减施化肥和配施有机肥对水稻产量及土壤养分的影响

金羽清 许剑锋 蔡建军 叶正钱

（1.临海市农业技术推广中心 浙江临海 317000；2.浙江农林大学/浙江省土壤污染生物修复重点实验室 浙江杭州 311300）

有机肥含有丰富的有机质、氨基酸、蛋白质等有机养分，同时也含有氮、磷、钾等无机养分[1-2]，在我国农业发展过程中一直发挥着重要的作用。大量的研究证明，有机肥料与化学肥料配合施用可改良土壤生态环境[3]。目前，有机肥在果菜茶中的应用较普遍，而在粮食作物中应用较少。水稻作为全球三大粮食作物之一[4]，在世界各地都有种植。长期通过大肥、大水、大量农药投入来提高水稻产量对环境造成了严重影响。本研究通过将养殖场的畜禽粪便经预处理后进入厌氧发酵系统，在中高温条件中高温厌氧发酵出料，将经固液分离机分离产生的沼渣作为有机肥来替代化肥，从而降低普通化肥的投入。通过田间试验，研究水稻在不同比例下有机肥替代化肥对其田间土壤养分含量、水稻产量和养分吸收上的影响，探索粪便资源化利用、化肥减量、农作物增产的有效途径，为养殖业和种植业资源循环利用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2022 年4-7 月在临海市永丰镇上郭村（北纬28.865 414°、东经121.034 801°）进行，该地属河谷平原，气候属北亚热带湿润季风型，常年降水量1 550 mm，常年有效积温5 500℃。供试土壤类型为水稻土，耕层土壤理化性质：pH 5.74、碱解氮101.39 mg/kg、有效磷113.17 mg/kg、速效钾51.20 mg/kg、有机质22.4 g/kg、全氮1.12 g/kg、全磷0.62 g/kg、全钾25.5 g/kg、阳离子交换量8.12 cmol/kg、容重1.27 g/cm3。

1.2 供试品种与肥料

试验所用水稻品种为中组143。试验用有机肥为临海市永丰西北畜牧养殖有限公司的畜禽粪便经预处理后进行高温厌氧发酵，通过固液分离机分离产生的沼渣，氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）养分含量分别为1.7%、0.2%和0.9%。

1.3 试验设计

试验共置设、常规施肥、化肥优化、10%有机替代、20%有机替代和30%有机替代5 个处理和1 个空白对照，每个处理3 次重复，每个小区40 m2，所有小区设有单一进水、出水。具体施肥情况见表1。基肥选用配方肥（25∶13∶17），每个处理均进行2 次追肥，4 月30 日追施10 kg/亩尿素，5 月15 日追施15 kg/亩配方肥（25∶13∶17）。每个处理称量肥料后进行人工撒施。水稻成熟时进行土壤及植物样品的采集，测定水稻稻谷及稻叶的N、P、K 含量，计算产量。采集后的样品带回实验室自然风干，过20 目筛后测定土壤有机质、土壤pH、碱解氮、有效磷、速效钾等含量[5]。

表1 水稻有机肥替代试验处理设计

1.4 数据处理

所得数据均采用Excel 2019 和SPSS 18.0 进行分析，采用Origin 2019 进行图表绘制，差异显著性水平为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 不同梯度有机肥替代对土壤理化性质的影响

由图1 可知，采用有机肥替代化肥模式对土壤理化性质指标具有较大的影响。各处理与空白对照相比土壤pH 均有不同程度的提高，其中10%有机替代处理下土壤pH 最高，为6.13，空白对照pH 最低，为5.81，但各处理下的土壤pH 无显著性差异，表明施肥可以在一定程度上提高弱酸性土壤的pH。化肥优化处理和有机肥替代处理容重显著降低，有机肥替代处理较常规施肥处理容重下降4.0%～9.6%，其中30%有机肥替代处理最为显著，表明有机肥的施入可以在一定程度上改变土壤容重。阳离子交换量配施有机肥处理显著高于空白对照与化肥优化处理，其中30%有机替代处理和10%有机替代处理下的阳离子显著高于其他处理，较常规施肥处理分别提高1.21 cmol/kg 和1.16 cmol/kg。表明肥料的施入可以提高土壤的阳离子交换量，且施有机肥的效果优于施化肥的效果。各处理与空白对照相比土壤有机质均提高，其中化肥优化处理和10%有机肥替代处理土壤有机质含量提升最高，与常规施肥处理相比分别提高2.61 g/kg 和2.38 g/kg，20%有机替代处理和30%有机替代处理土壤有机质含量高于常规施肥处理但无显著性差异，表明施肥可以提高土壤中的有机质含量。

