有機(jī)肥部分替代化肥對水稻生產(chǎn)的影響

摘要：【目的】為扎實(shí)推進(jìn)農(nóng)業(yè)部“耕地質(zhì)量保護(hù)與提升行動”和“化肥使用量零增長減量化行動”，促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，探索有機(jī)無機(jī)肥合理配比和有機(jī)肥替代化肥適宜用量，為科學(xué)合理配施提供依據(jù)。【方法】2019、2020年在水稻上開展有機(jī)肥部分替代化肥試驗(yàn)。試驗(yàn)共設(shè)5個處理，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，以純化肥處理CK為對照。5個處理分別為純化肥處理（CK）、80%化肥+20%有機(jī)肥（T1）、60%化肥+40%有機(jī)肥（T2）、40%化肥+60%有機(jī)肥（T3）、純有機(jī)肥處理（T4）。2019年純有機(jī)肥處理（T4）為施用有機(jī)肥6000kg/hm2，2020年純有機(jī)肥處理（T4）為施用有機(jī)肥9000kg/hm2。【結(jié)果】兩年的試驗(yàn)結(jié)果表明：有機(jī)肥部分替代化肥施用，土壤有效磷及速效鉀養(yǎng)分均比對照純化肥處理（CK）增加，兩年試驗(yàn)各處理中均以T1（80%化肥+20%有機(jī)肥處理）與CK處理產(chǎn)量及收益最為接近，并且各處理的產(chǎn)量與收益均表現(xiàn)為隨著化肥用量的減少有機(jī)肥用量的增加而減少的趨勢。其中2020年80%化肥+20%有機(jī)肥處理T1（配施有機(jī)肥9000kg/hm2的20%）的有機(jī)質(zhì)含量、速效氮、速效磷、速效鉀含量均比對照CK（全化肥）增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量提高6.78g/kg，土壤堿解氮含量增加32.13mg/kg，土壤速效磷養(yǎng)分含量增加1.57mg/kg，土壤速效鉀養(yǎng)分含量增加0.75mg/kg，平均產(chǎn)量為10 760.05kg/hm2，比CK處理平均產(chǎn)量10 736.72kg /hm2略有增加，扣除肥料成本后的收益比CK（配方肥）下降1.92%。【結(jié)論】從產(chǎn)量來考慮，在本試驗(yàn)條件下，生產(chǎn)上有機(jī)肥部分替代化肥適宜用量以80%化肥+20%有機(jī)肥（配施有機(jī)肥9000kg/hm2的20%）比較適宜。而從經(jīng)濟(jì)效益考慮：有機(jī)肥部分替代化肥種植水稻需要增強(qiáng)養(yǎng)分供給與水稻需肥在時間及需肥量上一致性，在取得長遠(yuǎn)生態(tài)、社會效益的同時，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：有機(jī)肥；部分替代；化肥；土壤養(yǎng)分；水稻產(chǎn)量

基金項(xiàng)目：中央農(nóng)業(yè)資源及生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助項(xiàng)目（閩財農(nóng)指[2020]59號）。

作者簡介：朱愛玲，高級農(nóng)藝師，主要從事土壤肥料技術(shù)推廣工作。Email：18960662611@163.com

南平市是福建的糧倉，南平市浦城縣位于福建省最北端，是南平市八個國家級的商品糧基地縣之一，水稻是浦城縣農(nóng)業(yè)最重要的產(chǎn)業(yè)。2020年浦城水稻播種面積2.83萬hm2，產(chǎn)量達(dá)19.88萬t[1]。水稻產(chǎn)量、品質(zhì)受水稻品種遺傳特性和環(huán)境條件的綜合影響[2]，在諸多環(huán)境因子中，肥料是重要的影響因素[3]，施肥是影響土壤物理、化學(xué)性質(zhì)以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用的措施之一[4]。肥料是作物的糧食，化學(xué)肥料作為重要的農(nóng)業(yè)資源，在提高作物產(chǎn)量上起到主要作用 [5]，但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過分依賴化肥和化肥過量使用現(xiàn)象比較普遍，并因此引起一系列環(huán)境問題，如土壤酸化、土壤養(yǎng)分失調(diào)、面源污染等[6]，研究表明：有機(jī)肥養(yǎng)分元素全面而肥效緩，對環(huán)境負(fù)面影響小，無機(jī)肥料養(yǎng)分單一而含量高，肥效快，但對環(huán)境負(fù)面影響大[7]，化肥減量已成為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的必由之路，但盲目的減量可能導(dǎo)致作物減產(chǎn)[8]，而有機(jī)肥部分替代化肥是減肥增效的主要途徑之一[9]。為扎實(shí)推進(jìn)農(nóng)業(yè)部“耕地質(zhì)量保護(hù)與提升行動”和“化肥使用量零增長減量化行動”，促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，探索有機(jī)無機(jī)肥合理配比和有機(jī)肥替代化肥適宜用量，為科學(xué)合理配施提供依據(jù)，分別在2019、2020年單季稻上開展了本次試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在浦城縣蓮塘鎮(zhèn)山橋村潘墩畈試驗(yàn)基地（118.50°E，27.95°N）不同地塊進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬作物油菜，油菜秸稈實(shí)施粉碎還田。供試土壤為灰泥田，肥力中等水平，土壤基礎(chǔ)理化性狀見表1。

