農業廢棄物堆肥替代部分推薦配方肥對單季稻產量和土壤肥力的影響

郭晶晶,陳 姜,上官宇先

(1.四川省敘永縣農業農村局,四川 敘永 646400;2.四川省農業科學院農業與資源環境研究所,成都 610066)

民以食為天,食以稻為先。吃一直是中華民族的頭等大事,而水稻與中國的淵源之深。水稻不僅孕育了中華文明,還養育了我們的生命。我國是世界上最早種植水稻的國家,長江流域是世界水稻的發源地。水稻是我國最主要的三大糧食作物之一,全國人口中有65%是依靠稻米養活[1],其產量和質量事關國家安全和社會穩定[2]。

化肥是糧食生產的重要基礎和保障,是提高作物單位面積產量的重要措施,但化肥卻是一把“雙刃劍”。一方面在糧食增產上發揮著重要作用[3],對糧食產量的貢獻率達40%以上[4];另一方面,化肥養分高而單一,肥效迅速而持續時間短,長期單施化肥會造成土壤板結、養分不均及肥力下降等一系列問題[5],最終造成增加土壤的重金屬和有毒元素含量,酸化加劇[6]。相關研究表明,有機肥含有農作物生長所需的各種養分,除了含氮、磷、鉀三大元素外,還含有鎂、鈣、硫、鋅、鉬等多種中微量元素,營養全面,同時能促進微生物繁殖,改善土壤的理化性質和生物活性,提高土壤肥力[7]。但是有機肥中的養分含量低,肥效慢[8],有機肥和化肥配合施用,可以緩急相濟,取長補短,在穩定作物產量的同時培肥地力。在當今可持續發展的大背景下,筆者通過以豬糞、農作物秸稈等農業廢棄物為原料,通過無害化處理發酵成完全腐熟的有機肥,在保持氮、磷、鉀總養分一致的情況下,設置不同比例的有機肥替代化肥,以期在水稻產量穩定的前提下,探究最佳的替代比例,為化肥減量增效技術在敘永縣的推廣提供技術支撐和科學依據。

1 材料方法

1.1 農業廢棄物有機肥的制備

在試驗地附近選擇一塊地勢較為平坦、交通便利、水電使用方便且地面硬化了的地塊,將當地農戶的水稻秸稈、玉米秸稈、紅薯藤、豬糞等農業廢棄物運輸至此作為有機肥原料,秸稈粉碎至1～2cm。以農作物秸稈為碳源,畜禽糞便為氮源,將其充分攪拌混合后的碳氮比調至25∶1,加入接種菌劑作為發酵升溫催化劑。堆肥堆砌成寬2m,高1.5m,形成好氧堆肥發酵。堆肥產生的高溫可以殺滅原料中的病原菌、蛔蟲卵等有害物質。在堆肥高溫期,適時翻堆,45d后物料完全腐熟。堆肥經檢驗,所有指標均符合《NY/T 525-2021有機肥料》新標準,達到商品有機肥標準。

1.2 試驗地概況

試驗地位于瀘州市敘永縣馬嶺鎮高店村(28°42′N,110°54′E),海拔高度為310m,地處四川盆地與云貴高原的過渡地帶。屬亞熱帶濕潤季風氣候類型,四季分明。年平均氣溫17.9℃,極端最高氣溫43.5℃,最低氣溫-8.5℃;年均霜期2.5d;常年降水量為1157.7mm,常年有效積溫是5012℃。試驗地所處地形部位是山丘中部平緩處,田面坡度為0,能灌能排,地塊周邊沒有工礦企業,也沒有養殖場。種植制度為稻—冬閑,熟制為一年一熟,年均產量為6450kg/hm2。土壤類型是沙溪廟組泥質頁巖風化物發育而來的滲育水稻土,質地為重壤。0～20cm耕層土壤基礎基礎理化性質見表1。

表1 試驗地土壤基礎理化性質

根據表1可知,該試驗地土壤屬于強酸性,有機質含量較豐富,有效磷、速效鉀較為缺乏,有效鋅、有效硅含量豐富,地力等級屬于中級水平。

1.3 供試材料

供試水稻品種為“川優6203”。供試肥料：氮肥為尿素(N含量為46.4%),磷肥為過磷酸鈣(P2O5含量為12%),鉀肥為氯化鉀(K2O 含量為60%)。有機肥pH為7.2,以烘干基計有機質48.6%,N2.58%,P2O51.11%,K2O 1.35%,水份(鮮樣)質量分數≤30%。

