不同有機替代基肥對稻田土壤及其產(chǎn)量的影響

王會來， 陳麗芬， 李賽慧， 柳丹

(1.麗水市蓮都區(qū)土肥能源發(fā)展中心，浙江 麗水 323000； 2.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省土壤污染生物修復(fù)重點實驗室，浙江 杭州 311300)

化學(xué)肥料是保障國家糧食安全和主要農(nóng)產(chǎn)品有效供給的投入品[1]。中國已成為世界化肥生產(chǎn)和消費大國，用7%的世界耕地消費近1/3的世界肥料[2]。我國化肥施用總量從1980年的1 294.4萬t增至2010年的5 561.7萬t，年均增長5%[3]。近年來，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展和農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖的減少，農(nóng)民為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，對化肥的使用量和依賴程度越來越大[4]。由于施肥方式粗放，施肥量不合理，施肥缺乏針對性，伴隨降雨的沖擊和淋溶，大量化肥外溢至水體已成為農(nóng)業(yè)面源污染的最主要來源之一[5]，導(dǎo)致土壤質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降等一系列問題[6-7]。據(jù)統(tǒng)計，我國化肥利用率較低，其中，N肥為30%～35%，P肥為10%～25%，K肥為35%～50%，不科學(xué)的施肥行為造成資源浪費[8]。大量研究表明，我國化肥施用量已超過經(jīng)濟意義上的最優(yōu)施用量，并給農(nóng)民造成經(jīng)濟效益的損失[9]。因此，從實際情況出發(fā)，制定合適的化肥減量計劃勢在必行。按養(yǎng)分的來源分，作物的產(chǎn)量構(gòu)成可分為基礎(chǔ)地力產(chǎn)量和施肥產(chǎn)量[10]。研究表明，土壤基礎(chǔ)地力的提高有利于降低農(nóng)作物對化肥的依賴[11]。因此，在減少化肥用量的同時，通過提高土壤基礎(chǔ)地力保證水稻產(chǎn)量的方法具有較大的可行性。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2020年在浙江省麗水市蓮都區(qū)碧湖鎮(zhèn)魏村進行。供試作物為當(dāng)?shù)刂髟运酒贩N浙優(yōu)21，經(jīng)播種、穴盤育苗后人工插秧。供試水稻土采自浙江省麗水市蓮都區(qū)碧湖鎮(zhèn)魏村0～20 cm土層，土壤pH值為5.01，有機質(zhì)含量為46.45 g·kg-1,速效鉀、堿解氮、有效磷分別為182.43、274.46和80.10 mg·kg-1。

供試肥料為尿素(N 46%，靈谷化工集團有限公司)、碳酸氫銨(N 17%，安徽華爾泰化工股份有限公司)、復(fù)合肥(15-15-15，安徽道爾化肥有限公司)和有機肥(生命源黃腐酸生物有機肥，山東泉林嘉有現(xiàn)代農(nóng)業(yè)股份有限公司)。

1.2 處理設(shè)計

在地勢平整、肥力均勻的試驗田塊開展水稻肥料利用率試驗，共設(shè)5個處理。以T0不施肥為對照(CK)；T1為常規(guī)施肥，每667 m2基施25 kg碳酸氫胺；T2為常規(guī)施肥+10%基肥替代，每667 m2基施22.5 kg碳酸氫銨+28.3 kg有機肥；T3為常規(guī)施肥+20%基肥替代，每667 m2基施20 kg碳酸氫銨+56.6 kg有機肥；T4為常規(guī)施肥+50%基肥替代，每667 m2基施12.5 kg碳酸氫銨+142 kg有機肥。追肥除對照不施肥外，其余4個處理追肥均為每667 m2施加10 kg尿素和15 kg(15-15-15)復(fù)合肥。

1.3 樣品采集、處理及分析

收獲后將水稻曬干，考種，測定植株的養(yǎng)分含量，計算養(yǎng)分利用率并收集土壤進行測定，采用土壤農(nóng)化常規(guī)分析方法進行樣品分析[12]。其中，土壤pH值采用(水土比2.5∶1) pH計電位法測定；土壤堿解氮、有效磷、速效鉀分別采用堿解擴散法、Olsen法和醋酸銨浸提-火焰光度法測定；土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定。

本研究采用Excel 2016和IBM SPSS Statistics 22.0進行統(tǒng)計分析，所用數(shù)據(jù)均為5次重復(fù)的平均值。采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和鄧肯新復(fù)極差法對數(shù)據(jù)進行方差分析和多重比較，顯著性水平設(shè)為P<0.05。利用Origin Pro 8.5進行作圖。

