淺談有機肥替代化肥對培肥地力及水稻產(chǎn)量的影響

潘艷婷

有機肥替代化肥作為一種可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術，近年來備受關注。用有機肥替代化肥，不僅能改善土壤結構，提高土壤保水保肥能力，還能減少因過量施用化肥造成的環(huán)境污染，保護農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。因此，探討有機肥替代化肥對培肥地力及水稻產(chǎn)量的影響具有重要意義。土壤中的有機質(zhì)是構成土壤基礎的關鍵元素，它對土壤生態(tài)系統(tǒng)的構建、土壤生產(chǎn)力的提升、環(huán)境保護以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有深遠影響。盡管無機化肥在短期內(nèi)能顯著增加作物生產(chǎn)，但過度依賴會導致土壤質(zhì)量惡化，土壤肥力流失、土壤板結及酸化等問題日益嚴重?？茖W研究揭示，將有機肥與無機肥相結合，對于保護和提升稻田土壤質(zhì)量作用顯著。

面對當前水稻種植中過度依賴化肥的現(xiàn)實以及“雙碳”背景下農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的需求，本文旨在探索有機肥替代部分化肥的可行性，以提供理論支持。試驗設計了等氮量的處理方案，包括有機肥替代10%、20%和30%化肥，以及常規(guī)化肥施用。研究結果顯示，有機肥的逐漸替換提升了土壤肥力，并提高了土壤pH值。隨著有機肥替代比例的上升，這些指標呈上升趨勢，尤其是pH值和有機質(zhì)、全氮。而有效銅、鋅和硼則與替代比例呈正相關。有機肥部分替代并未顯著影響土壤的有效磷和速效鉀含量，特別是替代20%和30%氮的情況下，這些指標保持在較高的水平。相較于常規(guī)施肥，雖然部分有機肥替代導致水稻體內(nèi)的氮、磷、鉀含量微幅下降，但總體水平依然保持高位。試驗顯示，有機肥替代對水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分積累具有積極影響，其中替代20%的比例下，水稻產(chǎn)量和氮、鉀的積累達到了峰值。綜上所述，在當前試驗環(huán)境下，有機肥替代化肥的比例為20%最為理想，有助于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和降低碳排放目標。

當前，水稻肥料管理中存在諸多問題，如化肥施用量過量、配方不均衡，這不僅造成了資源的浪費，也引發(fā)了嚴重的面源污染。實施有機肥替代化肥的策略，通過減少化肥使用并增加有機肥投入，不僅能有效提升水稻的產(chǎn)量和品種多樣性，還能增強化肥的有效利用，推動綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展。有機與無機肥料的混合施用不僅能提升作物的產(chǎn)量，而且能優(yōu)化作物品質(zhì)，重塑土壤結構，增強土壤肥力，同時影響土壤微生物群落的數(shù)量、活力和結構。通過有機肥部分替代化學肥料，可以在保持作物產(chǎn)量的同時，顯著增強土壤肥力，這是一種兼顧資源節(jié)約和環(huán)境保護的新型施肥模式，值得廣泛推廣和實踐。

一、材料與方法

1、試驗材料

試驗地的土壤特性在0—20cm深度下表現(xiàn)出如下特征：酸堿度為6.79，富含有機質(zhì)，總量為20.9g/kg，堿性可溶氮含量為142ml/kg，有效磷含量為10.1ml/kg，快速吸收的鉀元素含量為117ml/kg，鐵的有效含量為80ml/kg，錳的活性水平為26.6ml/kg，銅含量為2.57ml/kg，而鋅的含量則較低，僅為0.56ml/kg。這些指標表明土壤的肥力處于適中的范疇，且具有典型性。

試驗肥料包括多種類型：尿素，其氮（N）含量為46%;過磷酸鈣，磷（P2O5）含量為12%;氯化鉀，鉀（K2O）含量為60%。商品有機肥養(yǎng)分總含量5%，其中氮（N）含量1.90%、磷（P2O5）含量1.69%、鉀（K2O）含量1.41%，試驗肥料旨在提供全面均衡的養(yǎng)分供應。

2、田間試驗設計

本研究采用了多元試驗設計，共劃分4個不同的處理組，分別是化肥常規(guī)用量、有機肥替代氮肥（替代10%N）、有機肥替代20%氮肥（替代20%N）及有機肥替代30%氮肥（替代30%N）。在對照組中，全部依賴于化學肥料，其配方為氮肥150kg/hm2（N）、磷肥60kg/hm2（P2O5）和鉀肥120kg/hm2（K2O）。而在替代處理中，有機肥逐步替代部分化學氮肥，同時確保磷和鉀攝入量保持一致。磷和鉀作為基肥與有機肥一起施用，而氮肥則分為3次施放，基肥占50%、分蘗期施肥20%、孕穗期施肥30%。

