有机肥部分替代化肥对水稻生产的影响

朱爱玲

（福建省南平市农田建设与土壤肥料技术推广站，福建南平 353000）

南平市是福建的粮仓，南平市浦城县位于福建省最北端，是南平市八个国家级的商品粮基地县之一，水稻是浦城县农业最重要的产业。2020年浦城水稻播种面积2.83万hm2，产量达19.88万t[1]。水稻产量、品质受水稻品种遗传特性和环境条件的综合影响[2]，在诸多环境因子中，肥料是重要的影响因素[3]，施肥是影响土壤物理、化学性质以及农业可持续利用的措施之一[4]。肥料是作物的粮食，化学肥料作为重要的农业资源，在提高作物产量上起到主要作用[5]，但农业生产中过分依赖化肥和化肥过量使用现象比较普遍，并因此引起一系列环境问题，如土壤酸化、土壤养分失调、面源污染等[6]，研究表明：有机肥养分元素全面而肥效缓，对环境负面影响小，无机肥料养分单一而含量高，肥效快，但对环境负面影响大[7]，化肥减量已成为农业绿色发展的必由之路，但盲目的减量可能导致作物减产[8]，而有机肥部分替代化肥是减肥增效的主要途径之一[9]。为扎实推进农业部“耕地质量保护与提升行动”和“化肥使用量零增长减量化行动”，促进农业绿色发展，探索有机无机肥合理配比和有机肥替代化肥适宜用量，为科学合理配施提供依据，分别在2019、2020年单季稻上开展了本次试验。

1 试验材料与方法

1.1 试验地概况

试验设在浦城县莲塘镇山桥村潘墩畈试验基地（118.50°E，27.95°N）不同地块进行。试验地前茬作物油菜，油菜秸秆实施粉碎还田。供试土壤为灰泥田，肥力中等水平，土壤基础理化性状见表1。

表1 试验地土壤基础养分含量

1.2 供试材料

供试作物为水稻，2019年、2020年试验品种分别为嘉禾优10号、嘉丰优2号，供试化肥为N∶P2O5∶K2O 为25∶10∶16水稻配方肥，供试有机肥为南平旺土有机肥厂生产的有机肥（其中有机质质量分数（以烘干基计）≥45%，总养分（N+P2O5+K2O）的质量分数（以烘干基计）≥5%，烘干基N∶2.6%，P2O5∶4.2%、K2O∶2.8%）水分（鲜样）的质量分数：30%）。

1.3 试验设计

试验共设5个处理：CK：全化肥处理（配方施肥）；T1∶80%化肥+20%有机肥；T2∶60%化肥+40%有机肥；T3∶40%化肥+60%有机肥；T4∶纯有机肥处理。全化肥处理施用水稻配方肥（N∶P2O5∶K2O=25∶10∶16）复合肥675kg/hm2（其中基肥占40%，分蘖肥占20%，孕穗肥40%），全有机肥处理施南平旺土生产的有机肥，有机肥100%做基肥。试验设三次重复，采用随机区组排列，小区以地沟隔开，每小区面积30m2（长10m，宽3m）。

表2 不同处理施肥情况（kg/hm2）

1.4 田间管理

试验分别于2019年、2020年5-10月份进行，5月份播种，秧龄一个月，6月份插秧，并施基肥，插秧后7天施分蘖肥，插秧后35-40天施孕穗肥，10月收获水稻；水稻生长期间分别采用20%氯虫苯甲酰胺悬浮剂、25%噻嗪酮悬浮剂、3%井冈霉素水剂防治水稻稻纵卷叶螟、稻飞虱、纹枯病，小区单打单收，实割测产。

1.5 项目测定及方法

水稻生物学性状测定：水稻成熟时期，每个处理抽查5株进行生物学性状观察记载；水稻产量统计：10月水稻成熟收获后对各小区产量进行实割测产；土壤养分分析方法：采用鲁如坤[10]方法测定土壤理化性状；数据统计与分析采用Microsoft Excel办公软件进行数据分析，对试验各处理的经济性状、产量等进行方差分析和显著性检验。

