不同施肥模式對稻田土壤速效養分含量及水稻產量的影響①

方暢宇，屠乃美，張清壯，易鎮邪

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不同施肥模式對稻田土壤速效養分含量及水稻產量的影響①

方暢宇，屠乃美*，張清壯，易鎮邪

(湖南農業大學農學院，長沙 410128)

為了綜合評價中國南方稻田不同施肥模式對土壤速效養分及水稻產量的影響，并找到最佳施肥模式，本試驗在瀏陽市北盛鎮、荷花鎮和達滸鎮3個不同基礎地力水稻田塊從2013年起進行田間定位試驗，比較不施肥、常規施肥、60% 化肥 + 40% 有機肥(秸稈+紫云英)和單純施用化肥處理的水稻產量和土壤速效養分含量變化。3年定位試驗表明：不同施肥模式相比無肥處理均能顯著提高水稻生物產量，以60% 化肥 + 40% 有機肥處理最為顯著，且生物產量表現出逐年遞增的趨勢。通過提高水稻有效穗數和穗粒數使水稻產量顯著高于其他處理，60% 化肥 + 40% 有機肥處理相比不施肥、純化肥、常規施肥處理分別增產38.3% ~ 62.4%、1.7% ~ 9.6%、8.4% ~ 12.0%。土壤中速效養分含量表現出60%化肥+40%有機肥處理顯著高于其他處理的規律，且速效養分含量逐年遞增，而純化肥處理速效養分逐年遞減。從當季作物產量而言，低肥區應加大化肥在有機無機配施中的比例，但從長遠培肥地力方面，應適當加大有機肥在配施中所占比例，對于中高肥區則可逐步增加有機肥施用比例。不施肥會降低土壤肥力，而施肥具有明顯培肥地力的效果，60% 化肥 + 40% 有機肥的施肥模式培肥地力效果最為顯著，有利于增加水稻有效穗數和穗粒數，產量顯著高于其他處理。

施肥模式；生物產量；速效養分含量；水稻產量

化學肥料的施用對提高作物產量發揮了巨大作用。然而近年來，為了追求作物高產，生產上出現了不斷加大農田化學肥料投入量的現象。長期大量施用化肥會使土壤板結，速效養分和有機質含量下降、土壤酸化、肥料利用率下降[1]、溫室氣體排放加劇、土壤酶活性降低等一系列問題，從而影響土壤質量和作物產量[2]。因此，如何合理施肥，提高作物產量同時培肥地力是人們長期以來關注的問題。有機無機配施能夠很大程度上改善單施化肥所帶來的土壤和環境的負面影響，結合了化肥速效性和有機肥持久性的特點[3]，有利于培肥地力、凈化環境、實現作物高產優質[4]。有研究表明，有機無機配施通過增加水稻葉面積指數[5]，提高水稻葉片相對葉綠素含量(SPAD值)，延長葉片光合生理期，提高水稻光合速率，從而增加水稻干物質的產生與積累，使水稻生物量顯著增加[6]。有機無機配施還能顯著影響土壤理化生性質，增加土壤速效養分、總有機碳和全氮含量[7-9]。黃晶等[10]長達30多年的紅壤土定位試驗結果表明，有機無機配施相比純化肥處理，顯著提高了土壤中氮磷鉀含量和有機質含量，水稻產量顯著高于無肥和純化肥處理，確保了水稻的穩產高產。

有關不同施肥模式對土壤肥力、水稻產量的影響，國內外學者已做了大量研究[11-13]。但本研究聚焦于不同基礎地力下不同施肥模式對水稻產量及土壤肥力影響的差異性，以瀏陽市北盛鎮、荷花鎮、達滸鎮3個土壤肥力定位監測點作為試驗地，比較了不施肥、常規施肥、等氮量條件下配合施用40% 有機肥和施用純化肥等4種不同施肥模式對水稻產量及土壤速效養分含量的影響，以期揭示不同施肥模式與水稻產量及土壤速效養分含量的關系，為湘東丘陵區不同肥力水平稻田高效施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

