不同沼液施用量对小麦生长及产量的影响

摘 要：为探讨沼液在小麦上的适宜用量用法，以规模化养殖场猪粪尿发酵的沼液作为肥源，以当地常规化学施肥为对照，研究不同沼液用量对小麦生长及产量等的影响。结果表明：施用沼液可使叶片颜色浓绿，叶片叶绿素含量与叶绿素仪测定值（SPAD）有随着沼液用量增加而增大的趋势。当沼液用量为450～600 t·hm-2时，气孔导度（Gs）、净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）等光合特性处于较优水平；并在达到600 t·hm-2时，其株高、茎基宽、地上部干重（灌浆期）相较于CK（常规化学施肥）分别增长13.1%、11.7%、39.8%，显著提高了单位面积穗数和每穗粒数，使产量较CK提高8.1%～8.9%。但当沼液用量超过600 t·hm-2时，这些性状不升反降，还易使小麦熟期推迟，引起茬口矛盾或导致籽粒未充分成熟而千粒重降低，且影响小麦品质。

关键词：沼液；用量；小麦；产量；光合特性

中图分类号：S 512.106.2文献标识码：A文章编号：1008-0384（2018）02-144-06

Abstract：Application of biogas sludgein soil for optimal wheat cultivation was investigated. Pig manure collected from large-scale hog farms was fermented prior to using as fertilizer to compare with the chemical agentcommonly used by local farmers.Variedbiogas slurry application rates were applied to evaluate the growth and grain yield of the wheat in the field. It was found that the plant leavesbecame greener and SPAD value heightened at higher sludge addition rates. At rates rangingbetween 450 t·hm-2and 600 t·hm-2， the photosynthetic characteristics， such as Gs， Pn， Ci and Tr，of the plants were high. And， the plant height， stem diameter， and shoot dry weight at the grain filling stage increased by 3.1%， 11.7%， and 9.8%， respectively， over those of control that was chemically fertilized，as the rate reached 600 t·hm-2. In addition， the panicle number per unit area and the grain count per panicle significantly increased， and the grain yield increased by 8.1%-8.9%. However， beyond that addition level， the photosynthesis of the wheat plantsdeclined and the grain maturationdelayed， which ill-affectedthe crop rotation， as well as the filling， 1 000 grain weightand quality of the grains.

Key words： biogas slurry： application rate； wheat； yield； photosynthetic characteristics

在作物种植中，化肥作为肥料的利用率较低，生产成本高，且易导致土壤质量下降[1-2]。沼液在农业生产上被视为一种良好的肥源，含有N、P、K等多种植物生长所需养分和丰富的有机质及各种生长激素、维生素等，具有肥效高、易被植物吸收等优点[2-3]，对提高农产品产量、降低生产成本、改良土壤都有积极的作用[1，4-7]。推进沼液在农业生产中的应用，既可为农田提供肥料又可减少规模养殖废弃物的环境污染，还能实现农业节水灌溉，能够有效地推动农牧业发展的有机结合，促进高效循环低碳农业技术的推广应用[8-9]。

目前，将沼液用于农业生产已有较多的研究与应用，如在稻麦、瓜果、蔬菜等不同作物上开展施用量优化增效的研究[8-10]，在农作物上开展化肥和沼肥配合施用的研究[11-13]，在沼液对作物光合作用、产量品质、病虫害防治、土壤质量的影响等方面进行的研究[6-8，14-15]。虽然这些研究证明了沼液具有诸多优势，但由于气候环境、土壤条件、沼液理化性状等因素在各地区存在较大差异，沼液使用方法也存在很大不同，否则易造成肥料利用率下降、作物生长受抑制、产量品质下降等不良影响[2，7-8，16]。因此，在农业生产中应做到因地制宜、合理高效的使用沼液。本试验以沿淮地区稻麦两熟农田的小麦为对象，研究了猪厂沼液完全替代化肥条件下对小麦生长、产量等方面的影响，探讨了沼液在小麦种植中的适宜施用量等问题，以期为生产实践提供理论指导，并为制定沼液在小麦上的施用规范提供科学依据。

1 材料與方法

1.1 试验材料

试验在江苏省淮安市淮阴区杨庙村进行，为小麦-水稻的一年两熟种植模式。沼液取自试验田附近某猪场，供试小麦品种为‘淮麦30’。2016年11月5日播种，2017年6月8日收获。沼液、试验田土壤及所用化学肥料基本性状见表1。