2 结果分析

2.1 不同处理对水稻生物学性状影响

水稻成熟时对各处理小区进行生物学性状观察，结果见表3。

表3数据显示，两年试验分别以T1与CK株高最高，以T4最低；2019年试验以T1最高，其株高顺序依次为T1＞CK＞T3＞T2＞T4，且各处理间差异不显著；2020年度试验株高以 CK最高，其株高顺序为CK＞T1＞T2＞T3＞T4，且 CK与其余各处理间差异达显著水平。丛穗数：两年均以CK处理最多，其次为T1，依次顺序为是CK＞T1＞T2＞T3＞ T4，同时CK、T1、T2均与T4间的差异达显著水平。穗长：2019年度表现为T1最长，2020年度CK穗长超过T1，但各处理间差异均不显著。穗粒数：两年试验均以T1表现为最多，以T4最少，2019各处理间差异显著，2020年各处理间差异不显著。结实率：2019年度以CK最高，其次是T4，最低的是T1，各处理间差异不显著，2020年度以T4最高，其次是CK，但CK、T1、T2与T4间差异不显著。千粒重：均以T4最高，其他处理相当，各处理间差异不显著。

表3 2019、2020年度各处理水稻生物学性状表

2.2 不同处理对水稻产量影响

试验当年10月份水稻成熟后对各小区产量进行实割测产，结果见表4，由于2019、2020年度试验品种不同，因此只做年度试验处理间产量比较。试验结果产量最低的均是T4全有机肥处理。2019年试验结果以CK最高，其次为T1，依次顺序为CK＞T1＞T3＞T2＞T4，2020年度试验以T1最高，其次为 CK，依次顺序为T1＞CK＞T2＞T3＞T4。从两年的对比试验结果表明：在水稻上实施有机肥替代化肥，减量20%-60%的化肥用有机肥替代，2019年各处理均比CK减产，减产幅度0.47%-11.06%，以80%化肥+20%有机肥处理（施有机肥6000kg/hm2）与对照CK（施复合肥675kg/hm2）产量最为接近，平均产量12 000.06kg/hm2，比CK平均产量12 056.73kg/hm2，仅减产0.47%。2020年试验，以T1（80%化肥+20%处理（施有机肥9000kg/hm2的20%），产量最高，平均产量10 765.05kg/hm2，比CK10 736.72kg/hm2，增产0.22%，其余处理均比CK减产，减产幅度2.30%-19.75%。通过2019、2020年度试验可知：有机肥部分替代化肥均以T1（80%化肥+20%处理）表现最好，按照有机肥烘干基N计算，2019年T1处理所减的化肥N含量比有机肥替代施用后的N含量大，而2020年度T1处理所减的化肥N含量与有机肥替代施用后的N含量相当，但随着有机肥替代比例的增大，水稻产量呈下降趋势，特别是以全部有机肥替代化肥，会造成水稻产量的大幅减产。

表4 不同处理对水稻产量的影响

2.3 不同处理对土壤肥力的影响

对试验前后取土化验数据比较显示（见表5）。土壤pH值：两年的试验 T4（施用全有机肥）均比CK（施用全化肥处理）pH高，分别高0.2与0.09；有机质含量：2019年度试验各处理有机肥含量有高有低，没有表现明显的趋势性，2020年度数据显示，土壤的有机质含量随着有机肥施用量的增加而增加，各处理有机质含量比CK分别增加6.78-13.07g/kg；碱解氮：2019年度试验各处理碱解氮含量有增有减，没有表现明显的趋势性。2020年度数据显示，土壤的碱解氮含量随着有机肥用量的增加而增加，T1-T4施用有机肥处理均比CK全化肥处理高，分别比对照增加32.13-57.42mg/kg；土壤的速效磷：2019年、2020年均表现为施用有机肥处理有效磷均比 CK增加，分别增加4.7-8.1mg/kg与1.00-9.86mg/kg；土壤速效钾：2019年T1-T4有效钾含量均比CK增加，与CK比较分别增加5-36mg/kg，2020年试验除T3（60%化肥+40%有机肥）比CK低外，其余的均比对照增加，分别增加0.75-11.34mg/kg。试验显示，增施有机肥可以提高土壤的保水保肥能力，提高土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾养分水平。