于2013 年開始在湘東丘陵區瀏陽市北盛鎮百塘村、荷花辦事處牛石嶺村、達滸鎮書香村建立3 個土壤肥力定位監測點。監測點所在的瀏陽市位于湖南省東部，長江中下游以南，羅霄山脈的北段(27°51′ ~ 28°34′ N，113°10′ ~ 114°15′ E)，屬中亞熱帶季風濕潤氣候區，光熱資源豐富，全年無霜期270 d。供試土壤為紅壤土，供試水稻品種為當地主推一季稻品種。各試驗點土壤基礎性狀見表1。

表1 原始土壤的主要肥力特性

1.2 試驗設計

每個監測點共設4個處理：①不施肥(CK)；②常規施肥(CF)；③60% 化肥+ 40% 有機肥(NPKG)；④純化肥(NPK)。每個處理小區面積24 m2(6 m × 4 m)，重復3次，采用隨機區組排列。每個小區用水泥埂隔開，其地下埋深0.5 m，高出地表0.2 m，寬0.2 m，每一區組單排單灌。水稻移栽前進行人工翻耕，灌水。氮肥用尿素(含N 460 g/kg)，磷肥用過磷酸鈣(含P2O5120 g/kg)，鉀肥用氯化鉀(K2O 600 g/kg)。有機肥以冬紫云英和水稻秸稈為主。

除空白對照外，各處理施肥水平一致。CF處理的施肥量為N 180 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，并添加豬糞肥 12 000 kg/hm2(N 6 g/kg，P2O54 g/kg，K2O 4.4 g/kg)。NPKG處理的40% 的N以有機肥(紫云英：N 4 g/kg，P2O51 g/kg，K2O 3 g/kg；水稻秸稈：N 6 g/kg，P2O53 g/kg，K2O 11 g/kg)的形式施入，相對于純化肥處理不足的氮磷鉀以無機化肥的形式施入。有機肥、豬糞肥和磷肥全部作基肥施用，氮、鉀肥按基肥∶蘗肥∶穗肥=5∶3∶2的比例分3次施入。有機肥是綠肥和秸稈，同豬糞肥在翻耕前一天施用，分蘗肥在水稻插秧后7 d均勻撒施，穗肥在水稻插后45 d撒施。其他的田間管理措施與當地的大田管理相同。具體施肥量見表2。

表2 2013—2015年肥料施用情況(kg/hm2)

1.3 測定項目和方法

土壤養分含量：水稻收獲時進行土壤樣品采集，用五點采樣法采集0 ~ 20 cm耕層土壤，采集的耕層土壤經混合均勻后，將樣品中的根系、石塊等挑出，用四分法處理，最后剩余約1 kg樣品，每個處理重復3次。樣品經自然風干，磨碎，過10目和60目篩，用于測定土壤理化指標。土壤基本養分指標采用常規分析法測定[14]：堿解氮采用堿解氮擴散法；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀采用1.0 mol/L中性NH4OAc浸提-原子吸收分光光度法。

水稻產量與構成：水稻成熟后每個小區五點取樣法定5個點，每個點連續取20穴測量有效穗數，計算每穴平均有效穗數，據此取有代表性水稻植株5穴，脫粒后用水選法區分實粒(沉入水底的稻粒)和空癟粒，分別計數實粒數和空癟粒數，計算結實率。再從實粒中取3個1 000粒，測量千粒重。測算理論產量的植株取樣之后各小區全部齊地采收，測定生物產量和稻谷實際產量。

1.4 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2013和SPSS20.0軟件進行處理和統計分析。

(氮、磷、鉀)邊際產量=(施肥處理產量–無肥處理產量)/(氮、磷、鉀施入量)

