有機肥替代部分化肥對水稻產量及土壤理化性質的影響

毛偉 李文西 趙雨涵 陳明 徐迅燕 王長松 王娟娟 錢曉晴

摘要：本文旨在研究不同有機肥替代化肥比例對稻麥輪作體系水稻產量及構成因素、土壤基本理化性質影響，為科學合理施肥、提高作物產量和提升地力質量提供理論依據。試驗設在江蘇省儀征市的長期肥料試驗點，共6個施肥處理：常規化肥（M0），有機肥替代10% （M10）、20% （M20）、30% （M30）、40%（M40）和50% （M50）常規化肥。分析水稻產量及構成，測定基本理化性質。結果表明：與全單施化肥相比，有機肥替代化肥后的第一年替代比例過大（M40、M50）會導致水稻籽粒產量明顯下降，但在替代的第二年所有替代處理均有一定增產作用，以M30和M40處理增產效果最佳。隨著替代比例的增加，土壤有機質含量顯著提高，全磷、速效磷含量略下降趨勢，土壤速效鉀含量稍有上升趨勢，其他測定指標則差異不大。在穩定水稻產量前提下，有機肥替代20%～30%化肥施具有促進作物生長與養分吸收、提高土壤質量的作用。

關鍵詞：水稻；產量；產量構成；有機肥；土壤理化性質；土壤養分

中圖分類號：S158文獻標志碼：A論文編號：cjas2020-0143

Effects of Organic Fertilizer Substitute for Chemical Fertilizer on Rice Yield and Soil Physicochemical Properties

Mao Wei1， Li Wenxi1， Zhao Yuhan2， Chen Ming1， Xu Xunyan1， Wang Changsong3， Wang Juanjuan2， Qian Xiaoqing2（1Yangzhou Cultivated Land Quality Protection Station， Yangzhou 225101， Jiangsu， China； 2College of Environmental Science and Engineering， Yangzhou University， Yangzhou 225127， Jiangsu， China； 3Yizheng Cultivated Land Quality Management Station， Yangzhou 211400， Jiangsu， China）

Abstract： The study aimed to investigate the response of rice yield and components， and soil physicochemical properties to organic fertilizer （OF） substitute for chemical fertilizer （CF） in rice-grain rotation system， and provide theoretical foundation for rational fertilization， increase yield and promote fertility. The experiments was conducted in long-time fertilizer test point in Yizheng， Jiangsu， 6 treatments were set： convention chemical fertilizer （M0）， OF ratios of 10% （M10）， 20% （M20）， 30% （M30）， 40% （M40）， and 50% （M50）. The yield and composition were studied， and the basic physicochemical property was measured. The results indicated that compared with M0， the rice yield decreased at the ratios of 40% and 50% in the first year， and increased at all treatments in the second year. The highest rice yields were observed at the ratios of 30% and 40% in the second year. With the increase of OF ratio， soil organic matter content increased significantly， whereas there were decrease trends for the concentrations of total phosphorus and available phosphorus， and small increase was found in available potassium， there were no significant differences in other indices. In the precondition of stable rice yield， 20%-30% OF could promote crop growth and nutrient uptake， increase soil fertility.

Keywords： Rice； Yield； Yield Components； Organic Fertilizer； Soil Physicochemical Properties； Soil Nutrient

