化肥減量配施有機肥對土壤理化性質及水稻產量的影響

廖建勛，涂圣梅，顧祝禹，黃博陽，孫國鋒，韓 偉，陳細桂

（1.建始縣農業農村局，湖北 恩施 445300；2.武漢市秀谷科技有限公司，武漢 430070；3.武漢市江夏區土壤肥料站，武漢 430299）

水稻是中國最重要的糧食作物，也是分布最廣與種植面積最多的糧食作物。水稻的產量與品質對中國糧食安全與社會穩定具有重要意義［1，2］。施肥是農作物增產增收的有效途徑，其中化肥對糧食產量的貢獻率在40%左右［3］。中國化肥施用量持續增加，其施用量達到總量的33%，施用強度超過世界平均水平的3 倍，且已超過世界化肥用量安全上限225 kg/hm2［4］。但化肥長期不合理的施用，導致土壤耕作層有機質下降、土壤板結酸化、肥料利用率低等問題，同時還導致生態環境惡化［5-7］。改善此狀況，需改變肥料的投入格局，降低化肥的施用量，合理增施有機肥。有機肥含有豐富的養分，能有效增加土壤中有機質的含量，提升土壤肥力，改善土壤理化性質，促進有益微生物菌群的繁殖，提高農產品產量與品質［8-10］。此外，增施有機肥還有助于降低溫室氣體的排放［11］。

國家大力提倡有機肥替代化肥，關于有機肥替代化肥對農產品的影響研究與日俱增。徐明崗等［12］研究發現化肥配施有機肥有利于水稻穩產及高產，同時有助于水稻生長中后期養分的吸收，并能培肥土壤，增加土壤肥力，提高肥料利用率。趙軍等［1］研究發現有機肥替代部分化肥不會造成作物減產，且能有效增加土壤微生物量碳、氮。宋震震等［13］研究發現長期施用有機肥能顯著增加土壤微生物碳和氮，提高土壤堿性磷酸酶和蔗糖酶的活性。陳鈺佩等［14］通過研究長期施用不同比例有機肥對水稻產量及土壤養分的影響，發現長期施用有機肥能改善土壤養分狀況，提升水稻產量及籽粒養分的吸收量。大多數研究都集中在單一有機肥對農產品產量與土壤養分的影響，卻對化肥減量配施有機肥的研究鮮有報道。本研究以湖北省建始縣業州鎮水稻田為研究對象，研究化肥減量配施有機肥對土壤理化性質、水稻產量與構成因素的影響，旨在探索提高水稻產量與品質的施肥措施，以期為化肥減量增效提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

試驗地點在湖北省建始縣業州鎮，位于湖北省西南部，屬于亞熱帶季風氣候，光照充足，降雨充沛，年平均氣溫為15.3 ℃，年均無霜期260 d，相對濕度為79%，年降水在1 400 mm 左右。耕作方式主要采用旋耕，以種植水稻和玉米為主。耕地類型主要包括旱地、水田和水澆地。試驗地點土壤的pH 為6.15，土壤容重為1.43 g/cm3，有機質為17.8 g/kg，堿解氮為102.5 mg/kg，有效磷為14.3 mg/kg，速效鉀為104.1 mg/kg。

1.2 供試材料

水稻品種為Q 優18 號，生育期為130 d 左右，供試所需的有機肥在市場購買，其主要成分有機質占45.83%，水分占24.62%。供試化肥為尿素（含N≥46%）、磷酸二銨（含N≥18%，含P2O5≥46%）、硫酸鉀（K2O ≥50%）。

1.3 研究方法

1.3.1 試驗設計 試驗共設置6 個處理，CK 為當地常規化肥施用水平（尿素、磷酸二銨和硫酸鉀分別為225、300、150 kg/hm2）；T1 為化肥+1 500 kg/hm2有機肥；T2 為化肥減量10%+1 500 kg/hm2有機肥；T3為化肥減量20%+1 500 kg/hm2有機肥；T4 為化肥減量30%+1 500 kg/hm2有機肥；T5 為化肥減量40%+1 500 kg/hm2有機肥。每個處理重復3 次，共18 個小區，每個小區面積為50 m2，且各小區隨機排列。于2021 年5 月初開始播種育秧，6 月初進行水稻秧苗移栽，秧苗移栽的密度約為0.2 m×0.2 m，大田試驗的種植密度、水肥與病蟲害管理參照當地農業生產情況，確保試驗各小區管理條件一致。

