增施有機肥和生物肥對黃河三角洲新墾土壤肥力及稻谷產量的影響

趙慶雷 劉奇華 信彩云 邊文范 李景嶺 王瑜 陳峰 馬加清 鄭東峰

摘要：黃河三角洲荒地資源豐富，對這些荒地的開墾、改良和培育是保障國家糧食安全的需要，也是貫徹國家“藏糧于地、藏糧于技”戰略的必然要求。為了探明增施有機肥和生物肥在黃河三角洲新開墾荒地地力培育和稻谷增產中的作用，于2017年在該區設置田間小區試驗，研究增施有機肥和生物肥對土壤理化性狀、稻谷產量及其構成的影響。試驗共設6個處理， CK：不施肥;CG：常規施肥;CGY1：常規施肥+有機肥2 250 kg/hm2?;CGY2：常規施肥+有機肥4 500 kg/hm2?;CGS1：常規施肥+生物肥2 250 kg/hm2?;CGS2：常規施肥+生物肥4 500 kg/hm2?。結果表明，增施有機肥和生物肥后土壤堿解氮含量較試驗前顯著提高，除CGS處理外較其它處理常規施肥顯著降低，且處理CGY2降幅達34.06%。處理CGS2土壤Olsen-P含量較試驗前顯著提升，其余處理均有所下降;與CG相比，處理CGY2和CGS2土壤Olsen-P含量分別顯著提升4.52%和?25.38%。?各施肥處理土壤有機質含量較試驗前均顯著減少，與CG處理相比，處理CGY2和CGS2顯著提升了土壤有機質含量。增施有機肥和生物肥降低了土壤全鹽含量，土壤速效鉀顯著降低。與CG相比，處理CGY1對產量及其構成因素影響較小，處理CGY2、CGS1和 CGS2通過提高二次枝梗數和有效穗數，顯著提高了稻谷產量，提高幅度最高達40.27%。施肥特別是增施有機肥和生物肥使稻谷籽粒長、寬及周長變短，投影面積變小，千粒重降低。增施有機肥和生物肥通過提高單位面積穗數顯著提升了稻谷產量，但對新開墾荒地肥力提升效果有限，必須與秸稈還田等其他培肥途徑相結合才有望達到理想效果。

關鍵詞：有機肥;生物肥;黃河三角洲;土壤肥力;稻谷產量

中圖分類號：S157.4?+1文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）01-0110-05

Effects of Increasing Organic and Biological Fertilizers on New

Reclaimed Soil Fertility and Rice Yield in the Yellow River Delta

Zhao Qinglei?Liu Qihua?Xin Caiyun?Bian Wenfan?2，

Li Jingling?Wang Yu?Chen Feng?Ma Jiaqing?1，Zheng Dongfeng?2

（1. Shandong Rice Research Institute/Shandong Provincial Engineering and

Technology Research Center for Rice， Jinan 250100， China;

2. Institute of Resources and Environmental Sciences， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）

Abstract?There are many wastelands in the Yellow River Delta. Their reclamation， improvement and cultivation are necessary to ensure national food security， and are also an inevitable requirement for the implementation of the national strategy of “collecting grain in the ground and storing grain in technology”. In order to ascertain the role of increasing organic and biological fertilizers in the new reclaimed land fertility and rice production in the Yellow River Delta， a field experiment was set up in 2017 to study their influences on soil physicochemical characteristics， rice yield and its components. Six treatments were set up including CK（no fertilization）， CG（conventional fertilization）， CGY1（2 250 kg/hm?2 of organic fertilizer based on conventional fertilization）， CGY2（4 500 kg/hm?2 of organic fertilizer based on conventional fertilization）， CGS1（2 250 kg/hm?2 of biological fertilizer based on conventional fertilization） and CGS2（4 500 kg/hm?2 of biological fertilizer based on conventional fertilization）.

