泗洪县有机肥部分替代化肥对水稻生长产量及土壤理化性质的影响试验

丁晓娟，袁嘉烩

（泗洪县农业技术推广中心，江苏宿迁 223800）

淮稻5 号是通过复交材料7208、武育粳3 号杂交选育而成的迟熟中粳稻新品种，其优点在于高产和稳产[1]，自推广以来一直占据江苏省水稻品种市场的重要份额，目前淮稻5 号累计推广面积超过175.2 万hm2[2]。目前在我国农业生产中，存在超量投入化肥、有机肥用量不足等问题。虽然化肥具有易吸收、见效快的特点，但化肥过量投入容易导致有机和无机养分比例失调、资源浪费和环境污染等问题，制约着我国农业的可持续发展。与传统化肥相比，有机肥不仅可以提高土壤有机质含量，改善土壤理化性状，提升养分利用率，还可以增加水稻结实率，促进水稻稳健生长[3]。但王国华等研究发现长期施用有机肥会对土壤pH 值和重金属含量等造成影响[4]。因此，合理施用有机肥，部分替代化肥能够实现化肥的减量增效，本研究通过施加不同比例有机肥的对比方法，探究有机肥合理施用量，以期减少和控制不合理化肥施用量。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2022 年7 月开始，试验地点位于泗洪县石集镇柳山村，地理坐标为33.352 61°N，118.237 93°E。土壤为黏底两合土，该田块平整，地力均匀，排灌方便，交通便利。土壤基本理化性状：pH 值7.6，有机质含量17.4 g·kg-1、全氮含量1.55 g·kg-1、有效磷含量19.8 g·kg-1、速效钾含量146.6 mg·kg-1。

1.2 试验材料与试验方法

供试水稻品种为淮稻5 号。供试肥料中有机肥：总养分为N+P2O5+K2O≥9%，有效活菌数≥6亿·g-1，有机质含量≥60%，N：6.0%，P2O5：1.9%，K2O：1.1%；化肥：尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O512%）、氯化钾（含K2O 50%）。本试验共设7 个处理，每个处理3 个重复。A：常规施肥；B：测土配方施肥；C：80%化肥氮+20%有机氮；D：70%化肥氮+30%有机氮；E：60%化肥氮+40%有机氮；F：50%化肥氮+50%有机氮；G：40%化肥氮+60%有机氮。

每个小区面积为20 m2，小区间筑埂并用薄膜包埂隔离，做到单排单灌，以防串水串肥，埂宽、埂高不少于40 cm。除施肥外，各小区其他田间管理措施相同，水稻品种、栽插密度、苗龄要保持一致。常规施肥区氮磷钾折纯用量分别为19.3、5.0、6.0 kg/667 m2；配方施肥和有机肥替代化肥各处理组氮、磷、钾总养分投入一致，全生育期施基肥1次，追肥2次（具体试验设计见表1，肥料用量及运筹方法见表2）。

表1 水稻有机肥部分替代化肥试验设计

表2 肥料用量及运筹方法试验处理

1.3 指标测定与方法

1.3.1 茎蘖动态

在水稻生长的主要发育阶段，调查水稻分蘖动态、株高、叶龄等指标。在水稻成熟后去除边际效应，每小区随机采集3 穴水稻植株样，测定穗长、千粒质量等农艺性状。生物量和实际产量测定样方为5 m2。

1.3.2 测产

在水稻成熟期每个小区选择有代表性3 行，每行连续割取10 穴（共30 穴）调查每穗粒数、结实率，测定千粒质量，计算理论产量。另外，每小区选择有代表性3 行，每行连续割取10 穴（共30 穴）单收单打，晒干后称质量，推算小区实际产量。

1.3.3 土壤采集与测定

分别在水稻插秧前及收割后按照五点取样法用土钻采集各小区0～20 cm 表层的混合土样，取出石块等杂质后，风干并研磨。处理后的土壤经过1.00 mm 和0.25 mm 孔径筛混匀，测定土壤有机质（重铬酸钾外加热法）、全氮（半微量凯氏定氮法）、有效磷（钼蓝比色法）和速效钾含量（乙酸铵浸提-火焰光度计法）[5]。

