有機(jī)肥替代化肥對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性及水稻產(chǎn)量的影響

摘要：為減少化肥投入，減輕環(huán)境負(fù)荷，維持土壤可持續(xù)發(fā)展，通過(guò)連續(xù)2年田間定位試驗(yàn)和室內(nèi)分析，等氮條件下設(shè)置不施肥空白對(duì)照（CK）、常規(guī)施肥（NPK）、有機(jī)肥替代50%化肥（1/2NPKM）和有機(jī)肥替代100%化肥（M）共4個(gè)處理，探究有機(jī)肥替代化肥對(duì)稻田土壤養(yǎng)分、酶活性及水稻產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，單施有機(jī)肥和有機(jī)肥配施化肥有利于土壤養(yǎng)分提高，與NPK相比對(duì)土壤酶活性均有所提高，其中脲酶、過(guò)氧化氫酶達(dá)到顯著性差異；與CK相比，均顯著提高土壤脲酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶活性。M較NPK提高了每穗粒數(shù)、千粒重，但是2年產(chǎn)量均低于NPK，1/2NPKM 和NPK產(chǎn)量間無(wú)顯著性差異，在2022年試驗(yàn)中1/2NPKM水稻產(chǎn)量略高于NPK。綜上，等氮條件下有機(jī)肥替代50%化肥有利于土壤養(yǎng)分、酶活性的提高，在減少化肥投入、保護(hù)環(huán)境的同時(shí)能保持穩(wěn)產(chǎn)，研究結(jié)果可為當(dāng)?shù)厮咎镩g施肥提供參考。

關(guān)鍵詞：有機(jī)肥替代化肥；土壤養(yǎng)分；酶活性；水稻產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S511.06" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）13-0230-05

化肥對(duì)糧食增產(chǎn)貢獻(xiàn)率達(dá)50%以上［1］，但化肥過(guò)量施用會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)分利用率降低、環(huán)境污染、土壤質(zhì)量降低等問(wèn)題［2］，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)《到2025年化肥減量化行動(dòng)方案》和《到2025年化學(xué)農(nóng)藥減量化行動(dòng)方案》中提出進(jìn)一步提高有機(jī)肥資源還田量。有機(jī)肥替代化肥能減少化肥施用量，同時(shí)也是對(duì)畜禽糞便、秸稈、動(dòng)物殘?bào)w等廢棄資源的合理利用，還能培肥土壤、維持土壤可持續(xù)發(fā)展［3-4］。在貴州省還存在重化肥、輕有機(jī)肥［5］的情況。研究有機(jī)肥替代化肥對(duì)化肥減量增效、保護(hù)環(huán)境具有重要意義。Yang等33年的試驗(yàn)研究表明，有機(jī)肥氮和化學(xué)氮肥配施可以提高土壤有機(jī)碳和全氮含量，增強(qiáng)土壤肥力以及維持小麥-玉米系統(tǒng)的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)［6］。有機(jī)肥或化肥有機(jī)肥配施可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分的供應(yīng)能力，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和養(yǎng)分的有效性，從而降低化肥損失率，提高土壤肥力和作物產(chǎn)量［7-8］，有機(jī)肥替代化肥有利于土壤酶活性的提高［9］。近年來(lái)，許多研究表明，有機(jī)肥化肥配施對(duì)提高玉米［10］、薺菜［11］、水稻［12］、小麥［13］等不同作物產(chǎn)量、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力和酶活性等方面效果明顯，但是有機(jī)肥替代化肥的效果也會(huì)受到作物品種、試驗(yàn)?zāi)晗蕖⒌赜驐l件等多方面因素的影響［14］。本研究通過(guò)在貴州省黃壤單季稻田連續(xù)2年田間定位試驗(yàn)，等氮量條件下對(duì)有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)土壤養(yǎng)分、土壤酶活性和水稻產(chǎn)量的影響進(jìn)行探討，為貴州省黃壤性稻田水稻合理施肥提供科學(xué)方案。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年6月至2022年9月在貴州省安順市雞場(chǎng)鄉(xiāng)聯(lián)興村（106°5′59″E，26°6′29″N）開(kāi)展，試驗(yàn)地海拔1 271 m，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)型氣候，年均降水量為968～1 309 mm，年平均氣溫為13.2～15.0 ℃，土壤為黃壤性水稻土，其0～20 cm基礎(chǔ)肥力狀況：pH值5.19，有機(jī)質(zhì)含量35.16 g/kg，全氮含量2.59 g/kg，堿解氮含量177.03 mg/g，速效磷含量9.135 mg/g，速效鉀含量96.09 mg/g。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)材料

