全 文 ：中国生态农业学报 2012年 1月 第 20卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2012, 20(1): 13−18


* “十二五”国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2011AA100503)和中央高校基本科研业务费专项资金资助
** 通讯作者: 冯浩(1970—), 男, 研究员, 主要研究方向为水土资源高效利用。E-mail: nercwsi@vip.sina.com
周立峰(1986—), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为水土资源高效利用。E-mail: lee86208@126.com
收稿日期: 2011-03-25 接受日期: 2011-07-29
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.00013
新型有机无机复合肥对冬小麦产量及
关键期生长的影响*
周立峰1,3 冯 浩1,2**
(1. 中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心 杨凌 712100; 2. 西北农林科技大学水土保持研究所
杨凌 712100; 3. 中国科学院研究生院 北京 100049)
摘 要 合理灌溉和施用肥料是实现冬小麦节水增产增效的关键, 本研究选用“小偃 22 号”小麦品种, 通过田
间试验, 于 2009~2010年研究了不同施用量新型有机无机复合肥(SAF)对冬小麦农田关键期土壤剖面含水量以
及作物生长与产量的影响。结果表明: 1)各 SAF 处理较常规施肥(NF)增产在 10%~30%之间; 随着灌水量的增
大, SAF最佳施肥量也随之增大, 3种灌水处理中, 理论最大产量出现在灌 1水处理中, 为 8 894.11 kg·hm−2, 此
时对应的 SAF施肥水平为 1 350 kg·hm−2。2)小麦拔节初期, SAF处理土壤剖面含水量从表层到深层呈现缓慢
减小再持续增大的“V”型分布, 而常规施肥处理则呈现为减小−增大−再减小−再增大的“W”型分布; 在小麦灌
浆期, SAF处理土壤剖面含水率的峰、谷值的深度均深于常规施肥处理。3)小麦分蘖期, SAF处理使小麦植株
相对低矮, 根相对粗短, 这种趋势随着肥料施量的增大越发明显。在灌浆期, 中 SAF处理植株最为低矮, 而穗
重及地上干物质量最大; 小麦灌浆速率差异主要表现在中 SAF 处理的小麦灌浆速率明显高于其余处理。上述
结果表明: SAF使土壤垂直剖面含水率峰、谷值出现的位置更深; SAF处理的灌浆速率高于常规施肥处理, 相
比常规施肥处理, SAF处理可使作物在低灌水条件下(拔节期灌水 60 mm)更好地实现最优产量。
关键词 新型有机无机复合肥 冬小麦 土壤含水率 植株形态 灌浆速率 产量
中图分类号: S156.2 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)01-0013-06
Effects of soil fertilizer amendment on growth during critical
growth stages and yield of winter wheat
ZHOU Li-Feng1,3, FENG Hao1,2
(1. Research Center for Soil and Water Conservation and Ecological Environment, Chinese Academy of Sciences, Yangling 712100,
China; 2. Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A & F University, Yangling 712100, China;
3. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract Reasonable irrigation and fertilization are key factors of winter wheat production. Field experiments were conducted in
2009~2010 with “Xiaoyan 22” as materials. The effects of soil fertilizer amendment (SFA) on water content along soil profile and
growth at critical growth stages and yield of winter wheat were investigated. The results show that yield under SFA treatments was
10%~30% higher than that under normal fertilization (NF) treatment. Optimum SFA increased with increasing irrigation amount.
Theoretical maximum yield was 8 894.11 kg·hm−2, which was under single irrigation with 1 350 kg·hm−2 SFA. At the start of jointing
stage, soil water content under SFA treatments initially increased steadily and then slowly decreased in a V-shaped distribution curve
from surface to deep layer along soil profile, quite different from the W-shaped distribution curve under NF treatment. At grain-filling
stage, the depth of max and min soil moisture content under SFA occurred much deeper than that under NF treatment. At tillering
stage, plants under SFA treatments were low with relatively thick and short roots. This trend was more obvious at higher fertilizer
application rates. At grain-filling stage, however, plant height was lowest, spike dry-matter and dry-weight of aboveground part were
highest under middle SAF treatment. In the middle of SFA treatment, wheat filling rate was significantly higher than that under all
14 中国生态农业学报 2012 第 20卷