1.2 供試材料

供試作物為水稻，2019年、2020年試驗(yàn)品種分別為嘉禾優(yōu)10號、嘉豐優(yōu)2號，供試化肥為N∶P2O5∶K2 O 為25∶10∶16水稻配方肥，供試有機(jī)肥為南平旺土有機(jī)肥廠生產(chǎn)的有機(jī)肥（其中有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以烘干基計）≥45%，總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以烘干基計）≥5%，烘干基N∶2.6%，P2O5∶4.2%、K2 O∶2.8%）水分（鮮樣）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：30%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)共設(shè)5個處理：CK：全化肥處理（配方施肥）；T1∶80%化肥+20%有機(jī)肥；T2∶60%化肥+40%有機(jī)肥；T3∶40%化肥+60%有機(jī)肥；T4∶純有機(jī)肥處理。全化肥處理施用水稻配方肥（N∶P2O5∶K2O=25∶10∶16）復(fù)合肥675kg/hm2（其中基肥占40%，分蘗肥占20%，孕穗肥40%），全有機(jī)肥處理施南平旺土生產(chǎn)的有機(jī)肥，有機(jī)肥100%做基肥。試驗(yàn)設(shè)三次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)以地溝隔開，每小區(qū)面積30㎡（長10m，寬3m）。

1.4 田間管理

試驗(yàn)分別于2019年、2020年5-10月份進(jìn)行，5月份播種，秧齡一個月，6月份插秧，并施基肥，插秧后7天施分蘗肥，插秧后35-40天施孕穗肥，10月收獲水稻；水稻生長期間分別采用20%氯蟲苯甲酰胺懸浮劑、25%噻嗪酮懸浮劑、3%井岡霉素水劑防治水稻稻縱卷葉螟、稻飛虱、紋枯病，小區(qū)單打單收，實(shí)割測產(chǎn)。

1.5 項(xiàng)目測定及方法

水稻生物學(xué)性狀測定：水稻成熟時期，每個處理抽查5株進(jìn)行生物學(xué)性狀觀察記載；水稻產(chǎn)量統(tǒng)計：10月水稻成熟收獲后對各小區(qū)產(chǎn)量進(jìn)行實(shí)割測產(chǎn)；土壤養(yǎng)分分析方法：采用魯如坤[10]方法測定土壤理化性狀；數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析采用Microsoft Excel辦公軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對試驗(yàn)各處理的經(jīng)濟(jì)性狀、產(chǎn)量等進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果分析

2.1 不同處理對水稻生物學(xué)性狀影響

水稻成熟時對各處理小區(qū)進(jìn)行生物學(xué)性狀觀察，結(jié)果見表3。

表3數(shù)據(jù)顯示，兩年試驗(yàn)分別以T1與CK株高最高，以T4最低；2019年試驗(yàn)以T1最高，其株高順序依次為T1＞CK＞T3＞T2＞T4，且各處理間差異不顯著；2020年度試驗(yàn)株高以 CK最高，其株高順序?yàn)镃K＞T1＞T2＞T3＞T4，且 CK與其余各處理間差異達(dá)顯著水平。叢穗數(shù)：兩年均以CK處理最多，其次為T1，依次順序?yàn)槭荂K＞T1＞T2＞T3＞ T4，同時CK、T1、T2均與T4間的差異達(dá)顯著水平。穗長：2019年度表現(xiàn)為T1最長，2020年度CK穗長超過T1，但各處理間差異均不顯著。穗粒數(shù)：兩年試驗(yàn)均以T1表現(xiàn)為最多，以T4最少，2019各處理間差異顯著，2020年各處理間差異不顯著。結(jié)實(shí)率：2019年度以CK最高，其次是T4，最低的是T1，各處理間差異不顯著，2020年度以T4最高，其次是CK，但CK、T1、T2與T4間差異不顯著。千粒重：均以T4最高，其他處理相當(dāng)，各處理間差異不顯著。

