有機肥等氮量替代部分化肥對水稻產量及土壤養分含量的影響

孫加亮田麗云

(1.江蘇省鹽城市鹽都區耕地質量保護站，江蘇 鹽城 224055；2.揚州大學環境科學與工程學院，江蘇 揚州 225127)

水稻是我國當前廣泛種植的一種糧食作物，水稻的產量與糧食安全息息相關[1]。在2021年間，水稻在全國范圍內的種植面積達到2992.12萬hm2，占所有糧食作物種植面積的25.4%，水稻的總產量為2128.45億kg，占全國糧食總產量的31.2%[2]。在水稻種植時投入適量肥料可以保障水稻的穩產甚至高產。很多研究表明，化學肥料對糧食產量的貢獻率很高[3-5]。在以往幾十年里，水稻在有限的耕地面積上增長了近3倍的產量，這一結果的出現有一半的功勞可以歸結于化學肥料的施用[6]。肥料對作物的增產效果極大提高了人們使用化肥的熱情，大大增加了化肥的用量。但是不合理的化肥施用不僅不會增產反而會降低肥料利用率，在減產的同時也會給種植作物的土壤帶來負面影響[7]。如土壤養分失衡，土壤中有機質含量下降，土壤團粒結構比例下降，最終導致生產力和肥力下降[8]。

在兼顧作物產量和改善土壤狀況的雙重考慮下，有機肥替代部分化肥的施肥模式是一項合理的選擇[9]。有機肥既具備豐富的營養元素，又含有氨基酸等活性物質。施用有機肥可以提高土壤中的有機質，減緩土壤因長期使用化肥造成的酸化程度，改良土壤結構和培肥地力。有機肥的長效性也意味著有機肥存在著養分供應速率慢的缺點，所以長效性的有機肥和速效性無機肥配施可以取長補短，既滿足作物在生育期需求的大量速效養分，也能進行持久的養分供應。在水稻栽培中施用有機肥正逐步被接受，但有機肥替代無機氮肥的比例仍然不明確，所以這仍然是一項值得研究的課題[10]。

本研究以江蘇省鹽城市鹽都區學富鎮一處農田為試驗田，設置有機肥替代化肥不同比例的處理進行比較。探究不同的替代比例對水稻產量及產量結構、土壤養分含量的影響。目的是找到一個有機肥替代部分化肥的合理比例，做到確保作物產量的同時，能夠兼顧改良土壤需要，助力我國有機肥替代化肥技術的發展。

1 材料與方法

1.1 田間試驗設計

試驗共設5個處理，除無肥區外，各個處理的氮、磷、鉀養分總施用量保持一致，分別為360kg·hm-2、90kg·hm-2、90kg·hm-2。具體處理如下：無肥區；常規施肥,所有養分均由化肥供應，包括尿素(含N量46%)、過磷酸鈣(P2O5含量12%)、氯化鉀(K2O含量60%)；有機肥替代10%的常規化肥，即將總施氮量的10%(36kg·hm-2)用有機肥替代，根據有機肥的含氮量折算出總施氮10%需要的有機肥用量，同時磷、鉀化肥的施用量應該用總施磷、鉀量減去這部分有機肥中的磷鉀含量；有機肥替代20%的常規化肥，即將總施氮量的20%(72kg·hm-2)用有機肥替代，化學肥料用量計算參考前一步處理；有機肥替代30%的常規化肥，即將總施氮量的30%(108kg·hm-2)用有機肥替代,化學肥料用量計算參考前一步處理。

每個處理重復3次，小區面積為30m2，試驗區外設置保護行。有機肥及磷鉀肥作為基肥一次性施用。化學氮肥運籌為基肥50%，分蘗肥20%，穗肥30%。氮肥、磷肥、鉀肥的施用比例(N-P2O5-K2O)為24-6-6，單位為kg·667m-2。

1.2 試驗材料

1.2.1 試驗地基本情況

試驗田在示范區內，土地較為平整。試驗地實施“稻-麥”水旱輪作模式，前茬為冬小麥。耕作層(0～20cm)土壤的基本理化性質為pH 6.79，有機質含量為20.9g·kg-1，有效磷含量10.1g·kg-1，速效鉀含量117mg·kg-1，堿解氮含量141mg·kg-1。試驗區土壤中性偏酸，肥力中等且較均勻，有代表性。

1.2.2 供試肥料

生物有機肥由江蘇省南通市瑞華生物工程有限公司提供，總養分為N加P2O5加K2O≥5%。

化肥：普通尿素(含N量46%)、過磷酸鈣(P2O5含量12%)、氯化鉀(K2O含量60%)。

1.2.3 供試作物名稱和品種

水稻品種為“淮稻”。

1.2.4 測定指標

1.2.4.1 水稻的產量和產量構成因素

水稻產量為田間考苗定點實測產。主要考察成熟期水稻穗數、每穗粒數和千粒重等指標。

1.2.4.2 土壤養分測定

土壤采用5點取樣法，自然風干，研磨過篩。主要測定指標有pH、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀。

1.2.5 儀器設備

ML104型電子天平(賽多利斯)、擴散皿、半微量滴定管、恒溫箱、往復振蕩機、分光光度計、6400A型火焰光度計(上海精科)、油浴消化裝置、可調溫電爐、秒表、自動控溫調節器、重鉻酸鉀標準溶液、pH計。

