化肥減量配施有機(jī)肥對(duì)粵西地區(qū)水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分利用的影響

何國(guó)和，陳海斌，杜建軍，張偉麗，郭麗華，胡益波，顏肇華，張婧

（1仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，資源與環(huán)境學(xué)院/廣東省普通高校農(nóng)業(yè)產(chǎn)地污染綜合防治工程技術(shù)研究中心，廣州 510225；2仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，廣州 510225；3德慶仲愷農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新研究有限公司，廣東德慶 526642；4德慶縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，廣東德慶 526600；5德慶縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，廣東德慶 526600）

0 引言

廣東是中國(guó)雙季稻的主要產(chǎn)區(qū)之一，同時(shí)作為全國(guó)人口最多的省份，也是稻米的主要消費(fèi)市場(chǎng)[1]。然而從2011年至2019年，廣東省水稻種植面積與產(chǎn)量呈逐年下降趨勢(shì)，水稻種植成本逐年上漲[2]，水稻的種植直接影響著廣東的糧食安全。在廣東省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在化肥過(guò)量施用以及有機(jī)肥投入量不足等問(wèn)題，化肥的過(guò)量施用容易導(dǎo)致土壤酸化板結(jié)，土壤碳排放量增加以及污染環(huán)境[3]，有機(jī)肥施用量過(guò)低降低了肥料的農(nóng)學(xué)效率，甚至給環(huán)境帶來(lái)不利影響，這些對(duì)于中國(guó)農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型以及可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[4]。近年來(lái)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在各省市多舉措開(kāi)展化肥減量增效行動(dòng)，其中因土按需施肥的測(cè)土配方施肥技術(shù)和科學(xué)施用有機(jī)肥替代化肥技術(shù)等措施在廣東省大力推廣。有研究表明適當(dāng)減少化肥施用量、改進(jìn)施肥關(guān)鍵技術(shù)，有利于農(nóng)戶實(shí)現(xiàn)水稻增產(chǎn)增收[5]。有機(jī)肥替代化肥施用技術(shù)是一種在滿足作物生產(chǎn)需要、提升地力的同時(shí)可以減少環(huán)境污染、提高肥料效率的技術(shù)措施[6-8]。目前，國(guó)家關(guān)于有機(jī)肥替代化肥施用對(duì)作物產(chǎn)量和土壤肥力的研究較多，魯偉丹等[9]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)氮磷替代率為18%～24%時(shí)，可以增加土壤速效養(yǎng)分含量、提高肥料利用率并實(shí)現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)；溫延臣等[10]研究發(fā)現(xiàn)，商品有機(jī)肥部分替代化肥較單施化肥相比，土壤有機(jī)碳增加了19.5%，土壤全氮提高了12.3%；任科宇等[11]研究發(fā)現(xiàn)，商品有機(jī)肥部分替代化肥能夠提高長(zhǎng)江流域水稻的產(chǎn)量和籽粒含氮量，以30%～60%替代比例為宜；但在粵西地區(qū)以水稻為研究對(duì)象的文獻(xiàn)研究較少，粵西地區(qū)是廣東省重要的農(nóng)作物種植區(qū)域，水稻產(chǎn)業(yè)更是該地區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，因此，研究粵西地區(qū)水稻優(yōu)化施肥技術(shù)對(duì)于保障廣東省糧食安全具有重要性意義。

本文田間試驗(yàn)點(diǎn)位于廣東省肇慶市德慶縣，以水稻為研究對(duì)象分析了4 種優(yōu)化施肥方式[優(yōu)化施肥處理(OPT)、增有機(jī)肥處+化肥減量處理1(OM1)、增施有機(jī)肥處+化肥減量處理2(OM2)和增施有機(jī)肥處+化肥減量處理3(OM3)]對(duì)水稻產(chǎn)量、肥料偏生產(chǎn)力及土壤養(yǎng)分平衡的影響。研究結(jié)果將對(duì)粵西地區(qū)減少化肥損失浪費(fèi)、提高養(yǎng)分利用效率具有一定的實(shí)際指導(dǎo)價(jià)值，以期為科學(xué)評(píng)價(jià)化肥減量效果以及示范推廣提供理論依據(jù)和支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

