?沼液替代化肥對稻油輪作周年產量及土壤養分的影響?

摘要：為探究長江中下游地區不同比例沼液替代化肥對稻油輪作周年產量效益及土壤養分的影響，以油稻周年輪作栽培模式為研究對象，在2個稻油輪作典型生產區（L1、L2），分別設置常規施肥（B0）、沼液替代15%（B15）、30%（B30）和45%（B45）處理，對比不同施肥處理作物下產量構成、耕層土壤養分和周年產量效益等差異。結果表明：B15和B30周年產量（15.03～15.10 t/hm2）和周年效益（5.12萬～5.24萬元/hm2）高于其他處理；B15和B30單株有效角果數（467.1～515.7個）、每角粒數（15.6～17.4粒）和有效穗（314.1萬～357.1萬穗/hm2）均較B0顯著提升；沼液替代化肥改善耕層土壤酸堿度，pH值增加2.2%～8.1%，對耕層土壤有機質、有效磷和速效鉀含量無顯著影響。由此可知，稻油輪作油菜季適宜沼液替代化肥比例為15%～30%，長期替代的影響效應還有待進一步研究。

關鍵詞：稻油輪作；有機肥；沼液；產量；土壤養分

中圖分類號：S511; S565.4; S31 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2024）12-0049-05

Effects of Replacing Chemical Fertilizer with Biogas Slurry on the Annual Yield and Soil Nutrients of the Rice-Oilseed Rape Rotation System

PAN Zhi-jun1，WU Xiao-wen1，WU Chen-yang1 ，CHEN Long1，HU Zhi-gang1，WANG Hui-min1，LIAO Xia2，LI Fan3

（1. Lujiang County Agricultural Technology Extension Center， Lujiang 231501， PRC; 2. Anhui Agricultural University， Hefei 230036， PRC; 3. Soil and Fertilizer Institute， Anhui Academy of Agricultural Sciences， Hefei 236065， PRC）

Abstract： This study aims to explore the effects of different proportions of biogas slurry replacing chemical fertilizer on the annual yield and benefits and the soil nutrients of the rice-oilseed rape rotation system in the middle and lower reaches of the Yangtze River. In two typical rice-oilseed rape rotation areas （L1 and L2）， four treatments including conventional fertilization （B0） and biogas slurry replacing 15% （B15）， 30% （B30）， and 45% （B45） chemical fertilizer were designed， and the crop yield components， topsoil nutrients， and annual yield and benefits were compared among different treatments. The results showed that the annual yields （15.03-15.10 t/hm2） and annual benefits （5.12×104-5.24×104 yuan/hm2） of B15 and B30 were higher than those of other treatments. B15 and B30 showed significantly higher pods per plant （467.1-515.7 pods/plant）， seeds per pod （15.6-17.4 seeds/pod）， and effective panicles （314.1×104-357.1×104 panicles/hm2） than B0. Moreover， replacing chemical fertilizer with biogas slurry improved the acidity and alkalinity of topsoil， increasing pH by 2.2%-8.1%. However， it had no significant effect on the content of organic matter， available phosphorus， and available potassium in topsoil. Therefore， the suitable proportion of biogas slurry replacing chemical fertilizer in the growing period of oilseed rape in the rice-oilseed rape rotation system is 15%-30%， and the long-term effects of the replacement remain to be studied.

Key words： rice-oilseed rape rotation; organic fertilizer; biogas slurry; yield; soil nutrients

水稻是我國主要糧食作物，油菜是我國唯一大規模種植的冬季油料作物，稻油輪作模式是長江中下游地區重要的作物輪作模式，稻油輪作對提高周年資源利用率和保障我國糧油生產安全具有重要意義[1-2]。據《第二次全國污染源普查公報》顯示，畜禽糞污是農業面源污染主要來源，我國畜禽糞污替代化肥潛力分別為19.25%（N）和4.55%（P2O5），農業農村部《到2025年化肥減量化行動方案》提出有機肥替代化肥的種養結合模式是推進化肥減量增效的重要措施，畜禽糞污科學轉化還田可以解決環境污染問題，緩解我國資源短缺壓力，推動農業提質增效[3-5]。