設(shè)置4個(gè)處理（表1）：空白對(duì)照（CK，不施肥）；常規(guī)施肥（NPK）；有機(jī)肥替代50%化肥（1/2NPKM）；有機(jī)肥替代100%化肥（M），每個(gè)處理3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)之間用水泥墻隔開(kāi)，小區(qū)面積24 m2，田間隨機(jī)區(qū)組排列。

供試化肥：尿素（N含量46.2%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5含量 16%）、氯化鉀（K2O含量60%）；有機(jī)肥為商品有機(jī)肥（含有機(jī)質(zhì)45%，含N 2%、P2O5 2%和K2O 2%）。供試水稻品種為錦城優(yōu)雅禾（錦城2A×雅禾），一季中稻，全生育期152 d。

每年于6月插秧至試驗(yàn)小區(qū)，9月進(jìn)行收獲測(cè)產(chǎn)，水稻株距20 cm，行距30 cm，磷肥和有機(jī)肥全部作基肥一次性施用；氮肥基追比為5 ∶5，追肥按分蘗肥 ∶穗肥為3 ∶2，鉀肥基追比為5 ∶5，抽穗期追肥，其他田間管理與當(dāng)?shù)厮锕芾肀３忠恢隆?/p>

1.3 樣品采集及測(cè)定

土壤樣品采集時(shí)間為9月16—22日，每個(gè)小區(qū)采用五點(diǎn)取樣法，使用土鉆從耕層采集0～20 cm土層土壤樣品，剔除可見(jiàn)根系和植物殘?bào)w，混勻成1份，陰涼處自然風(fēng)干后過(guò)2.00、1.00、0.15 mm篩，用于土壤養(yǎng)分酶活性的測(cè)定。采用鮑士旦的方法測(cè)定全氮（凱氏定氮法）、堿解氮（堿解擴(kuò)散法）、速效鉀（火焰光度法）、速效磷（NaHCO3法）含量［15］。用關(guān)松蔭的方法測(cè)定蔗糖酶活性（3，5-二硝基水楊酸比色滴定法）、脲酶活性（苯酚-次氯酸鈉比色法）及氧化氫酶活性（高錳酸鉀滴定法）［16］。

成熟期選取9穴水稻植株，再?gòu)睦锩骐S機(jī)選取9株測(cè)量穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率，并對(duì)各小區(qū)全部收獲測(cè)產(chǎn)，分取1 kg水稻籽粒帶回實(shí)驗(yàn)室，稱取100 g，采用烘干法測(cè)定含水量，計(jì)算水稻籽粒干重，按稻谷標(biāo)準(zhǔn)含水量13.5%折算水稻產(chǎn)量［17］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表分析，采用SPSS 25.0軟件LSD法進(jìn)行多重比較，顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥替代化肥對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

由圖1可以看出，與CK相比，有機(jī)肥替代化肥處理土壤全氮含量在2021年試驗(yàn)中各處理均有所提高，且1/2NPKM處理與CK存在顯著差異。M、NPK、1/2NPKM全氮含量分別為2.14、2.06、2.32 g/kg，與CK相比分別提高8.26%、4.40%、17.13%。在2022年試驗(yàn)中，1/2NPKM、M處理與CK相比分別顯著提高57.26%、51.61%，1/2NPKM處理較NPK處理顯著提高26.62%，M處理較NPK處理提高22.08%。由表2可知，年份會(huì)顯著影響土壤全氮含量。

在2021年試驗(yàn)中，與CK相比，其余處理堿解氮含量均無(wú)顯著性差異，CK、M、NPK、1/2NPKM處理堿解氮含量分別為136.03、134.80、139.25、140.49 mg/kg。但在2022年試驗(yàn)中，與CK相比，1/2NPKM 處理提高11.82%、M處理顯著提高15.30%，與NPK相比，1/2NPKM提高8.43%、M處理顯著提高11.80%。表明在本試驗(yàn)條件下，有機(jī)肥和有機(jī)肥化肥配施有利于堿解氮含量的提高。由表2可知，施肥×年份對(duì)土壤堿解氮含量無(wú)顯著影響，但年份會(huì)顯著影響土壤堿解氮含量。

有機(jī)肥替代化肥處理的速效鉀含量在2年試驗(yàn)中，與NPK相比，CK、1/2NPKM、M處理速效鉀含量存在顯著性差異，其中以M處理的速效鉀含量最高。1/2NPKM、M處理較NPK處理在2021年試驗(yàn)中分別顯著提高32.17%、66.96%，在2022年試驗(yàn)中分別顯著提高39.99%、95.75%。由表2雙因素方差分析結(jié)果顯示，年份和施肥方式對(duì)土壤速效鉀含量有顯著影響。在本試驗(yàn)條件下，有機(jī)肥和有機(jī)肥配施化肥使用有助于提高土壤速效鉀含量。