other treatments. Thus SFA deepened the position of max and min soil moisture content along soil profile. Wheat growth rate under
SFA was higher than under NF treatment. SFA treatment facilitated optimal production in low water conditions (jointing stage irriga-
tion of 60 mm) than NF treatment.
Key words Soil fertilizer amendment, Winter wheat, Soil water content, Plant morphology, Grain-filling rate, Yield
(Received Mar. 25, 2011; accepted Jul. 29, 2011)
我国中低产田土壤面积约占耕地面积的 2/3, 化
肥、农药、种子、除草剂、农机等的应用消除了很
多作物生长障碍因子, 农作物产量大幅度提高, 但
土壤地力的改善和提高进展缓慢。一些地区随着农
业集约化程度提高, 有机肥施用减少, 土壤结构恶
化加剧, 动摇了农业可持续发展的基础。土壤是接
受、蓄存、转移水分和养分的载体, 调节和改善土
壤综合性状 [1−3], 实现土壤水库扩蓄增容以及养分
平衡是提高农田水肥利用效率的重要途径, 对解决
我国粮食安全, 完成 2020年新增粮食 500亿公斤意
义重大。姜灿烂等[4]指出长期施用有机肥有利于改
善旱地红壤团聚体结构与稳定性。刘睿等[5]指出, 有
机肥料是改善土壤理化性质的重要物质, 对提高土
壤肥力、作物产量和品质及增强作物抗逆性具有相当
重要的作用。秦嘉海等[6]研究表明, 与不施肥处理相
比, 有机无机垃圾复混肥处理小麦穗数、穗粒数、千
粒重、产量分别增加 17万穗·hm−2、8.73 粒、7.24 g、
1.53 t·hm−2, 增产率达 31.23%。张辉等[7−9]研究表明,
施用生物有机无机复合肥可提高冬小麦产量, 比化
肥处理高 11.73%~105.80%, 差异极显著。此外, 施
用生物有机无机复合肥可以促进植株生长发育, 提
高产量, 改善作物品质[10]。马俊永等[11]研究表明单
施秸秆肥和单施化肥均有显著的增产效应, 而化肥
的增产幅度远远大于秸秆肥 , 有机−无机结合的增
产幅度在同等施肥量下较单独施用秸秆或化肥的产
量都要高。张兰松等[12]研究结果表明, 与施用等养
分的有机肥或等养分的化肥相比, 有机肥与化肥配
合施用均可明显增加小麦产量, 且有机与无机肥料
养分量(主要养分)相等时,可实现产量的最大值。单
独施用有机肥土壤有机质含量最高, 但有机无机复
合度最低, 小麦产量也最低; 当与化肥配合施用时,
有机无机复合度和产量明显提高。可见, 在评价土
壤肥力的高低时, 必须同时考虑土壤有机质含量和
土壤有机无机复合度。刘广军等[13]研究表明, 在小
麦上用 750 kg·hm−2有机肥作基肥 1次施入, 拔节期
配施 150 kg·hm−2 尿素, 可较常规施肥增加产量 648.0
kg·hm−2 , 增加效益 630.96 元·hm−2。王珍等[14−17]从
发展现代节水农业角度, 将改良土壤结构与平衡土
壤养分结构统筹考虑, 用自主研制的“土壤水库扩蓄
增容制剂”与单质化学肥料复混, 制粒加工成新型有
机无机复合肥。研究表明该肥具有改良土壤结构 ,
抑制棵间无效蒸发, 提高作物产量与水分利用效率
的作用。本研究利用该新型有机无机复合肥, 在前
期研究的基础上, 利用两年田间试验, 进一步研究
了新型有机无机复合肥不同配方和施用量对冬小麦
产量及关键期生长的影响, 为新型有机无机复合肥
配方的进一步优化提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验地基本情况及试验设计
试验于 2009年 10月至 2010年 7月在陕西省杨
凌西北农林科技大学教育部旱区农业水土工程重点
实验室灌溉试验站进行。该试验站位于东径 108°24′,
北纬 34°20′, 海拔 521 m, 属暖湿带季风半湿润气候
区。站内地形平整, 土层深厚, 土壤质地为中壤土, 1 m
土层的平均田间持水量为 23%~25%, 凋萎含水量为
8.5%(以上均为重量含水量 ), 平均干容重为 1.44
g·cm−3。该站属渭河三道台塬地区, 全年无霜期 221 d,
降水量多集中在 7—10月, 地下水埋深大于 5 m, 其
向上补给量可以忽略不计。
选定小麦品种为“小偃22号”, 供试新型有机无
机复合肥(SAF)由页岩、油渣、沸石粉、尿素、磷酸
二氢钾和磷酸二铵复合造粒制成, 其养分含量分析
结果表明, 有机质为258.8 g·kg−1, 全氮145.3 g·kg−1,
全磷(P2O5) 124.3 g·kg−1, 全钾(K2O)50.2 g·kg−1。
2009—2010年进行裂区试验: 主区为灌水处理,
设 3 个水平(不灌水、灌 1 水和灌 2 水, 每次灌水量
相同, 均为 60 mm); 裂区为施肥处理, 设常规化肥
处理 (NF, 尿素 450 kg·hm−2 与磷酸氢二铵 450
kg·hm−2)与不同 SAF 施用量 (450 kg·hm−2、 900
kg·hm−2、1 350 kg·hm−2、1 800 kg·hm−2 和 2 250
kg·hm−2)共 6 个水平, 施肥各处理的 N、P、K 施用
量见表 1。施肥方式均为基肥一次施入。每处理设 3
个重复, 每小区面积 12 m2。
1.2 取样及测定方法
灌水量及土壤水分的测定: 根据水泵出水流量
及灌水时间控制每次灌水量 , 水管直接通至各小
区。用德国产TRIME水分测定仪分层测定每个生育
期表层至1.8 m的土壤含水率, 表层0~30 cm的土壤
含水率用烘干法校正。
第 1期 周立峰等: 新型有机无机复合肥对冬小麦产量及关键期生长的影响 15


