化肥減量配施有機(jī)肥對(duì)土壤理化性質(zhì)及水稻產(chǎn)量的影響

廖建勛，涂圣梅，顧祝禹，黃博陽(yáng)，孫國(guó)鋒，韓 偉，陳細(xì)桂

（1.建始縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖北 恩施 445300；2.武漢市秀谷科技有限公司，武漢 430070；3.武漢市江夏區(qū)土壤肥料站，武漢 430299）

水稻是中國(guó)最重要的糧食作物，也是分布最廣與種植面積最多的糧食作物。水稻的產(chǎn)量與品質(zhì)對(duì)中國(guó)糧食安全與社會(huì)穩(wěn)定具有重要意義［1，2］。施肥是農(nóng)作物增產(chǎn)增收的有效途徑，其中化肥對(duì)糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率在40%左右［3］。中國(guó)化肥施用量持續(xù)增加，其施用量達(dá)到總量的33%，施用強(qiáng)度超過(guò)世界平均水平的3 倍，且已超過(guò)世界化肥用量安全上限225 kg/hm2［4］。但化肥長(zhǎng)期不合理的施用，導(dǎo)致土壤耕作層有機(jī)質(zhì)下降、土壤板結(jié)酸化、肥料利用率低等問(wèn)題，同時(shí)還導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化［5-7］。改善此狀況，需改變肥料的投入格局，降低化肥的施用量，合理增施有機(jī)肥。有機(jī)肥含有豐富的養(yǎng)分，能有效增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，提升土壤肥力，改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)有益微生物菌群的繁殖，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)［8-10］。此外，增施有機(jī)肥還有助于降低溫室氣體的排放［11］。

國(guó)家大力提倡有機(jī)肥替代化肥，關(guān)于有機(jī)肥替代化肥對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的影響研究與日俱增。徐明崗等［12］研究發(fā)現(xiàn)化肥配施有機(jī)肥有利于水稻穩(wěn)產(chǎn)及高產(chǎn)，同時(shí)有助于水稻生長(zhǎng)中后期養(yǎng)分的吸收，并能培肥土壤，增加土壤肥力，提高肥料利用率。趙軍等［1］研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥替代部分化肥不會(huì)造成作物減產(chǎn)，且能有效增加土壤微生物量碳、氮。宋震震等［13］研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期施用有機(jī)肥能顯著增加土壤微生物碳和氮，提高土壤堿性磷酸酶和蔗糖酶的活性。陳鈺佩等［14］通過(guò)研究長(zhǎng)期施用不同比例有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期施用有機(jī)肥能改善土壤養(yǎng)分狀況，提升水稻產(chǎn)量及籽粒養(yǎng)分的吸收量。大多數(shù)研究都集中在單一有機(jī)肥對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與土壤養(yǎng)分的影響，卻對(duì)化肥減量配施有機(jī)肥的研究鮮有報(bào)道。本研究以湖北省建始縣業(yè)州鎮(zhèn)水稻田為研究對(duì)象，研究化肥減量配施有機(jī)肥對(duì)土壤理化性質(zhì)、水稻產(chǎn)量與構(gòu)成因素的影響，旨在探索提高水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的施肥措施，以期為化肥減量增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

試驗(yàn)地點(diǎn)在湖北省建始縣業(yè)州鎮(zhèn)，位于湖北省西南部，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，光照充足，降雨充沛，年平均氣溫為15.3 ℃，年均無(wú)霜期260 d，相對(duì)濕度為79%，年降水在1 400 mm 左右。耕作方式主要采用旋耕，以種植水稻和玉米為主。耕地類型主要包括旱地、水田和水澆地。試驗(yàn)地點(diǎn)土壤的pH 為6.15，土壤容重為1.43 g/cm3，有機(jī)質(zhì)為17.8 g/kg，堿解氮為102.5 mg/kg，有效磷為14.3 mg/kg，速效鉀為104.1 mg/kg。

1.2 供試材料

水稻品種為Q 優(yōu)18 號(hào)，生育期為130 d 左右，供試所需的有機(jī)肥在市場(chǎng)購(gòu)買，其主要成分有機(jī)質(zhì)占45.83%，水分占24.62%。供試化肥為尿素（含N≥46%）、磷酸二銨（含N≥18%，含P2O5≥46%）、硫酸鉀（K2O ≥50%）。

1.3 研究方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)置6 個(gè)處理，CK 為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)化肥施用水平（尿素、磷酸二銨和硫酸鉀分別為225、300、150 kg/hm2）；T1 為化肥+1 500 kg/hm2有機(jī)肥；T2 為化肥減量10%+1 500 kg/hm2有機(jī)肥；T3為化肥減量20%+1 500 kg/hm2有機(jī)肥；T4 為化肥減量30%+1 500 kg/hm2有機(jī)肥；T5 為化肥減量40%+1 500 kg/hm2有機(jī)肥。每個(gè)處理重復(fù)3 次，共18 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為50 m2，且各小區(qū)隨機(jī)排列。于2021 年5 月初開始播種育秧，6 月初進(jìn)行水稻秧苗移栽，秧苗移栽的密度約為0.2 m×0.2 m，大田試驗(yàn)的種植密度、水肥與病蟲害管理參照當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況，確保試驗(yàn)各小區(qū)管理?xiàng)l件一致。

