郭晶晶,陈 姜,上官宇先

(1.四川省叙永县农业农村局,四川 叙永 646400;2.四川省农业科学院农业与资源环境研究所,成都 610066)

民以食为天,食以稻为先。吃一直是中华民族的头等大事,而水稻与中国的渊源之深。水稻不仅孕育了中华文明,还养育了我们的生命。我国是世界上最早种植水稻的国家,长江流域是世界水稻的发源地。水稻是我国最主要的三大粮食作物之一,全国人口中有65%是依靠稻米养活[1],其产量和质量事关国家安全和社会稳定[2]。

化肥是粮食生产的重要基础和保障,是提高作物单位面积产量的重要措施,但化肥却是一把“双刃剑”。一方面在粮食增产上发挥着重要作用[3],对粮食产量的贡献率达40%以上[4];另一方面,化肥养分高而单一,肥效迅速而持续时间短,长期单施化肥会造成土壤板结、养分不均及肥力下降等一系列问题[5],最终造成增加土壤的重金属和有毒元素含量,酸化加剧[6]。相关研究表明,有机肥含有农作物生长所需的各种养分,除了含氮、磷、钾三大元素外,还含有镁、钙、硫、锌、钼等多种中微量元素,营养全面,同时能促进微生物繁殖,改善土壤的理化性质和生物活性,提高土壤肥力[7]。但是有机肥中的养分含量低,肥效慢[8],有机肥和化肥配合施用,可以缓急相济,取长补短,在稳定作物产量的同时培肥地力。在当今可持续发展的大背景下,笔者通过以猪粪、农作物秸秆等农业废弃物为原料,通过无害化处理发酵成完全腐熟的有机肥,在保持氮、磷、钾总养分一致的情况下,设置不同比例的有机肥替代化肥,以期在水稻产量稳定的前提下,探究最佳的替代比例,为化肥减量增效技术在叙永县的推广提供技术支撑和科学依据。

1 材料方法

1.1 农业废弃物有机肥的制备

在试验地附近选择一块地势较为平坦、交通便利、水电使用方便且地面硬化了的地块,将当地农户的水稻秸秆、玉米秸秆、红薯藤、猪粪等农业废弃物运输至此作为有机肥原料,秸秆粉碎至1～2cm。以农作物秸秆为碳源,畜禽粪便为氮源,将其充分搅拌混合后的碳氮比调至25∶1,加入接种菌剂作为发酵升温催化剂。堆肥堆砌成宽2m,高1.5m,形成好氧堆肥发酵。堆肥产生的高温可以杀灭原料中的病原菌、蛔虫卵等有害物质。在堆肥高温期,适时翻堆,45d后物料完全腐熟。堆肥经检验,所有指标均符合《NY/T 525-2021有机肥料》新标准,达到商品有机肥标准。

1.2 试验地概况

试验地位于泸州市叙永县马岭镇高店村(28°42′N,110°54′E),海拔高度为310m,地处四川盆地与云贵高原的过渡地带。属亚热带湿润季风气候类型,四季分明。年平均气温17.9℃,极端最高气温43.5℃,最低气温-8.5℃;年均霜期2.5d;常年降水量为1157.7mm,常年有效积温是5012℃。试验地所处地形部位是山丘中部平缓处,田面坡度为0,能灌能排,地块周边没有工矿企业,也没有养殖场。种植制度为稻—冬闲,熟制为一年一熟,年均产量为6450kg/hm2。土壤类型是沙溪庙组泥质页岩风化物发育而来的渗育水稻土,质地为重壤。0～20cm耕层土壤基础基础理化性质见表1。

表1 试验地土壤基础理化性质

根据表1可知,该试验地土壤属于强酸性,有机质含量较丰富,有效磷、速效钾较为缺乏,有效锌、有效硅含量丰富,地力等级属于中级水平。

1.3 供试材料

供试水稻品种为“川优6203”。供试肥料：氮肥为尿素(N含量为46.4%),磷肥为过磷酸钙(P2O5含量为12%),钾肥为氯化钾(K2O 含量为60%)。有机肥pH为7.2,以烘干基计有机质48.6%,N2.58%,P2O51.11%,K2O 1.35%,水份(鲜样)质量分数≤30%。

