有機無機肥配施對南方雙季稻區水稻產量和土壤環境的影響

劉興林

（開平市國家現代農業示范區管理委員會，廣東 開平 529300）

【研究意義】從20世紀60年代至今，全球農業生產中化學氮肥使用量增長了9倍[1]，一定程度上對糧食的高產穩產做出了貢獻。但單施氮肥稻田氨揮發損失較高、肥料利用率低[2-3]，氮肥環境負效應近年來有增加趨勢，制約了現代農業的可持續發展。長期以來，人們一直在探尋一種水稻田簡單易行的環境保護性施肥技術。化學肥料和有機肥配合施用的施肥方式應運而生。【前人研究進展】有機無機肥配施，作物能獲得更高的經濟產量[1,4-8]，水稻產量比單施化肥增產0.78%～117%[1]；且有機無機肥配施能降低作物對土壤中重金屬（如Cd、Cu、Pb、Ni等）的吸收[6]，有利于水稻中后期干物質的積累和養分的吸收，改善農產品品質、減少硝酸鹽污染[9-11]；有利于土壤積累有機碳和活性有機碳[12]，降低土壤容重，增加土壤總孔隙度和毛管孔隙[13-14]，增加土壤微生物數量[15]，提高土壤緩沖性能和土壤酶活性，具有增加土壤有機質含量、培肥土壤[8,16-18]的作用，因而獲得更好的肥料效益和生態效益，是未來可持續、環境友好型的一種施肥方式。【本研究切入點】在保證作物需求的前提下,有機無機肥配施中降低化肥的施用比例被認為是降低活性氮損失、減輕環境負面影響的關鍵措施[19]。【擬解決的關鍵問題】通過有機無機肥配施，對水稻的農藝性狀、產量及土壤環境和肥力指標進行分析，探索本地區水稻生產中有機無機肥配施純氮的適宜配比，為農民增收、農業提質增效健康發展提供實踐和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于開平市蒼城鎮、赤坎鎮和水口鎮，開平地處 112° 13′～112° 48′E、21° 56′～22°39′N，處于南亞熱帶季風氣候區。年均溫度21.5℃，年降雨量1 700～2 400 mm。試驗地土壤為南方水稻土、種稻歷史長，種植制度為一年兩熟雙季稻（早稻-晚稻），0～20 cm土層土壤基本理化性質見表1。

1.2 試驗方法

試驗于2018年2—8月在蒼城、赤坎和水口鎮（供試水稻品種）進行，供試水稻品種分別為美香占2號和粵禾絲苗。采用隨機區組設計，共設6個處理，3次重復。小區面積為5 m×10 m，小區間田埂寬約0.5 m、高約0.25 m，筑好田基后蓋好尼龍薄膜，以防肥水滲漏，各小區獨立排灌。試驗處理：氮磷鉀化學肥料（T1，100%F）、80%化肥+20%有機肥（T2，80%F+20%M）、60%化肥+40%有機肥（T3，60%F+40%M）、20%化肥+80%有機肥（T4，20%F+80%M）、有機肥（T5，100%M）、不施肥（T6，CK）。處理中20%、40%、60%及80%配施比例根據氮肥用量計算，磷和鉀用化肥補足。參照檢測方法（NY525-2012），供試商品有機肥（開平市廣源生態肥業有限公司生產）含全氮4.80%（以N計，以烘干基計），含全磷4.24%（以P2O5計，以烘干基計），含全鉀3.06%（以K2O計，以烘干基計）。商品有機肥在水稻移栽前結合最后一次耙田全部施入土壤作基肥。化學肥料分3次按表2方案施入。灌溉、除草、病蟲害防治等田間管理按當地習慣進行。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 水稻產量及其構成因素 實地測定最高苗、株高。試驗結束后，測定平均有效穗及每穗總粒數、 實粒數、穗長和枝梗數。分小區單收、單曬、稱產，稻谷和秸桿完全曬干，揚凈后稱重。在考種后完全曬干的實粒中，各隨機取兩個1 000粒分別稱重，計算千粒重和理論產量。

表1 供試前土壤理化性質Table 1 Physical and chemical properties of the soil before the test

表2 試驗處理及肥料應用方案Table 2 Test treatments and fertilizer application scheme（kg/hm2）

1.3.2 氮肥農學效率 當季水稻生產施肥處理與不施肥（CK）的稻谷產量差與化肥折純N施用量之比，計算公式如下：

1.3.3 土壤理化性質 試驗前采集土壤基礎樣本，試驗后分小區采集土壤。采樣時，按照棋盤法，隨機取10個以上采樣點組成混合樣，采樣深度0～20 cm。置于陰涼處自然風干，清檢未腐解的根系等雜物，用4分法取300 g，制樣，備檢。

