浅谈有机肥替代化肥对培肥地力及水稻产量的影响

潘艳婷

有机肥替代化肥作为一种可持续的农业生产技术，近年来备受关注。用有机肥替代化肥，不仅能改善土壤结构，提高土壤保水保肥能力，还能减少因过量施用化肥造成的环境污染，保护农业生态系统。因此，探讨有机肥替代化肥对培肥地力及水稻产量的影响具有重要意义。土壤中的有机质是构成土壤基础的关键元素，它对土壤生态系统的构建、土壤生产力的提升、环境保护以及农业可持续发展具有深远影响。尽管无机化肥在短期内能显著增加作物生产，但过度依赖会导致土壤质量恶化，土壤肥力流失、土壤板结及酸化等问题日益严重。科学研究揭示，将有机肥与无机肥相结合，对于保护和提升稻田土壤质量作用显著。

面对当前水稻种植中过度依赖化肥的现实以及“双碳”背景下农业转型的需求，本文旨在探索有机肥替代部分化肥的可行性，以提供理论支持。试验设计了等氮量的处理方案，包括有机肥替代10%、20%和30%化肥，以及常规化肥施用。研究结果显示，有机肥的逐渐替换提升了土壤肥力，并提高了土壤pH值。随着有机肥替代比例的上升，这些指标呈上升趋势，尤其是pH值和有机质、全氮。而有效铜、锌和硼则与替代比例呈正相关。有机肥部分替代并未显著影响土壤的有效磷和速效钾含量，特别是替代20%和30%氮的情况下，这些指标保持在较高的水平。相较于常规施肥，虽然部分有机肥替代导致水稻体内的氮、磷、钾含量微幅下降，但总体水平依然保持高位。试验显示，有机肥替代对水稻产量和养分积累具有积极影响，其中替代20%的比例下，水稻产量和氮、钾的积累达到了峰值。综上所述，在当前试验环境下，有机肥替代化肥的比例为20%最为理想，有助于实现农业可持续发展和降低碳排放目标。

当前，水稻肥料管理中存在诸多问题，如化肥施用量过量、配方不均衡，这不仅造成了资源的浪费，也引发了严重的面源污染。实施有机肥替代化肥的策略，通过减少化肥使用并增加有机肥投入，不仅能有效提升水稻的产量和品种多样性，还能增强化肥的有效利用，推动绿色农业的发展。有机与无机肥料的混合施用不仅能提升作物的产量，而且能优化作物品质，重塑土壤结构，增强土壤肥力，同时影响土壤微生物群落的数量、活力和结构。通过有机肥部分替代化学肥料，可以在保持作物产量的同时，显著增强土壤肥力，这是一种兼顾资源节约和环境保护的新型施肥模式，值得广泛推广和实践。

一、材料与方法

1、试验材料

试验地的土壤特性在0—20cm深度下表现出如下特征：酸碱度为6.79，富含有机质，总量为20.9g/kg，碱性可溶氮含量为142ml/kg，有效磷含量为10.1ml/kg，快速吸收的钾元素含量为117ml/kg，铁的有效含量为80ml/kg，锰的活性水平为26.6ml/kg，铜含量为2.57ml/kg，而锌的含量则较低，仅为0.56ml/kg。这些指标表明土壤的肥力处于适中的范畴，且具有典型性。

试验肥料包括多种类型：尿素，其氮（N）含量为46%;过磷酸钙，磷（P2O5）含量为12%;氯化钾，钾（K2O）含量为60%。商品有机肥养分总含量5%，其中氮（N）含量1.90%、磷（P2O5）含量1.69%、钾（K2O）含量1.41%，试验肥料旨在提供全面均衡的养分供应。

