化肥减量配施商品有机肥对土壤肥力及水稻产量的影响

张 琳，吕玉虎，郭晓彦，史鹏飞，聂良鹏，张丽霞，丁 丽，凌敬伟，潘兹亮

（信阳市农业科学院，河南 信阳 464000）

水稻作为豫南地区的主要粮食作物，常年种植面积为43万hm2，占全省水稻总面积的83.4%［1］，水稻的优质高产对保证豫南地区的粮食供应和社会稳定起到非常重要的作用。

近年来水稻生产中盲目施肥现象普遍存在，化肥特别是氮肥施用量逐年增加，虽然一定程度上提高了作物产量，但是同时也带来一系列的生态环境问题，如土壤肥力退化、农产品质量下降、环境污染等负面效应，直接威胁到农业的安全生产［2，3］。有机肥能有效地提高土壤肥力，促进土壤有机质的增加和更新［4］。有机肥与化肥配施对土壤全氮、全磷、碱解氮、有效磷及有效钾含量等肥力指标均有不同程度的提高，培肥效果好［5］。由于有机肥运输、施用成本较高，河南省稻田施用有机肥占比很少，多数稻田基本上未施用有机肥，有机肥是否能够替代化肥需要进行一系列的试验证明。因此，合理的有机肥与化肥配施是建立可持续农业发展战略的有效途径。本研究探讨了在化肥用量减少10%和20%的情况下，配施不同量商品有机肥对土壤肥力以及水稻产量的影响，以期为豫南稻区化肥的合理利用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

研究于2017年3月至2018年10月在信阳市农业科学院试验园区（114°05′E，32°07′N）进行。该地属亚热带向暖温带过渡区，日照充足，年均日照时数1 900～2 100 h；年平均气温15.1～15.3℃；降水丰沛，年均降水量900～1 400 mm，空气湿润，相对湿度年均77%。供试土壤为水稻土（耕层土壤质地为黏壤土），试验前土壤pH 6.7、有机质25.4 g∕kg、碱解氮81.5 mg∕kg、有效磷10.5 mg∕kg、速效钾58.2 mg∕kg。试验田栽培管理同一般高产田。

1.2 供试材料

供试氮肥为尿素（含纯N 46%），磷肥为普钙（含P2O511%），钾肥为氯化钾（含K2O 60%）。商品有机肥的养分含量N+P2O5+K2O为5.3%，有机质含量73%。供试水稻品种为Y两优689。

1.3 试验设计

根据有机肥和化肥施用量，设置7个处理，包括对照和6个不同类型的配施处理，试验随机区组设计，3次重复。处理分别为100%F（Y1，CK）、90%F+OF750（Y2）、90%F+OF1125（Y3）、90%F+OF1500（Y4）、80%F+OF750（Y5）、80%F+OF1125（Y6）、80%F+OF 1500（Y7）。其中，100%F指当地常规施肥量，全部施用化肥，施肥量为N 150 kg∕hm2、P2O575 kg∕hm2、K2O 105 kg∕hm2；90%F、80%F分别为施用90%、80%的常规施肥量；OF指的是施用商品有机肥，数字表示施肥量，单位kg∕hm2。氮肥按照基肥∶分蘖肥∶孕穗肥=5∶3∶2分次施入，磷肥全部基施，钾肥按基肥和穗肥各50%施用。

水稻于2018年5月14日划行移栽，小区栽插密度16.7 cm×20.0 cm，每穴2～3棵基本苗。移栽后灌浅水使秧苗返青，分蘖肥在移栽后1周施用，孕穗肥在晒田复水后施用。每小区长3.3 m，宽2.0 m。小区间筑0.3 m宽的埂，并覆塑料薄膜防止串水串肥，区组间留0.5 m宽的沟，便于进排水。

1.4 样品采集与测定

1.4.1 水稻叶片叶绿素SPAD测定 施肥第7天测定水稻叶片叶绿素SPAD，对每个小区中5株水稻的倒一叶至倒四叶进行SPAD测定，最终由同一小区、同一叶位的5个SPAD的平均值代表该小区该叶位的叶色情况。

1.4.2 产量及其构成因素测定 成熟期每个处理取具有代表性的植株10穴，测定株高和有效穗、穗粒数、实粒数，风干后测定千粒重。各小区单打单收，风干后，测定子粒产量。

