有机肥施用量对冬水稻田水稻生长和土壤有机质的影响

陈 琨, 曾祥忠, 喻 华, 刘 灏, 李光萍, 徐 麟, 秦鱼生

(1.四川省农业科学院土壤肥料研究所，四川 成都 610066；2.农业部南方坡耕地植物营养与农业环境 科学观测实验站，四川 成都 610066；3.宜宾市翠屏区农业农村局，四川 宜宾 644000)

有机肥料是农业养分的再循环和利用，能改善土壤氮磷钾等养分的平衡状况，改良土壤理化性状，对提高土壤肥力、作物产量和品质及增强作物抗逆性具有重要的作用[1-3]。但单施有机肥肥效缓慢，实际生产中往往采取有机无机肥配施来提高作物产量，改善土壤特性[4]。廖萍等[5]发现，生物有机肥与化肥配施可提高土壤有机碳和碱解氮含量，显著提高土壤有效磷含量。张国荣等[6]研究表明，有机肥与化肥配合施用对水稻高产稳产有显著作用，长期配合施用可显著提高土壤有机质含量。

冬水稻田是指受环境和气候影响，稻田冬季蓄水，1年只种一季稻[7]，其广泛分布于四川盆周山地和川中丘陵区域。由于冬水稻田长期淹水，且地力培肥时随意盲目，缺乏相应的技术指导和措施，导致土壤结构差、活性有机质含量低、还原性物质多等问题。笔者发现，施用鸡粪的冬水稻田还原性物质总量较无肥处理提高5.7%，一定程度上提高了土壤有害物质增加的风险，不宜长期在冬水田中施用[8]。因此，系统研究冬水稻田有机肥施用量和有机无机肥配合施用技术，既有利于保持水稻高产稳产，又能提高土壤质量。本文以四川东南区域冬水稻田为研究对象，在等量施用化肥条件下，设计5个不同有机肥施用水平，拟筛选出冬水稻田地力培肥的有机肥适宜用量，以期为冬水稻田耕层土壤培肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年3月6日至8月15日在四川省农业科学院水稻高粱研究所川南示范基地开展。试验地年均气温18.5 ℃，≥10 ℃活动积温6 000 ℃，年均降水量1 016.2 mm，年均日照时数1 145 h。试验田为长年淹水的冬水稻田，地形属沟槽田。供试土壤为紫色母岩发育，并经多年水耕熟化后的暗紫泥水稻土，土壤质地中壤，pH值5.59，碱解氮、速效钾、有效磷、有效锌、有效硅含量分别为141、82、11.50、2.35、180 mg·kg-1，有机质含量为29.5 g·kg-1，交换性钙、交换性镁含量分别为3.24、0.53 g·kg-1。总体上看，试验地土壤有效磷、速效钾缺乏，有效硅丰富，有机质含量较丰富，属中等肥力水平。

1.2 试验设计

在施用等量常规化肥基础上，分别设置有机肥施用量为1 500、3 000、4 500、6 000、7 500 kg·hm-2(A1～A5处理)，以不施用任何肥料(CK1)和仅施用常规化肥(CK2)为对照。每个处理3次重复，小区面积20 m2(4 m×5 m)，田间随机排列。常规化肥中氮、磷、钾肥用量分别为150、75和90 kg·hm-2。其中，氮肥为尿素(含46%N)、磷肥为磷酸一铵(分别含11%N和4%P2O5)、钾肥为KCl(含60%K2O)。有机肥为猪粪发酵处理后的产品，施用前测定氮、磷、钾含量，分别含3.4%全氮、2.4%全磷、1.8%全钾和25%水分。氮肥按底肥∶分蘖肥=60∶40施入，有机肥料、钾肥和磷肥作底肥一次施入。

供试水稻品种为内6优103(国审稻20180009)，由四川省农业科学院水稻高粱研究所提供。栽插规格为20 cm×30 cm，灌溉、病虫害防治等田间管理措施与大田生产一致，生育期为162 d。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 水稻农艺性状及产量 分别调查各生育期水稻基本苗、最高苗、有效穗等指标，收获时测定小区产量。按照植株平均长势，收获前各小区分别采集3穴具有代表性的植株，装入尼龙网袋并带回实验室，考察株高、穗长、穗粒重、有效穗、千粒重、结实率、秸秆重等农艺性状。

