减氮配施有机肥对小麦衰老进程及产量的影响

摘要 ［目的］探明减氮配施有机肥对小麦衰老进程及产量的影响，以及合适的减氮配施有机肥比例。［方法］结合主成分分析法和隶属度函数法新构建了能定量表达小麦生长状态的植被生长指数（vegetation growth index，VGI），通过分析不同处理下小麦不同农艺性状参数、产量性状参数的变化规律，对减氮配施有机肥对小麦衰老进程及产量的影响进行评价。［结果］基肥减15%～20%的氮肥配施5 250～6 000 kg/hm2的有机肥作底肥，能够获得优于对照（CK1）的农艺性状表现，接近对照（CK1）的有效穗数，并对小麦千粒重产生一定的正向作用，从而在产量上表现出一定优势，同时还能延缓小麦生育后期的衰老进程。［结论］通过研究减氮配施有机肥对小麦衰老进程及产量的影响，明确了减少氮肥配施有机肥的最佳比例，能够为减少化肥用量，改善耕作土壤理化特性，培肥地力提供技术支撑。

关键词 小麦；有机肥；主成分分析；隶属度函数；植被生长指数；产量模型

中图分类号 S 318 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2025）05-0128-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.05.026

Effects of Nitrogen Reduction Combined with Organic Fertilizer on Aging Process and Yield of Wheat

WANG Kang-kang，ZHANG Peng，WANG Jing-jing et al

（Institute of Modern Agriculture Research， Jiangsu Provincial Agricultural Reclamation and Development Corporation， Nanjing， Jiangsu 210031）

Abstract ［Objective］To explore the effects of nitrogen reduction combined with organic fertilizer on the senescence process and yield of wheat， as well as the appropriate proportion of nitrogen reduction combined with organic fertilizer. ［Method］Combining principal component analysis （PCA） and membership function method， a new vegetation growth index was constructed to quantitatively express the growth status of wheat.The effects of nitrogen reduction combined with organic fertilizer on aging process and yield of wheat were evaluated by analyzing the variation of agronomic and yield parameters under different treatments. ［Result］The results showed that nitrogen fertilizer with a 15%-20% reduction in base fertilizer combined with organic fertilizer of 5 250-6 000 kg/hm2 as base fertilizer can achieve better agronomic performance than the control， close to the effective number of ears per mu of the control， and have a certain positive effect on the thousand grain weight of wheat， thus showing a certain advantage in yield. At the same time， it can also delay the aging process in the later stage of wheat growth.［Conclusion］By studying the effects of nitrogen reduction combined with organic fertilizer on the senescence process and yield of wheat， the best proportion of nitrogen reduction combined with organic fertilizer was determined， which can provide certain technical support for reducing the amount of chemical fertilizer and improving the physical and chemical characteristics of cultivated soil to cultivate fertility.

Key words Wheat;Organic fertilizer;Principal component analysis;Membership function;Vegetation growth index;Yield model

小麦是我国的主要粮食作物之一，其生产面积仅次于水稻生产面积，对于保障我国粮食安全有着不可替代的地位，而要实现小麦生产的绿色可持续发展，科学施肥是重要途径［1-2］。然而，随着经济发展和政策支持，2004年以来我国化肥产能过剩和农业化肥施用过量［3］，化肥对土壤和水体环境质量造成的负面影响明显增加。盲目地堆积施用大量化肥，以达到增产目的，不仅难以获得预期产量效益，还会降低农田作物的肥料利用率，同时导致过量肥料残留在土壤中，加剧环境污染的风险［3-4］，尤其是氮肥施用量过高，造成利用效率降低，单位面积氮肥残留量增加［5］。而有机无机肥配施在提升土壤肥力，增加农作物产量，提升肥料利用效率和水分利用效率等方面都有着显著的效果［6-8］。

