有机肥等氮量替代部分化肥对水稻产量及土壤养分含量的影响

孙加亮田丽云

(1.江苏省盐城市盐都区耕地质量保护站，江苏 盐城 224055；2.扬州大学环境科学与工程学院，江苏 扬州 225127)

水稻是我国当前广泛种植的一种粮食作物，水稻的产量与粮食安全息息相关[1]。在2021年间，水稻在全国范围内的种植面积达到2992.12万hm2，占所有粮食作物种植面积的25.4%，水稻的总产量为2128.45亿kg，占全国粮食总产量的31.2%[2]。在水稻种植时投入适量肥料可以保障水稻的稳产甚至高产。很多研究表明，化学肥料对粮食产量的贡献率很高[3-5]。在以往几十年里，水稻在有限的耕地面积上增长了近3倍的产量，这一结果的出现有一半的功劳可以归结于化学肥料的施用[6]。肥料对作物的增产效果极大提高了人们使用化肥的热情，大大增加了化肥的用量。但是不合理的化肥施用不仅不会增产反而会降低肥料利用率，在减产的同时也会给种植作物的土壤带来负面影响[7]。如土壤养分失衡，土壤中有机质含量下降，土壤团粒结构比例下降，最终导致生产力和肥力下降[8]。

在兼顾作物产量和改善土壤状况的双重考虑下，有机肥替代部分化肥的施肥模式是一项合理的选择[9]。有机肥既具备丰富的营养元素，又含有氨基酸等活性物质。施用有机肥可以提高土壤中的有机质，减缓土壤因长期使用化肥造成的酸化程度，改良土壤结构和培肥地力。有机肥的长效性也意味着有机肥存在着养分供应速率慢的缺点，所以长效性的有机肥和速效性无机肥配施可以取长补短，既满足作物在生育期需求的大量速效养分，也能进行持久的养分供应。在水稻栽培中施用有机肥正逐步被接受，但有机肥替代无机氮肥的比例仍然不明确，所以这仍然是一项值得研究的课题[10]。

本研究以江苏省盐城市盐都区学富镇一处农田为试验田，设置有机肥替代化肥不同比例的处理进行比较。探究不同的替代比例对水稻产量及产量结构、土壤养分含量的影响。目的是找到一个有机肥替代部分化肥的合理比例，做到确保作物产量的同时，能够兼顾改良土壤需要，助力我国有机肥替代化肥技术的发展。

1 材料与方法

1.1 田间试验设计

试验共设5个处理，除无肥区外，各个处理的氮、磷、钾养分总施用量保持一致，分别为360kg·hm-2、90kg·hm-2、90kg·hm-2。具体处理如下：无肥区；常规施肥,所有养分均由化肥供应，包括尿素(含N量46%)、过磷酸钙(P2O5含量12%)、氯化钾(K2O含量60%)；有机肥替代10%的常规化肥，即将总施氮量的10%(36kg·hm-2)用有机肥替代，根据有机肥的含氮量折算出总施氮10%需要的有机肥用量，同时磷、钾化肥的施用量应该用总施磷、钾量减去这部分有机肥中的磷钾含量；有机肥替代20%的常规化肥，即将总施氮量的20%(72kg·hm-2)用有机肥替代，化学肥料用量计算参考前一步处理；有机肥替代30%的常规化肥，即将总施氮量的30%(108kg·hm-2)用有机肥替代,化学肥料用量计算参考前一步处理。

每个处理重复3次，小区面积为30m2，试验区外设置保护行。有机肥及磷钾肥作为基肥一次性施用。化学氮肥运筹为基肥50%，分蘖肥20%，穗肥30%。氮肥、磷肥、钾肥的施用比例(N-P2O5-K2O)为24-6-6，单位为kg·667m-2。

1.2 试验材料

1.2.1 试验地基本情况

试验田在示范区内，土地较为平整。试验地实施“稻-麦”水旱轮作模式，前茬为冬小麦。耕作层(0～20cm)土壤的基本理化性质为pH 6.79，有机质含量为20.9g·kg-1，有效磷含量10.1g·kg-1，速效钾含量117mg·kg-1，碱解氮含量141mg·kg-1。试验区土壤中性偏酸，肥力中等且较均匀，有代表性。

1.2.2 供试肥料

生物有机肥由江苏省南通市瑞华生物工程有限公司提供，总养分为N加P2O5加K2O≥5%。

化肥：普通尿素(含N量46%)、过磷酸钙(P2O5含量12%)、氯化钾(K2O含量60%)。

1.2.3 供试作物名称和品种

水稻品种为“淮稻”。

1.2.4 测定指标

1.2.4.1 水稻的产量和产量构成因素

水稻产量为田间考苗定点实测产。主要考察成熟期水稻穗数、每穗粒数和千粒重等指标。

1.2.4.2 土壤养分测定

土壤采用5点取样法，自然风干，研磨过筛。主要测定指标有pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾。

1.2.5 仪器设备

ML104型电子天平(赛多利斯)、扩散皿、半微量滴定管、恒温箱、往复振荡机、分光光度计、6400A型火焰光度计(上海精科)、油浴消化装置、可调温电炉、秒表、自动控温调节器、重铬酸钾标准溶液、pH计。