在2021年試驗(yàn)中，其余處理與CK相比對(duì)土壤速效磷含量均有顯著性提高，NPK、1/2NPKM、M處理分別提高28.83%、27.83%、30.55%。在2022年試驗(yàn)中，M處理較CK、NPK處理顯著提高。由表2可知，施肥對(duì)土壤速效磷含量有顯著影響，結(jié)果表明在本試驗(yàn)條件下，有機(jī)肥的施用有利于土壤速效磷含量的提高。

2.2 有機(jī)肥替代化肥對(duì)土壤酶活性的影響

由表3可知，在2021年試驗(yàn)中，與CK相比，1/2NPKM、M處理均顯著提高了土壤脲酶（47.06%～64.71%）、蔗糖酶（67.24%～73.86%）、過(guò)氧化氫酶（14.01%～25.12%）活性；與NPK相比，1/2NPKM處理對(duì)過(guò)氧化氫酶活性顯著提高6.79%，脲酶和蔗糖酶活性有所提高但不顯著，M處理較NPK處理顯著提高了脲酶活性（16.67%）、過(guò)氧化氫酶活性（17.19%），蔗糖酶活性有所提高但不顯著。2022年試驗(yàn)中，1/2NPKM、M處理較NPK處理顯著提高了土壤脲酶活性（26.92%～34.62%）和過(guò)氧化氫酶活性（7.83%～11.74%），與CK相比，均顯著提高了土壤脲酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶活性。結(jié)果表明，在本試驗(yàn)條件下有機(jī)肥的施用有利于土壤脲酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶活性的提高。結(jié)合表2可知，年份和施肥會(huì)顯著影響脲酶和過(guò)氧化氫酶活性，年份會(huì)顯著影響蔗糖酶活性。

2.3 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表4可知，在2021年試驗(yàn)中，與CK處理相比，1/2NPKM處理每穗粒數(shù)提高6.17%，M處理每穗粒數(shù)顯著提高22.87%。在2022年試驗(yàn)中，M處理每穗粒數(shù)最多，較NPK處理顯著提高了26.01%。

M處理的千粒重在2年試驗(yàn)中最高，在2021年中與CK、NPK、1/2NPKM相比分別提高3.23%、2.08%、2.63%，在2022年中分別提高4.38%、2.12%、0.11%。結(jié)果表明，有機(jī)肥的施用有利于水稻每穗粒數(shù)、千粒重的提高。在2021和2022年試驗(yàn)中，與CK處理相比，M、NPK、1/2NPKM處理的結(jié)實(shí)率均無(wú)顯著性差異。在2021年，NPK處理的產(chǎn)量最高，與CK、M處理相比分別顯著提高52.35%、22.08%，較1/2NPKM提高1.52%，其產(chǎn)量次序?yàn)镹PKgt;1/2NPKMgt;Mgt;CK。在2022年試驗(yàn)中 1/2NPKM 處理的產(chǎn)量最高，與CK相比，NPK、1/2NPKM、M處理分別顯著提高32.45%、33.24%、22.42%，其標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量次序?yàn)?/2NPKMgt;NPKgt;Mgt;CK。

3 討論與結(jié)論

3.1 有機(jī)肥替代化肥對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

在本試驗(yàn)條件下，有機(jī)肥替代50%化肥（1/2NPKM）與單施化肥（NPK）相比對(duì)土壤全氮含量有著顯著影響，在2年試驗(yàn)中土壤全氮含量次序表現(xiàn)為1/2NPKMgt;Mgt;NPKgt;CK；在2021年，各處理間堿解氮含量均無(wú)顯著性差異，在2022年有機(jī)肥100%替代化肥（M）與CK、NPK相比可顯著提高土壤堿解氮含量，且隨著年份的增加也會(huì)顯著影響土壤全氮、堿解氮含量。此外有研究表明，單施有機(jī)肥和有機(jī)肥配施均能提高土壤全氮、堿解氮含量［18］，增強(qiáng)土壤固氮能力，降低氮素?fù)p耗。在黃晶等長(zhǎng)達(dá)28年的不同施肥方式研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，單施有機(jī)肥和有機(jī)肥配施化肥與單施化肥相比更加有利于土壤全氮、堿解氮含量的提高，而且會(huì)隨著施肥年限的增加效果越明顯［19］。邵興華等以30年的定位試驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究發(fā)現(xiàn)平均施肥配施有機(jī)肥能提高有機(jī)質(zhì)的積累和全氮含量［20］。本試驗(yàn)結(jié)果與上述結(jié)果基本一致，表明施用有機(jī)肥是提高土壤氮素水平、降低土壤氮素?fù)p耗的有效施肥方法。水稻在生長(zhǎng)過(guò)程中需要不斷吸收有機(jī)氮，然而氮素在土壤中很快轉(zhuǎn)化為NH+4和NO-3，由于NH+4和NO-3在土壤中易揮發(fā)、滲透淋溶向環(huán)境中遷移流失［21］，因此本試驗(yàn)中單施化肥、有機(jī)肥和有機(jī)肥化肥配施對(duì)土壤氮素的影響也還需要長(zhǎng)期定位跟蹤試驗(yàn)進(jìn)行觀察。