試驗在進行基肥施用后15天施用分蘗肥，最后進行穗肥施用。每個處理設置3次重復，隨機區(qū)組排列，以減少誤差。區(qū)域面積為30m2、長6m、寬5m，并通過隔板隔離，防止肥料溢出。在試驗區(qū)邊緣，設置2m寬的防護帶以進一步保護作物不受外部影響。

3、測定項目與方法

在水稻生長的關鍵階段，遵循嚴謹?shù)娜硬呗?，?個特定區(qū)域采集深度為0—20cm的土壤樣本，將其整合成單一的代表性樣本。對這些樣本進行了細致的處理，首先移除了所有非土壤元素，如土壤中硬質(zhì)礦物質(zhì)等，然后進行自然干燥，隨后研磨并篩選，其中20目的部分用于測量土壤的酸堿度和有效性養(yǎng)分，而60目的部分則用于評估有機質(zhì)的豐富程度。同步進行的還有作物收獲的實地調(diào)查，通過1㎡的采樣區(qū)域，詳細記錄水稻的產(chǎn)量及其構成特性。

①土壤pH值及有效養(yǎng)分

土壤屬性的測量手段依據(jù)相關研究資料進行。pH值通過采用2.5：1的水土比例浸提液，利用精密的pH計進行精準讀數(shù)。有機質(zhì)含量則依據(jù)經(jīng)典的重鉻酸鉀容量法，并結合外加熱步驟來計算得出。有效氮含量的測定則依賴于堿性溶液的分解擴散過程。有效磷的含量測定則采取了先用碳酸氫鈉處理土壤，隨后通過鉬銻比色法進行定性定量分析。速效鉀的含量則通過乙酸銨提取，借助火焰光譜技術進行精確檢測。至于微量元素的有效鐵、錳、銅和鋅含量，采用二硫腙磷酸鹽（DTPA）浸提，再利用火焰原子吸收光譜技術進行定量分析。而有效硼的測定則采取沸水提取，使用甲亞胺顯色反應，通過比色法獲取其含量數(shù)據(jù)。

②植物體內(nèi)氮、磷、鉀養(yǎng)分含量及積累量

氮、磷、鉀的總量分析分別采用了高效處理技術，即通過硫酸-過氧化氫溶液進行消化。然后，利用靛酚藍分光光度法來確定氮的含量，磷則通過鉬銻抗比色法得出。鉀元素的定量則依賴于火焰光譜法的精確測量。而氮、磷、鉀的累積吸收量，則是由各自的養(yǎng)分濃度乘以相應的生物量得出，這一計算過程對于理解植物對這些關鍵營養(yǎng)素的總吸收至關重要，其數(shù)值為;

產(chǎn)量考察

產(chǎn)量計算公式為割方稱質(zhì)量：產(chǎn)量（kg/hm2）=1m2水稻產(chǎn)量×104。

數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)及圖片使用Excel2016，單因素方差分析和顯著性分析使用SPSS19.0。

二、結果與分析

1、有機肥部分替代化肥對土壤養(yǎng)分及pH值等其他重要土壤特性的影響。

①對土壤pH值的影響

在研究中，水稻的成熟期土壤呈現(xiàn)出微弱的酸性特征，其pH值范圍為6.13—6.22。pH值作為土壤核心的化學屬性，實驗數(shù)據(jù)揭示出有機肥料的應用顯著提升了土壤的酸堿度。具體來說，隨著有機肥對化肥使用量的逐步替換，土壤的pH值呈現(xiàn)出上升的趨勢，這證明有機肥的使用有助于抵消土壤酸化的傾向。

②對有機質(zhì)含量的影響

有機肥料的應用顯著提升了土壤有機質(zhì)的豐富度。觀察到隨著有機肥料的逐步替換，土壤中有機質(zhì)的積累呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的趨勢。當有機肥替代了常規(guī)肥料的10%、20%以及30%時，土壤有機質(zhì)含量分別提升到32.46g/kg、33.94g/kg和34.76g/kg，相較于對照組（31.98g/kg）的提升幅度分別為1.50%、6.13%和8.69%。這種積極的影響表明有機肥料在優(yōu)化土壤結構方面具有顯著作用。

