摘要
氮肥投入量过多不仅不能增加作物产量，反而损失大量氮肥，破坏水体生态系统，造成地下水污染等众多问题。有机肥中含有作物生长发育所需要的大量元素、微量元素和植物生长调节剂等活性物质，探究有机肥替代化学氮肥的合理比例对黑土保育及小麦生长发育具有重要意义。本研究以田间试验的方法，共设5个试验处理:不施肥(CK)、有机肥替代100％化学氮肥(M)、有机肥替代50％化学氮肥(M1N1)、有机肥替代25％化学氮肥(M2N2)及100％化学氮肥(N)，将所有肥料做基肥一次性施入土壤，研究种植春小麦过程中耕层土壤(0～20cm)有机碳氮组分含量及其敏感度指数(SI)变化、土壤可溶性有机碳组成成分和结构特征、不同比例有机肥替代化学氮肥处理对小麦(籽粒、秸秆、颖壳)养分吸收、产量、氮肥利用率、品质的影响，探讨有机肥替代化学氮肥减施技术与土壤碳组分及东北春小麦养分吸收之间的相互关系，为寻求东北春麦区有机肥替代化学氮肥的合理范围提供理论依据。研究结果表明: 1.土壤有机碳(SOC)以M处理最高，为24.30g·kg-1，N处理土壤全氮(TN)含量显著高于其他处理，为2.70g·kg-1，M2N2处理土壤C/N值最高，为12.28;N处理土壤碱解氮(AN)和速效钾(AK)含量最高，分别为194.49mg·kg-1和229.73mg·kg-1，M处理土壤速效磷(AP)含量最高，为29.42mg·kg-1;土壤颗粒有机碳(POC)、易氧化有机碳(ROC)和微生物量碳(MBC)含量均以有机肥替代化学氮肥处理(M1N1处理和M2N2处理)显著高于其他处理;M处理土壤DOC显著高于其他处理，为325.97mg·kg-1;土壤中有机碳各密度组分—游离态轻组有机碳(L-LFOC)、闭蓄态轻组有机碳(O-LFOC)、重组有机碳(HFOC)含量均以N处理最高，M处理次之，各密度组分中的有机碳含量均随有机碳施用量的增加而增加;M2N2处理下土壤POC(5.91％)、ROC(20.45％)、DOC(1.34％)、MBC(1.39％)和HFOC(91.14％)在SOC中的占比最高，表明他们在M2N2处理下活性最高;在不同测定指标中以MBC的SI值最高，表明土壤中活性碳组分MBC反应更为灵敏，在该地区可将MBC作为早期有机物变化的指示物。 2.土壤DOC三维荧光图谱显示出富里酸类物质、腐殖酸类物质两个荧光特征峰;与CK处理相比，M2N2处理土壤DOC荧光结构较富里酸类物质与类腐殖酸物质荧光峰激发/发射波长均有蓝移现象且荧光区域积分百分比增加，荧光Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ区域积分百分比均显著降低;各处理土壤DOC的荧光指数(FI370)分布在1.54～1.59范围内，自生源指数(BIX)范围在0.67-0.69，均表明各处理土壤均具有相对较强的陆生源特性;各处理土壤DOC的腐殖化系数(HIX)均小于0.85，表明土壤腐质化程度均较低，而M2N2处理HIX为0.84，显著高于其他处理，表明M2N2处理能够增加土壤碳储量;平行因子分析法分析识别出3个荧光组分，分为2个腐殖质类组分(富里酸类物质和腐殖酸类物质)及1个类蛋白组分(类酪氨酸蛋白质物质);M处理下土壤DOC总荧光强度最高，具有较高的相对浓度;施肥处理3个组分荧光强度均高于CK处理，表明施肥能够提高土壤腐质化程度，合理的有机肥配施化学氮肥更能增加DOC的有效性，提升土壤供肥能力;土壤DOC中3个有机组分的相对比重以C1最高，接近50％，表明该地区土壤中小分子物质占有较大比例，腐殖化程度低。 3.氮素施用量相同情况下，拔节期小麦叶绿素含量和叶面积指数(LAI)由高到低均为N处理＞有机无机配施处理＞M处理;N处理下麦籽粒产量最高，为4414.06kg·hm-2，M2N2处理次之，为4410.17kg·hm-2;小麦各产量构成指标均以M2N2处理最高，N处理次之，小麦产量与各产量构成指标呈极显著正相关(P＜0.01);小麦秸秆和颖壳N、P、K2O养分总含量均以N处理居高，小麦籽粒养分总含量以M2N2处理最高;小麦吸收氮养分量和氮肥表观利用率均以M2N2处理最高，分别为103.93kg·hm-2和36.84％;氮肥的农学效率以N处理最高，为31.11％，M2N2处理次之，为30.97％;小麦品质指标(籽粒品质、面粉品质、面团品质)均以N处理最高，达到强中筋小麦标准，其他处理小麦籽粒品质均达到中筋小麦品质要求。 综上所述，在东北春小麦种植区域，采用有机肥替代化肥0～25％可以在增加土壤养分含量，提高小麦产量和氮肥利用率、培肥土壤和提升土壤供肥水平的同时减少土壤过量施用化肥带来的负面作用。
NETL