參照農業行業標準及常規方法，土壤pH值用pH計法（NY/T 1121.2-2006）測定，全氮含量用凱氏定氮法（NY/T 1121.24-2012）測定，有效磷含量用分光光度計法（NY/T 1121.7-2014）測定，速效鉀含量用火焰光度法（NY/T 889-2004）測定，水解性氮含量用堿解擴散法測定，有機質含量用重鉻酸鉀容量法（NY/T 1121.6-2006）測定。

試驗數據采用DPS v7.05版軟件進行統計分析，用鄧肯氏新復極差多重比較（DMRT）進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 有機無機肥配施對水稻主要性狀及產量的影響

2.1.1 有機無機肥配施對水稻主要性狀的影響試驗結果（表3）表明，有機無機肥配施對水稻株高的影響與單施化肥相比差異不顯著，T2處理的水稻株高為109.8 cm，顯著高于單施有機肥處理（T5）。處理T2和T3的最高苗分別為每667 m230.1萬、28.7萬株，與處理T1相比差異不顯著，但顯著優于T4處理或只施有機肥的處理，最高苗數量分別較處理T4增加13.3%和9.1%。處理T2和T3的水稻有效穗數分別為每667 m221.2萬、21.5萬株，較單施化肥分別增加6.6%和7.9%，優于或相當于單施化肥的處理。其對有效穗數的影響與顧巍巍等的結果一致[20-22]。有機無機肥配施對水稻穗長和枝梗數的影響與單施化肥或有機肥相比無顯著差異。3個有機無機肥配施處理后，會導致水稻總粒數低于單施化肥處理；但對結實率的影響無顯著差異，這與秦建權的研究結果相同[23]。有機無機肥配施也會影響水稻千粒重大小，有機肥供氮比例在20%和40%時，千粒重與單施化肥處理相比差異不顯著；處理T2和T3的水稻秸稈干重分別為7 515.0、7 574.9 kg/hm2，較T1處理分別降低6.9%和6.1%，但降低程度與單施化肥處理相比差異不顯著；處理T2和T3的理論產量分別為9 867.1、9 722.0 kg/hm2，分別較T1處理增加2.4%和0.9%，水稻產量優于或相當于單施化肥處理，實際產量無顯著差異，但顯著高于處理T4或單施有機肥處理的水稻產量，比處理T4增產12.8%～13.7%，較T5增產9.5%～10.3%。

表3 有機無機肥配施對水稻主要性狀和產量的影響（赤坎）Table 3 Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on main characters and yield of rice（Chikan）

2.1.2 不同施肥方式條件下水稻的氮肥農學效率 由圖1可知，處理T2在蒼城、赤坎和水口3個試驗點的氮肥農學效率分別為6.1、15.8和12.1，處理T3在蒼城、赤坎和水口3個試驗點的氮肥農學效率分別為7.9、13.6和14.5，與單施化肥相比差異均不顯著。有機肥替代化肥20%～40%的純氮供應量是可取的。

水口T4處理的氮肥農學效率也較高，原因可能主要與該試驗點土壤含氮量較高有關（表1），相對較高的土壤供氮能力保障了較高的水稻產量。所有試驗點中，只施有機肥的處理其氮肥農學效率均最低。原因主要與水稻需肥規律、有機肥的供肥特性等因素有關。水稻在不同生長時期對氮肥的需要量是有差異的，而有機肥肥力釋放緩慢，水稻氮肥需求旺盛期從有機肥中不能及時獲得充足養分。因此，從經濟上來說，單一的有機肥施肥方式在水稻生產種植過程中是不可取的。

圖1 有機無機肥配施對當季水稻氮肥農學效率的影響Fig.1 Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on the agronomic efficiency of nitrogen fertilizer in the current season

2.2 有機無機配施對稻田土壤環境和地力的影響

從表4可以看出，與單施化肥、單施有機肥處理或不施肥相比，蒼城、赤坎和水口3個試驗點有機無機肥配施對當季水稻田土壤pH值無顯著影響。

處理T2與T3相比，3個試驗點之間當季稻田土壤全氮含量、速效鉀含量均無顯著差異，但蒼城、水口兩個試驗點土壤全氮含量、速效鉀含量均表現為高于單施化肥的處理；有效磷含量、水解性氮含量在3個試驗點之間表現有差異，以T2處理綜合表現較好。

