泗洪縣有機肥部分替代化肥對水稻生長產量及土壤理化性質的影響試驗

丁曉娟，袁嘉燴

（泗洪縣農業技術推廣中心，江蘇宿遷 223800）

淮稻5 號是通過復交材料7208、武育粳3 號雜交選育而成的遲熟中粳稻新品種，其優點在于高產和穩產[1]，自推廣以來一直占據江蘇省水稻品種市場的重要份額，目前淮稻5 號累計推廣面積超過175.2 萬hm2[2]。目前在我國農業生產中，存在超量投入化肥、有機肥用量不足等問題。雖然化肥具有易吸收、見效快的特點，但化肥過量投入容易導致有機和無機養分比例失調、資源浪費和環境污染等問題，制約著我國農業的可持續發展。與傳統化肥相比，有機肥不僅可以提高土壤有機質含量，改善土壤理化性狀，提升養分利用率，還可以增加水稻結實率，促進水稻穩健生長[3]。但王國華等研究發現長期施用有機肥會對土壤pH 值和重金屬含量等造成影響[4]。因此，合理施用有機肥，部分替代化肥能夠實現化肥的減量增效，本研究通過施加不同比例有機肥的對比方法，探究有機肥合理施用量，以期減少和控制不合理化肥施用量。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2022 年7 月開始，試驗地點位于泗洪縣石集鎮柳山村，地理坐標為33.352 61°N，118.237 93°E。土壤為黏底兩合土，該田塊平整，地力均勻，排灌方便，交通便利。土壤基本理化性狀：pH 值7.6，有機質含量17.4 g·kg-1、全氮含量1.55 g·kg-1、有效磷含量19.8 g·kg-1、速效鉀含量146.6 mg·kg-1。

1.2 試驗材料與試驗方法

供試水稻品種為淮稻5 號。供試肥料中有機肥：總養分為N+P2O5+K2O≥9%，有效活菌數≥6億·g-1，有機質含量≥60%，N：6.0%，P2O5：1.9%，K2O：1.1%；化肥：尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 50%）。本試驗共設7 個處理，每個處理3 個重復。A：常規施肥；B：測土配方施肥；C：80%化肥氮+20%有機氮；D：70%化肥氮+30%有機氮；E：60%化肥氮+40%有機氮；F：50%化肥氮+50%有機氮；G：40%化肥氮+60%有機氮。

每個小區面積為20 m2，小區間筑埂并用薄膜包埂隔離，做到單排單灌，以防串水串肥，埂寬、埂高不少于40 cm。除施肥外，各小區其他田間管理措施相同，水稻品種、栽插密度、苗齡要保持一致。常規施肥區氮磷鉀折純用量分別為19.3、5.0、6.0 kg/667 m2；配方施肥和有機肥替代化肥各處理組氮、磷、鉀總養分投入一致，全生育期施基肥1次，追肥2次（具體試驗設計見表1，肥料用量及運籌方法見表2）。

表1 水稻有機肥部分替代化肥試驗設計

表2 肥料用量及運籌方法試驗處理

1.3 指標測定與方法

1.3.1 莖蘗動態

在水稻生長的主要發育階段，調查水稻分蘗動態、株高、葉齡等指標。在水稻成熟后去除邊際效應，每小區隨機采集3 穴水稻植株樣，測定穗長、千粒質量等農藝性狀。生物量和實際產量測定樣方為5 m2。

1.3.2 測產

在水稻成熟期每個小區選擇有代表性3 行，每行連續割取10 穴（共30 穴）調查每穗粒數、結實率，測定千粒質量，計算理論產量。另外，每小區選擇有代表性3 行，每行連續割取10 穴（共30 穴）單收單打，曬干后稱質量，推算小區實際產量。

1.3.3 土壤采集與測定

分別在水稻插秧前及收割后按照五點取樣法用土鉆采集各小區0～20 cm 表層的混合土樣，取出石塊等雜質后，風干并研磨。處理后的土壤經過1.00 mm 和0.25 mm 孔徑篩混勻，測定土壤有機質（重鉻酸鉀外加熱法）、全氮（半微量凱氏定氮法）、有效磷（鉬藍比色法）和速效鉀含量（乙酸銨浸提-火焰光度計法）[5]。