水稻田間試驗(yàn)于2021年3月28日至2021年7月4日進(jìn)行，試驗(yàn)點(diǎn)位于廣東省德慶縣官圩鎮(zhèn)五福村(23°26′N，111°8′E)，該地區(qū)屬亞熱帶地區(qū)，年均日照時(shí)數(shù)1848 h，年平均氣溫22.3℃，年均降雨量1513 mm。試驗(yàn)地常年種植水稻，供試土壤類型為水稻土，水稻品種為當(dāng)?shù)刈粤舴N常規(guī)稻。該地區(qū)的熟制為一年兩熟制。田間試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況見(jiàn)表1。

表1 供試土壤0～20 cm深度種植前土壤養(yǎng)分狀況

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

在德慶縣五福村水稻核心種植區(qū)域中選擇具有代表性的田塊，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置4 個(gè)處理，包括：優(yōu)化施肥處理(OPT)、增有機(jī)肥處+化肥減量處理1(OM1)、增施有機(jī)肥處+化肥減量處理2(OM2)和增施有機(jī)肥處+化肥減量處理3(OM3)，每個(gè)處理3 次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為20 m2（長(zhǎng)5 m，寬4 m），小區(qū)之間用尼龍薄膜隔離防止竄肥，試驗(yàn)地四周設(shè)置保護(hù)行。

優(yōu)化施肥處理依據(jù)測(cè)土配方施肥技術(shù)確定氮肥、磷肥、鉀肥的施用量，肥料品種為尿素（含N 量為46%）、過(guò)磷酸鈣（含P2O5量為14%）、氯化鉀（含K2O量為60%）；尿素做基肥、回青肥、幼穗分化肥的施用比例為40%:40%:20%，過(guò)磷酸鈣全部做基肥施用，氯化鉀做基肥和幼穗分化肥的比例為50%:50%。

OM1 處理、OM2 處理和OM3 處理分別在農(nóng)戶習(xí)慣施肥量基礎(chǔ)上減少10%、20%和30%化肥施用量并添加1500 kg/hm2商品有機(jī)肥，農(nóng)戶習(xí)慣施肥施肥量依據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶習(xí)慣制定，且僅施用化肥，3個(gè)處理肥料品種為碳酸氫銨（含N量為17%），尿素（含N量為46%），復(fù)合肥(15-15-15)。商品有機(jī)肥含N 1.10%、P2O50.63%、K2O 1.13%。有機(jī)肥全部做基肥施用，碳銨、尿素和復(fù)合肥分別做基肥、回青肥和幼穗分化肥施用。3個(gè)時(shí)期肥料的氮素投入占比為53%：18%：29%，磷素、鉀素投入均源于復(fù)合肥。各處理施肥用量見(jiàn)表2。各處理間除肥料用量不一致外，除草、除蟲(chóng)、灌溉、防治病害等田間管理措施均相同。

表2 試驗(yàn)期各處理施肥量 kg/hm2

在試驗(yàn)區(qū)外為農(nóng)戶常規(guī)施肥(CK)管理區(qū)域，施肥種類為碳酸氫銨（含N量為17%）、復(fù)合肥(15-15-15)和尿素（含N 量為46%），施用總量見(jiàn)表2 注釋。在管理區(qū)域內(nèi)劃定265.72 m2，全區(qū)收獲測(cè)產(chǎn)，同時(shí)抽取3 個(gè)1 m2（長(zhǎng)1 m，寬1 m）樣方測(cè)樣，測(cè)定指標(biāo)與小區(qū)試驗(yàn)相同。其他田間管理措施與試驗(yàn)區(qū)均一致。

1.3 樣品采集與測(cè)定

水稻成熟時(shí)采用全區(qū)收割法進(jìn)行脫粒測(cè)產(chǎn)，分別稱量水稻秸稈和谷粒的鮮重。取適量的水稻秸稈和谷粒樣品于105℃殺青20 min，然后在75℃下烘干至恒重并記錄干重。烘干后的樣品粉碎過(guò)篩，實(shí)驗(yàn)室采用H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法、鉬銻抗比色法和火焰光度計(jì)法測(cè)定植株中的全氮、全磷和全鉀含量[12]。

1.4 收獲后土壤養(yǎng)分的測(cè)定

在收獲完水稻后，將管形取土器鉆入0～20 cm 深度土層，采集土壤樣品裝袋保存，每小區(qū)多點(diǎn)取樣，組成混合樣品，并測(cè)定其pH、堿解氮、有效磷和速效鉀等基礎(chǔ)理化性質(zhì)，操作方法具體參照《土壤農(nóng)化分析》[13]分別采用pH計(jì)、堿解擴(kuò)散法、碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法、乙酸銨浸提—火焰光度法進(jìn)行測(cè)定。