0引言

水稻是中國乃至全世界種植面積最廣的作物之一，其穩產高產關系到糧食安全[1]。肥料投入是保證作物高產穩產的基本途徑，大量研究表明，化肥對糧食產量的貢獻率大約在40%甚至更高[2]。由于化肥促進作物生長、增加作物產量的效果十分顯著。1980年后，中國的化肥用量大幅增長，但由于肥料供應養分的結構不夠合理，造成部分化肥養分的利用率下降，作物產量增加低于預期[3]。長期過度依賴化肥，尤其是氮肥，部分地區也包括磷肥、甚至鉀肥，忽視其他營養元素的科學合理施用，導致土壤養分失衡，作物生長量下降，歸還土壤的根茬有機物減少，引起土壤有機質含量的持續下降，土壤團粒結構比例下降，土壤微生物有效活性降低，土壤綜合肥力和生產力下降[4-5]。補充土壤有機質最直接和最有效的方法就是施用有機肥，科學合理地施用有機肥，不僅可以為作物提供大量而平衡的營養物質，還可以有效地改良土壤物理、化學和生物學性狀，從而促進作物生長發育與高產優質的形成[4，6-8]。有機肥由于來源多樣、性質有所不同，因而不同來源的有機肥對作物生長、土壤改良的作用效果也很不一致，特別是部分有機肥養分供應速率慢，對當季作物的增產作用不明顯，甚至出現短期內有機肥不如化肥的現象。可見，有機肥替代部分化肥將是今后一段時間內中國肥料結構變化發展的重要任務。國內外許多長期定位試驗證明，有機肥替代部分化肥不僅能有效改良土壤物理、化學和生物學性質，而且能維持甚至提高作物產量、改善農產品品質、協調高產與高環境風險的矛盾[9-13]。本研究以江蘇省揚州市部分長期肥料試驗點為試驗基地，設置不同的有機肥替代化肥的比例，探討其對水稻作物產量及其構成因素、土壤基本理化的影響，旨在明確近期內既能滿足改良土壤需要，又能保證作物產量的有機肥替代部分化肥的適宜比例，為區域性“兩減”戰略實施提供參考依據。

1材料與方法

1.1試驗地基本情況

長期定位試驗地點位于儀征市新集鎮毛橋村壯禾合作社生產基地內。試驗田土種為棕淤泥土，質地壤土，土壤有機質含量為32.1 g/kg、有效磷含量為22 mg/kg，速效鉀含量為82 mg/kg，pH 6.13，土壤肥力中等。

1.2田間試驗設計

有機肥替代試驗開始于2017年，本文數據來自2017—2018年的資料。試驗共設置6個處理，各處理氮、磷、鉀養分的總施用量保持一致，分別為270、65、75 kg/hm2。具體處理如下：（1）單施化肥（M0），即所有養分均由無機復合肥（20-12-10）、尿素（N，46%）、過磷酸鈣（P2O5，12%）、氯化鉀（K2O，60%）提供；（2）有機肥替代10%常規化肥（M10），將總施氮量的10%（27 kg/hm2）用有機肥替代（根據有機肥的含氮量折算），同時根據有機肥的磷、鉀含量計算出有機肥帶入的磷、鉀量，減少相應化學肥料的用量；（3）有機肥替代20%常規化肥（M20），將54 kg/hm2的化學肥料氮用有機肥替代，化學肥料用量計算及用法參照（2）；（4）有機肥替代30%常規化肥（M30），將81 kg/hm2的化學肥料氮用有機肥替代，化學肥料用量計算及用法參照（2）；（5）有機肥替代40%常規化肥（M40），將108 kg/hm2的化學肥料氮用有機肥替代，化學肥料用量計算及用法參照（2）：（6）有機肥替代50%常規化肥（M50），將135 kg/hm2的化學肥料氮用有機肥替代，化學肥料用量計算及用法參照（2）。各處理重復3次，小區面積20 m×10 m=200 m2，試驗區外設置保護行。有機肥及無機磷作為基肥一次性施用；化學氮肥運籌：基肥35%，分蘗肥20%，壯蘗肥10%，穗肥35%；化學鉀肥運籌：基肥60%，穗肥40%。

