有機改良劑配施化肥對水稻產量及土壤理化性質的影響

摘要：化肥減量施用對于促進綠色農業發展至關重要，而加入有機改良劑是改善土壤環境質量的可行策略。為了探究有機改良劑搭配化肥減量化施用能否使水稻產量達到穩產甚至增產的效果，以2個水稻品種海紅11號和黃華占為材料，設計5個不同處理：不施加肥料（CK）、微生物菌劑+減施40%復合肥（T1）、復合微生物肥料+減施40%復合肥（T2）、發酵后的豬糞+減施40%復合肥（T3）和100%復合肥（T4），在湛江沿海農田進行種植，測定水稻農藝性狀、產量和土壤理化性質，并進行相關分析和線性逐步回歸分析。結果表明，有機改良劑搭配減施40%復合肥的處理對短期內土壤pH值的改變無顯著影響，但是增加了有機質的含量。相關分析結果顯示，產量與株高、倒2葉葉面積、倒3葉葉面積、有效穗數、千粒重、結實率、穗長、穗粒數、穗重和有機質含量分別達到極顯著正相關水平，與著粒密度和pH值分別呈顯著正相關。線性逐步回歸分析表明，影響產量的因素有結實率、有效穗數和有機質含量，表達式為產量=-0.594+0.010×結實率+0.028×有效穗數，產量=-1.109+0.035×有機質含量。在本試驗中，T1處理的產量顯著高于T4處理，而T3和T4處理的產量無顯著差異。綜上，短期內有機改良劑搭配復合肥施用能夠增加土壤有機質含量，通過較高的結實率和有效穗數使水稻獲得穩產增產效果，其中微生物菌劑搭配減施40%復合肥（T1）最適合在當地應用，且滿足綠色農業發展的需求。

關鍵詞：水稻；化肥減量化；有機改良劑；有機質；產量；土壤；理化性質

中圖分類號：S511.06

文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）21-0253-07

收稿日期：2023-11-17

基金項目：湛江市科技計劃競爭性項目（編號：2022A01038）；湛江市科技發展競爭性項目（編號：2020A03005）；廣東海洋大學科研啟動經費資助項目（編號：060302052011）。

作者簡介：謝宇靈（1993—），女，廣東茂名人，碩士研究生，主要從事農藝與種業研究。E-mail：152872444@qq.com。

通信作者：周鴻凱，碩士，研究員，主要從事作物栽培研究，E-mail：897961801@qq.com；莫俊杰，博士，助理研究員，主要從事水稻栽培育種研究，E-mail：104750343@qq.com。

水稻是世界重要的糧食作物之一，養活了全世界一半以上的人口^［1］。肥料是作物生產的基礎，是糧食的“糧食”，目前，作物高產主要依賴于過度施用化肥，導致大量養分在土壤中積累，從而引發環境問題^［2-3］，可見傳統肥料存在局限性。作物產量與農田質量的矛盾越來越突出，促使我國農業由資源消耗型向綠色可持續型轉變，逐步建立起新型高效的肥料產品體系，以滿足綠色農業發展的需求。

合理的有機無機配比施肥是作物高產穩產和農產品品質改善的有效途徑之一^［4］。配比施肥不僅能促進水稻生長、改善土壤環境及提高土壤肥力^［5］，而且還能提供大量養分并促進水稻吸收利用，同時改善稻米品質^［6］。然而，當前我國有機肥、改良劑施用存在農藝原理研究不足、質量不高等問題，導致其在一定程度上影響了作物產量和品質^［2］。改良劑對土壤環境能起到積極作用，張慶沛等研究發現無機改良劑的使用可以顯著降低水稻糙米中鎘含量^［7］。王文嬌等的試驗中雖然改良劑對pH值無顯著影響，但可以提高土壤中蔗糖酶和土壤脲酶的活性^［8］。另外單施或混合施用有機無機改良劑均能顯著提高土壤粒徑在0.25 mm以上的大團聚體含量^［9］，還能降低表層土壤中鹽分，提高土壤養分并顯著增加作物生物量和產量^［10-11］。相較于不含外源菌群的有機無機改良劑，微生物菌劑及復合微生物肥料是一類新型肥料，可以通過改善或維持作物所需的營養，影響作物株高、葉面積和產量構成因子來達到穩定或提升作物產量的目的^［12-15］，并增加土壤有機質含量及改變pH值等^［16-17］。

