有机肥料用量对低产稻田土壤养分和水稻产量的影响

唐湘文，黄 晶，王伯仁

（1. 祁阳县农业委员会，湖南 祁阳 426100；2. 中国农业科学院衡阳红壤试验站，湖南 祁阳 426182）

有机肥料用量对低产稻田土壤养分和水稻产量的影响

唐湘文1，黄 晶2，王伯仁2

（1. 祁阳县农业委员会，湖南 祁阳 426100；2. 中国农业科学院衡阳红壤试验站，湖南 祁阳 426182）

连续3 a在中低产水稻土上进行有机肥料试验，结果表明：施用有机肥料使水稻经济产量平均增产25%，而秸秆产量增加效果高达47%；在低量有机肥料处理中，养分的农学效率为6.3 kg，肥料养分利用率36.8%，高量处理中养分的农学效率只有1.7 kg/kg，肥料养分利用率仅为20.8%，有机肥料最佳施用量在15～30 t/hm2。施用有机肥料可以快速培肥土壤，3 a后，土壤中的OM、全N、全P、有效N、有效P和有效K含量比不施肥处理分别增加8.0%、9.6%、20.0%、8.2%、183.1%和21.5%。其中以增加土壤全P和有效P效果最为明显，有效P平均增加183%，土壤OM也增加8%，全N增加9.6%。有机肥料能够快速培肥稻田土壤和提高水稻产量。

有机肥；低产稻田；土壤养分；水稻产量

我国人多地少，人均耕地面积为926.67 m2，仅为世界人均的42%、美国人均的15.7%，印度人均的62%[1]。在耕地面积刚性减少，粮食需求不断增加的前提下，提高粮食的单产水平是保证我国粮食安全的有效途径。2008年，农业部根据《全国中低产田类型划分与改良技术规范》（NY/T 310-1996）进行调查，结果表明全国高、中、低产田的面积分别为3 146.67亿、4 320亿和3 373.33亿m2，分别占全国耕地面积的29.05%、39.84%和31.11%。中低产田面积合计7 693.33亿m2，占全国耕地面积的70.95%[2]。因此，实施中低产田改良，提高我国中低产田的粮食单产水平，是保障我国粮食安全的关键。在我国南方红壤地区，有70%以上的中低产田，对这部分的耕地进行改良培肥，对增加红壤地区的粮食产量具有重要的作用[3]。中低产田存在一些不利于作物生长的障碍因素，只要消除这些障碍因素，作物就会大幅度提高产量。在湘南地区，有约30%水利条件差的高岸田，其主要问题是：耕作层浅薄，土壤养分缺乏，特别是有机质含量低，犁底层发育不良，保肥保水性能差，也有早春泥温上升快，土壤养分供应能力强的优势，因此研究秸秆快速提升土壤有机质培肥技术对解决当前存在的实际问题具有重要意义。笔者开展了高用量有机肥料快速培肥改良低产田试验，以期为提高农作物产量研究做出贡献。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

于2013年开始在祁阳县文富市镇官山坪村进行试验，位于红壤丘岗中部，土壤类型为第四纪红壤发育而成浅红黄泥，肥力中等偏上。地理位置为111°52'35"E，26°45'10"N，海拔高度 120 m。年平均温度18.0 ℃，最高温度36.6～40℃，≥10.0℃的积温5 600℃。年降雨量1 250 mm，年蒸发量1 470 mm，无霜期约为300 d，年日照时数1 610～1 620 h。太阳辐射量4 550 MJ/m2，温光热资源丰富。试验前用五点采样法采集基础土样，基础土壤的基本理化性质是：有机质（OM）为42.36 g/kg，全N 2.36 g/kg，全P 0.74 g/kg，全K 14.35 g/kg，pH值6.32，速效N 185 mg/kg，速效P 11.8 mg/kg，速效K 86 mg/kg。

1.2 田间试验设计及肥料用量

田间试验：试验设计7个处理，其具体处理为 ：CK、M1、M2、M3、M4、M5和 M6，CK 不施肥，M1～M6施不同量的鲜猪粪，不使用化学肥料，小区面积20 m2，3次重复，随机排列，小区之间用泥埂分开，小区插秧蔸数350蔸，一次重复做观测取样区。

表1 各处理猪粪用量和养分投入情况

1.3 试验观测指标和分析方法

测定观测指标包括田间表面水pH值、水稻分蘖动态、株高、结实率、千粒重、穗粒数、生物产量和籽粒产量。土壤OM、全N、全P、全K、有效N、有效P、有效K和pH值，以及植株和籽粒N、P、K浓度，均参照《土壤农化分析》的方法测定[5]。稻谷产量和稻草产量为3 a平均值，运用SPSS 19统计分析软件对数据进行差异显著性检验（LSD法）。

