陈剑 齐文 蒋海凌 欧阳由男 何贤彪 马义虎

（1 浙江省台州市农业科学研究院，浙江 临海 317000；2中国水稻研究所，杭州 310006；第一作者：chenrichard615@163.com；*通讯作者：ouyangyounan@caas.cn）

浙江省台州市于1989 年开始引进试种西兰花，2003 年后西兰花种植面积已稳定在6 700 hm2左右，约占浙江省西兰花种植面积的60%、全国的25%，是我国最大的冬春西兰花生产中心[1-3]。台州市每年收获的西兰花中，有1/3 以上用于速冻加工，加工过程产生的茎叶、花球废弃物年均约5 万t，这部分废弃物产生时间均集中于西兰花大量收获时期，它们的处理成为当地政府和企业面临的难题。目前关于西兰花秸秆的肥料化利用研究，主要是针对收获时残留在田间的部分，且均以直接还田的方式开展，对于上市前加工处理过程中再次产生的大量废弃物，当地的处理方法主要是集中收集后倾倒在田间，但过量还田不仅影响田块来年的正常使用，还会带来污水、臭气等问题，同时也造成资源的严重浪费。

生产堆肥是现阶段我国关于蔬菜废弃物资源化利用的一种有效途径，也是国内关于蔬菜废弃物处理的主要研究方向[4-7]。西兰花废弃物养分丰富，通过采样检测可知，其N 含量为2.50%左右（烘干基）、P2O5含量为0.50%左右（烘干基）、K2O 含量为4.60%左右（烘干基），若能合理利用，将成为化肥减施战略中重要的替代肥源。笔者针对浙江沿海地区常见的“西兰花-水稻”轮作生产模式，利用稻壳、水稻土等廉价且易获得的材料作为西兰花废弃物堆肥的辅料，将充分发酵的堆肥产品与化肥配施应用在水稻上，探索双季稻种植中西兰花废弃物堆肥与化肥的合理配比，以期减少“西兰花-水稻”轮作生产中的农业废弃物排放和化肥投入，提高水稻产量，为实现环境友好的生态循环农业生产模式提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021 年3—10 月在台州市农业科学研究院临海市小溪村基地（121°25′15″ E，28°49′0.9″ N）开展，试验区域内土层深厚，肥力一致，地势平坦，试验地土壤基本状况：容重1.38 g/cm3、pH 5.50、有机质37.30 g/kg、水解性氮（碱解氮）164.10 mg/kg、有效磷27.10 mg/kg、速效钾38.02 mg/kg。

1.2 供试材料

参试早稻品种为台早733，连作晚稻品种为甬优1540。参试西兰花废弃物堆肥为项目组前期堆制，堆肥主要原料为西兰花加工废弃物，辅料为稻壳和水稻土，稻壳、水稻土分别占西兰花加工废弃物质量的15%和20%，堆肥物料经过粉碎搅拌挤压处理后起堆发酵，高温好氧堆肥过程持续28 d，充分腐熟后的堆肥产品主要养分含量为：含水率38.54%、有机质57.70%、N 含量0.62%、P2O5含量1.08%、K2O 含量2.25%。

1.3 试验方法

早稻常规化肥用量：纯N 180 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2；连作晚稻常规化肥用量：纯N 240 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 180 kg/hm2。氮肥为尿素，60%氮肥作基肥，余下40%作分蘖肥于移栽10 d 后施用；磷肥为过磷酸钙，作基肥一次性施入；钾肥为氯化钾，50%钾肥作基肥施入，余下50%作分蘖肥于移栽10 d 后施用。堆肥于水稻移栽前1 周施入，用铁齿耙耖入5 cm 深的土层内，堆肥与化肥配比均按常规化肥施N 量折算。

试验设8 个处理，详见表1，每个处理3 次重复，随机区组设计。其中T1、T2、T3、T4 处理是以无机N 减量40%为基础，设置西兰花堆肥施用梯度，T3、T5、T6 处理是在总N 施用量相同的情况下，有机无机N 不同配比施用。每个小区面积约20 m2，小区间用挡水板隔离，严格实行单独排灌。早稻栽培密度为20 cm×14 cm，连作晚稻栽培密度为20 cm×18 cm。早稻每丛苗数为4～5株，晚稻每丛苗数为1～2 株。为保证获得的数据与实际生产情况相一致，试验田管理措施与大田相同。