1.5 參數(shù)計(jì)算

（1）氮肥偏生產(chǎn)力。計(jì)算公式如式(1)所示。

公式中PFPN為氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)；Y為水稻籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)；FN為氮肥（折純）投入量(kg/hm2)。磷肥和鉀肥的偏生產(chǎn)力計(jì)算同氮肥[14]。

（2）氮素吸收率。計(jì)算公式如式(2)所示。

公式中UPEN為氮素吸收率(kg/kg)；Ntotal為水稻全生育期地上部分氮素積累量(kg/hm2)；FN為氮肥施用量(kg/hm2)。磷素和鉀素吸收率的計(jì)算同氮素[15]。

（3）土壤氮素表觀平衡。計(jì)算公式如式(3)所示。

公式中?P為土壤氮素表觀平衡(kg/hm2)，P2為施入土壤中化肥和有機(jī)肥的總氮肥量(kg/hm2)，P1為水稻籽粒和秸稈收獲帶走的總氮量(kg/hm2)。水稻收獲帶走的總氮量(kg/hm2)=水稻秸稈干重×秸稈養(yǎng)分含量+水稻籽粒干重×籽粒養(yǎng)分含量。土壤磷素和鉀素表觀平衡計(jì)算同氮肥[16]。

（4）氮素表觀盈余率。計(jì)算公式如式(4)所示。

公式中NASR為氮素表觀盈余率(%)；FN為氮肥（折純）投入量(kg/hm2)，Ntotal為水稻全生育期地上部分氮素積累量(kg/hm2)。磷素和鉀素表觀盈余率的計(jì)算同氮素[17]。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

利用SPSS19.0軟件中One-way ANOVA分析方法進(jìn)行方差分析和多重比較，用Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥措施對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

4種施肥方式下水稻籽粒產(chǎn)量在5667～5967 kg/hm2之間，且不同施肥方式之間水稻籽粒產(chǎn)量差異不顯著（圖1）。從植株光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)化效率來(lái)看，4種施肥方式下水稻谷桿比在1.09～1.31 之間，其中OM3 處理谷桿比最高(1.31)，光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)化效率最高；OPT 處理谷桿比顯著高于OM1 處理(P＜0.05)；3 個(gè)增施有機(jī)肥處理（OM1、OM2 和OM3）中，OM3 處理谷桿比顯著高于OM1 和OM2 處理(P＜0.05)（圖1）。與農(nóng)戶習(xí)慣施肥相比，4 種施肥處理谷桿比均增加。在增施有機(jī)肥的處理中（OM1、OM2 和OM3），隨著化肥施用量的減少，谷桿比呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。

圖1 不同優(yōu)化施肥措施對(duì)水稻產(chǎn)量和谷桿比的影響

2.2 不同施肥措施對(duì)植株養(yǎng)分含量的影響

3個(gè)增施有機(jī)肥處理（OM1、OM2和OM3）籽粒含氮量之間沒(méi)有顯著差異，優(yōu)化施肥處理(OPT)籽粒含氮量顯著高于OM3處理(P＜0.05)；不同處理秸稈含氮量之間沒(méi)有顯著差異（圖2）。不同處理籽粒和秸稈含磷量之間均沒(méi)有顯著差異。與農(nóng)戶習(xí)慣施肥(CK)相比，4種施肥處理籽粒和秸稈含磷量均增加。3個(gè)增施有機(jī)肥處理（OM1、OM2和OM3）中，OM3處理籽粒含鉀量顯著低于OM1 處理(P＜0.05)；優(yōu)化施肥處理(OPT)秸稈含鉀量顯著低于增施有機(jī)肥處理（OM1、OM2 和OM3）(P＜0.05)。與農(nóng)戶習(xí)慣施肥相比，4 種施肥處理籽粒和秸稈含鉀量均增加。

圖2 不同施肥處理對(duì)植株養(yǎng)分含量的影響

2.3 不同施肥措施對(duì)肥料農(nóng)學(xué)效率的影響

由表3 可知，不同施肥處理的肥料偏生產(chǎn)力基本表現(xiàn)為磷肥＞鉀肥＞氮肥。OPT、OM1、OM2 和OM3處理氮肥、磷肥和鉀肥偏生產(chǎn)力分別在30.4～47.2、96.0～122.1、47.2～105.9 kg/kg 之間。其中OPT 處理氮肥偏生產(chǎn)力最高(47.2 kg/kg)，且顯著高于其他3 個(gè)處理(P＜0.05)；OM3處理磷肥偏生產(chǎn)力最高(122.1 kg/kg)，顯著高于OM1 處理(P＜0.05)；OM3 處理鉀肥偏生產(chǎn)力最高(105.9 kg/kg)，顯著高于OM1 和OPT 處理(P＜0.05)。在增施有機(jī)肥的處理中（OM1、OM2和OM3），隨著化肥施用量的降低，氮肥、磷肥和鉀肥偏生產(chǎn)力均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。

