化肥與有機(jī)肥長(zhǎng)期配施對(duì)水稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響

劉曉霞，陸若輝，戴佩彬，倪治華，陳一定*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 杭州 310020； 2.浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018)

水稻是浙江省種植面積最大的糧食作物，提高水稻產(chǎn)量對(duì)于實(shí)現(xiàn)糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收意義重大[1]。研究發(fā)現(xiàn)，施用化肥的水稻產(chǎn)量明顯高于不施肥處理[2]，這表明化肥投入是影響水稻產(chǎn)量的重要因素[3-4]。但是，長(zhǎng)期單施化肥不僅導(dǎo)致作物減產(chǎn)、降低肥料利用效率，還會(huì)造成資源的浪費(fèi)并危害土壤生態(tài)環(huán)境[5]，比如，單施化肥的土壤氮素變幅較大，氮磷養(yǎng)分比例失調(diào)，稻株生長(zhǎng)前期氮素吸收過(guò)量而后期不足，導(dǎo)致水稻碳氮比失調(diào)、成穗率低、空殼率高、產(chǎn)量低且不穩(wěn)定[6]。此外，長(zhǎng)期單施化肥的土壤孔隙度降低，容重增加，土壤物理性質(zhì)有變劣趨勢(shì)，有機(jī)質(zhì)、氮、鉀等土壤養(yǎng)分也呈下降態(tài)勢(shì)[7]。由此可見(jiàn)，化肥對(duì)于提高水稻產(chǎn)量至關(guān)重要，但長(zhǎng)期單施化肥有作物減產(chǎn)、土質(zhì)劣化的風(fēng)險(xiǎn)。

與化肥的養(yǎng)分單一、肥效短等特點(diǎn)相比，有機(jī)肥具有養(yǎng)分全、肥效長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)[8]。但以有機(jī)肥作為水稻的單一肥源時(shí)，水稻分蘗時(shí)間推遲，進(jìn)而影響葉片和稻株生長(zhǎng)，導(dǎo)致有效穗減少，最終降低水稻產(chǎn)量[9]。當(dāng)有機(jī)肥用量高達(dá)60 t·hm-2時(shí)，水稻產(chǎn)量高于單施化肥，但氮和磷的生理利用效率明顯下降[10]。由此可見(jiàn)，有機(jī)肥存在養(yǎng)分含量低、肥效慢、體積大、施用不便等缺點(diǎn)，不適宜作為水稻的單一肥源。綜合考慮有機(jī)肥與化肥的互補(bǔ)特性，實(shí)踐生產(chǎn)中可將二者配合施用。為此，本研究以水稻為材料，采用長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究了有機(jī)無(wú)機(jī)肥配合施用對(duì)水稻產(chǎn)量和土壤理化性狀的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試作物為水稻(中浙優(yōu)8號(hào))，試驗(yàn)地點(diǎn)位于浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站(浙江省長(zhǎng)興縣泗安鎮(zhèn))，土壤類(lèi)型為水稻土，耕作制度為一年一熟制，試驗(yàn)時(shí)間為2008—2015年。試驗(yàn)前土壤基本理化性狀：有機(jī)質(zhì)19.60 g·kg-1，全氮1.15 g·kg-1，有效磷17.25 mg·kg-1，速效鉀21.08 mg·kg-1，緩效鉀235.00 mg·kg-1，土壤pH值5.23。

1.2 處理設(shè)計(jì)

采用長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，設(shè)3個(gè)施肥處理：處理1，不施肥(CK)；處理2，單施化肥(CF)；處理3，化肥配施有機(jī)肥(CF+OF)。其中，單施化肥處理667 m2用氮肥15.0 kg、磷肥5.5 kg、鉀肥9.0 kg，化肥配施有機(jī)肥處理在單施化肥的基礎(chǔ)上667 m2增施250 kg有機(jī)肥。供試肥料：鈣鎂磷肥(P2O516%)，氯化鉀(K2O 60%)，尿素(N 46%)。各處理隨機(jī)排列，重復(fù)3次，栽培管理措施一致。

