粮食产量与化学氮肥的施用量和施用比例关系密切。化学氮肥的大量施用，一定程度上影响土壤理化性质等。张永春等[1]研究不同施肥处理对研究区耕作层（0～15 cm）土壤酸化特征及酸化速率的影响，发现与不施肥对照相比，长期单施尿素使土壤pH下降了0.45个单位，同时土壤酸碱缓冲容量也下降了1.52 mmol/kg。施用腐熟粪肥对提高粪肥资源利用，改善耕地质量和稳定作物产量等具有重要意义。吕丽华等[2]研究有机肥替代化肥对小麦产量、品质及氮素效率的影响，表明20%有机肥替代氮肥明显改善0～40 cm土壤硝态氮含量，提高小麦对氮素吸收利用率，环境效益较好。王媛等[3]通过研究长期不同培肥处理对土壤有机氮组分及氮素矿化特性的影响，发现与单施化肥处理的土壤矿质态氮相比，有机肥和无机肥配施处理的土壤矿质态氮的释放较为平稳，更能满足作物生长期内对矿质态氮的需求。李庆逵[4]和周江明[5]研究认为，有机肥和化肥的配合施用能发挥肥料的交互作用，更好地协调植物生长环境，改善植物营养结构，降低生产成本，增加粮食作物的产量。张兰松等[6]研究显示，有机肥和无机肥配施比例相近时小麦的株高和叶面积最高。王永龙等[7]通过小麦施用生物有机无机复合肥的增产效果试验，表明施用生物有机无机肥组的小麦冬前总苗数、株高、单株次生根数量及第六叶长度均高于普通复合肥、单质氮肥和空白组。
相关研究主要集中在有机无机肥配施与小麦生物学特征、产量、土壤供氮特性和氮肥利用率的关系，针对小麦腐熟粪肥全量替代化肥的同效当量及对土壤质量、养分利用率的研究较少。本研究通过开展小麦腐熟粪肥有机氮同效当量试验，明确基施腐熟粪肥对其产量及构成因素、品质、养分吸收利用率和土壤理化性质的影响，旨在评价腐熟粪肥有机氮替代化学氮对小麦生产的效应，为小麦田施用腐熟粪肥类有机肥提供参考，以充分发挥腐熟粪肥在平衡养分中的重要作用。
1 材料与方法
1.1 试验地情况
试验地位于江苏淮安淮阴区马头镇双闸村。选择地势平坦、畦面齐整、肥力均匀、交通方便且具有代表性肥力水平的地块进行试验。土壤类型为黏质壤土，土壤pH 7.12、有机质2.49%、速效氮68.72 mg/kg、有效磷10.05 mg/kg、速效钾120.2 mg/kg、总氮1.26 g/kg和全磷0.75 g/kg。
1.2 试验材料
供试小麦品种为淮麦44。
供试肥料为三元复合肥（N:P:K为18:18:6）、尿素、过磷酸钙、硫酸钾和腐熟粪肥。该腐熟粪肥由淮阴亲农禽畜废弃物利用有限公司生产。堆肥原料为鸡粪、猪粪、牛粪和菌渣，其中鸡粪占比超过80%。粪肥取用时堆肥时间超过90 d，总氮含量16.38 g/kg，总磷8.95 g/kg，总钾13 g/kg，有机质含量357 g/kg等指标均符合NY/T 525—2021《有机肥料》要求。
1.3 试验设计
试验设置无氮（PK）、无机氮（N1PK）和等氮量腐熟粪肥100%氮替代（MN2PK）3个处理。每个处理施肥量如表1所示。
表1 小麦腐熟粪肥有机氮同效当量试验的施肥量单位：（kg/hm²） |
| 编号 | 试验处理 | 基肥 | 拔节肥 | 穗肥 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 无氮（PK） | 过磷酸钙：1 350 硫酸钾：108 | 0 | 0 |
| 2 | 无机氮（N1PK） | 复合肥：600 尿素：150 | 尿素：300 | 复合肥：300 |
| 3 | 腐熟粪肥 （MN2PK） | 腐熟粪肥：21 150 | 0 | 0 |
|
每个处理4次重复，小区面积20 m2，腐熟粪肥、磷肥和钾肥作基肥一次性施用；复合肥、尿素作基肥、拨节肥和穗肥施用[8]。
1.4 样品采集
1.4.1 小麦样品采集
小麦收获前取样测定，每个小区选择1个代表性样方，取样点随机选择0.25 m2样框，观测其叶色、分蘖数和株高等生长特性，调查总有效穗数、穗粒数、千粒重和产量，随机选10穗长势一致的作物，齐地剪断并用网袋装取，做好标记，带回实验室晾晒，粉碎后用于养分分析。
1.4.2 土壤样品采集