1.4 试验设计

试验共设置6个处理：①无肥(CK),空白对照。②推荐配方施肥(T1)。③70%推荐配方施肥+30%有机肥(T2)。④50%推荐配方施肥+50%有机肥(T3)。⑤30%推荐配方施肥+70%有机肥(T4)。⑥有机肥(T5)。除无肥区外,各处理氮、磷、钾总养分一致。其中氮肥50%作基肥、30%作分蘖肥、20%作穗肥,有机肥、磷肥、钾肥全部作基肥,详见表2。

表2 各处理施肥量 (kg/hm2)

试验采用随机区组设计,每个处理3次重复,共18个小区。每小区长5m,宽4m,面积为20m2,重复间行距为0.4m,四周设置1m保护行。各小区设置单灌单排,且四周围分别筑成宽0.3m、高出大田平面0.3m的田埂,用塑料薄膜包田埂,以防小区间窜水窜肥。

1.5 田间操作

试验于3月14日地膜育秧,4月18日犁田,4月19日整田划分小区并第一次筑埂,4月21日第二次筑埂并用塑料薄膜包犁底层, 4月22日分小区施基肥并翻耕整田,4月23日进行水稻人工移栽。移栽规格为每小区12行,每行15穴,每穴栽2根苗,折合密度为18万株/hm2。水稻生长期间人工除草2次,田间灌溉、稻田病虫害防治与当地农田防管理措施一致。

1.6 测定项目及方法

1.6.1 土壤养分 土样采集按照《NY/T 2911-2016测土配方技术规程》取样。采样分2次进行,试验实施前在供试田块按照“S”形采集0～20cm耕层土样共15个点并混合成一个土样;水稻收获时,以处理为单位在同样处理的重复小区内分别按“梅花”形五点法采集0～20cm耕层土样并混合成一个土样。采集好的土壤样品去除石砾、植物残渣等杂物后按四分法中间划十字分成4份,然后对角线去掉两份,重复多次,直至土壤样品留取1kg左右的,带回室内自然风干,研磨粉碎过筛。所有检测项目参照《土壤农化分析》[9],用pH计法测定土壤pH;用重铬酸钾容量法测定土壤有机质;用凯式定氮法测定土壤全氮;用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法测定土壤有效磷;用醋酸铵浸提—火焰光度计法测定土壤速效钾;用碱解扩散法测定碱解氮;用氯化氢浸提法测定土壤有效锌;用硅钼蓝比法测定土壤有效硅;用环刀法测定土壤容重。

1.6.2 水稻农艺性状 水稻收获前1d以处理为单位在同一处理的重复小区内分别随机取3窝混合成一个植株样带回室内考种,测量长度工具用钢卷尺,其平均值为小区值,分别记录株高、穗长、有效穗、穗粒数、结实率、千粒重等农艺性状。

1.6.3 水稻产量指标 水稻收获时,采用人工收割法,各小区单打、单收、单晒、单独记产,然后换算产量。

1.7 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2010软件对试验原始数据进行整理、汇总,运用SPSS 26.0统计分析,利用LSD最小显著差数法,超过0.05(或0.01)水平的视为显著性(或极显著性)。

2 结果与分析

2.1 有机肥与推荐配方肥不同配施比例对水稻产量构成因素的影响

由表3数据分析可知,就株高而言,T3处理最高,其株高顺序为T3>T2>T1>T4>CK>T5。从穗长来看,各处理间无明显差异。有效穗依然是T3处理最高,其次为T2,而T5处理有效穗低于CK。从穗粒数来看,T5处理穗粒数最高但有效穗最低。结实率方面,所有施肥处理均比CK处理高,且仍以T3处理最好,依次顺序为T3>T2>T1>T4>T5>CK。千粒重呈现的规律为T3>T2>T4>T1>CK>T5。