1.3 樣品采集及測(cè)定

水稻收割前測(cè)定籽粒產(chǎn)量。土壤樣品經(jīng)風(fēng)干、粉碎過(guò)篩后保存，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，全氮采用凱氏定氮法測(cè)定，有效磷采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定，速效鉀和緩效鉀采用火焰光度法測(cè)定，土壤pH值采用電位法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS 2000軟件進(jìn)行方差分析(ANOVA)和統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)有顯著差異的處理采用Duncan′s新復(fù)極差法進(jìn)行檢驗(yàn)。利用Origin 8.0軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由表1可見(jiàn)，施肥處理(CF、CF+OF)的水稻產(chǎn)量顯著高于不施肥處理。與不施肥相比，2009—2015年單施化肥處理的水稻產(chǎn)量增幅為13.0%～30.4%，化肥配施有機(jī)肥處理的水稻產(chǎn)量增幅為22.5%～45.5%。化肥配施有機(jī)肥處理的水稻產(chǎn)量高于單施化肥處理，增幅在3.8%～12.5%，但二者差異不顯著。

表1 化肥與有機(jī)肥長(zhǎng)期配施處理對(duì)2009—2015年水稻667 m2產(chǎn)量的影響 kg

注：同列數(shù)據(jù)后無(wú)相同小寫(xiě)字母的表示差異顯著(P<0.05)。

2.2 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

如圖1所示，施肥處理(CF、CF+OF)的土壤有機(jī)質(zhì)含量呈逐年增加趨勢(shì)，其中，單施化肥處理2015年土壤有機(jī)質(zhì)含量是試驗(yàn)前土壤有機(jī)質(zhì)含量的1.09倍，化肥與有機(jī)肥配施處理2015年土壤有機(jī)質(zhì)含量是試驗(yàn)前的1.31倍。試驗(yàn)期間，不施肥處理土壤有機(jī)質(zhì)含量變化不大(18.91～19.64 g·kg-1)。施肥處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于不施肥對(duì)照，化肥與有機(jī)肥配施處理土壤有機(jī)質(zhì)含量較單施化肥高9.0%～19.4%，且差異顯著。

圖1 不同施肥處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

2.3 對(duì)土壤全氮含量的影響

施肥處理的土壤全氮含量呈逐年上升趨勢(shì)(圖2)，但不施肥處理土壤全氮含量變化不大(1.10～1.16 g·kg-1)。土壤全氮含量受不同施肥處理的影響：試驗(yàn)中后期(2011—2015年)，單施化肥、化肥與有機(jī)肥配施處理土壤全氮含量顯著高于不施肥處理，其中，單施化肥土壤全氮含量是不施肥對(duì)照的1.15～1.24倍，化肥與有機(jī)肥配施土壤全氮是不施肥對(duì)照的1.24～1.47倍；試驗(yàn)后期(2012—2015年)，化肥配施有機(jī)肥土壤全氮含量顯著高于單施化肥，高出11.8%～20.7%。

圖2 不同施肥處理對(duì)土壤全氮含量的影響

2.4 對(duì)土壤有效磷含量的影響

如圖3所示，施肥處理土壤有效磷含量呈逐年增加趨勢(shì)，2015年，單施化肥和化肥配施有機(jī)肥處理土壤有效磷含量分別是試驗(yàn)前的2.14倍和2.57倍，不施肥處理土壤有效磷含量變化不大。單施化肥和化肥配施有機(jī)肥處理的土壤有效磷含量顯著高于不施肥對(duì)照(2009年除外)。試驗(yàn)后期(2014—2015年)，化肥與有機(jī)肥配施土壤有效磷含量顯著高于單施化肥，2014年和2015年化肥配施有機(jī)肥處理土壤有效磷含量分別較單施化肥高19.5%和19.8%。