1.2 试验设置

试验设计如表2所示，沼液处理（处理1～5）在小麦播种后灌溉沼液作基肥，在2月底小麦分蘖拔节期灌溉沼液作追肥。对照处理（CK）在小麦播种前整地时施入基肥， 2月底施入分蘖肥，4月中旬施入穗肥。每小区面积为4 m×7 m =28 m2，重复3次，完全随机区组排列。各小区小麦基本苗一致，均为270×104株·hm-2。小区其余田间管理按常规进行。

1.3 测定项目

1.3.1 株高、茎基宽、地上部干重 分别在小麦拔节期、孕穗期和灌浆期（实际测定日期分别为2017年3月28日、4月28日、5月18日，下同），取各个处理具有代表性的麦株主茎，分别测量株高、茎基宽，并将其杀青烘干称量干重。

1.3.2 叶绿素含量 分别在小麦拔节期、孕穗期和灌浆期，选取植株倒1完全展开功能叶使用叶绿素测定仪 （型号：KONICA SPAD 502 PLUS）测定叶片中间部位SPAD值。

1.3.3 叶片光合强度、荧光强度 分别在小麦拔节期、孕穗期和灌浆期选取植株倒1完全展开功能叶使用LI-6400型便携式光合测定仪测定叶片中间部位的光合强度，包括叶片净光合速率（Pn）、细胞间隙CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）等。

1.3.4 小麦产量及其构成因素测定 成熟后，各小区随机选取1 m2小麦进行测产考种，同时调查产量构成因素，3次重复，取平均值。

1.4 数据处理

使用Excel和SPSS 21统计软件进行数据整理及统计分析，处理间多重比较用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 沼液施用对株高、茎基宽、地上部干重的影响

表3所示为小麦分别在拔节期、孕穗期、灌浆期时各处理间的地上部性状比较。从施用沼液处理间看，株高、茎基宽、地上部干重等3个性状指标呈现了相似表现，均随着沼液施用量的增加而有增大趋势，但当沼液施用量继续增加达到600 t·hm-2（即T4）时，增加趋势减缓或无显著差异，处理间比较情况为T5=T4≥T3>T2>T1。结果表明，沼液施用量的增加有助于增加小麦生长所需养分的供给，有利于营养生长，使其株型更为粗壮高大；当沼液施用量达到600 t·hm-2时，已能满足麦株养分需求，继续增加沼液用量无更多促进作用，属于无效供应。从施用沼液处理与施用传统化肥施肥处理（CK）之间看，施用沼液处理的3个性状均显著高于对照，这可能是是由于沼液肥效长且养分供应充足，可以更好地促进小麦营养生长及养分积累。

2.2 沼液施用对叶片SPAD值的影响

使用SPAD值对小麦叶片叶色进行衡量（表3）。在整个生育期中，施用沼液处理的叶片SPAD值均显著高于CK，叶片颜色浓绿，而CK处理叶色稍淡。这可能是因为CK所施为化学肥料，其中尿素提供的氮肥肥效短易造成氮肥供应不足而使叶色变淡，而沼液中含有丰富养分和有机质，肥效持久具缓释效果，能维持叶色浓绿。从施用沼液处理间看，3个生育期的SPAD值均呈现同一趋势，即T5=T4=T3>T2>T1，当沼液用量低于450 t·hm-2（即T3）时，SPAD值随着沼液施用量的增加而增大；当沼液用量加大到450 t·hm-2以后，SPAD值较为稳定，田间处理麦株叶色一致。结果表明，沼液中养分丰富且肥效持久，当施用量为450 t·hm-2时即能满足小麦生长需求，使叶色浓绿，有助于增强光合作用。

2.3 沼液施用对叶片光合强度的影响

图1所示为各处理小麦叶片分别在拔节期、孕穗期、灌浆期的光合强度比较，包括气孔导度（Gs）、净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）4个光合特性。

从气孔导度来看，各处理在小麦生育期中呈现先上升后下降的趋势，在孕穗期最大，拔节期次之，灌浆期最低。在拔节期，处理间气孔导度表现为T4>T5=T3>T2=CK>T1，在孕穗期和灌浆期的表现与此相似。当沼液施用量较低时（如T1）所提供的养分不能更满足小麦生长的需求，抑制了叶片的气孔导度；当沼液用量增加后，可以有效提高叶片的气孔导度，增强叶片的光合能力；当沼液施用量达到600 t·hm-2后，叶片气孔导度不再增加甚至下降，表明过量施用沼液反而会抑制气孔导度，不利于光合作用，同时也造成沼液的利用率下降。