1.3.2 樣品的采集與分析 水稻成熟期在土壤表層（0～20 cm）隨機(jī)采集4 個(gè)點(diǎn)的土樣，將土樣混勻，去除土樣雜質(zhì)，自然風(fēng)干、混勻后過(guò)100 目的尼龍篩，用于測(cè)定土壤指標(biāo)，土壤的理化性質(zhì)均按照常規(guī)的測(cè)定方法進(jìn)行檢測(cè)［15］。采用電位計(jì)法測(cè)定土樣pH，水土比為2.5∶1，采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重，采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮，采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定土壤有效磷，采用中性NH4Ac 浸提-火焰光度比色法測(cè)定土壤速效鉀的含量。水稻成熟后對(duì)每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)取20 株水稻進(jìn)行產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，分別測(cè)定株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重等，同時(shí)對(duì)每個(gè)小區(qū)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，計(jì)算單位面積的產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用Excel、Origin 和SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，數(shù)據(jù)結(jié)果均為平均值，并進(jìn)行相應(yīng)的圖表繪制，各處理之間采用單因素方差分析（ANOYA）和Duncan 法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由圖1 可知，與CK 相比，T1 至T5 pH 均有所提升，提升幅度為0.98%～2.60%，但與CK 差異不顯著（P＞0.05），表明化肥減量配施有機(jī)肥有助于改善土壤pH。與CK 相比，各處理土壤容重呈下降趨勢(shì)，T1至T5 土壤容重與CK 相比分別降低了3.50%、4.90%、6.29%、5.59%、4.20%，其中T3 土壤容重最低，由CK 的1.43 g/cm3下降到1.34 g/cm3，且各處理與CK 差異不顯著（P＞0.05）。有機(jī)質(zhì)的含量呈先升高后降低的趨勢(shì)，T1至T4有機(jī)質(zhì)均顯著高于CK（P＜0.05），T1 至T5 土壤有機(jī)質(zhì)較CK 分別增加了8.43%、6.74%、9.55%、8.43%、2.81%。

圖1 不同處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

與CK 相比，土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀均有一定程度的提高，提高的幅度分別為1.30%～6.44%、1.88%～9.77%、0.55%～7.82%，各處理土壤中堿解氮、有效磷的含量與對(duì)CK 差異不顯著（P＞0. 05），T1 至T3 土壤中速效鉀的含量顯著高于CK（P＜0.05）。

化肥減量配施有機(jī)肥能有效調(diào)節(jié)土壤的理化性質(zhì)，降低土壤容重，增加土壤肥力。當(dāng)化肥減量20%配施1 500 kg/hm2有機(jī)肥時(shí)，對(duì)土壤理化性質(zhì)改良效果較好。

2.2 不同處理土壤理化性質(zhì)間的相關(guān)性分析

不同處理土壤理化性質(zhì)相關(guān)系數(shù)見表1，土壤pH 與容重和速效鉀呈負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷呈正相關(guān)，且均不顯著。土壤容重與有機(jī)質(zhì)呈負(fù)相關(guān)，與堿解氮、有效磷、速效鉀呈正相關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷與速效鉀呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），堿解氮與速效鉀呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。

表1 不同處理土壤理化性質(zhì)相關(guān)系數(shù)

2.3 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

不同比例化肥減量配施有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響有所差異。由表2 可知，與CK 相比，T1 至T5 水稻的株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量均出現(xiàn)不同程度的增長(zhǎng)，且增加幅度分別為0.46%～4.60%、2.38%～9.19%、0.54%～4.14%、0.11%～2.74%、4.55%～8.15%，其中各處理株高、穗長(zhǎng)、千粒重較CK 差異不顯著（P＞0.05），T3 穗粒數(shù)與CK 差異顯著（P＜0.05），T2、T3 籽粒產(chǎn)量顯著高于CK（P＜0.05）。由表2 可知，當(dāng)20%的化肥減量配施1 500 kg/hm2有機(jī)肥時(shí)，有利于優(yōu)化水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素，促進(jìn)水稻增產(chǎn)，隨著化肥減量比例繼續(xù)增加，水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量均呈下降趨勢(shì)，不利于水稻增產(chǎn)增收。因此適量的化肥減量配施有機(jī)肥能顯著提高水稻產(chǎn)量，促進(jìn)水稻增收。