试验前和作物收获期，采用“S”形5点采样法采集耕层土壤混合样（0～20 cm）并分为两份，其中一份风干（500 g），另一份4 ℃保存（500 g），根据不同测定指标要求制作土壤样品。每个小区采集一个样品，试验共采集24个样品，每个样品用封口袋封存并标记。
1.5 指标检测和方法
1.5.1 小麦指标检测和方法
采集后105 ℃杀青，60 ℃烘干，烘干至恒重，粉碎备用。采用浓H2SO4-H2O2消煮流动分析仪测定氮、磷含量；用火焰光度计法测定总钾含量。其计算公式如式（1 ）～（6 ）。
植株氮累积量（kg/hm2）=植株干物质产量（kg/hm2）×植株氮含量（g/kg）×10-3
氮肥吸收利用率（%）=（施氮区地上部分吸氮量-不施氮区地上部分吸氮量）/施氮量×100
氮肥农学利用率（kg/kg）=（施氮区产量-不施氮区产量）/氮肥施用量
氮肥偏生产力=籽粒产量/氮肥施用量
腐熟粪肥有机氮同效当量（c）=（YM-YN0）/（YN-YN0）
腐熟粪肥氮替代率（%）=（腐熟粪肥用量×氮含量×有机氮同效当量）/总施氮量×100
1.5.2 土壤指标检测和方法
土样风干后进行20、100目过筛，测定土壤有机质、速效氮、有效磷、速效钾和pH等指标。土壤有机质含量采用LY/T 1237—1999《森林土壤有机质的测定及碳氮比的计算》重铬酸钾氧化—外加热法测定；速效氮含量采用氯化钾浸提，用连续流动化学分析仪测定；有效磷含量采用碳酸氢钠浸提、分光光度计比色法；速效钾含量采用NH4OAc浸提、火焰光度法测定；pH采用GB 6920—1986《水质 PH值的测定玻璃电极法》玻璃电极法（水土比为2.5:1）测定。
1.6 数据分析
采用Microsoft Excel 2016软件进行数据整理和作图，采用SPSS 22.0软件进行统计学分析。
2 结果与分析
2.1 对小麦产量及其构成因素的影响
由表2可知，与PK处理相比，施用腐熟粪肥明显提高了小麦的有效穗数、千粒重和产量（P<0.05）。与N1PK处理相比，MN2PK处理的小麦后有效穗数、穗粒数和千粒重分别降低了0.16%、1.99%和6.77%。腐熟粪肥等氮量施用，小麦植株前期长势差异不大，而千粒重有所降低，进而影响产量，实产下降了4.42%，差异无统计学意义（P>0.05）。
表2 不同处理对小麦产量及其构成因素影响 |
| 处理 | 有效穗数/（万穗/hm²） | 穗粒数/粒 | 千粒重/g | 理论产量/（kg/hm²） | 实测产量/（kg/hm²） |
|---|---|---|---|---|---|
| PK | 529.20 b | 33.2 a | 36.96 b | 5 518.5 b | 5 317.5 b |
| N1PK | 647.25 a | 35.2 a | 42.12 a | 8 187.0 a | 8 901.0 a |
| MN2PK | 646.20 a | 34.5 a | 39.27 a | 7 447.5 a | 8 508.0 a |
|
2.2 对小麦籽粒和秸秆养分积累量及品质的影响
2.2.1 对小麦籽粒和秸秆养分积累量的影响
由表3可知，N1PK和MN2PK处理的籽粒氮积累量175.5和162.0 kg/hm²，秸秆氮积累量70.5和64.5 kg/hm²；其含量均明显高于PK处理（P<0.05），其中MN2PK处理籽粒和秸秆氮积累量略低于N1PK处理，但处理间差异无统计学意义（P>0.05）。N1PK和MN2PK处理的小麦籽粒和秸秆磷积累量均明显高于PK处理（P<0.05），MN2PK处理籽粒磷积累量略低于N1PK处理，但处理间差异无统计学意义（P>0.05）。MN2PK处理的小麦籽粒钾积累量比N1PK处理增加10.04%，秸秆钾累积量比N1PK处理增加1.78%，表明腐熟粪肥替代化肥氮在氮、磷养分积累上效果不及化肥，但在钾素积累上效果较好。
表3 不同处理对小麦籽粒和秸秆氮、磷、钾养分积累量的影响单位：（kg/hm²） |
| 处理 | 氮素 | 磷素 | 钾素 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 籽粒 | 秸秆 | 籽粒 | 秸秆 | 籽粒 | 秸秆 | |