2、田间试验设计

本研究采用了多元试验设计，共划分4个不同的处理组，分别是化肥常规用量、有机肥替代氮肥（替代10%N）、有机肥替代20%氮肥（替代20%N）及有机肥替代30%氮肥（替代30%N）。在对照组中，全部依赖于化学肥料，其配方为氮肥150kg/hm2（N）、磷肥60kg/hm2（P2O5）和钾肥120kg/hm2（K2O）。而在替代处理中，有机肥逐步替代部分化学氮肥，同时确保磷和钾摄入量保持一致。磷和钾作为基肥与有机肥一起施用，而氮肥则分为3次施放，基肥占50%、分蘖期施肥20%、孕穗期施肥30%。

试验在进行基肥施用后15天施用分蘖肥，最后进行穗肥施用。每个处理设置3次重复，随机区组排列，以减少误差。区域面积为30m2、长6m、宽5m，并通过隔板隔离，防止肥料溢出。在试验区边缘，设置2m宽的防护带以进一步保护作物不受外部影响。

3、测定项目与方法

在水稻生长的关键阶段，遵循严谨的取样策略，在5个特定区域采集深度为0—20cm的土壤样本，将其整合成单一的代表性样本。对这些样本进行了细致的处理，首先移除了所有非土壤元素，如土壤中硬质矿物质等，然后进行自然干燥，随后研磨并筛选，其中20目的部分用于测量土壤的酸碱度和有效性养分，而60目的部分则用于评估有机质的丰富程度。同步进行的还有作物收获的实地调查，通过1㎡的采样区域，详细记录水稻的产量及其构成特性。

①土壤pH值及有效养分

土壤属性的测量手段依据相关研究资料进行。pH值通过采用2.5：1的水土比例浸提液，利用精密的pH计进行精准读数。有机质含量则依据经典的重铬酸钾容量法，并结合外加热步骤来计算得出。有效氮含量的测定则依赖于碱性溶液的分解扩散过程。有效磷的含量测定则采取了先用碳酸氢钠处理土壤，随后通过钼锑比色法进行定性定量分析。速效钾的含量则通过乙酸铵提取，借助火焰光谱技术进行精确检测。至于微量元素的有效铁、锰、铜和锌含量，采用二硫腙磷酸盐（DTPA）浸提，再利用火焰原子吸收光谱技术进行定量分析。而有效硼的测定则采取沸水提取，使用甲亚胺显色反应，通过比色法获取其含量数据。

②植物体内氮、磷、钾养分含量及积累量

氮、磷、钾的总量分析分别采用了高效处理技术，即通过硫酸-过氧化氢溶液进行消化。然后，利用靛酚蓝分光光度法来确定氮的含量，磷则通过钼锑抗比色法得出。钾元素的定量则依赖于火焰光谱法的精确测量。而氮、磷、钾的累积吸收量，则是由各自的养分浓度乘以相应的生物量得出，这一计算过程对于理解植物对这些关键营养素的总吸收至关重要，其数值为;

产量考察

产量计算公式为割方称质量：产量（kg/hm2）=1m2水稻产量×104。

数据分析

试验数据及图片使用Excel2016，单因素方差分析和显著性分析使用SPSS19.0。

二、结果与分析

1、有机肥部分替代化肥对土壤养分及pH值等其他重要土壤特性的影响。

①对土壤pH值的影响

在研究中，水稻的成熟期土壤呈现出微弱的酸性特征，其pH值范围为6.13—6.22。pH值作为土壤核心的化学属性，实验数据揭示出有机肥料的应用显著提升了土壤的酸碱度。具体来说，随着有机肥对化肥使用量的逐步替换，土壤的pH值呈现出上升的趋势，这证明有机肥的使用有助于抵消土壤酸化的倾向。

②对有机质含量的影响

有机肥料的应用显著提升了土壤有机质的丰富度。观察到随着有机肥料的逐步替换，土壤中有机质的积累呈现出稳步上升的趋势。当有机肥替代了常规肥料的10%、20%以及30%时，土壤有机质含量分别提升到32.46g/kg、33.94g/kg和34.76g/kg，相较于对照组（31.98g/kg）的提升幅度分别为1.50%、6.13%和8.69%。这种积极的影响表明有机肥料在优化土壤结构方面具有显著作用。