1.4.3 测定项目及方法 水稻收获后在小区内采集耕层混合土样（0～20 cm），风干过筛后测定。土壤pH用pH计测定，碱解氮采用碱解扩散法，速效磷采用Olsen法，速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定，土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定［6］。

1.5 数据分析

采用Excel 2007软件进行数据整理，用SAS 9.2进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水稻农艺性状的影响

不同处理水稻农艺性状见表1。从表1可以看出，在改变化肥用量条件下，配施不同量的商品有机肥处理对水稻的有效穗和穗粒数没有显著影响，但对株高、实粒数、结实率和千粒重有不同程度的影响。除Y3处理外，各处理株高显著高于对照Y1。90%F的3个处理（Y2、Y3、Y4）水稻平均株高为124.2 cm，80%F的3个处理（Y5、Y6、Y7）水稻平均株高也为124.2 cm，均高于对照Y1。有效穗、穗粒数、实粒数均是Y2最多，对照Y1最少。在90%F的3个处理中，Y2表现效果较好，与对照Y1相比，株高、实粒数、结实率和千粒重均有显著增加，增幅分别为4.39%、17.92%、4.29%、4.13%。在80%F的3个处理中，Y5表现效果较好，与对照Y1相比，株高、结实率和千粒重均有显著增加，增幅分别为4.31%、4.78%、3.06%。这说明配施商品有机肥有助于改善水稻的农艺性状，但商品有机肥的施用量不是越高越好。

决定水稻产量高低的主要因素是有效穗数、实粒数、千粒重。由表1可知，影响各处理水稻产量的因素为千粒重。Y2至Y7的千粒重由多到少的顺序为Y4、Y2、Y7、Y5、Y6、Y3，比对照Y1增加0.94%～4.99%，其原因可能是单施化肥在水稻生长前期供肥过旺、后期供肥不足，而商品有机肥配施化肥在水稻全生育期都有充足的养分供应，有利于水稻后期子粒生长。

表1 不同处理水稻农艺性状

2.2 不同处理对水稻产量的影响

不同处理稻谷产量见表2。由表2可知，Y3、Y4、Y7处理水稻产量显著高于对照Y1。各处理产量由高到低的顺序为Y3、Y7、Y4、Y6、Y2、Y5、Y1，比对照Y1增产5.74%～13.54%。90%F的3个处理水稻平均产量为9 803 kg∕hm2，80%F的3个处理水稻平均产量为9 621 kg∕hm2，均高于对照Y1，表现为90%F＞80%F＞100%F。在80%化肥用量条件下，商品有机肥配施量越多，水稻的产量越高。从有机肥施用量看，OF750的2个处理（Y2和Y5）水稻均产为9 416 kg∕hm2，OF1125的2个处理（Y3和Y6）水稻均产为9 789 kg∕hm2，OF1500的2个处理（Y4和Y7）水稻 均 产 为9 931 kg∕hm2，均 高 于 对 照Y1，表 现 为OF1500＞OF1125＞OF750＞Y1。OF1500的2个处理的产量与Y1差异显著，表明施用有机肥1 500 kg∕hm2时不仅可以减少10%～20%的化肥量且能增加水稻产量。

表2 不同处理水稻产量

2.3 不同处理对水稻叶片叶绿素SPAD的影响

不同处理的水稻叶片叶绿素SPAD见表3。从表3可以看出，在施入底肥7 d后（5月28日，分蘖期），90%F的3个处理中，除Y2处理外，其他2个处理的叶绿素SPAD与全施化肥对照相比差异不显著，但是配施有机肥的稍高，80%F的其中2个处理（Y6和Y7）的叶绿素SPAD与全施化肥对照相比差异显著；在施入分蘖肥7 d后（6月6日，孕穗期），Y3处理的叶绿素SPAD与全施化肥对照相比差异显著，OF1500的2个处理（Y4和Y7）叶绿素SPAD与全施化肥对照相比稍低，但是差异不显著；在施入孕穗肥7 d后（7月16日，齐穗期），90%F的其中2个处理（Y2和Y3）的叶绿素SPAD与全施化肥对照相比差异显著。这说明减施化肥10%的情况下，有机肥效果比较稳定且长效，减施化肥20%的情况下，配施1 125 kg∕hm2或1 500 kg∕hm2有机肥在分蘖期表现较好，在后期与单施化肥表现基本一致。

