毛伟 李文西 赵雨涵 陈明 徐迅燕 王长松 王娟娟 钱晓晴

摘要：本文旨在研究不同有机肥替代化肥比例对稻麦轮作体系水稻产量及构成因素、土壤基本理化性质影响，为科学合理施肥、提高作物产量和提升地力质量提供理论依据。试验设在江苏省仪征市的长期肥料试验点，共6个施肥处理：常规化肥（M0），有机肥替代10% （M10）、20% （M20）、30% （M30）、40%（M40）和50% （M50）常规化肥。分析水稻产量及构成，测定基本理化性质。结果表明：与全单施化肥相比，有机肥替代化肥后的第一年替代比例过大（M40、M50）会导致水稻籽粒产量明显下降，但在替代的第二年所有替代处理均有一定增产作用，以M30和M40处理增产效果最佳。随着替代比例的增加，土壤有机质含量显著提高，全磷、速效磷含量略下降趋势，土壤速效钾含量稍有上升趋势，其他测定指标则差异不大。在稳定水稻产量前提下，有机肥替代20%～30%化肥施具有促进作物生长与养分吸收、提高土壤质量的作用。

关键词：水稻；产量；产量构成；有机肥；土壤理化性质；土壤养分

中图分类号：S158文献标志码：A论文编号：cjas2020-0143

Effects of Organic Fertilizer Substitute for Chemical Fertilizer on Rice Yield and Soil Physicochemical Properties

Mao Wei1， Li Wenxi1， Zhao Yuhan2， Chen Ming1， Xu Xunyan1， Wang Changsong3， Wang Juanjuan2， Qian Xiaoqing2（1Yangzhou Cultivated Land Quality Protection Station， Yangzhou 225101， Jiangsu， China； 2College of Environmental Science and Engineering， Yangzhou University， Yangzhou 225127， Jiangsu， China； 3Yizheng Cultivated Land Quality Management Station， Yangzhou 211400， Jiangsu， China）

Abstract： The study aimed to investigate the response of rice yield and components， and soil physicochemical properties to organic fertilizer （OF） substitute for chemical fertilizer （CF） in rice-grain rotation system， and provide theoretical foundation for rational fertilization， increase yield and promote fertility. The experiments was conducted in long-time fertilizer test point in Yizheng， Jiangsu， 6 treatments were set： convention chemical fertilizer （M0）， OF ratios of 10% （M10）， 20% （M20）， 30% （M30）， 40% （M40）， and 50% （M50）. The yield and composition were studied， and the basic physicochemical property was measured. The results indicated that compared with M0， the rice yield decreased at the ratios of 40% and 50% in the first year， and increased at all treatments in the second year. The highest rice yields were observed at the ratios of 30% and 40% in the second year. With the increase of OF ratio， soil organic matter content increased significantly， whereas there were decrease trends for the concentrations of total phosphorus and available phosphorus， and small increase was found in available potassium， there were no significant differences in other indices. In the precondition of stable rice yield， 20%-30% OF could promote crop growth and nutrient uptake， increase soil fertility.

Keywords： Rice； Yield； Yield Components； Organic Fertilizer； Soil Physicochemical Properties； Soil Nutrient

