稻油轮作模式下中药菌肥部分替代化肥对土壤理化性质及稻油作物产量的影响

张翰林 李双喜 张润柏 沈淑云 吕卫光

（1上海市农业科学院生态环境保护研究所，上海 201403；2上海大度农业科技有限公司，上海 202164）

近年来，随着化肥的大量应用，土壤肥力下降、土壤板结、养分流失等现象频发[1]。中药菌肥是由多味中药材根据不同药理药性螯合后，再添加植物所需营养物质螯合而成[2]。中药菌肥等有机物质替代化肥应用于作物生产，可有效改善大量应用化肥所造成的负面影响，但最佳替代比例却始终因不同区域、作物轮作类型和土壤条件而有所不同[3]。鉴于此，笔者以上海地区水稻-油菜轮作系统为研究对象，通过设置大区试验的方式，进行了不同中药菌肥替代化肥比例对稻油产量及土壤质量的影响试验，以期在增产或稳产的基础上，筛选出适用于稻油轮作模式下最佳的中药菌肥替代化肥比例，为稻油轮作系统的生态可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年稻季在上海市崇明区三星镇开展，种植模式为稻油轮作。试验前部分农田土壤背景值表现为：pH 8.9、有机质含量19.1 g/kg、速效氮含量53 mg/kg、速效磷含量23.1 mg/kg、速效钾含量200 mg/kg。

1.2 试验设计及实施

供试水稻品种为“花优14”，采用机插种植方式，供试油菜品种为“中双9号”。试验采用大区试验，共设4个处理，分别为：（CK）不施肥空白处理、（CT）常规施肥处理、（MT20%）中药菌肥替代20%化肥、（MT40%）中药菌肥替代40%化肥。每个处理重复3次，每个大区面积为667 m2。各个大区间设置小田埂，田埂宽30 cm，并高出大田30 cm，在每个大区的两头开通灌水沟和排水沟，灌排分开，沟宽0.3 m、深0.2 m。各试验大区除水稻季与油菜季肥料用量不同外，其他田间管理措施与当地高产田块相同。常规施肥处理为全化肥处理，稻季和油菜季肥料用量均为复合肥（12-15-12）40 kg和尿素27.5 kg，中药菌肥替代化肥处理为所用中药菌肥进行养分含量测定后，按照纯氮量替代20%和40%化肥用量进行施用，其余部分肥料施用复合肥和尿素。中药菌肥为上海大度农业科技有限公司提供的“绿管稼”牌中药菌肥。

1.3 测定项目与方法

在每季作物收获时进行作物产量测定，并取耕层0～20 cm的土壤样品进行土壤理化性质测定。采用电位法（水∶土=2.5∶1）测定土壤pH，采用重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量，采用凯氏定氮法-自动定氮仪测定土壤全氮含量，采用酸溶-钼梯抗比色法测定全磷含量，采用氢氧化钠熔融法-火焰光度计测定全钾含量，采用直接蒸馏法测定速效氮含量，采用碳酸氢钠提取-钼梯抗比色法测定速效磷含量，采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定速效钾含量[4]。

2 结果与分析

2.1 土壤理化性质变化

由表1可知，在2个中药菌肥处理的稻收获季土壤理化性质中，MT20%处理的土壤有机质含量比CT处理高10.5%，但MT40%处理与CT处理的土壤有机质含量差异不大。在速效养分方面，MT20%处理的土壤速效氮、磷、钾含量较CT处理有显著提升，分别比CT处理高1.9%、6.7%、4.5%，这可能与中药菌肥养分释放缓慢有关。MT40%处理仅有速效磷含量高于CT处理，速效氮和速效钾含量均低于CT处理，说明不同的中药菌肥替代化肥比例对土壤速效养分的影响差异显著，高比例替代化肥在速效养分供应方面可能有一定的负面影响。在土壤背景为碱性的情况下，与CT处理相比，MT20%处理的土壤pH降低0.06，而MT40%处理的土壤pH则与CT处理无明显差异。

表1 稻收获季土壤理化性质

由表2可知，与CT处理相比，2个中药菌肥处理的油菜收获季土壤有机质含量有所提升，同时较稻季结束时的土壤有机质含量也均有提高，MT20%处理和MT40%处理分别比CT处理高14.1%和7.6%。在速效养分方面，MT20%处理显著提升了土壤速效氮、速效磷、速效钾的含量，比CT处理分别高31.6%、20.9%和3.0%。MT40%处理仅速效磷含量高于CT处理，速效氮和速效钾含量均低于CT处理，与稻季结果一致。在土壤背景为碱性的情况下，与CT处理相比，MT20%处理和MT40%处理的土壤pH均有所降低，分别减少0.05和0.10。随油菜季的结束，中药菌肥替代化肥的优势逐步放大，其中MT20%处理对土壤养分的改良效果更为显著。

表2 油菜收获季土壤理化性质

2.2 作物产量结构变化

由表3可知，2个中药菌肥处理中仅有MT20%处理的产量高于CT处理，增产幅度为2.0%，MT 40%处理的产量低于CT处理。由此可知，随着中药菌肥替代化肥比例升高，水稻产量随之降低。这主要是由于中药菌肥替代20%化肥处理有效提升了每穗实粒数，提升幅度为10.9%，其单位面积水稻的有效穗数和千粒重与CT处理间无显著差异；而MT 40%处理产量低于CT处理的主要原因是每穗实粒数和千粒重均降低。

表3 水稻产量结构分析

由表4可知，与CT处理相比，MT20%处理显著提升了油菜的株高、单荚籽粒数和单株有效角果数，分别提高了11.0%、15.6%和9.3%，处理间千粒重差异不大，最终在籽粒产量上高出CT处理26.3%，但在总生物量上无明显差异。中药菌肥替代化肥可显著提高油菜的经济价值，从绿肥翻耕入田来说，与CT处理差异不大。在株高、单荚籽粒数、千粒重和籽粒产量方面，MT40%处理与CT处理相仿，但总生物量则显著低于CT处理。因此，中药菌肥替代40%化肥可以保证油菜籽粒产量基本不受损失，但生物量显著降低，说明适量中药菌肥替代化肥可以有效提高肥料利用率。

表4 油菜产量结构分析

3 结论与讨论

试验结果表明，适宜的中药菌肥替代化肥的比例可有效提高水稻产量和油菜籽粒产量。与常规施肥处理相比，中药菌肥替代20%化肥处理可分别提升水稻产量和油菜籽粒产量2.0%和26.3%，并可显著提高水稻和油菜当季土壤有机质和速效养分含量，降低土壤pH。

综上所述，在上海地区，中药菌肥替代化肥最佳比例为20%，这一肥料运筹方式可有效提高水稻-油菜轮作系统的作物产量，并可改善土壤理化性状。在未来的研究中，应进一步优化中药菌肥与有机肥配施方案，长期定位研究中药菌肥施用对水稻生长性状及土壤理化理性的影响，为施用中药菌肥的可行性提供研究基础。