1.2.6 試劑

鋅-硫酸亞鐵還原劑(鋅粉及硫酸亞鐵為分析純試劑(國藥品牌))，標準酸(使用時稀釋100倍)為0.5006mol·L-11/2H2SO4標準溶液(GBW(E)080496，上海市計量所)，H2SO4(GB625-77,分析純)，SiO2(Q/HG22-562-76，分析純)，NaOH溶液、H3BO3指示劑溶液、堿性阿拉伯膠液、NaHCO3浸提液、鉬銻抗顯色劑、磷標準溶液、NH4OAc溶液、鉀的標準溶液、FeSO4溶液、鄰啡羅啉指示劑按相關標準方法配制。

1.3 測定項目與方法

土壤養分測定方法參考《土壤農化分析》一書[11]；pH，電位法；有效氮，堿解擴散法；有效磷，碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀，乙酸銨浸提-火焰光度法；有機質，高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法。

1.4 數據分析

數據的整理與計算使用的軟件是Microsoft Excel 2003。

2 結果與分析

2.1 有機肥替代比例對水稻產量及產量結構的影響

各處理水稻產量見表1。由表1可知，常規施肥產量在10155kg·hm-2。有機肥等氮量替代化肥的比例在10%～30%時，水稻產量在10004～10507kg·hm-2范圍內波動，平均為10235kg·hm-2。在替代比例為10%～20%時，水稻籽粒產量呈現增加趨勢。超過20%的替代比例時，水稻籽粒產量不但不再增加，而且開始下降。進一步分析水稻產量結構可以發現，有機肥替代部分化肥的千粒重略高于常規施肥處理，但是在替代10%～20%之間差異不明顯，在替代30%時有較大差異。有機肥替代比例的提高對每穗粒數的影響不大。常規施肥的穗數大于替代10%和30%的處理，小于替代20%的處理。

表1 有機肥替代比例對水稻產量及產量結構的影響

2.2 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測定結果見表2。從表2中可以看出，與全面施用無機化肥相比，有機-無機配施可以在一定范圍內提高土壤pH。有機肥替代化肥比例越高，土壤中有機質含量越多，其中替代30%處理的土壤有機質含量最高，為34.8g·kg-1，與全部施無機肥相比，施用有機肥可以提高土壤堿解氮含量，土壤有效磷含量在各處理間差異很小。速效鉀會隨有機肥替代比例的增高，表現出先升后降的趨勢。其中，替代20%氮處理的土壤速效鉀含量最高，為159mg·kg-1，替代10%氮處理的土壤速效鉀含量最低，為152mg·kg-1。

表2 有機肥替代比例對土壤養分含量的影響

3 結論與討論

3.1 討論

毛偉等[12]設置了從替代10%～50%共5個處理，來研究有機肥不同替代比例對作物產量及土壤理化性質的影響；通過2a的替代試驗，得出了有機肥替代化肥的合理比例在20%～30%；在替代試驗的第1年里，產量最優的是替代范圍在10%～20%的處理，這一結果與本研究結論基本一致。周運陸等[13]比較了有機肥替代化肥4種不同比例對水稻產量與氮素吸收利用率的影響；結果表明，有機肥替代部分化肥能明顯增加土壤中堿解氮的含量，且當替代比例為25%時，水稻產量最高。饒梅力[14]進行了有機肥部分替代化肥對水稻產量和品質的研究，得出了水稻株高、有效穗、千粒重以及理論產量隨著有機肥替代比例的增加呈下降趨勢的結論。由于其試驗只設置了替代33.33%和100% 2個替代比例，樣本太少且替代比例差距過大，不能較好地體現出數據的平滑過渡。本試驗設置更細化的替代比例，得出了水稻產量隨替代比例增加呈現先增后減的趨勢。劉明月[15]研究了有機肥替代10%、20%、30%、40%、50% 5種比例對稻麥產量和土壤養分的影響，發現作物增產和改良土壤分別有不同的最優替代比例；在替代比例為20%時，增產效果最為明顯，在替代比例為40%時，提升土壤肥力效果最好。

3.2 結論

通過田間試驗，在等氮量條件下，以單施化肥為對照，研究有機肥替代化肥不同替代比例對水稻產量及土壤養分的影響。主要結論如下。

關于水稻產量，有機肥替代化肥的比例在10%～30%時，均不會對水稻造成明顯減產，水稻籽粒產量呈現先升后將的趨勢。當替代比例為20%時，水稻籽粒產量最高，為10507kg·hm-2，比常規處理增產3.5%。關于水稻產量結構，有機肥的施用比例的增加對水稻千粒重有一定提升效果，對每穗粒數的影響較小。

關于土壤養分，與全面施用無機化肥相比，有機-無機配施可以在一定范圍內降低土壤酸化程度。隨著有機肥替代比例的提高，土壤有機質、堿解氮含量不斷增加。土壤速效鉀含量會隨有機肥替代比例的增高，表現出先升后降的趨勢。

施用化肥對于農業生產來說有著毋庸置疑的提高土壤肥力及增產的能力。追求高產的同時也會帶來過量施用化肥的可能，而過量施用化肥帶來的減產和污染不僅與人們增產的初衷背道而馳，同時也將負面影響作用在環境上。有機肥作為一種具備豐富營養元素的長效性肥料，其施用必然可以提高土壤中的有機質含量，改良土壤結構和培肥地力。根據本試驗研究結果，針對當地的水稻種植，有機肥替代部分化肥的比例在20%左右最優，既可以保障水稻產量，又可以改良土壤。