The results showed that the amount of alkali-hydrolyzed nitrogen in soil increased significantly after increasing application of organic fertilizer and bio-fertilizer， and was significantly lower than that of conventional fertilization except CGS treatment. The decline of treatment CGY2 was even greater with the decreasing amplitude of 34.06%. The Olsen-P content in CGS2 was significantly higher than that before treatment， while that of the other treatments all decreased. Compared with CG， the Olsen-P contents of CGY2 and CGS2 significantly increased， by 4.52% and 25.38%， respectively. The content of soil organic matter in all fertilization treatments decreased significantly compared with that before treatments. Compared with CG， the treatments of CGY2 and CGS2 significantly increased the soil organic matter content. The increasing application of organic fertilizer and bio-fertilizer reduced the total salt content in soil， and decreased the soil available potassium significantly. Compared with CG， the treatment of CGY1 had little effects on yield and its components. Treatments of CGY2， CGS1 and CGS2 significantly increased the yield of rice by increasing the number of secondary branches and effective panicles， and the increase range was up to40.27%.Fertilization， especially the increasing application of organic fertilizer and bio-fertilizer， made the length， width and perimeter of rice grains shorter and the projected area smaller， and decreased the grain weight. Increasing organic fertilizer and bio-fertilizer could significantly increase rice yield by increasing the number of panicles per unit area， but had limited effect on the improvement of fertility of new reclaimed wasteland， thus， it must be combined with other fertilization methods such as straw returning to achieve the desired effect.

Keywords?Organic fertilizer; Biological fertilizer; Yellow River Delta; Soil fertility; Rice yield

黃河三角洲是由黃河水攜帶的大量泥沙在下游入海口逐漸沉積而形成，面積約5 450 km2?。黃河三角洲土壤鹽漬化程度高，有機質、氮、磷等嚴重缺乏，是山東省主要中低產田之一。為了確保糧食安全，國家提出了“藏糧于地、藏糧于技”戰略，注重對地力的培育和糧食生產技能的提高。為挖掘環渤海地區中低產土壤的生產潛力，國家還啟動了渤海糧倉科技示范工程。多年來的實踐證明，濱海鹽堿地可通過種植水稻，洗鹽壓堿，改良土壤，使重度鹽堿地改良為中、輕度鹽堿地，最終改良為穩產高產田，因此，水稻是鹽堿地種植的先鋒作物。水稻作為我國第一大口糧作物，對保障國家糧食安全具有舉足輕重的作用。

增施有機肥和生物肥在培肥地力、促進稻谷增產等方面的研究已有很多：施用復混生物肥可促進水稻對養分的吸收，提高水稻生物量和稻谷產量[1];施用炭基有機肥[2]、紫云英-有機肥配施[3]可以提高水稻產量。增施有機肥能增加微生物數量，提高有機質含量[4];而施用炭基有機肥[2]或施用豬糞與牛糞有機肥[5]均可提升土壤有機質含量，增強土壤氮、磷等養分的有效性;添加稻草生物炭[6]或有機無機配施[7]均促進了土壤各形態無機磷的轉化，提高土壤無機磷的活性;劉春增等[3]研究還表明，紫云英-有機肥配施能提高土壤團聚體的穩定性、改善土壤結構。但增施有機肥和生物肥在黃河三角洲新開墾荒地上的應用效果還鮮見報道，其在新開墾荒地改良和培育方面究竟能發揮多大效果還有待于進一步研究。

本研究通過在黃河三角洲新開墾荒地上設置田間小區試驗，探究增施有機肥和生物有機肥在培肥地力和稻谷增產方面的應用效果，并對增施有機肥和生物肥在地力培育方面的可行性作出評價，為黃河三角洲新開墾荒地的地力培育和改良提供數據支撐。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

試驗于2017年5—10月在濟南軍區黃河三角洲綜合訓練基地進行。該區屬暖溫帶半濕潤季風氣候區，年平均氣溫13.2℃，年平均降水量598.1 mm。土壤類型為黃河淤積而成的濱海潮土。0～20 cm土壤基本理化性狀（2017年5月）：含鹽量1.15 mg/g，pH值7.12，有機質6.82 mg/g，全氮1.00 g/kg，全磷0.47 g/kg，全鉀11.80 g/kg，堿解氮26.94 mg/kg，Olsen-P 12.06 mg/kg，速效鉀92.73 mg/kg。

水稻種植制度為一季春稻。供試品種為圣稻19，采用旱直播栽培方式，播種量為150 kg/hm2?。播種機械為山東理工大學研制的ZB DMM-8型稻麥通用寬苗寬帶滅茬播種機。

