不同有机肥料对水稻产量和土壤肥力的影响

周江明

（浙江省江山市农技推广中心,浙江江山 324100）

不同有机肥料对水稻产量和土壤肥力的影响

周江明

（浙江省江山市农技推广中心,浙江江山 324100）

通过3年在不同肥力水平的稻田试验,研究增施绿肥、稻草、商品有机肥及其组合对水稻产量和土壤肥力的影响。结果表明,和单施化肥相比,连续3年增施有机肥料处理的土壤有机质、全氮、有效磷及速效钾平均增7.2%,14.4%,10.6%和93.1%,其中肥力中等稻田增效明显优于肥力较高稻田,且随有机肥料用量的增加而增加；容重则平均下降了9.9%。不同有机肥料处理间,对土壤氮积累贡献最大的为绿肥,但土壤磷出现下降；土壤有机质、磷、钾含量均以稻草还田处理增效最佳。增施有机肥料处理在不同肥力稻田中对水稻产量影响不一,肥力中等稻田平均增9.8%,其中以种植绿肥结合稻草还田处理产量最高,比化肥处理增18.0%；肥力较高稻田则以稻草还田处理产量最高,比化肥处理增3.2%,其余处理均减产。

有机肥料；水稻产量；土壤肥力

水稻在中国粮食结构中处于举足轻重的地位,水稻土面积占全国耕地面积的1/4［1］。特别在南方,水稻是主要粮食作物,其总播种面积约占全国的94%［2］。长期以来,由于工业发展、城镇扩建及基础设施建设等占用大量的肥沃良田,使我国优质稻田资源越来越少,而新建补充的耕地土壤又极其贫瘠,从而造成稻田粮食生产能力逐渐下滑。在我国耕地资源非常短缺、种植面积难以增加的情况下,为解决我国人口增长及经济发展对粮食需求持续增长的问题,势必要提高水稻单产。而水稻单产与土壤肥力密切相关,高肥力土壤始终具有较高的产量潜力［3］,且在高肥力土壤上,施用较少量的肥料即可达到高产的效果［4-5］。因此,稻田肥力培育成了农业工作者普遍关注的热点问题。诸多研究表明,农业生产中增施有机肥料具有水稻增产［6-8］、土壤培肥［6-12］、减少环境污染［13-14］及农产品品质改善［15-16］等显著功效。特别在土壤肥力培育方面,有机肥料除显著提高土壤有机质含量外,绿肥、饼肥等能快速提升土壤氮库量［6,12,17］,作物秸秆显著增加土壤钾积累量［14］,猪粪、鸡粪等对土壤磷含量增效明显［18-19］。然而,在相关文献中,对于不同肥力稻田开展土壤培肥的研究较少,各种有机肥料组合培肥功效也鲜有报道。鉴于此,作者在肥力不同稻田连续开展3年综合培肥试验,探索不同肥力稻田的最佳综合培肥方案,以期为稻田肥力培育和提高水稻产量提供科学依据。现将有关试验结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2010年初开始,至2012年11月结束,其中绿肥（紫云英）于2009年9月底提前播种。试验在江山市长台镇长安村杨祖根户和峡口镇王村村王元有户进行。长安村土壤为壤土,耕作层厚度16.5cm,王村村土壤为沙壤土,耕作层厚度18.0cm。试验前长安村和王村村土壤的全氮、有效磷、速效钾、有机质、pH值、容重分别为1.35和2.18g·kg-1、11.4和63.0mg·kg-1,34.1和58.4mg·kg-1,22.12和36.83g·kg-1,5.16和5.08,1.27和1.16g·cm-3。王村村的土壤肥力水平较高。

供试作物品种长台镇长安村2010-2012年均是中浙优1号,峡口镇王村村2010年、2011年和2012年分别是中浙优1号、深两优5814和C两优608。供试肥料氮肥是尿素（含纯N46%）、磷肥是普通过磷酸钙（含P2O514%）、钾肥是氯化钾（含K2O60%）及商品有机肥（含有机质46.8%,纯N,P2O5,K2O分别为2.65%,1.85%和1.57%,水分28.6%,pH值6.6）。