2 试验结果分析

2.1 水稻分蘖动态情况

水稻为分蘖力强的禾本科作物[6]，水稻产量由有效穗数、穗粒数、千粒重3方面构成，而有效穗数为水稻产量主要构成因子。肥料的效果主要通过作物而表达，水稻的分蘖情况可以反映土壤养分供给情况。在水稻移栽后，每处理定植10篼作为分蘖动态调查样本。从图1中可知，在CK处理情况下，水稻达到分蘖高峰时间出现早，而施用有机肥料的处理，特别是用量较大M5和M6处理，水稻前期分蘖相对较慢，后期分蘖加快，且分蘖数量大，其分蘖高峰出现比CK处理迟10～15 d。施肥处理成穗率均低于处理CK，但差异不大，而施肥处理有效穗数明显高于对照处理，因此施肥处理产量高于CK处理（图2）。

图1 水稻分蘖动态变化

图2 水稻成穗率

2.2 不同肥料用量下田间表面水pH值的变化

有机肥料含有较多的有机酸，同时有机肥料在分解过程中也释放较多的有机酸，所以对田间表面水进行pH值连续测定，可以为有机肥料施用时期提供参考指标。在高岸稻田施用有机肥料，田间表面水的pH值低于未施用有机肥料的CK处理，在施用有机肥料量大的M6处理比 CK处理降低0.38个单位（图3）。从田间表面水pH值变化得出，有机肥料在水田上使用时间最好在水稻插秧前15 d作为基肥施用，有利于减轻有机肥料分解对水稻分蘖前期负作用。

图3 施用有机肥料对田间表面水pH动态变化

2.3 不同肥料用量下水稻产量和经济指标的变化

从图4和图5可知，施用猪粪可以增加水稻产量，但主要增加水稻的秸秆产量，统计结果为水稻经济产量M1～M6处理比CK处理增产率分别为19.6%、22.6%、26.3%、25.0%、25.5%和31.0%；施用有机肥料比CK处理具有明显的增产作用，但施用不同量有机肥料处理之间无差异。水稻秸秆产量变化M1～M6比CK处理增产率分别为28.1%、36.2%、41.8%、50.2%、56.8%和68.2%；看出水稻秸秆产量随着有机肥料用量增加而增加。并且表现为有机肥料用量越大，水稻秸秆产量增加越多，秸秆产量以M6处理最高，其次为M5处理。如果从施肥经济效益考虑，有机肥用量在15～30 t/hm2表现比较好的增产作用，如果再加大用量，其增产效果开始下降。

2.4 有机肥料对水稻土耕性和养分的改良作用

从表2可以看出，从土壤全量养分变化看，施用有机肥料主要增加土壤中的OM、全P的含量，大致表现为施用有机肥料处理，土壤OM和土壤全P有所增加，而土壤全K则有轻微降低；从土壤速效养分看，主要增加土壤的有效P，M6处理比CK增加6倍以上，表现为有机肥料用量大增加相对为多；土壤速效K也有所增加，但效果不如土壤有效P增加明显，在水田上施用有机肥对土壤pH无影响作用。在施用有机肥料处理中，其土壤中的OM、全N、全P、全K、有效N、有效P、速效K平均值比CK增加值分别为8.0%、9.6%、20.0%、-5.9%、8.2%、183.1%和21.5%。施用有机肥料以增加土壤全P和有效P作用最为明显，有效P平均增加183%，OM也增加8%，全N增加9.6%，全K降低5.6%，有机肥料能够快速培肥土壤。

从表3结果也可以看出，在施用有机肥料的所有处理中，由于有机肥料的松土作用，土壤容重有所降低，M6处理比CK 处理土壤容重降低了0.13 g/cm3，土壤耕层厚度增加3.3 cm。由于有机质的向下移动和有机肥料起泡双重作用，有利于犁底层快速增厚，高量有机肥料处理1 a可以增加犁底层厚度约1 cm，2 a后犁底层增加2.0 cm，可以提高土壤养分和水分保存能，对高岸田快速培肥有很好的作用。对水稻养分分析结果表明，高量有机肥料主要增加稻谷的氮含量（增加粗蛋白质含量），也增加水稻秸秆氮的含量，但对作物体内P、K的影响没有N明显，在所有施用高量有机肥料的M4、M5和M6处理中，稻谷中的N含量明显增加，可以提高水稻的的品质。

图4 水稻籽粒产量

图5 水稻秸秆产量

表2 施用有机肥料3 a后表层土壤（0～20 cm）养分含量变化（2015年）

表3 土壤层次性质和水稻养分变化

2.5 肥料养分利用率及农学效率的关系

肥料施入土壤中，通过转化而被作物吸收利用，肥料利用率和农学效率是评价肥料的主要指标[7]。一般说来，其农学效率高和利用率高的肥料较好。肥料能够平衡提供作物所需要的养分是其提高利用率和农学效率的首要条件和基础，农学效率和肥料利用率也可指导合理使用肥料用量，当肥料利用率趋于降低时，可以减少肥料施用量。