0引言

水稻是中國乃至全世界种植面积最广的作物之一，其稳产高产关系到粮食安全[1]。肥料投入是保证作物高产稳产的基本途径，大量研究表明，化肥对粮食产量的贡献率大约在40%甚至更高[2]。由于化肥促进作物生长、增加作物产量的效果十分显著。1980年后，中国的化肥用量大幅增长，但由于肥料供应养分的结构不够合理，造成部分化肥养分的利用率下降，作物产量增加低于预期[3]。长期过度依赖化肥，尤其是氮肥，部分地区也包括磷肥、甚至钾肥，忽视其他营养元素的科学合理施用，导致土壤养分失衡，作物生长量下降，归还土壤的根茬有机物减少，引起土壤有机质含量的持续下降，土壤团粒结构比例下降，土壤微生物有效活性降低，土壤综合肥力和生产力下降[4-5]。补充土壤有机质最直接和最有效的方法就是施用有机肥，科学合理地施用有机肥，不仅可以为作物提供大量而平衡的营养物质，还可以有效地改良土壤物理、化学和生物学性状，从而促进作物生长发育与高产优质的形成[4，6-8]。有机肥由于来源多样、性质有所不同，因而不同来源的有机肥对作物生长、土壤改良的作用效果也很不一致，特别是部分有机肥养分供应速率慢，对当季作物的增产作用不明显，甚至出现短期内有机肥不如化肥的现象。可见，有机肥替代部分化肥将是今后一段时间内中国肥料结构变化发展的重要任务。国内外许多长期定位试验证明，有机肥替代部分化肥不仅能有效改良土壤物理、化学和生物学性质，而且能维持甚至提高作物产量、改善农产品品质、协调高产与高环境风险的矛盾[9-13]。本研究以江苏省扬州市部分长期肥料试验点为试验基地，设置不同的有机肥替代化肥的比例，探讨其对水稻作物产量及其构成因素、土壤基本理化的影响，旨在明确近期内既能满足改良土壤需要，又能保证作物产量的有机肥替代部分化肥的适宜比例，为区域性“两减”战略实施提供参考依据。

1材料与方法

1.1试验地基本情况

长期定位试验地点位于仪征市新集镇毛桥村壮禾合作社生产基地内。试验田土种为棕淤泥土，质地壤土，土壤有机质含量为32.1 g/kg、有效磷含量为22 mg/kg，速效钾含量为82 mg/kg，pH 6.13，土壤肥力中等。

1.2田间试验设计

有机肥替代试验开始于2017年，本文数据来自2017—2018年的资料。试验共设置6个处理，各处理氮、磷、钾养分的总施用量保持一致，分别为270、65、75 kg/hm2。具体处理如下：（1）单施化肥（M0），即所有养分均由无机复合肥（20-12-10）、尿素（N，46%）、过磷酸钙（P2O5，12%）、氯化钾（K2O，60%）提供；（2）有机肥替代10%常规化肥（M10），将总施氮量的10%（27 kg/hm2）用有机肥替代（根据有机肥的含氮量折算），同时根据有机肥的磷、钾含量计算出有机肥带入的磷、钾量，减少相应化学肥料的用量；（3）有机肥替代20%常规化肥（M20），将54 kg/hm2的化学肥料氮用有机肥替代，化学肥料用量计算及用法参照（2）；（4）有机肥替代30%常规化肥（M30），将81 kg/hm2的化学肥料氮用有机肥替代，化学肥料用量计算及用法参照（2）；（5）有机肥替代40%常规化肥（M40），将108 kg/hm2的化学肥料氮用有机肥替代，化学肥料用量计算及用法参照（2）：（6）有机肥替代50%常规化肥（M50），将135 kg/hm2的化学肥料氮用有机肥替代，化学肥料用量计算及用法参照（2）。各处理重复3次，小区面积20 m×10 m=200 m2，试验区外设置保护行。有机肥及无机磷作为基肥一次性施用；化学氮肥运筹：基肥35%，分蘖肥20%，壮蘖肥10%，穗肥35%；化学钾肥运筹：基肥60%，穗肥40%。