1.4 田间调查与项目测定

及时记载水稻苗期、生育期。在早、晚稻成熟后各小区单独测产，收割前各小区采集有代表性的5 丛水稻进行考种。每季水稻收获结束后，各小区采集耕层0～20 cm 土壤，测定有机质、碱解氮、有效磷和速效钾等土壤肥力指标。氮肥农学利用率=（施氮区产量-空白区产量）／施氮量；氮肥偏生产力=施氮区产量／施氮量[8]。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2007 进行数据处理和制作图表，采用SPSS16.0 软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对早、晚稻生育期的影响

由表2 可知，不同处理下早稻全生育期为105～107 d，晚稻全生育期为119～121 d，两季水稻在不同施肥处理下生育期均未有大幅变化。

2.2 不同处理对早、晚稻产量及产量构成因素的影响

由表3 可知，不同施肥处理下早、晚稻产量表现出的规律基本一致。T6 处理的早、晚稻产量均最高，分别为6 883.06 kg/hm2和8 220.09 kg/hm2。与CK1 相比，各施肥处理的早稻产量提高了25.06%～43.02%，晚稻产量提高了30.02%～51.32%，增产均达显著水平。T2、T3、T4 和T6 等4 个处理的早稻产量与CK2 相比均无显著差异，其中T6 处理增产3.05%；T3、T4 和T6 处理的晚稻产量与CK2 相比无显著差异，其中T4、T6 处理分别增产0.48%和3.54%。4 个无机N 减量40%的处理（T1、T2、T3 和T4）早、晚稻产量均随着堆肥施用量的增加呈增长趋势，其中T3、T4 处理两季水稻的产量与CK2 相比无显著差异。3 个总N 施用量相同的有机无机肥料配施处理（T3、T5、T6）早、晚稻产量均随着无机N 施用比例的减少呈下降趋势。

表3 不同施肥处理水稻产量及产量构成因素

从产量构成因素分析，两季水稻表现的规律基本一致。与CK1 相比，各施肥处理早、晚稻产量均显著增产，主要是由于有效穗数的显著增加，而每穗粒数、结实率和千粒重等指标各处理间差异均不显著；与CK2相比，各无机肥有机肥配施的处理每穗粒数、结实率和千粒重等指标均无显著差异，T1、T5 处理早、晚稻的产量均显著减产，主要是由于有效穗数的减少（表3）。

2.3 不同处理对水稻周年产量及氮肥利用率的影响

由表4 可知，与CK1 相比，各施肥处理的水稻周年产量显著增加27.69%～47.42%；与CK2 相比，T3、T4和T6 处理水稻的周年产量均无显著差异，其中T6 处理增产3.32%。

表4 不同处理下水稻周年产量和氮肥利用率

与CK2 相比，各化肥减量处理的无机氮肥偏生产力均得到显著提高，除T4、T5 处理外，其余处理的总氮肥偏生产力和氮肥农学利用率均未显著降低。无机N减量40%的4 个处理（T1、T2、T3 和T4）随着堆肥施用量的增加，总氮肥偏生产力和氮肥农学利用率均呈下降趋势，无机氮肥偏生产力呈升高趋势。总N 施用量相同的3 个有机无机肥配施处理（T3、T5 和T6）随着化肥N 施用比例的减少，总氮肥偏生产力和氮肥农学利用率均呈下降趋势、无机氮肥偏生产力呈升高趋势。

2.4 不同处理对早、晚稻分蘖能力和茎蘖成穗率的影响

由表5 可知，不同处理间早、晚稻的落田苗均无显著差异。与CK1 相比，各施肥处理早、晚稻的最高苗数和有效穗数均显著提高，早稻的茎蘖成穗率均有所下降，其中T4、T5 处理差异达显著水平，晚稻的茎蘖成穗率除T6 处理外均有所提高，其中T5 处理差异达显著水平。与CK2 相比，各化肥减量处理早、晚稻的最高苗数、有效穗数和茎蘖成穗率均无显著差异。化肥减量配施西兰花废弃物堆肥的各处理并未显著降低水稻分蘖能力，早、晚稻表现的规律基本一致。