2.2 不同處理對水稻產(chǎn)量影響

試驗(yàn)當(dāng)年10月份水稻成熟后對各小區(qū)產(chǎn)量進(jìn)行實(shí)割測產(chǎn)，結(jié)果見表4，由于2019、2020年度試驗(yàn)品種不同，因此只做年度試驗(yàn)處理間產(chǎn)量比較。試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)量最低的均是T4全有機(jī)肥處理。2019年試驗(yàn)結(jié)果以CK最高，其次為T1，依次順序?yàn)镃K＞T1＞T3＞T2＞T4，2020年度試驗(yàn)以T1最高，其次為 CK，依次順序?yàn)門1＞CK＞T2＞T3＞T4。從兩年的對比試驗(yàn)結(jié)果表明：在水稻上實(shí)施有機(jī)肥替代化肥，減量20%-60%的化肥用有機(jī)肥替代，2019年各處理均比CK減產(chǎn)，減產(chǎn)幅度0.47%-11.06%，以80%化肥+20%有機(jī)肥處理（施有機(jī)肥6000kg/hm2）與對照CK（施復(fù)合肥675kg/hm2）產(chǎn)量最為接近，平均產(chǎn)量

12 000.06kg/hm2，比CK平均產(chǎn)量12 056.73kg/hm2，僅減產(chǎn)0.47%。2020年試驗(yàn)，以T1（80%化肥+20%處理（施有機(jī)肥9000kg/hm2的20%），產(chǎn)量最高，平均產(chǎn)量10 765.05kg/hm2，比CK10 736.72kg/hm2，增產(chǎn)0.22%，其余處理均比CK減產(chǎn)，減產(chǎn)幅度2.30%-19.75%。通過2019、2020年度試驗(yàn)可知：有機(jī)肥部分替代化肥均以T1（80%化肥+20%處理）表現(xiàn)最好，按照有機(jī)肥烘干基N計算，2019年T1處理所減的化肥N含量比有機(jī)肥替代施用后的N含量大，而2020年度 T1處理所減的化肥N含量與有機(jī)肥替代施用后的N含量相當(dāng)，但隨著有機(jī)肥替代比例的增大，水稻產(chǎn)量呈下降趨勢，特別是以全部有機(jī)肥替代化肥，會造成水稻產(chǎn)量的大幅減產(chǎn)。

2.3 不同處理對土壤肥力的影響

對試驗(yàn)前后取土化驗(yàn)數(shù)據(jù)比較顯示（見表5）。土壤pH值：兩年的試驗(yàn) T4（施用全有機(jī)肥）均比CK（施用全化肥處理）pH高，分別高0.2與0.09；有機(jī)質(zhì)含量：2019年度試驗(yàn)各處理有機(jī)肥含量有高有低，沒有表現(xiàn)明顯的趨勢性，2020年度數(shù)據(jù)顯示，土壤的有機(jī)質(zhì)含量隨著有機(jī)肥施用量的增加而增加，各處理有機(jī)質(zhì)含量比CK分別增加6.78-13.07g/kg；堿解氮：2019年度試驗(yàn)各處理堿解氮含量有增有減，沒有表現(xiàn)明顯的趨勢性。2020年度數(shù)據(jù)顯示，土壤的堿解氮含量隨著有機(jī)肥用量的增加而增加，T1-T4施用有機(jī)肥處理均比CK全化肥處理高，分別比對照增加32.13-57.42mg/kg；土壤的速效磷：2019年、2020年均表現(xiàn)為施用有機(jī)肥處理有效磷均比 CK增加，分別增加4.7-8.1mg/kg與1.00-9.86mg/kg；土壤速效鉀：2019年T1-T4有效鉀含量均比CK增加，與CK比較分別增加5-36mg/kg，2020年試驗(yàn)除T3（60%化肥+40%有機(jī)肥）比CK低外，其余的均比對照增加，分別增加0.75-11.34mg/kg。試驗(yàn)顯示，增施有機(jī)肥可以提高土壤的保水保肥能力，提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀養(yǎng)分水平。