③对土壤氮、磷、钾养分含量的影响

研究显示，土壤中的全氮含量在1.23—1.53g/kg的范围内波动，呈现出明显的规律。随着有机肥替代化肥比例的提升，这一含量呈现上升趋势，其中以替代30%的氮肥处理表现最为显著，其全氮含量高达1.53g/kg，相较于常规施氮方法，有显著性差异。其次是替代20%处理，全氮含量为1.47g/kg，同样显示出与常规处理的显著区别。相比之下，替代10%的处理虽然与常规处理之间的差异不显著，但仍有较明显的增长，大约提升了11.11%。尽管有机肥替代化肥在提升土壤有效磷和速效钾方面展现出倾向，但这种影响并未达到显著性水平。各处理下的有效磷和速效钾含量基本保持稳定，没有显著的差异变化。

④对土壤部分微量元素含量的影响

相较于传统肥料，有机肥在部分替代化肥的情况下，显著提升了土壤中的有效铁、铜、锌和硼含量。这一提升的趋势随着替代比例的提升而增强。具体而言，使用有机肥替换化肥的处理（按比例递增）使有效铁含量分别比常规增加11.83%、11.30%和15.64%，有效铜含量则相应增长了9.06%、9.36%和10.23%。对于有效锌，尽管初始替代比例较低时增长较小，但当替代30%时，其含量剧增45.33%，与常规相比有显著差异。值得注意的是，有机肥对土壤中有效锰的影响并无明显规律可循，其含量变化并不明显。

2、有机肥部分替代化肥对水稻产量的影响

研究结果显示，水稻产量在有机肥替换过程中呈现出独特的波动模式。初始阶段，随着有机肥替代比率的提升，产量呈现上升趋势，峰值出现在替代20%的情况下，达到了7.05t/hm2。紧随其后的是替代10%的处理，其产量也相当可观，为6.78t/hm2，这与常规肥料施用的产量相当，显示出良好的生产力。然而，当有机肥替代率达到30%时，虽然与常规施肥相比有所降低，但这种下降并不具有统计学上的显著性，说明各处理之间的产量差距尚在可接受范围内。

3、有机肥部分替代化肥对水稻氮、磷、钾养分含量及积累量的影响

①对水稻氮、磷、钾养分含量的影响

水稻籽粒的氮和磷含量相对于秸秆显著较高，而钾含量则相对较低。引入有机肥作为化肥的部分替代，虽然导致籽粒中的氮含量有所降低，但秸秆中的氮含量却有所上升，这种变化总体上呈现微弱的下降趋势，但与常规肥料处理相比，差异并未达到统计学上的显著性（P>0.05），表明植物体内的氮水平依然保持在可观的水平。

磷元素在水稻籽粒和秸秆中的分布也受到有机肥替代的影响。随着有机肥比例的提升，籽粒和秸秆中的磷含量呈现出明显的递减，籽粒磷含量下降幅度在0.58%—5.82%，而秸秆中的磷含量下降范围为2.25%—8.56%，整体下降幅度在0.61%—6.95%。对比常规施肥，替代20%和30%氮的处理表现出更为显著的磷含量下降（P<0.05）。尽管有机肥替换化肥对钾含量有影响，特别是对于籽粒（仅限于替代10%N处理）整体来看，钾含量的降低并不明显，且这些变化未达到显著差异水平（P>0.05）。

②对氮、磷、钾积累量的影响

虽然各种处理方式对水稻植株的整体氮、磷、钾累积量的影响相对有限，范围在133.33—142.59kg/hm2（氮）、80.17—86.32kg/hm2（磷）和195.83—209.32kg/hm2（钾），但各处理间的差异并不显著。相较于常规施肥，使用有机肥部分取代化肥显著地调整了籽粒氮的累积，表现为有机肥替代20%N处理时增加1.04%，而替代10%N和30%N则分别下降了3.98%和5.52%。