1.4 試驗設計

試驗共設置6個處理：①無肥(CK),空白對照。②推薦配方施肥(T1)。③70%推薦配方施肥+30%有機肥(T2)。④50%推薦配方施肥+50%有機肥(T3)。⑤30%推薦配方施肥+70%有機肥(T4)。⑥有機肥(T5)。除無肥區外,各處理氮、磷、鉀總養分一致。其中氮肥50%作基肥、30%作分蘗肥、20%作穗肥,有機肥、磷肥、鉀肥全部作基肥,詳見表2。

表2 各處理施肥量 (kg/hm2)

試驗采用隨機區組設計,每個處理3次重復,共18個小區。每小區長5m,寬4m,面積為20m2,重復間行距為0.4m,四周設置1m保護行。各小區設置單灌單排,且四周圍分別筑成寬0.3m、高出大田平面0.3m的田埂,用塑料薄膜包田埂,以防小區間竄水竄肥。

1.5 田間操作

試驗于3月14日地膜育秧,4月18日犁田,4月19日整田劃分小區并第一次筑埂,4月21日第二次筑埂并用塑料薄膜包犁底層, 4月22日分小區施基肥并翻耕整田,4月23日進行水稻人工移栽。移栽規格為每小區12行,每行15穴,每穴栽2根苗,折合密度為18萬株/hm2。水稻生長期間人工除草2次,田間灌溉、稻田病蟲害防治與當地農田防管理措施一致。

1.6 測定項目及方法

1.6.1 土壤養分 土樣采集按照《NY/T 2911-2016測土配方技術規程》取樣。采樣分2次進行,試驗實施前在供試田塊按照“S”形采集0～20cm耕層土樣共15個點并混合成一個土樣;水稻收獲時,以處理為單位在同樣處理的重復小區內分別按“梅花”形五點法采集0～20cm耕層土樣并混合成一個土樣。采集好的土壤樣品去除石礫、植物殘渣等雜物后按四分法中間劃十字分成4份,然后對角線去掉兩份,重復多次,直至土壤樣品留取1kg左右的,帶回室內自然風干,研磨粉碎過篩。所有檢測項目參照《土壤農化分析》[9],用pH計法測定土壤pH;用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質;用凱式定氮法測定土壤全氮;用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測定土壤有效磷;用醋酸銨浸提—火焰光度計法測定土壤速效鉀;用堿解擴散法測定堿解氮;用氯化氫浸提法測定土壤有效鋅;用硅鉬藍比法測定土壤有效硅;用環刀法測定土壤容重。

1.6.2 水稻農藝性狀 水稻收獲前1d以處理為單位在同一處理的重復小區內分別隨機取3窩混合成一個植株樣帶回室內考種,測量長度工具用鋼卷尺,其平均值為小區值,分別記錄株高、穗長、有效穗、穗粒數、結實率、千粒重等農藝性狀。

1.6.3 水稻產量指標 水稻收獲時,采用人工收割法,各小區單打、單收、單曬、單獨記產,然后換算產量。

1.7 數據統計與分析

采用Microsoft Excel 2010軟件對試驗原始數據進行整理、匯總,運用SPSS 26.0統計分析,利用LSD最小顯著差數法,超過0.05(或0.01)水平的視為顯著性(或極顯著性)。

2 結果與分析

2.1 有機肥與推薦配方肥不同配施比例對水稻產量構成因素的影響

由表3數據分析可知,就株高而言,T3處理最高,其株高順序為T3>T2>T1>T4>CK>T5。從穗長來看,各處理間無明顯差異。有效穗依然是T3處理最高,其次為T2,而T5處理有效穗低于CK。從穗粒數來看,T5處理穗粒數最高但有效穗最低。結實率方面,所有施肥處理均比CK處理高,且仍以T3處理最好,依次順序為T3>T2>T1>T4>T5>CK。千粒重呈現的規律為T3>T2>T4>T1>CK>T5。