1.2 处理设计

试验共设10个处理：对照处理（CK）为空白不施肥,处理1为施配方肥,处理2为配方肥+10%配方肥（增施化肥）,处理3为配方肥+种植绿肥,处理4为配方肥+稻草还田,处理5为配方肥+商品有机肥,处理6为配方肥+种植绿肥+稻草还田,处理7为配方肥+种植绿肥+商品有机肥,处理8为配方肥+稻草还田+商品有机肥,处理9为配方肥+种植绿肥+稻草还田+商品有机肥。长安村试验田配方肥N,P2O5,K2O用量分别为202.5,75.0和180.0kg·hm-2,王村村试验田配方肥N, P2O5,K2O用量分别为187.5,45.0和180.0 kg·hm-2。绿肥、稻草还田及商品有机肥两试点各年度施用量及通过取样烘干测定的养分含量见表1。小区面积20m2,重复3次,随机区组排列。各小区间用20cm宽、20cm高的小田埂隔开,独立灌排,周围设保护行。

表1 两试点2010-2012年各处理的有机肥施用量

稻草还田在单季稻收割后即撒开覆盖于田面上,并与绿肥一起在水稻移植前1周人工翻挖埋入耕层。配方肥中60%氮肥、100%磷肥、70%钾肥作基肥与商品有机肥一起施入,25%氮肥作分蘖肥（移栽后10d左右）,15%氮肥、30%钾肥作促花肥施用。水稻播种时间在5月12-18日,6月5-15日移栽,10月2-6日收割,播种密度187万～261万穴·hm-2（每年同一试验点各小区密度均相同）。其他管理参照当地农户习惯统一进行。

1.3 调查项目与方法

试验前对试验田取土,采用“S”形取15个点进行混匀缩分,取土深度以耕作层厚度为准,留样等分析用。水稻收割时调查各小区产量因子并实割晒干测产。每年水稻收割后进行小区土壤取样,每小区取5个点进行混匀缩分至1.5kg左右,待分析养分用,同时调查容重3个点。

2 结果与分析

2.1 水稻产量

施肥是粮食生产的重要技术措施,对粮食单位面积增产可达55%［20］,而化肥与有机肥料结合施用是促进水稻持续高产稳产的保障措施。从表2看出,施配方肥和化肥配有机肥处理的水稻3年平均产量比空白对照增27.1%和31.6%,增产效果显著；和施配方肥相比,长安村增施化肥处理水稻平均增产6.1%,王村村则平均减产0.9%。表明施肥是水稻增产的重要措施,而在化肥基础上增施有机肥料增产效果优于单施化肥,适当增加化肥用量在中等肥力土壤上同样能进一步提高水稻产量,在较高肥力土壤上则表现为减产。

在不同肥力的土壤同样施配方肥条件下,不同有机肥料处理对水稻产量的影响存在差异。长安村试验田土壤属于中等肥力水平,以2种有机肥料处理水稻平均产量最高,达8229.5kg· hm-2,其中绿肥和稻草组合最佳,3年水稻产量均最高,平均为8386.4kg·hm-2,显著高于未施有机肥料处理,而与其他有机肥料处理差异不显著；王村村试验田土壤属于较高肥力水平,以1种有机肥料处理平均产量最高,达9343.8kg· hm-2,其中又以稻草还田处理最高,为9636.2kg·hm-2,而2种或3种有机肥料处理的水稻产量反而比化肥处理下降了2.1%和6.5%。分析原始调查数据可知,增施有机肥料主要以大量增加有效穗而增产,但也会因土壤氮素过高造成粒数、粒重和结实率下降而减产,从而使肥力不同稻田出现不同的增减效果。从不同有机肥料品种对水稻的增产效果看,肥力中等稻田依次是绿肥＞商品有机肥＞稻草,高肥力稻田却相反,是稻草＞商品有机肥＞绿肥。同时,从表2也看出,稻草还田增效逐年上升幅度最大,和对照相比,稻草还田增产从2010年的22.5%至2012年的45.5%,绿肥、商品有机肥增效分别自23.8%和22.5%上升到42.4%和40.8%,特别在中等肥力稻田此种增效趋势更加明显。