从净光合速率来看，各处理均在孕穗期达到最高峰，不同生育期小麦净光合速率表现为孕穗期>拔节期>灌浆期。如图1，在拔节期T4处理（600 t·hm-2）的净光合速率最高，与其他沼液处理差异显著，并且显著高于CK，处理间表现为T4>T5=T3>T2=CK>T1，随着沼液施用量的增加小麦叶片净光合速率也随之增大，当沼液施用量达到600 t·hm-2（T4）时净光合速率反而减小。在孕穗期和灌浆期的小麦叶片净光合速率与拔节期表现基本一致，说明适量的沼液施用有利于提高叶片的净光合速率，但不宜过量施用。

从胞间CO2浓度来看，各处理在小麦生育期中呈现先下降后上升的趋势，具体表现为灌浆期>拔节期>孕穗期。在拔节期，处理间胞间CO2浓度表现为T1=T5>CK=T2>T4>T3，孕穗期表现与灌浆期相似，为T5>T1>T2>CK>T4>T3。小麦叶片胞间CO2浓度随着沼液施用量的增加而降低，当沼液施用量达到450 t·hm-2（T3）后，增加沼液用量其有回升趋势。说明适量的施用沼液（450 t·hm-2）可以有效增强叶片的光合作用，从而较多的消耗掉CO2，降低胞间CO2浓度，而过量施用沼液则不利于小麦叶片的光合作用。

从蒸腾速率来看，各處理均在孕穗期达到最高峰，不同生育期小麦蒸腾速率表现为孕穗期>拔节期>灌浆期。从图1可以看出，在拔节期随着沼液施用量的增加小麦蒸腾速率呈下降趋势，当施用量继续加大时，蒸腾速率有回升趋势。在孕穗期和灌浆期的小麦蒸腾速率与拔节期表现基本一致，说明沼液的施用一定程度上抑制了叶片的蒸腾作用。

总的来说，不同生育期小麦的光合作用表现为孕穗期>拔节期>灌浆期，光合能力随着沼液施用量的增加而增强，当过量施用沼液时，光合能力则会受到抑制。

2.4 沼液施用对小麦产量的影响

小区测产结果（表4）表明，小麦产量总体上随沼液总施用量的增加呈先增加后减少的变化趋势。从单位面积穗数来看，总体上随沼液总施用量的增加呈先增加后趋稳的变化趋势。当沼液施用量过低时会显著影响最终穗数，如T1相较于T4和CK分别下降5.7%、6.8%，这是由于沼液施用量过低会导致养分供应不足，影响小麦分蘖能力；当沼液施用量过高时单位面积穗数有趋稳甚至下降趋势，这可能是因为过多的沼液使小麦营养生长过于旺盛，对一些分蘖产生遮蔽作用，导致无效分蘖增多而使有效穗数降低。

从每穗粒数来看，与单位面积穗数具有相同的趋势，并且沼液各处理均显著高于CK。表明施用沼液能够有效促进小麦营养生长，叶片宽长浓绿光合能力强，有利于“源”的积累，促使小麦形成大穗，每穗粒数增加。

从千粒重来看，随沼液总施用量的增加呈逐渐降低的变化趋势，并均低于施用化肥的处理（CK）。这可能是因为施用沼液易导致小麦贪青迟熟，沼液施用量越大则迟熟现象越严重，而施用化肥的处理熟期较早。这样当各处理同一时期收获时，CK得到充分灌浆已经完全成熟，其千粒重最高；而此时沼液处理并未达到最佳收获期，成熟不充分导致千粒重下降，且沼液施用量越大的处理迟熟越严重，千粒重也相应降低。

总的来说，适量施用沼液（450～600 t·hm-2）可以显著提高单位面积穗数，并提高每穗粒数，田间呈现大穗现象，使最终产量较CK能有所提高（增产8.1%～8.9%），但同时因为施用沼液使小麦贪青，熟期推迟，易导致收获时籽粒未能充分成熟而千粒重降低，一定程度上影响了小麦的品质。

3 讨 论

沼液养分全面，含有丰富的氮磷钾、有机质及各种生理活性物质，具有肥效高、速缓效兼备、易被植物吸收等优点[7-8，17]。王卫平等[18]、王月霞等[19]研究表明，施用沼液可以使土壤整体质量有所提高，明显增加土壤有机质、全氮、速效氮、磷、钾等营养元素的含量，孙国峰等[8]、万海文等[14]研究表明沼液能显著提高土壤酶活性，提高土壤养分含量，促进小麦生长发育。本试验结果也表明，施用沼液能显著促进小麦的营养生长，株高、茎基宽、地上部干重等性状均随着沼液施用量的增加而有增大趋势，当沼液施用量达到600 t·hm-2时，增加趋势减缓或无差异。沼液中富含各种养分及有机质，较于传统化肥，施用沼液有助于增加小麦生长所需养分的供给，使其株型更为粗壮高大，可以更好地促进小麦营养生长及养分积累，为小麦的健壮生长及后期的籽粒灌浆打下坚实的基础。