1.4 數據分析

用Excel 2016 進行數據處理并制表，IBM SPSS Statistics 25.0 軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對水稻農藝性狀的影響

由表3 可知，不同濃度有機肥對水稻株高、穗數和單株成穗數有影響，各農藝性狀隨著有機肥施加量增加均呈現先增加后降低的趨勢。水稻的株高、穗數和單株成穗數性狀均在30%施加量組達到最大值，且均與常規施肥組呈現顯著差異（p＜0.05）；當有機肥的添加量繼續增加時，水稻各農藝性狀與有機肥的添加量呈現負相關，50%和60%有機肥組水稻農藝性狀均顯著低于常規施肥組（p＜0.05）。

表3 成熟期不同處理組的水稻農藝性狀

2.2 不同處理對水稻產量的影響

由表4 可知，常規施肥區、配方施肥區、各有機肥替代化肥區的水稻結實粒數分別為116.3、120.6、118.2,116.9,116.3,114.3,113.7 粒/穗，其中20%,30%,40%有機肥替代區均高于常規施肥區，但差異無統計學意義（p＞0.05）。有機肥替代化肥區水稻千粒質量隨著有機肥替代量增加而減少，20%，30%，40%有機肥替代區籽粒飽滿度較高，相較于常規施肥區，20%，30%，40%有機肥替代區水稻千粒重有顯著增加（p＜0.05）。常規施肥區的產量為629.5 kg/667 m2，20%，30%，40%有機肥替代區的產量分別比常規施肥區增產93.9，97.1，51.7 kg/667 m2，增產率分別為14.9%，15.4%，8.2%，其中30%有機肥替代區水稻產量顯著高于常規施肥區（p＜0.05）。而50%，60%有機肥替代區的產量為分別比常規施肥區平均減產63.6 kg/667 m2和177 kg/667 m2。隨著有機肥施用量的增加，秸稈產量呈現先上升后下降的趨勢，當有機肥施用量在30%以下時，其施用量與秸稈產量呈顯著正相關（p＜0.05）；當有機肥含量超過30%時，其施用量與秸稈產量呈顯著負相關（p＜0.05）。

表4 不同處理組的水稻產量

2.3 不同處理對經濟效益的影響

由表5 可知，純收入主要由稻谷產量、稻谷收購價格、人工成本、肥料成本組成。稻谷產量由測產數據獲得，稻谷市場收購價格為2.76元/kg。肥料成本以有機肥1 000 元/t，尿素2 800 元/t，過磷酸鈣1 000 元/t，氯化鉀5 500 元/t 計算。各處理純收益表現為C＞D＞B＞E＞A＞F＞G，與常規施肥模式相比，20%，30%，40%有機肥替代區的純收入分別增加236.4，210.9，51.6 元/667 m2，產投比分別為1.27，1.24，1.17，配方施肥區和20%有機肥替代區產投比高于常規施肥區，而50%和60%有機肥替代區產投比低于常規施肥區。

表5 不同處理組水稻經濟效益情況

2.4 不同處理對土壤理化性質的影響

由表6 可知，與常規施肥區相比，20%和30%有機肥區土壤的有機質、全氮、有效磷和速效鉀均顯著高于常規施肥區（p＜0.05），40%有機肥區土壤理化指標中全氮、有效磷和速效鉀也均顯著高于常規施肥區（p＜0.05）。除有效磷外，50%和60%有機肥替代區的有機質、全氮和速效鉀均顯著低于常規施肥區（p＜0.05）。綜合來看，用20%～40%有機肥替代化肥可提高土壤各速效養分、全氮和有機質含量，各項指標優于常規施肥和配方施肥。