沼液是一種養分全面的有機肥料，主要成分有氮、磷、鉀、中微量元素以及氨基酸等生物活性物質[6-12]。沼液肥料可改變土壤微生物群落結構，改善土壤理化性狀，增強土壤供肥和保肥能力[13-14]。適宜的有機無機配施可改善土壤團聚體結構，顯著提升作物產量品質，過量施用有機肥造成作物顯著減產，且增加潛在環境污染風險[15-17]。習斌等[18]認為，有機氮替代50%化肥氮時可顯著長期增加玉米產量；魯耀雄等[19]認為，有機氮替代30%化肥氮時顯著增加水稻的產量，提升土壤微生物數量和土壤酶活性；王桂良等[20]認為，沼液氮替代70%化肥氮時水稻產量最高。當前水稻和油菜有機無機配施技術研究主要集中于單一作物生產季，應用的有機肥主要以固態有機肥為主，而圍繞長江中下游地區稻油輪作生產條件，沼液替代化肥對稻油周年生產和土壤養分的影響研究還較少。對水稻季和油菜季生產的綜合評價，有利于全面考察稻油周年栽培的農業生產情況，因此，筆者以常規化學施肥為對照，分別設置沼液替代15%、30%、45%化學肥料處理，通過對水稻和油菜的產量構成、耕層土壤養分含量和周年產量效益等指標測定，探究適宜有機無機配施比例，為長江中下游地區稻油輪作技術模式優化提供科學支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗分別于合肥市泥河鎮（L1，117°18'47.0\"E，31°6'46.1\"N）和合肥市同大鎮（L2，117°23′34.3″E，31°32′48.8″N）進行，試驗田前茬作物為均水稻，試驗區肥力均勻，土壤理化性狀見表1；試驗年份日平均氣溫17.2℃，全年有效積溫3 101.2℃，累積降雨量1 467.6 mm，累積光照時數1 700.1 h。

1.2 供試材料

供試肥料主要有是有機肥（充分腐熟豬糞沼液，養分見表1），尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O5 12%）、氯化鉀（K2O 60%）。供試油菜（Brassica napus L.）品種為甘藍型半冬性雜交品種灃油737，水稻（Oryza sativa L.）品種為秈型兩系雜交品種徽兩優898。

1.3 試驗設計

試驗采用區組設計，3次重復，小區面積40 m2。由表2可知，油菜季設置常規化學肥料施肥（B0），沼液替代15%化肥（B15），沼液替代30%化肥（B30），沼液替代45%化肥（B45）共計4個施肥處理，沼液施肥前測定養分含量，沼液中氮磷鉀肥分別等比例替代化學肥料相應養分元素，以沼液氮素替代化肥氮素優先測算沼液施用量，沼液中磷肥和鉀肥不足的用化肥替代，沼液中磷肥和鉀肥過量的相應減施化學肥料；水稻季各處理均采用常規化學肥料施肥；油菜季分基肥、苗肥和薹肥3次施肥，水稻季分基肥、分蘗肥和穗肥3次施肥，油菜季和水稻季氮肥基追比為60∶40，鉀肥基追比為50∶50，磷肥和沼液一次性基施，前茬作物秸稈全量還田；除施肥運籌差異外，各處理栽培管理措施保持一致。

2個試驗點農事操作時間保持一致，其中油菜于2023年9月28日播種，采用育苗移栽方式種植，秧齡34 d，移栽行株距為34 cm×30 cm，次年5月8日收獲，全生育期221 d；水稻于次年5月26日播種，采用旱育秧毯苗機插，秧齡23 d，移栽行株距為25 cm×15 cm，次年10月7日收獲，全生育期134 d。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 油菜產量及構成指標測定 油菜季成熟期每處理隨機選取除邊行外3株，調查單株有效角果數，3次重復；隨機選取3株，并在中部取10個角果，上

下部取5個角果，測定平均每角粒數，角果晾干測定千粒重，3次重復；每小區單打單收測定實際產量。

1.4.2 水稻產量及構成指標測定 水稻季成熟期每處理選取除邊行外10株，測定有效穗數，3次重復；按平均穗數取4株稻穗樣品，測定每穗總粒數和結實率；取稻谷樣晾干測定千粒重；每小區單打單收測定產量。

1.4.3 土壤養分測定 水稻季作物收獲后每個處理采用“S形”取樣法隨機采集10點耕作層（0～20 cm）土壤樣品，3次重復，風干后制樣檢測土壤樣品pH值、有機質、有效磷和速效鉀，檢測方法分別參考NY/T 1121.2—2006、NY/T 1121.6—2006、NY/T 1121.7—2014和LY/T 1234—2015。