1.3.2 水稻养分含量 将植株样品风干、研磨后，经H2SO4-H2O2消煮定容，过滤，采用流动注射分析仪测定其全氮、全磷、全钾含量。养分吸收量=收获期地上部干物质量×养分含量。

1.3.3 土壤养分含量 收获后，采用“梅花法”采集各小区0～20 cm耕作层混合土样0.5 kg，风干后测定土壤总有机质和活性有机质含量。其中，总有机质含量采用重铬酸钾容量法[9]测定；活性有机质含量采用KMnO4氧化法[10]测定。

1.4 统计与分析

采用Excel 2010和DPS 6.55进行数据处理。通过LSD法检验差异显著性水平(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 有机肥用量对水稻农艺性状的影响

不同有机肥用量对水稻农艺性状的影响见表1。由表1可知，A3处理水稻有效穗数最大，分别为CK1和CK2的1.23和1.22倍，差异达显著水平；A5处理有效穗数显著低于A2和A3处理。A5处理水稻千粒重显著高于A2处理，其他处理间差异不显著。CK1处理水稻株高最小，显著低于其他处理；其他处理间差异不显著，表明有机肥施用可增强水稻长势，其中A2处理株高最大。各处理间水稻穗长差异不显著。A3处理水稻穗实粒数最小，显著低于CK2、A1和A4处理。从结实率来看，添加有机肥处理较CK1和CK2有一定提高，但各处理间无显著性差异。A2处理水稻理论产量最大，达8 987.70 kg·hm-2。

表1 不同有机肥处理对水稻农艺性状的影响1)Table 1 Effects of different organic fertilizer treatments on agronomic traits of rice

1)同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。A1～A5分别表示有机肥施用量为1 500、3 000、4 500、6 000、7 500 kg·hm-2；CK1为不施用任何肥料；CK2为仅施用常规化肥。

2.2 有机肥用量对水稻产量的影响

有机肥用量对水稻产量的影响见表2。由表2可知，A1～A4处理水稻产量显著高于CK1，A5处理与CK1及CK2差异均不显著，CK2处理水稻产量与不同有机肥处理间差异均不显著。与CK1相比，水稻增产率随有机肥施用量的增加呈先升高后降低的趋势，A2处理最大，分别比A3、A4和A5提高了1.69%、5.20%和6.26%。与CK2相比，施用有机肥处理水稻增产率为0.72%～6.44%，其中A2处理增产率最大，为6.44%。综合来看，A1～A3处理均有利于冬水稻田水稻增产，其中A2处理效果最优。

2.3 有机肥用量对水稻养分吸收的影响

各处理水稻植株养分含量和吸收量见表3。由表3可知，施用有机肥及CK2处理水稻籽粒全氮含量均显著高于CK1，A2处理水稻秸秆全氮含量显著高于A3、A5及CK1处理；各处理水稻籽粒全磷含量差异不显著，A1、A2、CK2处理水稻秸秆全磷含量显著高于CK1；各处理水稻籽粒全钾含量差异不显著，A5处理水稻秸秆全钾含量最高，且显著高于A3、CK1与CK2处理。

表2 不同有机肥处理对水稻产量的影响1)Table 2 Effects of different organic fertilizer treatments on rice yield

1)同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。A1～A5分别表示有机肥施用量为1 500、3 000、4 500、6 000、7 500 kg·hm-2；CK1为不施用任何肥料；CK2为仅施用常规化肥。

植株养分吸收量结果显示，A3处理水稻籽粒氮吸收量最大，是CK2的1.09倍；A2处理水稻秸秆氮吸收量最大，是CK2的1.12倍。A3处理水稻籽粒磷吸收量最大，CK2处理水稻秸秆磷吸收量最大。A1处理水稻籽粒钾吸收量最大，A5处理水稻秸秆钾吸收量最大。