表3 不同肥料優(yōu)化措施對(duì)肥料農(nóng)學(xué)效率的影響 kg/kg

由表3可知，OPT、OM1、OM2和OM3處理植株氮素、磷素和鉀素吸收率分別在0.40～0.62、0.50～0.65、0.44～1.02 kg/kg之間。其中OPT處理氮素吸收率最高(0.62 kg/kg)，且顯著高于其他3個(gè)處理(P＜0.05)；OM3處理磷素吸收率最高(0.65 kg/kg)，各處理組間差異不顯著；OPT處理鉀素吸收率最低(0.44 kg/kg)，顯著低于OM1、OM2 和OM3 處理(P＜0.05)。在增施有機(jī)肥的處理中（OM1、OM2 和OM3），隨著化肥施用量的降低，磷素和鉀素吸收率均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。

2.4 不同施肥措施對(duì)水稻收獲后土壤養(yǎng)分狀況的影響

由表4 可知，4 種施肥措施中，增施有機(jī)肥處理（OM1、OM2和OM3）水稻收獲后土壤在pH 4.56～5.42之間，高于優(yōu)化施肥處理(OPT，pH 4.53)；OM1和OM2處理水稻收獲后土壤pH高于水稻種植前，優(yōu)化施肥處理(OPT)相反。增施有機(jī)肥處理（OM1、OM2和OM3）水稻收獲后土壤堿解氮在150.47～159.12 mg/kg 之間，速效鉀在100.54～119.92 mg/kg 之間，高于優(yōu)化施肥處理（OPT，堿解氮和速效鉀分別為134.76、97.90 mg/kg）。OM1、OM2 和OM3 處理有效磷含量（在123.42～125.68 mg/kg 之間）顯著高于OPT 處理(100.45 mg/kg)(P<0.05)。4 種施肥措施的有效磷與速效鉀均高于水稻種植前含量（分別為20.46、58.90 mg/kg），4 種施肥措施的堿解氮均低于水稻種植前含量(159.26 mg/kg)。

表4 水稻種植前后土壤養(yǎng)分狀況

2.5 不同施肥措施對(duì)土壤氮、磷、鉀表觀平衡的影響

由表5 可知，4 種施肥措施氮素、磷素和鉀素表觀平衡均處于盈余狀態(tài)。增施有機(jī)肥處理（OM1、OM2和OM3）氮素平衡在86.0～115.3 kg/hm2之間，顯著高于優(yōu)化施肥處理（OPT，氮素平衡為54.2 kg/hm2）(P<0.05)。增施有機(jī)肥處理（OM1、OM2 和OM3）磷素平衡在17.1～29.8 kg/hm2之間，其中OM1處理顯著高于優(yōu)化施肥處理（OPT，磷素平衡為19.83 kg/hm2）(P<0.05)。增施有機(jī)肥處理（OM1、OM2和OM3）鉀素平衡在1.2～5.8 kg/hm2之間，顯著低于優(yōu)化施肥處理（OPT，鉀素平衡為67.0 kg/hm2）(P<0.05)。在增施有機(jī)肥的處理中（OM1、OM2和OM3），隨著化肥施用量的降低，氮素、磷素和鉀素表觀平衡均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。