2.4 不同處理化肥減量與有機(jī)肥替代養(yǎng)分量分析（見表6）

2019年度試驗(yàn)CK配方肥施用量675kg/hm2，T4全有機(jī)肥處理為6000kg/hm2，通過分析可以看出，N養(yǎng)分：2019年度的CK（配方肥）施用后提供養(yǎng)分量N 168.75kg/hm2、P2O567.5kg/hm2；K2O 108kg/hm2，T1-T4化肥減量后有機(jī)肥替代，與CK比較化肥氮養(yǎng)分減量達(dá)33.75-168.75kg/hm2，有機(jī)肥烘干基補(bǔ)充養(yǎng)分量N 21.84-109.20kg/hm2，因此化肥減量有機(jī)肥替代后N肥不完全能補(bǔ)充化肥減量后的數(shù)量，差額為11.91-59.55kg/hm2；P2O5養(yǎng)分：T1-T4化肥減量后有機(jī)肥替代，與CK比較化肥P2O5減量13.5-67.5kg/hm2，有機(jī)肥烘干基補(bǔ)充量P2O5分別為35.28-176.4kg/hm2，因此化肥減量有機(jī)肥替代后P2O5養(yǎng)分富余 21.78-108.9kg/hm2；K2O 養(yǎng)分：T1-T4化肥減量后有機(jī)肥替代，與CK比較化肥K2O減量達(dá)21.6-108kg/hm2，有機(jī)肥烘干基補(bǔ)充 K2O：23.52- 117.6kg/hm2；K2O 富余1.92-9.6kg/hm2。

2020年度試驗(yàn)CK配方肥施用量675kg/hm2，T4全有機(jī)肥處理為9000kg/hm2，N養(yǎng)分：CK化肥施用后提供養(yǎng)分N 168.75kg/hm2、P2O5 67.5kg/hm2、K2O 108kg/hm2，T1-T4化肥減量后有機(jī)肥替代，與CK比較化肥N養(yǎng)分減量達(dá)33.75-168.75kg/hm2，有機(jī)肥烘干基補(bǔ)充量N分別為32.76-163.8kg/hm2，因此化肥減量有機(jī)肥替代后N肥不完全能補(bǔ)充化肥減量后的數(shù)量，差額為0.95-4.95kg/hm2；P2O5養(yǎng)分：T1-T4化肥減量后有機(jī)肥替代，與CK比較化肥P2O5減量13.5-67.5kg/hm2，有機(jī)肥烘干基補(bǔ)充量P2O5分別為52.92-264.6kg/hm2，P2O5富余39.42-197.1kg/hm2；K2O養(yǎng)分：T1-T4化肥減量后有機(jī)肥替代，與CK比較化肥減量后K2O減量達(dá)21.6-108.9kg/hm2，有機(jī)肥烘干基補(bǔ)充 K2O：35.28- 176.4kg/hm2；K2O 富余13.68-68.4kg/hm2。

因此有機(jī)肥部分替代化肥后的處理T1-T4存在養(yǎng)分含量N替代不足，而P2O5、K2O富余的情況，并且隨著有機(jī)肥替代率的增加，養(yǎng)分含量N缺乏上升的情況。而表現(xiàn)較好的2020年度的T1與CK比較，N養(yǎng)分元素相對差異小，基本可以滿足水稻生長期對N養(yǎng)分的需求，產(chǎn)量上也表現(xiàn)為比CK產(chǎn)量略有增長。根據(jù)黃正家[11]研究表明單季稻的兩個需氮肥高峰一般在分蘗盛期與幼穗分化期，朱萊紅[12]等研究表明：在水稻各生育期施肥對水稻吸氮量影響較大，水稻苗期單施化肥較配施有機(jī)肥更有利于水稻對氮肥的吸收，分蘗期與抽穗期單施化肥處理水稻吸氮量仍然最高，成熟期，化肥與有機(jī)肥配施較化肥單施處理增加了水稻吸氮量，可見化肥配施有機(jī)肥有利于促進(jìn)水稻生育后期對氮肥的吸收。因此水稻氮素前期供給不足，是影響產(chǎn)量的主要原因之一。

