沼液替代化肥氮对冬小麦产量、品质及生长发育的影响

2018年9月·第35卷·第5期：467-475JournalofAgriculturalResourcesandEnvironment

September2018·Vol.35·No.5：467-475王桂良，张家宏，王守红,等.沼液替代化肥氮对冬小麦产量、品质及生长发育的影响[J].农业资源与环境学报,2018,35（5）:467-475.

WANGGui-liang,ZHANGJia-hong,WANGShou-hong,etal.Effectsofchemicalfertilizernitrogensubstitutionbybiogasslurryonyield,qualityandgrowthcharacteristicsofwinterwheat[J].JournalofAgriculturalResourcesandEnvironment,2018,35（5）:467-475.

沼液替代化肥氮对冬小麦产量、品质及生长发育的影响

王桂良1，张家宏1*，王守红1，寇祥明1，徐毕建花2，吴雷明2

荣2，韩光明1，唐鹤军2，朱凌宇1，

（1.江苏里下河地区农业科学研究所，江苏扬州225007；2.江苏省生态农业工程技术研究中心，江苏扬州225009）

摘要：研究了沼液替代不同比例化肥氮对冬小麦产量、生长发育特征（生育进程、株高动态、群体动态和干物质积累动态）、品质和

重金属含量的影响。结果表明：随着沼液施用量的增加，小麦产量显著增加（P<0.05），以沼液替代50%化肥氮（50%Nbs）处理产量最高，为7.75t·hm-2，比全施化肥（Ncf）处理增产18.14%；以沼液替代100%化肥氮（100%Nbs）处理与Ncf处理产量差异不显著（P>0.05）；籽粒千粒重呈显著下降趋势（P<0.05）；穗粒数和收获指数呈先上升后下降趋势。随着沼液替代化肥氮比例的增加，小麦各生育期株高、分蘖数和干物质积累量都呈现逐渐增加的趋势；成熟期，100%Nbs处理地上部干物质积累量显著高于Ncf处理（P<0.05）；以沼液替代200%化肥氮（200%Nbs）处理的小麦株高、分蘖数和地上部干物质积累量都显著高于Ncf处理（P<0.05）。施用沼液可改善小麦品质；提高小麦籽粒的Cu和Zn含量，显著降低Cd和Cr含量（P<0.05），对Pb和As含量影响不显著（P>0.05）。各处理籽粒重金属含量均低于相应的污染物限量标准。当沼液替代化肥氮比例达到50%以上，由于贪青晚熟，以及基部节间长度显著增长等原因可能导致倒伏、减产，施入大量沼液也可能导致二次污染风险。因此，本研究初步认为，在本试验条件下，麦田灌溉沼液替代化肥氮最佳比例为50%。

关键词：沼液；替代化肥；小麦；生长发育；品质；重金属中图分类号：S14

文献标志码：A

文章编号：2095-6819（2018）05-0467-09

doi:10.13254/j.jare.2018.0001

Effectsofchemicalfertilizernitrogensubstitutionbybiogasslurryonyield,qualityandgrowthcharac⁃

WANGGui-liang1,ZHANGJia-hong1*,WANGShou-hong1,KOUXiang-ming1,XURong2,HANGuang-ming1,TANGHe-jun2,ZHU（1.LixiaheDistrictAgriculturalInstituteofJiangsu,Yangzhou225007,China;2.EcologicalAgriculturalEngineeringTechnologyResearchCenterofJiangsu,Yangzhou225009,China）

Abstract：AfieldexperimentwasconductedtostudytheeffectsofdifferentratiosofchemicalfertilizernitrogensubstitutionbybiogasslurryLing-yu1,BIJian-hua2,WULei-ming2

teristicsofwinterwheat

onyield,growthcharacteristics（developmentprogress,plantheightdynamic,populationdynamicanddrymatteraccumulationdynamic）,qualityandheavymetalcontentofwinterwheat.Theresultsshowedthatwinterwheatyieldincreasedsignificantly（P<0.05）,withtheincreaseoftheratiosofchemicalfertilizernitrogensubstitutionbybiogasslurry,andtheyieldofthetreatmentwith50%chemicalfertilizernitrogensubstitutionbybiogasslurry（50%Nbs）wasthehighest,about7.75t·hm-2,18.14%higherthanthetreatmentwithtotalchemicalpresentedasignificantdecliningtrend（P<0.05）;thegrainsnumberperspikeandharvestindexincreasedatfirstandthendecreased,with

fertilizernitrogen（Ncf）.Therewerenosignificantdifferencesbetweentheyieldsof100%NbsandNcf（P>0.05）.The1000-kernelsweight