2 結果與分析

2.1 不同施肥模式對土壤速效養分的影響

由表3可知，荷花鎮基礎地力可代表低肥力稻田，而北盛鎮和達滸鎮可代表中高肥力稻田。2013年荷花鎮稻田土壤堿解氮含量表現出常規施肥>無肥處理>純化肥處理>60% 化肥 + 40% 有機肥處理；隨年限延長，60% 化肥 + 40% 有機肥處理土壤堿解氮含量顯著提高，而純化肥處理逐漸下降，至2015年土壤堿解氮含量常規施肥處理顯著高于其他處理。北盛鎮和達滸鎮，不同年份間稻田土壤堿解氮含量均表現出60% 化肥 + 40% 有機肥處理顯著高于其他處理，而純化肥處理有逐年下降的趨勢。出現此現象的原因可能是，對于基礎肥力較低的地區，有機肥是一個緩效釋放過程，隨時間延長，有機物質所含養分被微生物分解釋放，從而逐年遞增。而對于堿解氮含量豐富的地區，土壤中堿解氮足夠滿足植株養分需求，加上有機養分的分解釋放，從而使有機無機處理的速效養分含量迅速增加，而純化肥處理缺乏有機養分的持續輸入，加之水稻生長不斷吸收土壤中氮素，使土壤中堿解氮含量逐漸下降。3個試驗點，土壤有效磷含量變化與堿解氮含量變化大體一致，有機無機配施處理有效磷含量均表現出隨年份增加而增加；至2015年，60% 化肥 + 40% 有機肥處理含量最高，相比純化肥、常規施肥和無肥處理分別提高了4.2 ~ 9.8、0.2 ~ 3.8、5.9 ~ 8.8 mg/kg。不同施肥模式對土壤速效鉀含量的影響與對堿解氮和有效磷影響總體上類似，均表現為在種植前期，有機無機配施處理土壤速效鉀含量相對其他處理較低，至2015年，60% 化肥 + 40% 有機肥處理含量最高。綜上所述，有機無機配施處理相比施用純化肥處理更能達到提高土壤速效養分含量和提供水稻植株所需養分的目的。

表3 不同施肥模式對紅壤稻田土壤速效養分的影響(mg/kg)

注：同列數據后小寫字母不同表示處理間差異達到<0.05顯著水平，表6同。

2.2 不同施肥模式對水稻產量的影響

由表4可知，除2015年達滸鎮外，達滸鎮和荷花鎮水稻生物產量在3 a中變化規律一致，即60% 化肥 + 40% 有機肥處理>純化肥處理>常規施肥處理>無肥處理；除2014年外，60% 化肥 + 40% 有機肥處理隨年份推移生物產量表現出遞增的趨勢，而其余處理均表現出遞減的趨勢。而北盛鎮除2014年外，水稻生物產量在2a中60% 化肥 + 40% 有機肥處理>常規施肥處理>純化肥處理>不施肥處理，不同處理間達顯著差異。由表5可知，不同施肥措施對水稻邊際產量影響很大。對于基礎地力水平較低的荷花鎮，在試驗前2 a 60% 化肥 + 40% 有機肥處理氮邊際產量低于單施化肥處理，到2015年60% 化肥 + 40% 有機肥處理最高；對于基礎地力較高的北盛鎮和達滸鎮均表現出60% 化肥 + 40% 有機肥處理氮邊際產量最高。而不同施肥模式對磷和鉀邊際產量影響與對氮邊際產量影響相反，3 a時間內，有機無機配施處理均小于單施化肥處理。其原因可能是有機肥中磷和鉀元素的分解釋放，導致土壤中磷和鉀豐余，從而使磷、鉀邊際產量降低。因此在施用有機肥時，應綜合考慮有機肥中的磷和鉀含量。由圖1可知，荷花鎮和達滸鎮3 a中水稻產量均表現為60% 化肥 + 40% 有機肥處理>純化肥處理>常規施肥處理>無肥處理，北盛鎮3 a中水稻產量均表現為60% 化肥 + 40% 有機肥處理產量最高。到2015年，3試點60% 化肥 + 40% 有機肥處理分別比純化肥處理、常規施肥處理和無肥處理增產1.7% ~ 9.6%、8.4% ~ 12.0%、38.3% ~ 62.4%。高生物產量對應高水稻產量潛力，無論低肥還是中高肥區，有機無機配施處理生物產量最高，水稻產量潛力最大。