1.4 数据分析

用Excel 2016 进行数据处理并制表，IBM SPSS Statistics 25.0 软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水稻农艺性状的影响

由表3 可知，不同浓度有机肥对水稻株高、穗数和单株成穗数有影响，各农艺性状随着有机肥施加量增加均呈现先增加后降低的趋势。水稻的株高、穗数和单株成穗数性状均在30%施加量组达到最大值，且均与常规施肥组呈现显著差异（p＜0.05）；当有机肥的添加量继续增加时，水稻各农艺性状与有机肥的添加量呈现负相关，50%和60%有机肥组水稻农艺性状均显著低于常规施肥组（p＜0.05）。

表3 成熟期不同处理组的水稻农艺性状

2.2 不同处理对水稻产量的影响

由表4 可知，常规施肥区、配方施肥区、各有机肥替代化肥区的水稻结实粒数分别为116.3、120.6、118.2,116.9,116.3,114.3,113.7 粒/穗，其中20%,30%,40%有机肥替代区均高于常规施肥区，但差异无统计学意义（p＞0.05）。有机肥替代化肥区水稻千粒质量随着有机肥替代量增加而减少，20%，30%，40%有机肥替代区籽粒饱满度较高，相较于常规施肥区，20%，30%，40%有机肥替代区水稻千粒重有显著增加（p＜0.05）。常规施肥区的产量为629.5 kg/667 m2，20%，30%，40%有机肥替代区的产量分别比常规施肥区增产93.9，97.1，51.7 kg/667 m2，增产率分别为14.9%，15.4%，8.2%，其中30%有机肥替代区水稻产量显著高于常规施肥区（p＜0.05）。而50%，60%有机肥替代区的产量为分别比常规施肥区平均减产63.6 kg/667 m2和177 kg/667 m2。随着有机肥施用量的增加，秸秆产量呈现先上升后下降的趋势，当有机肥施用量在30%以下时，其施用量与秸秆产量呈显著正相关（p＜0.05）；当有机肥含量超过30%时，其施用量与秸秆产量呈显著负相关（p＜0.05）。

表4 不同处理组的水稻产量

2.3 不同处理对经济效益的影响

由表5 可知，纯收入主要由稻谷产量、稻谷收购价格、人工成本、肥料成本组成。稻谷产量由测产数据获得，稻谷市场收购价格为2.76元/kg。肥料成本以有机肥1 000 元/t，尿素2 800 元/t，过磷酸钙1 000 元/t，氯化钾5 500 元/t 计算。各处理纯收益表现为C＞D＞B＞E＞A＞F＞G，与常规施肥模式相比，20%，30%，40%有机肥替代区的纯收入分别增加236.4，210.9，51.6 元/667 m2，产投比分别为1.27，1.24，1.17，配方施肥区和20%有机肥替代区产投比高于常规施肥区，而50%和60%有机肥替代区产投比低于常规施肥区。

表5 不同处理组水稻经济效益情况

2.4 不同处理对土壤理化性质的影响

由表6 可知，与常规施肥区相比，20%和30%有机肥区土壤的有机质、全氮、有效磷和速效钾均显著高于常规施肥区（p＜0.05），40%有机肥区土壤理化指标中全氮、有效磷和速效钾也均显著高于常规施肥区（p＜0.05）。除有效磷外，50%和60%有机肥替代区的有机质、全氮和速效钾均显著低于常规施肥区（p＜0.05）。综合来看，用20%～40%有机肥替代化肥可提高土壤各速效养分、全氮和有机质含量，各项指标优于常规施肥和配方施肥。