磷的累积趋势与磷供应量相吻合，随着有机肥替代比例的提升，磷累积量有所降低。替代10%N和20%N的处理对磷累积影响不大，但替代30%N处理导致的减少更为明显，降低了7.13%。有机肥替代处理下的籽粒和整株磷累积量均呈现出随比例增加而下降的趋势，唯有替代20%N处理提升了2.70%的秸秆磷累积。

钾的累积受有机肥替代影响微乎其微，替代20%N处理反而提高了4.34%，而替代10%N和30%N则分别下降了0.38%和2.38%。

总的来说，有机肥部分替代化肥与常规施肥在氮、磷、钾的累积上没有显著区别，对水稻养分的累积影响不大，确保了作物体内养分的正常积累。特别是替代20%N处理的水稻在氮和钾的累积上优于常规处理。

尽管氮肥不当使用和酸雨引发的酸沉降导致局部土壤酸化问题严峻，一项新的实验揭示，在酸性土壤条件下，施用有机肥料能显著提升土壤的pH值，延缓酸化过程，这一发现与众多研究相吻合。有机肥料的作用机制在于能够通过释放碱性物质中和土壤酸度，或者以等量氮素替换化肥，减少化肥的整体施用量，从而减少硝态氮的积累和淋失，减轻氮肥导致的土壤酸化效应。

研究显示，有机肥料能够增强土壤中固态金属元素的有效性。具体来说，试验期间，耕层土壤中的有效铁、锰、铜、锌含量显著提升，尤其在有机肥料替代化肥的情况下，有效铁、铜、锌和硼的含量都有所增长，微量元素的提升程度与有机肥料替代的比例成正比。然而，尽管有观点强调有机肥料对有效铜的影响较大，但也有研究认为影响较小，这可能源于作物对铜的吸收差异以及试验土壤类型（如砂田和黄绵土）的特性，这些土壤对有机肥中有效铜的影响较小。

此外，本研究强调了有机肥料与无机肥料的适当配比对于作物产量的提升至关重要。过量施用有机肥料可能导致产量下降，这一发现与多位学者的研究结果相符。有机肥料替代无机肥料的比例与水稻产量呈显著负相关，随着替代比例增加，产量相应反而降低，当替代比例超过60%时，产量显著下滑。为了维持水稻稳定生产，应将有机肥料替代化肥的比例控制在20%以下。不同肥力的沙壤土上进行的水稻试验结果显示，适度施肥条件下添加有机肥料可促进产量增长，增产率可达8.76%—13.1%，但在高肥力地区，过多的有机肥料可能导致产量下降，减产率为0.65%—2.29%。

总之，在农业实践中，有机肥料与化肥的合理结合对于提升土壤健康和作物生产力具有积极意义。使用有机肥作为化肥的部分替代品，能够促进土壤中关键营养素如有机质、有效氮、铁、铜、锌和硼的优化分布，同时调整土壤酸碱平衡，使其趋于更适宜的pH环境。观察数据显示，随着有机肥替代化肥比例的提高，土壤的pH值和有机质含量呈现出上升趋势，而有效氮含量也随之增长。以20%和30%的有机肥替代化肥的比例进行处理，其土壤养分表现优秀，各项指标均保持在较高的稳定水平。然而，有机肥对土壤的有效磷和速效钾含量影响并不显著，但对有效铁、铜、锌和硼的含量有正向关联性，表明其在微量元素供应上起到补充作用。

相较于常规化肥施用，采用部分有机肥替代的方式，虽然会使水稻体内的氮、磷、钾含量稍有下降，但总体上仍能维持较高的营养水平。在累积量上，20%替代处理的氮和钾含量最高，而10%替代处理的磷累积最多。产量方面，有机肥替代化肥的比例对水稻产量产生动态影响。起初随比例增加产量上升，然后在30%替代处理时出现下降，其中以20%替代处理的产量最高，达到7.05t/hm2，略高于常规施肥的6.78t/hm2。这表明适度的有机肥替代可优化稻米生产，但过度则可能带来负面影响。

（作者单位：542899广西贺州市八步区农田建设工作站）