化肥減量配施商品有機(jī)肥對土壤肥力及水稻產(chǎn)量的影響

張 琳，呂玉虎，郭曉彥，史鵬飛，聶良鵬，張麗霞，丁 麗，凌敬偉，潘茲亮

（信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 信陽 464000）

水稻作為豫南地區(qū)的主要糧食作物，常年種植面積為43萬hm2，占全省水稻總面積的83.4%［1］，水稻的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)對保證豫南地區(qū)的糧食供應(yīng)和社會穩(wěn)定起到非常重要的作用。

近年來水稻生產(chǎn)中盲目施肥現(xiàn)象普遍存在，化肥特別是氮肥施用量逐年增加，雖然一定程度上提高了作物產(chǎn)量，但是同時(shí)也帶來一系列的生態(tài)環(huán)境問題，如土壤肥力退化、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降、環(huán)境污染等負(fù)面效應(yīng)，直接威脅到農(nóng)業(yè)的安全生產(chǎn)［2，3］。有機(jī)肥能有效地提高土壤肥力，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的增加和更新［4］。有機(jī)肥與化肥配施對土壤全氮、全磷、堿解氮、有效磷及有效鉀含量等肥力指標(biāo)均有不同程度的提高，培肥效果好［5］。由于有機(jī)肥運(yùn)輸、施用成本較高，河南省稻田施用有機(jī)肥占比很少，多數(shù)稻田基本上未施用有機(jī)肥，有機(jī)肥是否能夠替代化肥需要進(jìn)行一系列的試驗(yàn)證明。因此，合理的有機(jī)肥與化肥配施是建立可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的有效途徑。本研究探討了在化肥用量減少10%和20%的情況下，配施不同量商品有機(jī)肥對土壤肥力以及水稻產(chǎn)量的影響，以期為豫南稻區(qū)化肥的合理利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

研究于2017年3月至2018年10月在信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)園區(qū)（114°05′E，32°07′N）進(jìn)行。該地屬亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)，日照充足，年均日照時(shí)數(shù)1 900～2 100 h；年平均氣溫15.1～15.3℃；降水豐沛，年均降水量900～1 400 mm，空氣濕潤，相對濕度年均77%。供試土壤為水稻土（耕層土壤質(zhì)地為黏壤土），試驗(yàn)前土壤pH 6.7、有機(jī)質(zhì)25.4 g∕kg、堿解氮81.5 mg∕kg、有效磷10.5 mg∕kg、速效鉀58.2 mg∕kg。試驗(yàn)田栽培管理同一般高產(chǎn)田。

1.2 供試材料

供試氮肥為尿素（含純N 46%），磷肥為普鈣（含P2O511%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。商品有機(jī)肥的養(yǎng)分含量N+P2O5+K2O為5.3%，有機(jī)質(zhì)含量73%。供試水稻品種為Y兩優(yōu)689。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)有機(jī)肥和化肥施用量，設(shè)置7個(gè)處理，包括對照和6個(gè)不同類型的配施處理，試驗(yàn)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。處理分別為100%F（Y1，CK）、90%F+OF750（Y2）、90%F+OF1125（Y3）、90%F+OF1500（Y4）、80%F+OF750（Y5）、80%F+OF1125（Y6）、80%F+OF 1500（Y7）。其中，100%F指當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥量，全部施用化肥，施肥量為N 150 kg∕hm2、P2O575 kg∕hm2、K2O 105 kg∕hm2；90%F、80%F分別為施用90%、80%的常規(guī)施肥量；OF指的是施用商品有機(jī)肥，數(shù)字表示施肥量，單位kg∕hm2。氮肥按照基肥∶分蘗肥∶孕穗肥=5∶3∶2分次施入，磷肥全部基施，鉀肥按基肥和穗肥各50%施用。