产量测量与计算: 小麦成熟后各小区单收称重,
每小区随机割取1 m2进行考种, 调查有效穗数、每穗
麦粒数、结实率和千粒重。
灌浆速率测量: 在小麦扬花期选取开花时间一
致、长相基本相同的主茎挂牌定穗。花后1周开始取
样 , 每 4 d观察1次 ,每处理每次取样10穗带回室
内。每穗取中部5小穗第1、2位小花的籽粒10粒即100
粒作为强势粒 ; 中部5小穗其余小花的籽粒作为弱
势粒 , 并计数以便折合千粒重。 105 ℃杀青 15
min ,75 ℃烘干至衡重,称重[18]。
降水等气象资料: 由西北农林科技大学教育部
旱区农业水土工程重点实验室灌溉试验站提供。
2009年 10月至 2010年 7月小麦生长季总降雨量
247.5 mm, 总积温 2 209 ℃。由图 1可以看出, 该年气
候雨热同期明显, 降雨明显分布在小麦生长后期。
采用 Excel及 SPSS统计分析软件对试验数据进
行处理和分析。
2 结果与分析
2.1 新型有机无机复合肥对冬小麦拔节、灌浆期耗
水及生长的影响
2.1.1 对冬小麦拔节期及灌浆期土壤含水率的影响
为便于分析, 将SAF450与SAF900处理合并后求
平均值, 作为低 SAF 处理; 将 SAF1350 和 SAF1800
处理合并后求平均值, 记为中 SAF 处理; SAF2250
处理则为高 SAF处理; 常规施肥不变。
小麦拔节初期(图 2a), NF 处理与高 SAF 处理
0~20 cm 土壤含水率为 16%左右, 明显高于中 SAF
和低 SAF处理的 13%左右; 20~60 cm土层, NF与高
SAF 处理土壤含水率急剧下降, 由 16%下降至 12%
左右, 而低 SAF和中 SAF处理则略有下降, 基本维
持在 12%~13%, 至 60 cm处, NF与高 SAF处理土壤
含水率已低于中 SAF和低 SAF处理; 60~100 cm, 各
SAF处理土壤含水率以大致相同的幅度上升, 而 NF
处理土壤含水率上升幅度大于各 SAF处理; 100 cm
以下土层各 SAF 处理土壤含水率继续上升, 而 NF
处理土壤含水率则先降后升, 且总低于各 SAF 处
理。由试验结果可知在小麦拔节初期, SAF处理土壤
剖面含水率从表面到深处呈现缓慢减小再持续增大
的“V”型分布, 而 NF 则呈减小−增大−再减小−再增
大的“W”型分布。
小麦灌浆期土壤各层含水率变化较简单(图 2b),
由于此时降雨较多, 故各施肥处理表土含水率均很
高, 均在 20%~23%之间, 但从表土到 20 cm 土层,
土壤含水率急速下降, 高 SAF 处理该层土壤含水率
下降 2.5%左右, 其余处理下降 4%左右。20 cm以下
土层, SAF处理各土层含水率均大于 NF处理: 20~80
cm土层, 各 SAF处理平均土壤含水率比 NF处理高
1.81%, 80~160 cm土层则高 2.43%。各施肥处理垂直
土层含水率变化趋势一致, 均呈增大、减小交互出
现的规律: 20 cm以下, NF处理与 SAF处理第 1个土
壤含水率最高点分别出现在 50 cm和 30 cm处, 第２
个土壤含水率最高点分别出现在 100 cm和 140 cm
处 ; 各处理第１个土壤含水率最低点均出现在 80
cm处, NF处理第２个土壤含水率最低点出现在 120
cm处, 而各 SAF处理直到 160 cm也未出现土壤含
水率最低点。
2.1.2 对冬小麦苗期及灌浆期生长的影响
为探究 SAF对小麦分蘖及灌浆这两个关键生长
期生长的影响, 结合以往研究 [13−16], 在小麦分蘖期
通过研究植株的株高与茎粗之比、地上部分与主根
长度之比(LU/D)、地上部分鲜重与高度之比(PW/L)以
及根物质鲜重与主根长度之比(RW/L), 在灌浆期通过
研究株高与茎粗之比、穗重以及地上部分干物质重,
分别对这两个时期小麦的形态及生长进行研究。
由表 2 可以看出: 在分蘖期, 各施肥处理株高与
茎粗之比差异明显, NF 与低 SAF 处理植株株高/茎
粗值较大, 植株呈细高形态, 而高 SAF 处理则相对
低矮; 各施肥处理的 PW/L差异不大, 但 RW/L差异较
明显, 表现为中 SAF 处理 RW/L值最大, 其次为高、
低 SAF处理, 常规施肥的 RW/L值最小, 这是因为 NF
处理的 LU/D值明显小于各 SAF处理, NF处理植株的

