有機(jī)肥施用量對冬水稻田水稻生長和土壤有機(jī)質(zhì)的影響

陳 琨, 曾祥忠, 喻 華, 劉 灝, 李光萍, 徐 麟, 秦魚生

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，四川 成都 610066；2.農(nóng)業(yè)部南方坡耕地植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境 科學(xué)觀測實(shí)驗站，四川 成都 610066；3.宜賓市翠屏區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，四川 宜賓 644000)

有機(jī)肥料是農(nóng)業(yè)養(yǎng)分的再循環(huán)和利用，能改善土壤氮磷鉀等養(yǎng)分的平衡狀況，改良土壤理化性狀，對提高土壤肥力、作物產(chǎn)量和品質(zhì)及增強(qiáng)作物抗逆性具有重要的作用[1-3]。但單施有機(jī)肥肥效緩慢，實(shí)際生產(chǎn)中往往采取有機(jī)無機(jī)肥配施來提高作物產(chǎn)量，改善土壤特性[4]。廖萍等[5]發(fā)現(xiàn)，生物有機(jī)肥與化肥配施可提高土壤有機(jī)碳和堿解氮含量，顯著提高土壤有效磷含量。張國榮等[6]研究表明，有機(jī)肥與化肥配合施用對水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)有顯著作用，長期配合施用可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

冬水稻田是指受環(huán)境和氣候影響，稻田冬季蓄水，1年只種一季稻[7]，其廣泛分布于四川盆周山地和川中丘陵區(qū)域。由于冬水稻田長期淹水，且地力培肥時隨意盲目，缺乏相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)和措施，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)差、活性有機(jī)質(zhì)含量低、還原性物質(zhì)多等問題。筆者發(fā)現(xiàn)，施用雞糞的冬水稻田還原性物質(zhì)總量較無肥處理提高5.7%，一定程度上提高了土壤有害物質(zhì)增加的風(fēng)險，不宜長期在冬水田中施用[8]。因此，系統(tǒng)研究冬水稻田有機(jī)肥施用量和有機(jī)無機(jī)肥配合施用技術(shù)，既有利于保持水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，又能提高土壤質(zhì)量。本文以四川東南區(qū)域冬水稻田為研究對象，在等量施用化肥條件下，設(shè)計5個不同有機(jī)肥施用水平，擬篩選出冬水稻田地力培肥的有機(jī)肥適宜用量，以期為冬水稻田耕層土壤培肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年3月6日至8月15日在四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高粱研究所川南示范基地開展。試驗地年均氣溫18.5 ℃，≥10 ℃活動積溫6 000 ℃，年均降水量1 016.2 mm，年均日照時數(shù)1 145 h。試驗田為長年淹水的冬水稻田，地形屬溝槽田。供試土壤為紫色母巖發(fā)育，并經(jīng)多年水耕熟化后的暗紫泥水稻土，土壤質(zhì)地中壤，pH值5.59，堿解氮、速效鉀、有效磷、有效鋅、有效硅含量分別為141、82、11.50、2.35、180 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量為29.5 g·kg-1，交換性鈣、交換性鎂含量分別為3.24、0.53 g·kg-1。總體上看，試驗地土壤有效磷、速效鉀缺乏，有效硅豐富，有機(jī)質(zhì)含量較豐富，屬中等肥力水平。

1.2 試驗設(shè)計

在施用等量常規(guī)化肥基礎(chǔ)上，分別設(shè)置有機(jī)肥施用量為1 500、3 000、4 500、6 000、7 500 kg·hm-2(A1～A5處理)，以不施用任何肥料(CK1)和僅施用常規(guī)化肥(CK2)為對照。每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2(4 m×5 m)，田間隨機(jī)排列。常規(guī)化肥中氮、磷、鉀肥用量分別為150、75和90 kg·hm-2。其中，氮肥為尿素(含46%N)、磷肥為磷酸一銨(分別含11%N和4%P2O5)、鉀肥為KCl(含60%K2O)。有機(jī)肥為豬糞發(fā)酵處理后的產(chǎn)品，施用前測定氮、磷、鉀含量，分別含3.4%全氮、2.4%全磷、1.8%全鉀和25%水分。氮肥按底肥∶分蘗肥=60∶40施入，有機(jī)肥料、鉀肥和磷肥作底肥一次施入。

供試水稻品種為內(nèi)6優(yōu)103(國審稻20180009)，由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高粱研究所提供。栽插規(guī)格為20 cm×30 cm，灌溉、病蟲害防治等田間管理措施與大田生產(chǎn)一致，生育期為162 d。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 水稻農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量 分別調(diào)查各生育期水稻基本苗、最高苗、有效穗等指標(biāo)，收獲時測定小區(qū)產(chǎn)量。按照植株平均長勢，收獲前各小區(qū)分別采集3穴具有代表性的植株，裝入尼龍網(wǎng)袋并帶回實(shí)驗室，考察株高、穗長、穗粒重、有效穗、千粒重、結(jié)實(shí)率、秸稈重等農(nóng)藝性狀。

