 0.53 | 5.39 |
| 处理2 | 94.30 | 30.12 | 163.10 | 1.42 | 0.59 | 5.40 |
| 处理3 | 92.60 | 30.56 | 165.50 | 1.45 | 0.59 | 5.59 |
| 处理4 | 96.50 | 32.20 | 171.90 | 1.46 | 0.61 | 5.58 |
| 处理5 | 93.10 | 30.25 | 187.20 | 1.47 | 0.61 | 5.67 |
| 处理6 | 91.90 | 32.47 | 188.60 | 1.45 | 0.64 | 5.70 |
| 处理7 | 91.60 | 37.63 | 178.80 | 1.46 | 0.65 | 5.49 |
2.4.2 有机质含量及pH
如表6所示，与处理1相比，处理2～7的土壤有机质含量增幅在0.78%～2.72%；与处理2相比，处理3～7的土壤有机质含量有所降低，降幅在0.38%～1.89%。不同处理的土壤pH变化幅度不明显。综合来看，施肥处理的土壤有机质含量较不施肥处理有所增加。
表6 不同处理对土壤有机质和pH的影响 |
| 编号 | 有机质/（g/kg） | pH |
|---|---|---|
| 处理1 | 25.70 | 5.51 |
| 处理2 | 26.40 | 5.47 |
| 处理3 | 26.10 | 5.51 |
| 处理4 | 25.90 | 5.53 |
| 处理5 | 26.20 | 5.52 |
| 处理6 | 26.30 | 5.52 |
| 处理7 | 26.30 | 5.65 |