表1 试验各施肥处理的施肥量和N、P、K养分含量
Table 1 Fertilization rates and contents of nutrients N, P, and K of different fertilizer treatments
养分含量 Nutrient content (g·kg−1)SAF水平
SAF level
施肥处理
Fertilizer treatment
肥料种类
Fertilizer type
施肥量
Fertilization rate (g·hm−2) N P K
常规施肥 (NF)
Normal fertilizer treatment
尿素 Urea
磷酸二氢铵 Ammonium dihydrogen phosphate
450
450 32.00 10.57 0
低 Low SAF450 新型有机无机复合肥 Soil fertilizer amendment 450 6.54 3.15 1.87
SAF900 新型有机无机复合肥 Soil fertilizer amendment 900 13.08 6.30 3.74
中 Middle SAF1350 新型有机无机复合肥 Soil fertilizer amendment 1 350 19.62 9.45 5.61
SAF1800 新型有机无机复合肥 Soil fertilizer amendment 1 800 26.16 12.60 7.48
高 High SAF2250 新型有机无机复合肥 Soil fertilizer amendment 2 250 32.70 15.75 9.35

16 中国生态农业学报 2012 第 20卷




图 1 2009—2010 年冬小麦全生育期气温与降雨分布
Fig. 1 Temperature and rainfall distribution during the whole growth stage of winter wheat from 2009 to 2010