前人研究一般集中在傳統有機肥料部分替代無機肥對作物生長發育、產量及土壤肥力的影響上，而對商品有機改良劑與無機肥配合施用后的效果的相關研究較少。因此，本試驗探求了不同商品化有機改良劑與減施40%復合肥配合施用對酸性硫酸鹽土上種植的水稻農藝性狀及產量、稻田土壤pH值、水溶性鹽總量和有機質含量的差異性，旨在為酸性硫酸鹽土中水稻種植及商品有機肥料產品推廣與應用提供參考，這對于我國農產品質量安全、促進農業綠色可持續發展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于湛江市遂溪縣通明河-城月河海河交錯的紅樹林潮汐帶（110°9′0.501″E，21°9′2.326″N），現已圍墾為稻田的近海沙圍田區。每月農歷初二至初四、十七至十九為大潮期，海河水會倒灌入田。因圍墾種稻時間較短，脫鹽階段處于中度，全鹽量在0.30%以上。該試驗田屬于酸性硫酸鹽土，耕層（0～20 cm）有機質含量39.90 g/kg，全氮含量 2.44 g/kg，全磷含量1.51 g/kg，全鉀含量11.14 g/kg，水溶性鹽總量3.25 g/kg，pH值4.92。

1.2 試驗材料

供試水稻材料為耐鹽水稻海紅11號（海紅11號）和常規稻黃華占（黃華占），均由廣東海洋大學濱海農業學院提供。微生物菌劑選用新洋豐農業科技股份有限公司研發的黑金衛士全酶酵素·微生物菌劑（T1），有效活菌數為1.0億CFU/g。復合微生物肥料選用佛山金葵子科技有限公司研發的金葵子復合微生物肥（T2），有效活菌數為 0.2億CFU/g。傳統有機肥料豬糞（T3）來自湛江當地豬糞高溫發酵廠。復合肥選用湖北新洋豐肥業股份有限公司研發的洋豐鋅磷鎂復合肥（T4），總養分含量51%（N、P₂O₅和K₂O的含量均為17%），以及不施加任何肥料的對照（CK）（表1）。

1.3 試驗方法

試驗區采用雙因素裂區結合拉丁方排列，以水稻材料為主區，不同施肥方法為副區；每個小區3 m×10 m，每個處理設3個重復，共30個小區。單排單灌、小區間不相連，并用黑色聚乙烯薄膜包裹田埂，埂高0.5 m，埂頂寬0.5 m，防止水肥互滲。于2022年7月28日采用“日浸夜露”的方式常溫浸種 48 h，8月16日下午以拋秧的方式移栽大田，約 20穴/m²，除T4處理外，其他處理的肥料以基肥的形式于8月16日上午一次性全部施入；T4分別于8月16日施用占總量40%復合肥作基肥，于8月29日施用30%復合肥作分蘗肥，于9月25日施用30%復合肥作穗。

1.4 數據測定

每個小區隨機取3穴，在水稻收獲前（11月20日）調查各農藝性狀：劍葉葉面積、倒2葉葉面積、倒3葉葉面積、株高、有效穗數、著粒密度、千粒重、結實率、穗長、穗粒數和穗重，其中葉面積=葉長×葉寬×0.7），各小區單獨收獲并計算實收干谷小區產量，著粒密度=穗粒數/穗長。水稻收獲前采用原狀取土鉆從稻田土壤表面向下取0～20 cm的土樣，風干過篩后參照《土壤檢測 第2部分：土壤pH的測定》（NY/T 1121.2—2006）測定土壤pH值；參照《土壤檢測 第16部分：土壤水溶性鹽總量的測定》（NY/T 1121.16—2006）測定土壤水溶性鹽總量；參照《土壤檢測 第6部分：土壤有機質的測定》（NY/T 1121.6—2006）測定土壤有機質含量。

1.5 數據處理

在Excel 2019進行數據收集匯總并作圖，運用SPSS 25.0進行單因素方差分析，并采用Duncan’s法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 稻田土壤理化性質

由圖1-A可知，種植海紅11號小區中各處理間土壤pH值無顯著差異，種植黃華占小區中T1處理的土壤pH值與T3處理有顯著差異。圖1-B顯示，2個水稻種植小區中CK均比其他處理有機質含量低，其中CK相比T1差異最大，T3與CK差異最小。圖1-C顯示，2個水稻品種小區中水溶性鹽總量在不同處理下表現出差異性，在海紅11號小區中CK和T1之間差異顯著，而黃華占小區則無顯著差異；海紅11號小區中CK的水溶性鹽總量與剩余施肥處理相比均無顯著差異，而黃華占的情況則相反。

