長期施用有機肥對稻田土壤理化性狀的影響

張祺，孫萬春，俞巧鋼，周家昊1, ，林輝，周建利，馬軍偉*

(1.長江大學 農學院，湖北 荊州 434025；2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

化肥的長期大量施用，在給我國糧食產量帶來飛速增長的同時，也造成了肥效下降、水土流失、土壤板結等一系列土壤與生態環境問題[1-3]。有機肥含有大量營養物質和有益菌種，與化肥配施后，兼顧化肥的速效性和有機肥的持續性等優點，可以促進土壤養分循環、改善土壤結構和增加土壤肥力[4-7]。在限制化肥大量施用的農業大環境下，為保護耕地和維持糧食產量品質，有機無機肥配施已成為化肥減量增效和提高土壤質量的一種重要手段。

目前，有機肥配施化肥在提高土壤質量方面已有大量研究。崔紅艷等[8]研究表明，有機肥降低了水分在土壤中的移動速度，增強了土壤的持水能力。石麗紅等[9]通過長期定位試驗發現，有機無機肥配施處理下土壤肥力的可持續利用效果高于單施化肥處理。呂真真等[10]和魏曉蘭等[11]研究結果證實，有機肥通過調節土壤氮、磷、鉀的水溶態和吸附結合態的比例，可提升土壤氮、磷、鉀養分的供給水平。本研究通過長期定位田間試驗(6年)，在水稻-油菜輪作模式下，探究不同用量有機肥配施化肥對稻田土壤理化性狀的影響，明確培育健康稻田土壤最佳有機肥用量，以期為科學指導水稻生產有機替代、化肥定額制的推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

長期定位試驗點位于浙江省紹興市越城區孫端鎮國成家庭農場內，供試土壤為青紫泥水稻土，種植制度為油菜-單季稻輪作，試驗從2013年6月開始進行，試驗前土壤基本理化性質：pH 5.75、有機質36.49 g·kg-1、全氮1.79 g·kg-1、有效磷5.83 mg·kg-1、速效鉀61.0 mg·kg-1。

供試水稻品種為紹粳18號。供試有機肥為寧波慈溪中慈生態肥料有限公司生產豬糞有機肥,其理化性狀為水分(鮮樣)29.50%、N 22.8 g·kg-1，P2O528.6 g·kg-1，K2O 28.6 g·kg-1，有機質558.4 g·kg-1，試驗化肥為尿素、磷酸二氫銨和氯化鉀，均從市場購買。

1.2 試驗處理

試驗設5個處理：CK，不施肥；CF，單施化肥；M1，施有機肥2 250 kg·hm-2；M2，施有機肥4 500 kg·hm-2；M3，施有機肥9 000 kg·hm-2。各施肥處理施氮量相等，有機肥當季礦化率計為70%，有機肥處理養分不足部分用化肥補足，具體施肥量見表1。水稻種植方式為基肥施用后1周移栽水稻，有機肥、磷肥、鉀肥均做基肥(每年6月施用)；氮肥的60%做基肥，剩余氮肥分兩次做追肥，分別在分蘗期、拔節期施用，基追肥比為6∶2∶2。采用隨機區組排列，設3次重復，共15個小區。試驗小區面積為20 m2，小區間用水泥田埂隔開，排水溝排水，保證各小區獨立水肥管理。各田間日常管理一致，每季收割水稻、油菜后，各小區秸稈均就地全量還田。油菜季有機肥施用處理與水稻季一致，施肥總量為N 255 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2、K2O 60 kg·hm-2。

表1 試驗處理及肥料施用量

1.3 樣品采集與測定方法

2020年11月水稻收獲后，采用環刀法在田間測定土壤容重、孔隙度和田間持水量。根據“S”采樣法采集小區耕層(0～20 cm)土壤，土壤風干研磨后分別過2 mm篩和0.149 mm篩。根據《土壤農化分析》[12]的分析方法測定土壤肥力指標：pH采用電位法測定，有機質測定采用重鉻酸鉀氧化—容量法，總氮含量采用Vario ISOTOPE CUBE元素分析儀測定，總磷含量采用堿熔-鉬銻抗顯色法測定，總鉀含量采用堿熔-火焰光度法測定，堿解氮含量采用堿解擴散法測定，有效磷含量采用Olsen法測定，速效鉀含量采用乙酸銨-火焰光度法測定。

1.4 數據處理

試驗數據的計算整理和統計分析分別采用Microsoft Excel 2019和IBM SPSS Statistics 22統計分析軟件，利用Duncan法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 土壤孔隙度、田間持水量和土壤容重

