长期施用有机肥对稻田土壤理化性状的影响

张祺，孙万春，俞巧钢，周家昊1, ，林辉，周建利，马军伟*

(1.长江大学 农学院，湖北 荆州 434025；2.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

化肥的长期大量施用，在给我国粮食产量带来飞速增长的同时，也造成了肥效下降、水土流失、土壤板结等一系列土壤与生态环境问题[1-3]。有机肥含有大量营养物质和有益菌种，与化肥配施后，兼顾化肥的速效性和有机肥的持续性等优点，可以促进土壤养分循环、改善土壤结构和增加土壤肥力[4-7]。在限制化肥大量施用的农业大环境下，为保护耕地和维持粮食产量品质，有机无机肥配施已成为化肥减量增效和提高土壤质量的一种重要手段。

目前，有机肥配施化肥在提高土壤质量方面已有大量研究。崔红艳等[8]研究表明，有机肥降低了水分在土壤中的移动速度，增强了土壤的持水能力。石丽红等[9]通过长期定位试验发现，有机无机肥配施处理下土壤肥力的可持续利用效果高于单施化肥处理。吕真真等[10]和魏晓兰等[11]研究结果证实，有机肥通过调节土壤氮、磷、钾的水溶态和吸附结合态的比例，可提升土壤氮、磷、钾养分的供给水平。本研究通过长期定位田间试验(6年)，在水稻-油菜轮作模式下，探究不同用量有机肥配施化肥对稻田土壤理化性状的影响，明确培育健康稻田土壤最佳有机肥用量，以期为科学指导水稻生产有机替代、化肥定额制的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

长期定位试验点位于浙江省绍兴市越城区孙端镇国成家庭农场内，供试土壤为青紫泥水稻土，种植制度为油菜-单季稻轮作，试验从2013年6月开始进行，试验前土壤基本理化性质：pH 5.75、有机质36.49 g·kg-1、全氮1.79 g·kg-1、有效磷5.83 mg·kg-1、速效钾61.0 mg·kg-1。

供试水稻品种为绍粳18号。供试有机肥为宁波慈溪中慈生态肥料有限公司生产猪粪有机肥,其理化性状为水分(鲜样)29.50%、N 22.8 g·kg-1，P2O528.6 g·kg-1，K2O 28.6 g·kg-1，有机质558.4 g·kg-1，试验化肥为尿素、磷酸二氢铵和氯化钾，均从市场购买。

1.2 试验处理

试验设5个处理：CK，不施肥；CF，单施化肥；M1，施有机肥2 250 kg·hm-2；M2，施有机肥4 500 kg·hm-2；M3，施有机肥9 000 kg·hm-2。各施肥处理施氮量相等，有机肥当季矿化率计为70%，有机肥处理养分不足部分用化肥补足，具体施肥量见表1。水稻种植方式为基肥施用后1周移栽水稻，有机肥、磷肥、钾肥均做基肥(每年6月施用)；氮肥的60%做基肥，剩余氮肥分两次做追肥，分别在分蘖期、拔节期施用，基追肥比为6∶2∶2。采用随机区组排列，设3次重复，共15个小区。试验小区面积为20 m2，小区间用水泥田埂隔开，排水沟排水，保证各小区独立水肥管理。各田间日常管理一致，每季收割水稻、油菜后，各小区秸秆均就地全量还田。油菜季有机肥施用处理与水稻季一致，施肥总量为N 255 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2、K2O 60 kg·hm-2。

表1 试验处理及肥料施用量

1.3 样品采集与测定方法

2020年11月水稻收获后，采用环刀法在田间测定土壤容重、孔隙度和田间持水量。根据“S”采样法采集小区耕层(0～20 cm)土壤，土壤风干研磨后分别过2 mm筛和0.149 mm筛。根据《土壤农化分析》[12]的分析方法测定土壤肥力指标：pH采用电位法测定，有机质测定采用重铬酸钾氧化—容量法，总氮含量采用Vario ISOTOPE CUBE元素分析仪测定，总磷含量采用碱熔-钼锑抗显色法测定，总钾含量采用碱熔-火焰光度法测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用Olsen法测定，速效钾含量采用乙酸铵-火焰光度法测定。

1.4 数据处理

试验数据的计算整理和统计分析分别采用Microsoft Excel 2019和IBM SPSS Statistics 22统计分析软件，利用Duncan法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 土壤孔隙度、田间持水量和土壤容重

