长期施用不同比例有机肥对水稻产量及土壤养分的影响

陈钰佩，陆若辉，朱伟锋，孔海民

(浙江省耕地质量与肥料管理总站，浙江 杭州 310020)

近年来，我国粮食总产量稳步增长，但自然灾害频发，耕地资源不断减少，耕地压力形势严峻[1]。新冠疫情暴发，国际粮食贸易面临保护主义和单边主义的干扰[2]，粮食安全作为国家安全的重要基础，是当前治国理政的头等大事。研究表明，施用有机肥可以改善土壤特性[3]，防治土壤酸化[4]，提高土壤总碳和有机质含量[5]，提升作物的产量和品质[6]，对于保障粮食安全具有重要意义。

有机肥的施用效果会受到施肥管理措施、土壤和气候等因素的影响[7]，关于如何合理施用有机肥，国内外学者[8-10]开展了大量研究。刘红江等[11]研究发现，有机替代50%化肥处理在确保水稻高产的同时，减少了农田地表径流水体总氮流失量和流失率。孟琳等[12]研究提出，氮用量在240 kg·hm-2内，有机肥料氮替代无机肥料氮的适宜替代率为10%～20%。任科宇等[13]研究指出，在长江流域，水稻的有机替代总氮施用量应低于250 kg·hm-2，替代比例以30%～60%为宜。以往的研究多集中在有机肥对作物产量和品质、土壤物理性质等方面的影响，对于实际生产中不同有机肥的最佳施用比例尚不明确。为此，进行长期施用不同比例有机肥对水稻产量及土壤养分影响的试验。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2008—2018年连续种植单季晚稻，地点为浙江省试验基地，包括杭州余杭，宁波奉化、象山，台州温岭，绍兴诸暨等地。供试水稻品种为秀水134、甬优12号、甬优15号等。

1.2 处理设计

试验设5组处理：T1～T3为增施有机肥，分别在化肥对照(CK)基础上增施商品有机肥(T1、T2)和猪厩肥(T3)；T4、T5为有机肥替代化肥处理，分别为有机肥替代化肥60%和10%(表1)。

1.3 样品采集与测定

籽粒及茎叶重。水稻成熟后各小区采集1 m2水稻，脱粒后晒干，测定籽粒重。成熟期分别采集各区有代表性的5穴水稻地上部植株样品。105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干至恒重后称重。

籽粒养分含量。籽粒样品烘干磨碎，H2SO4-H2O2消煮，分别采用凯氏定氮法、钼锑抗比色法、火焰光度法测定氮、磷、钾含量。

表1 不同处理每667 m2养分的投入量 单位：kg

土壤养分含量。每年在水稻成熟期，各小区按照“S”路线随机选择5个样点，采集0～20 cm土壤样品。5点样品混合成1个约2 kg的混合土样，在通风处风干，全部研磨后过筛。土壤有机质采用H2SO4-K2Cr2O7外加热法测定，全氮采用H2SO4+混合催化剂消解、凯氏定氮法测定，有效磷采用钼锑抗比色法测定，速效钾用醋酸铵浸提、火焰光度法测定[1]。

1.4 数据处理

采用Excel 2007完成数据处理及作图，采用IBM SPSS Statistics V22.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 水稻产量

图1显示，除T4处理外，有机肥处理的籽粒、茎叶重明显高于对照，其中，T1、T3、T5处理随着试验时间的增加，籽粒重增加幅度增大，T1、T3处理随着时间的增加，茎叶重增加幅度增大。增加有机肥施用量，可提高对籽粒重的提升幅度，但对茎叶重的影响不明显。有机肥替代化肥10%时，籽粒重明显增加，但当替代比例提升至60%时，籽粒重低于对照，茎叶重也表现出相同变化趋势。

图1 长期施用不同比例有机肥对水稻籽粒重及茎叶重变化幅度的影响

2.2 水稻养分含量

表2显示，除T4处理外，施用有机肥处理水稻籽粒氮养分吸收量总体高于对照，且随着试验年份的增加，增加幅度增大。有机肥替代化肥10%处理，前期氮吸收量低于对照，但随着时间延长，籽粒氮吸收量增加并高于对照，有机肥替代化肥60%处理与对照差异不明显。

表3、4显示，有机肥替代化肥10%处理，前期籽粒磷、钾吸收量与对照无显著差异，但随着时间增加，磷、钾吸收量高于对照组，有些年份差异达显著水平。

2.3 土壤养分含量

图2显示，有机肥处理下，稻田土壤中有机质含量高于对照处理，且随着年份的增加，增加幅度增大，其土壤全氮含量也高于对照处理，但未与施用时间表现出相关性。有机肥处理下，有效磷含量高于对照处理，且随着年份的增加，T1、T2、T3处理的增加幅度增大，施用猪厩肥处理的数值明显高于其他处理。除T3处理外，有机肥处理速效钾含量明显高于对照，但未与施用年份表现出相关性。

3 讨论

试验表明，长期施用有机肥可提升土壤有机质含量，增加土壤中氮、磷、钾养分含量，提高土壤保墒、透气、保肥性能，改善作物根系生长的环境条件[15]，从而提高水稻产量。有机肥作为缓效性肥料，其供肥时间长、肥效稳定，但养分释放速度缓慢，与化肥配合施用，可以弥补施肥初期速效养分不足的问题。等养分量投入条件下，有机无机配施不仅改善了土壤的理化性质[16]，而且改善了土壤的C/N，刺激土壤微生物的繁殖和活动，促进土壤无机氮的固定和转化[17-18]，显著提高作物氮肥利用率[19]。随着施用时间增长和施用量增加，有机肥处理的水稻增产幅度呈上升趋势，但是过量施用有机肥会导致养分利用率下降，并带来重金属污染风险[20]。

表2 长期施用不同比例有机肥对水稻籽粒氮吸收量的影响 单位：kg·hm-2

表3 长期施用不同比例有机肥对水稻籽粒磷吸收量的影响 单位：kg·hm-2

表4 长期施用不同比例有机肥对水稻籽粒钾吸收量的影响 单位：kg·hm-2

图2 长期施用不同有机肥后对稻田土壤养分含量的影响

有机肥替代部分化肥可以有效提升水稻产量及籽粒氮含量，替代10%处理的增产幅度与T1处理相近，但当有机替代比例提高至60%时，水稻产量下降，籽粒氮含量无明显增加。有机替代的增产效果受管理措施、土壤因素和气候条件影响[13]，不同试验条件下，棉花[21]、玉米[22]、辣椒[23]的最佳替代比例分别为15%、30%和50%，实际生产中应综合考虑当地的生产条件及作物种类进行合理替代。本试验条件下，水稻生产中的有机替代比例以10%为宜，当替代比例提高至60%时水稻出现产量下降现象，主要是由于有机肥的分解和养分的释放需要一定的条件和时间，过量替代化学氮肥会导致水稻生长前期养分供应不足、生长发育缓慢，不利于水稻的高产、稳产[24-25]。

4 小结

长期增施有机肥可明显改善土壤养分状况，提升水稻产量及籽粒养分吸收量。随着有机肥的用量增加及时间增长，水稻增产幅度逐渐增大。有机肥替代化肥10%的增产幅度及籽粒氮磷钾养分吸收增量高于60%处理。