2.5 不同處理經(jīng)濟(jì)效益分析

不同處理經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)果見表7。由于2019、2020年度試驗(yàn)品種不同，因此只做年度試驗(yàn)處理間效益比較。以稻谷市場價2.8元/kg，水稻配方肥價格3.6元/kg，有機(jī)肥價格600元/t來計算效益。數(shù)據(jù)顯示2019、2020年度收益依次順序均為CK＞T1＞T2＞T3＞T4，當(dāng)年效益隨著有機(jī)肥替代率的增加，效益呈下降的趨勢。其中2019年度扣除肥料成本后CK（全化肥處理）效益最高，平均收益31 328.84元/hm2，其次是T1（80%化肥+20%有機(jī)肥），平均收益為30 936.17元/hm2，與 CK相比較，減收益392.67元，T2-T4與對照CK比較平均減少收益1933.35-4903.35元/hm2，全有機(jī)肥處理經(jīng)濟(jì)效益最低；2020年度配方肥處理（CK）平均收益為27 632.82元/hm2，T1（80%化肥+20%有機(jī)肥）平均收益為27 104.14元/hm2，比CK平均減少收益528.68元/hm2，T2-T4與對照CK比較，平均減少收益1878.68-8906.03元/hm2，全有機(jī)肥處理經(jīng)濟(jì)效益最低。因此在試驗(yàn)地的土壤環(huán)境下，水稻種植中用有機(jī)肥替代20%化肥比較合適，雖然產(chǎn)量收益略有減少，其中2019、2020年度收益分別比CK減少1.25%與1.91%，不減產(chǎn)或略有增產(chǎn)的情況下，扣除肥料成本收益減少幅度較小。同時也說明由于糧價低，且有機(jī)肥成本高于化肥，主要是有機(jī)肥替代的養(yǎng)分量與水稻施用配方肥提供的養(yǎng)分比例不對等，存在N養(yǎng)分供給不足，而P2O5、K2O富余的情況，增加了有機(jī)肥的成本。近年來通過測土配方施肥技術(shù)推廣應(yīng)用，生產(chǎn)上推薦的水稻配方肥趨于合理科學(xué)，推薦的配方肥較合理、經(jīng)濟(jì)。生產(chǎn)上推廣有機(jī)肥部分替代化肥技術(shù)配施的有機(jī)肥可以適度提高氮養(yǎng)分含量，降低磷、鉀含量，根據(jù)當(dāng)?shù)爻墒斓乃九浞椒署B(yǎng)分配方做到養(yǎng)分含量合理替代，提高有機(jī)肥部分替代化肥的經(jīng)濟(jì)效益。因此有機(jī)肥部分替代化肥種植水稻需要增強(qiáng)養(yǎng)分供給，與水稻需肥在時間及需肥量上保證一致性，同時有機(jī)肥配施后實(shí)施稻米優(yōu)質(zhì)優(yōu)價，有機(jī)肥部分替代化肥種植水稻當(dāng)年的經(jīng)濟(jì)收益才能不降低。此外有機(jī)肥部分替代化肥種植水稻效益更要從長遠(yuǎn)的生態(tài)、社會效益考慮，通過政策扶持促進(jìn)有機(jī)肥的推廣應(yīng)用。

3 結(jié)論與探討

與單施化肥相比，有機(jī)肥部分替代化肥可以改善土壤理化性狀，并提高水稻產(chǎn)量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，適量有機(jī)肥部分替代化肥，有利于提高土壤有機(jī)質(zhì)和土壤速效養(yǎng)分含量，提高水稻產(chǎn)量，這與張琳等[13]的試驗(yàn)結(jié)果一致。進(jìn)一步分析不同有機(jī)肥替代化肥對水稻產(chǎn)量的影響，結(jié)果認(rèn)為，在本試驗(yàn)條件下，2020年試驗(yàn)80%化肥+20%有機(jī)肥配施水稻產(chǎn)量略高于純化肥處理，但差異不顯著。隨著有機(jī)肥替代比例的增大，水稻產(chǎn)量呈下降趨勢，特別是以全部有機(jī)肥替代化肥，會造成水稻產(chǎn)量的大幅減產(chǎn)。2020年試驗(yàn)80%化肥+20%有機(jī)肥配施的T1處理，其減量的化肥含氮量與施用的有機(jī)肥含氮量基本一樣，從而滿足水稻前期對氮肥的需求。當(dāng)有機(jī)肥比例超過一定值后，有機(jī)肥可能會導(dǎo)致水稻前期養(yǎng)分不足，后期貪青晚熟，不利于水稻的高產(chǎn)[14-16]，朱菜紅[12]等研究表明：有機(jī)肥和化肥必須適量配施，過量施用可能會影響根系微生物活性，使作物對養(yǎng)分的吸收率減低，導(dǎo)致減產(chǎn)。賈偉等[17]指出：有機(jī)無機(jī)配施處理可以提高產(chǎn)量以及氮肥利用率，這表明有機(jī)無機(jī)配施是一種環(huán)境和農(nóng)業(yè)管理友好的施肥策略。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，研究結(jié)果認(rèn)為與單施純化肥相比，部分有機(jī)肥替代化肥（80%化肥+20%有機(jī)肥）（有機(jī)肥使用量9000kg/hm2的20%）不僅可以提高土壤肥力，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤速效氮、有效磷、速效鉀含量，而且可以略增加水稻產(chǎn)量，有機(jī)肥部分替代化肥在注重長遠(yuǎn)生態(tài)、社會效益的同時，需要增強(qiáng)水稻養(yǎng)分供給與水稻需肥在時間及需肥量上一致性，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

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