不同有機肥料對水稻產量和土壤肥力的影響

周江明

（浙江省江山市農技推廣中心,浙江江山 324100）

不同有機肥料對水稻產量和土壤肥力的影響

周江明

（浙江省江山市農技推廣中心,浙江江山 324100）

通過3年在不同肥力水平的稻田試驗,研究增施綠肥、稻草、商品有機肥及其組合對水稻產量和土壤肥力的影響。結果表明,和單施化肥相比,連續3年增施有機肥料處理的土壤有機質、全氮、有效磷及速效鉀平均增7.2%,14.4%,10.6%和93.1%,其中肥力中等稻田增效明顯優于肥力較高稻田,且隨有機肥料用量的增加而增加；容重則平均下降了9.9%。不同有機肥料處理間,對土壤氮積累貢獻最大的為綠肥,但土壤磷出現下降；土壤有機質、磷、鉀含量均以稻草還田處理增效最佳。增施有機肥料處理在不同肥力稻田中對水稻產量影響不一,肥力中等稻田平均增9.8%,其中以種植綠肥結合稻草還田處理產量最高,比化肥處理增18.0%；肥力較高稻田則以稻草還田處理產量最高,比化肥處理增3.2%,其余處理均減產。

有機肥料；水稻產量；土壤肥力

水稻在中國糧食結構中處于舉足輕重的地位,水稻土面積占全國耕地面積的1/4［1］。特別在南方,水稻是主要糧食作物,其總播種面積約占全國的94%［2］。長期以來,由于工業發展、城鎮擴建及基礎設施建設等占用大量的肥沃良田,使我國優質稻田資源越來越少,而新建補充的耕地土壤又極其貧瘠,從而造成稻田糧食生產能力逐漸下滑。在我國耕地資源非常短缺、種植面積難以增加的情況下,為解決我國人口增長及經濟發展對糧食需求持續增長的問題,勢必要提高水稻單產。而水稻單產與土壤肥力密切相關,高肥力土壤始終具有較高的產量潛力［3］,且在高肥力土壤上,施用較少量的肥料即可達到高產的效果［4-5］。因此,稻田肥力培育成了農業工作者普遍關注的熱點問題。諸多研究表明,農業生產中增施有機肥料具有水稻增產［6-8］、土壤培肥［6-12］、減少環境污染［13-14］及農產品品質改善［15-16］等顯著功效。特別在土壤肥力培育方面,有機肥料除顯著提高土壤有機質含量外,綠肥、餅肥等能快速提升土壤氮庫量［6,12,17］,作物秸稈顯著增加土壤鉀積累量［14］,豬糞、雞糞等對土壤磷含量增效明顯［18-19］。然而,在相關文獻中,對于不同肥力稻田開展土壤培肥的研究較少,各種有機肥料組合培肥功效也鮮有報道。鑒于此,作者在肥力不同稻田連續開展3年綜合培肥試驗,探索不同肥力稻田的最佳綜合培肥方案,以期為稻田肥力培育和提高水稻產量提供科學依據。現將有關試驗結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2010年初開始,至2012年11月結束,其中綠肥（紫云英）于2009年9月底提前播種。試驗在江山市長臺鎮長安村楊祖根戶和峽口鎮王村村王元有戶進行。長安村土壤為壤土,耕作層厚度16.5cm,王村村土壤為沙壤土,耕作層厚度18.0cm。試驗前長安村和王村村土壤的全氮、有效磷、速效鉀、有機質、pH值、容重分別為1.35和2.18g·kg-1、11.4和63.0mg·kg-1,34.1和58.4mg·kg-1,22.12和36.83g·kg-1,5.16和5.08,1.27和1.16g·cm-3。王村村的土壤肥力水平較高。

供試作物品種長臺鎮長安村2010-2012年均是中浙優1號,峽口鎮王村村2010年、2011年和2012年分別是中浙優1號、深兩優5814和C兩優608。供試肥料氮肥是尿素（含純N46%）、磷肥是普通過磷酸鈣（含P2O514%）、鉀肥是氯化鉀（含K2O60%）及商品有機肥（含有機質46.8%,純N,P2O5,K2O分別為2.65%,1.85%和1.57%,水分28.6%,pH值6.6）。