收稿日期：2018-01-02录用日期：2018-01-22基金项目：江苏省农业科技自主创新资金项目（CX（16）1003）；江苏省农业三新工程项目（SXGC[2017]161，SXGC[2017]168）；江苏省重点研发计划项

目（社会发展）（BE2017688）；江苏省农业标准化试点项目（苏质监标发[2017]46号）；江苏省特色示范基地建设项目（KF（17）1022）；扬州市重点研发计划项目（社会发展）（YZ2016071）；扬州市粮食绿色增产“1120”工程项目

作者简介：王桂良（1983—），男，江苏兴化人，博士，助理研究员，从事农业有机废弃物处理与资源化利用研究。E-mail：wgl0520@126.com*通信作者：张家宏E-mail：yzzhangjh@126.com

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theincreaseoftheratiosofchemicalfertilizernitrogensubstitutionbybiogasslurry.Theplantheight,tillernumberanddrymatteraccumulationindifferentstagespresentedthegradualincrementtrend;inmaturity,theabovegrounddrymatteraccumulationof100%NbswassignificantlyhigherthanthatofNcf（P<0.05）,Theplantheight,tillernumberanddrymatteraccumulationof200%NbsweresignificantlyhigherthantheseofNcf（P<0.05）.Biogasslurrycouldimprovewheatquality,andincreasegrainCu,Zncontents,decreasegrainheavymetalofeachtreatmentwerelowerthanthemaximumlevelsofcontaminantsinfoods.Whentheratioofchemicalfertilizercouldleadtolodgeandyieldreduction,andbecauseofgreateruseofbiogasslurrycouldleadtotheriskofsecondarypollution.Therefore,inourpreliminarystudy,inthisexperiment,theoptimalratioofchemicalfertilizernitrogensubstitutionbybiogasslurrywas50%.Keywords：biogasslurry;chemicalfertilizernitrogensubstitution;wheat;growth;quality;heavymetal

grainCd,Crcontents,significantly（P<0.05）,andhadnosignificantinfluencesongrainPb,Ascontents（P>0.05）.Thecontentsofthesenitrogensubstitutionbybiogasslurryraisedabove50%,becauseoftheprolongedgrowthdurationandtheincreasedbasalinternodelength

沼液是沼气工程的副产物，其中氮、磷、钾等元素含量较高，无法满足直接排放的要求[1-2]。随着近年来沼气工程的快速发展，沼液产生量越来越大，如何处理沼液的问题日益突出。以循环农业理念为指导，农田施用沼液，一方面可减少或避免沼液排放带来的环境风险；另一方面可利用沼液资源，减少化肥的施用[3-5]。因此，研究沼液在农田上的应用效果，对促进农牧结合的生态循环农业模式的推广应用具有十分重要的意义。关于这方面内容，国内外已有不少报道[6-8]。冯伟等[6]研究认为在基施沼液的基础上追施化肥氮可提高小麦产量，在氮投入基追比为1∶1条件下小麦高产和优质兼顾。黄红英等[7]开展了连续2年不同沼液替代化肥比例的等氮田间试验，结果表明以50%沼液替代比例处理小麦产量最高，其产量比单施化肥处理提高7.8%。高威等[4]认为沼液和化肥配施体而言，以越冬期灌入约90m3·hm-2处理废水、穗期

1.1试验地点及供试品种

1材料与方法

试验于2016—2017年在江苏省扬州市江都区郭

村（32°26.57′N，119°48.93′E）进行，该地区属亚热带湿润气候区，平均海拔5m，年平均气温14.9℃，平均降水量为978.7mm，年均日照时数为2140h，年无霜期为220d。土壤类型为高沙土，前茬作物为水稻，土壤pH为7.25，有机质含量17.82g·kg-1，全氮1.23g·kg-1，碱解氮67.93mg·kg-1，速效磷34.71mg·kg-1，速效1.57mg·kg-1，As12.15mg·kg-1。

钾183.19mg·kg-1；重金属元素含量：Cu3.17mg·kg-1，Zn7.05mg·kg-1，Cd0.15mg·kg-1，Cr22.73mg·kg-1，Pb