从表4中可见，水稻籽粒中N含量高于秸秆，而K主要在秸秆中。在高量有机肥料处理中，由于秸秆产量高明显增加，水稻吸收的养分总量比CK处理显著增加，M6处理比CK处理增加了50.4%。在秸秆中，M6处理比CK处理的N吸收量高出110.2%，P高出100%，K高出39%；籽粒中N高出45%，P高出30.7%，K高出34.3%。由此可见，有机肥料主要增加秸秆养分吸收作用比籽粒明显。

表4 水稻养分吸收量 （kg/hm2）

表5 肥料养分利用率和农学效率

从表5中也可以看出，养分农学效率表现明显不同，在M1处理中6.3 kg/kg，在M6处理中只有1.7 kg/kg，其肥料养分利用率36.8%和20.8%。养分对生物产量增加作用（生物农学效率）M1是14.7 kg/hm2，M6是6.7 kg/hm2，在所有施肥处理中，从肥料农学效率和肥料养分利用率都以M1处理最好，其次为M2，M6表现最差，可见其猪粪用量15～30 t/hm2为佳。

3 结 论

在高岸田改良中，有机肥料用量10～30 t/hm2的效果最佳。施用有机肥料有降低土壤氧化还原电位和稻田表面水pH值的负作用，但出现时间多在施肥15 d时间内，随着时间延长其负作用逐渐消失。

有机肥料能够快速培肥土壤，改善土壤养分状况，施肥3 a后，土壤OM增加8.0%，土壤全N增加9.6%，全P增加20%以上，有效P增加180%，有效N、K养分也有所增加。土壤容重有所降低，耕层和犁底层有所增加，提高了土壤保持养分的性能。

有机肥料在作物增产上表现增加水稻秸秆产量大于增加籽粒产量，其农学效率也小于生物产量农学效率。农学效率在M1处理中6.3 kg/kg，M6处理中只有1.7 kg/kg，其肥料养分利用率M1处理是36.8%，M6处理只有20.8%。生物农学效率M1是14.7 kg/hm2，M6是6.7 kg/hm2。

[1] 中国农业年鉴编辑委员会. 中国农业年鉴[M]. 北京：中国农业出版社，2008.

[2] 孙 波，赵其国. 红壤退化中质量评价指标及其评价方法[J]. 地理科学进展，1999，18（2）：118-128.

[3] 徐建明，张甘霖，谢正苗，等. 土壤质量与评价[M]. 北京：科学出版社，2010.

[4] 湖南省土壤分类[M]. 长沙：湖南科学出版社，1995.

[5] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京：中国农业出版社.第三版，1999.

[6] 张玉屏，朱德峰，熊 洪，等. 我国水稻种植方式发展与转型[J].农业科学与技术，2012，1（6）：313-319.

[7] 林 葆，林继雄，李家康. 长期施肥的作物产量和土壤肥力变化[M].北京：中国农业科技出版社，1996.

Effects of Organic Fertilizer Amount on Soil Nutrients and Rice Yield in Low Yield Paddy Fields

TANG Xiang-wen1，HUANG Jing2，WANG Bo-ren2
（1. Qiyang County Agricultural Committee of Hunan Province, Qiyang 421600, PRC; 2. Hengyang Red Soil Experimental Station, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hengyang 426182, PRC）

Based on the experiment of 3 years continuous application of organic fertilizer in low yield paddy soil, the results showed that by applying organic fertilizer, the average economic yield of rice increased by 25%, and the yield of straw increased by 47%; in low organic fertilizer treatment, the agronomic efficiency of nutrient was 6.3 kg, and the fertilizer nutrient utilization rate was 36.8%, the agronomic efficiency of nutrient in the high volume treatment was only 1.7 kg/kg, and the utilization rate of fertilizer nutrients was only 20.8%, the optimum dosage of organic fertilizer is 15-30 t/hm2. Applying organic fertilizer can quickly fertilize soil, after 3 years, the soil organic matter, total nitrogen, total phosphorus, available nitrogen, available phosphorus, available potassium content in the application organic fertilizer treatments increased by 8%, 9.6%, 20%, 8.2%, 183.1%, 21.5% respectively, that compared with non-fertilizer treatment.Application of organic fertilizer to increase the total phosphorus and effective phosphorus of the soil was the most obvious, the effective phosphorus increased by 183%, and the soil organic matter increased by 8%, and soil total nitrogen increased by 9.6%. Organic fertilizer can cultivate the paddy soil quickly and increase the yield of rice.

organic fertilizer; low rice yield field; soil nutrient; rice yield

S141

A

1006-060X（2017）09-0033-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.009.009

2016-12-15

国家重点研发计划重点专项（2016YFD0300901、2016YFD 0300902）

唐湘文（1972-），男，湖南祁阳县人，农艺师，从事耕地质量建设管理和土壤培肥技术推广工作。

王伯仁

（责任编辑：肖彦资）