化肥減量配施商品有機肥對土壤肥力及水稻產量的影響

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

（信陽市農業科學院，河南 信陽 464000）

水稻作為豫南地區的主要糧食作物，常年種植面積為43萬hm2，占全省水稻總面積的83.4%［1］，水稻的優質高產對保證豫南地區的糧食供應和社會穩定起到非常重要的作用。

近年來水稻生產中盲目施肥現象普遍存在，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量，但是同時也帶來一系列的生態環境問題，如土壤肥力退化、農產品質量下降、環境污染等負面效應，直接威脅到農業的安全生產［2，3］。有機肥能有效地提高土壤肥力，促進土壤有機質的增加和更新［4］。有機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均有不同程度的提高，培肥效果好［5］。由于有機肥運輸、施用成本較高，河南省稻田施用有機肥占比很少，多數稻田基本上未施用有機肥，有機肥是否能夠替代化肥需要進行一系列的試驗證明。因此，合理的有機肥與化肥配施是建立可持續農業發展戰略的有效途徑。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肥對土壤肥力以及水稻產量的影響，以期為豫南稻區化肥的合理利用提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究于2017年3月至2018年10月在信陽市農業科學院試驗園區（114°05′E，32°07′N）進行。該地屬亞熱帶向暖溫帶過渡區，日照充足，年均日照時數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（耕層土壤質地為黏壤土），試驗前土壤pH 6.7、有機質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。試驗田栽培管理同一般高產田。

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%）。商品有機肥的養分含量N+P2O5+K2O為5.3%，有機質含量73%。供試水稻品種為Y兩優689。

1.3 試驗設計

根據有機肥和化肥施用量，設置7個處理，包括對照和6個不同類型的配施處理，試驗隨機區組設計，3次重復。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指當地常規施肥量，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%的常規施肥量；OF指的是施用商品有機肥，數字表示施肥量，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，孕穗肥在曬田復水后施用。每小區長3.3 m，寬2.0 m。小區間筑0.3 m寬的埂，并覆塑料薄膜防止串水串肥，區組間留0.5 m寬的溝，便于進排水。

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，對每個小區中5株水稻的倒一葉至倒四葉進行SPAD測定，最終由同一小區、同一葉位的5個SPAD的平均值代表該小區該葉位的葉色情況。

1.4.2 產量及其構成因素測定 成熟期每個處理取具有代表性的植株10穴，測定株高和有效穗、穗粒數、實粒數，風干后測定千粒重。各小區單打單收，風干后，測定子粒產量。

1.4.3 測定項目及方法 水稻收獲后在小區內采集耕層混合土樣（0～20 cm），風干過篩后測定。土壤pH用pH計測定，堿解氮采用堿解擴散法，速效磷采用Olsen法，速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定，土壤有機質采用重鉻酸鉀外加熱法測定［6］。

1.5 數據分析

采用Excel 2007軟件進行數據整理，用SAS 9.2進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對水稻農藝性狀的影響

不同處理水稻農藝性狀見表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肥處理對水稻的有效穗和穗粒數沒有顯著影響，但對株高、實粒數、結實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個處理（Y2、Y3、Y4）水稻平均株高為124.2 cm，80%F的3個處理（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、實粒數均是Y2最多，對照Y1最少。在90%F的3個處理中，Y2表現效果較好，與對照Y1相比，株高、實粒數、結實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個處理中，Y5表現效果較好，與對照Y1相比，株高、結實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肥有助于改善水稻的農藝性狀，但商品有機肥的施用量不是越高越好。

決定水稻產量高低的主要因素是有效穗數、實粒數、千粒重。由表1可知，影響各處理水稻產量的因素為千粒重。Y2至Y7的千粒重由多到少的順序為Y4、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，而商品有機肥配施化肥在水稻全生育期都有充足的養分供應，有利于水稻后期子粒生長。

表1 不同處理水稻農藝性狀

2.2 不同處理對水稻產量的影響

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

表2 不同處理水稻產量

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個處理中，除Y2處理外，其他2個處理的葉綠素SPAD與全施化肥對照相比差異不顯著，但是配施有機肥的稍高，80%F的其中2個處理（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，有機肥效果比較穩定且長效，減施化肥20%的情況下，配施1 125 kg∕hm2或1 500 kg∕hm2有機肥在分蘗期表現較好，在后期與單施化肥表現基本一致。

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，隨著有機肥施用量增加，水稻土壤中的堿解氮顯著增加，同時，在等量有機肥處理下，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有機肥最高，分別達180 mg∕kg和136 mg∕kg。所以有機肥與化肥配施可適當減少化肥施用量，從而減少化肥對土壤面源污染的負荷，同時也可使有機肥得到合理利用。

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的有機肥處理下達顯著水平，增幅為89.20%。在等量有機肥處理下，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的情況下表現出顯著增加，增幅為54.88%。

化肥配施有機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肥施用量增加而增加；等量有機肥處理下，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。

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

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

總體來講，隨著有機肥施用量的增加，土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀含量均呈增加的趨勢，原因是有機肥富含這些速效養分，而且在有機肥礦化過程中也會產生大量的速效養分，從而使其進一步提高。

3 小結與討論

隨水稻土壤有機肥施用量的增加，土壤pH呈下降趨勢，即大量施用有機肥可在短時間內降低土壤pH，使土壤趨向酸化。劉世亮等［7］也有類似研究結果，其下降的原因是因為有機質中含有大量的腐殖質，在其分解的過程中產生大量質子，從而在一定程度上降低土壤pH。隨著有機肥施用量的增加，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有機肥處理下顯著增加，對速效鉀含量影響不明顯。所以，有機肥與化肥配施，可適當減少化肥施用量，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肥處理對水稻的有效穗和穗粒數沒有顯著影響，但對株高、實粒數和千粒重有不同程度的影響，其中實粒數和千粒重影響著水稻的產量。對水稻產量的分析發現，隨著商品有機肥配施量的增加，水稻的產量整體表現出增加趨勢，此結果與高菊生等［8］、徐明崗等［9］的結果相似。

水稻生長各時期的葉片葉綠素SPAD從氮供應方面反映了配施商品有機肥后水稻整個生長期內養分供應情況。本研究結果顯示商品有機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，促進光合作用，進而增加水稻產量。

施用有機肥1 125 kg∕hm2時可以減少10%的化肥用量且能增加水稻產量，施用有機肥1 500 kg∕hm2時可以減少20%的化肥用量且能增加水稻產量。

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