淺談有機肥替代化肥對培肥地力及水稻產量的影響

潘艷婷

有機肥替代化肥作為一種可持續的農業生產技術，近年來備受關注。用有機肥替代化肥，不僅能改善土壤結構，提高土壤保水保肥能力，還能減少因過量施用化肥造成的環境污染，保護農業生態系統。因此，探討有機肥替代化肥對培肥地力及水稻產量的影響具有重要意義。土壤中的有機質是構成土壤基礎的關鍵元素，它對土壤生態系統的構建、土壤生產力的提升、環境保護以及農業可持續發展具有深遠影響。盡管無機化肥在短期內能顯著增加作物生產，但過度依賴會導致土壤質量惡化，土壤肥力流失、土壤板結及酸化等問題日益嚴重。科學研究揭示，將有機肥與無機肥相結合，對于保護和提升稻田土壤質量作用顯著。

面對當前水稻種植中過度依賴化肥的現實以及“雙碳”背景下農業轉型的需求，本文旨在探索有機肥替代部分化肥的可行性，以提供理論支持。試驗設計了等氮量的處理方案，包括有機肥替代10%、20%和30%化肥，以及常規化肥施用。研究結果顯示，有機肥的逐漸替換提升了土壤肥力，并提高了土壤pH值。隨著有機肥替代比例的上升，這些指標呈上升趨勢，尤其是pH值和有機質、全氮。而有效銅、鋅和硼則與替代比例呈正相關。有機肥部分替代并未顯著影響土壤的有效磷和速效鉀含量，特別是替代20%和30%氮的情況下，這些指標保持在較高的水平。相較于常規施肥，雖然部分有機肥替代導致水稻體內的氮、磷、鉀含量微幅下降，但總體水平依然保持高位。試驗顯示，有機肥替代對水稻產量和養分積累具有積極影響，其中替代20%的比例下，水稻產量和氮、鉀的積累達到了峰值。綜上所述，在當前試驗環境下，有機肥替代化肥的比例為20%最為理想，有助于實現農業可持續發展和降低碳排放目標。

當前，水稻肥料管理中存在諸多問題，如化肥施用量過量、配方不均衡，這不僅造成了資源的浪費，也引發了嚴重的面源污染。實施有機肥替代化肥的策略，通過減少化肥使用并增加有機肥投入，不僅能有效提升水稻的產量和品種多樣性，還能增強化肥的有效利用，推動綠色農業的發展。有機與無機肥料的混合施用不僅能提升作物的產量，而且能優化作物品質，重塑土壤結構，增強土壤肥力，同時影響土壤微生物群落的數量、活力和結構。通過有機肥部分替代化學肥料，可以在保持作物產量的同時，顯著增強土壤肥力，這是一種兼顧資源節約和環境保護的新型施肥模式，值得廣泛推廣和實踐。

一、材料與方法

1、試驗材料

試驗地的土壤特性在0—20cm深度下表現出如下特征：酸堿度為6.79，富含有機質，總量為20.9g/kg，堿性可溶氮含量為142ml/kg，有效磷含量為10.1ml/kg，快速吸收的鉀元素含量為117ml/kg，鐵的有效含量為80ml/kg，錳的活性水平為26.6ml/kg，銅含量為2.57ml/kg，而鋅的含量則較低，僅為0.56ml/kg。這些指標表明土壤的肥力處于適中的范疇，且具有典型性。

試驗肥料包括多種類型：尿素，其氮（N）含量為46%;過磷酸鈣，磷（P2O5）含量為12%;氯化鉀，鉀（K2O）含量為60%。商品有機肥養分總含量5%，其中氮（N）含量1.90%、磷（P2O5）含量1.69%、鉀（K2O）含量1.41%，試驗肥料旨在提供全面均衡的養分供應。