供試肥料為尿素（N≥46.3%）、磷酸二銨?（N-?P?2?O?5?-K?2?O=18-46-0）、有機肥（有機?質≥?45%，氮磷鉀≥5%）、生物有機肥（有機質≥40%，有效生物菌≥0.2×108?個/g）。有機肥和生物有機肥為山東億安生物工程有限公司生產。

1.2?試驗設計

試驗設6個處理，其中，CK：不施肥;CG：常規施肥;CGY1：常規施肥+有機肥2 250 kg/hm2?;CGY2：常規施肥+有機肥4 500 kg/hm2?;CGS1：常規施?肥+?生物肥2 250 kg/hm2?;CGS2：常規施?肥+?生物肥4 500 kg/hm2?。隨機區組排列，重復3次，小區面積為60 m2?（6 m×10 m）。

小區間起埂，單排單灌，上覆塑料薄膜，以防串灌。常規施肥方法為基施磷酸二銨300 kg/hm2?，三葉一心期、分蘗期和幼穗分化期分別追施尿素300、187.5 kg/hm2?和112.5 kg/hm2?。各處理有機肥及生物肥均為基施。

1.3?樣品采集及分析測定

2017年5月土地翻耕前采集基礎土樣， 10月水稻收獲后采集各處理耕層土樣。采用五點取樣法，取土至20 cm 深。土樣測定項目包括全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷（Olsen-P）、速效鉀、有機質、pH值和土壤全鹽含量。測定方法參見文獻[8]。

水稻收獲前取樣測定水稻產量構成因素，主要包括單位面積穗數、穗長、每穗總粒數、每穗實粒數、一次枝梗數、二次枝梗數、千粒重等。收獲時，各小區選4 m2實割，曬干換算成標準含水量14.5%后計算產量。采用YTS-5DS型水稻數字化考種機測定千粒重、粒長、粒寬、長/寬、平均籽粒投影面積、平均籽粒周長等。

1.4?數據統計方法

采用SPSS 11.5 和Microsoft Excel 2003 軟件統計分析試驗數據。

2?結果與分析

2.1?增施有機肥和生物肥對土壤理化性狀的影響

由表1可知，土壤堿解氮水平除對照較試驗前顯著降低外，其它處理較試驗前均有顯著提升。與常規施肥處理CG相比，增施有機肥和生物肥對土壤堿解氮水平并沒有顯著提升作用，處理CGY1、CGY2和CGS2使土壤堿解氮水平顯著降低，且增施量較大的CGY2和CGS2降幅更大，CGY2降幅最大，達34.06%。CGS2土壤Olsen-P較試驗前顯著提升，提升幅度為8.13%，其它處理均較試驗前顯著降低;與CG相比，處理CGY2和CGS2土壤Olsen-P含量顯著提高，幅度分別為4.52%和25.38%。與試驗前相比，各施肥處理土壤速效鉀含量均顯著降低。

與試驗前相比，各處理土壤有機質含量均顯著降低。與CG相比，處理CGY2和CGS2土壤有機質含量顯著提高。各施肥處理土壤pH值變化不大，土壤全鹽含量顯著降低，而增施有機肥和生物肥對土壤的去鹽效果更好。

由以上分析得知，試驗地整體肥力水平較低，特別是磷、鉀速效養分及有機質含量較低。而施肥促進了土壤速效氮的累積，降低土壤鉀素水平和有機質含量。增施有機肥和生物肥在一定程度上促進了土壤速效磷和有機質的累積，降低土壤全鹽含量。

2.2?增施有機肥和生物肥對水稻產量及其構成因素的影響

由表2可知，與CK相比，施肥使穗長、穗粒數、有效穗數及產量均顯著提高。與CG相比，增施有機肥和生物肥對穗長、結實率無顯著影響，穗粒數有所減少;增施有機肥和生物肥較多的處理CGY2和CGS2二次枝梗數和有效穗數均較CG顯著提高，二次枝梗數分別提高22.58%和?28.41%，?有效穗數分別提高33.66%和25.99%。以上產量構成因素的變化導致CGY2和CGS2兩處理稻谷產量較常規施肥分別提高40.27%和?15.84%。