供试小麦品种为强筋小麦“扬麦23”；沼液来源

于邻近麦田的年出栏约2万头猪场（扬州陵都养殖有限公司）的沼气工程，小麦全生育期共施用2次沼液，其主要理化性质见表1。1.2试验设计

试验共设置6个处理（表2），包括1个全施化肥

能促进小麦植株微量元素的提高并改善籽粒品质，整施用化肥氮90kg·hm-2为宜。这类报道阐明了施用沼液对小麦产量及品质的影响，为麦田适宜的沼液施用量提供相关的参考依据。然而，关于施用沼液对小麦生长发育动态特征方面的研究鲜有报道，为更加系统深入地了解施用沼液如何影响小麦生长发育，从而影响产量，本试验设置沼液替代不同比例化肥氮处理，探讨施用沼液对小麦生育进程、株高动态、群体动态和干物质积累动态等方面的影响，以期为大面积麦田施用沼液技术的推广和应用提供一定的理论依据和数据支撑。

处理（Ncf，180kgN·hm-2、75kgP2O5·hm-2、75kgK2O·50%Nbs、70%Nbs、100%Nbs和200%Nbs），各处理间氮磷钾养分施用量相同。以Ncf处理氮磷钾养分施分，分别用尿素、过磷酸钙和氯化钾补充。以Ncf处

hm-2）和5个沼液替代化肥氮处理（替代30%、50%、70%、100%和200%化肥氮，分别标记为30%Nbs、

用量为参照，各施用沼液处理中氮磷钾养分不足的部

理氮肥施用量为参照，遵照氮肥用量一致的原则，依

表1沼液主要理化性质（mg·kg-1）

Table1Mainphysicalandchemicalpropertiesofbiogasslurry（mg·kg-1）

全氮/mg·kg-1全磷/mg·kg-1全钾/mg·kg-1

506.16539.8512.3713.11252.34267.51Cu/mg·kg-1Zn/mg·kg-1Cd/mg·kg-1Cr/mg·kg-1Pb/mg·kg-1As/mg·kg-1

0.1560.2010.2300.2380.0020.0020.0160.0190.0930.0970.0320.041pH次数12日期2016/11/252017/3/207.37.4—468—

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据替代比例及沼液氮含量确定沼液用量。各沼液替代化肥氮处理中，扣除基施及追施沼液带入的磷钾养分（参考基施沼液中磷钾养分含量），确定基施磷钾肥用量。施用化肥品种分别为尿素（N46.4%）、过磷酸钙（P2O512%）和氯化钾（K2O60%）。各试验小区面积次。2016年11月6日播种，播量为225kg·hm-2，病虫草害防治按当地常规方法进行管理。

3月24日（拔节期）施用，施用比例分别为40%和

沼液分别于2016年11月28日（苗期）和2017年

218m（长4.5m，宽4m），各处理随机区组排列，重复3

min，80℃下烘干至恒重后称重，成熟期样品，分为籽粒和秸秆两部分，分别烘干称重。1.3.4产量及其构成因素

2018年9月2.5m）区域小麦进行实割、脱粒、晒干扬净后称重测产。成熟期取约35株样品，在分开籽粒和秸秆的同时，进行室内考种，测定穗粒数和千粒重。1.3.5小麦品质及重金属含量

2

避开边行和取样区域，对每小区中央7m（3m×

采用瑞典Perten公司生产的SKCS-4100型单粒

60%。各处理沼液和化肥施用具体情况见表2。采用

谷物特性测定仪测定籽粒硬度，采用DA7200型品质分析仪测定籽粒和面粉品质（包括容重、稳定时间、湿

[8]

面筋含量、沉降值、蛋白质含量）。籽粒的Cu、Zn、

潜水泵和皮管从露天储存池中将沼液引流到试验小区田边，用15L塑料桶定量后直接均匀撒施在麦田。为避免用量过大时沼液溢出田埂，一次施不完时分两次施，两次相隔3~5d。1.3测定项目与方法1.3.1分蘖动态

Cd、Cr、Pb、As含量用Agilent7500a型电感耦合等离ter，ICP-MS，美国）测定[9]。1.4数据处理与统计分析

子体质谱（Inductivelycoupledplasmamassspectrome⁃

收获指数=籽粒产量/地上部干物质积累量抽穗后干物质同化贡献率=（成熟期干物质量-

小麦出苗后10d，每小区选择长势均匀的区域，

围3个50cm×50cm的固定调查点，分别在分蘖、拔节、抽穗和成熟期调查各点分蘖数。

从分蘖期开始，在每个固定调查点中，选取长势均匀的连续20~25株，对分蘖发生情况挂牌追踪。每个主茎和分蘖挂上标签，并注明分蘖的次级，每4d挂牌1次。成熟期根据单株标记牌记录各次级分蘖数和成穗数。1.3.2株高及节间长度