作物保持较多的绿色叶面积有利于改善自身辐射，加强光合能力并延长光合时间，延缓作物衰老[20-21]。本试验中，当沼液用量低于450 t·hm-2时，叶片SPAD值随着沼液量的增加而增大，沼液用量继续加大，SPAD值趋于稳定。在整个生育期中，施用沼液的小麦叶片叶色浓绿，而施化肥小麦叶色稍淡，这是由于沼液中含有丰富养分和有机质，肥效持久具缓释效果，能维持叶色浓绿。孙会娜等[20]研究表明，小麦旗叶叶绿素含量与其净光合速率呈显著的正相关。本试验结果表明，不同生育期小麦的光合作用表现为孕穗期>拔节期>灌浆期，当沼液用量增加后，可以有效提高叶片的气孔导度和净光合速率，增强叶片的光合能力，但当沼液施用量达到600 t·hm-2后，二者不再增加甚至下降。胞间CO2浓度表现也说明施用适量沼液可以有效增强叶片光合作用，较多的消耗掉CO2，降低胞间CO2浓度。另一方面，施用沼液一定程度上抑制了叶片的蒸腾作用，并不利于叶片的光合作用，但总的来说光合能力随着沼液施用量的增加而增强，当过量施用时，光合能力则会受到抑制，同时也造成沼液的利用率下降。万海文等[14]、冯伟等[15]研究也表明，沼液可明显提高小麦光合能力，其效果受沼液总施用量和施用时期的影响，过量施用会导致营养生长旺盛，上部叶片过于宽大，遮蔽了中下部叶片，使叶片衰老加快，抑制了小麦叶片的净光合速率，使光合产物输出减少，形成光合产物对光合器官的反馈抑制。

本试验结果表明小麦产量总体上随沼液总施用量的增加呈先增加后减少的变化趋势。适量施用沼液（450～600 t·hm-2）可以促进小麦营养生长，增强分蘖能力，显著提高单位面积穗数，并且叶片宽大浓绿光合能力强，有利于“源”的积累，促使形成大穗，每穗粒数显著增加，使最终产量较施用化肥小麦能得到增高。这与魏章焕等[9]、万海文等[14]研究结果一致，认为沼液提高了土壤肥力及光合作用，显著增加小麦有效穗数、成穗率，能有效提高小麦产量。但同时，前人在蔬菜、稻麦等不同作物上进行的一些研究对于沼液全量替代化肥对产量的影响并未得到一致的结果[18-19，22]，这可能与气候环境、作物种类、土壤状况、沼液理化性状、沼液使用方法等因素有关。本试验结果也发现，随沼液施用量的增加小麦千粒重呈逐渐降低的变化趋势，在一定程度上影响了小麦的品质。原因可能是在本試验中随着沼液用量的增加，小麦成熟期延迟3～7 d，发生贪青迟熟现象，而施用化肥的小麦熟期较早，当同时收获时，施用沼液的小麦并未达到最佳收获期，成熟不充分导致千粒重下降。孙国峰等[18]、岑汤校等[23]研究发现施用沼液小麦营养生长旺盛，始穗期、齐穗期和成熟期均有所推迟，成熟期延迟2～3 d，应注意沼液的施用量与施用方法，减轻小麦贪青迟熟现象的发生。

4 结 论

本研究结果表明，在沿淮地区稻麦两熟模式下的小麦种植中，沼液全量代替化学肥料可以促进小麦产量的提高。沼液施用量过低或过高不利于小麦生长及产量的提高，当沼液施用量在450～600 t·hm-2时，小麦的综合表现最好，株型高大粗壮，叶片宽长浓绿，能有效增强光合能力，提高单位面积穗数和每穗粒数，使产量较施用化学肥料小麦提高8.1%～8.9%。但同时也发现，由于植株营养生长过于旺盛，易使小麦熟期推迟，引起茬口矛盾或导致籽粒未充分成熟而品质劣化。因此在小麦实际生产中，沼液施用量控制在450～600 t·hm-2较为适宜，分基肥、追肥2次施用，后期追施量不宜过多，时期不宜过迟。另外，沼液施用量、施用方法因各地气候条件、土壤条件、沼液理化性状不同会呈现较大的差异[14，24-25]，本试验所述施用方式未必适合其他地区的小麦种植，在实际生产中应做到因地制宜，根据气候、土壤、沼液等条件综合研究，合理高效利用沼液。

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（责任编辑：柯文辉）

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