陳鈺佩，陸若輝，朱偉鋒，孔海民

(浙江省耕地質(zhì)量與肥料管理總站，浙江 杭州 310020)

近年來，我國糧食總產(chǎn)量穩(wěn)步增長，但自然災(zāi)害頻發(fā)，耕地資源不斷減少，耕地壓力形勢(shì)嚴(yán)峻[1]。新冠疫情暴發(fā)，國際糧食貿(mào)易面臨保護(hù)主義和單邊主義的干擾[2]，糧食安全作為國家安全的重要基礎(chǔ)，是當(dāng)前治國理政的頭等大事。研究表明，施用有機(jī)肥可以改善土壤特性[3]，防治土壤酸化[4]，提高土壤總碳和有機(jī)質(zhì)含量[5]，提升作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[6]，對(duì)于保障糧食安全具有重要意義。

有機(jī)肥的施用效果會(huì)受到施肥管理措施、土壤和氣候等因素的影響[7]，關(guān)于如何合理施用有機(jī)肥，國內(nèi)外學(xué)者[8-10]開展了大量研究。劉紅江等[11]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)替代50%化肥處理在確保水稻高產(chǎn)的同時(shí)，減少了農(nóng)田地表徑流水體總氮流失量和流失率。孟琳等[12]研究提出，氮用量在240 kg·hm-2內(nèi)，有機(jī)肥料氮替代無機(jī)肥料氮的適宜替代率為10%～20%。任科宇等[13]研究指出，在長江流域，水稻的有機(jī)替代總氮施用量應(yīng)低于250 kg·hm-2，替代比例以30%～60%為宜。以往的研究多集中在有機(jī)肥對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)、土壤物理性質(zhì)等方面的影響，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)中不同有機(jī)肥的最佳施用比例尚不明確。為此，進(jìn)行長期施用不同比例有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分影響的試驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2008—2018年連續(xù)種植單季晚稻，地點(diǎn)為浙江省試驗(yàn)基地，包括杭州余杭，寧波奉化、象山，臺(tái)州溫嶺，紹興諸暨等地。供試水稻品種為秀水134、甬優(yōu)12號(hào)、甬優(yōu)15號(hào)等。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)5組處理：T1～T3為增施有機(jī)肥，分別在化肥對(duì)照(CK)基礎(chǔ)上增施商品有機(jī)肥(T1、T2)和豬廄肥(T3)；T4、T5為有機(jī)肥替代化肥處理，分別為有機(jī)肥替代化肥60%和10%(表1)。

1.3 樣品采集與測(cè)定

籽粒及莖葉重。水稻成熟后各小區(qū)采集1 m2水稻，脫粒后曬干，測(cè)定籽粒重。成熟期分別采集各區(qū)有代表性的5穴水稻地上部植株樣品。105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重后稱重。

籽粒養(yǎng)分含量。籽粒樣品烘干磨碎，H2SO4-H2O2消煮，分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、火焰光度法測(cè)定氮、磷、鉀含量。

表1 不同處理每667 m2養(yǎng)分的投入量 單位：kg

土壤養(yǎng)分含量。每年在水稻成熟期，各小區(qū)按照“S”路線隨機(jī)選擇5個(gè)樣點(diǎn)，采集0～20 cm土壤樣品。5點(diǎn)樣品混合成1個(gè)約2 kg的混合土樣，在通風(fēng)處風(fēng)干，全部研磨后過篩。土壤有機(jī)質(zhì)采用H2SO4-K2Cr2O7外加熱法測(cè)定，全氮采用H2SO4+混合催化劑消解、凱氏定氮法測(cè)定，有效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀用醋酸銨浸提、火焰光度法測(cè)定[1]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007完成數(shù)據(jù)處理及作圖，采用IBM SPSS Statistics V22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻產(chǎn)量

圖1顯示，除T4處理外，有機(jī)肥處理的籽粒、莖葉重明顯高于對(duì)照，其中，T1、T3、T5處理隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，籽粒重增加幅度增大，T1、T3處理隨著時(shí)間的增加，莖葉重增加幅度增大。增加有機(jī)肥施用量，可提高對(duì)籽粒重的提升幅度，但對(duì)莖葉重的影響不明顯。有機(jī)肥替代化肥10%時(shí)，籽粒重明顯增加，但當(dāng)替代比例提升至60%時(shí)，籽粒重低于對(duì)照，莖葉重也表現(xiàn)出相同變化趨勢(shì)。