抽穗期干物质量）/籽粒产量×100%

干物质转运率=［抽穗期干物质量-（成熟期干物质量-籽粒产量）］/抽穗期干物质量×100%

干物质转运贡献率=［抽穗期干物质量-（成熟期干物质量-籽粒产量）］/籽粒产量×100%

采用MicrosoftExcel2007软件进行数据处理并绘制图表，采用SPSS19.0软件进行数据间多重比较（LSD法）和相关性分析。

小麦分蘖、拔节、抽穗和成熟期，在每个固定调查

点附近，取约35个连续的长势均匀的茎蘖，测定植株株高，并在成熟期测定基部和穗下节间长度。1.3.3地上部干物质积累动态

测量样品株高和节间长度后，于105℃下杀青30

2.1施用沼液对小麦产量及构成因素的影响

2结果与分析

从表3可知，随着沼液替代化肥氮比例的增加，

各处理小麦产量差异显著（P<0.05），并呈现先增加后

表2各处理不同生育期施肥情况

Table2Applicationoffertilizersindifferentstagesfordifferenttreatments

苗期处理Ncf沼液/t·hm—42.6771.12142.25284.5099.57

-2拔节期化肥/kg·hm-2P2O5

K2O沼液/t·hm—100.03140.04200.06400.1160.02

-2化肥/kg·hm-2108.0075.6054.0032.40——N沼液合计/t·hm-2

—102.69171.15239.61342.30684.6130%Nbs50%Nbs100%Nbs200%Nbs70%Nbs

72.0050.4036.0021.60——

N75.0071.9869.9667.9564.9254.8575.0042.5620.93———

注：“—”表示不施用沼液和化肥。

Note：“—”meanswithoutbiogasslurryorchemicalfertilizers.

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下降的趋势，其中50%Nbs处理最高，为7.75t·hm-2，比Ncf处理增加18.14%。100%Nbs处理产量与Ncf处理差异不显著（P>0.05）；有效穗数呈现逐渐上升的趋势，200%Nbs处理最高，为5.72×106个·hm-2，比Ncf处理增加25.37%；穗粒数呈现先增加后下降的趋势，其中50%Nbs处理最高，为55.16个，比Ncf处理增加27.74%；Ncf处理千粒重最大，为41.71g，施用沼液处于其他各处理（P<0.05），为32.54g。2.2施用沼液对小麦生长发育的影响

理平均千粒重为37.68g，其中200%Nbs处理显著低

延迟，全生育期天数为207d，比Ncf处理延长5d。

成熟期小麦株高平均为74.10cm，拔节期的小麦分蘖数最多，平均为1.04×107个·hm-2，成熟期小麦地上部干物质积累量最大，平均为19.53t·hm-2（图1）。分蘖期，各处理株高、分蘖数和地上部干物质积累量都无显著性差异。拔节期、抽穗期和成熟期，随着沼液替代化肥氮比例的增加，小麦株高、分蘖数和地上部干物质积累量呈现逐渐上升的趋势。成熟期，100%Nbs处理的株高和分蘖数与Ncf处理之间无显Ncf处理（P<0.05）；200%Nbs处理的小麦株高、分蘖数hm-2，分别增加8.49%、25.37%和31.40%。

著性差异（P>0.05），地上部干物质积累量显著高于和地上部干物质积累量都显著高于Ncf处理（P<

由表4可知，30%Nbs、50%Nbs和70%Nbs处理全

生育期天数与Ncf处理无显著差异，平均为202d。与其他等氮处理相比较，100%Nbs处理，拔节期稍有提前，而抽穗和成熟期都有所延迟，全生育期天数为前期生育进程进一步提前，生长后期生育进程进一步205d，比Ncf处理延长3d。200%Nbs处理小麦生长

0.05），分别为77.62cm、5.72×106个·hm-2、22.65t·

施用沼液后小麦成熟期基部和穗下节间长度都

有显著性提高（P<0.05，表5）。随着沼液替代化肥氮

表3施用沼液对小麦产量及构成因素的影响

Table3Effectsofbiogasslurryapplicationonwheatyieldandyieldcomponents处理30%Nbs50%Nbs100%Nbs200%Nbs70%NbsNcf有效穗数/104个·hm-2