表3 不同施肥处理对水稻产量构成因素的影响

2.2 有机肥与推荐配方肥不同配施比例对水稻产量的影响

从数据对比来看(表4),所有施肥处理的小区与不施肥(CK)处理相比,增产增幅效果是极显著的,除全施有机肥处理(T5)增幅为5.94%外,其余施肥处理增幅在14.85%～19.31%,其中以50%推荐配方施肥+50%有机肥处理(T3)增产效果最好,略高于单施推荐配方施肥处理(T1)1.49%。但有机肥替代推荐配方施肥比例一旦超过50%,与单施推荐配方处理(T1)相比就会减产。可见,用50%有机肥替代在产量上表现是完全可行的。

表4 不同施肥处理对水稻产量的影响

2.3 有机肥与推荐配方肥不同配施比例对土壤肥力的影响

土壤肥力的高低取决于影响土壤养分的多种因素,本试验旨在研究不同有机肥与推荐配方肥不同配施比例对土壤肥力的影响。各处理土壤肥力测定结果如表5。无论是单独施化肥或有机肥还是化肥和有机肥配施,与CK处理相比,土壤养分均出现不同程序的提高。施肥处理的pH均比对照高0.51～0.69,施用有机肥与化肥处理的pH和有机质含量均比单施化肥高,且随着有机肥替代量的增加而增加,这可能是随着土壤有机肥含量的提高而提升土壤缓冲性和土壤有机碳含量有关。就土壤容重而言,随着有机肥替代量的增加而呈现降低的变化趋势。所有施肥处理的土壤全氮、有效磷、碱解氮含量与CK和试验前基础土样相比均有所提高,三者都是在一定范围内随着有机肥替代比例的提高而增加。各处理间的土壤速效钾含量差异不大。

表5 不同处理土壤肥力变化

3 讨论

有机肥原料主要来源于农业废弃物,以作物秸秆和畜禽粪便最为普遍,秸秆蕴藏着巨大的养分资源,其富含有机质和氮、磷、钾、镁、钙等多种养分,畜禽粪便含有氮、磷、钾、钙、镁等营养元素,它们是一种可再生生物资源[10]。农业废弃物经过好氧堆肥处理后,可以达到商品有机肥标准,既解决了废弃物对环境污染又利用再生资源变废为宝,合理配合推荐配方肥施用,能稳定作物产量的同时减少化肥用量及提高土壤养分含量,是一项一举双得的实现农业循环及绿色低碳发展的有效途径[11]。

从有机肥替代部分推荐配方肥可以在稳定、提高水稻产量来看,有机肥和化肥配合施用是水稻稳产高产的基础,可以促进作物在生育阶段的生长得到有效保证,从而提高有效穗、结实率和千粒重,有助于水稻的稳产和增产。胡适友等[12]研究表明,有机肥替代化肥与单施化肥相比,对水稻的产量有不同程度的影响,其中以有机肥替代30%的化肥比例适宜,最高替代量不能超过50%。孙万纯等[13]研究表明,有机肥替代部分化肥是可行的,适宜比例为10%～30%,以20%效果最佳。本研究结果表明,在测土配方推荐施肥下,50%有机肥+50%推荐配方肥处理与推荐配方肥处理相比,水稻产量在保持稳产的前提下,增产19.31%,为最优处理,与刘洪江[14]等研究结果一致。

从有效提高土壤肥力来看,土壤中施加有机肥可以增加土壤中的有机质,土壤有机质对土壤肥力有着直接和重要的作用,它能够提高土壤有效养分的含量。本研究结果表明,有机肥替代部分化肥可以提高土壤有机质,增加土壤养分,降低土壤容重,这与毛伟等[15]、 刘寒双等[16]、马义虎等[17]、彭娜等[18]的研究结果一致。但值得一提的是,有机肥与推荐配方施肥配施提高土壤养分是个长期的过程,本研究仅对1年的土壤试验进行统计分析,若长期持续配施对增加土壤有机质,提高土壤肥力的作用更显著。

4 结论

在推荐配方施肥和等养分投入的条件下,与单施配方肥相比,50%农业废弃物有机肥+50%推荐配方肥,不仅可以达到在稳定水稻产量的同时减少化肥用量,而且可以提高土壤肥力,实现绿色农业循环发展。