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Effect of Replacing Nitrogen Fertilizers with Organic Fertilizers on Dry Matter Accumulation, Yield and Quality of Colored Wheat
HUANGLing, ZHAOKai, SHAOMinmin, ZHANGYudan, YANGBenzhou, WANGFuyu, CHENGuiju, SUNLeiming, WANGLin, ZHAIHongmei
Chin Agric Sci Bull ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (34) : 1-6.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Effect of Replacing Nitrogen Fertilizers with Organic Fertilizers on Dry Matter Accumulation, Yield and Quality of Colored Wheat
To improve the yield and quality of colored wheat in southwest Shandong, this study explored the effects of different proportions of organic fertilizer instead of chemical fertilizer nitrogen on dry matter accumulation, yield and quality of colored wheat, aiming to clarify the optimal fertilization scheme for colored wheat in this area. A field experiment was conducted from 2022 to 2023, to systematically study the effects of no fertilizer (CK), single chemical fertilizer (CF), 25% (M25), 50% (M50) and 75% (M75) organic fertilizer replacing nitrogen fertilizer on dry matter accumulation, grain yield, quality of two colored wheat varieties (A1 ‘Shannongzimai 1’ and A2 ‘Jilanmai 1’). The results showed that compared with CK treatment, different fertilization treatments could increase grain yield, quality and the dry matter accumulation of wheat at wintering, regreening, flag-picking and maturity stages to varying degrees. In term of dry matter accumulation at the maturity stage, there was no significant difference between organic fertilizer and CF in A1 cultivars, and M25 was the highest; compared with CF, both M25 and M50 were much higher in A2 variety, and there was no significant difference with M75. The variation law of grain yield of the two varieties under different fertilization treatments was basically the same, with the increase of the proportion of organic fertilizer replacing chemical fertilizer, grain yield were gradually decreased. Compared with CF, M25 and M50 treatments could increase the grain yield, with a range of 1.01% to 3.76% for variety A1 and 3.48% to 5.0% for variety A2. M75 treatment reduced grain yield. In M25 treatment, the crude protein content of the two varieties increased by 3.14% and 1.81%, the content of wet gluten increased by 1.70% and 2.46%; the ductility increased by 1.10% and 0.79%, respectively. With the increase of organic fertilizer replacing nitrogen fertilizer, the crude protein content and wet gluten content decreased, volume weight and the ductility of A2 variety were no significant difference. In summary, M25 treatment could effectively improve grain yield, quality of colored wheat in the wheat planting area of southwest Shandong.
colored wheat / organic substitution / dry matter accumulation / grain yield / quality
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张正斌, 徐萍, 张锦鹏, 等. 特色小麦种质资源在生物强化和功能食品应用中的研究进展[J]. 植物遗传资源学报, 2022, 23(6):1572-1584.
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徐萍, 张正斌, 张锦鹏, 等. 特色小麦基因发掘和种质资源育种利用[J]. 植物遗传资源学报, 2022, 23(6):1549-1571.
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董飞, 李峰, 贾亚琴, 等. 追氮量对黑小麦品种(系)籽粒产量和品质的影响[J]. 核农学报, 2022, 36(2):435-444.