穗粒数/个

千粒重/g

产量/t·hm-2

456.00±22.00c456.50±24.37c491.00±27.98bc531.33±20.93ab571.67±24.78a471.33±25.93c

52.22±1.89ab55.16±2.11a53.57±2.12a45.61±1.98c43.18±2.07c41.71±1.50a40.65±1.42a39.07±2.01ab36.14±1.99b32.54±1.72c40.00±1.07a

6.56±0.28c6.68±0.31c7.40±0.25ab7.25±0.49ab7.01±0.27bc7.75±0.17a

49.83±2.02b

注：不同字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。

Note:Differentlettersindicatesignificantdifferencesamongtreatments（P<0.05）.Thesamebelow.

表4施用沼液对小麦生育进程的影响（年/月/日）

Table4Effectsofbiogasslurryapplicationonwheatdevelopmentprogress（year/month/day）处理30%Nbs50%Nbs100%Nbs200%Nbs70%NbsNcf播种期2016/11/62016/11/62016/11/62016/11/62016/11/62016/11/6出苗期2016/11/142016/11/142016/11/142016/11/142016/11/142016/11/14拔节期2017/3/152017/3/152017/3/142017/3/132017/3/122017/3/11抽穗期2017/4/182017/4/182017/4/172017/4/172017/4/192017/4/20成熟期2017/5/272017/5/272017/5/282017/5/262017/5/302017/6/1全生育期时间/d

202202203201205207表5施用沼液对成熟期小麦基部和穗下节间长度的影响

Table5Effectsofbiogasslurryapplicationonlengthofbasalinternodeandrachisinternodeofwheatinmaturity处理30%Nbs50%Nbs100%Nbs200%Nbs70%NbsNcf基部节间长度/cm2.72±0.23b2.71±0.20b2.97±0.21ab2.99±0.27ab3.33±0.18a2.82±0.15b

基部节间长度占株高比例/%

3.80±0.31a3.78±0.27a3.83±0.37a3.98±0.28a4.01±0.31a4.24±0.29a穗下节间长度/cm26.32±1.77b26.34±1.78b29.80±2.09a29.90±2.12a30.04±1.71a穗下节间长度占株高比例/%

36.79±3.11a36.74±2.79a40.40±4.25a40.11±4.17a39.28±2.51a38.70±3.75a29.25±1.11ab

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908070株高/cm6050403020100aaaaaababababbaaababababbbbabbb2018年9月分蘖期拔节期a抽穗期成熟期1400分蘖数/104个·hm-212001000800600400200030干物质积累量/t·hm2520151050aaaaaa分蘖期Ncf30%Nbs拔节期-2ccccbbbbbbaaaaaa分蘖期拔节期抽穗期aababcccc成熟期acababbbabbcccbaccabbb抽穗期70%Nbs100%Nbs成熟期200%Nbs50%Nbs不同字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同

Differentlettersindicatesignificantdifferencesamongtreatments（P<0.05）.Thesamebelow

图1施用沼液对各生育期小麦株高、分蘖数和干物质累积量的影响

Figure1Effectsofbiogasslurryapplicationonwheatheight，tillernumberanddrymatteraccumulationindifferentstages

比例的增加，小麦基部节间长度呈现逐渐上升的趋势，其中，200%Nbs处理最高，为3.33cm，比Ncf处理增加22.50%。100%Nbs与Ncf处理间差异不显著（P>0.05）。基部节间长度占株高比例同样以200%Nbs处理为最高。各处理中，Ncf处理小麦穗下节间长度最小，为26.32cm，当沼液替代化肥氮比例增加到50%，小麦穗下节间长度显著增加至29.80cm，之后不再有显著性变化。同样，穗下节间长度占株高比例也是50%Nbs处理最高，之后不再增加。

随着沼液替代化肥氮比例的增加，小麦一次分蘖数呈逐渐上升的趋势（表6），200%Nbs处理显著高于其他各处理，为7.17个·株-1；一次分蘖成穗数在50%Nbs处理时较大，之后不再有显著性变化；一次分蘖成穗率呈现先上升后下降的趋势，50%Nbs处理最高，为48.46%；100%Nbs处理与Ncf处理差异不显著（P>0.05）。随着沼液替代化肥氮比例的增加，小麦二次分蘖数呈逐渐上升的趋势，而只有100%Nbs和200%Nbs处理有成穗数。随着沼液替代化肥氮比例