试验结果表明,肥力中等稻田在施化肥基础上,增施有机肥料或适当提高化肥用量均增产,其中以翻耕绿肥结合稻草还田效果最佳；肥力较高稻田以稻草还田增效最好,提高化肥用量或增施过多有机肥料反而减产。

表2 两试点2010-2012年不同处理的水稻产量

2.2 土壤肥力

2.2.1 有机质

土壤有机质是土壤肥力的重要指标,它在提供作物生长所需的养分、改善土壤结构、增加土壤保水保肥以及缓冲性能等方面发挥着重要作用［21］。由表3知,除对照和处理1外,其他各处理3年后有机质含量均上升,其中以处理9最高,长安村和王村村分别提高了12.84%和8.85%。土壤有机质提升效果与不同有机肥料品种及数量密切相关,单种有机肥料以稻草还田最佳,3年后平均有机质含量为31.12g·kg-1,其次是绿肥为30.92g· kg-1,商品有机肥最差为30.03g·kg-1,这从有机肥料干基生物量（表1）上可得到合理解释,单位稻田投入干有机物质数量大小依次为稻草＞绿肥＞商品有机肥；不同组合处理上增效依次为3种有机肥料＞2种有机肥料＞1种有机肥料,它们与对照相比,有机质含量分别增19.4%,16.2%和 12.3%。处理2有机质含量均比试验前略有提高,可能是增加化肥投入提高水稻生物量,水稻收割后残留土壤中的根茬及枯叶较多而有利于有机质的积累,但这种优势远不及增施有机肥料。由此表明,增加稻田土壤有机质含量的最佳途径是增施有机肥料,且数量上越多越好,多种有机肥料优于单一有机肥料。

2.2.2 养分含量

土壤肥力变化和养分吸收是一个复杂的过程,不仅关系到土壤养分含量和不同养分之间相互作用,还关系到作物生理,一般是通过土壤不同养分含量来评价土壤肥力,其中全氮、有效磷、速效钾是其中的主要养分评价指标［22］。

土壤全氮。从表3看出,增施化肥或有机肥料处理均能有效提高土壤氮含量,它们分别比处理1增9.5%和19.2%。对照处理因作物带出和氮转化、无外源氮补充而土壤氮含量下降。不同有机肥料品种间,由于外源氮投入量以绿肥最多,土壤氮积累量也最高,土壤氮含量平均为1.98g·kg-1,商品有机肥处理最低为1.88g·kg-1；不同组合处理土壤氮含量提升效果与有机质的相同,依次为3种有机肥料＞2种有机肥料＞1种有机肥料,但不同肥力水平稻田增效不同,中等肥力水平条件下, 1,2,3种有机肥料组合分别比对照增18.1%, 27.5%和35.1%,较高肥力情况下,分别比对照增17.4%,20.1%和22.1%,土壤肥力条件差氮养分提升快。由此表明,土壤全氮含量提升效果随施入的外源氮量上升而增加,而有机氮因矿化缓慢、流失少,土壤残留量相对较高,故而具有更好的培肥效果。

土壤有效磷。3年不施磷肥土壤磷素减少明显（表3）,对照处理有效磷含量下降了16.2%。增施有机肥料和增施化肥处理均提高土壤有效磷含量,分别比处理1增18.4%和15.6%。施用单一有机肥料中,土壤有效磷含量增长最多的是稻草还田处理,长安村和王村村分别增15.8%和13.0%,商品有机肥处理比试验前稍增,而绿肥处理则分别下降了27.2%和0.8%,这可能是种植绿肥显著提高了水稻产量,移出稻田的磷素量大,而绿肥含磷量极低,输出磷素量远远高于补入的量所致,特别在增产效果更佳的中等肥力田下降得更为突出。多种有机肥料组合对土壤有效磷的影响与有机质、氮含量变化相同,增施1,2,3种有机肥料组合土壤磷含量分别比对照增17.0%,46.9%,61.1%。由此可见,外源磷素投入促进了土壤有效磷含量的积累,增施化肥和有机肥料同样有提高土壤磷含量的作用,但增施有机肥料特别是磷含量较高的有机肥料更能快速增加土壤磷库量,并提高磷的有效性,进而改善土壤对作物的供磷能力。