2.2 水稻的農藝性狀及產量

圖2顯示，從上3葉總葉面積看，T1處理最高，黃華占的T1處理比CK面積大63.64%，海紅11號的T1處理比CK大26.47%。2個水稻品種中上3葉葉面積占比從大到小依次為劍葉葉面積＞倒2葉葉面積＞倒３葉葉面積。黃華占和海紅11號的劍葉葉面積占各處理總面積的百分比范圍分別為42.81%～50.02%和42.58%～46.31%，倒2葉葉面積占總面積的分別為31.28%～34.53%和30.70%～33.35%，倒3葉葉面積占總面積的分別為18.70%～24.39%和22.17%～24.80%。

由表2可知，在2個水稻品種小區中，T1處理的株高除了比CK有顯著提高外，與其余處理并無顯著差異。同樣地，不同施肥處理的有效穗數均顯著多于CK但各施肥處理之間無顯著差異。對于著粒密度而言，T1處理在2個水稻品種小區中均顯著高于CK，另外海紅11號的T1和T4處理也表現出顯著差異。在千粒重上，海紅11號的T1、T4處理均顯著重于CK，而在黃華占小區則是T1、T2處理分別與CK有顯著差異。不同施肥處理的結實率均顯著高于CK，同時黃華占的不同施肥處理間均無顯著差異，海紅11號小區中T3處理的結實率最低，且分別與其余施肥處理差異顯著。在穗長上，海紅11號的T1與T2處理有顯著差異，黃華占的T1與CK有顯著差異。對于穗粒數而言，海紅11號中T1處理只與T3處理無顯著差異，黃華占中CK分別與其他處理均存在顯著差異。在穗重上，黃華占的不同施肥處理均與CK有顯著差異。海紅11號中T1和T4處理的產量較高，CK的產量最低，其中T1處理的產量是CK的1.87倍，而黃華占中T1和T2處理的產量均顯著高于CK，且T1處理的產量是CK的1.97倍。

2.3 簡單相關分析

由表3可知，水稻上3葉的葉面積互為極顯著正相關，還分別與著粒密度、千粒重和穗粒數呈顯著或極顯著正相關，同時結實率、有效穗數分別與倒2葉及倒3葉葉面積呈極顯著正相關。株高是重要的農藝性狀，與倒2葉葉面積、著粒密度和千粒重呈顯著正相關，與有效穗數、結實率、穗長、穗粒數和穗重達到極顯著正相關。有效穗數與結實率呈極顯著正相關，還分別與著粒密度、千粒重和穗粒數呈顯著正相關。千粒重分別與結實率、穗重呈極顯著正相關。結實率與穗長呈顯著正相關，與穗粒數、穗重達到極顯著正相關。穗長分別與穗粒數、穗重均呈極顯著正相關，另外穗粒數與穗重也達到了極顯著正相關。在土壤理化性質上，pH值和水溶性鹽總量分別與各農藝性狀均無顯著相關，而兩者之間則達到了極顯著正相關。有機質含量除了與劍葉葉面積、穗長均無顯著正相關外，分別與其他農藝性狀有顯著或極顯著正相關。相似地，水稻產量分別與劍葉葉面積、水溶性鹽總量無顯著相關，與其他農藝性狀呈顯著或極顯著正相關。

2.4 產量和其他指標的逐步線性回歸方程

由表4可知，逐步線性回歸方程在剔除了其他變量后，獲得了2個具有顯著性的方程，且確定系數R²在0.690及以上。這2個模型方程分別為

模型1：產量=-0.428+0.014×結實率；

模型2：產量=-0.594+0.010×結實率+0.028×有效穗數。

通過標準化系數β值可知，2個模型中結實率的β值最大，且存在正相關關系，說明結實率對產量的影響比其他自變量更大。同理，由表5可知，產量和土壤理化性質的模型中剔除了pH值和水溶性鹽總量后，方程為：產量=-1.109+0.035×有機質含量，說明土壤有機質含量對水稻產量的形成有積極貢獻。

3 討論

土壤是作物賴以生存的基礎環境，其理化性質影響了作物的正常生長發育。在本試驗中，受不同處理和水稻品種間互作效應的影響，水溶性鹽總量在不同水稻品種及處理間表現出差異，而相比CK，不同施肥處理對土壤pH值的影響并未表現出顯著差異，但有機質含量比CK有顯著提高。這一現象與劉興林等的試驗結果^［18-19］相似，說明短期的有機肥和有機改良劑的施用對土壤pH值的變化影響不顯著。而張祺等通過連續多年的試驗發現，有機肥的施用可以改變土壤pH值，并使pH值在一定范圍內逐年增長；無論是短期施用有機肥還是長期施用有機肥，稻田土壤中有機質含量都有不同程度的增長^［20-21］。本試驗中土壤pH值分別與有機質含量和水稻產量呈顯著或極顯著正相關。前人也研究發現在酸性土壤中，當土壤pH值大于酸害閾值時，作物產量與有機質、有機磷含量呈顯著正相關；而當pH值在小于酸害閾值時，土壤中較高的有機質含量也可減輕強酸對作物減產的影響，以及降低作物受到鋁毒害的水平^［22］。線性逐步回歸分析可知，當有機質含量提高1個單位，便增加0.035個單位的產量，兩者在簡單相關分析中同樣達到了極顯著正相關，說明在生產實踐中，要想提高水稻產量，短期內可以通過提高稻田土壤的有機質含量，而在pH值偏低的稻田中，可以通過連續多年施用有機肥來提高土壤有機質含量，一是緩解pH值帶來的不利影響，二是通過緩慢提高pH值來改善土壤狀況。