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表6施用沼液对小麦单株分蘖特征的影响

Table6Effectsofbiogasslurryapplicationontilleringcharacteristicofsinglewheatplant

处理Ncf一次分蘖

分蘖数

成穗数

成穗率/%

分蘖数

二次分蘖

成穗数

成穗率/%

分蘖数

单株分蘖成穗数

成穗率/%

30%Nbs50%Nbs100%Nbs200%Nbs70%Nbs

5.50±0.29c6.19±0.37b6.62±0.21b6.55±0.34b7.17±0.31a5.52±0.27c

2.55±0.19b2.61±0.15b3.00±0.17a3.19±0.20a3.05±0.19a3.09±0.21a46.36±4.52a47.24±4.50a48.46±4.21a48.20±3.72a46.53±3.50a43.03±4.71a0.22±0.01d0.24±0.01d0.50±0.05b0.65±0.05a0.38±0.02c

0.15±0.01e0000.090.260

00018.1840.000

5.65±0.30d5.74±0.28d7.00±0.23b7.05±0.39b7.83±0.36a6.43±0.38c

2.55±0.19c3.00±0.17b2.61±0.15c

45.13±4.32a45.45±4.27a46.67±4.12a44.52±3.32ab42.78±4.52b45.58±3.68a

3.19±0.20ab3.14±0.19ab3.35±0.22a的增加，单株分蘖数及成穗数都呈逐渐增加的趋势，而单株成穗率则呈现先上升后下降的趋势，50%Nbs处理最高，为46.67%；100%Nbs与Ncf处理间差异不显著（P>0.05），200%Nbs处理则显著低于Ncf处理（P<0.05）。

由表7可见，随着沼液替代化肥氮比例的增加，小麦收获指数呈现先增加后下降的趋势，50%Nbs处理最高，为0.51；100%Nbs与Ncf处理间差异不显著（P>0.05），200%Nbs处理为0.35，显著小于其他各处理（P<0.05）。分蘖期至拔节期、拔节期至抽穗期，随着沼液替代化肥氮比例的增加，小麦地上部干物质积累增加量呈现逐渐上升的趋势；抽穗期至成熟期，则呈现先增加后下降的趋势，50%Nbs处理显著高于其他各处理（P<0.05），为7.51t·hm-2。

随着沼液替代化肥氮比例的增加，小麦抽穗后干物质同化贡献率显现逐渐上升趋势，100%Nbs和200%Nbs处理之间差异不显著（P>0.05），平均为78.21%，并显著高于Ncf处理（P<0.05）；而干物质转运处理显著低于Ncf处理（P<0.05）。随着沼液替代化肥氮比例的增加，干物质转运率呈现先上升后下降的趋势，50%Nbs处理显著高于其他各处理，为19.96%。2.3施用沼液对小麦品质的影响

与Ncf处理相比，施用沼液处理的小麦面团稳定

贡献率则呈现逐渐下降的趋势，100%Nbs和200%Nbs

时间、湿面筋含量、沉降值、蛋白质含量等品质指标都有所增加（表8），并且，随着沼液替代化肥氮比例的增加，都呈现逐渐上升的趋势，200%Nbs处理最高，分别为12.27min、32.92%、48.29mL和14.90%。各处理

表7施用沼液对小麦地上部干物质同化及转运的影响

Table7Effectsofbiogasslurryapplicationondrymatteraccumulationandtransportationofwheat

处理Ncf收获指数0.44±0.01c0.51±0.01a0.43±0.01c

地上部干物质积累增加量/t·hm-2

分蘖期至拔节期拔节期至抽穗期抽穗期至成熟期5.20±0.35bc5.62±0.38abc5.86±0.41ab6.29±0.45a5.12±0.43c5.12±0.37c5.99±0.51c5.78±0.49c6.07±0.52c7.47±0.47b9.55±0.49a6.20±0.50c

5.63±0.39a5.80±0.45a7.51±0.53a7.19±0.49a7.08±0.32a6.20±0.41a抽穗后干物质

同化贡献率/%73.92±4.11a73.94±5.28a76.11±6.01a76.07±5.93a77.68±6.30a78.73±7.15a干物质转运率/%17.11±1.27b17.77±1.01b18.23±1.41ab10.19±0.72d14.57±1.12c19.96±1.31a