1.2 處理設計

試驗共設10個處理：對照處理（CK）為空白不施肥,處理1為施配方肥,處理2為配方肥+10%配方肥（增施化肥）,處理3為配方肥+種植綠肥,處理4為配方肥+稻草還田,處理5為配方肥+商品有機肥,處理6為配方肥+種植綠肥+稻草還田,處理7為配方肥+種植綠肥+商品有機肥,處理8為配方肥+稻草還田+商品有機肥,處理9為配方肥+種植綠肥+稻草還田+商品有機肥。長安村試驗田配方肥N,P2O5,K2O用量分別為202.5,75.0和180.0kg·hm-2,王村村試驗田配方肥N, P2O5,K2O用量分別為187.5,45.0和180.0 kg·hm-2。綠肥、稻草還田及商品有機肥兩試點各年度施用量及通過取樣烘干測定的養分含量見表1。小區面積20m2,重復3次,隨機區組排列。各小區間用20cm寬、20cm高的小田埂隔開,獨立灌排,周圍設保護行。

表1 兩試點2010-2012年各處理的有機肥施用量

稻草還田在單季稻收割后即撒開覆蓋于田面上,并與綠肥一起在水稻移植前1周人工翻挖埋入耕層。配方肥中60%氮肥、100%磷肥、70%鉀肥作基肥與商品有機肥一起施入,25%氮肥作分蘗肥（移栽后10d左右）,15%氮肥、30%鉀肥作促花肥施用。水稻播種時間在5月12-18日,6月5-15日移栽,10月2-6日收割,播種密度187萬～261萬穴·hm-2（每年同一試驗點各小區密度均相同）。其他管理參照當地農戶習慣統一進行。

1.3 調查項目與方法

試驗前對試驗田取土,采用“S”形取15個點進行混勻縮分,取土深度以耕作層厚度為準,留樣等分析用。水稻收割時調查各小區產量因子并實割曬干測產。每年水稻收割后進行小區土壤取樣,每小區取5個點進行混勻縮分至1.5kg左右,待分析養分用,同時調查容重3個點。

2 結果與分析

2.1 水稻產量

施肥是糧食生產的重要技術措施,對糧食單位面積增產可達55%［20］,而化肥與有機肥料結合施用是促進水稻持續高產穩產的保障措施。從表2看出,施配方肥和化肥配有機肥處理的水稻3年平均產量比空白對照增27.1%和31.6%,增產效果顯著；和施配方肥相比,長安村增施化肥處理水稻平均增產6.1%,王村村則平均減產0.9%。表明施肥是水稻增產的重要措施,而在化肥基礎上增施有機肥料增產效果優于單施化肥,適當增加化肥用量在中等肥力土壤上同樣能進一步提高水稻產量,在較高肥力土壤上則表現為減產。

在不同肥力的土壤同樣施配方肥條件下,不同有機肥料處理對水稻產量的影響存在差異。長安村試驗田土壤屬于中等肥力水平,以2種有機肥料處理水稻平均產量最高,達8229.5kg· hm-2,其中綠肥和稻草組合最佳,3年水稻產量均最高,平均為8386.4kg·hm-2,顯著高于未施有機肥料處理,而與其他有機肥料處理差異不顯著；王村村試驗田土壤屬于較高肥力水平,以1種有機肥料處理平均產量最高,達9343.8kg· hm-2,其中又以稻草還田處理最高,為9636.2kg·hm-2,而2種或3種有機肥料處理的水稻產量反而比化肥處理下降了2.1%和6.5%。分析原始調查數據可知,增施有機肥料主要以大量增加有效穗而增產,但也會因土壤氮素過高造成粒數、粒重和結實率下降而減產,從而使肥力不同稻田出現不同的增減效果。從不同有機肥料品種對水稻的增產效果看,肥力中等稻田依次是綠肥＞商品有機肥＞稻草,高肥力稻田卻相反,是稻草＞商品有機肥＞綠肥。同時,從表2也看出,稻草還田增效逐年上升幅度最大,和對照相比,稻草還田增產從2010年的22.5%至2012年的45.5%,綠肥、商品有機肥增效分別自23.8%和22.5%上升到42.4%和40.8%,特別在中等肥力稻田此種增效趨勢更加明顯。