表5 氮、磷、鉀表觀平衡

3 討論

商品有機(jī)肥與化肥配合施用是中國(guó)農(nóng)作物可持續(xù)生產(chǎn)的主要方向。近年來(lái)，有關(guān)化肥減量、增施有機(jī)肥等不同優(yōu)化施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量及農(nóng)學(xué)效率的研究較多[18-20]。測(cè)土配方施肥技術(shù)通過(guò)精準(zhǔn)施肥，一方面有效減少化肥（比如氮肥）的過(guò)量施用，進(jìn)而有效緩解農(nóng)業(yè)面源污染；另一方面有效解決作物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)元素補(bǔ)充不均衡問(wèn)題，提高土壤生產(chǎn)潛力和作物產(chǎn)量。增施有機(jī)肥可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高水稻有效穗數(shù)與穎花數(shù)，穩(wěn)定結(jié)實(shí)率與千粒重，從而增加水稻產(chǎn)量。本研究表明，與農(nóng)戶常規(guī)施肥相比，4種優(yōu)化施肥方式產(chǎn)量差異不顯著，優(yōu)化施肥和增施有機(jī)肥措施均可以起到穩(wěn)產(chǎn)效果，其中OM3處理最好；4種措施谷桿比、籽粒和秸稈含磷量、含鉀量均高于農(nóng)戶常規(guī)施肥措施。而在增施有機(jī)肥條件下，有機(jī)肥替代農(nóng)戶習(xí)慣施肥量30%組合方式水稻產(chǎn)量最高。使用有機(jī)肥替代化肥比例并非越高越好，而是需要最佳比例，超過(guò)界限時(shí)反而會(huì)使產(chǎn)量降低，這與孟琳等[20]在江蘇省研究所得在氮用量180 kg/hm2下，有機(jī)肥料氮的替代率在15%至30%的配施處理時(shí)可以獲得更高的肥料利用率的結(jié)果相比基本一致。商品有機(jī)肥替代處理較僅施化肥處理，植株氮素吸收率顯著降低，一方面因?yàn)樵诒狙芯恐猩唐酚袡C(jī)肥處理的施氮量較高[在式(1)中盡管分子氮素積累量無(wú)顯著變化，但分母施氮量更大]，另一方面是因?yàn)橛袡C(jī)肥中養(yǎng)分礦化釋放是一個(gè)很緩慢的過(guò)程。本研究在施氮量低于農(nóng)戶常規(guī)施肥條件下，產(chǎn)量依舊保持穩(wěn)定，可能由于農(nóng)戶長(zhǎng)期高量施氮肥增加了土壤殘留，而試驗(yàn)合理施氮減少土壤的殘留與損失，增加了對(duì)土壤氮庫(kù)的消耗，導(dǎo)致試驗(yàn)后土壤堿解氮含量均略微減少（表4）。因本研究為單季水稻試驗(yàn)，且商品有機(jī)肥替代農(nóng)戶常規(guī)施肥量30%為最大有機(jī)肥替代率，所以減少化肥用量更高的有機(jī)肥替代率是否可以更好地穩(wěn)定作物產(chǎn)量、提升土壤肥力則需要進(jìn)一步研究。

偏生產(chǎn)力是反映土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分水平和肥料施用量綜合效應(yīng)的重要指標(biāo)[21]。本研究中，與僅減量施用化肥的方式相比，增施有機(jī)肥處理的氮肥偏生產(chǎn)力顯著降低（P＜0.05，見(jiàn)表3），增施有機(jī)肥處理的鉀肥偏生產(chǎn)力顯著提高(P＜0.05)，磷肥偏生產(chǎn)力無(wú)顯著變化；與華南地區(qū)水稻的氮肥偏生產(chǎn)力39.6 kg/kg[21]相比，增施有機(jī)肥處理(OM3)的氮肥偏生產(chǎn)力無(wú)明顯變化，僅減量施用化肥的氮肥偏生產(chǎn)力有所提高。增施有機(jī)肥相較僅施用化肥而言，化肥能快速補(bǔ)充水稻生長(zhǎng)所需養(yǎng)分，而有機(jī)肥中的養(yǎng)分在土壤中礦化分解速率較緩慢，可以滿足水稻長(zhǎng)期養(yǎng)分需求，從而對(duì)水稻穩(wěn)產(chǎn)起到一定的效果，這與前人研究結(jié)果[22-23]基本一致。由于增施有機(jī)肥對(duì)土壤是一個(gè)長(zhǎng)期影響過(guò)程，本試驗(yàn)研究?jī)H有一個(gè)生長(zhǎng)季，還需要進(jìn)行長(zhǎng)期定位試驗(yàn)進(jìn)一步研究。綜合產(chǎn)量、谷桿比、磷鉀肥偏生產(chǎn)力考慮，有機(jī)肥替代農(nóng)戶常規(guī)施肥量30%在4種措施中效果最好。