2.5 對(duì)土壤速效鉀和緩效鉀含量的影響

施肥處理土壤速效鉀含量呈逐年上升趨勢(shì)(圖4)，而不施肥處理土壤速效鉀含量變化不大(21.00～22.88 mg·kg-1)。單施化肥和化肥與有機(jī)肥配施處理的土壤速效鉀含量顯著高于不施肥對(duì)照，其中化肥配施有機(jī)肥土壤速效鉀含量較單施化肥高48.2%～71.2%，且差異顯著。

圖3 不同施肥處理對(duì)土壤有效磷含量的影響

圖4 不同施肥處理對(duì)土壤速效鉀和緩效鉀含量的影響

由圖4可見(jiàn)，施肥處理土壤緩效鉀含量呈逐年增加趨勢(shì)，2015年，單施化肥和化肥配施有機(jī)肥處理土壤緩效鉀含量分別是試驗(yàn)前的1.17倍和1.23倍，而不施肥處理土壤有效磷含量變化不大。施肥處理(CF，CF+OF)的土壤緩效鉀含量顯著高于不施肥對(duì)照，但兩個(gè)施肥處理間土壤緩效鉀含量無(wú)顯著差異。

2.6 對(duì)土壤pH值的影響

如圖5所示，化肥與有機(jī)肥配施處理土壤pH值呈逐年上升趨勢(shì)，2015年土壤pH值較試驗(yàn)前高0.24個(gè)單位，而單施化肥和不施肥處理土壤pH值變化不大，分別在5.21～5.32和5.20～5.26波動(dòng)。試驗(yàn)后期(2012—2015年)，化肥配施有機(jī)肥處理土壤pH值顯著高于不施肥和單施化肥處理，如2015年化肥配施有機(jī)肥處理土壤pH值較不施肥處理高0.22個(gè)單位，較單施化肥高0.17個(gè)單位。

圖5 不同施肥處理對(duì)土壤pH值的影響

3 討論

與單施化肥相比，化肥配施有機(jī)肥可進(jìn)一步提高作物產(chǎn)量并改善土壤理化性狀[11-12]。田間試驗(yàn)證實(shí)，有機(jī)肥和化肥配施有利于提高水稻產(chǎn)量，早稻和晚稻平均產(chǎn)量較單施化肥增產(chǎn)3.9%～7.8%[13]，單季稻產(chǎn)量提高20%以上[14]。本研究表明，化肥配施有機(jī)肥水稻產(chǎn)量有所提高，但與單施化肥處理相比差異不顯著。

研究證實(shí)，長(zhǎng)期施用化肥或化肥配施秸稈均能提高土壤基礎(chǔ)地力，并以長(zhǎng)期化肥配施秸稈的效果最佳[15]。此外，長(zhǎng)期化肥配施有機(jī)肥可增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量，改善土壤養(yǎng)分狀況[16]。本研究結(jié)果顯示，施肥處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀和緩效鉀含量呈逐年增加趨勢(shì)，最終單施化肥土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、緩效鉀含量分別是試驗(yàn)前的1.09、1.22、2.14、1.84、1.17倍，化肥和有機(jī)肥配施土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、緩效鉀含量分別是試驗(yàn)前的1.31、1.47、2.57、3.04、1.23倍。由此可見(jiàn)，施肥是改善土壤理化性狀、培肥耕地地力的有效措施。

長(zhǎng)期單施化肥會(huì)對(duì)土壤造成不良影響，配施有機(jī)肥不僅可增加作物產(chǎn)量，還可明顯改善土壤養(yǎng)分狀況和微生物群落結(jié)構(gòu)，對(duì)于培肥地力和優(yōu)化土壤微生物群落極為重要[17]。本研究結(jié)果顯示，試驗(yàn)后期，化肥和有機(jī)肥配施土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量，以及土壤pH值均顯著高于單施化肥，但土壤緩效鉀含量與單施化肥差異不大。整體來(lái)看，化肥配施有機(jī)肥對(duì)提升土壤養(yǎng)分含量和改善土壤酸堿度的效果要優(yōu)于單施化肥。

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