③對土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分含量的影響

研究顯示，土壤中的全氮含量在1.23—1.53g/kg的范圍內(nèi)波動，呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律。隨著有機肥替代化肥比例的提升，這一含量呈現(xiàn)上升趨勢，其中以替代30%的氮肥處理表現(xiàn)最為顯著，其全氮含量高達1.53g/kg，相較于常規(guī)施氮方法，有顯著性差異。其次是替代20%處理，全氮含量為1.47g/kg，同樣顯示出與常規(guī)處理的顯著區(qū)別。相比之下，替代10%的處理雖然與常規(guī)處理之間的差異不顯著，但仍有較明顯的增長，大約提升了11.11%。盡管有機肥替代化肥在提升土壤有效磷和速效鉀方面展現(xiàn)出傾向，但這種影響并未達到顯著性水平。各處理下的有效磷和速效鉀含量基本保持穩(wěn)定，沒有顯著的差異變化。

④對土壤部分微量元素含量的影響

相較于傳統(tǒng)肥料，有機肥在部分替代化肥的情況下，顯著提升了土壤中的有效鐵、銅、鋅和硼含量。這一提升的趨勢隨著替代比例的提升而增強。具體而言，使用有機肥替換化肥的處理（按比例遞增）使有效鐵含量分別比常規(guī)增加11.83%、11.30%和15.64%，有效銅含量則相應增長了9.06%、9.36%和10.23%。對于有效鋅，盡管初始替代比例較低時增長較小，但當替代30%時，其含量劇增45.33%，與常規(guī)相比有顯著差異。值得注意的是，有機肥對土壤中有效錳的影響并無明顯規(guī)律可循，其含量變化并不明顯。

2、有機肥部分替代化肥對水稻產(chǎn)量的影響

研究結果顯示，水稻產(chǎn)量在有機肥替換過程中呈現(xiàn)出獨特的波動模式。初始階段，隨著有機肥替代比率的提升，產(chǎn)量呈現(xiàn)上升趨勢，峰值出現(xiàn)在替代20%的情況下，達到了7.05t/hm2。緊隨其后的是替代10%的處理，其產(chǎn)量也相當可觀，為6.78t/hm2，這與常規(guī)肥料施用的產(chǎn)量相當，顯示出良好的生產(chǎn)力。然而，當有機肥替代率達到30%時，雖然與常規(guī)施肥相比有所降低，但這種下降并不具有統(tǒng)計學上的顯著性，說明各處理之間的產(chǎn)量差距尚在可接受范圍內(nèi)。

3、有機肥部分替代化肥對水稻氮、磷、鉀養(yǎng)分含量及積累量的影響

①對水稻氮、磷、鉀養(yǎng)分含量的影響

水稻籽粒的氮和磷含量相對于秸稈顯著較高，而鉀含量則相對較低。引入有機肥作為化肥的部分替代，雖然導致籽粒中的氮含量有所降低，但秸稈中的氮含量卻有所上升，這種變化總體上呈現(xiàn)微弱的下降趨勢，但與常規(guī)肥料處理相比，差異并未達到統(tǒng)計學上的顯著性（P>0.05），表明植物體內(nèi)的氮水平依然保持在可觀的水平。

磷元素在水稻籽粒和秸稈中的分布也受到有機肥替代的影響。隨著有機肥比例的提升，籽粒和秸稈中的磷含量呈現(xiàn)出明顯的遞減，籽粒磷含量下降幅度在0.58%—5.82%，而秸稈中的磷含量下降范圍為2.25%—8.56%，整體下降幅度在0.61%—6.95%。對比常規(guī)施肥，替代20%和30%氮的處理表現(xiàn)出更為顯著的磷含量下降（P<0.05）。盡管有機肥替換化肥對鉀含量有影響，特別是對于籽粒（僅限于替代10%N處理）整體來看，鉀含量的降低并不明顯，且這些變化未達到顯著差異水平（P>0.05）。

②對氮、磷、鉀積累量的影響

雖然各種處理方式對水稻植株的整體氮、磷、鉀累積量的影響相對有限，范圍在133.33—142.59kg/hm2（氮）、80.17—86.32kg/hm2（磷）和195.83—209.32kg/hm2（鉀），但各處理間的差異并不顯著。相較于常規(guī)施肥，使用有機肥部分取代化肥顯著地調(diào)整了籽粒氮的累積，表現(xiàn)為有機肥替代20%N處理時增加1.04%，而替代10%N和30%N則分別下降了3.98%和5.52%。

磷的累積趨勢與磷供應量相吻合，隨著有機肥替代比例的提升，磷累積量有所降低。替代10%N和20%N的處理對磷累積影響不大，但替代30%N處理導致的減少更為明顯，降低了7.13%。有機肥替代處理下的籽粒和整株磷累積量均呈現(xiàn)出隨比例增加而下降的趨勢，唯有替代20%N處理提升了2.70%的秸稈磷累積。