1.3产量及其构成因素的测定

实收小区产量，各小区分别在水稻成熟期随机取20穴进行考种，测定有效穗数，每穗粒数和千粒重。

2结果与分析

2.1有机肥替代比例对水稻产量及其构成因素的影响

各处理水稻产量见表1。从表中可以看出，2年水稻的产量随着有机肥替代比例的提高呈二次多项式关系，与全部无机肥处理相比，有机肥替代比例在一定范围内都有增产趋势。其中，第一年替代比例10%到20%之间，水稻籽粒产量有增加趋势，但超过该比例时，水稻籽粒产量不再增加，甚至还有下降趋势。第二年的数据显示，水稻籽粒产量在各处理间差异不大，但随着有机肥替代比例提高，未出现产量明显下降的情况。仔细分析产量结构发现，随着有机肥替代比例的提高，对水稻有效穗数的负面影响在第一年可能出现，但第二年情况就完全不同了，替代比例不大时反而能增加水稻有效穗数，只是在替代比例较大时对有效穗数的增加作用才开始有所降低。随着有机肥替代比例的提高，对水稻每穗粒数的影响在第一、二年作用均较小。有机肥替代比例对千粒重的影响在第一年呈明显的负相关，而第二年则完全不同，不仅没有表现出负相关，反而出现了正相关的趋势。综合两年的试验结果，在稻麦轮作条件下水稻季实行有机肥替代化肥的第一年推荐替代比例20%，之后的替代比例可在30%～40%较为稳妥。

2.2不同化肥替代措施对土壤基本理化性质的影响

各处理土壤基本理化性质测定结果见表2。从表中可以看出，2年的土壤pH均随着有机肥替代比例的提高呈二次多项式关系，与全部无机肥处理相比，有机肥替代比例在一定范围内都有提高土壤pH的趋势。随着有机肥替代比例的提高，土壤有机质含量不断增加，尤其是在第二年表现得更为明显。随着有机肥替代比例的提高，对土壤电导率的影响在两年间表现出不同的趋势，在第一年呈明显的下降趋势，但在第二年却有上升趋势。随着有机肥替代比例的提高，对土壤容重的影响较小，在第一年有升高趋势，但在第二年有降低趋势。

2.3不同化肥替代措施对土壤养分含量的影响

各处理土壤养分含量的测定结果见图1。从图中可以看出，2年的土壤全氮含量均随着有机肥替代比例的提高呈二次多项式关系，与全部无机肥处理相比，有机肥替代比例在一定范围内（10%～40%）有提高土壤全氮含量的趋势。随着有机肥替代比例的提高，土壤全磷含量的变化趋势正好与全氮含量的变化趋势相反，替代比例在一定范围内，全磷含量隨着有机肥替代比例的提高有降低趋势。随着有机肥替代比例的提高，土壤速效性铵态氮含量略有提高，尤其是第一年土壤速效性铵态氮含量提高的幅度较大，而在第二年各处理之间差异较小，总体水平也较低。随着有机肥替代比例的提高，土壤硝态氮含量变化有所不同，在第一年土壤硝态氮含量随着有机肥替代比例的提高迅速下降，且下降幅度较大。在第二年随着有机肥替代比例的提高土壤硝态氮含量呈现出先下降后上升的趋势，在替代比例为20%～30%时含量最低。第二年土壤硝态氮总体水平远高于第一年，这与土壤速效性铵态氮总体水平第一年远高于第二年，正好相反。随着有机肥替代比例的提高，土壤有效磷含量有所下降，这在第一年表现得比较明显，第二年各处理间差异很小，且总体水平要高于第一年。随着有机肥替代比例的提高，土壤速效钾含量各处理间差异很小，第二年总体水平略高于第一年。

3结论与讨论

过量施用化肥导致的养分利用率和生产率下降的现象已经十分普遍[14]。在本研究中，与纯化肥施用相比，有机肥替代20%～30%的常规化肥后，水稻的产量构成因素有所变化，但理论产量不仅无明显下降，还有一定的增加趋势。有研究表明，有机肥与无机肥配合施用往往能够提高土壤的速效养分含量，调控土壤与化肥养分的释放强度和速率，使作物在各生育阶段得到均衡稳定持续的养分供给，从而促进作物的生长，提高结实率和产量[15]。长期有机肥替代20%～40%的常规化肥施用量后，能获得棉花产量与常规化肥施用量处理相持平的产量[16]。稻麦轮作条件下猪粪有机肥或猪粪有机无机复合肥替代部分化肥能够在一定程度上保证水稻和小麦的产量，并有效改善土壤结构[17]。

综上所述，有机肥替代20%～30%的化肥不仅不会造成作物减产，而且在一定程度上还能提高水稻籽粒产量，随着有机肥施用年限的增加这种效应还能进一步增强。

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