土壤孔隙中充满着水和气体，孔隙度的大小反映了土壤的透水性与透气性。田间持水量是土壤所能稳定保持的最高土壤含水量，也是保证作物有效吸收的最高土壤含水量。土壤容重的大小对土壤透水性和透气性有显著的影响。从表2 可以看出，有机肥处理的M2和M3土壤总孔隙度显著高于CF和CK处理(P<0.05)，M1、M2和M3处理间土壤总孔隙度差异虽然没有达到显著程度，但表现出随着有机肥施用量的增加而上升的趋势。各施肥处理的田间持水量均差异不显著，但随着有机肥用量的增加有上升趋势，其中M2、M3显著高于CK。3种有机肥处理的土壤容重均显著低于CF和CK，不同用量有机肥处理之间土壤容重差异不显著。结果表明，长期施用有机肥有利于改善土壤物理性状，培育健康土壤。

表2 不同施肥处理对土壤总孔隙度、田间持水量和容重的影响

2.2 土壤pH和有机质

图1显示，与CF相比，M1和M2的土壤pH差异不显著，当有机肥施用量不断增加时，土壤pH随之提高，M3处理的土壤pH显著高于M1、CF和CK(P<0.05)，比CF提高0.36个单位。CF与CK土壤有机质含量无显著差异，与CF、CK相比，M1、M2和M3处理土壤有机质含量显著提高，比CF分别提高了13.3%、13.1%和33.3%，M3处理显著高于M1、M2(P<0.05)。结果表明，长期施用有机肥能显著提高稻田土壤有机质含量，只有9 000 kg·hm-2用量有机肥才能明显提高土壤pH。

柱间不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，图2～4同。

2.3 土壤全氮和碱解氮

由图2可知，与CF相比，施用有机肥显著增加了土壤全氮含量，M3处理土壤全氮含量显著高于M1和M2处理，比CF提高20.63%。碱解氮包括无机氮和部分结构简单易分解的有机氮，能反映土壤近期的供氮状况，CF、M1和M2处理间土壤碱解氮含量无显著差异，均显著低于M3处理，M3处理的土壤碱解氮含量比CF处理提高了14.94%。在等氮处理的情况下，有机肥替代部分化肥能有效提高土壤氮的养分状况，其速效氮养分供应也不会差于全化肥处理。

图2 不同施肥处理对土壤全氮和碱解氮含量的影响

2.4 土壤全磷和有效磷

从图3中可知，施用有机肥可显著增加土壤全磷和有效磷的含量。M1、M2和M3处理土壤全磷含量显著高于CF处理，且随着有机肥施用量的增加而逐渐提高，不同处理土壤全磷含量的大小顺序为M3>M2、M1>CF>CK。不同处理土壤有效磷含量大小排列为M3>M2>M1、CF>CK，土壤有效磷含量随着有机肥施用量的增加而显著提高，M3有效磷含量分别是M2、M1、CF处理的0.68、1.20、1.20倍。表明，施用有机肥能显著提高稻田土壤磷的养分供应，土壤有效磷对有机肥施用量的响应更为明显。

2.5 土壤全钾和速效钾

如图4所示，与CF相比，M2和M3处理土壤全钾含量无显著差异，M1处理土壤全钾含量甚至低于CF处理。不同处理土壤速效钾含量大小顺序为：M3>M2>M1、CF>CK，有机肥能显著提高土壤速效钾的含量，不同用量有机肥处理间差异显著，随着施用量增加而显著提高。土壤全钾仅表现土壤中钾的储量，绝大部分为矿物钾，极难被作物吸收，土壤给植物的供钾水平主要由土壤速效钾含量来体现，而有机肥能提供速效钾养分，有机肥配施化肥的土壤供钾能力优于单施化肥。

3 小结与讨论

试验结果表明，有机肥配施化肥对改善土壤物理状况和提升土壤肥力方面优于单施化肥处理。有机肥含有大量有机物质，促进了微生物的生长繁殖，并经矿化后降解释放小分子有机酸，促进作物根系的生长，微生物分泌的物质可以胶结土壤颗粒形成大团聚体，从而提高土壤孔隙度，改善土壤结构，降低土壤容重，提高土壤透水透气性[13]。有机肥与化肥配施，促进有机肥矿化，同时提高化肥利用率[14]，减少化肥养分损失，既增加土壤氮、磷、钾的速效养分，又延长肥效，提高土壤供肥能力[15]。有机肥配施化肥作为一种科学的、可行性更强的、更优的施肥方式，是减少化肥施用，培育健康土壤的重要途径。

不同有机肥施用量对土壤物理性质和肥力水平的影响有所差异。等氮用量下，长期施用有机肥能显著改善稻田土壤物理性状，提升土壤氮、磷、钾等养分的供应能力。在水旱轮作模式下，结合秸秆还田，每季有机肥施用量要高于或等于4 500 kg·hm-2时才有较好的培肥效果，每季9 000 kg·hm-2有机肥施用量效果最佳，氮肥替代量可达32%～64%。