1.3.2 水稻養(yǎng)分含量 將植株樣品風(fēng)干、研磨后，經(jīng)H2SO4-H2O2消煮定容，過濾，采用流動注射分析儀測定其全氮、全磷、全鉀含量。養(yǎng)分吸收量=收獲期地上部干物質(zhì)量×養(yǎng)分含量。

1.3.3 土壤養(yǎng)分含量 收獲后，采用“梅花法”采集各小區(qū)0～20 cm耕作層混合土樣0.5 kg，風(fēng)干后測定土壤總有機(jī)質(zhì)和活性有機(jī)質(zhì)含量。其中，總有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法[9]測定；活性有機(jī)質(zhì)含量采用KMnO4氧化法[10]測定。

1.4 統(tǒng)計與分析

采用Excel 2010和DPS 6.55進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。通過LSD法檢驗差異顯著性水平(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥用量對水稻農(nóng)藝性狀的影響

不同有機(jī)肥用量對水稻農(nóng)藝性狀的影響見表1。由表1可知，A3處理水稻有效穗數(shù)最大，分別為CK1和CK2的1.23和1.22倍，差異達(dá)顯著水平；A5處理有效穗數(shù)顯著低于A2和A3處理。A5處理水稻千粒重顯著高于A2處理，其他處理間差異不顯著。CK1處理水稻株高最小，顯著低于其他處理；其他處理間差異不顯著，表明有機(jī)肥施用可增強(qiáng)水稻長勢，其中A2處理株高最大。各處理間水稻穗長差異不顯著。A3處理水稻穗實(shí)粒數(shù)最小，顯著低于CK2、A1和A4處理。從結(jié)實(shí)率來看，添加有機(jī)肥處理較CK1和CK2有一定提高，但各處理間無顯著性差異。A2處理水稻理論產(chǎn)量最大，達(dá)8 987.70 kg·hm-2。

表1 不同有機(jī)肥處理對水稻農(nóng)藝性狀的影響1)Table 1 Effects of different organic fertilizer treatments on agronomic traits of rice

1)同列數(shù)值后附不同小寫字母者表示差異達(dá)0.05顯著水平。A1～A5分別表示有機(jī)肥施用量為1 500、3 000、4 500、6 000、7 500 kg·hm-2；CK1為不施用任何肥料；CK2為僅施用常規(guī)化肥。

2.2 有機(jī)肥用量對水稻產(chǎn)量的影響

有機(jī)肥用量對水稻產(chǎn)量的影響見表2。由表2可知，A1～A4處理水稻產(chǎn)量顯著高于CK1，A5處理與CK1及CK2差異均不顯著，CK2處理水稻產(chǎn)量與不同有機(jī)肥處理間差異均不顯著。與CK1相比，水稻增產(chǎn)率隨有機(jī)肥施用量的增加呈先升高后降低的趨勢，A2處理最大，分別比A3、A4和A5提高了1.69%、5.20%和6.26%。與CK2相比，施用有機(jī)肥處理水稻增產(chǎn)率為0.72%～6.44%，其中A2處理增產(chǎn)率最大，為6.44%。綜合來看，A1～A3處理均有利于冬水稻田水稻增產(chǎn)，其中A2處理效果最優(yōu)。

2.3 有機(jī)肥用量對水稻養(yǎng)分吸收的影響

各處理水稻植株養(yǎng)分含量和吸收量見表3。由表3可知，施用有機(jī)肥及CK2處理水稻籽粒全氮含量均顯著高于CK1，A2處理水稻秸稈全氮含量顯著高于A3、A5及CK1處理；各處理水稻籽粒全磷含量差異不顯著，A1、A2、CK2處理水稻秸稈全磷含量顯著高于CK1；各處理水稻籽粒全鉀含量差異不顯著，A5處理水稻秸稈全鉀含量最高，且顯著高于A3、CK1與CK2處理。

表2 不同有機(jī)肥處理對水稻產(chǎn)量的影響1)Table 2 Effects of different organic fertilizer treatments on rice yield

1)同列數(shù)值后附不同小寫字母者表示差異達(dá)0.05顯著水平。A1～A5分別表示有機(jī)肥施用量為1 500、3 000、4 500、6 000、7 500 kg·hm-2；CK1為不施用任何肥料；CK2為僅施用常規(guī)化肥。

植株養(yǎng)分吸收量結(jié)果顯示，A3處理水稻籽粒氮吸收量最大，是CK2的1.09倍；A2處理水稻秸稈氮吸收量最大，是CK2的1.12倍。A3處理水稻籽粒磷吸收量最大，CK2處理水稻秸稈磷吸收量最大。A1處理水稻籽粒鉀吸收量最大，A5處理水稻秸稈鉀吸收量最大。

2.4 有機(jī)肥用量對冬水稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

由表4可知，A3處理冬水稻田土壤總有機(jī)質(zhì)含量最大，分別為CK1和CK2的1.24、1.13倍，差異達(dá)顯著水平，但A2～A5處理間差異不顯著。各處理土壤總有機(jī)質(zhì)含量分別比CK1增加10.09%～24.35%，其中A3處理增長率最大。A5處理土壤活性有機(jī)質(zhì)含量最大，分別是CK1和CK2的1.38、1.29倍，且差異達(dá)顯著水平；A1～A5處理土壤活性有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著。與CK1相比，增施有機(jī)肥使土壤活性有機(jī)質(zhì)含量增長31.24%～37.62%，其中A5處理增長率最大。不同處理下土壤活性有機(jī)質(zhì)含量與有機(jī)質(zhì)總量占比為36.57%～44.33%，其中A4和A5處理占比較大，且二者之間差異較小。