水稻于2018年5月14日劃行移栽，小區(qū)栽插密度16.7 cm×20.0 cm，每穴2～3棵基本苗。移栽后灌淺水使秧苗返青，分蘗肥在移栽后1周施用，孕穗肥在曬田復(fù)水后施用。每小區(qū)長3.3 m，寬2.0 m。小區(qū)間筑0.3 m寬的埂，并覆塑料薄膜防止串水串肥，區(qū)組間留0.5 m寬的溝，便于進(jìn)排水。

1.4 樣品采集與測定

1.4.1 水稻葉片葉綠素SPAD測定 施肥第7天測定水稻葉片葉綠素SPAD，對每個(gè)小區(qū)中5株水稻的倒一葉至倒四葉進(jìn)行SPAD測定，最終由同一小區(qū)、同一葉位的5個(gè)SPAD的平均值代表該小區(qū)該葉位的葉色情況。

1.4.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定 成熟期每個(gè)處理取具有代表性的植株10穴，測定株高和有效穗、穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)，風(fēng)干后測定千粒重。各小區(qū)單打單收，風(fēng)干后，測定子粒產(chǎn)量。

1.4.3 測定項(xiàng)目及方法 水稻收獲后在小區(qū)內(nèi)采集耕層混合土樣（0～20 cm），風(fēng)干過篩后測定。土壤pH用pH計(jì)測定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，速效磷采用Olsen法，速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定［6］。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SAS 9.2進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對水稻農(nóng)藝性狀的影響

不同處理水稻農(nóng)藝性狀見表1。從表1可以看出，在改變化肥用量條件下，配施不同量的商品有機(jī)肥處理對水稻的有效穗和穗粒數(shù)沒有顯著影響，但對株高、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重有不同程度的影響。除Y3處理外，各處理株高顯著高于對照Y1。90%F的3個(gè)處理（Y2、Y3、Y4）水稻平均株高為124.2 cm，80%F的3個(gè)處理（Y5、Y6、Y7）水稻平均株高也為124.2 cm，均高于對照Y1。有效穗、穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)均是Y2最多，對照Y1最少。在90%F的3個(gè)處理中，Y2表現(xiàn)效果較好，與對照Y1相比，株高、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均有顯著增加，增幅分別為4.39%、17.92%、4.29%、4.13%。在80%F的3個(gè)處理中，Y5表現(xiàn)效果較好，與對照Y1相比，株高、結(jié)實(shí)率和千粒重均有顯著增加，增幅分別為4.31%、4.78%、3.06%。這說明配施商品有機(jī)肥有助于改善水稻的農(nóng)藝性狀，但商品有機(jī)肥的施用量不是越高越好。

決定水稻產(chǎn)量高低的主要因素是有效穗數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒重。由表1可知，影響各處理水稻產(chǎn)量的因素為千粒重。Y2至Y7的千粒重由多到少的順序?yàn)閅4、Y2、Y7、Y5、Y6、Y3，比對照Y1增加0.94%～4.99%，其原因可能是單施化肥在水稻生長前期供肥過旺、后期供肥不足，而商品有機(jī)肥配施化肥在水稻全生育期都有充足的養(yǎng)分供應(yīng)，有利于水稻后期子粒生長。

