化肥是农业生产中不可缺少的一部分，对作物高产稳产至关重要[1]。现阶段，不当或过量施用化肥引起了一定的生态问题，基于此，农业废弃物的资源化利用成为实现农业转型和绿色发展的有效途径之一[2]。黄伟等[3]研究指出，在外源肥料投入量均为等氮磷钾用量的条件下，有机肥替代部分磷肥、秸秆还田处理等有利于加速土壤养分转化，增加土壤速效养分、全量养分含量。张小红[4]研究指出，粪肥经过发酵等加工处理后，可作为有机肥返还到农田土壤中，该方法提高了粪污资源化利用水平，有利于发展种养一体化循环农业。粪肥还田对推动农业可持续发展具有重要的现实意义。
安徽五河位于淮河中游、淮北平原南端，主要农作物为水稻和小麦，该地区肥料施用以化肥为主。为推进当地种养结合循环经济发展，本研究在2021—2024年在研究区开展了稻、麦轮作系统绿色种养循环粪肥还田试验，以商品有机粪肥为材料，探索适宜的粪肥还田比例，研究其对小麦产量与土壤肥力的影响，为小麦绿色可持续生产提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地基本情况
试验在安徽五河县浍南镇杨集村（117°39' E，33°6' N）进行，气候类型与生态条件可代表沿淮大部分地区。该试验点以水稻、小麦轮作模式为主。其土壤类型为潴育型水稻土，0～20 cm土壤基本性状：pH 5.34、阳离子交换量38.69 cmol/kg、有机质含量25.4 g/kg、全氮含量1.277 g/kg、碱解氮含量84.0 mg/kg、有效磷含量14.8 mg/kg、速效钾含量196 mg/kg。
1.2 试验设计
根据项目要求，连续多年进行田间定位试验。试验设空白对照（T1）、常规施肥（T2）、常规优化施肥（T3）、粪肥替代15%无机肥（T4）、粪肥替代30%无机肥（T5） 5个处理，根据研究区测土配方施肥结果，设置2个粪肥替代氮肥处理，分别为粪肥替代15%氮肥（T6）、粪肥替代30%氮肥（T7）。共7个处理，每处理3次重复。小区面积30 m2，小区间隔1 m。各处理施肥方式见表1。小区采用随机区组排列，区组内土壤、地形等条件保持相对一致。选用的小麦品种为烟农19，商品有机粪肥（有机质含量32%，N、P2O5、K2O养分含量分别为1.5%、1.5%、2.0%）。种子及肥料均购自当地农资市场。各处理肥料作为基肥一次性施入，田间管理按当地常规管理方式进行。
表1 试验各处理小区施肥量 (kg/30 m2) |
| 处理 | 处理 | 有机 粪肥 | 化肥用量折纯 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 氮肥（N） | 磷肥 （P2O5） | 钾肥 （K2O） | |||
| T1 | 空白对照 | ||||
| T2 | 常规施肥 | 16.00 | 6.00 | 8 | |
| T3 | 常规优化施肥 | 15.00 | 6.00 | 8 | |
| T4 | 粪肥替代15%无机肥 | 150 | 12.75 | 3.75 | 5 |
| T5 | 粪肥替代30%无机肥 | 300 | 10.50 | 1.50 | 2 |
| T6 | 粪肥替代15%氮肥 | 150 | 12.75 | 6.00 | 8 |
| T7 | 粪肥替代30%氮肥 | 300 | 10.50 | 6.00 | 8 |
1.3 测定项目及方法
1.3.1 小麦产量
在小麦收获期，各小区单独收获，测定实际产量。
1.3.2 经济效益
肥料成本结合市场购买价格，按照尿素3 000元/t、硫酸钾5 000元/t、磷肥（普钙）900元/t、商品有机粪肥500元/t计算，小麦籽粒按照当年销售单价2.6元/kg计算。其他投入包括农药、种子、整地、播种等，统一按7 500元/hm2计算。
1.3.3 土壤理化性质
播种前和播种后各小区分别采样，使用电位法测定土壤pH，乙酸铵法测定阳离子交换量，重铬酸钾法测定有机质含量，微量凯氏定氮法测定全氮含量，碱解扩散法测定碱解氮含量，钼锑抗比色法测定有效磷含量，火焰光度法测定速效钾含量[3]。
1.4 数据分析
采用Excel 2013软件进行数据统计，SPSS 19.0软件进行数据方差分析（邓肯氏新复极差法）。
2 结果与分析
2.1 小麦产量及构成因素
各处理小麦产量如表2所示，连续3年进行粪肥还田后，粪肥替代处理（T4～T7）的有效穗数较常规施肥（T2）提高4.6%～5.3%，穗粒数较T2提高2.7%～4.5%。T4～T7处理的产量在9 217.5～9 442.5 kg/hm2，处理间差异无统计学意义（P>0.05），较T1增产47.5%～51.1%，较T2增产7.4%～10.1%，较T3增产7.7%～10.3%，差异具有统计学意义（P<0.05）。以T6处理的产量（9 442.5 kg/hm2）最高。综合来看，粪肥替代15%～30%无机肥或氮肥可提高小麦产量。
表2 各处理的小麦产量及构成因素 |
| 处理 | 有效穗数/（万穗/hm2） | 每穗粒数/粒 | 千粒重/g | 小麦产量/（kg/hm2） | 产量较T1±/% | 产量较T2±/% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| T1 | 514.5 | 33.1 | 45.1 | 6 247.5 c | ||
| T2 | 621.0 | 37.6 | 45.4 | 8 580.0 b | 37.3 | |
| T3 | 618.0 | 37.8 | 45.5 | 8 562.0 b | 37.0 | -0.2 |
| T4 | 649.5 | 38.9 | 45.5 | 9 328.5 a | 49.3 | 8.7 |
| T5 | 654.0 | 38.6 | 45.1 | 9 217.5 a | 47.5 | 7.4 |