表4 不同施肥模式對水稻生物產量的影響(kg/667m2)

注：同行數據后不同小寫字母表示處理間差異達<0.05顯著水平。

表5 不同施肥模式對水稻氮磷鉀邊際產量的影響(kg/kg)

圖1 不同施肥模式對水稻實際產量的影響

2.3 不同施肥模式對水稻產量構成的影響

從表6水稻產量構成因素看，與不施肥相比，施肥處理顯著增加了每穗粒數和有效穗數，處理間差異達到顯著水平。3個試點均表現為60% 化肥 + 40% 有機肥處理水稻有效穗數最多，且與其他處理達到顯著性差異；荷花鎮與達滸鎮純化肥處理千粒重最大，北盛鎮則表現為常規施肥處理千粒重最大；結實率則表現為不施肥處理顯著高于其他3種施肥模式。說明60% 化肥 + 40% 有機肥處理提高水稻產量主要是因為其有效穗數顯著增加，同時其每穗粒數相對較多；而不施肥處理產量低于其他處理是因為其每穗粒數和有效穗數顯著低于其他3種施肥模式，但千粒重與其他處理相差不大，結實率甚至顯著高于其他處理。

表6 2015年不同施肥模式對水稻產量構成的影響

3 討論

3.1 不同施肥模式對稻田土壤速效養分含量的影響

長期施用有機肥能夠顯著提升地力，增加土壤有效養分含量[15]。張成蘭等[16]提出，有機無機肥配施能夠顯著增加土壤中堿解氮含量。張小莉等[17]提出有機無機復混肥相比化肥處理通過促進土壤中有益菌的生長，改善了土壤供氮特性，提高了氮素利用率，從而提高了土壤中堿解氮的含量。但也有試驗表明，單施有機肥用量達60 t/hm2時，氮生理利用效率明顯降低[15]，其主要原因可能是長期大量施用有機肥使土壤養分含量超過水稻利用的濃度范圍。本試驗結果顯示，有機無機配施能顯著增加土壤中堿解氮含量，對于基礎地力較低稻田，隨年限延長，堿解氮含量不斷增加，這與貢付飛等[18]試驗結果一致。而對于中高肥力稻田，3 a時間內60% 化肥 + 40% 有機肥處理堿解氮含量顯著高于其他處理，且顯著高于常規施肥處理，說明綠肥和秸稈的混合施用更有利于土壤中氮的礦化。60% 化肥 + 40% 有機肥處理較單施化肥處理能夠顯著提高土壤堿解氮含量，原因可能是隨著氮施用量的增加，土壤中氮素出現盈余，但有機無機配施處理能夠有效降低盈余量，從而減少氮素滲漏、揮發等損失的風險[9]。王敬等[19]研究指出，有機肥顯著提高了初級礦化-同化周轉率。筆者認為，對于低肥區稻田，應適度增加施肥量并加大無機化肥在有機無機配施中的比例；而對于中高肥力稻田則與之相反，從而達到真正培肥土壤的效果。

有研究表明，施用有機肥料能減少土壤對磷的固定和磷素流失[20]，提高磷肥的有效性和利用率。本研究表明，3個不同肥力地區，荷花鎮土壤有效磷含量無肥處理顯著高于其他處理，但隨時間推移，60% 化肥 + 40% 有機肥處理有效磷含量增加，到2015年60% 化肥 + 40% 有機肥處理含量最高；而北盛鎮和達滸鎮土壤有效磷含量在3 a時間內，60% 化肥 + 40% 有機肥處理均顯著高于純化肥處理，到2015年60% 化肥 + 40% 有機肥處理相比純化肥、常規施肥和無肥處理分別提高了4.2 ~ 9.8、0.2 ~ 3.8、5.9 ~ 8.8 mg/kg。表明秸稈+紫云英作為有機肥能顯著增加土壤有效磷含量，原因可能是：①有機肥本身含有一定數量的磷，這部分磷易于分解釋放；②有機肥施入后增加有機質含量，而有機質可減少無機磷的固定，并促進無機磷的降解[21]；③長期有機無機肥配施顯著增加了土壤中各形態無機磷的含量，增強了其在土壤中的移動，促進了土壤磷素向有效態轉化[22]。

