長期施用不同比例有機肥對水稻產量及土壤養分的影響

陳鈺佩，陸若輝，朱偉鋒，孔海民

(浙江省耕地質量與肥料管理總站，浙江 杭州 310020)

近年來，我國糧食總產量穩步增長，但自然災害頻發，耕地資源不斷減少，耕地壓力形勢嚴峻[1]。新冠疫情暴發，國際糧食貿易面臨保護主義和單邊主義的干擾[2]，糧食安全作為國家安全的重要基礎，是當前治國理政的頭等大事。研究表明，施用有機肥可以改善土壤特性[3]，防治土壤酸化[4]，提高土壤總碳和有機質含量[5]，提升作物的產量和品質[6]，對于保障糧食安全具有重要意義。

有機肥的施用效果會受到施肥管理措施、土壤和氣候等因素的影響[7]，關于如何合理施用有機肥，國內外學者[8-10]開展了大量研究。劉紅江等[11]研究發現，有機替代50%化肥處理在確保水稻高產的同時，減少了農田地表徑流水體總氮流失量和流失率。孟琳等[12]研究提出，氮用量在240 kg·hm-2內，有機肥料氮替代無機肥料氮的適宜替代率為10%～20%。任科宇等[13]研究指出，在長江流域，水稻的有機替代總氮施用量應低于250 kg·hm-2，替代比例以30%～60%為宜。以往的研究多集中在有機肥對作物產量和品質、土壤物理性質等方面的影響，對于實際生產中不同有機肥的最佳施用比例尚不明確。為此，進行長期施用不同比例有機肥對水稻產量及土壤養分影響的試驗。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2008—2018年連續種植單季晚稻，地點為浙江省試驗基地，包括杭州余杭，寧波奉化、象山，臺州溫嶺，紹興諸暨等地。供試水稻品種為秀水134、甬優12號、甬優15號等。

1.2 處理設計

試驗設5組處理：T1～T3為增施有機肥，分別在化肥對照(CK)基礎上增施商品有機肥(T1、T2)和豬廄肥(T3)；T4、T5為有機肥替代化肥處理，分別為有機肥替代化肥60%和10%(表1)。

1.3 樣品采集與測定

籽粒及莖葉重。水稻成熟后各小區采集1 m2水稻，脫粒后曬干，測定籽粒重。成熟期分別采集各區有代表性的5穴水稻地上部植株樣品。105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重后稱重。

籽粒養分含量。籽粒樣品烘干磨碎，H2SO4-H2O2消煮，分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、火焰光度法測定氮、磷、鉀含量。

表1 不同處理每667 m2養分的投入量 單位：kg

土壤養分含量。每年在水稻成熟期，各小區按照“S”路線隨機選擇5個樣點，采集0～20 cm土壤樣品。5點樣品混合成1個約2 kg的混合土樣，在通風處風干，全部研磨后過篩。土壤有機質采用H2SO4-K2Cr2O7外加熱法測定，全氮采用H2SO4+混合催化劑消解、凱氏定氮法測定，有效磷采用鉬銻抗比色法測定，速效鉀用醋酸銨浸提、火焰光度法測定[1]。

1.4 數據處理

采用Excel 2007完成數據處理及作圖，采用IBM SPSS Statistics V22.0進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 水稻產量

圖1顯示，除T4處理外，有機肥處理的籽粒、莖葉重明顯高于對照，其中，T1、T3、T5處理隨著試驗時間的增加，籽粒重增加幅度增大，T1、T3處理隨著時間的增加，莖葉重增加幅度增大。增加有機肥施用量，可提高對籽粒重的提升幅度，但對莖葉重的影響不明顯。有機肥替代化肥10%時，籽粒重明顯增加，但當替代比例提升至60%時，籽粒重低于對照，莖葉重也表現出相同變化趨勢。

圖1 長期施用不同比例有機肥對水稻籽粒重及莖葉重變化幅度的影響

2.2 水稻養分含量

表2顯示，除T4處理外，施用有機肥處理水稻籽粒氮養分吸收量總體高于對照，且隨著試驗年份的增加，增加幅度增大。有機肥替代化肥10%處理，前期氮吸收量低于對照，但隨著時間延長，籽粒氮吸收量增加并高于對照，有機肥替代化肥60%處理與對照差異不明顯。

表3、4顯示，有機肥替代化肥10%處理，前期籽粒磷、鉀吸收量與對照無顯著差異，但隨著時間增加，磷、鉀吸收量高于對照組，有些年份差異達顯著水平。

2.3 土壤養分含量

圖2顯示，有機肥處理下，稻田土壤中有機質含量高于對照處理，且隨著年份的增加，增加幅度增大，其土壤全氮含量也高于對照處理，但未與施用時間表現出相關性。有機肥處理下，有效磷含量高于對照處理，且隨著年份的增加，T1、T2、T3處理的增加幅度增大，施用豬廄肥處理的數值明顯高于其他處理。除T3處理外，有機肥處理速效鉀含量明顯高于對照，但未與施用年份表現出相關性。

3 討論

試驗表明，長期施用有機肥可提升土壤有機質含量，增加土壤中氮、磷、鉀養分含量，提高土壤保墑、透氣、保肥性能，改善作物根系生長的環境條件[15]，從而提高水稻產量。有機肥作為緩效性肥料，其供肥時間長、肥效穩定，但養分釋放速度緩慢，與化肥配合施用，可以彌補施肥初期速效養分不足的問題。等養分量投入條件下，有機無機配施不僅改善了土壤的理化性質[16]，而且改善了土壤的C/N，刺激土壤微生物的繁殖和活動，促進土壤無機氮的固定和轉化[17-18]，顯著提高作物氮肥利用率[19]。隨著施用時間增長和施用量增加，有機肥處理的水稻增產幅度呈上升趨勢，但是過量施用有機肥會導致養分利用率下降，并帶來重金屬污染風險[20]。

表2 長期施用不同比例有機肥對水稻籽粒氮吸收量的影響 單位：kg·hm-2

表3 長期施用不同比例有機肥對水稻籽粒磷吸收量的影響 單位：kg·hm-2

表4 長期施用不同比例有機肥對水稻籽粒鉀吸收量的影響 單位：kg·hm-2

圖2 長期施用不同有機肥后對稻田土壤養分含量的影響

有機肥替代部分化肥可以有效提升水稻產量及籽粒氮含量，替代10%處理的增產幅度與T1處理相近，但當有機替代比例提高至60%時，水稻產量下降，籽粒氮含量無明顯增加。有機替代的增產效果受管理措施、土壤因素和氣候條件影響[13]，不同試驗條件下，棉花[21]、玉米[22]、辣椒[23]的最佳替代比例分別為15%、30%和50%，實際生產中應綜合考慮當地的生產條件及作物種類進行合理替代。本試驗條件下，水稻生產中的有機替代比例以10%為宜，當替代比例提高至60%時水稻出現產量下降現象，主要是由于有機肥的分解和養分的釋放需要一定的條件和時間，過量替代化學氮肥會導致水稻生長前期養分供應不足、生長發育緩慢，不利于水稻的高產、穩產[24-25]。

4 小結

長期增施有機肥可明顯改善土壤養分狀況，提升水稻產量及籽粒養分吸收量。隨著有機肥的用量增加及時間增長，水稻增產幅度逐漸增大。有機肥替代化肥10%的增產幅度及籽粒氮磷鉀養分吸收增量高于60%處理。