增施有机肥和生物肥对黄河三角洲新垦土壤肥力及稻谷产量的影响

2019-04-01赵庆雷刘奇华信彩云边文范李景岭王瑜陈峰马加清郑东峰

山东农业科学 2019年1期

赵庆雷刘奇华信彩云边文范李景岭王瑜陈峰马加清郑东峰

摘要：黃河三角洲荒地资源丰富，对这些荒地的开垦、改良和培育是保障国家粮食安全的需要，也是贯彻国家“藏粮于地、藏粮于技”战略的必然要求。为了探明增施有机肥和生物肥在黄河三角洲新开垦荒地地力培育和稻谷增产中的作用，于2017年在该区设置田间小区试验，研究增施有机肥和生物肥对土壤理化性状、稻谷产量及其构成的影响。试验共设6个处理， CK：不施肥;CG：常规施肥;CGY1：常规施肥+有机肥2 250 kg/hm2 ;CGY2：常规施肥+有机肥4 500 kg/hm2 ;CGS1：常规施肥+生物肥2 250 kg/hm2 ;CGS2：常规施肥+生物肥4 500 kg/hm2 。结果表明，增施有机肥和生物肥后土壤碱解氮含量较试验前显著提高，除CGS处理外较其它处理常规施肥显著降低，且处理CGY2降幅达34.06%。处理CGS2土壤Olsen-P含量较试验前显著提升，其余处理均有所下降;与CG相比，处理CGY2和CGS2土壤Olsen-P含量分别显著提升4.52%和 25.38%。各施肥处理土壤有机质含量较试验前均显著减少，与CG处理相比，处理CGY2和CGS2显著提升了土壤有机质含量。增施有机肥和生物肥降低了土壤全盐含量，土壤速效钾显著降低。与CG相比，处理CGY1对产量及其构成因素影响较小，处理CGY2、CGS1和 CGS2通过提高二次枝梗数和有效穗数，显著提高了稻谷产量，提高幅度最高达40.27%。施肥特别是增施有机肥和生物肥使稻谷籽粒长、宽及周长变短，投影面积变小，千粒重降低。增施有机肥和生物肥通过提高单位面积穗数显著提升了稻谷产量，但对新开垦荒地肥力提升效果有限，必须与秸秆还田等其他培肥途径相结合才有望达到理想效果。

关键词：有机肥;生物肥;黄河三角洲;土壤肥力;稻谷产量

中图分类号：S157.4 +1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）01-0110-05

Effects of Increasing Organic and Biological Fertilizers on New

Reclaimed Soil Fertility and Rice Yield in the Yellow River Delta

Zhao Qinglei Liu Qihua Xin Caiyun Bian Wenfan 2，

Li Jingling Wang Yu Chen Feng Ma Jiaqing 1，Zheng Dongfeng 2

（1. Shandong Rice Research Institute/Shandong Provincial Engineering and

Technology Research Center for Rice， Jinan 250100， China;

2. Institute of Resources and Environmental Sciences， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）

Abstract There are many wastelands in the Yellow River Delta. Their reclamation， improvement and cultivation are necessary to ensure national food security， and are also an inevitable requirement for the implementation of the national strategy of “collecting grain in the ground and storing grain in technology”. In order to ascertain the role of increasing organic and biological fertilizers in the new reclaimed land fertility and rice production in the Yellow River Delta， a field experiment was set up in 2017 to study their influences on soil physicochemical characteristics， rice yield and its components. Six treatments were set up including CK（no fertilization）， CG（conventional fertilization）， CGY1（2 250 kg/hm 2 of organic fertilizer based on conventional fertilization）， CGY2（4 500 kg/hm 2 of organic fertilizer based on conventional fertilization）， CGS1（2 250 kg/hm 2 of biological fertilizer based on conventional fertilization） and CGS2（4 500 kg/hm 2 of biological fertilizer based on conventional fertilization）.