2.4 有机肥用量对冬水稻田土壤有机质含量的影响

由表4可知，A3处理冬水稻田土壤总有机质含量最大，分别为CK1和CK2的1.24、1.13倍，差异达显著水平，但A2～A5处理间差异不显著。各处理土壤总有机质含量分别比CK1增加10.09%～24.35%，其中A3处理增长率最大。A5处理土壤活性有机质含量最大，分别是CK1和CK2的1.38、1.29倍，且差异达显著水平；A1～A5处理土壤活性有机质含量差异不显著。与CK1相比，增施有机肥使土壤活性有机质含量增长31.24%～37.62%，其中A5处理增长率最大。不同处理下土壤活性有机质含量与有机质总量占比为36.57%～44.33%，其中A4和A5处理占比较大，且二者之间差异较小。

表3 不同有机肥处理对水稻养分吸收的影响1)Table 3 Effects of different organic fertilizer treatments on nutrient absorption in rice

1)同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。A1～A5分别表示有机肥施用量为1 500、3 000、4 500、6 000、7 500 kg·hm-2；CK1为不施用任何肥料；CK2为仅施用常规化肥。

表4 不同有机肥处理对冬水稻田土壤有机质含量的影响1)Table 4 Effects of different organic fertilizer treatments on soil organic matter and active organic matter of rice fields

1)同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。A1～A5分别表示有机肥施用量为1 500、3 000、4 500、6 000、7 500 kg·hm-2；CK1为不施用任何肥料；CK2为仅施用常规化肥。

3 讨论与小结

在保持农业系统内有机物循环的基础上，有机无机肥配合施用可提高稻田系统生产力水平[11]。本研究表明，在无机肥基础上增施有机肥能有效提高冬水稻田水稻产量，水稻增产率随有机肥施用量增加呈“单峰状”变化趋势，其中A2处理最大，表明并非有机肥用量越大产量越高。这一结果与陈光玉等[12]、何欣等[13]、纪彦鸿等[14]的研究结果相一致。但也有研究表明，水稻产量随着有机肥施用量增加呈逐渐增大趋势[15-17]，这可能由有机肥种类、生态气候条件和水稻种植制度等因素导致。

有机无机肥配施可提高土壤养分供应能力，改变土壤氮磷钾比例[18]，使水稻植株体内养分比例趋于协调，促进水稻生长[19-20]。有机肥料作底肥，养分释放缓慢，需要配合施用无机肥料才能为植株生长提供足够养分[21]，稻田增施有机肥可提高土壤养分元素含量，提升养分元素有效性，促进水稻籽粒和秸秆对氮磷钾养分的吸收[22-23]。本研究发现，适量有机肥处理(A1～A3处理)使植株氮磷钾养分吸收更为协调均衡，农艺性状表现更好，有利于水稻增产。植株养分吸收量随有机肥施用量的增加呈 “单峰状”变化趋势，高量有机肥施用下(A5处理)养分吸收下降，有效穗数和每穗实粒数减少，导致水稻减产。彭耀林等[24]研究发现，有机无机肥配施能增强有机肥矿化分解，随着有机肥施用量增加，其养分矿化速率减缓，使得水稻对养分元素的吸收量降低，呈“单峰状”变化，与本研究结果一致。

增施有机肥是改善土壤质量的重要措施之一。随着有机肥施用量的增加，有机碳库容增大，有利于土壤有机质的积累，从而促进水稻增产[25-27]。本研究表明，冬水稻田增施有机肥能提高土壤总有机质和活性有机质含量，对提升地力水平和提高水稻产量有重要作用；但高量有机肥施用下土壤有机质含量并无显著增加，表明土壤微生物的转化能力和强度有限，其有机质含量并未随有机肥施用量的增加而大幅提高。谭欣[28]研究表明，随着生物有机肥替代化肥用量的增加，土壤有机质含量较无机肥处理有所提高，但这种趋势呈“单峰状”，与本研究结果一致。

综上所述，冬水稻田适量增施有机肥能显著提高土壤有机质含量，促进水稻增产，对稻田系统有机物循环的平衡具有重要作用。综合分析土壤培肥效果、水稻产量及劳动成本，认为冬水稻田有机肥适宜用量范围为1 500～4 500 kg·hm-2(A1～A3处理)。