2、田間試驗設計

本研究采用了多元試驗設計，共劃分4個不同的處理組，分別是化肥常規用量、有機肥替代氮肥（替代10%N）、有機肥替代20%氮肥（替代20%N）及有機肥替代30%氮肥（替代30%N）。在對照組中，全部依賴于化學肥料，其配方為氮肥150kg/hm2（N）、磷肥60kg/hm2（P2O5）和鉀肥120kg/hm2（K2O）。而在替代處理中，有機肥逐步替代部分化學氮肥，同時確保磷和鉀攝入量保持一致。磷和鉀作為基肥與有機肥一起施用，而氮肥則分為3次施放，基肥占50%、分蘗期施肥20%、孕穗期施肥30%。

試驗在進行基肥施用后15天施用分蘗肥，最后進行穗肥施用。每個處理設置3次重復，隨機區組排列，以減少誤差。區域面積為30m2、長6m、寬5m，并通過隔板隔離，防止肥料溢出。在試驗區邊緣，設置2m寬的防護帶以進一步保護作物不受外部影響。

3、測定項目與方法

在水稻生長的關鍵階段，遵循嚴謹的取樣策略，在5個特定區域采集深度為0—20cm的土壤樣本，將其整合成單一的代表性樣本。對這些樣本進行了細致的處理，首先移除了所有非土壤元素，如土壤中硬質礦物質等，然后進行自然干燥，隨后研磨并篩選，其中20目的部分用于測量土壤的酸堿度和有效性養分，而60目的部分則用于評估有機質的豐富程度。同步進行的還有作物收獲的實地調查，通過1㎡的采樣區域，詳細記錄水稻的產量及其構成特性。

①土壤pH值及有效養分

土壤屬性的測量手段依據相關研究資料進行。pH值通過采用2.5：1的水土比例浸提液，利用精密的pH計進行精準讀數。有機質含量則依據經典的重鉻酸鉀容量法，并結合外加熱步驟來計算得出。有效氮含量的測定則依賴于堿性溶液的分解擴散過程。有效磷的含量測定則采取了先用碳酸氫鈉處理土壤，隨后通過鉬銻比色法進行定性定量分析。速效鉀的含量則通過乙酸銨提取，借助火焰光譜技術進行精確檢測。至于微量元素的有效鐵、錳、銅和鋅含量，采用二硫腙磷酸鹽（DTPA）浸提，再利用火焰原子吸收光譜技術進行定量分析。而有效硼的測定則采取沸水提取，使用甲亞胺顯色反應，通過比色法獲取其含量數據。

②植物體內氮、磷、鉀養分含量及積累量

氮、磷、鉀的總量分析分別采用了高效處理技術，即通過硫酸-過氧化氫溶液進行消化。然后，利用靛酚藍分光光度法來確定氮的含量，磷則通過鉬銻抗比色法得出。鉀元素的定量則依賴于火焰光譜法的精確測量。而氮、磷、鉀的累積吸收量，則是由各自的養分濃度乘以相應的生物量得出，這一計算過程對于理解植物對這些關鍵營養素的總吸收至關重要，其數值為;

產量考察

產量計算公式為割方稱質量：產量（kg/hm2）=1m2水稻產量×104。

數據分析

試驗數據及圖片使用Excel2016，單因素方差分析和顯著性分析使用SPSS19.0。

二、結果與分析

1、有機肥部分替代化肥對土壤養分及pH值等其他重要土壤特性的影響。

①對土壤pH值的影響

在研究中，水稻的成熟期土壤呈現出微弱的酸性特征，其pH值范圍為6.13—6.22。pH值作為土壤核心的化學屬性，實驗數據揭示出有機肥料的應用顯著提升了土壤的酸堿度。具體來說，隨著有機肥對化肥使用量的逐步替換，土壤的pH值呈現出上升的趨勢，這證明有機肥的使用有助于抵消土壤酸化的傾向。

②對有機質含量的影響

有機肥料的應用顯著提升了土壤有機質的豐富度。觀察到隨著有機肥料的逐步替換，土壤中有機質的積累呈現出穩步上升的趨勢。當有機肥替代了常規肥料的10%、20%以及30%時，土壤有機質含量分別提升到32.46g/kg、33.94g/kg和34.76g/kg，相較于對照組（31.98g/kg）的提升幅度分別為1.50%、6.13%和8.69%。這種積極的影響表明有機肥料在優化土壤結構方面具有顯著作用。