表6 不同处理组水稻田土壤理化指标

3 讨论与结论

3.1 不同处理对水稻农艺性状的影响

在农业生产中，合理配合施用有机肥不仅可以满足作物高产需求，还可以提高肥料效率[6]。本研究在保证养分条件相同的前提下，通过调整有机肥的施用量，探究各处理组水稻农艺性状的变化趋势。结果显示，随着有机肥施用量的增加，水稻各农艺性状均呈现出先增加后降低的趋势，拐点为30%有机肥替代区，表明当有机肥施用量为30%时，水稻农艺性状最优。张翔等认为出现该现象的原因在于植物干物质累积与分配取决于所施加的肥料，其积累量和积累程度呈现出“慢-快-慢”的变化规律，适当的有机肥替代化肥有利于植物的干物质累积[7]；随着水稻生长发育，其光合能力逐渐降低，有机肥替代化肥的处理方法，可以提高水稻叶片的净光合速率，在水稻灌浆期尤为明显[6]。这与本研究观点一致，降低化肥施加量，添加适量有机肥可显著增加作物的株高和成穗数等农艺性状。

3.2 不同处理对水稻产量及经济效益的影响

提高粮食产量是农业生产的重点，而有机肥的添加不仅可以确保水稻高产，更可减少农田径流水体总氮流失量和流失率[8]。本研究发现，有机肥替代区水稻产量范围为452.5～726.6 kg/667 m2，施加30%有机肥区产量最高，显著高于常规施肥区产量，且每667 m2产量随着施加有机肥量的增加呈现出先增加后降低的趋势，该趋势与上文所述水稻农艺性状呈现的趋势一致。相对于配方施肥区，各有机肥替代组虽然产量等指标均高于配方施肥区，但实粒数指标却低于配方施肥区的水稻。该现象可以用“养分归还学说”来解释，即农作物长势取决于土壤中相对含量最小的养分因素，而配方施肥正是通过科学手段检测土壤肥力，精准提供养分需求，补齐短板[8-9]，以此保证农作物长势，但由于近年来过量施肥导致的面源污染等问题逐渐严重，配方施肥指标需据此及时更新和调整。

本研究表明，20%有机肥替代区的经济效益最高，但产投比略低于配方施肥区，这是因为配方施肥配料成本相较于20%和30%有机肥替代区减少了23.66%和31.71%，通过对肥料用量的控制，降低肥料成本，同时维持作物体内各种营养元素平衡供应[10]。虽然配方施肥区的水稻实粒数较高，但该组水稻的千粒质量较低，导致其产量显著低于20%和30%有机肥替代区的水稻。

3.3 不同处理对土壤理化性质的影响

农作物所需养分大部分来自土壤[11]，目前我国大多数土壤都存在微量元素“中度缺乏”的状况[12]。有机肥的施加可改善土壤中微生物的数量和活性，提高土壤有机质含量及肥力，进而提高水稻对养分的吸收和氮素利用率，以此达到水稻增产的目的[13-14]。本研究结果显示，相较于水稻播种前，各处理组在水稻完成收割后，所在区域的土壤各理化性质均有不同程度的提高，其中以20%和30%有机肥替代区的土壤理化指标提升最为显著。在继续增加有机肥的施加量时，土壤各理化指标出现下降趋势，出现该现象的原因是土壤对于磷元素的吸收能力是有限的，大量施加有机肥会导致土壤对于磷元素的吸收能力下降，从而增加了土壤的渗漏率，造成土壤各理化指标的下降[15]。一般以有机质和速效养分来衡量土壤肥力水平[16]，农田土壤养分含量和土地生产力与施肥方法及措施关系密切，长期施加单一肥料或不施肥，会导致土壤肥力下降[17]。因此使用有机肥部分替代化肥的方法对于土壤和农作物生长是有益的。

4 结论

20%、30%、40%有机氮替代化肥氮，水稻的产量未出现减产现象，且具有一定的增产效果，说明有机氮在40%替代量范围内可以替代化肥氮，其中以替代30%处理组综合利用效果最好。将适宜浓度的有机肥替代化肥，减少化肥使用量，促进化肥使用实现零增长是可行的。