馬凡凡等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代100%化肥有利于提高土壤速效養(yǎng)分含量，且顯著高于單施化肥和有機(jī)肥替代50%化肥［22］。邢鵬飛等通過(guò)連續(xù)4年的定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著有機(jī)肥替代化肥比例的逐漸增高，會(huì)讓土壤中速效磷含量隨之增加［23］，本試驗(yàn)2022年的結(jié)果與之基本一致。在2021年試驗(yàn)中，與CK相比，其余處理均有差異顯著，但有機(jī)肥替代50%化肥、單施化肥和有機(jī)肥100%替代化肥之間并沒(méi)有顯著性差異；在2022年有機(jī)肥替代100%化肥比單施化肥顯著提高，本試驗(yàn)中施肥方式對(duì)速效磷含量有著顯著影響，這可能與有機(jī)肥的施用提高了土壤磷的有效性和降低土壤磷的徑流流失量從而減少磷的損耗有關(guān)［24］。也可能是因?yàn)?022年雨水不足，導(dǎo)致稻田里的灌水量不同，水分也會(huì)影響水稻對(duì)磷的吸收，具體影響因素還需繼續(xù)定位試驗(yàn)研究。

3.2 有機(jī)肥替代化肥對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶活性可以作為評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)［25］，不同的施肥方式對(duì)土壤酶活性的影響也不同［26］，施肥能提高土壤酶活性是因?yàn)槭┓誓艽龠M(jìn)根系代謝，增加根系分泌物，提高微生物活性［27］。本試驗(yàn)中，有機(jī)肥替代100%化肥較單施化肥顯著提高了土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶活性，有機(jī)肥替代50%化肥在2021年試驗(yàn)中與單施化肥相比對(duì)土壤脲酶活性的影響并無(wú)顯著性差異，而在2022年有顯著提高。M、NPK、1/2NPKM處理對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響并無(wú)顯著性差異。此外，彭宇等和曲成闖等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代化肥與單施化肥相比對(duì)土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶活性均有顯著提高［28-29］，本試驗(yàn)結(jié)果與之基本一致；而王俊華等和宋震震等研究發(fā)現(xiàn)，在同一施肥水平下，有機(jī)肥的施用量越多，酶的活性與之成正比［30-31］，本試驗(yàn)結(jié)果與之不一致，這可能與施肥年份、土壤類型、試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同有關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)肥和有機(jī)肥配施化肥能提高土壤酶活性，可能是因?yàn)橛袡C(jī)肥本身就含有大量酶的同時(shí)為產(chǎn)酶微生物提供營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，增加根系分泌物從而提高土壤酶活性［32］。

3.3 有機(jī)肥替代化肥對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

如何在降低化肥的施用減少環(huán)境負(fù)荷的同時(shí)維持水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)一直是國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)，而有機(jī)肥替代化肥能否達(dá)到減肥增效還需要從土壤肥力、作物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量水平、氮肥利用率等方面進(jìn)行考慮［33］。此外，有研究表明有機(jī)肥配施化肥能提高谷子穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率和有效穗數(shù)等［9］，有助于谷子的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)［12］，本試驗(yàn)結(jié)果與之具有相似性。本研究表明，有機(jī)肥替代100%化肥、有機(jī)肥替代50%化肥和單施化肥較CK產(chǎn)量均有顯著提高。在2021年單施化肥與有機(jī)肥替代100%化肥相比顯著提高產(chǎn)量，2022年有機(jī)肥替代100%化肥產(chǎn)量有增加的趨勢(shì)且與單施化肥相比沒(méi)有顯著性差異。這可能是單施有機(jī)肥由于氮素釋放延后，造成水稻前期缺氮，后期氮素供應(yīng)過(guò)量，引起水稻貪青晚熟從而影響產(chǎn)量［3］，具體因素還需長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究。

在本試驗(yàn)條件下，單施有機(jī)肥或有機(jī)肥配施化肥能改善土壤養(yǎng)分，提高土壤酶活性，增強(qiáng)土壤肥力，有利于水稻對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收。結(jié)合土壤養(yǎng)分、酶活性和水稻產(chǎn)量來(lái)看，在貴州省黃壤稻田，有機(jī)肥替代50%化肥是能有效提高土壤肥力、減輕環(huán)境污染負(fù)荷、維持土壤可持續(xù)發(fā)展的施肥方式，可為當(dāng)?shù)氐乃痉N植施肥管理研究提供理論參考依據(jù)。

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