干物质转运贡献率/%26.08±2.21a23.89±1.99ab23.93±2.07ab22.32±2.09b21.27±1.87b26.06±2.19a

30%Nbs50%Nbs100%Nbs200%Nbs70%Nbs

0.45±0.03bc0.48±0.03ab0.35±0.02d表8施用沼液对小麦品质的影响

Table8Effectsofbiogasslurryapplicationonwinterwheatquality处理30%Nbs50%Nbs100%Nbs200%Nbs70%NbsNcf籽粒硬度

籽粒容重/g·L-1

面团稳定时间/min

面粉湿面筋含量/%

面粉沉降值/mL

籽粒蛋白质含量/%

60.21±5.52a60.43±5.21a60.57±4.87a60.91±5.01a61.52±5.12a62.70±4.98a775.27±50.15a778.38±52.81a773.24±49.99a769.25±47.25a762.25±53.16a765.82±50.22a10.01±0.82b10.25±0.79b10.93±0.80ab11.70±0.74a12.27±0.73a10.03±0.77b

28.53±2.08b28.83±2.11b29.99±2.03ab30.42±1.89ab32.92±2.13a28.51±1.99b

44.69±3.47ab44.98±3.58ab46.00±3.06ab46.51±2.99ab48.29±4.18a41.17±2.55b13.25±0.83ab13.75±1.04ab13.52±0.97ab13.84±0.93ab14.90±0.95a13.09±0.99b—472—

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王桂良，等：沼液替代化肥氮对冬小麦产量、品质及生长发育的影响

间籽粒硬度无显著性差异。随着沼液替代化肥氮比例的增加，小麦籽粒容重有下降的趋势，各处理平均为770.70g·L-1。

2.4施用沼液对小麦籽粒重金属含量的影响

3.2施用沼液对小麦品质及重金属含量的影响

2018年9月一定范围内，增加施氮量能提高小麦籽粒蛋白质

含量，提升面团和面粉等多项品质指标[13]。本研究表明，在等氮量条件下，随着沼液替代化肥氮比例的增加，小麦品质同样有所改善。其主要原因是，沼液中养分有效性较高，并且促进土壤有机养分矿化分解，虽然总氮投入量没有增加，但是作物对养分的吸收利用效率得以提高。李春喜等[14]研究表明在等氮量条件下，施用沼液可以促进作物对氮素的吸收利用，最终提高氮的利用效率。小麦籽粒蛋白质含量影响小麦加工品质[15]，本研究发现小麦籽粒硬度、面团稳定时间、面粉的湿面筋含量、沉降值与籽粒蛋白质含量之间存在显著正相关性，这与王月福等[16]的研究结果相似。施用沼液提高籽粒蛋白质含量是改善小麦加工品质的主要原因之一。

As含量都有所增加，而Cd和Cr含量则有下降趋势，

17-18]

这与前人的研究结果[4，相似。各处理中小麦籽粒

由表9可见，小麦籽粒Cu和Zn含量随着沼液替

代化肥氮比例的增加，呈现逐渐上升的趋势，100%Nbs处理显著高于Ncf处理（P<0.05），各处理中200%Nbs处理含量最高，分别为5.896mg·kg-1和

20.916mg·kg-1。随着沼液替代化肥氮比例的增加，Pb小麦籽粒Cd和Cr含量随着沼液替代化肥氮比例的增加，则呈现逐渐下降的趋势，100%Nbs和200%Nbs处理差异不显著，但都显著低于其他各处理（P<0.05）。

和As含量有所增加，各处理间差异不显著（P>0.05）；

3.1施用沼液对小麦生长发育的影响

3讨论

随着沼液施用量的增加，小麦籽粒Cu、Zn、Pb和

本研究表明，随着沼液替代化肥氮比例的增加，

小麦产量呈现先增加后下降趋势，其中以沼液替代

50%化肥氮处理最高，这与黄红英等[7]的研究结果相认为，固体有机肥替代30%化肥氮比较适宜[10-12]，这明显低于本研究结果。其主要原因是，沼液一方面可提供大量的速效养分，另一方面可促进土壤有机氮的

7]

分解[1，，其在养分供应上具有缓急相济的作用，沼液

重金属含量均低于相应的污染物限量标准（GB2762

[19]