1.5 統計分析

采用Microsoft Excel 2010整理數據，使用SPSS 22軟件進行數據統計分析，采用鄧肯（Duncan）法進行方差分析，文中均值數據“±”符號后數值為標準差。

2 結果與分析

2.1 不同處理油菜季產量構成要素對比

由表3可知，油菜季L1和L2單株有效角果數在427.7～515.7個之間，施用有機肥處理較常規施肥處理增加3.1%以上，其中L1點B30、B45和L2點B15處理較B0增長顯著；L1和L2每角粒數在13.9～17.4粒之間，其中L1點B30和L2點B15處理增長顯著，分別較B0增加13.7%和6.1%；L1和L2千粒重在3.96～4.17 g之間，各處理間無顯著差異；L1和L2理論產量在2.43～3.61 t/hm2之間，其中L1點B30和L2點B15處理增長顯著，分別較B0增加24.1%和17.3%。

2.2 不同處理水稻季產量構成要素對比

由表4可知，水稻季L1和L2有效穗在289.9萬～

357.1萬穗/hm2之間，其中L1點B30和L2點B15處理均較常規施肥處理顯著增加；L1和L2每穗粒數在183.4～205.7粒之間，各處理間無顯著差異；L1和L2結實率在83.0%～91.5%之間，各處理間無顯著差異；L1和L2千粒重在23.51～24.28 g之間，各處理間無顯著差異；L1和L2理論產量在11.67～13.88 t/hm2之間，其中L1點B30和L2點B15處理最高，分別較B0增加7.8%和8.3%，增長效應未達到顯著水平。

2.3 不同處理耕層土壤養分比較

采集耕層土壤測定主要養分指標（表5），結果表明L1和L2點的pH值在4.82～5.40之間，除L2點的B45外，pH值隨著有機肥替代量增加而升高，其中L1點B45和L2點B30處理均分別較常規施肥處理顯著增加8.1%和6.5%；L1和L2有機質在18.03～23.31 g/kg之間，各處理間無顯著差異；L1和L2有效磷在4.50～12.47 mg/kg之間，各處理間無顯著差異；L1和L2速效鉀在47.5～96.7 mg/kg之間，其中L1點B15和L2點B30處理增長顯著，分別較B0增加16.4%和80.6%。

2.4 不同處理周年產量效益比較

測定油菜和水稻實際產量，計算周年產量效益（表6），結果表明油菜季產量在2.31～3.08 t/hm2之間，L1點產量從大到小依次為B30＞B45＞B15＞B0，施用沼液處理較常規施肥處理（B0）增產3.9%～4.7%之間，L2點產量從大到小依次為B15＞B30＞B0＞B45，B15較B0增產19.5%；水稻季產量在9.82～12.34 t/hm2之間，其中L1點B30和L2點B15相較于其余處理最高；從周年輪作生產來看，周年糧油產量在12.76～15.10 t/hm2之間，L1點產量排序依次為B30＞B15＞B45＞B0，L2點產量排序依次為B15＞B30＞B45＞B0，L1點B30較B0增產17.8%，L2點B15較B0增產8.5%；周年糧油產值在4.59～5.24萬元/hm2之間，從大到小的排序與周年產量相同，L1點B30和L2點B15分別較B0處理產值增加14.2%和11.1%。

3 討論與結論

3.1 沼液替代化肥對稻油輪作產量形成影響

產量是糧油作物生產的主要經濟目標，遺傳、溫光和栽培等因素通過對產量構成指標的影響，決定實際產量表現。崔鑫等[21]研究表明，在化肥不減量條件下增施固態有機肥33 745 kg/hm2時可顯著增加油菜單株角果數和每角粒數，產量增加48.3%。田昌等[22]認為，10%有機氮替代化學氮時能顯著增加油菜產量和品質。通過分析研究結果發現，稻油輪作系統沼液替代化肥施肥模式可增加作物產量，L1點施用有機肥處理較B0增產幅度在2.9%～17.8%之間，其中B30處理周年產量最高，L2點施用有機肥處理較B0增產幅度在0.4%～8.5%之間，其中B15處理周年產量最高。