鉀的累積受有機肥替代影響微乎其微，替代20%N處理反而提高了4.34%，而替代10%N和30%N則分別下降了0.38%和2.38%。

總的來說，有機肥部分替代化肥與常規(guī)施肥在氮、磷、鉀的累積上沒有顯著區(qū)別，對水稻養(yǎng)分的累積影響不大，確保了作物體內(nèi)養(yǎng)分的正常積累。特別是替代20%N處理的水稻在氮和鉀的累積上優(yōu)于常規(guī)處理。

盡管氮肥不當使用和酸雨引發(fā)的酸沉降導致局部土壤酸化問題嚴峻，一項新的實驗揭示，在酸性土壤條件下，施用有機肥料能顯著提升土壤的pH值，延緩酸化過程，這一發(fā)現(xiàn)與眾多研究相吻合。有機肥料的作用機制在于能夠通過釋放堿性物質(zhì)中和土壤酸度，或者以等量氮素替換化肥，減少化肥的整體施用量，從而減少硝態(tài)氮的積累和淋失，減輕氮肥導致的土壤酸化效應。

研究顯示，有機肥料能夠增強土壤中固態(tài)金屬元素的有效性。具體來說，試驗期間，耕層土壤中的有效鐵、錳、銅、鋅含量顯著提升，尤其在有機肥料替代化肥的情況下，有效鐵、銅、鋅和硼的含量都有所增長，微量元素的提升程度與有機肥料替代的比例成正比。然而，盡管有觀點強調(diào)有機肥料對有效銅的影響較大，但也有研究認為影響較小，這可能源于作物對銅的吸收差異以及試驗土壤類型（如砂田和黃綿土）的特性，這些土壤對有機肥中有效銅的影響較小。

此外，本研究強調(diào)了有機肥料與無機肥料的適當配比對于作物產(chǎn)量的提升至關重要。過量施用有機肥料可能導致產(chǎn)量下降，這一發(fā)現(xiàn)與多位學者的研究結果相符。有機肥料替代無機肥料的比例與水稻產(chǎn)量呈顯著負相關，隨著替代比例增加，產(chǎn)量相應反而降低，當替代比例超過60%時，產(chǎn)量顯著下滑。為了維持水稻穩(wěn)定生產(chǎn)，應將有機肥料替代化肥的比例控制在20%以下。不同肥力的沙壤土上進行的水稻試驗結果顯示，適度施肥條件下添加有機肥料可促進產(chǎn)量增長，增產(chǎn)率可達8.76%—13.1%，但在高肥力地區(qū)，過多的有機肥料可能導致產(chǎn)量下降，減產(chǎn)率為0.65%—2.29%。

總之，在農(nóng)業(yè)實踐中，有機肥料與化肥的合理結合對于提升土壤健康和作物生產(chǎn)力具有積極意義。使用有機肥作為化肥的部分替代品，能夠促進土壤中關鍵營養(yǎng)素如有機質(zhì)、有效氮、鐵、銅、鋅和硼的優(yōu)化分布，同時調(diào)整土壤酸堿平衡，使其趨于更適宜的pH環(huán)境。觀察數(shù)據(jù)顯示，隨著有機肥替代化肥比例的提高，土壤的pH值和有機質(zhì)含量呈現(xiàn)出上升趨勢，而有效氮含量也隨之增長。以20%和30%的有機肥替代化肥的比例進行處理，其土壤養(yǎng)分表現(xiàn)優(yōu)秀，各項指標均保持在較高的穩(wěn)定水平。然而，有機肥對土壤的有效磷和速效鉀含量影響并不顯著，但對有效鐵、銅、鋅和硼的含量有正向關聯(lián)性，表明其在微量元素供應上起到補充作用。

相較于常規(guī)化肥施用，采用部分有機肥替代的方式，雖然會使水稻體內(nèi)的氮、磷、鉀含量稍有下降，但總體上仍能維持較高的營養(yǎng)水平。在累積量上，20%替代處理的氮和鉀含量最高，而10%替代處理的磷累積最多。產(chǎn)量方面，有機肥替代化肥的比例對水稻產(chǎn)量產(chǎn)生動態(tài)影響。起初隨比例增加產(chǎn)量上升，然后在30%替代處理時出現(xiàn)下降，其中以20%替代處理的產(chǎn)量最高，達到7.05t/hm2，略高于常規(guī)施肥的6.78t/hm2。這表明適度的有機肥替代可優(yōu)化稻米生產(chǎn)，但過度則可能帶來負面影響。

（作者單位：542899廣西賀州市八步區(qū)農(nóng)田建設工作站）