The results showed that the amount of alkali-hydrolyzed nitrogen in soil increased significantly after increasing application of organic fertilizer and bio-fertilizer， and was significantly lower than that of conventional fertilization except CGS treatment. The decline of treatment CGY2 was even greater with the decreasing amplitude of 34.06%. The Olsen-P content in CGS2 was significantly higher than that before treatment， while that of the other treatments all decreased. Compared with CG， the Olsen-P contents of CGY2 and CGS2 significantly increased， by 4.52% and 25.38%， respectively. The content of soil organic matter in all fertilization treatments decreased significantly compared with that before treatments. Compared with CG， the treatments of CGY2 and CGS2 significantly increased the soil organic matter content. The increasing application of organic fertilizer and bio-fertilizer reduced the total salt content in soil， and decreased the soil available potassium significantly. Compared with CG， the treatment of CGY1 had little effects on yield and its components. Treatments of CGY2， CGS1 and CGS2 significantly increased the yield of rice by increasing the number of secondary branches and effective panicles， and the increase range was up to40.27%.Fertilization， especially the increasing application of organic fertilizer and bio-fertilizer， made the length， width and perimeter of rice grains shorter and the projected area smaller， and decreased the grain weight. Increasing organic fertilizer and bio-fertilizer could significantly increase rice yield by increasing the number of panicles per unit area， but had limited effect on the improvement of fertility of new reclaimed wasteland， thus， it must be combined with other fertilization methods such as straw returning to achieve the desired effect.

Keywords Organic fertilizer; Biological fertilizer; Yellow River Delta; Soil fertility; Rice yield

黃河三角洲是由黄河水携带的大量泥沙在下游入海口逐渐沉积而形成，面积约5 450 km2 。黄河三角洲土壤盐渍化程度高，有机质、氮、磷等严重缺乏，是山东省主要中低产田之一。为了确保粮食安全，国家提出了“藏粮于地、藏粮于技”战略，注重对地力的培育和粮食生产技能的提高。为挖掘环渤海地区中低产土壤的生产潜力，国家还启动了渤海粮仓科技示范工程。多年来的实践证明，滨海盐碱地可通过种植水稻，洗盐压碱，改良土壤，使重度盐碱地改良为中、轻度盐碱地，最终改良为稳产高产田，因此，水稻是盐碱地种植的先锋作物。水稻作为我国第一大口粮作物，对保障国家粮食安全具有举足轻重的作用。

增施有机肥和生物肥在培肥地力、促进稻谷增产等方面的研究已有很多：施用复混生物肥可促进水稻对养分的吸收，提高水稻生物量和稻谷产量[1];施用炭基有机肥[2]、紫云英-有机肥配施[3]可以提高水稻产量。增施有机肥能增加微生物数量，提高有机质含量[4];而施用炭基有机肥[2]或施用猪粪与牛粪有机肥[5]均可提升土壤有机质含量，增强土壤氮、磷等养分的有效性;添加稻草生物炭[6]或有机无机配施[7]均促进了土壤各形态无机磷的转化，提高土壤无机磷的活性;刘春增等[3]研究还表明，紫云英-有机肥配施能提高土壤团聚体的稳定性、改善土壤结构。但增施有机肥和生物肥在黄河三角洲新开垦荒地上的应用效果还鲜见报道，其在新开垦荒地改良和培育方面究竟能发挥多大效果还有待于进一步研究。

本研究通过在黄河三角洲新开垦荒地上设置田间小区试验，探究增施有机肥和生物有机肥在培肥地力和稻谷增产方面的应用效果，并对增施有机肥和生物肥在地力培育方面的可行性作出评价，为黄河三角洲新开垦荒地的地力培育和改良提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年5—10月在济南军区黄河三角洲综合训练基地进行。该区属暖温带半湿润季风气候区，年平均气温13.2℃，年平均降水量598.1 mm。土壤类型为黄河淤积而成的滨海潮土。0～20 cm土壤基本理化性状（2017年5月）：含盐量1.15 mg/g，pH值7.12，有机质6.82 mg/g，全氮1.00 g/kg，全磷0.47 g/kg，全钾11.80 g/kg，碱解氮26.94 mg/kg，Olsen-P 12.06 mg/kg，速效钾92.73 mg/kg。

水稻种植制度为一季春稻。供试品种为圣稻19，采用旱直播栽培方式，播種量为150 kg/hm2 。播种机械为山东理工大学研制的ZB DMM-8型稻麦通用宽苗宽带灭茬播种机。