1.3產量及其構成因素的測定

實收小區產量，各小區分別在水稻成熟期隨機取20穴進行考種，測定有效穗數，每穗粒數和千粒重。

2結果與分析

2.1有機肥替代比例對水稻產量及其構成因素的影響

各處理水稻產量見表1。從表中可以看出，2年水稻的產量隨著有機肥替代比例的提高呈二次多項式關系，與全部無機肥處理相比，有機肥替代比例在一定范圍內都有增產趨勢。其中，第一年替代比例10%到20%之間，水稻籽粒產量有增加趨勢，但超過該比例時，水稻籽粒產量不再增加，甚至還有下降趨勢。第二年的數據顯示，水稻籽粒產量在各處理間差異不大，但隨著有機肥替代比例提高，未出現產量明顯下降的情況。仔細分析產量結構發現，隨著有機肥替代比例的提高，對水稻有效穗數的負面影響在第一年可能出現，但第二年情況就完全不同了，替代比例不大時反而能增加水稻有效穗數，只是在替代比例較大時對有效穗數的增加作用才開始有所降低。隨著有機肥替代比例的提高，對水稻每穗粒數的影響在第一、二年作用均較小。有機肥替代比例對千粒重的影響在第一年呈明顯的負相關，而第二年則完全不同，不僅沒有表現出負相關，反而出現了正相關的趨勢。綜合兩年的試驗結果，在稻麥輪作條件下水稻季實行有機肥替代化肥的第一年推薦替代比例20%，之后的替代比例可在30%～40%較為穩妥。

2.2不同化肥替代措施對土壤基本理化性質的影響

各處理土壤基本理化性質測定結果見表2。從表中可以看出，2年的土壤pH均隨著有機肥替代比例的提高呈二次多項式關系，與全部無機肥處理相比，有機肥替代比例在一定范圍內都有提高土壤pH的趨勢。隨著有機肥替代比例的提高，土壤有機質含量不斷增加，尤其是在第二年表現得更為明顯。隨著有機肥替代比例的提高，對土壤電導率的影響在兩年間表現出不同的趨勢，在第一年呈明顯的下降趨勢，但在第二年卻有上升趨勢。隨著有機肥替代比例的提高，對土壤容重的影響較小，在第一年有升高趨勢，但在第二年有降低趨勢。

2.3不同化肥替代措施對土壤養分含量的影響

各處理土壤養分含量的測定結果見圖1。從圖中可以看出，2年的土壤全氮含量均隨著有機肥替代比例的提高呈二次多項式關系，與全部無機肥處理相比，有機肥替代比例在一定范圍內（10%～40%）有提高土壤全氮含量的趨勢。隨著有機肥替代比例的提高，土壤全磷含量的變化趨勢正好與全氮含量的變化趨勢相反，替代比例在一定范圍內，全磷含量隨著有機肥替代比例的提高有降低趨勢。隨著有機肥替代比例的提高，土壤速效性銨態氮含量略有提高，尤其是第一年土壤速效性銨態氮含量提高的幅度較大，而在第二年各處理之間差異較小，總體水平也較低。隨著有機肥替代比例的提高，土壤硝態氮含量變化有所不同，在第一年土壤硝態氮含量隨著有機肥替代比例的提高迅速下降，且下降幅度較大。在第二年隨著有機肥替代比例的提高土壤硝態氮含量呈現出先下降后上升的趨勢，在替代比例為20%～30%時含量最低。第二年土壤硝態氮總體水平遠高于第一年，這與土壤速效性銨態氮總體水平第一年遠高于第二年，正好相反。隨著有機肥替代比例的提高，土壤有效磷含量有所下降，這在第一年表現得比較明顯，第二年各處理間差異很小，且總體水平要高于第一年。隨著有機肥替代比例的提高，土壤速效鉀含量各處理間差異很小，第二年總體水平略高于第一年。

3結論與討論

過量施用化肥導致的養分利用率和生產率下降的現象已經十分普遍[14]。在本研究中，與純化肥施用相比，有機肥替代20%～30%的常規化肥后，水稻的產量構成因素有所變化，但理論產量不僅無明顯下降，還有一定的增加趨勢。有研究表明，有機肥與無機肥配合施用往往能夠提高土壤的速效養分含量，調控土壤與化肥養分的釋放強度和速率，使作物在各生育階段得到均衡穩定持續的養分供給，從而促進作物的生長，提高結實率和產量[15]。長期有機肥替代20%～40%的常規化肥施用量后，能獲得棉花產量與常規化肥施用量處理相持平的產量[16]。稻麥輪作條件下豬糞有機肥或豬糞有機無機復合肥替代部分化肥能夠在一定程度上保證水稻和小麥的產量，并有效改善土壤結構[17]。

綜上所述，有機肥替代20%～30%的化肥不僅不會造成作物減產，而且在一定程度上還能提高水稻籽粒產量，隨著有機肥施用年限的增加這種效應還能進一步增強。

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