表3 不同有機(jī)肥處理對水稻養(yǎng)分吸收的影響1)Table 3 Effects of different organic fertilizer treatments on nutrient absorption in rice

1)同列數(shù)值后附不同小寫字母者表示差異達(dá)0.05顯著水平。A1～A5分別表示有機(jī)肥施用量為1 500、3 000、4 500、6 000、7 500 kg·hm-2；CK1為不施用任何肥料；CK2為僅施用常規(guī)化肥。

表4 不同有機(jī)肥處理對冬水稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響1)Table 4 Effects of different organic fertilizer treatments on soil organic matter and active organic matter of rice fields

1)同列數(shù)值后附不同小寫字母者表示差異達(dá)0.05顯著水平。A1～A5分別表示有機(jī)肥施用量為1 500、3 000、4 500、6 000、7 500 kg·hm-2；CK1為不施用任何肥料；CK2為僅施用常規(guī)化肥。

3 討論與小結(jié)

在保持農(nóng)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)物循環(huán)的基礎(chǔ)上，有機(jī)無機(jī)肥配合施用可提高稻田系統(tǒng)生產(chǎn)力水平[11]。本研究表明，在無機(jī)肥基礎(chǔ)上增施有機(jī)肥能有效提高冬水稻田水稻產(chǎn)量，水稻增產(chǎn)率隨有機(jī)肥施用量增加呈“單峰狀”變化趨勢，其中A2處理最大，表明并非有機(jī)肥用量越大產(chǎn)量越高。這一結(jié)果與陳光玉等[12]、何欣等[13]、紀(jì)彥鴻等[14]的研究結(jié)果相一致。但也有研究表明，水稻產(chǎn)量隨著有機(jī)肥施用量增加呈逐漸增大趨勢[15-17]，這可能由有機(jī)肥種類、生態(tài)氣候條件和水稻種植制度等因素導(dǎo)致。

有機(jī)無機(jī)肥配施可提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，改變土壤氮磷鉀比例[18]，使水稻植株體內(nèi)養(yǎng)分比例趨于協(xié)調(diào)，促進(jìn)水稻生長[19-20]。有機(jī)肥料作底肥，養(yǎng)分釋放緩慢，需要配合施用無機(jī)肥料才能為植株生長提供足夠養(yǎng)分[21]，稻田增施有機(jī)肥可提高土壤養(yǎng)分元素含量，提升養(yǎng)分元素有效性，促進(jìn)水稻籽粒和秸稈對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收[22-23]。本研究發(fā)現(xiàn)，適量有機(jī)肥處理(A1～A3處理)使植株氮磷鉀養(yǎng)分吸收更為協(xié)調(diào)均衡，農(nóng)藝性狀表現(xiàn)更好，有利于水稻增產(chǎn)。植株養(yǎng)分吸收量隨有機(jī)肥施用量的增加呈 “單峰狀”變化趨勢，高量有機(jī)肥施用下(A5處理)養(yǎng)分吸收下降，有效穗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)減少，導(dǎo)致水稻減產(chǎn)。彭耀林等[24]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)肥配施能增強(qiáng)有機(jī)肥礦化分解，隨著有機(jī)肥施用量增加，其養(yǎng)分礦化速率減緩，使得水稻對養(yǎng)分元素的吸收量降低，呈“單峰狀”變化，與本研究結(jié)果一致。

增施有機(jī)肥是改善土壤質(zhì)量的重要措施之一。隨著有機(jī)肥施用量的增加，有機(jī)碳庫容增大，有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累，從而促進(jìn)水稻增產(chǎn)[25-27]。本研究表明，冬水稻田增施有機(jī)肥能提高土壤總有機(jī)質(zhì)和活性有機(jī)質(zhì)含量，對提升地力水平和提高水稻產(chǎn)量有重要作用；但高量有機(jī)肥施用下土壤有機(jī)質(zhì)含量并無顯著增加，表明土壤微生物的轉(zhuǎn)化能力和強(qiáng)度有限，其有機(jī)質(zhì)含量并未隨有機(jī)肥施用量的增加而大幅提高。譚欣[28]研究表明，隨著生物有機(jī)肥替代化肥用量的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量較無機(jī)肥處理有所提高，但這種趨勢呈“單峰狀”，與本研究結(jié)果一致。

綜上所述，冬水稻田適量增施有機(jī)肥能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)水稻增產(chǎn)，對稻田系統(tǒng)有機(jī)物循環(huán)的平衡具有重要作用。綜合分析土壤培肥效果、水稻產(chǎn)量及勞動成本，認(rèn)為冬水稻田有機(jī)肥適宜用量范圍為1 500～4 500 kg·hm-2(A1～A3處理)。