基礎(chǔ)地力產(chǎn)量=當(dāng)季不施肥產(chǎn)量；

基礎(chǔ)地力貢獻率/%=當(dāng)季不施肥處理的產(chǎn)量/當(dāng)季施肥處理的產(chǎn)量×100。

2 結(jié)果與分析

2.1 基肥不同的有機替代對水稻產(chǎn)量的影響

基肥的不同有機替代對水稻產(chǎn)量的影響各不相同。由圖1可知，相比CK，施用化肥的4個處理的水稻產(chǎn)量均顯著提高。其中，T2產(chǎn)量最高，顯著高于其他處理；T1產(chǎn)量顯著高于T3和T4，T3、T4差異不顯著，但顯著高于對照。T2產(chǎn)量高于T1的原因可能是因其基肥雖然減少，但養(yǎng)分仍能充足供應(yīng)水稻生長，且替換的有機肥能有效增加土壤中的有機質(zhì)，從而提高土壤生產(chǎn)力。而T3、T4產(chǎn)量顯著低于T1，則可能是因為有機肥替代化肥比例較高，導(dǎo)致氮含量的降低引起。

柱上無相同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)。圖2、4同。圖1 基肥不同的有機替代對水稻產(chǎn)量的影響

2.2 基肥的不同有機替代對土壤有機質(zhì)的影響

基肥的不同有機替代對土壤有機質(zhì)的影響也各不相同。由圖2可知，相比CK，各施肥處理的有機質(zhì)均顯著增加。其中，T2、T3、T4對土壤有機質(zhì)的提高顯著高于未進行基肥有機替代的T1。

圖2 基肥的不同有機替代對土壤有機質(zhì)的影響

2.3 基肥不同的有機替代對土壤pH值的影響

由圖3可知，相比CK，各施肥處理的pH值均顯著提高。其中，T2～T4對pH值的提升高于T1和CK，說明相比常規(guī)施肥，基肥的有機替代可提升酸性土壤的pH值，改善土壤理化性質(zhì)。

點上無相同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)。圖3 基肥不同的有機替代對土壤pH的影響

2.4 基肥不同的有機替代對基礎(chǔ)地力貢獻率的影響

由圖4可知，各處理的基礎(chǔ)地力貢獻率表現(xiàn)為CK>T3>T4>T1>T2。因CK未施任何肥料，故在此季度的試驗中，其土壤基礎(chǔ)地力貢獻率為100%。T3的基礎(chǔ)地力貢獻率最高，說明作物在生產(chǎn)中依賴基礎(chǔ)地力較多，肥料的作用相較不明顯。T2的基礎(chǔ)地利貢獻率最低，表明T2的有機替代的基肥效果最好。

圖4 基肥不同的有機替代對基礎(chǔ)地力貢獻率的影響

2.5 基肥不同的有機替代對土壤養(yǎng)分的影響

表1顯示，相比CK，T1的各項指標(biāo)值均有一定的提高，而T2～T4除有效磷的含量明顯降低外，pH、有機質(zhì)和堿解氮均大幅提升；T4的速效鉀含量明顯提升，T3的速效鉀較CK有一定量的增加，但T2的速效鉀含量低于CK。

表1 基肥不同的有機替代試驗后的土壤基本性質(zhì)

3 討論

3.1 有機肥替代部分基肥對肥料的利用率的影響

研究表明，有機無機肥配合施用能明顯提高肥料利用率，提高N素運轉(zhuǎn)效率，提高作物產(chǎn)量[13-14]。N素是作物增產(chǎn)的首要因素[15]。本研究中，基肥中的有機替代為10%時，能明顯提高肥料利用率和水稻產(chǎn)量，降低對N肥的依賴；有機替代為20%和50%時，土壤性質(zhì)雖然得到改善，但產(chǎn)量因N素供應(yīng)不足而下降。因此，在有機肥替代化肥的同時，仍要保證一定的施N量，以保證N的充足供應(yīng)，防止作物的產(chǎn)量下降。

3.2 基肥的有機替代對土壤性質(zhì)和肥力的影響

與不施肥和常規(guī)施肥相比，基肥的有機替代方案明顯提高了土壤有機質(zhì)、pH值和土壤堿解氮的含量。有機質(zhì)是土壤養(yǎng)分的主要來源，具有增加土壤肥力和提高土壤緩沖性的作用。有機質(zhì)的增加有利于提高土壤堿解氮含量，從而提高土壤的N素供應(yīng)能力。而pH值的提高有利于緩解常規(guī)施肥帶來的土地酸化問題。但在pH<6.5時，隨著土壤pH的升高會使土壤中的有效磷含量降低[16]。因此，應(yīng)在之后的追肥當(dāng)中添加適量的磷肥，以保證磷元素的充足供應(yīng)。

4 小結(jié)

在基肥的不同有機替代中，基肥的有機替代比例為10%時，可獲得較高的水稻產(chǎn)量，肥料的貢獻率最高，不僅提高了土壤有機質(zhì)含量，也增加了土壤的肥力，提高了土壤的pH值，改善了因化肥使用過多而帶來的土壤酸化問題。但是在本試驗中，由于pH值的提高，使得土壤有效磷含量減少。因此，在選擇該方案的同時，也要留意對土壤磷元素的補充。對于常規(guī)肥料的有機替代和減施還需長期堅持，其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的影響不止于眼前，對以后耕地的質(zhì)量和環(huán)境的保護具有長遠意義。