從油菜季產量構成指標來看，施用有機肥處理油菜單株有效角果數均較常規施肥處理增加，其中L1點B30和L2點B15相較于其余處理最高，分別為515.7和467.1個；在L1點和L2點B15和B30處理每角粒數均較B0呈現增長趨勢，其中L1點B30和L2點B15最高，分別較B0增加13.7%和6.1%，L1點每角粒數增長達到顯著水平；在油菜籽千粒重差異不顯著的背景下，L1和L2理論產量在2.43～3.61 t/hm2之間，其中L1點B30和L2點B15最高，分別較B0增加24.1%和17.3%，增長效應達到顯著水平。因此推斷，油菜季增產效應主要來源于不顯著降低千粒重情況下，顯著增加單株有效角果數和每角粒數。

從水稻季產量構成指標來看，施用有機肥處理水稻有效穗均較常規施肥處理增加，其中L1點B30和L2點B15最高，分別357.1萬和314.1萬穗/hm2，較B0顯著增加12.5%和8.4%，水稻季各處理每穗粒數、結實率和千粒重無顯著差異，綜合理論產量L1點B30和L2點B15最高，分別為13.88和12.64 t/hm2，較B0增加7.8%和8.3%，但處理間差異不顯著。因此推斷，水稻季增產效應主要來源于不顯著降低每穗粒數、結實率和千粒重情況下，顯著增加單位面積有效穗數。

3.2 沼液替代化肥對耕層土壤養分影響

沼液除含有大量營養元素外，還富含生物活性物質，適量有機肥施用可改善土壤理化性狀，激發土壤微生物生長和活性，進而加速其對土壤中養分的分解[23-24]。通過研究分析發現，L1和L2點耕層土壤的pH值在4.82～5.40之間，隨沼液替代化肥比例的增加，pH呈現增加趨勢，增加幅度在2.2%～8.1%之間，這與王建紅等[25]和黃國勤等[26]的研究結果相似，L1和L2試驗點耕層土壤總體偏酸性，可推測有機肥施用有利于改善耕層土壤pH，土壤氮磷鉀在微酸或中性條件下有效性更高[27]。L1和L2速效鉀在47.5～96.7 mg/kg之間，其中L1點B15和L2點B30處理最高，分別較B0增加16.4%和20.4%，增長效應達到顯著水平。與常規化學施肥相比沼液替代化肥處理的土壤有機質和有效磷有增有減，但處理間無顯著差異。由此可推斷，施用沼液有利于改善耕層土壤pH，短期還田應用對耕層土壤有機質和有效磷無顯著影響。

3.3 稻油輪作模式適宜沼液替代化肥比例

稻油輪作是長江流域重要輪作模式，與其他水稻輪作模式相比稻油輪作可改善耕層土壤結構，促進土壤養分元素釋放，提高肥料利用率[28-30]。筆者研究發現，使用有機肥處理的周年產量和周年效益均較常規施肥處理增加，其中L1點周年產量增加2.9%～17.8%，周年效益增加3.3%～14.1%，L2點周年產量增加0.6%～8.5%，周年效益增加0.8%～10.9%，在不同有機肥替代比例中，L1點B30周年產量

（15.03 t/hm2）和周年效益（5.24萬元/hm2）最高，L2點B15周年產量（15.10 t/hm2）和周年效益（5.12萬元/hm2）最高。因此推斷，稻油輪作油菜季適宜沼液替代化肥比例為15%～30%，但研究以一個周年為時間尺度，長期替代的影響效應還有待進一步研究。

參考文獻：

[1] 陶玥玥，盛雪雯，徐堅，等. 長三角水稻—油菜周年兩熟溫光資源分配與利用特征[J]. 作物學報，2023，49（5）：1327-1338.

[2] 孟宇輝，金文俊，董召榮，等. 江淮地區不同水旱輪作模式的資源利用效率與經濟效益比較[J]. 生態學雜志，2019，38（11）：3357-3365.

[3] 農業農村部. 農業農村部關于印發《到2025年化肥減量化行動方案》和《到2025年化學農藥減量化行動方案》的通知[J]. 中華人民共和國農業農村部公報，2022（12）：11-19.

[4] 李艷麗，白金順，趙林萍，等. 我國畜禽糞污資源化利用潛力與時空分布特征[J]. 中國土壤與肥料，2023（5）：114-124.

[5] 第二次全國污染源普查公報[J]. 環境保護，2020，48（18）：8-10.

[6] 許文志，歐陽平，羅付香，等. 中國畜禽糞污處理利用現狀及對策探討[J]. 中國農學通報，2017，33（23）：106-112.