表5 2019-2020不同施肥处理对土壤肥力的影响

2.4 不同处理化肥减量与有机肥替代养分量分析（见表6）

表6 各处理施用养分含量变化量

2019年度试验CK配方肥施用量675kg/hm2，T4全有机肥处理为6000kg/hm2，通过分析可以看出，N养分：2019年度的CK（配方肥）施用后提供养分量N 168.75kg/hm2、P2O567.5kg/hm2；K2O 108kg/hm2，T1-T4化肥减量后有机肥替代，与CK比较化肥氮养分减量达33.75-168.75kg/hm2，有机肥烘干基补充养分量N 21.84-109.20kg/hm2，因此化肥减量有机肥替代后N肥不完全能补充化肥减量后的数量，差额为11.91-59.55kg/hm2；P2O5养分：T1-T4化肥减量后有机肥替代，与CK比较化肥P2O5减量13.5-67.5kg/hm2，有机肥烘干基补充量P2O5分别为35.28-176.4kg/hm2，因此化肥减量有机肥替代后P2O5养分富余 21.78-108.9kg/hm2；K2O 养分：T1-T4化肥减量后有机肥替代，与CK比较化肥K2O减量达21.6-108kg/hm2，有机肥烘干基补充 K2O：23.52- 117.6kg/hm2；K2O 富余1.92-9.6kg/hm2。

2020年度试验CK配方肥施用量675kg/hm2，T4全有机肥处理为9000kg/hm2，N养分：CK化肥施用后提供养分N 168.75kg/hm2、P2O567.5kg/hm2、K2O 108kg/hm2，T1-T4化肥减量后有机肥替代，与CK比较化肥N养分减量达33.75-168.75kg/hm2，有机肥烘干基补充量N分别为32.76-163.8kg/hm2，因此化肥减量有机肥替代后N肥不完全能补充化肥减量后的数量，差额为0.95-4.95kg/hm2；P2O5养分：T1-T4化肥减量后有机肥替代，与CK比较化肥P2O5减量13.5-67.5kg/hm2，有机肥烘干基补充量P2O5分别为52.92-264.6kg/hm2，P2O5富余39.42-197.1kg/hm2；K2O养分：T1-T4化肥减量后有机肥替代，与CK比较化肥减量后K2O减量达21.6-108.9kg/hm2，有机肥烘干基补充 K2O：35.28-176.4kg/hm2；K2O 富余13.68-68.4kg/hm2。

因此有机肥部分替代化肥后的处理T1-T4存在养分含量N替代不足，而P2O5、K2O富余的情况，并且随着有机肥替代率的增加，养分含量N缺乏上升的情况。而表现较好的2020年度的T1与CK比较，N养分元素相对差异小，基本可以满足水稻生长期对N养分的需求，产量上也表现为比CK产量略有增长。根据黄正家[11]研究表明单季稻的两个需氮肥高峰一般在分蘖盛期与幼穗分化期，朱莱红[12]等研究表明：在水稻各生育期施肥对水稻吸氮量影响较大，水稻苗期单施化肥较配施有机肥更有利于水稻对氮肥的吸收，分蘖期与抽穗期单施化肥处理水稻吸氮量仍然最高，成熟期，化肥与有机肥配施较化肥单施处理增加了水稻吸氮量，可见化肥配施有机肥有利于促进水稻生育后期对氮肥的吸收。因此水稻氮素前期供给不足，是影响产量的主要原因之一。