試驗結果表明,肥力中等稻田在施化肥基礎上,增施有機肥料或適當提高化肥用量均增產,其中以翻耕綠肥結合稻草還田效果最佳；肥力較高稻田以稻草還田增效最好,提高化肥用量或增施過多有機肥料反而減產。

表2 兩試點2010-2012年不同處理的水稻產量

2.2 土壤肥力

2.2.1 有機質

土壤有機質是土壤肥力的重要指標,它在提供作物生長所需的養分、改善土壤結構、增加土壤保水保肥以及緩沖性能等方面發揮著重要作用［21］。由表3知,除對照和處理1外,其他各處理3年后有機質含量均上升,其中以處理9最高,長安村和王村村分別提高了12.84%和8.85%。土壤有機質提升效果與不同有機肥料品種及數量密切相關,單種有機肥料以稻草還田最佳,3年后平均有機質含量為31.12g·kg-1,其次是綠肥為30.92g· kg-1,商品有機肥最差為30.03g·kg-1,這從有機肥料干基生物量（表1）上可得到合理解釋,單位稻田投入干有機物質數量大小依次為稻草＞綠肥＞商品有機肥；不同組合處理上增效依次為3種有機肥料＞2種有機肥料＞1種有機肥料,它們與對照相比,有機質含量分別增19.4%,16.2%和 12.3%。處理2有機質含量均比試驗前略有提高,可能是增加化肥投入提高水稻生物量,水稻收割后殘留土壤中的根茬及枯葉較多而有利于有機質的積累,但這種優勢遠不及增施有機肥料。由此表明,增加稻田土壤有機質含量的最佳途徑是增施有機肥料,且數量上越多越好,多種有機肥料優于單一有機肥料。

2.2.2 養分含量

土壤肥力變化和養分吸收是一個復雜的過程,不僅關系到土壤養分含量和不同養分之間相互作用,還關系到作物生理,一般是通過土壤不同養分含量來評價土壤肥力,其中全氮、有效磷、速效鉀是其中的主要養分評價指標［22］。

土壤全氮。從表3看出,增施化肥或有機肥料處理均能有效提高土壤氮含量,它們分別比處理1增9.5%和19.2%。對照處理因作物帶出和氮轉化、無外源氮補充而土壤氮含量下降。不同有機肥料品種間,由于外源氮投入量以綠肥最多,土壤氮積累量也最高,土壤氮含量平均為1.98g·kg-1,商品有機肥處理最低為1.88g·kg-1；不同組合處理土壤氮含量提升效果與有機質的相同,依次為3種有機肥料＞2種有機肥料＞1種有機肥料,但不同肥力水平稻田增效不同,中等肥力水平條件下, 1,2,3種有機肥料組合分別比對照增18.1%, 27.5%和35.1%,較高肥力情況下,分別比對照增17.4%,20.1%和22.1%,土壤肥力條件差氮養分提升快。由此表明,土壤全氮含量提升效果隨施入的外源氮量上升而增加,而有機氮因礦化緩慢、流失少,土壤殘留量相對較高,故而具有更好的培肥效果。

土壤有效磷。3年不施磷肥土壤磷素減少明顯（表3）,對照處理有效磷含量下降了16.2%。增施有機肥料和增施化肥處理均提高土壤有效磷含量,分別比處理1增18.4%和15.6%。施用單一有機肥料中,土壤有效磷含量增長最多的是稻草還田處理,長安村和王村村分別增15.8%和13.0%,商品有機肥處理比試驗前稍增,而綠肥處理則分別下降了27.2%和0.8%,這可能是種植綠肥顯著提高了水稻產量,移出稻田的磷素量大,而綠肥含磷量極低,輸出磷素量遠遠高于補入的量所致,特別在增產效果更佳的中等肥力田下降得更為突出。多種有機肥料組合對土壤有效磷的影響與有機質、氮含量變化相同,增施1,2,3種有機肥料組合土壤磷含量分別比對照增17.0%,46.9%,61.1%。由此可見,外源磷素投入促進了土壤有效磷含量的積累,增施化肥和有機肥料同樣有提高土壤磷含量的作用,但增施有機肥料特別是磷含量較高的有機肥料更能快速增加土壤磷庫量,并提高磷的有效性,進而改善土壤對作物的供磷能力。