③對土壤氮、磷、鉀養分含量的影響

研究顯示，土壤中的全氮含量在1.23—1.53g/kg的范圍內波動，呈現出明顯的規律。隨著有機肥替代化肥比例的提升，這一含量呈現上升趨勢，其中以替代30%的氮肥處理表現最為顯著，其全氮含量高達1.53g/kg，相較于常規施氮方法，有顯著性差異。其次是替代20%處理，全氮含量為1.47g/kg，同樣顯示出與常規處理的顯著區別。相比之下，替代10%的處理雖然與常規處理之間的差異不顯著，但仍有較明顯的增長，大約提升了11.11%。盡管有機肥替代化肥在提升土壤有效磷和速效鉀方面展現出傾向，但這種影響并未達到顯著性水平。各處理下的有效磷和速效鉀含量基本保持穩定，沒有顯著的差異變化。

④對土壤部分微量元素含量的影響

相較于傳統肥料，有機肥在部分替代化肥的情況下，顯著提升了土壤中的有效鐵、銅、鋅和硼含量。這一提升的趨勢隨著替代比例的提升而增強。具體而言，使用有機肥替換化肥的處理（按比例遞增）使有效鐵含量分別比常規增加11.83%、11.30%和15.64%，有效銅含量則相應增長了9.06%、9.36%和10.23%。對于有效鋅，盡管初始替代比例較低時增長較小，但當替代30%時，其含量劇增45.33%，與常規相比有顯著差異。值得注意的是，有機肥對土壤中有效錳的影響并無明顯規律可循，其含量變化并不明顯。

2、有機肥部分替代化肥對水稻產量的影響

研究結果顯示，水稻產量在有機肥替換過程中呈現出獨特的波動模式。初始階段，隨著有機肥替代比率的提升，產量呈現上升趨勢，峰值出現在替代20%的情況下，達到了7.05t/hm2。緊隨其后的是替代10%的處理，其產量也相當可觀，為6.78t/hm2，這與常規肥料施用的產量相當，顯示出良好的生產力。然而，當有機肥替代率達到30%時，雖然與常規施肥相比有所降低，但這種下降并不具有統計學上的顯著性，說明各處理之間的產量差距尚在可接受范圍內。

3、有機肥部分替代化肥對水稻氮、磷、鉀養分含量及積累量的影響

①對水稻氮、磷、鉀養分含量的影響

水稻籽粒的氮和磷含量相對于秸稈顯著較高，而鉀含量則相對較低。引入有機肥作為化肥的部分替代，雖然導致籽粒中的氮含量有所降低，但秸稈中的氮含量卻有所上升，這種變化總體上呈現微弱的下降趨勢，但與常規肥料處理相比，差異并未達到統計學上的顯著性（P>0.05），表明植物體內的氮水平依然保持在可觀的水平。

磷元素在水稻籽粒和秸稈中的分布也受到有機肥替代的影響。隨著有機肥比例的提升，籽粒和秸稈中的磷含量呈現出明顯的遞減，籽粒磷含量下降幅度在0.58%—5.82%，而秸稈中的磷含量下降范圍為2.25%—8.56%，整體下降幅度在0.61%—6.95%。對比常規施肥，替代20%和30%氮的處理表現出更為顯著的磷含量下降（P<0.05）。盡管有機肥替換化肥對鉀含量有影響，特別是對于籽粒（僅限于替代10%N處理）整體來看，鉀含量的降低并不明顯，且這些變化未達到顯著差異水平（P>0.05）。

②對氮、磷、鉀積累量的影響

雖然各種處理方式對水稻植株的整體氮、磷、鉀累積量的影響相對有限，范圍在133.33—142.59kg/hm2（氮）、80.17—86.32kg/hm2（磷）和195.83—209.32kg/hm2（鉀），但各處理間的差異并不顯著。相較于常規施肥，使用有機肥部分取代化肥顯著地調整了籽粒氮的累積，表現為有機肥替代20%N處理時增加1.04%，而替代10%N和30%N則分別下降了3.98%和5.52%。