1.2.6 试剂

锌-硫酸亚铁还原剂(锌粉及硫酸亚铁为分析纯试剂(国药品牌))，标准酸(使用时稀释100倍)为0.5006mol·L-11/2H2SO4标准溶液(GBW(E)080496，上海市计量所)，H2SO4(GB625-77,分析纯)，SiO2(Q/HG22-562-76，分析纯)，NaOH溶液、H3BO3指示剂溶液、碱性阿拉伯胶液、NaHCO3浸提液、钼锑抗显色剂、磷标准溶液、NH4OAc溶液、钾的标准溶液、FeSO4溶液、邻啡罗啉指示剂按相关标准方法配制。

1.3 测定项目与方法

土壤养分测定方法参考《土壤农化分析》一书[11]；pH，电位法；有效氮，碱解扩散法；有效磷，碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；速效钾，乙酸铵浸提-火焰光度法；有机质，高温外热重铬酸钾氧化-容量法。

1.4 数据分析

数据的整理与计算使用的软件是Microsoft Excel 2003。

2 结果与分析

2.1 有机肥替代比例对水稻产量及产量结构的影响

各处理水稻产量见表1。由表1可知，常规施肥产量在10155kg·hm-2。有机肥等氮量替代化肥的比例在10%～30%时，水稻产量在10004～10507kg·hm-2范围内波动，平均为10235kg·hm-2。在替代比例为10%～20%时，水稻籽粒产量呈现增加趋势。超过20%的替代比例时，水稻籽粒产量不但不再增加，而且开始下降。进一步分析水稻产量结构可以发现，有机肥替代部分化肥的千粒重略高于常规施肥处理，但是在替代10%～20%之间差异不明显，在替代30%时有较大差异。有机肥替代比例的提高对每穗粒数的影响不大。常规施肥的穗数大于替代10%和30%的处理，小于替代20%的处理。

表1 有机肥替代比例对水稻产量及产量结构的影响

2.2 不同化肥替代措施对土壤养分含量的影响

各处理土壤养分含量测定结果见表2。从表2中可以看出，与全面施用无机化肥相比，有机-无机配施可以在一定范围内提高土壤pH。有机肥替代化肥比例越高，土壤中有机质含量越多，其中替代30%处理的土壤有机质含量最高，为34.8g·kg-1，与全部施无机肥相比，施用有机肥可以提高土壤碱解氮含量，土壤有效磷含量在各处理间差异很小。速效钾会随有机肥替代比例的增高，表现出先升后降的趋势。其中，替代20%氮处理的土壤速效钾含量最高，为159mg·kg-1，替代10%氮处理的土壤速效钾含量最低，为152mg·kg-1。

表2 有机肥替代比例对土壤养分含量的影响

3 结论与讨论

3.1 讨论

毛伟等[12]设置了从替代10%～50%共5个处理，来研究有机肥不同替代比例对作物产量及土壤理化性质的影响；通过2a的替代试验，得出了有机肥替代化肥的合理比例在20%～30%；在替代试验的第1年里，产量最优的是替代范围在10%～20%的处理，这一结果与本研究结论基本一致。周运陆等[13]比较了有机肥替代化肥4种不同比例对水稻产量与氮素吸收利用率的影响；结果表明，有机肥替代部分化肥能明显增加土壤中碱解氮的含量，且当替代比例为25%时，水稻产量最高。饶梅力[14]进行了有机肥部分替代化肥对水稻产量和品质的研究，得出了水稻株高、有效穗、千粒重以及理论产量随着有机肥替代比例的增加呈下降趋势的结论。由于其试验只设置了替代33.33%和100% 2个替代比例，样本太少且替代比例差距过大，不能较好地体现出数据的平滑过渡。本试验设置更细化的替代比例，得出了水稻产量随替代比例增加呈现先增后减的趋势。刘明月[15]研究了有机肥替代10%、20%、30%、40%、50% 5种比例对稻麦产量和土壤养分的影响，发现作物增产和改良土壤分别有不同的最优替代比例；在替代比例为20%时，增产效果最为明显，在替代比例为40%时，提升土壤肥力效果最好。

3.2 结论

通过田间试验，在等氮量条件下，以单施化肥为对照，研究有机肥替代化肥不同替代比例对水稻产量及土壤养分的影响。主要结论如下。

关于水稻产量，有机肥替代化肥的比例在10%～30%时，均不会对水稻造成明显减产，水稻籽粒产量呈现先升后将的趋势。当替代比例为20%时，水稻籽粒产量最高，为10507kg·hm-2，比常规处理增产3.5%。关于水稻产量结构，有机肥的施用比例的增加对水稻千粒重有一定提升效果，对每穗粒数的影响较小。

关于土壤养分，与全面施用无机化肥相比，有机-无机配施可以在一定范围内降低土壤酸化程度。随着有机肥替代比例的提高，土壤有机质、碱解氮含量不断增加。土壤速效钾含量会随有机肥替代比例的增高，表现出先升后降的趋势。

施用化肥对于农业生产来说有着毋庸置疑的提高土壤肥力及增产的能力。追求高产的同时也会带来过量施用化肥的可能，而过量施用化肥带来的减产和污染不仅与人们增产的初衷背道而驰，同时也将负面影响作用在环境上。有机肥作为一种具备丰富营养元素的长效性肥料，其施用必然可以提高土壤中的有机质含量，改良土壤结构和培肥地力。根据本试验研究结果，针对当地的水稻种植，有机肥替代部分化肥的比例在20%左右最优，既可以保障水稻产量，又可以改良土壤。