表1 不同處理水稻農(nóng)藝性狀

2.2 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響

不同處理稻谷產(chǎn)量見表2。由表2可知，Y3、Y4、Y7處理水稻產(chǎn)量顯著高于對照Y1。各處理產(chǎn)量由高到低的順序?yàn)閅3、Y7、Y4、Y6、Y2、Y5、Y1，比對照Y1增產(chǎn)5.74%～13.54%。90%F的3個(gè)處理水稻平均產(chǎn)量為9 803 kg∕hm2，80%F的3個(gè)處理水稻平均產(chǎn)量為9 621 kg∕hm2，均高于對照Y1，表現(xiàn)為90%F＞80%F＞100%F。在80%化肥用量條件下，商品有機(jī)肥配施量越多，水稻的產(chǎn)量越高。從有機(jī)肥施用量看，OF750的2個(gè)處理（Y2和Y5）水稻均產(chǎn)為9 416 kg∕hm2，OF1125的2個(gè)處理（Y3和Y6）水稻均產(chǎn)為9 789 kg∕hm2，OF1500的2個(gè)處理（Y4和Y7）水稻 均 產(chǎn) 為9 931 kg∕hm2，均 高 于 對 照Y1，表 現(xiàn) 為OF1500＞OF1125＞OF750＞Y1。OF1500的2個(gè)處理的產(chǎn)量與Y1差異顯著，表明施用有機(jī)肥1 500 kg∕hm2時(shí)不僅可以減少10%～20%的化肥量且能增加水稻產(chǎn)量。

表2 不同處理水稻產(chǎn)量

2.3 不同處理對水稻葉片葉綠素SPAD的影響

不同處理的水稻葉片葉綠素SPAD見表3。從表3可以看出，在施入底肥7 d后（5月28日，分蘗期），90%F的3個(gè)處理中，除Y2處理外，其他2個(gè)處理的葉綠素SPAD與全施化肥對照相比差異不顯著，但是配施有機(jī)肥的稍高，80%F的其中2個(gè)處理（Y6和Y7）的葉綠素SPAD與全施化肥對照相比差異顯著；在施入分蘗肥7 d后（6月6日，孕穗期），Y3處理的葉綠素SPAD與全施化肥對照相比差異顯著，OF1500的2個(gè)處理（Y4和Y7）葉綠素SPAD與全施化肥對照相比稍低，但是差異不顯著；在施入孕穗肥7 d后（7月16日，齊穗期），90%F的其中2個(gè)處理（Y2和Y3）的葉綠素SPAD與全施化肥對照相比差異顯著。這說明減施化肥10%的情況下，有機(jī)肥效果比較穩(wěn)定且長效，減施化肥20%的情況下，配施1 125 kg∕hm2或1 500 kg∕hm2有機(jī)肥在分蘗期表現(xiàn)較好，在后期與單施化肥表現(xiàn)基本一致。

表3 不同處理水稻葉片葉綠素SPAD

2.4 不同處理對成熟期土壤肥力的影響

由表4可以看出，與全施化肥對照相比，化肥配施有機(jī)肥處理的耕層土壤堿解氮含量均顯著提高，各處理土壤堿解氮含量提高幅度為18.75%～181.25%。在等量化肥處理下，隨著有機(jī)肥施用量增加，水稻土壤中的堿解氮顯著增加，同時(shí)，在等量有機(jī)肥處理下，90%化肥處理土壤堿解氮含量均顯著高于80%化肥處理，增幅為9.21%～110.98%。在90%和80%化肥處理下，土壤堿解氮含量均以1 500 kg∕hm2有機(jī)肥最高，分別達(dá)180 mg∕kg和136 mg∕kg。所以有機(jī)肥與化肥配施可適當(dāng)減少化肥施用量，從而減少化肥對土壤面源污染的負(fù)荷，同時(shí)也可使有機(jī)肥得到合理利用。

表4 不同處理對水稻成熟期土壤肥力的影響

與全施化肥對照相比，隨著有機(jī)肥施用量增加，水稻土壤中的速效磷含量增加，且在90%化肥配施1 500 kg∕hm2的有機(jī)肥處理下達(dá)顯著水平，增幅為89.20%。在等量有機(jī)肥處理下，90%化肥處理較80%化肥處理對土壤速效磷含量的影響只在1 500 kg∕hm2的情況下表現(xiàn)出顯著增加，增幅為54.88%。

化肥配施有機(jī)肥各處理土壤速效鉀含量與全施化肥對照相比差異不顯著；90%和80%化肥處理下，水稻土壤中的速效鉀含量隨著有機(jī)肥施用量增加而增加；等量有機(jī)肥處理下，化肥的施用對土壤速效鉀含量的影響不明顯，80%化肥處理要略高于90%化肥處理。