圖1 長期施用不同比例有機(jī)肥對(duì)水稻籽粒重及莖葉重變化幅度的影響

2.2 水稻養(yǎng)分含量

表2顯示，除T4處理外，施用有機(jī)肥處理水稻籽粒氮養(yǎng)分吸收量總體高于對(duì)照，且隨著試驗(yàn)?zāi)攴莸脑黾?，增加幅度增大。有機(jī)肥替代化肥10%處理，前期氮吸收量低于對(duì)照，但隨著時(shí)間延長，籽粒氮吸收量增加并高于對(duì)照，有機(jī)肥替代化肥60%處理與對(duì)照差異不明顯。

表3、4顯示，有機(jī)肥替代化肥10%處理，前期籽粒磷、鉀吸收量與對(duì)照無顯著差異，但隨著時(shí)間增加，磷、鉀吸收量高于對(duì)照組，有些年份差異達(dá)顯著水平。

2.3 土壤養(yǎng)分含量

圖2顯示，有機(jī)肥處理下，稻田土壤中有機(jī)質(zhì)含量高于對(duì)照處理，且隨著年份的增加，增加幅度增大，其土壤全氮含量也高于對(duì)照處理，但未與施用時(shí)間表現(xiàn)出相關(guān)性。有機(jī)肥處理下，有效磷含量高于對(duì)照處理，且隨著年份的增加，T1、T2、T3處理的增加幅度增大，施用豬廄肥處理的數(shù)值明顯高于其他處理。除T3處理外，有機(jī)肥處理速效鉀含量明顯高于對(duì)照，但未與施用年份表現(xiàn)出相關(guān)性。

3 討論

試驗(yàn)表明，長期施用有機(jī)肥可提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，提高土壤保墑、透氣、保肥性能，改善作物根系生長的環(huán)境條件[15]，從而提高水稻產(chǎn)量。有機(jī)肥作為緩效性肥料，其供肥時(shí)間長、肥效穩(wěn)定，但養(yǎng)分釋放速度緩慢，與化肥配合施用，可以彌補(bǔ)施肥初期速效養(yǎng)分不足的問題。等養(yǎng)分量投入條件下，有機(jī)無機(jī)配施不僅改善了土壤的理化性質(zhì)[16]，而且改善了土壤的C/N，刺激土壤微生物的繁殖和活動(dòng)，促進(jìn)土壤無機(jī)氮的固定和轉(zhuǎn)化[17-18]，顯著提高作物氮肥利用率[19]。隨著施用時(shí)間增長和施用量增加，有機(jī)肥處理的水稻增產(chǎn)幅度呈上升趨勢(shì)，但是過量施用有機(jī)肥會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)分利用率下降，并帶來重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)[20]。

表2 長期施用不同比例有機(jī)肥對(duì)水稻籽粒氮吸收量的影響 單位：kg·hm-2

表3 長期施用不同比例有機(jī)肥對(duì)水稻籽粒磷吸收量的影響 單位：kg·hm-2

表4 長期施用不同比例有機(jī)肥對(duì)水稻籽粒鉀吸收量的影響 單位：kg·hm-2

圖2 長期施用不同有機(jī)肥后對(duì)稻田土壤養(yǎng)分含量的影響

有機(jī)肥替代部分化肥可以有效提升水稻產(chǎn)量及籽粒氮含量，替代10%處理的增產(chǎn)幅度與T1處理相近，但當(dāng)有機(jī)替代比例提高至60%時(shí)，水稻產(chǎn)量下降，籽粒氮含量無明顯增加。有機(jī)替代的增產(chǎn)效果受管理措施、土壤因素和氣候條件影響[13]，不同試驗(yàn)條件下，棉花[21]、玉米[22]、辣椒[23]的最佳替代比例分別為15%、30%和50%，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)條件及作物種類進(jìn)行合理替代。本試驗(yàn)條件下，水稻生產(chǎn)中的有機(jī)替代比例以10%為宜，當(dāng)替代比例提高至60%時(shí)水稻出現(xiàn)產(chǎn)量下降現(xiàn)象，主要是由于有機(jī)肥的分解和養(yǎng)分的釋放需要一定的條件和時(shí)間，過量替代化學(xué)氮肥會(huì)導(dǎo)致水稻生長前期養(yǎng)分供應(yīng)不足、生長發(fā)育緩慢，不利于水稻的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)[24-25]。

4 小結(jié)

長期增施有機(jī)肥可明顯改善土壤養(yǎng)分狀況，提升水稻產(chǎn)量及籽粒養(yǎng)分吸收量。隨著有機(jī)肥的用量增加及時(shí)間增長，水稻增產(chǎn)幅度逐漸增大。有機(jī)肥替代化肥10%的增產(chǎn)幅度及籽粒氮磷鉀養(yǎng)分吸收增量高于60%處理。