周曉芬等[23]曾提出有機肥與水溶性化肥相比，有機肥速效鉀和緩效鉀被土壤固定程度明顯降低，故在土壤中有效性較高。本研究結果顯示，相比堿解氮和有效磷含量變化，3個地區土壤速效鉀含量變化規律類似，到2015年，有機無機配施處理土壤速效鉀含量顯著高于其他處理。綜上所述，60% 化肥 + 40% 有機肥通過加速氮磷鉀元素循環與代謝，從而顯著增加了土壤中速效養分的含量，改善了土壤質量。

3.2 不同施肥模式對紅壤稻田水稻產量及產量構成的影響

關于施肥對水稻生物產量的影響，3個試驗點3 a時間內均表現出60% 化肥 + 40% 有機肥處理顯著高于其他處理，且有逐年遞增的趨勢。荷花鎮和達滸鎮水稻實際產量3 a數據均表現為60% 化肥 + 40% 有機肥處理>純化肥處理>常規施肥處理>不施肥處理，北盛鎮為60% 化肥 + 40% 有機肥處理>常規施肥處理>純化肥處理>不施肥處理，不同地區均為有機無機配施處理水稻產量最高，這與前人研究結果一致[24]。有研究表明，有機無機配施能顯著增加每穗粒數[25]、結實率[26]、有效穗數[27]，從而實現水稻高產。本試驗中，施肥處理相比無肥處理，穗粒數和有效穗數顯著提高，但施肥處理結實率顯著小于無肥處理。這與李先等[1]研究結果相似。有研究結果表明，低量有機無機配施處理在水稻前期養分釋放太多導致后期供應較弱；而高量有機無機配施處理水稻前期養分供應太少，從而導致水稻結實率和千粒重下降[28]。因此本研究下一步將對不同肥力地區有機無機不同配施比例進行考察。本試驗研究結果還表明，水稻磷、鉀邊際產量均隨有機肥的施入而降低，單施化肥處理磷、鉀邊際產量最高，筆者認為，在有機無機配施條件下，不應只注重氮肥，還應注重磷鉀肥的平衡施入，從而使經濟效益最大化。綜上，60% 化肥 + 40% 有機肥處理顯著提高了水稻產量可能是因為有機無機配施提高了單位面積的有效穗數和每穗粒數，導致單位面積穎花數顯著增加。

3.3 不同基礎地力土壤對施肥模式響應的差異性

不同施肥對不同基礎地力紅壤稻田的影響不同。賈俊仙等[29]研究表明，施用尿素條件下，高肥力紅壤性水稻土硝化作用的增強幅度顯著高于低肥力土壤。本試驗中，對于基礎地力較低的荷花鎮，堿解氮含量表現出常規施肥處理含量最高，60% 化肥 + 40% 有機肥處理含量最低，但水稻產量表現為單施化肥處理最高，無肥處理最低。其原因可能是化肥迅速補充了水稻所需速效養分，而有機肥處理無法短期滿足作物所需，但植株仍從土壤中獲取養分，導致土壤中速效養分顯著降低[30-31]。對于基礎地力中等的達滸鎮和北盛鎮2個試驗點，水稻產量均為60% 化肥 + 40% 有機肥處理最高，土壤堿解氮和有效磷含量均表現出60% 化肥 + 40% 有機肥處理>常規施肥、單施化肥處理。因此根據土壤肥力水平，有針對性地調整施肥措施，才能更好發揮土地生產潛力，增加水稻產量。魯艷紅等[32]通過盆栽試驗表明對于地力水平較低的農田土壤，應注重合理施肥，培育和提高農田土壤肥力；地力水平較高的土壤也應注重高效合理補充養分。本試驗結果表明，基礎地力較低土壤，速效養分含量較低，有機肥無法短時間滿足作物生長所需，而單施純化肥能夠及時滿足水稻所需養分，顯著提高水稻產量，而對于基礎地力較高土壤，速效養分含量較高，大量無機化肥施入，土壤養分有盈余，使土壤中養分流失嚴重，而有機無機配施保證了土壤中養分持續供應，從而使水稻產量能夠高產穩產。綜上所述，筆者認為在施用有機肥時應考慮土壤肥力水平，對于肥力較低土壤，在增加施肥量的基礎上，加大無機化肥比例；而對于肥力較高土壤則相反，從而實現水稻的高產穩產。