T4處理的水稻收獲后，檢測發現，當季稻田土壤全氮含量、有效磷含量略微偏高（表4），原因可能是有機肥供氮比例較高，養分釋放緩慢，未能被當季作物有效利用。因此，有機肥供氮比例作基肥施入較高，長遠來看雖對保持土壤養分、改善耕地質量有利，但水稻對其當季肥料利用率較低，無法獲得較高的投入產出比和經濟效益。綜合考慮，有機肥純氮供應比例占總施入量的20%～40%為宜，本試驗中有機肥以20%的純氮供應比例配施化肥獲得的水稻產量最高（表3）。

表4 有機無機肥配施對當季稻田土壤環境和地力的影響Table 4 Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on soil environment and soil fertility in the current season

2.3 有機無機肥配施對當季稻田土壤有機質的影響

研究結果表明，施用有機肥后（處理T2、T3、T4和T5），當季稻田土壤有機質含量均高于單施化肥或不施肥處理，赤坎和水口試驗點各處理之間有機質含量差異不顯著（圖2）。其中，T2處理在蒼城、赤坎和水口的有機質含量分別為27.6、50.9、32.9 g/kg，較單施化肥處理分別增加30.4%、7.9%和28.0%；T3處理在蒼城、赤坎和水口的有機質含量分別為22.8、50.4、34.6 g/kg，較單施化肥處理分別增加15.8%、6.9%和31.5%；有機質含量均顯著優于或相當于單施化肥處理。

圖2 有機無機肥配施對當季稻田土壤有機質的影響Fig.2 Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on soil organic matter in paddy field in the current season

3 討論

3.1 有機無機肥配施在稻田的肥料效益

在等量氮條件下，有機肥、化肥配施有利于提高水稻產量。有機無機肥配施能夠增加水稻的有效穗數，降低水稻秸桿干重，有利于氮素向稻谷轉移，氮素損失少，氮肥農學效率較高，其增產效果高于單施化肥。與前人研究[7,22,24-25]結論基本一致。

在水稻的高產栽培中，必須確定適宜的施氮比例，使氮肥的施用時期與水稻對氮肥需求相一致[26]。但前人在有機無機肥配施研究中，有機氮占總氮的比例目前還沒有較一致的結論。劉琴[27]研究發現20%有機無機肥處理的水稻經濟效益明顯高于配方肥，但與配方肥處理間相比產量差異不顯著。顧巍巍等[20]認為有機氮占總氮的比例為30%時水稻產量最高，當有機氮替代比例在20%～30%時最有利于水稻的生長和氮肥利用率的提高，有機氮的替代比例超40%時，由于前期養分釋放慢，不能為水稻及時提供所需的養分，進而影響水稻的生長發育和產量[28]。而孟琳等[29]研究結果則表明有機肥料氮占氮總量的10%～20%時可以獲得較為平穩的氮素供應過程。綜合前人試驗結果及本研究氮肥農學效率、水稻秸稈干重及產量構成因素（主要影響最高苗、有效穗和千粒重）結果，本試驗認為有機肥純氮供應適宜比例在20%～40%。

3.2 有機無機肥配施在稻田的生態效益

土壤酸堿度對土壤肥力和植物生長影響很大，土壤偏酸性或偏堿性，都會不同程度地降低土壤養分的有效性。當季稻田試驗表明，有機無機配施不明顯改變土壤的pH值，這一結果與高菊生等[30]的研究結果相一致。

許多研究表明，有機肥與化肥配施有利于提高稻田土壤中N、P、K養分和有機質含量[31-33]。商品有機肥養分釋放較緩慢、平穩[34]，有利于維持土壤碳、氮庫的平衡，而且可以緩解土壤速效鉀下降速率[35]。本研究結果也表明，有機無機肥配施可提高土壤有機質含量；土壤速效鉀含量高于單施化肥處理，但差異不顯著。

有機無機復混肥運籌是一項集培肥、增產、操作性強的施肥方式[36]，適合作物的養分需求規律，利于減少化學肥料的施用，也有助于降低稻田雜草群落多樣性、優勢度和均勻度[37]，增加土壤有機質、培肥地力，是一種相互適應、相互協調的施肥方式，使土壤資源得到有效利用和保護，符合人類生存發展的根本利益和長遠利益，生態效益顯著。

4 結論

本試驗結果表明，有機無機肥配施中，有機肥純氮供應比例在20%～40%之間，可降低干物質向秸桿部分運輸和轉移，減少水稻秸桿部位約6.1%～6.9%的干物質積累量，對當季水稻理論產量可提高0.9～2.4個百分點，且不顯著改變土壤的pH值，可使當季稻田土壤有機質含量增加6.9%～31.5%，利于改良土壤結構，增強土壤的通氣、保水、供肥和供水能力，維持土壤養分平衡。因此，20%～40%之間的有機肥純氮供應比例對提高氮肥農學效率和降低氮肥環境負效應的綜合效應最佳，肥料效益和生態效益顯著。