土壤速效鉀。從表3知,沒有外源鉀素的投入,對照處理土壤供鉀能力明顯下降,長安村和王村村有效鉀含量分別比試驗前下降了6.2%和20.0%；處理1土壤速效鉀含量長安村上升46.0%,王村村則下降了8.2%,這是由于肥力較高的稻田稻草生物量大,帶出鉀素量也大而造成土壤鉀含量下降；在配方肥基礎上增施有機肥料土壤有效鉀基本呈不同程度的上升,其中稻草還田+種植綠肥或稻草還田+種植綠肥+商品有機肥處理效果顯著優于其他處理,試驗后土壤速效鉀平均分別達135.2和134.5mg·kg-1,是試驗前的3倍,這和稻草、綠肥中鉀含量高密切相關。從不同有機肥料品種上看出,提升效果依次為稻草＞綠肥＞商品有機肥,2012年土壤有效鉀平均含量分別達109.6,72.7和49.1mg·kg-1,比處理1增130.1%,52.7%和3.2%；商品有機肥料處理有效鉀顯著低于另2種有機肥處理,長安村試驗點甚至低于對照,這可能是增施有機肥料提高了水稻生物量,稻草移出的鉀素多,而商品有機肥鉀含量較低,加速了土壤鉀素的耗竭。表明稻草還田和種植綠肥是增加土壤鉀庫量的有效途徑。

2.2.3 容重

土壤容重可以概括地反映土壤質地、結構狀況以及腐殖質含量的高低,是土壤肥力的一個重要物理指標。從表3知,增施有機肥料有顯著改善土壤結構的效果,增施有機肥料處理容重平均比處理1下降了10.3%,而在綠肥、稻草及商品有機肥間又以稻草還田處理和綠肥處理表現更為突出。

3 小結與討論

有機肥料富含氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫及微量元素等,養分較全面,增施有機肥料能解決單施化肥而致養分失調、肥效前后不平衡等問題,因而對作物有顯著的增產效果。張國榮等［1］通過30年長期定位試驗表明,和單施化肥相比,增施牛糞稻田,早、晚稻分別增產16.0%和20.0%。高菊生等［6］通過30年長期定位試驗顯示,種植綠肥早、晚稻年均增產分別為16.1%～26.8%和22.0%～31.3%,其中增產效果紫云英＞油菜＞黑麥草。廖育林等［9］研究認為,通過長期稻草還田措施,早、晚稻平均增產7.1%和5.6%。本試驗結果顯示,肥力不同稻田增施有機肥料增效有明顯差異,中等肥力條件下,增施有機肥料水稻平均產量比單施化肥增產13.1%,而在較高肥力情況下則平均減產1.9%。分析前人供試土壤養分可知,本研究結果與他們結論并不矛盾,張國榮、高菊生等供試土壤屬于中等肥力水平（土壤有機質含量為19.8和20.1g·kg-1）,廖育林供試土壤屬于較高肥力水平（土壤有機質含量為34.7g·kg-1）,前者增施有機肥料增產效果明顯高于后者,充分表明了肥力水平與增產效果呈負相關關系,本試驗中王村村稻田肥力過高自然會出現減產現象。

在中等肥力條件下,2種有機肥料處理稻谷平均產量高于1種或3種有機肥料處理,其中以種植紫云英結合稻草還田稻谷產量最高,紫云英翻耕入田一方面由于其植株的氮素含量遠高于稻草和商品有機肥,另一方面紫云英能夠固氮,極大地提高了土壤氮素供應能力［23］,增加水稻有效分蘗數,而后期稻草中大量有機鉀分解礦化,補充了土壤鉀量的消耗,確保水稻養分由源向庫的運輸,提高籽粒結實率及千粒重,使水稻增產。不同有機肥料品種,由于稻草分解慢、前期氮素供應低于其余2個品種,增產出現滯后性［9］,試驗中平均增效大小依次為紫云英＞商品有機肥＞稻草。