为探究追氮量对不同黑小麦品种(系)籽粒产量和品质的影响,本研究采用大田裂区试验设计,主区为11个黑小麦品种(系),副区为追施氮量0(N0,对照)、34.5(N1)、51.8(N2)、69.0(N3)kg·hm<sup>-2</sup>, 于小麦灌浆期测定旗叶叶绿素含量(SPAD值),成熟期测定籽粒产量及产量构成要素、籽粒氮素含量和品质指标。结果表明,旗叶SPAD值在追氮处理下均增加,除B145-2、L10056、L10058的旗叶SPAD值在N1最高,其余8个品种(系)的旗叶SPAD值均随追氮量增加而升高。追施氮肥均有利于增加黑小麦产量,与N0相比,N1、N2和N3的产量增幅分别为15.2%~99.7%、17.5%~80.9%和0.7%~69.9%。11个品种(系)获得最高产量的适宜追氮量因品种而异,其中L10056、B120-2、运黑14207籽粒产量随追氮量增加而增加,B145-2、L10058籽粒产量在N2最高,其余6个品种(系)籽粒产量在N1最高。追氮量、品种及二者交互均对产量及构成因素存在极显著影响。追施氮肥能够提高多数黑小麦品种籽粒氮素含量,其中B145-2、L10058和运黑14207在N2最高,18鉴46、临黑131、冬黑1号、临黑187、2002-4、运黑161在N1最高。追氮量与籽粒产量、氮含量、蛋白含量呈正相关(相关性不显著),而产量与籽粒蛋白含量及多数品质指标存在极显著负相关关系。综合考虑黑小麦产量及品质的提高,追氮量在34.5~51.8 kg·hm<sup>-2</sup>之间较为适宜。本研究结果可为黑小麦合理施用氮肥提供参考。
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边巴卓玛, 宋国英, 刘国一. 有机肥替代部分化学氮肥、磷肥对春青稞干物质、养分积累分配的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(5):69-76.
为有效提升肥料的利用率，本研究以青稞‘藏青2000’为供试材料，采用羊粪有机肥替代部分氮肥和磷肥进行长期定位监测，旨在探究作物干物质积累及氮、磷、钾养分分配与吸收利用在不同施肥模式下的响应。结果表明，全生育期作物对氮素、钾素的吸收远大于磷素，其含氮量在苗期达到最高，为氮素积累的关键时期；含磷量、含钾量分别在分蘖期达到峰值，为磷素、钾素养分积累关键时期；在不同施肥模式下，有机减排模式(T<sub>3</sub>)和综合减排模式(T<sub>4</sub>)效果较明显。其中，有机减排模式T<sub>3</sub>（有机肥替代25%尿素+58.3%磷酸二铵）处理效果最佳，可以获得较高的干物质积累量，能显著提高籽粒和（秸秆+根部）的氮、磷、钾养分的吸收量。
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陆晓松, 于东升, 徐志超, 等. 土壤肥力质量与施氮量对小麦氮肥利用效率的综合定量关系研究[J]. 土壤学报, 2019, 56(2):487-494.
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张惠, 张晴雯, 杨正礼. 黄河上游灌区连作稻田N2O排放特征及影响因素[J]. 环境科学学报, 2012, 32(8):1902-1912.
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刘明月, 张凯鸣, 毛伟, 等. 有机肥长期等氮替代无机肥对稻麦产量及土壤肥力的影响[J]. 华北农学报, 2021, 36(3):133-141.
为了探究长江下游地区稻麦轮作体系下有机肥等氮替代无机肥对稻麦产量及土壤肥力的影响，在大田条件下，设置有机氮依次替代10%（Y1W9），20%（Y2W8），30%（Y3W7），40%（Y4W6），50%（Y5W5）无机氮等处理，同时以100%施用无机氮（W100）为对照，连续3 a定位监测稻麦产量、土壤肥力及团聚体稳定性的变化。结果表明，3 a间有机肥等氮量替代无机肥比单施无机肥平均轮作年产量增加了0.8%~2.7%；3 a小麦平均产量较单施无机肥处理提高了5.6%～13.2%，水稻平均产量提高了0.2%～14.0%，稻麦轮作总产量平均提高了0.4%～24.5%。与单施无机肥相比，团聚体的平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和>0.25 mm水稳性团聚体的含量随着有机肥替代比例的增加而提高；Y4W6和Y5W5处理下>0.250 mm粒径团聚体的含量百分比分别为74.3%和78.8%，高于其他几个处理下>0.250 mm粒径团聚体的含量百分比，分别比单施无机肥处理高出了5.6和10.1百分点。有机肥与无机肥不同比例配施提高了土壤有机质和全氮的含量，缓解了土壤酸化程度。综上所述，有机肥长期替代无机肥能够培肥土壤，有助于长江下游地区稻麦稳产，20%有机氮替代无机氮最有利于长江下游地区稻麦稳产、高产和土壤肥力提升。
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刘亥扬, 刘红恩, 聂兆君, 等. 有机肥与氮肥配施对土壤氮素转化及冬小麦籽粒产量和品质的影响[J]. 麦类作物学报, 2024, 44(12):1580-1589.