表5 不同处理下早、晚稻分蘖能力与茎蘖成穗率

2.5 不同处理对土壤肥力的影响

由表6 可知，早、晚稻收获结束后，各处理间土壤容重均无显著差异，与试验前以及单施化肥的处理相比，施用堆肥的处理土壤容重略有降低。施用堆肥处理土壤pH 值较单施化肥处理均有所提高；晚稻收获结束后，施用堆肥的相同处理土壤pH 值与早稻收获后相比呈升高趋势。早、晚稻收获结束后，施用堆肥的处理间有机质含量均无显著差异，土壤有机质含量未随着堆肥施用量的增加而增加；T4 处理的土壤有机质含量在两季水稻收获后均为最高，分别较CK1 显著提高7.24%和8.45%，较CK2 显著提高4.68%和6.10%；晚稻收获后，施用堆肥的相同处理土壤有机质含量较早稻收获后均有所降低。化肥N 减量40%的处理（T1、T2、T3 和T4）土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量均随着堆肥施用量的增加呈升高趋势；总N 施用量相同的有机无机肥料配施处理（T3、T5 和T6）土壤碱解氮含量随着无机肥料施用比例的增加而提高，有效磷和速效钾含量均随着有机肥料施用比例的增加而提高；晚稻收获后，施用堆肥的相同处理土壤有效磷和速效钾含量较早稻收获后均有所提高，除CK2、T1、T6 外的其余处理，土壤的碱解氮含量较早稻收获后均有所降低。

表6 不同处理对土壤理化性质的影响

2.6 不同处理的生态经济效益

本研究中堆制堆肥所用物料均为“西兰花-水稻”轮作生产中的农副产品或农业废弃物，物料购买成本基本为零，堆制过程中实现机械化操作，因此堆肥产品的整体成本较低，折合约40.00 元/t。由表7 可知，与常规化肥处理相比，各施肥处理中实现节本增效的只有T6 处理，每667 m2可提高经济效益81.67 元；施用有机肥更多的是能带来生态效益，T4、T5 处理每667 m2可消解西兰花加工废弃物10.07 t；由于有机肥具有缓释性特征，施用有机肥处理的经济效益也将随着有机肥施用年限的增加而显现。

表7 不同处理的生态经济效益

3 讨论

3.1 西兰花废弃物堆肥与化肥减量配施对水稻的增产效应

西兰花废弃物中富含作物生长发育所需的营养元素，堆肥后作为有机肥替代部分化肥施用，既发挥了化肥养分的速效性，又发挥了有机肥的缓释性特征，能有效提高作物产量和土壤肥力[9-11]。姚冬辉等[12]在等量氮磷钾养分的条件下研究了商品有机肥替代部分化肥对2 年4 季水稻产量的影响，发现水稻平均产量随着有机肥比例的增加而降低，低量有机肥替代部分化肥表现减产，但与单施化肥相比差异不显著，而高量有机肥配比却显著降低水稻产量。本研究结果与其观点基本一致，在总氮施用量相同的情况下，水稻产量随着堆肥施用量的增加而降低，当有机N 替代比例分别为20%和40%时，水稻产量与常规化肥处理相比无显著差异，当有机N 替代比例为60%时，水稻产量要比常规化肥处理显著减产。王飞等[13]研究发现，紫云英还田量达18 t/hm2时减施40%的化肥可保证单季稻不减产。王建红等[14]研究发现，当紫云英还田量达到45 t/hm2时，即便化肥减施60%仍能实现单季稻增产。本试验研究表明，当化肥N 减量40%时，早、晚稻产量均随着西兰花废弃物堆肥施用量的增加而提高，其中有机N 施用比例达到常规化肥总N 的40%和60%时，均可以使早、晚稻产量较常规化肥处理减产不显著；当化肥N 减量20%，堆肥施用比例为常规化肥总N 的20%时，早、晚稻产量与常规化肥处理相比均实现增产。值得一提的是，在化肥N 减量40%时，水稻产量随着堆肥施用量的增加而提高，虽然部分施用堆肥的处理水稻株高显著高于常规施肥处理，但是田间均未有倒伏迹象，因此今后可以继续尝试增加堆肥施用量。

有研究表明，与单施全量化肥相比，冬种紫云英及配施减量化肥可增加水稻株高、有效穗数和千粒重等性状[15-17]。但也有研究指出，与单施化肥相比，商品有机肥替代部分化肥的处理对产量构成因素（有效穗数、穗粒数和千粒重）未表现出显著影响[18]。本研究结果显示，与不施肥处理和常规施肥处理相比，各无机肥和有机肥配施肥处理间早、晚稻的每穗粒数、结实率和千粒重均无显著差异，产量的差异主要由于有效穗数的增加或减少，这可能与供试的土壤、水稻品种和商品有机肥的性质不同有关[12]。