1.3.2 樣品的采集與分析 水稻成熟期在土壤表層（0～20 cm）隨機采集4 個點的土樣，將土樣混勻，去除土樣雜質，自然風干、混勻后過100 目的尼龍篩，用于測定土壤指標，土壤的理化性質均按照常規的測定方法進行檢測［15］。采用電位計法測定土樣pH，水土比為2.5∶1，采用環刀法測定土壤容重，采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定土壤有機質含量，采用堿解擴散法測定土壤堿解氮，采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定土壤有效磷，采用中性NH4Ac 浸提-火焰光度比色法測定土壤速效鉀的含量。水稻成熟后對每個試驗小區隨機取20 株水稻進行產量構成因素分析，分別測定株高、穗長、穗粒數、千粒重等，同時對每個小區進行測產，計算單位面積的產量。

1.4 數據統計

采用Excel、Origin 和SPSS 軟件進行數據統計和分析，數據結果均為平均值，并進行相應的圖表繪制，各處理之間采用單因素方差分析（ANOYA）和Duncan 法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤理化性質的影響

由圖1 可知，與CK 相比，T1 至T5 pH 均有所提升，提升幅度為0.98%～2.60%，但與CK 差異不顯著（P＞0.05），表明化肥減量配施有機肥有助于改善土壤pH。與CK 相比，各處理土壤容重呈下降趨勢，T1至T5 土壤容重與CK 相比分別降低了3.50%、4.90%、6.29%、5.59%、4.20%，其中T3 土壤容重最低，由CK 的1.43 g/cm3下降到1.34 g/cm3，且各處理與CK 差異不顯著（P＞0.05）。有機質的含量呈先升高后降低的趨勢，T1至T4有機質均顯著高于CK（P＜0.05），T1 至T5 土壤有機質較CK 分別增加了8.43%、6.74%、9.55%、8.43%、2.81%。

圖1 不同處理對土壤理化性質的影響

與CK 相比，土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀均有一定程度的提高，提高的幅度分別為1.30%～6.44%、1.88%～9.77%、0.55%～7.82%，各處理土壤中堿解氮、有效磷的含量與對CK 差異不顯著（P＞0. 05），T1 至T3 土壤中速效鉀的含量顯著高于CK（P＜0.05）。

化肥減量配施有機肥能有效調節土壤的理化性質，降低土壤容重，增加土壤肥力。當化肥減量20%配施1 500 kg/hm2有機肥時，對土壤理化性質改良效果較好。

2.2 不同處理土壤理化性質間的相關性分析

不同處理土壤理化性質相關系數見表1，土壤pH 與容重和速效鉀呈負相關，與有機質、堿解氮、有效磷呈正相關，且均不顯著。土壤容重與有機質呈負相關，與堿解氮、有效磷、速效鉀呈正相關。土壤有機質、有效磷與速效鉀呈顯著正相關（P＜0.05），堿解氮與速效鉀呈極顯著正相關（P＜0.01）。

表1 不同處理土壤理化性質相關系數

2.3 不同處理對水稻產量構成因素的影響

不同比例化肥減量配施有機肥對水稻產量構成因素的影響有所差異。由表2 可知，與CK 相比，T1 至T5 水稻的株高、穗長、穗粒數、千粒重、籽粒產量均出現不同程度的增長，且增加幅度分別為0.46%～4.60%、2.38%～9.19%、0.54%～4.14%、0.11%～2.74%、4.55%～8.15%，其中各處理株高、穗長、千粒重較CK 差異不顯著（P＞0.05），T3 穗粒數與CK 差異顯著（P＜0.05），T2、T3 籽粒產量顯著高于CK（P＜0.05）。由表2 可知，當20%的化肥減量配施1 500 kg/hm2有機肥時，有利于優化水稻產量構成因素，促進水稻增產，隨著化肥減量比例繼續增加，水稻產量構成因素與產量均呈下降趨勢，不利于水稻增產增收。因此適量的化肥減量配施有機肥能顯著提高水稻產量，促進水稻增收。