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谢迎新, 刘超, 朱云集, 等. 氮、硫配施对冬小麦氮素利用效率及产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(1):70.
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徐晓峰, 焦念元. 氮肥减施对宽幅播种冬小麦产量形成和氮肥利用效率的影响[J]. 核农学报, 2021, 35:953-959.
为明确氮肥减施对宽幅播种冬小麦产量和氮肥利用效率的影响,设置氮肥减施(减肥处理)、农户习惯施肥量(习惯施肥处理)、不施氮(无肥处理)3个处理,通过大田试验研究了不同处理冬小麦的群体动态、干物质积累特征、产量及其构成和氮肥利用效率的影响。结果表明,无肥处理的产量比习惯施肥处理低36.83%,而减肥处理的产量比习惯施肥处理高6.01%。无肥处理的最大茎蘖数显著低于习惯施肥处理,导致亩穗数和收获期生物量显著低于习惯施肥处理。减肥处理的最大茎蘖数也显著低于习惯施肥处理,但由于成穗率显著提高,亩穗数和收获期生物量与习惯施肥处理无显著差异。无肥处理的有穗单茎花后干物质积累量、花后干物质对籽粒的贡献率与习惯施肥处理无显著差异。而减肥处理的花后干物质积累量、花后干物质积累对籽粒的贡献率比习惯施肥处理分别显著提高39.70%和14.51个百分点。减肥处理的地上部氮吸收量与习惯施肥处理无显著差异,但氮收获指数提高2.97%,氮肥农学效率提高12.94%,氮肥偏生产力提高41.09%,氮肥利用率提高11.90个百分点。上述试验结果表明,宽幅播种配合氮肥减施可通过降低最大茎蘖数,提高成穗率,促进花后干物质积累及向籽粒分配,提高氮肥利用效率和产量。本研究为宽幅播种冬小麦实行氮肥减施提供了科学依据。
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李传梁, 于振文, 张娟, 等. 测墒补灌条件下施氮量对小麦干物质积累转运和产量的影响[J]. 麦类作物学报, 2023, 43:1039-1046.
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李春明, 熊淑萍, 赵巧梅, 等. 有机无机肥配施对小麦冠层结构、产量和蛋白质含量的影响[J]. 中国农业科学, 2008, 41(12):4287-4293.
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张黛静, 陈倩青, 宗洁静, 等. 增施有机肥对冬小麦同化物积累与分配的影响[J]. 应用生态学报, 2019, 30(6):1869-1876.
基于<sup>13</sup>CO<sub>2</sub>脉冲标记法,设置单施化肥(CF)和有机肥+化肥(OF)两个处理,通过分析不同施肥模式对麦田土壤和小麦植株中的有机碳含量、光合特性和同化物转化的影响,探讨增施有机肥对冬小麦同化物积累与分配的影响.结果表明: OF处理有利于提高麦田土壤有机碳含量和小麦光合特性,从而提高了小麦植株有机碳含量和干物质积累总量.同一时期标记至成熟与标记后第7天相比,两个施肥处理下叶和茎鞘中的<sup>13</sup>C含量与<sup>13</sup>C分配率均减少;穗部<sup>13</sup>C含量在拔节期和灌浆期均增加,开花期均减少,<sup>13</sup>C分配率各时期均增加.两个施肥处理相比,OF处理有利于灌浆期光合碳向穗部转运与积累,提高小麦穗部的<sup>13</sup>C分配率.相关分析结果表明,干物质积累量与净输入<sup>13</sup>C含量、净输入<sup>13</sup>C分配率呈极显著正相关关系,与植株中有机碳含量呈负相关关系;净输入<sup>13</sup>C含量与净输入<sup>13</sup>C分配率呈极显著正相关关系,与光系统II的最大光能转化效率(F<sub>v</sub>/F<sub>m</sub>)和净光合速率(P<sub>n</sub>)呈负相关关系.综上,增施有机肥能增加麦田土壤有机碳含量,提高小麦的光合能力和光合产物向穗部的转运,最终有利于小麦穗部的同化物积累.