在較高肥力條件下,因施用配方施肥量的化肥后土壤肥力和供肥性能已經達到相對穩定和充足階段,增施有機肥料（特別是紫云英）使土壤氮素過量,無效分蘗驟增,而后期灌漿不足使千粒重和結實率下降造成減產,并呈現有機肥料施得越多產量減產越嚴重之勢。在不同有機肥料品種增效上,因稻草前期供應有效氮少,增效反而最高,種植紫云英增效最差,這和中等肥力稻田相反。本試驗表明,目前普遍認為增施有機肥料就能增產的觀點存在誤區,是否增施有機肥料、增施多少及增施什么有機肥料要根據稻田肥力情況而定,否則會適得其反。

作物產量、土壤肥力水平及其變化趨勢是衡量稻田系統可持續性的重要指標［24］。稻田土壤肥力的高低直接反映在水稻產量上,它們呈顯著正相關關系［7,25］,而土壤有機質及養分含量是土壤肥力的主要指標［22,24］。故而為維持或提高水稻的增產潛力,必須提高土壤有機質及養分含量。大量長期定位試驗均表明［6-10］,增加有機物投入是提升土壤有機質及養分的有效措施,秸稈還田的土壤中因具有高的C/N,誘導微生物N的固定［26-27］,避免了作物生長前期過多的無機氮存在于土壤中而遭受揮發滲漏及反硝化損失［11］,提高土壤含氮量,并顯著改善土壤物理性狀［17,28］。種植綠肥因根瘤菌的固氮作用,同樣降低了土壤無機氮含量,有效減少土壤氮素的流失,加上植株含氮量高而顯著提高土壤氮含量［6,29-30］。本試驗結果顯示,稻田土壤培肥和有機肥料種類及數量相關,多種有機肥料組合應用優于單一品種,且數量越多,土壤有機質及其養分含量提高幅度越大,與前人觀點相符［7］。同時,肥力中等稻田土壤有機質及養分提升幅度大于較高肥力稻田,呈肥力越高增幅越少之勢,說明增施有機肥料不可能無限提高土壤有機質及養分含量,土壤黏粒對有機物質的保持能力有一定限度,最終會達到飽和狀態而停止增加［31-32］。本試驗3年結束時,各種有機肥料處理中,對土壤有機質含量影響最大的是稻草還田,這與施入的稻草的量（以干物計）最大有關,其次為種植綠肥,稍差于稻草還田,商品有機肥因有機物量少而效果最差。土壤氮含量增效依次為綠肥＞稻草還田＞商品有機肥,商品有機肥除投入總氮量最少外,也因其養分有效性成分高而損失大,土壤積累量少。土壤磷含量積累效果是稻草還田＞商品有機肥＞綠肥,并出現單純種植綠肥土壤磷含量下降的現象,這可能是種植綠肥提高了稻谷產量,高量水稻籽粒和植株從土壤帶走了更多的磷素而使土壤虧損之故［6］。土壤鉀含量以稻草還田提升效果最為顯著,這和稻草中含鉀量高有關［15］。表明增施有機肥料雖然是提升土壤肥力和維持水稻生產力可持續的有效措施［9］,但在施用過程中要因地制宜,針對不同土壤養分特征合理搭配不同的有機肥料進行投入,確保土壤不同養分平衡提升。

增施有機肥料是提升土壤肥力并實現水稻持續高產的有效措施,綜合考慮地力培肥和稻谷增產2個因素,在當前水稻生產中,中等肥力稻田進行種植綠肥和稻草還田,較高肥力稻田進行稻草還田,是稻田“用養結合”的合理模式,對農業可持續生產具有重要意義。

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（責任編輯：張才德）

S511.062

B

0528-9017（2014）02-0156-06

文獻著錄格式：周江明.不同有機肥料對水稻產量和土壤肥力的影響［J］.浙江農業科學,2014（2）：156-162.

2013-12-15

浙江省公益技術應用研究項目（2011C22094）

周江明（1968-）,男,浙江江山人,高級農藝師,主要從事土壤肥力、植物營養及肥料應用等研究工作。E-mail：man-0034@163.com。