表6 不同處理組水稻田土壤理化指標

3 討論與結論

3.1 不同處理對水稻農藝性狀的影響

在農業生產中，合理配合施用有機肥不僅可以滿足作物高產需求，還可以提高肥料效率[6]。本研究在保證養分條件相同的前提下，通過調整有機肥的施用量，探究各處理組水稻農藝性狀的變化趨勢。結果顯示，隨著有機肥施用量的增加，水稻各農藝性狀均呈現出先增加后降低的趨勢，拐點為30%有機肥替代區，表明當有機肥施用量為30%時，水稻農藝性狀最優。張翔等認為出現該現象的原因在于植物干物質累積與分配取決于所施加的肥料，其積累量和積累程度呈現出“慢-快-慢”的變化規律，適當的有機肥替代化肥有利于植物的干物質累積[7]；隨著水稻生長發育，其光合能力逐漸降低，有機肥替代化肥的處理方法，可以提高水稻葉片的凈光合速率，在水稻灌漿期尤為明顯[6]。這與本研究觀點一致，降低化肥施加量，添加適量有機肥可顯著增加作物的株高和成穗數等農藝性狀。

3.2 不同處理對水稻產量及經濟效益的影響

提高糧食產量是農業生產的重點，而有機肥的添加不僅可以確保水稻高產，更可減少農田徑流水體總氮流失量和流失率[8]。本研究發現，有機肥替代區水稻產量范圍為452.5～726.6 kg/667 m2，施加30%有機肥區產量最高，顯著高于常規施肥區產量，且每667 m2產量隨著施加有機肥量的增加呈現出先增加后降低的趨勢，該趨勢與上文所述水稻農藝性狀呈現的趨勢一致。相對于配方施肥區，各有機肥替代組雖然產量等指標均高于配方施肥區，但實粒數指標卻低于配方施肥區的水稻。該現象可以用“養分歸還學說”來解釋，即農作物長勢取決于土壤中相對含量最小的養分因素，而配方施肥正是通過科學手段檢測土壤肥力，精準提供養分需求，補齊短板[8-9]，以此保證農作物長勢，但由于近年來過量施肥導致的面源污染等問題逐漸嚴重，配方施肥指標需據此及時更新和調整。

本研究表明，20%有機肥替代區的經濟效益最高，但產投比略低于配方施肥區，這是因為配方施肥配料成本相較于20%和30%有機肥替代區減少了23.66%和31.71%，通過對肥料用量的控制，降低肥料成本，同時維持作物體內各種營養元素平衡供應[10]。雖然配方施肥區的水稻實粒數較高，但該組水稻的千粒質量較低，導致其產量顯著低于20%和30%有機肥替代區的水稻。

3.3 不同處理對土壤理化性質的影響

農作物所需養分大部分來自土壤[11]，目前我國大多數土壤都存在微量元素“中度缺乏”的狀況[12]。有機肥的施加可改善土壤中微生物的數量和活性，提高土壤有機質含量及肥力，進而提高水稻對養分的吸收和氮素利用率，以此達到水稻增產的目的[13-14]。本研究結果顯示，相較于水稻播種前，各處理組在水稻完成收割后，所在區域的土壤各理化性質均有不同程度的提高，其中以20%和30%有機肥替代區的土壤理化指標提升最為顯著。在繼續增加有機肥的施加量時，土壤各理化指標出現下降趨勢，出現該現象的原因是土壤對于磷元素的吸收能力是有限的，大量施加有機肥會導致土壤對于磷元素的吸收能力下降，從而增加了土壤的滲漏率，造成土壤各理化指標的下降[15]。一般以有機質和速效養分來衡量土壤肥力水平[16]，農田土壤養分含量和土地生產力與施肥方法及措施關系密切，長期施加單一肥料或不施肥，會導致土壤肥力下降[17]。因此使用有機肥部分替代化肥的方法對于土壤和農作物生長是有益的。

4 結論

20%、30%、40%有機氮替代化肥氮，水稻的產量未出現減產現象，且具有一定的增產效果，說明有機氮在40%替代量范圍內可以替代化肥氮，其中以替代30%處理組綜合利用效果最好。將適宜濃度的有機肥替代化肥，減少化肥使用量，促進化肥使用實現零增長是可行的。