水稻植株是一個統一物質與能量流動的有機體，農藝性狀是影響水稻獲得產量的重要因素。在水稻灌漿過程中，上3葉作為功能葉對光能進行碳水化合物固定，是籽粒充實飽滿的重要來源^［23］。許多研究表明，功能葉與水稻產量密切相關^［24-25］，有的試驗表明功能葉的缺失會顯著降低水稻的結實率、千粒重和籽粒充實度，從而進一步降低水稻產量^［26］。在本試驗中，倒2葉和倒3葉葉面積分別與水稻產量、結實率均達到極顯著正相關，正好與前人的研究結果相互驗證。合理的株高會通過增強水稻的抗倒伏能力來獲得穩定產量，張進帥等的試驗結果說明在一定范圍內隨著株高的增加，產量也增加^［27］。本試驗中進行施肥處理的水稻株高在 90～100 cm之間，符合水稻理想株型^［28］，且與產量呈極顯著正相關，說明不同施肥處理提供了水稻正常生長發育所需的養分，維持了株高的穩定，為穩定水稻產量提供了保障。

在線性逐步回歸分析中，通過不同施肥處理試驗得出，水稻產量受到結實率和有效穗數的影響比較大，在簡單相關分析中產量還分別與有效穗數、結實率呈極顯著正相關，說明不同施肥處理將通過提高結實率和有效穗數的方式使水稻獲得穩產和增產，這與楊勝玲的試驗結果^［29］相似。單從產量上看，2個水稻品種小區中不施肥的對照遠低于各施肥處理，對于海紅11號來說，T1、T2和T3處理能夠有效減少化肥用量、增加土壤有機質含量和改善土壤狀況，重要的是與單一施加復合肥（T4）的產量無顯著差異，甚至于在黃華占中這3個不同施肥處理的產量均顯著比單一施加復合肥（T4）的產量高，這一現象體現出化肥減量化而水稻產量穩定或者增加的顯著成效。但同時也應該注意到配比施肥并不是有機肥改良劑越多越好，在前人的試驗中發現配施比例達到50%時都能夠使產量與單施化肥無顯著差異，但一旦超過這個限度則表現為減產^［30-33］。在田艷洪等的研究中，配施糞肥或秸稈并不比單施化肥的水稻產量有顯著的提高，這與本試驗中T3處理獲得的結果吻合，這可能是由于單施有機肥不能立刻滿足水稻各生育期對養分的需求，使得有機肥施用產生的效果比不上常規化肥，且用量越高，水稻產量越低^［34］；或者是由于基礎地力影響了作物對不同肥料的響應，在紅壤中通過施用有機肥的方式來獲得增產則需要更長的時間^［35-36］；或者是不同的有機肥改良劑響應水稻養分高效利用的程度不同導致的^［2］。

在本試驗中T1、T2和T3處理雖然都能夠與單施化肥獲得的產量保持在同一水平上，但是這3個不同施肥處理的效果有所差異。從2個水稻品種的產量上看，T1處理相比其他2個處理的增產效果更佳，最適合在本試驗種植區應用，而T2和T3處理則基本滿足了化肥減量化及穩產的目的，以上試驗為水稻穩產增產以及綠色農業的發展提供了理論基礎。

4 結論

本試驗通過研究不同有機改良劑和有機肥搭配減量化的無機肥施用對水稻農藝性狀、產量和土壤理化性質的影響，發現短期的不同施肥處理并沒有顯著改變土壤中的pH值，但是可以增加有機質含量，并通過影響水稻的有效穗數和結實率來達到穩產增產的目的。在2個水稻品種小區中，微生物菌劑配合減施40%復合肥的施肥處理均能使水稻產量表現出增加，微生物復合肥和豬糞分別搭配減施40%復合肥的施用也能保障水稻產量達到與單施復合肥的同一水平上，說明有機改良劑和有機肥的施用能夠滿足新型綠色農業大發展需求。

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