图 2 不同施肥处理冬小麦拔节初期(a)和灌浆期(b)土壤含水率的变化
Fig. 2 Soil water contents at beginning of jointing stage (a) and filling stage (b) of winter wheat under different fertilizer treatments

表 2 不同施肥处理分蘖期及灌浆期冬小麦形态及生长情况
Table 2 Morphology and growth of winter wheat at tillering and filling stages under different fertilizer treatments
分蘖期 Tillering stage 灌浆期 Filling stage
SAF水平
SAF level
施肥处理
Fertilizer
treatment
株高/茎粗
P.H/S.D
PW/L
(g·m−1)
RW/L
(g·m−1) LU/D
株高/茎粗
P.H/S.D
穗重
Spike weight (g)
地上干物质重
Above-ground dry mass (g)
低 Low NF 104.74b 3.39a 0.61e 2.71d 188.18a 5.54c 9.29d
SAF450 111.69a 2.70b 1.03d 4.75c 180.86b 6.87b 10.80c
SAF900 109.44ab 2.68b 1.21c 4.25c 184.71ab 7.75ab 13.34ab
SAF1350 87.53c 3.03ab 2.43a 6.01b 171.89c 8.31a 13.76a 中 Middle
SAF1800 75.38d 3.56a 2.21b 6.78a 170.43c 7.18b 11.97c
高 High SAF2250 78.37d 3.59a 2.19b 6.76a 190.01a 5.66c 10.24cd
P.H/S.D: Plant height/stem diameter; PW/L: 地上部分鲜重与长度之比 Weight of aboveground/length of aboveground; RW/L: 根物质鲜重与主
根长度之比 Weight of root/length of root; LU/D: 地上部分与主根长度之比 Length of aboveground/length of underground.

根细长, 而 SAF 则可使作物的根发育得短而粗。灌
浆期, 各处理株高与茎粗之比不同于分蘖期, 这一
时期中 SAF处理植株株高/茎粗较小, 该时期各施肥
处理株高差异不大, 茎粗是决定株高/茎粗的主要因
素 , 此时期中 SAF 处理的茎粗较其余处理大
0.20~0.35 mm。该时期 SAF处理的穗重显著大于 NF
处理 , 穗重值在 SAF1350 处理达到最大 , 并随着
SAF 施用量的逐渐增大或减小而显著变小; 地上干
物质量的变化趋势同穗重。
2.1.3 对冬小麦灌浆速率的影响
从图 3可以看出, 5月 18日之前, 高 SAF处理的
小麦灌浆速率小于其余各处理, 而各处理小麦灌浆速
率差异主要出现在 5月 18日以后: 此时进入快速灌浆
期, 中 SAF处理小麦灌浆速率明显高于其余处理, 至
6月 4日其籽粒千粒重较其余处理高 2.7~4.4 g。
2.2 新型有机无机复合肥对冬小麦产量的影响
试验结果表明: 3种灌水条件下, SAF处理小麦
产量均显著大于常规施肥处理 [19−22](表 3); 小麦产
量随 SAF施用量的增大呈先增加后减少的二次线性
关系(表 4), 这可能是因为 SAF1800处理对应的无机
组分化肥含量已达到 NF 的水平, 施肥量太大导致
其对作物生长产生负作用所致[23−24]。对 3 个灌水条
件下冬小麦产量与施肥量的回归方程进行求解得出,
在不灌水、灌 1 水和灌 2 水条件下的产量最佳施肥
第 1期 周立峰等: 新型有机无机复合肥对冬小麦产量及关键期生长的影响 17


水平分别为 1 267.11 kg·hm−2、1 263.88 kg·hm−2和
1 330.71 kg·hm−2, 其对应的理论最大产量分别为
8 662.62 kg·hm−2、8 894.11 kg·hm−2 和 8 565.94
kg·hm−2。
3 讨论与结论
小麦拔节初期, 新型有机无机复合肥处理土壤
剖面含水率从表层到深层呈缓慢减小再持续增大的
“V”型分布, 而常规施肥处理则呈减小−增大−再减
小−再增大的“W”型分布; 在小麦灌浆期, 新型有机
无机复合肥相比于常规施肥处理使农田土壤对外界
水的响应速度变慢, 土壤垂直含水率的峰值与谷值
均推迟。一般情况下, 土壤结构改良剂会使土壤的
吸水能力增强、饱和含水率增大、释水能力减小[25]。