表3 不同施肥處理對水稻產量構成因素的影響

2.2 有機肥與推薦配方肥不同配施比例對水稻產量的影響

從數據對比來看(表4),所有施肥處理的小區與不施肥(CK)處理相比,增產增幅效果是極顯著的,除全施有機肥處理(T5)增幅為5.94%外,其余施肥處理增幅在14.85%～19.31%,其中以50%推薦配方施肥+50%有機肥處理(T3)增產效果最好,略高于單施推薦配方施肥處理(T1)1.49%。但有機肥替代推薦配方施肥比例一旦超過50%,與單施推薦配方處理(T1)相比就會減產?？梢?用50%有機肥替代在產量上表現是完全可行的。

表4 不同施肥處理對水稻產量的影響

2.3 有機肥與推薦配方肥不同配施比例對土壤肥力的影響

土壤肥力的高低取決于影響土壤養分的多種因素,本試驗旨在研究不同有機肥與推薦配方肥不同配施比例對土壤肥力的影響。各處理土壤肥力測定結果如表5。無論是單獨施化肥或有機肥還是化肥和有機肥配施,與CK處理相比,土壤養分均出現不同程序的提高。施肥處理的pH均比對照高0.51～0.69,施用有機肥與化肥處理的pH和有機質含量均比單施化肥高,且隨著有機肥替代量的增加而增加,這可能是隨著土壤有機肥含量的提高而提升土壤緩沖性和土壤有機碳含量有關。就土壤容重而言,隨著有機肥替代量的增加而呈現降低的變化趨勢。所有施肥處理的土壤全氮、有效磷、堿解氮含量與CK和試驗前基礎土樣相比均有所提高,三者都是在一定范圍內隨著有機肥替代比例的提高而增加。各處理間的土壤速效鉀含量差異不大。

表5 不同處理土壤肥力變化

3 討論

有機肥原料主要來源于農業廢棄物,以作物秸稈和畜禽糞便最為普遍,秸稈蘊藏著巨大的養分資源,其富含有機質和氮、磷、鉀、鎂、鈣等多種養分,畜禽糞便含有氮、磷、鉀、鈣、鎂等營養元素,它們是一種可再生生物資源[10]。農業廢棄物經過好氧堆肥處理后,可以達到商品有機肥標準,既解決了廢棄物對環境污染又利用再生資源變廢為寶,合理配合推薦配方肥施用,能穩定作物產量的同時減少化肥用量及提高土壤養分含量,是一項一舉雙得的實現農業循環及綠色低碳發展的有效途徑[11]。

從有機肥替代部分推薦配方肥可以在穩定、提高水稻產量來看,有機肥和化肥配合施用是水稻穩產高產的基礎,可以促進作物在生育階段的生長得到有效保證,從而提高有效穗、結實率和千粒重,有助于水稻的穩產和增產。胡適友等[12]研究表明,有機肥替代化肥與單施化肥相比,對水稻的產量有不同程度的影響,其中以有機肥替代30%的化肥比例適宜,最高替代量不能超過50%。孫萬純等[13]研究表明,有機肥替代部分化肥是可行的,適宜比例為10%～30%,以20%效果最佳。本研究結果表明,在測土配方推薦施肥下,50%有機肥+50%推薦配方肥處理與推薦配方肥處理相比,水稻產量在保持穩產的前提下,增產19.31%,為最優處理,與劉洪江[14]等研究結果一致。

從有效提高土壤肥力來看,土壤中施加有機肥可以增加土壤中的有機質,土壤有機質對土壤肥力有著直接和重要的作用,它能夠提高土壤有效養分的含量。本研究結果表明,有機肥替代部分化肥可以提高土壤有機質,增加土壤養分,降低土壤容重,這與毛偉等[15]、 劉寒雙等[16]、馬義虎等[17]、彭娜等[18]的研究結果一致。但值得一提的是,有機肥與推薦配方施肥配施提高土壤養分是個長期的過程,本研究僅對1年的土壤試驗進行統計分析,若長期持續配施對增加土壤有機質,提高土壤肥力的作用更顯著。

4 結論

在推薦配方施肥和等養分投入的條件下,與單施配方肥相比,50%農業廢棄物有機肥+50%推薦配方肥,不僅可以達到在穩定水稻產量的同時減少化肥用量,而且可以提高土壤肥力,實現綠色農業循環發展。