3.2 西兰花废弃物堆肥与化肥减量配施对氮肥利用效率的影响

氮肥是影响水稻高产的一个重要因素，长期施用化肥、有机肥均能提高土壤供氮能力，但是化肥中的氮素释放速率快，肥效期短，而有机肥的供氮方式具有渐进性，更适合作物根系对氮的吸收利用[19-21]。王建红等[22]研究指出，在考虑了紫云英氮投入的情况下，大量的紫云英还田并未显著提高甚至降低总氮投入的养分利用率。强久次仁[23]研究指出，高量有机肥（75%）配施显著提高了小麦产量和氮生理效率，但氮回收率和农学利用率却低于单施化肥处理。陈静蕊等[8]研究发现，随着紫云英还田量的增加，早稻季总投入氮素的农学利用率、氮肥偏生产力和氮肥回收率均呈现逐步降低的趋势。陈琨等[24]研究发现，30%有机N+70%无机N 配施能提高氮肥吸收利用率，同时还能提高氮肥农学效率和氮肥偏生产力，但是随着有机N 替代比例达到50%时，氮肥利用率明显下降。本研究结果与前人观点基本一致，在化肥N 减量40%时，随着西兰花废弃物堆肥施用量的增加，水稻的总氮肥偏生产力和氮肥农学利用率均呈下降趋势，无机氮肥偏生产力呈升高趋势；在总N 施用量相同的情况下，随着有机N 替代比例的增加，总氮肥偏生产力和氮肥农学利用率均呈下降趋势，无机氮肥偏生产力呈升高趋势。

3.3 西兰花废弃物堆肥与化肥减量配施对土壤的培肥效应

大量研究表明，有机肥料与化肥合理配施可以降低土壤容重[25-26]，提高土壤pH 值[27]，改善土壤团粒结构[18]，增加土壤有机碳、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷和速效钾含量[28-30]，增加土壤微生物数量和增强微生物活性[31]。本研究结果表明，与常规化肥处理相比，西兰花废弃物堆肥与化肥减量配施降低了土壤容重，提高了土壤pH、有机质、有效磷和速效钾含量，这与前人的观点基本一致。两季水稻收获后，施用堆肥处理的土壤容重较常规化肥处理平均降低2.19%，pH 值、有机质、有效磷和速效钾含量分别平均提高3.51%、5.50%、3.90%和30.09%。应当指出，本试验在西兰花废弃物堆肥与化肥配施时，控制及减少的是化肥氮的投入，各施肥处理的化肥磷、钾施入量均相同，并未计算额外增施堆肥中的有机磷、钾，而有机肥中所含钾移动性强，分解后会加快其自身有机态磷释放[32-33]，这可能是土壤中有效磷、速效钾含量提升较多的原因。与前文观点不同的是，本研究中施用堆肥的处理，在早、晚稻收获后土壤的碱解氮含量均低于常规化肥对照，即使投入的总氮量为常规化肥处理的1.2 倍，土壤的碱解氮含量在两季水稻收获后仍比常规化肥处理下降5.76%，这可能是由于有机无机肥料配施使得更多无机氮被土壤微生物固定，避免了存于土壤中而遭受挥发损失，这与孟琳等[34]和侯红乾等[35]的观点相同。可见，西兰花废弃物堆肥对于减少化肥投入、提升土壤肥力具有很好的效果。

4 结论

与单施化肥相比，60%化肥氮配施40%、60%堆肥有机氮以及80%化肥氮配施20%堆肥有机氮，均可以实现早、晚稻及水稻周年产量的稳产或增产，提高土壤有机质、有效磷和速效钾含量，降低土壤容重和缓解土壤酸化，80%化肥氮配施20%堆肥有机氮还可以实现节本增效81.67 元/667 m2。综合来看，利用西兰花加工废弃物堆制有机肥，是减少“西兰花—水稻”轮作生产中农业废弃物排放以及提高资源利用率的一条有效途径，不仅可以减少化肥的施用，还可以提升水稻产量和土壤肥力，具有很大的推广利用价值。