图 3 不同施肥处理冬小麦籽粒千粒重增长曲线
Fig. 3 Increasing curve of 1000-grain weight of winter wheat
under different fertilizer treatments

表 3 2009—2010 年不同灌水及施肥处理下的冬小麦产量
Table 3 Yields of winter wheat from 2009 to 2010 under different irrigation and fertilizer treatments
不灌水 No irrigation 灌 1水 Irrigation once 灌 2水 Irrigation twice
SAF水平
SAF level
施肥处理
Fertilizer treatment 产量
Yield (kg·hm−2)
增产
Yield increase (%)
产量
Yield (kg·hm−2)
增产
Yield increase (%)
产量
Yield (kg·hm−2)
增产
Yield increase (%)
低 Low NF 6 834.51d — 6 935.44e — 6 725.27d —
SAF450 8 088.60c 18.35 7 855.66d 13.27 7 698.26c 14.47
SAF900 8 450.90b 23.65 8 628.95b 24.42 8 212.37b 22.11
中 Middle SAF1350 8 827.85a 29.17 9 149.57a 31.93 8 526.60a 26.78
SAF1800 8 341.93b 22.06 8 410.30c 21.27 8 421.15ab 25.22
高 High SAF2250 7 875.87c 15.24 7 606.61d 9.68 7 430.26c 10.48

表 4 不同灌水条件下各施肥量与产量的函数关系
Table 4 Functional relationships between yields and fertilizer application rates under different irrigation amount
灌水处理次数
Irrigation treatment
回归方程
Regression equation
R2 最佳施肥量
Optimum fertilizer rate (kg·hm−2)
最大理论产量
Theoretical maximum yield (kg·hm−2)
不灌水 No irrigation y= −0.000 9x2+2.280 8x+7 217.6 0.915 9 1 267.11 8 662.62
灌 1水 Irrigation once y= −0.001 6x2+4.044 4x+6 338.3 0.951 9 1 263.88 8 894.11
灌 2水 Irrigation twice y= −0.001 2x2+3.193 7x+6 441.0 0.946 7 1 330.71 8 565.94

小麦拔节期是高耗水期, 根际土壤含水率对此时期
小麦生长至关重要[26−27], 而中 SAF和低 SAF处理下
的土壤剖面水分布有利于该层土壤水分的保持与供
给, 这对提高冬小麦水分利用效率有重要意义。
在灌浆期, 中 SAF 处理植株最为低矮, 高、低
SAF 处理相对较为细高 , 常规施肥处理最为细高;
此时期新型有机无机复合肥处理的穗重显著大于常
规施肥处理, 其中 SAF1350 处理穗重为最大, 并随
着新型有机无机复合肥施用量的逐渐增大或减小而
显著变小, 地上干物质量的变化趋势同穗重; 小麦
灌浆速率差异主要表现在中 SAF处理的小麦灌浆速
率明显高于其余处理, 这可能是由于此处理在灌浆
期植株茎较粗所致[28−29]。
SAF处理小麦产量均显著高于常规施肥处理[16−19],
谷洁等 [19]对有机无机复合肥进行冬小麦田间试验 ,
结果表明 , 有机无机复合肥可以促进冬小麦分蘖 ,
改善冬小麦产量结构, 提高冬小麦产量 756.0~901.5
kg·hm−2, 本研究结论与其大致相同。此外, 本研究
还表明: 随着灌水量的增大, 取得最大产量的施肥
水平有增大趋势 , 这与曹永强等 [30]的试验结论一
致。不灌水与灌１水取得最大产量的施肥水平差异
不大, 可能是由于该年小麦生长季降水较多, 弱化
了不同灌水之间的差异所致。SAF1350 处理含氮量
仅为常规施肥的 1/2, 但其小麦产量较常规施肥处理
高 30%左右, 氮素利用效率极显著高于常规施肥。
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18 中国生态农业学报 2012 第 20卷


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