| T6 | 649.5 | 39.3 | 45.6 | 9 442.5 a | 51.1 | 10.1 |
| T7 | 651.0 | 39.1 | 45.2 | 9 309.0 a | 49.0 | 8.5 |
|
2.2 经济效益
各处理经济效益如表3所示，粪肥替代处理有利于提高经济效益，T4～T7处理的肥料投入在3 315～4 710 元/hm2，经济效益在11 993～13 439元/hm2，较T2处理增收5.5%～18.2%。以T4处理的经济效益（13 439元/hm2）最好。综合来看，粪肥替代处理中，粪肥替代15%无机肥或氮肥处理的经济效益优于粪肥替代30%无机肥或氮肥处理。
表3 各处理的经济效益 |
| 处理 | 总收入/（元/hm2） | 肥料投入/（元/hm2） | 其他投入/（元/hm2） | 总投入/（元/hm2） | 经济效益/（元/hm2） | 较T2±/% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| T1 | 16 244 | 0 | 7 500 | 7 500 | 8 744 | |
| T2 | 22 308 | 3 435 | 7 500 | 10 935 | 11 373 | |
| T3 | 22 261 | 3 150 | 7 500 | 10 650 | 11 611 | 2.1 |
| T4 | 24 254 | 3 315 | 7 500 | 10 815 | 13 439 | 18.2 |
| T5 | 23 966 | 3 495 | 7 500 | 10 995 | 12 971 | 14.0 |
| T6 | 24 551 | 3 930 | 7 500 | 11 430 | 13 121 | 15.4 |
| T7 | 24 203 | 4 710 | 7 500 | 12 210 | 11 993 | 5.5 |
2.3 土壤养分及理化性质
各处理土壤养分和理化性质测定结果如表4所示。各处理pH在5.29～5.39，变化不明显；粪肥替代处理（T4～T7）的土壤阳离子交换量在39.86～40.96 cmol/kg，高于T2和T3处理；施肥处理（T2～T7）的土壤有机质含量在25.3～26.7 g/kg，全氮含量在1.273～1.313 g/kg，碱解氮含量在117.4～125.9 mg/kg，有效磷含量在13.9～16.6 mg/kg，速效钾含量在191～206 mg/kg，均高于T1处理。T4～T7处理的土壤平均阳离子交换量、有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为40.49 cmol/kg、26.2 g/kg、1.300 g/kg、123.5 mg/kg、15.7 mg/kg、198 mg/kg，较单施化肥处理（T2、T3）分别高1.88 cmol/kg、0.8 g/kg、0.025 g/kg、5.6 mg/kg、1.4 mg/kg、6 mg/kg。综合来看，粪肥替代处理增加了土壤阳离子交换量及土壤养分含量。
表4 各处理麦田的土壤养分及理化性质 |
| 处理 | pH | 阳离子交换量/（cmol/kg） | 有机质/（g/kg） | 全氮/（g/kg） | 碱解氮/（mg/kg） | 有效磷/（mg/kg） | 速效钾/（mg/kg） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| T1 | 5.34 | 35.61 | 21.8 | 1.110 | 83.2 | 11.5 | 153 |
| T2 | 5.29 | 38.61 | 25.3 | 1.273 | 118.4 | 14.7 | 192 |
| T3 | 5.38 | 38.61 | 25.4 | 1.276 | 117.4 | 13.9 | 191 |
| T4 | 5.36 | 39.86 | 26.0 | 1.295 | 122.2 | 14.6 | 194 |
| T5 | 5.39 | 40.38 | 26.7 | 1.313 | 125.9 | 15.2 | 194 |
| T6 | 5.34 | 40.77 | 25.7 | 1.286 | 121.2 | 16.4 | 199 |
| T7 | 5.38 | 40.96 | 26.5 | 1.306 | 124.8 | 16.6 | 206 |
3 结论与讨论
基于粪肥还田的种养一体化循环农业模式是生态农业的重要一环[5]。安娜等[6]、刘泰等[7]研究指出，粪肥还田可改善土壤结构，保持土壤肥力的持续稳定，提高作物产量，改善农业环境，提高农业可持续发展能力。但农业生产依然需要大量化肥，粪肥作为有机肥施用过量可能造成浪费和其他污染，因此基于养分平衡理念的有机、无机肥配施有利于土壤培肥与作物的增产提质[8-9]。王永刚[10]总结了小麦、玉米、水稻、苹果、梨等不同作物实施粪肥还田替代部分化肥的田间效果，发现粪肥还田对果树提质增产效果较好，可明显增加水果中的维生素C含量。张勇等[11]通过水稻粪肥还田试验，得出粪肥替代30%化肥处理的增产效果和经济效益较高。莫彦军[12]研究指出，在小麦生产上采用有机肥替代10%化肥的增产效果较佳。
通过连续3年的粪肥还田试验结果可以看出，粪肥替代部分无机肥或氮肥处理的小麦产量较常规施肥和常规优化施肥处理均有所提高，替代比例15%～30%时差异不明显。土壤肥力方面，粪肥替代处理较空白对照处理的多项指标均有明显提升，但与单施化肥处理相比，其阳离子交换量、有机质含量以及氮、磷、钾含量的提升效果不明显。本研究显示，短期（3年）粪肥还田能明显改善土壤肥力，但其长期效应仍需进一步观察。
综上所述，在本试验所有的施肥处理中，以粪肥替代15%无机肥或氮肥的小麦产量和经济效益较佳，即在研究区当前环境条件下，以粪肥替代15%无机肥或氮肥还田有利于小麦增产。