在土壤養(yǎng)分含量方面有研究結(jié)果表明，氮肥減量施用能夠有效降低水稻生態(tài)系統(tǒng)中氮、磷元素徑流的損失[24]；測(cè)土配方施肥在維持產(chǎn)量、土壤肥力和稻田土壤養(yǎng)分表觀平衡的基礎(chǔ)上，通過(guò)減少肥料用量，提高肥料農(nóng)學(xué)效率、降低環(huán)境徑流等損失[25]。長(zhǎng)期施用商品有機(jī)肥能夠有效提升地力，增加土壤有效養(yǎng)分含量[26]。前人研究結(jié)果表明有機(jī)肥化肥配施處理比單施用化肥處理顯著提高土壤氮素含量，改善土壤供氮特性，提高了氮素利用率[27]。無(wú)論是僅施用化肥還是配合施用有機(jī)肥均對(duì)土壤有效磷和速效鉀含量均有提升作用[28]、合理利用商品有機(jī)肥配合氮、磷、鉀肥施用可以穩(wěn)定較高水平生產(chǎn)力和維持稻田生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分平衡[29]。本研究結(jié)果也顯示，經(jīng)過(guò)4 種優(yōu)化施肥措施處理后，土壤有效磷、速效鉀含量顯著提高。合理施肥配比提高了土壤養(yǎng)分含量。

土壤養(yǎng)分表觀平衡是土壤作物系統(tǒng)輸入養(yǎng)分與所輸出養(yǎng)分的差值，是養(yǎng)分回收率的一種表達(dá)式[30]，養(yǎng)分盈余是衡量養(yǎng)分輸入生產(chǎn)力、環(huán)境影響和土壤肥力變化最有效的指標(biāo)[31]。在本研究中，養(yǎng)分表觀平衡計(jì)算中考慮輸入輸出的源因素（肥料養(yǎng)分總投入量和作物移走量），不考慮其轉(zhuǎn)移因素（如徑流、淋溶等）和其他因素（秸稈還田、生物固氮、干濕沉降和氣態(tài)損失等），因此，養(yǎng)分表觀平衡可以看作肥料投入的回收率，值越低說(shuō)明養(yǎng)分從系統(tǒng)回收的可能性越大。本研究結(jié)果表明，4種優(yōu)化施肥處理后土壤養(yǎng)分表觀平衡均為正值，這說(shuō)明土壤中的氮素、磷素、鉀素仍有盈余。與優(yōu)化施肥處理相比，有機(jī)肥替代處理的土壤氮素表觀平衡顯著提高，有機(jī)肥替代處理后的土壤氮素表觀盈余率高于僅施化肥處理，土壤鉀素表觀平衡顯著降低，土壤鉀素表觀盈余率顯著降低，說(shuō)明增施有機(jī)肥處理既可以實(shí)現(xiàn)土壤鉀素培肥目的，又可以避免農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料過(guò)量投入導(dǎo)致對(duì)環(huán)境造成的潛在威脅[32]。

產(chǎn)投比是在給定作物生產(chǎn)條件下對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的綜合分析。通過(guò)不同肥料優(yōu)化措施經(jīng)濟(jì)效益分析（表6），可得4 種優(yōu)化施肥措施中OM3 產(chǎn)量最高(5967 kg/hm2)，OM1 為本試驗(yàn)最高產(chǎn)量施氮量。4 種優(yōu)化處理的產(chǎn)值在23801.4～25061.4 元/hm2之間，OM1 處理的肥料成本最高，產(chǎn)投比最低。4 種優(yōu)化處理施肥間OPT 處理的肥料成本最低，施肥收入和產(chǎn)投比最高，OPT 處理為本試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)最佳施氮量。在本研究中，合理施肥范圍在經(jīng)濟(jì)最佳施氮量和最高產(chǎn)量施氮量之間（OPT 與OM3 之間）。與OM1、OM2 和OM3 處理相比，OPT 處理的產(chǎn)投比平均分別顯著提高了121%、100%、85% (P<0.05)。綜合產(chǎn)量、氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收率、土壤中氮素表觀盈余率和產(chǎn)投比考慮，優(yōu)化施肥措施在4種措施中效果最好。

表6 不同肥料優(yōu)化措施經(jīng)濟(jì)效益分析

4 結(jié)論

（1）優(yōu)化施肥和增施有機(jī)肥措施均可以起到穩(wěn)產(chǎn)效果，4 種措施谷桿比、籽粒和秸稈含磷量、含鉀量均高于農(nóng)戶常規(guī)施肥措施。（2）綜合產(chǎn)量、谷桿比、磷鉀肥偏生產(chǎn)力考慮，有機(jī)肥替代農(nóng)戶常規(guī)施肥量30%在4種措施中效果最好。（3）綜合產(chǎn)量、氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收率、土壤中氮素表觀盈余率和產(chǎn)投比考慮，優(yōu)化施肥措施在4種措施中效果最好。