4 結論

紅壤稻田長期施肥能夠顯著提高水稻產量和土壤速效養分含量，具體表現為60% 化肥 + 40% 有機肥處理通過增加有效穗數和穗粒數使水稻產量最高。水稻生物產量是水稻實際產量顯著提高的基礎，本研究表明60% 化肥 + 40% 有機肥處理相比其他處理顯著提高了水稻生物產量，產量潛力最大，且表現出逐年遞增的趨勢。磷鉀邊際產量隨有機肥的施入而降低。而對于土壤養分的影響，基礎地力較低的稻田速效養分含量在前期以純化肥處理較高，而中等肥力稻田，有機肥培肥效果好于單施化肥處理，但無論是低肥力還是高肥力稻田，有機無機配施處理速效養分含量均表現出逐年遞增，并最終顯著高于其他處理。因此長期施肥具有明顯培肥地力的作用，有機無機配合施用的施肥模式培肥地力的效果最為明顯，但施用有機肥的同時須兼顧氮磷鉀元素的平衡施入。

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Effects of Fertilization Modes on Available Nutrient Contents of Reddish Paddy Soils and Rice Yields

FANG Changyu, TU Naimei*, ZHANG Qingzhuang, YI Zhenxie

(College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

A experiment was conducted from 2013 to 2015 in three reddish paddy fields under different nutrient levels to comprehensively evaluate the effects of different fertilization modes on available nutrient contents and rice yields in order to find the best fertilization mode. The tested fields were located respectively in Beisheng, Lotus and Dahu towns in Liuyang, eastern Hunan. The fertilization modes included CK, no-fertilizer; CF, conventional fertilizer; NPKG, 60% chemical fertilizer + 40% organic manure (straw + astragalus smicus, equivalent nitrogen substitution); and NPK, single chemical fertilizer. The results showed that compared with CK, other fertilization modes significantly increased rice biological yield, NPKG mode was the best and in which rice biomass yield showed a continuous increasing trend. Compared with CK, NPK and CF modes, rice yields under NPKG mode were increased 38.3%-62.4%, 1.7%-9.6% and 8.4%-12.0% respectively by promoting the number of productive ear andseeds per ear. The contents of rapid available nutrients in soils under NPKG mode showed an increasing trend and were significantly higher than those of other fertilization modes, while the contents of rapid available nutrients in soils under CF mode decreased gradually. From the aspect of crop yield, the proportion of chemical fertilizer in NPKG mode should be increased in the low fertility area, but the proportion of organic manure should be increased from the long term in terms of promoting soil fertility, while for the middle-high fertility area, the proportion of organic fertilizer should be increased gradually. Non-fertilization will decrease but fertilization increase soil available nutrients, in which NPKG mode is optimal in promoting soil fertility and rice yield.

Fertilization mode; Biomass yield; Rapid available nutrient content; Rice yield

公益性行業(農業)科研專項(201503123)資助。

(tnm505@163.com)

方暢宇(1992—)，男，湖南益陽人，碩士研究生，主要從事作物高產高效栽培理論與技術的研究。E-mail:18684663642@163.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.03.004

S158.1

A