2.5 不同处理经济效益分析

不同处理经济效益分析结果见表7。由于2019、2020年度试验品种不同，因此只做年度试验处理间效益比较。以稻谷市场价2.8元/kg，水稻配方肥价格3.6元/kg，有机肥价格600元/t来计算效益。数据显示2019、2020年度收益依次顺序均为CK＞T1＞T2＞T3＞T4，当年效益随着有机肥替代率的增加，效益呈下降的趋势。其中2019年度扣除肥料成本后CK（全化肥处理）效益最高，平均收益31 328.84元/hm2，其次是T1（80%化肥+20%有机肥），平均收益为30 936.17元/hm2，与 CK相比较，减收益392.67元，T2-T4与对照CK比较平均减少收益1933.35-4903.35元/hm2，全有机肥处理经济效益最低；2020年度配方肥处理（CK）平均收益为27 632.82元/hm2，T1（80%化肥+20%有机肥）平均收益为27 104.14元/hm2，比CK平均减少收益528.68元/hm2，T2-T4与对照CK比较，平均减少收益1878.68-8906.03元/hm2，全有机肥处理经济效益最低。因此在试验地的土壤环境下，水稻种植中用有机肥替代20%化肥比较合适，虽然产量收益略有减少，其中2019、2020年度收益分别比CK减少1.25%与1.91%，不减产或略有增产的情况下，扣除肥料成本收益减少幅度较小。同时也说明由于粮价低，且有机肥成本高于化肥，主要是有机肥替代的养分量与水稻施用配方肥提供的养分比例不对等，存在N养分供给不足，而P2O5、K2O富余的情况，增加了有机肥的成本。近年来通过测土配方施肥技术推广应用，生产上推荐的水稻配方肥趋于合理科学，推荐的配方肥较合理、经济。生产上推广有机肥部分替代化肥技术配施的有机肥可以适度提高氮养分含量，降低磷、钾含量，根据当地成熟的水稻配方肥养分配方做到养分含量合理替代，提高有机肥部分替代化肥的经济效益。因此有机肥部分替代化肥种植水稻需要增强养分供给，与水稻需肥在时间及需肥量上保证一致性，同时有机肥配施后实施稻米优质优价，有机肥部分替代化肥种植水稻当年的经济收益才能不降低。此外有机肥部分替代化肥种植水稻效益更要从长远的生态、社会效益考虑，通过政策扶持促进有机肥的推广应用。

表7 不同处理水稻经济效益分析

3 结论与探讨

与单施化肥相比，有机肥部分替代化肥可以改善土壤理化性状，并提高水稻产量。本试验结果表明，适量有机肥部分替代化肥，有利于提高土壤有机质和土壤速效养分含量，提高水稻产量，这与张琳等[13]的试验结果一致。进一步分析不同有机肥替代化肥对水稻产量的影响，结果认为，在本试验条件下，2020年试验80%化肥+20%有机肥配施水稻产量略高于纯化肥处理，但差异不显著。随着有机肥替代比例的增大，水稻产量呈下降趋势，特别是以全部有机肥替代化肥，会造成水稻产量的大幅减产。2020年试验80%化肥+20%有机肥配施的T1处理，其减量的化肥含氮量与施用的有机肥含氮量基本一样，从而满足水稻前期对氮肥的需求。当有机肥比例超过一定值后，有机肥可能会导致水稻前期养分不足，后期贪青晚熟，不利于水稻的高产[14-16]，朱菜红[12]等研究表明：有机肥和化肥必须适量配施，过量施用可能会影响根系微生物活性，使作物对养分的吸收率减低，导致减产。贾伟等[17]指出：有机无机配施处理可以提高产量以及氮肥利用率，这表明有机无机配施是一种环境和农业管理友好的施肥策略。

4 结论

在本试验条件下，研究结果认为与单施纯化肥相比，部分有机肥替代化肥（80%化肥+20%有机肥）（有机肥使用量9000kg/hm2的20%）不仅可以提高土壤肥力，增加土壤有机质含量，提高土壤速效氮、有效磷、速效钾含量，而且可以略增加水稻产量，有机肥部分替代化肥在注重长远生态、社会效益的同时，需要增强水稻养分供给与水稻需肥在时间及需肥量上一致性，获得更好的经济效益。