張祺，孫萬(wàn)春，俞巧鋼，周家昊1, ，林輝，周建利，馬軍偉*

(1.長(zhǎng)江大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

化肥的長(zhǎng)期大量施用，在給我國(guó)糧食產(chǎn)量帶來(lái)飛速增長(zhǎng)的同時(shí)，也造成了肥效下降、水土流失、土壤板結(jié)等一系列土壤與生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[1-3]。有機(jī)肥含有大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有益菌種，與化肥配施后，兼顧化肥的速效性和有機(jī)肥的持續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)，可以促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)、改善土壤結(jié)構(gòu)和增加土壤肥力[4-7]。在限制化肥大量施用的農(nóng)業(yè)大環(huán)境下，為保護(hù)耕地和維持糧食產(chǎn)量品質(zhì)，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施已成為化肥減量增效和提高土壤質(zhì)量的一種重要手段。

目前，有機(jī)肥配施化肥在提高土壤質(zhì)量方面已有大量研究。崔紅艷等[8]研究表明，有機(jī)肥降低了水分在土壤中的移動(dòng)速度，增強(qiáng)了土壤的持水能力。石麗紅等[9]通過(guò)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理下土壤肥力的可持續(xù)利用效果高于單施化肥處理。呂真真等[10]和魏曉蘭等[11]研究結(jié)果證實(shí)，有機(jī)肥通過(guò)調(diào)節(jié)土壤氮、磷、鉀的水溶態(tài)和吸附結(jié)合態(tài)的比例，可提升土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的供給水平。本研究通過(guò)長(zhǎng)期定位田間試驗(yàn)(6年)，在水稻-油菜輪作模式下，探究不同用量有機(jī)肥配施化肥對(duì)稻田土壤理化性狀的影響，明確培育健康稻田土壤最佳有機(jī)肥用量，以期為科學(xué)指導(dǎo)水稻生產(chǎn)有機(jī)替代、化肥定額制的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)位于浙江省紹興市越城區(qū)孫端鎮(zhèn)國(guó)成家庭農(nóng)場(chǎng)內(nèi)，供試土壤為青紫泥水稻土，種植制度為油菜-單季稻輪作，試驗(yàn)從2013年6月開(kāi)始進(jìn)行，試驗(yàn)前土壤基本理化性質(zhì)：pH 5.75、有機(jī)質(zhì)36.49 g·kg-1、全氮1.79 g·kg-1、有效磷5.83 mg·kg-1、速效鉀61.0 mg·kg-1。

供試水稻品種為紹粳18號(hào)。供試有機(jī)肥為寧波慈溪中慈生態(tài)肥料有限公司生產(chǎn)豬糞有機(jī)肥,其理化性狀為水分(鮮樣)29.50%、N 22.8 g·kg-1，P2O528.6 g·kg-1，K2O 28.6 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)558.4 g·kg-1，試驗(yàn)化肥為尿素、磷酸二氫銨和氯化鉀，均從市場(chǎng)購(gòu)買。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理：CK，不施肥；CF，單施化肥；M1，施有機(jī)肥2 250 kg·hm-2；M2，施有機(jī)肥4 500 kg·hm-2；M3，施有機(jī)肥9 000 kg·hm-2。各施肥處理施氮量相等，有機(jī)肥當(dāng)季礦化率計(jì)為70%，有機(jī)肥處理養(yǎng)分不足部分用化肥補(bǔ)足，具體施肥量見(jiàn)表1。水稻種植方式為基肥施用后1周移栽水稻，有機(jī)肥、磷肥、鉀肥均做基肥(每年6月施用)；氮肥的60%做基肥，剩余氮肥分兩次做追肥，分別在分蘗期、拔節(jié)期施用，基追肥比為6∶2∶2。采用隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)。試驗(yàn)小區(qū)面積為20 m2，小區(qū)間用水泥田埂隔開(kāi)，排水溝排水，保證各小區(qū)獨(dú)立水肥管理。各田間日常管理一致，每季收割水稻、油菜后，各小區(qū)秸稈均就地全量還田。油菜季有機(jī)肥施用處理與水稻季一致，施肥總量為N 255 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2、K2O 60 kg·hm-2。

表1 試驗(yàn)處理及肥料施用量

1.3 樣品采集與測(cè)定方法

2020年11月水稻收獲后，采用環(huán)刀法在田間測(cè)定土壤容重、孔隙度和田間持水量。根據(jù)“S”采樣法采集小區(qū)耕層(0～20 cm)土壤，土壤風(fēng)干研磨后分別過(guò)2 mm篩和0.149 mm篩。根據(jù)《土壤農(nóng)化分析》[12]的分析方法測(cè)定土壤肥力指標(biāo)：pH采用電位法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化—容量法，總氮含量采用Vario ISOTOPE CUBE元素分析儀測(cè)定，總磷含量采用堿熔-鉬銻抗顯色法測(cè)定，總鉀含量采用堿熔-火焰光度法測(cè)定，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷含量采用Olsen法測(cè)定，速效鉀含量采用乙酸銨-火焰光度法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算整理和統(tǒng)計(jì)分析分別采用Microsoft Excel 2019和IBM SPSS Statistics 22統(tǒng)計(jì)分析軟件，利用Duncan法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤孔隙度、田間持水量和土壤容重