图1 不同处理对水稻土壤理化性质的影响

2.2 不同梯度有机肥替代对土壤养分的影响

由图2 可知，从碱解氮含量来看，空白处理和20%有机替代处理碱解氮含量显著低于其他处理，常规施肥、化肥优化、10%有机肥替代和30%有机肥替代处理碱解氮含量趋于一致；从全氮含量来看，施肥处理显著高于空白对照，各施肥处理之间无显著性差异，但有机肥替代处理全氮含量整体优于化肥处理，其中10%有机肥替代处理土壤全氮含量最高，整体上10%有机肥替代处理土壤碱解氮和全氮含量最优。从有效磷含量来看，有机替代处理有效磷含量显著高于常规施肥处理和空白对照，较常规施肥提高9.2%～13.0%；从全磷含量来看，各处理之间无显著性差异，整体上化肥优化处理效果最好。从速效钾含量来看，各处理之间无显著性差异，且有效磷含量较为接近，全钾含量和速效钾呈现相同变化规律，表明试验区土壤钾含量充足，应当适当控制钾肥的投入。

图2 不同处理对水稻土壤养分的影响

2.3 不同梯度有机肥替代对水稻产量的影响

由图3 可知，施肥处理产量显著高于空白对照，各施肥处理之间产量无显著性差异，其中化肥优化处理产量最高，相比常规施肥处理产量提高4.5%，有机肥替代处理相比常规处理产量均有不同程度的提高，其中30%有机肥替代处理效果最好，相比常规施肥处理产量提高2.2%。由图4 可知，从稻谷N、P、K含量来看，稻谷中20%有机肥替代处理氮含量高于常规施肥处理，其余处理均低于常规处理；稻谷磷钾含量各处理无显著性差异。从稻草N、P、K 含量来看，稻草中30%有机肥替代处理氮含量高于常规施肥处理，其余处理均低于常规处理；化肥优化和10%、30%有机肥替代处理稻草中磷含量都高于常规施肥处理；20%和30%有机肥替代处理稻草中钾含量显著高于其他处理，20%有机肥替代处理稻草钾含量提高最多，较常规施肥处理提高14.3%。

图3 不同处理对水稻产量的影响

图4 不同处理对水稻稻谷及稻草N、P、K 含量的影响

3 讨论与结论

有机肥富含多种矿物质营养元素及活性物质，有机无机配施可有效促进养分的转化[6]，提高有机质和土壤基础养分，改善土壤结构，增强土壤保肥供应养分的能力[7]。有机无机配合施用既可满足作物的高产需求，又可保持土壤肥力稳定提升，同时还可提高肥料效率、减少环境污染[8-11]。有机肥替代可以提高土壤养分含量，降低化肥投加量，同时对水稻产量的提升有较为明显的作用。本试验研究结果表明，有机替代处理土壤容重降低，较常规施肥处理容重下降4.0%～9.6%，有机肥替代处理有效磷含量显著高于常规施肥处理和空白对照，较常规施肥提高9.2%～13.0%。有机肥替代处理土壤有机质含量高于常规施肥处理，但无显著性差异，这可能与施用年份短有关。有机肥替代处理水稻平均增产2.0%，部分有机肥替代能稳定水稻产量，这与邹建祥[8]的研究结果相似。水稻30%基肥有机肥替代模式一方面能够最大程度的消纳畜禽粪便，另一方面减少了化肥成本，增加了产量，既保护了环境又为农民提高了经济收入，可以推广应用。

本试验研究条件下，与空白不施肥和单施化肥相比，有机肥替代部分化肥有利于土壤理化性质的改善和土壤养分的提高、水稻产量的稳定，综合来看，30%有机肥替代处理具有最佳的应用效果。