表2 不同處理對水稻產量構成的影響

2.4 不同處理對水稻經濟效益的影響

化肥減量配施有機肥對水稻產量與經濟效益的影響如表3 所示。與CK 相比，化肥減量配施有機肥能增加水稻的產量，其中T3 水稻增產效果最佳，水稻產量由CK 的6 858.67 kg/hm2增加到7 417.67 kg/hm2，增產幅度為8.15%，每公頃產值較CK 增加了1 341.60 元。由于不同處理成本存在差異，其中T1 成本最高。T1 至T5 經濟效益較CK 提高了0.41%～5.40%，其中T3 經濟效益最好，表明適度的化肥減量配施有機肥有利于水稻產量增加，增加水稻的經濟效益，過度的化肥減量不利于水稻增產。

表3 不同處理對水稻產量與經濟效益的影響

3 討論

化學肥料能為植物的生長發育提供充足的氮磷鉀等元素，具有肥效快、易被植物吸收的特點，但長期施用會導致土壤板結、耕作層肥力下降、土壤結構破壞等一系列問題，同時對生態環境產生負面影響［16，17］。農田中化肥的大量使用，導致土壤環境逐漸惡化，急需改良土壤，改善土壤環境，消除耕地生產障礙。而有機肥中含有大量的有機質與植物生長所需的營養元素，能改善土壤結構，增加土壤養分含量，增強土壤保水保肥能力。陳紅金等［18］研究發現施用商品有機肥可提高土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量，以及改善土壤pH。溫延臣等［19］研究有機肥部分替代化肥有利于改善土壤理化性質，增強土壤肥力。本研究發現化肥減量配施有機肥后，土壤pH、容重、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量均得到改善，土壤有機質、有效磷與速效鉀呈顯著正相關（P＜0.05），堿解氮與速效鉀呈極顯著正相關（P＜0.01），表明有機肥部分替代化肥能改善土壤環境，增強土壤肥力。隨著化肥減量比例的增加，土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀等養分的含量呈下降趨勢，原因可能是化肥用量降低所導致。奚振邦等［20］研究發現有機肥相較化肥釋放肥力緩慢，有時難以滿足作物生育期對養分的需求，若將有機肥替代部分化肥施用，不僅能滿足作物生長對養分的需求，而且還能促進作物增產增收。毛偉等［21］通過研究有機肥替代部分化肥對水稻產量及土壤理化性質的影響，發現有機肥替代20%～30%的化肥可促進水稻生長與養分的吸收，提高水稻產量，與本研究結果相似，當化肥減量20%配施1 500 kg/hm2有機肥時，水稻株高、穗長、穗粒數、千粒重、較對照組均有一定程度的增加，且水稻產量最高，增產了8.15%。

在化肥減量配施有機肥改良土壤的過程中，不僅要考慮肥料資源的高效合理利用，同時還需控制好作物產量與經濟效益之間的平衡關系［22］。試驗發現不同比例的化肥減量配施有機肥均能有效提高水稻產量，但化肥減量比例過大，可能對水稻生長與發育產生負面影響，造成水稻產量構成因素指數下降，從而導致水稻產量降低，試驗顯示當化肥減量比例超過30%時，水稻的產量構成因素與產量均呈下降趨勢。柏瓊芝等［23］研究表明，化肥減量配施生物有機肥能明顯提高作物產量與經濟效益，化肥減量比例過高會導致其經濟效益降低。陳鈺佩等［14］研究發現適度降低化肥比例并配施有機肥能有效促進水稻產量的增加。因此，化肥減量配施有機肥需因地制宜，不僅要考慮土壤理化性質、種植作物種類，還需對作物產量與經濟效益進行綜合考慮，結合當地農業生產的實際情況進行適量的化肥減量，并配施有機肥改良土壤，增強土壤肥力，促進作物增產增收。

4 結論

化肥減量配施有機肥能有效改善土壤pH（0.98%～2.60%），降低土壤容重（3.50%～6.29%），提升土壤肥力，土壤中有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量增加幅度分別為2.81%～9.55%、1.30%～6.44%、1.88%～9.77%、0.55%～7.82%。土壤有機質、有效磷與速效鉀呈顯著正相關，堿解氮與速效鉀呈極顯著正相關。化肥減量配施有機肥有利于改善水稻產量構成因素，促進水稻增產，提高經濟效益。當化肥減量超過一定量時，隨著化肥減量比例的增加，水稻產量構成因素與產量均呈下降趨勢，不利于水稻增產增收。因此適量的化肥減量配施有機肥能顯著提高水稻產量，促進水稻增收。