土壤速效钾。从表3知,没有外源钾素的投入,对照处理土壤供钾能力明显下降,长安村和王村村有效钾含量分别比试验前下降了6.2%和20.0%；处理1土壤速效钾含量长安村上升46.0%,王村村则下降了8.2%,这是由于肥力较高的稻田稻草生物量大,带出钾素量也大而造成土壤钾含量下降；在配方肥基础上增施有机肥料土壤有效钾基本呈不同程度的上升,其中稻草还田+种植绿肥或稻草还田+种植绿肥+商品有机肥处理效果显著优于其他处理,试验后土壤速效钾平均分别达135.2和134.5mg·kg-1,是试验前的3倍,这和稻草、绿肥中钾含量高密切相关。从不同有机肥料品种上看出,提升效果依次为稻草＞绿肥＞商品有机肥,2012年土壤有效钾平均含量分别达109.6,72.7和49.1mg·kg-1,比处理1增130.1%,52.7%和3.2%；商品有机肥料处理有效钾显著低于另2种有机肥处理,长安村试验点甚至低于对照,这可能是增施有机肥料提高了水稻生物量,稻草移出的钾素多,而商品有机肥钾含量较低,加速了土壤钾素的耗竭。表明稻草还田和种植绿肥是增加土壤钾库量的有效途径。

2.2.3 容重

土壤容重可以概括地反映土壤质地、结构状况以及腐殖质含量的高低,是土壤肥力的一个重要物理指标。从表3知,增施有机肥料有显著改善土壤结构的效果,增施有机肥料处理容重平均比处理1下降了10.3%,而在绿肥、稻草及商品有机肥间又以稻草还田处理和绿肥处理表现更为突出。

3 小结与讨论

有机肥料富含氮、磷、钾、钙、镁、硫及微量元素等,养分较全面,增施有机肥料能解决单施化肥而致养分失调、肥效前后不平衡等问题,因而对作物有显著的增产效果。张国荣等［1］通过30年长期定位试验表明,和单施化肥相比,增施牛粪稻田,早、晚稻分别增产16.0%和20.0%。高菊生等［6］通过30年长期定位试验显示,种植绿肥早、晚稻年均增产分别为16.1%～26.8%和22.0%～31.3%,其中增产效果紫云英＞油菜＞黑麦草。廖育林等［9］研究认为,通过长期稻草还田措施,早、晚稻平均增产7.1%和5.6%。本试验结果显示,肥力不同稻田增施有机肥料增效有明显差异,中等肥力条件下,增施有机肥料水稻平均产量比单施化肥增产13.1%,而在较高肥力情况下则平均减产1.9%。分析前人供试土壤养分可知,本研究结果与他们结论并不矛盾,张国荣、高菊生等供试土壤属于中等肥力水平（土壤有机质含量为19.8和20.1g·kg-1）,廖育林供试土壤属于较高肥力水平（土壤有机质含量为34.7g·kg-1）,前者增施有机肥料增产效果明显高于后者,充分表明了肥力水平与增产效果呈负相关关系,本试验中王村村稻田肥力过高自然会出现减产现象。

在中等肥力条件下,2种有机肥料处理稻谷平均产量高于1种或3种有机肥料处理,其中以种植紫云英结合稻草还田稻谷产量最高,紫云英翻耕入田一方面由于其植株的氮素含量远高于稻草和商品有机肥,另一方面紫云英能够固氮,极大地提高了土壤氮素供应能力［23］,增加水稻有效分蘖数,而后期稻草中大量有机钾分解矿化,补充了土壤钾量的消耗,确保水稻养分由源向库的运输,提高籽粒结实率及千粒重,使水稻增产。不同有机肥料品种,由于稻草分解慢、前期氮素供应低于其余2个品种,增产出现滞后性［9］,试验中平均增效大小依次为紫云英＞商品有机肥＞稻草。