土壤有機(jī)質(zhì)含量增加趨勢與土壤速效鉀含量增加趨勢相似。配施有機(jī)肥的各處理的土壤耕層有機(jī)質(zhì)含量均高于全施化肥對照，只有在80%化肥配施1 500 kg∕hm2有機(jī)肥處理下有機(jī)質(zhì)含量達(dá)顯著水平，增幅為64.60%。在等量有機(jī)肥處理下，當(dāng)有機(jī)肥施用量為1 500 kg∕hm2時(shí)，80%化肥處理較90%化肥處理土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)出顯著增加，增幅為35.55%。

有機(jī)肥配施減量化肥各處理間的土壤pH差異不顯著，但是有機(jī)肥的施用有降低土壤pH的趨勢。

總體來講，隨著有機(jī)肥施用量的增加，土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀含量均呈增加的趨勢，原因是有機(jī)肥富含這些速效養(yǎng)分，而且在有機(jī)肥礦化過程中也會產(chǎn)生大量的速效養(yǎng)分，從而使其進(jìn)一步提高。

3 小結(jié)與討論

隨水稻土壤有機(jī)肥施用量的增加，土壤pH呈下降趨勢，即大量施用有機(jī)肥可在短時(shí)間內(nèi)降低土壤pH，使土壤趨向酸化。劉世亮等［7］也有類似研究結(jié)果，其下降的原因是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)中含有大量的腐殖質(zhì)，在其分解的過程中產(chǎn)生大量質(zhì)子，從而在一定程度上降低土壤pH。隨著有機(jī)肥施用量的增加，土壤堿解氮含量顯著增加，速效磷含量呈增加趨勢且在減施10%化肥配施1 500 kg∕hm2商品有機(jī)肥處理下顯著增加，速效鉀含量也呈增加趨勢；而化肥施用量增加，僅增加土壤中堿解氮含量，速效磷含量在1 500 kg∕hm2有機(jī)肥處理下顯著增加，對速效鉀含量影響不明顯。所以，有機(jī)肥與化肥配施，可適當(dāng)減少化肥施用量，從而可減少化肥對土壤面源污染的影響，也可使有機(jī)肥得到合理利用。

90%和80%化肥用量條件下，配施不同量的商品有機(jī)肥處理對水稻的有效穗和穗粒數(shù)沒有顯著影響，但對株高、實(shí)粒數(shù)和千粒重有不同程度的影響，其中實(shí)粒數(shù)和千粒重影響著水稻的產(chǎn)量。對水稻產(chǎn)量的分析發(fā)現(xiàn)，隨著商品有機(jī)肥配施量的增加，水稻的產(chǎn)量整體表現(xiàn)出增加趨勢，此結(jié)果與高菊生等［8］、徐明崗等［9］的結(jié)果相似。

水稻生長各時(shí)期的葉片葉綠素SPAD從氮供應(yīng)方面反映了配施商品有機(jī)肥后水稻整個(gè)生長期內(nèi)養(yǎng)分供應(yīng)情況。本研究結(jié)果顯示商品有機(jī)肥和化肥配施能增加水稻葉片葉綠素SPAD，即增加葉綠素含量，促進(jìn)光合作用，進(jìn)而增加水稻產(chǎn)量。

施用有機(jī)肥1 125 kg∕hm2時(shí)可以減少10%的化肥用量且能增加水稻產(chǎn)量，施用有機(jī)肥1 500 kg∕hm2時(shí)可以減少20%的化肥用量且能增加水稻產(chǎn)量。

通過化肥和有機(jī)肥配施，可以提高土壤的速效養(yǎng)分含量和產(chǎn)量，如果完全采用有機(jī)肥作為水稻生長的養(yǎng)分來源，是否能減少更多的化肥用量或者在短期內(nèi)不施用化肥，仍需要開展研究進(jìn)行探討。