磷的累積趨勢與磷供應量相吻合，隨著有機肥替代比例的提升，磷累積量有所降低。替代10%N和20%N的處理對磷累積影響不大，但替代30%N處理導致的減少更為明顯，降低了7.13%。有機肥替代處理下的籽粒和整株磷累積量均呈現出隨比例增加而下降的趨勢，唯有替代20%N處理提升了2.70%的秸稈磷累積。

鉀的累積受有機肥替代影響微乎其微，替代20%N處理反而提高了4.34%，而替代10%N和30%N則分別下降了0.38%和2.38%。

總的來說，有機肥部分替代化肥與常規施肥在氮、磷、鉀的累積上沒有顯著區別，對水稻養分的累積影響不大，確保了作物體內養分的正常積累。特別是替代20%N處理的水稻在氮和鉀的累積上優于常規處理。

盡管氮肥不當使用和酸雨引發的酸沉降導致局部土壤酸化問題嚴峻，一項新的實驗揭示，在酸性土壤條件下，施用有機肥料能顯著提升土壤的pH值，延緩酸化過程，這一發現與眾多研究相吻合。有機肥料的作用機制在于能夠通過釋放堿性物質中和土壤酸度，或者以等量氮素替換化肥，減少化肥的整體施用量，從而減少硝態氮的積累和淋失，減輕氮肥導致的土壤酸化效應。

研究顯示，有機肥料能夠增強土壤中固態金屬元素的有效性。具體來說，試驗期間，耕層土壤中的有效鐵、錳、銅、鋅含量顯著提升，尤其在有機肥料替代化肥的情況下，有效鐵、銅、鋅和硼的含量都有所增長，微量元素的提升程度與有機肥料替代的比例成正比。然而，盡管有觀點強調有機肥料對有效銅的影響較大，但也有研究認為影響較小，這可能源于作物對銅的吸收差異以及試驗土壤類型（如砂田和黃綿土）的特性，這些土壤對有機肥中有效銅的影響較小。

此外，本研究強調了有機肥料與無機肥料的適當配比對于作物產量的提升至關重要。過量施用有機肥料可能導致產量下降，這一發現與多位學者的研究結果相符。有機肥料替代無機肥料的比例與水稻產量呈顯著負相關，隨著替代比例增加，產量相應反而降低，當替代比例超過60%時，產量顯著下滑。為了維持水稻穩定生產，應將有機肥料替代化肥的比例控制在20%以下。不同肥力的沙壤土上進行的水稻試驗結果顯示，適度施肥條件下添加有機肥料可促進產量增長，增產率可達8.76%—13.1%，但在高肥力地區，過多的有機肥料可能導致產量下降，減產率為0.65%—2.29%。

總之，在農業實踐中，有機肥料與化肥的合理結合對于提升土壤健康和作物生產力具有積極意義。使用有機肥作為化肥的部分替代品，能夠促進土壤中關鍵營養素如有機質、有效氮、鐵、銅、鋅和硼的優化分布，同時調整土壤酸堿平衡，使其趨于更適宜的pH環境。觀察數據顯示，隨著有機肥替代化肥比例的提高，土壤的pH值和有機質含量呈現出上升趨勢，而有效氮含量也隨之增長。以20%和30%的有機肥替代化肥的比例進行處理，其土壤養分表現優秀，各項指標均保持在較高的穩定水平。然而，有機肥對土壤的有效磷和速效鉀含量影響并不顯著，但對有效鐵、銅、鋅和硼的含量有正向關聯性，表明其在微量元素供應上起到補充作用。

相較于常規化肥施用，采用部分有機肥替代的方式，雖然會使水稻體內的氮、磷、鉀含量稍有下降，但總體上仍能維持較高的營養水平。在累積量上，20%替代處理的氮和鉀含量最高，而10%替代處理的磷累積最多。產量方面，有機肥替代化肥的比例對水稻產量產生動態影響。起初隨比例增加產量上升，然后在30%替代處理時出現下降，其中以20%替代處理的產量最高，達到7.05t/hm2，略高于常規施肥的6.78t/hm2。這表明適度的有機肥替代可優化稻米生產，但過度則可能帶來負面影響。

（作者單位：542899廣西賀州市八步區農田建設工作站）