土壤孔隙中充滿著水和氣體，孔隙度的大小反映了土壤的透水性與透氣性。田間持水量是土壤所能穩定保持的最高土壤含水量，也是保證作物有效吸收的最高土壤含水量。土壤容重的大小對土壤透水性和透氣性有顯著的影響。從表2 可以看出，有機肥處理的M2和M3土壤總孔隙度顯著高于CF和CK處理(P<0.05)，M1、M2和M3處理間土壤總孔隙度差異雖然沒有達到顯著程度，但表現出隨著有機肥施用量的增加而上升的趨勢。各施肥處理的田間持水量均差異不顯著，但隨著有機肥用量的增加有上升趨勢，其中M2、M3顯著高于CK。3種有機肥處理的土壤容重均顯著低于CF和CK，不同用量有機肥處理之間土壤容重差異不顯著。結果表明，長期施用有機肥有利于改善土壤物理性狀，培育健康土壤。

表2 不同施肥處理對土壤總孔隙度、田間持水量和容重的影響

2.2 土壤pH和有機質

圖1顯示，與CF相比，M1和M2的土壤pH差異不顯著，當有機肥施用量不斷增加時，土壤pH隨之提高，M3處理的土壤pH顯著高于M1、CF和CK(P<0.05)，比CF提高0.36個單位。CF與CK土壤有機質含量無顯著差異，與CF、CK相比，M1、M2和M3處理土壤有機質含量顯著提高，比CF分別提高了13.3%、13.1%和33.3%，M3處理顯著高于M1、M2(P<0.05)。結果表明，長期施用有機肥能顯著提高稻田土壤有機質含量，只有9 000 kg·hm-2用量有機肥才能明顯提高土壤pH。

柱間不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，圖2～4同。

2.3 土壤全氮和堿解氮

由圖2可知，與CF相比，施用有機肥顯著增加了土壤全氮含量，M3處理土壤全氮含量顯著高于M1和M2處理，比CF提高20.63%。堿解氮包括無機氮和部分結構簡單易分解的有機氮，能反映土壤近期的供氮狀況，CF、M1和M2處理間土壤堿解氮含量無顯著差異，均顯著低于M3處理，M3處理的土壤堿解氮含量比CF處理提高了14.94%。在等氮處理的情況下，有機肥替代部分化肥能有效提高土壤氮的養分狀況，其速效氮養分供應也不會差于全化肥處理。

圖2 不同施肥處理對土壤全氮和堿解氮含量的影響

2.4 土壤全磷和有效磷

從圖3中可知，施用有機肥可顯著增加土壤全磷和有效磷的含量。M1、M2和M3處理土壤全磷含量顯著高于CF處理，且隨著有機肥施用量的增加而逐漸提高，不同處理土壤全磷含量的大小順序為M3>M2、M1>CF>CK。不同處理土壤有效磷含量大小排列為M3>M2>M1、CF>CK，土壤有效磷含量隨著有機肥施用量的增加而顯著提高，M3有效磷含量分別是M2、M1、CF處理的0.68、1.20、1.20倍。表明，施用有機肥能顯著提高稻田土壤磷的養分供應，土壤有效磷對有機肥施用量的響應更為明顯。

2.5 土壤全鉀和速效鉀

如圖4所示，與CF相比，M2和M3處理土壤全鉀含量無顯著差異，M1處理土壤全鉀含量甚至低于CF處理。不同處理土壤速效鉀含量大小順序為：M3>M2>M1、CF>CK，有機肥能顯著提高土壤速效鉀的含量，不同用量有機肥處理間差異顯著，隨著施用量增加而顯著提高。土壤全鉀僅表現土壤中鉀的儲量，絕大部分為礦物鉀，極難被作物吸收，土壤給植物的供鉀水平主要由土壤速效鉀含量來體現，而有機肥能提供速效鉀養分，有機肥配施化肥的土壤供鉀能力優于單施化肥。

3 小結與討論

試驗結果表明，有機肥配施化肥對改善土壤物理狀況和提升土壤肥力方面優于單施化肥處理。有機肥含有大量有機物質，促進了微生物的生長繁殖，并經礦化后降解釋放小分子有機酸，促進作物根系的生長，微生物分泌的物質可以膠結土壤顆粒形成大團聚體，從而提高土壤孔隙度，改善土壤結構，降低土壤容重，提高土壤透水透氣性[13]。有機肥與化肥配施，促進有機肥礦化，同時提高化肥利用率[14]，減少化肥養分損失，既增加土壤氮、磷、鉀的速效養分，又延長肥效，提高土壤供肥能力[15]。有機肥配施化肥作為一種科學的、可行性更強的、更優的施肥方式，是減少化肥施用，培育健康土壤的重要途徑。

不同有機肥施用量對土壤物理性質和肥力水平的影響有所差異。等氮用量下，長期施用有機肥能顯著改善稻田土壤物理性狀，提升土壤氮、磷、鉀等養分的供應能力。在水旱輪作模式下，結合秸稈還田，每季有機肥施用量要高于或等于4 500 kg·hm-2時才有較好的培肥效果，每季9 000 kg·hm-2有機肥施用量效果最佳，氮肥替代量可達32%～64%。