| PK | 79.5 b | 31.5 b | 28.95 b | 17.85 b | 34.05 a | 97.35 b |
| N1PK | 175.5 a | 70.5 a | 51.90 a | 32.25 a | 34.35 a | 143.55 a |
| MN2PK | 162.0 a | 64.5 a | 51.30 a | 31.80 a | 37.80 a | 146.10 a |
2.2.2 对小麦品质的影响
由表4可知，MN2PK处理的小麦蛋白含量13.08%，明显高于N1PK处理（11.93%），提高了9.64%（P<0.05），表明腐熟粪肥施用能够明显改善小麦的品质。
表4 不同处理小麦蛋白含量比较 |
| 处理 | 蛋白含量/% |
|---|---|
| PK | 9.50 c |
| N1PK | 11.93 b |
| MN2PK | 13.08 a |
2.3 对氮肥利用率的影响
由表5可知，MN2PK处理的氮肥吸收利用率、氮肥偏生产力和氮肥农学利用效率分别为24.8%、23.2 kg/kg和8.7 kg/kg，均低于N1PK处理的28.6%、24.2 kg/kg和9.7 kg/kg，但处理间差异无统计学意义（P>0.05）。腐熟粪肥有机氮替代化学氮的同效当量0.89，即1 kg腐熟粪肥有机氮相当于0.89 kg无机氮。
表5 腐熟粪肥替代化肥对氮肥利用率的影响 |
| 处理 | 氮肥吸收利用率/% | 氮肥偏生产力/（kg/kg） | 氮肥农学利用效率/（kg/kg） | 有效氮同效当量 |
|---|---|---|---|---|
| N1PK | 28.6 a | 24.2 a | 9.7 a | |
| MN2PK | 24.8 a | 23.2 a | 8.7 a | 0.89 |
2.4 对土壤理化性质的影响
由表6可知，与N1PK处理相比，MN2PK处理的土壤有机质含量有所提高，增幅达23.7%。表层土壤速效养分中，腐熟粪肥处理的土壤速效氮含量与无机氮处理相比，有较大幅下降，降幅10.3%。与无机氮处理相比，MN2PK处理的有效磷和速效钾含量明显增加（P<0.05），分别增加了40.9%和13.9%。与无机氮处理相比，腐熟粪肥处理使土壤pH明显升高（P<0.05），增加了0.12个单位。
表6 收获后不同处理土壤的有效养分含量 |
| 处理 | 有机质/ （g/kg） | 速效氮/ （mg/kg） | 有效磷/ （mg/kg） | 速效钾/ （mg/kg） | pH |
|---|---|---|---|---|---|
| PK | 22.6 b | 58.1 b | 9.06 b | 108.2 c | 7.13 c |
| N1PK | 24.9 ab | 76.6 a | 15.90 b | 224.3 b | 7.67 b |
| MN2PK | 30.8 a | 68.7 ab | 22.40 a | 255.4 a | 7.79 a |
3 结论与讨论
本试验结果表明，与无机氮处理相比，以鸡粪为主要原料的腐熟粪肥处理小麦产量及产量构成因素、氮肥利用率均有降低的趋势，腐熟粪肥等氮量施用，小麦植株前期长势差异不大，千粒重有所降低，最终影响产量。腐熟粪肥处理明显增加了小麦蛋白含量，对小麦品质提升效果较好；同时，腐熟粪肥处理显著增加了土壤有机质、有效磷、速效钾等肥力指标，对耕地土壤肥力提升效果明显。樊继刚等[9]研究小麦施用腐熟有机氮同效当量及其影响，发现施用腐熟粪肥有利于改良土壤酸碱度、提升耕层土壤肥力及改善小麦营养品质，与本试验结果一致。以鸡粪为主要原料的腐熟粪肥有机氮同效当量0.89，即1 kg腐熟粪肥有机氮对小麦产量贡献相当于0.89 kg无机氮。这与颜士敏等[10]对腐熟粪肥影响辣椒生产及其有机氮同效当量研究结果相似，腐熟鸡粪肥的有机氮同效当量可达0.84。
综上，施用腐熟粪肥类有机肥可以在一定程度上提升小麦品质，改善土壤理化性质，提升耕地质量。试验获得了以鸡粪为主要原料的腐熟粪肥有机氮同效当量，为畜禽粪污资源化利用提供了参考，有利于促进粪肥还田，推动农业绿色高质量发展。