[7] 吳浩瑋，孫小淇，梁博文，等. 我國畜禽糞便污染現狀及處理與資

源化利用分析[J]. 農業環境科學學報，2020，39（6）：1168-1176.

[8] 張典，黃兆恒，孫楷清，等. 沼液替代不同比例氮肥對輕度鹽化潮土土壤性質及小麥產量的影響[J/OL]. 山東農業科學，[2024-07-08]

[2024-07-19]. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/37.1148.S.20240717. 1019.002.html.

[9] 茍章勇. 沼液等氮替代化肥對不同坡位茶園土壤性質及茶葉產量品質的影響[D]. 成都：四川農業大學，2024.

[10] 鄭天宇，吳紅淼，閆文康，等. 沼液替代化肥對冬小麥田節肢動物群落結構與小麥產量的影響[J]. 安徽農業大學學報，2024，51（2）：277-283.

[11] 季泓旭，王建東，王傳娟，等. 沼液配施化肥對盆栽櫻桃蘿卜生長及品質的影響[J]. 山東農業科學，2024，56（9）：83-90，98.

[12] 丁文金. 新型肥料與沼液替代化肥在農業生產中的應用[J]. 現代農業科技，2023（24）：160-163，167.

[13] 李瑞，張巡，楊陽，等. 沼液替代化學氮肥對濱海稻田土壤有機氮和細菌群落的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2022，28（8）：1364-1375.

[14] 馮丹妮，伍鈞，楊剛，等. 連續定位施用沼液對水旱輪作耕層土壤微生物區系及酶活性的影響[J]. 農業環境科學學報，2014，33（8）：1644-1651.

[15] 溫延臣，張曰東，袁亮，等. 商品有機肥替代化肥對作物產量和土壤肥力的影響[J]. 中國農業科學，2018，51（11）：2136-2142.

[16] 尹陽明，劉瓊峰，羅小軍，等. 有機肥替代化肥對稻谷產量及氮素吸收利用的影響[J]. 湖南農業科學，2023（7）：50-53.

[17] 張麗敏，徐明崗，婁翼來，等. 長期有機無機肥配施增強黃壤性水稻土有機氮的物理保護作用[J]. 植物營養與肥料學報，2015，21（6）：1481-1486.

[18] 習斌，翟麗梅，劉申，等. 有機無機肥配施對玉米產量及土壤氮

磷淋溶的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2015，21（2）：326-335.

[19] 魯耀雄，崔新衛，范海珊，等. 有機無機肥配施對湖南省晚稻生長、產量及土壤生物學特性的影響[J]. 中國土壤與肥料，2015

（5）：50-55.

[20] 王桂良，寇祥明，張家宏，等. 沼液替代化肥氮對水稻生長發育及稻米品質的影響[J]. 生態學雜志，2018，37（9）：2672-2679.

[21] 崔鑫，崔宏卓，廖世鵬，等. 有機肥用量對冬油菜產量及品質的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2023，29（8）：1483-1494.

[22] 田昌，彭建偉，宋海星，等. 有機肥化肥配施對冬油菜養分吸收、籽粒產量和品質的影響[J]. 中國土壤與肥料，2012（4）：70-74.

[23] 徐曉萌. 調節pH對沼液稻田灌溉肥效和環境的影響[D]. 杭州：浙江大學，2013.

[24] 王靜雯. 沼液連年施用對“水稻—油菜” 輪作土壤物質縱向遷移的影響研究[D]. 雅安：四川農業大學，2015.

[25] 王建紅，張賢，李增強，等. 有機肥在油—稻輪作田塊對油菜生長和土壤肥力的影響[J]. 中國土壤與肥料，2017（4）：31-36.

[26] 黃國勤，熊云明，錢海燕，等. 稻田輪作系統的生態學分析[J]. 生態學報，2006，26（4）：1159-1164.

[27] 徐建明. 土壤學[M]. 4版. 北京：中國農業出版社，2019：239-240.

[28] 朱蕓，廖世鵬，劉煜，等. 長江流域油—稻與麥—稻輪作體系周年

養分收支差異[J]. 植物營養與肥料學報，2019，25（1）：64-73.

[29] 吳玉紅，王呂，崔月貞，等. 輪作模式及秸稈還田對水稻產量、稻米品質及土壤肥力的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2021，27（11）：1926-1937.

[30] 盧勝，張振華. 長期稻油輪作改良土壤結構提高水稻產量[J]. 土壤通報，2018，49（2）：409-414.

（責任編輯：肖彥資）