在较高肥力条件下,因施用配方施肥量的化肥后土壤肥力和供肥性能已经达到相对稳定和充足阶段,增施有机肥料（特别是紫云英）使土壤氮素过量,无效分蘖骤增,而后期灌浆不足使千粒重和结实率下降造成减产,并呈现有机肥料施得越多产量减产越严重之势。在不同有机肥料品种增效上,因稻草前期供应有效氮少,增效反而最高,种植紫云英增效最差,这和中等肥力稻田相反。本试验表明,目前普遍认为增施有机肥料就能增产的观点存在误区,是否增施有机肥料、增施多少及增施什么有机肥料要根据稻田肥力情况而定,否则会适得其反。

作物产量、土壤肥力水平及其变化趋势是衡量稻田系统可持续性的重要指标［24］。稻田土壤肥力的高低直接反映在水稻产量上,它们呈显著正相关关系［7,25］,而土壤有机质及养分含量是土壤肥力的主要指标［22,24］。故而为维持或提高水稻的增产潜力,必须提高土壤有机质及养分含量。大量长期定位试验均表明［6-10］,增加有机物投入是提升土壤有机质及养分的有效措施,秸秆还田的土壤中因具有高的C/N,诱导微生物N的固定［26-27］,避免了作物生长前期过多的无机氮存在于土壤中而遭受挥发渗漏及反硝化损失［11］,提高土壤含氮量,并显著改善土壤物理性状［17,28］。种植绿肥因根瘤菌的固氮作用,同样降低了土壤无机氮含量,有效减少土壤氮素的流失,加上植株含氮量高而显著提高土壤氮含量［6,29-30］。本试验结果显示,稻田土壤培肥和有机肥料种类及数量相关,多种有机肥料组合应用优于单一品种,且数量越多,土壤有机质及其养分含量提高幅度越大,与前人观点相符［7］。同时,肥力中等稻田土壤有机质及养分提升幅度大于较高肥力稻田,呈肥力越高增幅越少之势,说明增施有机肥料不可能无限提高土壤有机质及养分含量,土壤黏粒对有机物质的保持能力有一定限度,最终会达到饱和状态而停止增加［31-32］。本试验3年结束时,各种有机肥料处理中,对土壤有机质含量影响最大的是稻草还田,这与施入的稻草的量（以干物计）最大有关,其次为种植绿肥,稍差于稻草还田,商品有机肥因有机物量少而效果最差。土壤氮含量增效依次为绿肥＞稻草还田＞商品有机肥,商品有机肥除投入总氮量最少外,也因其养分有效性成分高而损失大,土壤积累量少。土壤磷含量积累效果是稻草还田＞商品有机肥＞绿肥,并出现单纯种植绿肥土壤磷含量下降的现象,这可能是种植绿肥提高了稻谷产量,高量水稻籽粒和植株从土壤带走了更多的磷素而使土壤亏损之故［6］。土壤钾含量以稻草还田提升效果最为显著,这和稻草中含钾量高有关［15］。表明增施有机肥料虽然是提升土壤肥力和维持水稻生产力可持续的有效措施［9］,但在施用过程中要因地制宜,针对不同土壤养分特征合理搭配不同的有机肥料进行投入,确保土壤不同养分平衡提升。

增施有机肥料是提升土壤肥力并实现水稻持续高产的有效措施,综合考虑地力培肥和稻谷增产2个因素,在当前水稻生产中,中等肥力稻田进行种植绿肥和稻草还田,较高肥力稻田进行稻草还田,是稻田“用养结合”的合理模式,对农业可持续生产具有重要意义。

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（责任编辑：张才德）

S511.062

B

0528-9017（2014）02-0156-06

文献著录格式：周江明.不同有机肥料对水稻产量和土壤肥力的影响［J］.浙江农业科学,2014（2）：156-162.

2013-12-15

浙江省公益技术应用研究项目（2011C22094）

周江明（1968-）,男,浙江江山人,高级农艺师,主要从事土壤肥力、植物营养及肥料应用等研究工作。E-mail：man-0034@163.com。