陈明等［9］研究发现，氮、磷、钾配施有机肥有助于延缓杂交水稻的衰老进程，对于提高杂交水稻产量作用明显。于昕阳等［10］基于小麦田减少氮肥配施有机肥，发现渭北旱塬地区冬小麦生产中，合理的有机无机肥配施比例不仅能显著提高冬小麦对于氮、磷、钾素等养分的吸收，提升土壤中有机质、全氮、速效磷、速效钾的含量，还有助于提升冬小麦的水分利用效率。赵秀哲等［11］在常规施肥的基础上，于不同生育期追施有机肥，发现能增加水稻产量4.33%～12.17%，同时也能提高水稻精米率、整精米率。李银坤等［12］研究认为，减氮配施有机肥不仅能显著降低耕层土壤硝态氮含量，大幅提高氮肥利用率，还能增加冬小麦和夏玉米的生物量及产量。胡法龙等［13］研究发现，相对常规化肥处理，在施用黄腐酸生物有机肥300 kg/hm2的基础上，减氮10％、15％既有利于水稻氮素积累，又能显著提高水稻群体氮肥农学利用率和吸收利用率。李科等［14］针对小麦田减少氮肥配施有机肥，构建了肥料配施比例与产量的回归模型，认为配施比例为1∶0.34∶0.11∶1.09时小麦产量较高，肥料的利用率最大。袁浩凌等［15］研究发现，相较于常规施肥模式，有机肥替代无机肥、绿肥还田和控释肥减施氮肥模式，均能不同程度地减少稻田总氮径流流失量。方成等［16］研究发现，通过全生育期按比例减氮配施有机肥，能显著提升鲜食玉米籽粒品质，获得接近常规施肥方式下的产量和农艺性状表现。综上可见，大力推广减少氮肥配施有机肥的施肥策略，一方面可减少化肥用量，以缓解化肥施用过量带来的环境压力，另一方面可改善耕作土壤理化特性培肥地力，这对我国农作物生产的绿色可持续发展有积极意义。因此，笔者结合主成分分析法和隶属度函数法，通过构建一个能综合表达小麦生长状态的植被生长指数，来定量评价减少氮肥配施有机肥对小麦衰老进程的影响，通过分析不同处理下小麦不同农艺性状参数、产量性状参数的变化规律，来明确合适的减氮配施有机肥比例，构建小麦产量预测模型，以期为减少化肥用量，改善耕作土壤理化特性及培肥地力提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验在江苏省连云港市东辛农场生态试验基地进行。基地具有海洋性气候特征，温暖湿润，雨量充沛，无霜期长，年降雨量930.2 mm，年均气温13.7 ℃，土壤类型为滨海黏质盐土，地下水位随不同季节变化，一般在80～100 cm，旱季少数田块地下水埋深超过2 m。田间试验设6个不同氮肥用量水平为主处理，纯氮肥用量分别为0、351.00、0、298.35、280.80、263.25 kg/hm2。设施用有机肥3个副处理，有机肥用量分别为 5 250、6 000、6 750 kg/hm2。每个小区还分别施入磷（P2O5）103.50 kg/hm2，不施钾肥。共12个处理，每处理3次重复。小区面积为20 m2，试验中所用氮肥为尿素、磷酸二铵，磷肥为磷酸二铵、过磷酸钙。施用的有机肥为商品有机肥，各处理肥料施用情况见表1，有机肥养分含量表现为pH 9.0，有机质含量53.94%，氮含量2.16%，P2O5含量2.26%，K2O含量1.63%。试验所用小麦品种为淮麦33，播种量375 kg/hm2，采用人工撒播。小麦生育期间其他田间管理同大田。

1.2 指标测定与方法

1.2.1

农艺性状。每个小区连续挑选6株长势一致的小麦植株，于抽穗期、灌浆期、成熟期使用SPAD测试小麦旗叶叶绿素含量，取参试植株的平均值作为最终数据。同叶绿素测试植株，于抽穗期、灌浆期用直尺测量植株基部到穗顶端、不连芒的高度，取平均值作为株高。同叶绿素测试植株，于抽穗期、灌浆期，使用浙江托普云农科技股份有限公司生产的YMJ-A叶面积测量仪，测量小麦旗叶叶片面积。

1.2.2 产量性状。产量：全区收获计产；穗粒数：各小区调查记录穗粒数，取平均值；有效穗数：用0.333 m2的样方调查值换算；千粒重：每个小区测千粒重，取平均值。

1.2.3 叶绿素衰减率（attenuation rate of chlorophyll content，ARC）。抽穗期叶绿素含量减去成熟期叶绿素含量，除以抽穗期叶绿素含量，公式如下［9］：

式中：CCH为抽穗期叶绿素含量（chlorophyll content of heading stage），CCM为成熟期叶绿素含量（chlorophyll content of maturation stage），其值越小，代表对应处理下小麦衰老进程越慢。

1.3 数据处理

1.3.1 数据分析。

试验数据采用SPSS 16.0、Microsoft Excel 2016软件进行统计分析，采用GraphPad Prism 6软件进行作图；基于Matlab 2016a进行相关变量与产量间的灰色关联度分析。

基于Matlab 2016a使用主成分分析算法和隶属度函数算法构建植被生长指数（vegetation growth index，VGI），其计算思想源于土壤肥力评价中的土壤综合评价指数法［17-21］，并参照了前人的算法［22］。通过计算抽穗期、灌浆期的VGI综合反映小麦在2个生育期不同处理下叶面积、株高、叶绿素的综合变化，以定量表达小麦生长状态。