表2 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響

2.4 不同處理對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)效益的影響

化肥減量配施有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益的影響如表3 所示。與CK 相比，化肥減量配施有機(jī)肥能增加水稻的產(chǎn)量，其中T3 水稻增產(chǎn)效果最佳，水稻產(chǎn)量由CK 的6 858.67 kg/hm2增加到7 417.67 kg/hm2，增產(chǎn)幅度為8.15%，每公頃產(chǎn)值較CK 增加了1 341.60 元。由于不同處理成本存在差異，其中T1 成本最高。T1 至T5 經(jīng)濟(jì)效益較CK 提高了0.41%～5.40%，其中T3 經(jīng)濟(jì)效益最好，表明適度的化肥減量配施有機(jī)肥有利于水稻產(chǎn)量增加，增加水稻的經(jīng)濟(jì)效益，過(guò)度的化肥減量不利于水稻增產(chǎn)。

表3 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益的影響

3 討論

化學(xué)肥料能為植物的生長(zhǎng)發(fā)育提供充足的氮磷鉀等元素，具有肥效快、易被植物吸收的特點(diǎn)，但長(zhǎng)期施用會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)、耕作層肥力下降、土壤結(jié)構(gòu)破壞等一系列問(wèn)題，同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響［16，17］。農(nóng)田中化肥的大量使用，導(dǎo)致土壤環(huán)境逐漸惡化，急需改良土壤，改善土壤環(huán)境，消除耕地生產(chǎn)障礙。而有機(jī)肥中含有大量的有機(jī)質(zhì)與植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素，能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤養(yǎng)分含量，增強(qiáng)土壤保水保肥能力。陳紅金等［18］研究發(fā)現(xiàn)施用商品有機(jī)肥可提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量，以及改善土壤pH。溫延臣等［19］研究有機(jī)肥部分替代化肥有利于改善土壤理化性質(zhì)，增強(qiáng)土壤肥力。本研究發(fā)現(xiàn)化肥減量配施有機(jī)肥后，土壤pH、容重、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量均得到改善，土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷與速效鉀呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），堿解氮與速效鉀呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），表明有機(jī)肥部分替代化肥能改善土壤環(huán)境，增強(qiáng)土壤肥力。隨著化肥減量比例的增加，土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分的含量呈下降趨勢(shì)，原因可能是化肥用量降低所導(dǎo)致。奚振邦等［20］研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥相較化肥釋放肥力緩慢，有時(shí)難以滿足作物生育期對(duì)養(yǎng)分的需求，若將有機(jī)肥替代部分化肥施用，不僅能滿足作物生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求，而且還能促進(jìn)作物增產(chǎn)增收。毛偉等［21］通過(guò)研究有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)水稻產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥替代20%～30%的化肥可促進(jìn)水稻生長(zhǎng)與養(yǎng)分的吸收，提高水稻產(chǎn)量，與本研究結(jié)果相似，當(dāng)化肥減量20%配施1 500 kg/hm2有機(jī)肥時(shí)，水稻株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重、較對(duì)照組均有一定程度的增加，且水稻產(chǎn)量最高，增產(chǎn)了8.15%。

在化肥減量配施有機(jī)肥改良土壤的過(guò)程中，不僅要考慮肥料資源的高效合理利用，同時(shí)還需控制好作物產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益之間的平衡關(guān)系［22］。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同比例的化肥減量配施有機(jī)肥均能有效提高水稻產(chǎn)量，但化肥減量比例過(guò)大，可能對(duì)水稻生長(zhǎng)與發(fā)育產(chǎn)生負(fù)面影響，造成水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素指數(shù)下降，從而導(dǎo)致水稻產(chǎn)量降低，試驗(yàn)顯示當(dāng)化肥減量比例超過(guò)30%時(shí)，水稻的產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量均呈下降趨勢(shì)。柏瓊芝等［23］研究表明，化肥減量配施生物有機(jī)肥能明顯提高作物產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益，化肥減量比例過(guò)高會(huì)導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)效益降低。陳鈺佩等［14］研究發(fā)現(xiàn)適度降低化肥比例并配施有機(jī)肥能有效促進(jìn)水稻產(chǎn)量的增加。因此，化肥減量配施有機(jī)肥需因地制宜，不僅要考慮土壤理化性質(zhì)、種植作物種類，還需對(duì)作物產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合考慮，結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行適量的化肥減量，并配施有機(jī)肥改良土壤，增強(qiáng)土壤肥力，促進(jìn)作物增產(chǎn)增收。

4 結(jié)論

化肥減量配施有機(jī)肥能有效改善土壤pH（0.98%～2.60%），降低土壤容重（3.50%～6.29%），提升土壤肥力，土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量增加幅度分別為2.81%～9.55%、1.30%～6.44%、1.88%～9.77%、0.55%～7.82%。土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷與速效鉀呈顯著正相關(guān)，堿解氮與速效鉀呈極顯著正相關(guān)。化肥減量配施有機(jī)肥有利于改善水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素，促進(jìn)水稻增產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)化肥減量超過(guò)一定量時(shí)，隨著化肥減量比例的增加，水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量均呈下降趨勢(shì)，不利于水稻增產(chǎn)增收。因此適量的化肥減量配施有機(jī)肥能顯著提高水稻產(chǎn)量，促進(jìn)水稻增收。