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王奥宇, 魏建林, 马垒, 等. 有机肥替代部分化肥对麦田土壤肥力及产能的影响[J]. 山东农业科学, 2024, 56(10):113-118.
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周旋, 吴良欢, 戴锋. 土壤温度和含水量互作对抑制剂抑制氮素转化效果的影响[J]. 农业工程学报, 2017, 33(20):106-115.
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黄媛媛, 马慧媛, 黄亚丽, 等. 生物有机肥和化肥配施对冬小麦产量及土壤生物指标的影响[J]. 华北农学报, 2019, 34(6):160-169.
为了研究不同施肥处理对冬小麦产量、土壤酶活性、土壤可培养微生物数量和微生物多样性等指标的影响。以河北省辛集市马庄乡保高丰农场为试验地点，在增施生物有机肥的基础上，设置化肥减量10%，30%，50%，100%的施肥处理。与常规施肥处理（T5）相比，生物有机肥处理+化肥减量30%处理（T3）、生物有机肥+化肥减量10%处理（T2）、生物有机肥+化肥减量50%处理（T4）的冬小麦产量分别为6 510.65，6 237.30，6 084.15 kg/hm<sup>2</sup>，显著高于常规施肥处理（T5）和仅施用生物有机肥处理（T1），其中生物有机肥处理+化肥减量30%处理T3产量最高，比常规施肥处理（T5）增产13.42%。从土壤酶活性变化看，与常规施肥处理（T5）相比，单施生物有机肥处理（T1）、生物有机肥+化肥减量10%处理（T2）、生物有机肥处理+化肥减量30%处理（T3）、生物有机肥+化肥减量50%处理（T4）的土壤碱性磷酸酶活性分别提高了14.33%，15.60%，14.08%，9.12%，脲酶活性分别提高了8.22%，7.22%，10.47%，5.41%，纤维素酶活性分别提高了63.89%，30.35%，66.45%，57.19%。分析土壤微生物多样性发现，增施生物有机肥所有处理与常规施肥处理（T5）相比，土壤中可培养微生物的总量、细菌、真菌数量升高，但真菌占比降低。从土壤微生物的种群分析，增施生物有机肥的所有处理的土壤微生物多样性增加，其中生物有机肥+化肥减量30%处理（T3）的Shannon指数、Chao1指数、ACE指数分别比常规施肥处理（T5）提高了3.61%，19.74%，22.43%，土壤微生物菌群含量发生变化。
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欧阳啸丰, 宿顺顺, 冯浩, 等. 有机无机配施及亏缺灌溉对关中地区冬小麦生长及氮素利用效率影响[J]. 中国土壤与肥料, 2023(4):114-120.
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赵隽, 董树亭, 刘鹏, 等. 有机无机肥长期定位配施对冬小麦群体光合特性及籽粒产量的影响[J]. 应用生态学报, 2015, 26(8):2362-2370.
以小麦品种石麦15(SM15)为对象，以牛粪为有机肥，设置不施氮肥、单施尿素、单施牛粪和有机无机肥配施4种施肥方式，研究不同施肥处理对冬小麦群体光合速率(CAP)、旗叶净光合速率(P<sub>n</sub>)、叶面积指数(LAI)、叶绿素荧光参数及产量的影响.结果表明： 无机肥主要作用于生育前期，小麦的CAP、P<sub>n</sub>及LAI最高，其次为配施处理，单施有机肥处理最低.花后10 d开始，与单施尿素处理相比，有机肥和有机无机肥配施处理小麦衰老进程较缓慢，在灌浆中后期保持较高的抗氧化酶活性及较长的绿叶面积持续期，进而维持较高的光合物质生产能力.有机无机肥配施处理延缓效果更为明显，籽粒产量最高.可见，有机无机肥配施可以延缓灌浆中后期叶片衰老，维持合理的冠层结构，使小麦具有较强的光合性能，进而获得较高的籽粒产量.