以上分析表明，增施有機肥和生物肥通過增加二次枝梗數和單位面積穗數，有效促進了稻谷產量的提升。

2.3?增施有機肥和生物肥對水稻籽粒特征的影響

由表3可知，不同施肥處理對水稻籽粒特征影響顯著。與CK相比，各施肥處理使稻谷粒長、粒寬和平均籽粒周長顯著減小;CG及CGY2、CGS2處理籽粒長/寬比無顯著變化，而處理CGY1和CGS1稻谷長/寬比顯著減小;谷粒平均籽粒投影面積， 除CG與CK無顯著差異外，其它處理較CK顯著減少。這說明，施肥特別是增施有機肥和生物肥使稻谷籽粒變小，而適當增施有機肥和生物肥可降低籽粒長/寬比，促進籽粒變短變圓。

3?討論與結論

3.1?本研究中，與常規施肥相比較，增施有機肥和生物肥反而降低了土壤速效氮水平，且增施量較大處理的降幅相對更大。這是由于有機肥和生物肥的施用，增大了水稻生長群體，提高了單位面積穗數，從而提高水稻對土壤養分的吸收量，導致土壤速效氮含量降低[9]。柳玲玲等[10]研究表明，增施有機肥和生物肥提高土壤速效氮水平，這與本研究結果不一致，這可能與兩試驗供試土壤基礎地力有關。本研究供試土壤為新開墾荒地，基礎肥力較低，通過增施有機肥和生物肥能夠活化的緩效態氮十分有限，而柳玲玲等[10]的研究供試土壤基礎肥力較高，增施有機肥和生物肥后，其所含有的腐殖酸和有益微生物促進了土壤氮養分的活化。

本研究中，增施有機肥和生物肥提高了土壤速效磷水平，而增施生物肥效果更佳，這與王智慧等[11]的研究結果一致。這是由于添加有機肥和生物肥后，促進了土壤緩效性無機磷向活性無機磷的轉化，從而活化了土壤磷素[6]，而生物肥中的有效生物菌可能在這個轉化過程中起了重要作用。本研究增施有機肥和生物肥對土壤速效氮和速效磷水平的影響正好相反，這是由于水稻生長過程中對氮素的需求量高于磷素，添加有機肥和生物肥特別是生物肥后活化的土壤磷素高于水稻吸收量，從而促進了土壤速效磷的累積。

本研究因考慮到黃河三角洲地區土壤速效鉀含量普遍較高，各施肥處理均未施用鉀肥，導致土壤速效鉀含量的快速下降，因而黃河三角洲地區農業生產中適當補鉀是必要的。

本研究各施肥處理土壤全鹽含量均顯著降低。原因有兩方面，一是水稻部分生育期需要有保水層，鹽分隨水下移;二是施肥特別是增施有機肥和生物肥提高水稻生長群體和生長量，肥料帶入的鹽分（養分）量低于水稻收獲移除的鹽分量[12]。

已有的研究表明[13-15]，施用有機肥和生物有機肥后，土壤有機質水平顯著提升。這是由于有機肥和生物有機肥本身就含有豐富的有機質，其為土壤有益微生物的繁衍提供有機能源，使土壤微生物得以長期保持旺盛的生命力，促進土壤有機質含量的進一步提升[16，17]。本研究結果顯示，與單施化肥相比，增施有機肥和生物肥在一定程度上促進了土壤有機質的累積和含量的提升，但與試驗前相比有機質含量反而下降。這與供試土壤瘠薄的基礎地力和較大的產出有關，說明黃河三角洲地區新開墾荒地的培肥單靠增施有機肥和生物肥遠遠不夠：施用量小無明顯效果，施用量大增加生產成本，因而必須與秸稈還田等其它培肥途徑相結合才可能達到理想效果。

3.2?本研究中，增施有機肥和生物肥通過提高水稻單位面積有效穗數，使稻谷產量顯著提高，這與姜巍等[18]的研究結果一致。這是由于增施有機肥和生物肥促進水稻的分蘗[9]，提高水稻生長群體和成穗率[19，20]。而聶俊等[21]的研究表明，有機肥和化肥配施通過提高水稻每穗粒數和結實率使稻谷產量顯著提高，與本研究結果不一致。這可能與供試土壤基礎地力和種植方式有關，也可能與品種特性有關。

本研究結果顯示，增施有機肥和生物肥使水稻籽粒長、寬變短，籽粒周長、投影面積變小，千粒重下降，與已有的研究結果不一致[22-24]。這可能與品種的特性有關，也可能與水稻種植方式、生長群體的大小有關。

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