表3 不同处理水稻叶片叶绿素SPAD

2.4 不同处理对成熟期土壤肥力的影响

由表4可以看出，与全施化肥对照相比，化肥配施有机肥处理的耕层土壤碱解氮含量均显著提高，各处理土壤碱解氮含量提高幅度为18.75%～181.25%。在等量化肥处理下，随着有机肥施用量增加，水稻土壤中的碱解氮显著增加，同时，在等量有机肥处理下，90%化肥处理土壤碱解氮含量均显著高于80%化肥处理，增幅为9.21%～110.98%。在90%和80%化肥处理下，土壤碱解氮含量均以1 500 kg∕hm2有机肥最高，分别达180 mg∕kg和136 mg∕kg。所以有机肥与化肥配施可适当减少化肥施用量，从而减少化肥对土壤面源污染的负荷，同时也可使有机肥得到合理利用。

表4 不同处理对水稻成熟期土壤肥力的影响

与全施化肥对照相比，随着有机肥施用量增加，水稻土壤中的速效磷含量增加，且在90%化肥配施1 500 kg∕hm2的有机肥处理下达显著水平，增幅为89.20%。在等量有机肥处理下，90%化肥处理较80%化肥处理对土壤速效磷含量的影响只在1 500 kg∕hm2的情况下表现出显著增加，增幅为54.88%。

化肥配施有机肥各处理土壤速效钾含量与全施化肥对照相比差异不显著；90%和80%化肥处理下，水稻土壤中的速效钾含量随着有机肥施用量增加而增加；等量有机肥处理下，化肥的施用对土壤速效钾含量的影响不明显，80%化肥处理要略高于90%化肥处理。

土壤有机质含量增加趋势与土壤速效钾含量增加趋势相似。配施有机肥的各处理的土壤耕层有机质含量均高于全施化肥对照，只有在80%化肥配施1 500 kg∕hm2有机肥处理下有机质含量达显著水平，增幅为64.60%。在等量有机肥处理下，当有机肥施用量为1 500 kg∕hm2时，80%化肥处理较90%化肥处理土壤有机质含量表现出显著增加，增幅为35.55%。

有机肥配施减量化肥各处理间的土壤pH差异不显著，但是有机肥的施用有降低土壤pH的趋势。

总体来讲，随着有机肥施用量的增加，土壤中碱解氮、速效磷、速效钾含量均呈增加的趋势，原因是有机肥富含这些速效养分，而且在有机肥矿化过程中也会产生大量的速效养分，从而使其进一步提高。

3 小结与讨论

随水稻土壤有机肥施用量的增加，土壤pH呈下降趋势，即大量施用有机肥可在短时间内降低土壤pH，使土壤趋向酸化。刘世亮等［7］也有类似研究结果，其下降的原因是因为有机质中含有大量的腐殖质，在其分解的过程中产生大量质子，从而在一定程度上降低土壤pH。随着有机肥施用量的增加，土壤碱解氮含量显著增加，速效磷含量呈增加趋势且在减施10%化肥配施1 500 kg∕hm2商品有机肥处理下显著增加，速效钾含量也呈增加趋势；而化肥施用量增加，仅增加土壤中碱解氮含量，速效磷含量在1 500 kg∕hm2有机肥处理下显著增加，对速效钾含量影响不明显。所以，有机肥与化肥配施，可适当减少化肥施用量，从而可减少化肥对土壤面源污染的影响，也可使有机肥得到合理利用。

90%和80%化肥用量条件下，配施不同量的商品有机肥处理对水稻的有效穗和穗粒数没有显著影响，但对株高、实粒数和千粒重有不同程度的影响，其中实粒数和千粒重影响着水稻的产量。对水稻产量的分析发现，随着商品有机肥配施量的增加，水稻的产量整体表现出增加趋势，此结果与高菊生等［8］、徐明岗等［9］的结果相似。

水稻生长各时期的叶片叶绿素SPAD从氮供应方面反映了配施商品有机肥后水稻整个生长期内养分供应情况。本研究结果显示商品有机肥和化肥配施能增加水稻叶片叶绿素SPAD，即增加叶绿素含量，促进光合作用，进而增加水稻产量。

施用有机肥1 125 kg∕hm2时可以减少10%的化肥用量且能增加水稻产量，施用有机肥1 500 kg∕hm2时可以减少20%的化肥用量且能增加水稻产量。

通过化肥和有机肥配施，可以提高土壤的速效养分含量和产量，如果完全采用有机肥作为水稻生长的养分来源，是否能减少更多的化肥用量或者在短期内不施用化肥，仍需要开展研究进行探讨。