—2005）。然而，长期施用沼液是否会导致小麦重

似。目前，有关有机肥与化肥配施的研究很多，一般

金属超标，需要通过长期定位试验来进一步研究。另外，为保证施用沼肥的安全性，有关施用沼液对土壤重金属的固定或活化机理有待进一步研究。3.3麦田消纳沼液适宜量

通过农田系统消纳沼液被认为是目前最简单有

与化肥配施能满足当季作物的养分需求；而固体有机肥的养分释放缓慢，当季只能替代少部分化肥。

沼液替代化肥氮比例超过50%时，虽然干物质积累量有所增加（图1），但抽穗期至成熟期地上部干物质积累增加量呈现下降的趋势（表7）。沼液替代化肥氮比例超过一定量之后，小麦无效分蘖增多；后期贪青晚熟，影响干物质向籽粒转运，严重影响穗粒数和千粒重，导致收获指数和产量下降。另外，随着沼液用量的增加，小麦基部节间长度显著增加，易在不良气候条件下出现倒伏减产。

效的处理沼液方法[20-22]。与沼液作为肥料利用不同，以处理沼液为目的的农田消纳沼液是要在作物耐受范围内尽可能多地消纳沼液。本研究表明，与50%Nbs处理相比，麦田继续增加沼液施用量

（70%Nbs、100%Nbs、200%Nbs）可以消纳更多沼液，同时产量依然高于Ncf处理。但是，由于贪青晚熟，以及基部节间长度显著增长等原因可能导致倒伏、减产；另外，由于大量施入沼液，更多氮素会以硝态氮和温室气体形式排放到环境中，导致二次污染风险增

表9施用沼液对小麦籽粒重金属含量的影响（mg·kg-1）

Table9Effectsofbiogasslurryapplicationonthecontentsofheavymetalinwheatgrain（mg·kg-1）

处理30%Nbs50%Nbs100%Nbs200%Nbs70%NbsNcf4.998±0.453bCu14.795±1.154c16.723±1.211bc18.198±1.245b20.916±1.312a15.223±1.138c14.958±1.208c

Zn0.028±0.001aCd0.803±0.074a0.768±0.051a

Cr0.079±0.004a0.081±0.003a0.083±0.002a0.083±0.002a0.084±0.003a0.084±0.003aPb0.013±0.001a0.014±0.001a0.014±0.001a0.014±0.001a0.015±0.001a0.015±0.001aAs5.115±0.512ab5.258±0.421ab5.228±0.372ab5.820±0.479a5.896±0.464a0.025±0.001b0.025±0.001b0.024±0.001b0.020±0.001c0.019±0.001c0.752±0.053ab0.743±0.071ab0.653±0.032b0.661±0.057bhttp://www.aed.org.cn

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农业资源与环境学报·第35卷·第5期

加[22-23]。因此，麦田施用沼液替代化肥氮比例达到研究。

50%以上是否能够兼顾稳产及环境安全有待进一步

综合沼液灌溉对小麦生长发育特征、产量、安全品质监测结果，本试验初步认为，麦田灌溉沼液替代化肥氮比例为50%时产量最高，同时品质有所改善。邻近试验麦田的养殖场，年均出栏约2.5万头肉猪，产生约5万t沼液，大约需要配置292.14hm-2麦田用于消纳沼液。

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4结论

随着沼液替代化肥氮比例的增加，小麦产量显著

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增加（P<0.05），50%Nbs处理最高，为7.75t·hm-2，比

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不显著（P>0.05）；籽粒千粒重呈显著下降趋势（P<0.05）；穗粒数和收获指数呈先上升后下降趋势。随分蘖数和干物质积累量都呈现逐渐增加的趋势；成熟期，100%Nbs处理地上部干物质积累量显著高于Ncf处理（P<0.05）；200%Nbs处理的小麦株高、分蘖数和地上部干物质积累量都显著高于Ncf处理（P<0.05）。施用沼液可改善小麦品质，提高小麦籽粒的Cu和Zn含量，显著降低Cd和Cr含量（P<0.05），对Pb和As含量影响不显著（P>0.05）。各处理籽粒重金属含量均低于相应的污染物限量标准。

当沼液替代化肥氮比例达到50%以上，由于贪青晚熟，以及基部节间长度显著增长等原因可能导致倒伏、减产，施入大量沼液也可能导致二次污染风险增加。因此，本研究初步认为，在本试验条件下，麦田灌溉沼液替代化肥氮最佳比例为50%。

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