供试肥料为尿素（N≥46.3%）、磷酸二铵（N- P 2 O 5 -K 2 O=18-46-0）、有机肥（有机质≥ 45%，氮磷钾≥5%）、生物有机肥（有机质≥40%，有效生物菌≥0.2×108 个/g）。有机肥和生物有机肥为山东亿安生物工程有限公司生产。

1.2 试验设计

试验设6个处理，其中，CK：不施肥;CG：常规施肥;CGY1：常规施肥+有机肥2 250 kg/hm2 ;CGY2：常规施肥+有机肥4 500 kg/hm2 ;CGS1：常规施肥+ 生物肥2 250 kg/hm2 ;CGS2：常规施肥+ 生物肥4 500 kg/hm2 。随机区组排列，重复3次，小区面积为60 m2 （6 m×10 m）。

小区间起埂，单排单灌，上覆塑料薄膜，以防串灌。常规施肥方法为基施磷酸二铵300 kg/hm2 ，三叶一心期、分蘖期和幼穗分化期分别追施尿素300、187.5 kg/hm2 和112.5 kg/hm2 。各处理有机肥及生物肥均为基施。

1.3 样品采集及分析测定

2017年5月土地翻耕前采集基础土样， 10月水稻收获后采集各处理耕层土样。采用五点取样法，取土至20 cm 深。土样测定项目包括全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷（Olsen-P）、速效钾、有机质、pH值和土壤全盐含量。测定方法参见文献[8]。

水稻收获前取样测定水稻产量构成因素，主要包括单位面积穗数、穗长、每穗总粒数、每穗实粒数、一次枝梗数、二次枝梗数、千粒重等。收获时，各小区选4 m2实割，晒干换算成标准含水量14.5%后计算产量。采用YTS-5DS型水稻数字化考种机测定千粒重、粒长、粒宽、长/宽、平均籽粒投影面积、平均籽粒周长等。

1.4 数据统计方法

采用SPSS 11.5 和Microsoft Excel 2003 软件统计分析试验数据。

2 结果与分析

2.1 增施有机肥和生物肥对土壤理化性状的影响

由表1可知，土壤碱解氮水平除对照较试验前显著降低外，其它处理较试验前均有显著提升。与常规施肥处理CG相比，增施有机肥和生物肥对土壤碱解氮水平并没有显著提升作用，处理CGY1、CGY2和CGS2使土壤碱解氮水平显著降低，且增施量较大的CGY2和CGS2降幅更大，CGY2降幅最大，达34.06%。CGS2土壤Olsen-P较试验前显著提升，提升幅度为8.13%，其它处理均较试验前显著降低;与CG相比，处理CGY2和CGS2土壤Olsen-P含量显著提高，幅度分别为4.52%和25.38%。与试验前相比，各施肥处理土壤速效钾含量均显著降低。

与试验前相比，各处理土壤有机质含量均显著降低。与CG相比，处理CGY2和CGS2土壤有机质含量显著提高。各施肥处理土壤pH值变化不大，土壤全盐含量显著降低，而增施有机肥和生物肥对土壤的去盐效果更好。

由以上分析得知，试验地整体肥力水平较低，特别是磷、钾速效养分及有机质含量较低。而施肥促进了土壤速效氮的累积，降低土壤钾素水平和有机质含量。增施有机肥和生物肥在一定程度上促进了土壤速效磷和有机质的累积，降低土壤全盐含量。

2.2 增施有机肥和生物肥对水稻产量及其构成因素的影响

由表2可知，与CK相比，施肥使穗长、穗粒数、有效穗数及产量均显著提高。与CG相比，增施有机肥和生物肥对穗长、结实率无显著影响，穗粒数有所减少;增施有机肥和生物肥较多的处理CGY2和CGS2二次枝梗数和有效穗数均较CG显著提高，二次枝梗数分别提高22.58%和 28.41%，有效穗数分别提高33.66%和25.99%。以上产量构成因素的变化导致CGY2和CGS2两处理稻谷产量较常规施肥分别提高40.27%和 15.84%。