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纪耀坤, 刘艳侠, 贾利元, 等. 不同有机肥与基质长期配施对小麦根系生长及土壤改良效果的影响[J]. 江苏农业科学, 2024, 52(17):65-72.
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崔永增, 姚海坡, 李谦, 等. 有机肥部分替代氮肥对优质麦生长、品质和氮效率的影响[J]. 华北农学报, 2023, 38(3):158-166.
旨在探索华北地区有机肥替代氮肥的比例,以及替代后产量稳定的生理基础和替代后增喷液态氮肥的效果,以期为该区冬小麦氮肥减量高产高效技术提供依据。2020-2022年在河北宁晋进行小麦田间试验,设置8个处理。T1,不施氮,单施化学磷钾肥;T2,单施化学氮磷钾肥(对照);T3-T7,有机肥分别替代T2处理20%,40%,60%,80%,100%的氮肥;T8,有机肥替代T2处理100%的氮肥+起身期喷施液态氮肥。结果表明,有机肥替代率29.5%~66.7%和100%替代率+液态氮处理小麦产量较高,与对照相当,该施肥条件下多数时期叶面积指数和叶片SPAD值也较高,这是有机肥替代化肥后产量稳定的生理基础。有机肥替代率大于40%小麦品质较高,尤其40%替代率处理的稳定时间、拉伸面积和最大拉伸阻力较对照分别提高了17.8%,23.5%,9.1%。对照、40% 和100%替代率+液态氮肥处理氮效率指标大多表现较优,籽粒吸氮量、氮肥效率和氮素吸收效率较高。有机肥替代氮肥能明显增加起身-灌浆期0~80 cm和成熟期0~60 cm土壤硝态氮含量,使土壤硝态氮出现表聚现象,替代率越高该层次土壤硝态氮含量越高;有机肥替代氮肥能明显降低成熟期80~100 cm土壤硝态氮含量,从而降低雨季氮素淋溶风险。综上,40% 替代率和100%替代率+液态氮肥处理小麦产量、品质、氮效率俱佳,效益显著。
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贾辉辉, 冯国华, 刘东涛, 等. 长期定位施肥对不同筋力型小麦品质的影响[J]. 麦类作物学报, 2015, 35(6):850-855.
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南镇武, 梁斌, 刘树堂, 等. 长期定位施肥对冬小麦籽粒品质的影响[J]. 华北农学报, 2015, 30(4):162-167.
为提高冬小麦籽粒营养品质,利用莱阳长期定位施肥试验第26,36年产出的冬小麦籽粒,研究了长期单施有机肥及其配施化学氮肥对冬小麦籽粒蛋白质、淀粉、粗脂肪等主要品质指标的影响。结果表明,随施氮量的增加,蛋白质和氨基酸含量上升,而淀粉和粗脂肪含量下降。与不施肥(CK)或单施有机肥(M<sub>1</sub>、M<sub>2</sub>)相比,有机无机配施(M<sub>1</sub>N<sub>1</sub>、M<sub>1</sub>N<sub>2</sub>、M<sub>2</sub>N<sub>1</sub>、M<sub>2</sub>N<sub>2</sub>)蛋白质和氨基酸含量分别提高15.2% ~43.9%,10.4% ~56.7%;谷氨酸在氨基酸组分中含量最高,脯氨酸受氮肥施用影响程度最大。在同一有机肥投入水平下,低量化学氮肥投入处理的淀粉、粗脂肪含量高于高量化学氮肥投入处理;在等氮量投入下,有机肥供氮比例越大越有利于提高冬小麦淀粉、粗脂肪含量。研究表明,以提高蛋白质含量为生产目的时,应多施氮并提高化肥氮所占比例,而以淀粉和粗脂肪为目的时,应提高有机肥所占比例。
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党海燕, 王朝辉. 我国麦田有机肥施用:研究历史、瓶颈与解决策略[J]. 植物营养与肥料学报, 2025, 31(1):12-31.
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