土壤孔隙中充滿著水和氣體，孔隙度的大小反映了土壤的透水性與透氣性。田間持水量是土壤所能穩(wěn)定保持的最高土壤含水量，也是保證作物有效吸收的最高土壤含水量。土壤容重的大小對(duì)土壤透水性和透氣性有顯著的影響。從表2 可以看出，有機(jī)肥處理的M2和M3土壤總孔隙度顯著高于CF和CK處理(P<0.05)，M1、M2和M3處理間土壤總孔隙度差異雖然沒(méi)有達(dá)到顯著程度，但表現(xiàn)出隨著有機(jī)肥施用量的增加而上升的趨勢(shì)。各施肥處理的田間持水量均差異不顯著，但隨著有機(jī)肥用量的增加有上升趨勢(shì)，其中M2、M3顯著高于CK。3種有機(jī)肥處理的土壤容重均顯著低于CF和CK，不同用量有機(jī)肥處理之間土壤容重差異不顯著。結(jié)果表明，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥有利于改善土壤物理性狀，培育健康土壤。

表2 不同施肥處理對(duì)土壤總孔隙度、田間持水量和容重的影響

2.2 土壤pH和有機(jī)質(zhì)

圖1顯示，與CF相比，M1和M2的土壤pH差異不顯著，當(dāng)有機(jī)肥施用量不斷增加時(shí)，土壤pH隨之提高，M3處理的土壤pH顯著高于M1、CF和CK(P<0.05)，比CF提高0.36個(gè)單位。CF與CK土壤有機(jī)質(zhì)含量無(wú)顯著差異，與CF、CK相比，M1、M2和M3處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，比CF分別提高了13.3%、13.1%和33.3%，M3處理顯著高于M1、M2(P<0.05)。結(jié)果表明，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥能顯著提高稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量，只有9 000 kg·hm-2用量有機(jī)肥才能明顯提高土壤pH。

柱間不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，圖2～4同。

2.3 土壤全氮和堿解氮

由圖2可知，與CF相比，施用有機(jī)肥顯著增加了土壤全氮含量，M3處理土壤全氮含量顯著高于M1和M2處理，比CF提高20.63%。堿解氮包括無(wú)機(jī)氮和部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易分解的有機(jī)氮，能反映土壤近期的供氮狀況，CF、M1和M2處理間土壤堿解氮含量無(wú)顯著差異，均顯著低于M3處理，M3處理的土壤堿解氮含量比CF處理提高了14.94%。在等氮處理的情況下，有機(jī)肥替代部分化肥能有效提高土壤氮的養(yǎng)分狀況，其速效氮養(yǎng)分供應(yīng)也不會(huì)差于全化肥處理。

圖2 不同施肥處理對(duì)土壤全氮和堿解氮含量的影響

2.4 土壤全磷和有效磷

從圖3中可知，施用有機(jī)肥可顯著增加土壤全磷和有效磷的含量。M1、M2和M3處理土壤全磷含量顯著高于CF處理，且隨著有機(jī)肥施用量的增加而逐漸提高，不同處理土壤全磷含量的大小順序?yàn)镸3>M2、M1>CF>CK。不同處理土壤有效磷含量大小排列為M3>M2>M1、CF>CK，土壤有效磷含量隨著有機(jī)肥施用量的增加而顯著提高，M3有效磷含量分別是M2、M1、CF處理的0.68、1.20、1.20倍。表明，施用有機(jī)肥能顯著提高稻田土壤磷的養(yǎng)分供應(yīng)，土壤有效磷對(duì)有機(jī)肥施用量的響應(yīng)更為明顯。

2.5 土壤全鉀和速效鉀

如圖4所示，與CF相比，M2和M3處理土壤全鉀含量無(wú)顯著差異，M1處理土壤全鉀含量甚至低于CF處理。不同處理土壤速效鉀含量大小順序?yàn)椋篗3>M2>M1、CF>CK，有機(jī)肥能顯著提高土壤速效鉀的含量，不同用量有機(jī)肥處理間差異顯著，隨著施用量增加而顯著提高。土壤全鉀僅表現(xiàn)土壤中鉀的儲(chǔ)量，絕大部分為礦物鉀，極難被作物吸收，土壤給植物的供鉀水平主要由土壤速效鉀含量來(lái)體現(xiàn)，而有機(jī)肥能提供速效鉀養(yǎng)分，有機(jī)肥配施化肥的土壤供鉀能力優(yōu)于單施化肥。

3 小結(jié)與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)肥配施化肥對(duì)改善土壤物理狀況和提升土壤肥力方面優(yōu)于單施化肥處理。有機(jī)肥含有大量有機(jī)物質(zhì)，促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)繁殖，并經(jīng)礦化后降解釋放小分子有機(jī)酸，促進(jìn)作物根系的生長(zhǎng)，微生物分泌的物質(zhì)可以膠結(jié)土壤顆粒形成大團(tuán)聚體，從而提高土壤孔隙度，改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤容重，提高土壤透水透氣性[13]。有機(jī)肥與化肥配施，促進(jìn)有機(jī)肥礦化，同時(shí)提高化肥利用率[14]，減少化肥養(yǎng)分損失，既增加土壤氮、磷、鉀的速效養(yǎng)分，又延長(zhǎng)肥效，提高土壤供肥能力[15]。有機(jī)肥配施化肥作為一種科學(xué)的、可行性更強(qiáng)的、更優(yōu)的施肥方式，是減少化肥施用，培育健康土壤的重要途徑。

不同有機(jī)肥施用量對(duì)土壤物理性質(zhì)和肥力水平的影響有所差異。等氮用量下，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥能顯著改善稻田土壤物理性狀，提升土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分的供應(yīng)能力。在水旱輪作模式下，結(jié)合秸稈還田，每季有機(jī)肥施用量要高于或等于4 500 kg·hm-2時(shí)才有較好的培肥效果，每季9 000 kg·hm-2有機(jī)肥施用量效果最佳，氮肥替代量可達(dá)32%～64%。