以上分析表明，增施有机肥和生物肥通过增加二次枝梗数和单位面积穗数，有效促进了稻谷产量的提升。

2.3 增施有机肥和生物肥对水稻籽粒特征的影响

由表3可知，不同施肥处理对水稻籽粒特征影响显著。与CK相比，各施肥处理使稻谷粒长、粒宽和平均籽粒周长显著减小;CG及CGY2、CGS2处理籽粒长/宽比无显著变化，而处理CGY1和CGS1稻谷长/宽比显著减小;谷粒平均籽粒投影面积，除CG与CK无显著差异外，其它处理较CK显著减少。这说明，施肥特别是增施有机肥和生物肥使稻谷籽粒变小，而适当增施有机肥和生物肥可降低籽粒长/宽比，促进籽粒变短变圆。

3 讨论与结论

3.1 本研究中，与常规施肥相比较，增施有机肥和生物肥反而降低了土壤速效氮水平，且增施量较大处理的降幅相对更大。这是由于有机肥和生物肥的施用，增大了水稻生长群体，提高了单位面积穗数，从而提高水稻对土壤养分的吸收量，导致土壤速效氮含量降低[9]。柳玲玲等[10]研究表明，增施有机肥和生物肥提高土壤速效氮水平，这与本研究结果不一致，这可能与两试验供试土壤基础地力有关。本研究供试土壤为新开垦荒地，基础肥力较低，通过增施有机肥和生物肥能够活化的缓效态氮十分有限，而柳玲玲等[10]的研究供试土壤基础肥力较高，增施有机肥和生物肥后，其所含有的腐殖酸和有益微生物促进了土壤氮养分的活化。

本研究中，增施有机肥和生物肥提高了土壤速效磷水平，而增施生物肥效果更佳，这与王智慧等[11]的研究结果一致。这是由于添加有机肥和生物肥后，促进了土壤缓效性无机磷向活性无机磷的转化，从而活化了土壤磷素[6]，而生物肥中的有效生物菌可能在这个转化过程中起了重要作用。本研究增施有机肥和生物肥对土壤速效氮和速效磷水平的影响正好相反，这是由于水稻生长过程中对氮素的需求量高于磷素，添加有机肥和生物肥特别是生物肥后活化的土壤磷素高于水稻吸收量，从而促进了土壤速效磷的累积。

本研究因考虑到黄河三角洲地区土壤速效钾含量普遍较高，各施肥处理均未施用钾肥，导致土壤速效钾含量的快速下降，因而黄河三角洲地区农业生产中适当补钾是必要的。

本研究各施肥处理土壤全盐含量均显著降低。原因有两方面，一是水稻部分生育期需要有保水层，盐分随水下移;二是施肥特别是增施有机肥和生物肥提高水稻生长群体和生长量，肥料带入的盐分（养分）量低于水稻收获移除的盐分量[12]。

已有的研究表明[13-15]，施用有机肥和生物有机肥后，土壤有机质水平显著提升。这是由于有机肥和生物有机肥本身就含有丰富的有机质，其为土壤有益微生物的繁衍提供有机能源，使土壤微生物得以长期保持旺盛的生命力，促进土壤有机质含量的进一步提升[16，17]。本研究结果显示，与单施化肥相比，增施有机肥和生物肥在一定程度上促进了土壤有机质的累积和含量的提升，但与试验前相比有机质含量反而下降。这与供试土壤瘠薄的基础地力和较大的产出有关，说明黄河三角洲地区新开垦荒地的培肥单靠增施有机肥和生物肥远远不够：施用量小无明显效果，施用量大增加生产成本，因而必须与秸秆还田等其它培肥途径相结合才可能达到理想效果。

3.2 本研究中，增施有机肥和生物肥通过提高水稻单位面积有效穗数，使稻谷产量显著提高，这与姜巍等[18]的研究结果一致。这是由于增施有机肥和生物肥促进水稻的分蘖[9]，提高水稻生长群体和成穗率[19，20]。而聂俊等[21]的研究表明，有机肥和化肥配施通过提高水稻每穗粒数和结实率使稻谷产量显著提高，与本研究结果不一致。这可能与供试土壤基础地力和种植方式有关，也可能与品种特性有关。

本研究结果显示，增施有机肥和生物肥使水稻籽粒长、宽变短，籽粒周长、投影面积变小，千粒重下降，与已有的研究结果不一致[22-24]。这可能与品种的特性有关，也可能与水稻种植方式、生长群体的大小有关。

参考文献：

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