王 飛, 李清華, 何春梅, 劉彩玲, 游燕玲, 黃毅斌

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所 福州 350013)

水稻土是我國(guó)南方最主要的耕作土壤, 供應(yīng)著接近全國(guó)糧食總產(chǎn)的50%[1-2]。而隨著農(nóng)業(yè)集約化的發(fā)展, 大量農(nóng)田化肥投入促進(jìn)了土壤酸化并造成環(huán)境脅迫, 一項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)20年的紅壤耕地pH的定位觀察試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 紅壤耕地pH每10年下降0.8個(gè)單位[3]。另一方面, 我國(guó)有機(jī)肥料資源豐富, 但養(yǎng)分利用不足。研究表明, 我國(guó)當(dāng)前有機(jī)肥養(yǎng)分資源潛力N為3200萬(wàn)t, P2O5為1440萬(wàn)t, K2O為3400萬(wàn)t, 當(dāng)前畜禽糞肥的氮、磷、鉀養(yǎng)分還田比例約分別為32%、57%和52%, 秸稈的氮、磷、鉀養(yǎng)分還田比例約為34%、49%和50%, 即畜禽糞肥和作物秸稈中, 目前全國(guó)范圍內(nèi)只有1/3左右的氮和50%左右的磷、鉀能有效還田[4-5], 說(shuō)明全國(guó)有超過(guò)一半的有機(jī)肥源養(yǎng)分未得到充分利用, 有機(jī)肥料資源利用潛力巨大。作物秸稈和畜禽糞肥是有機(jī)肥資源的主要組成。秸稈還田配施化肥可以提高土壤有機(jī)碳、胡敏酸、胡敏素含量及土壤養(yǎng)分含量, 培肥土壤并提高其穩(wěn)定性, 促進(jìn)作物增產(chǎn)[6]。秸稈還田配施不同比例化肥可以提高晚稻(Oryza sativa)植株干物質(zhì)積累速率、群體生物量, 改善土壤養(yǎng)分, 保證較高的水稻增產(chǎn)潛力, 其中秸 稈3000 kg?hm?2+N 150 kg?hm?2+P2O575 kg?hm?2+K2O 37.5 kg?hm?2效果最為顯著[7]。有機(jī)肥是土壤有機(jī)氮的重要來(lái)源, 其當(dāng)季有效性低, 但對(duì)土壤肥力提升和質(zhì)量改良起到重要作用[8]。商品有機(jī)肥部分替代化肥能保證華北平原小麥(Triticum aestivum)-玉米(Zea mays)輪作體系的作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn), 并且能夠培肥地力, 有利于土壤可持續(xù)利用[9]。紅壤稻田系統(tǒng)的增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)性能均以有機(jī)-無(wú)機(jī)肥配施最好, 高量有機(jī)肥更有利于稻田持續(xù)增產(chǎn)[10]。在氮磷鉀化肥基礎(chǔ)上增施有機(jī)肥及秸稈還田會(huì)提高作物產(chǎn)量、增強(qiáng)土壤碳氮庫(kù)容、提升土壤肥力, 且隨著施肥年限的延長(zhǎng), 效果愈加明顯。同時(shí), 潮褐土施用有機(jī)肥對(duì)作物產(chǎn)量、碳庫(kù)的增強(qiáng)效應(yīng)強(qiáng)于秸稈還田, 而對(duì)氮庫(kù)的提升效果低于秸稈還田[11]?；视袡C(jī)肥配合施用能提高水稻產(chǎn)量和肥料利用率、減少環(huán)境污染、培肥土壤, 是南方水稻田簡(jiǎn)單易行的環(huán)境保護(hù)性施肥技術(shù)[12]。雖然當(dāng)前稻秸還田或施用有機(jī)肥對(duì)稻田產(chǎn)量及肥力的報(bào)道較多, 但多為單個(gè)培肥因素效果, 由于稻稈與有機(jī)肥碳/氮比存在較大差異, 可能存在互補(bǔ)性, 在等氮條件下, 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田利用對(duì)地力提升與化肥替代效果尚不明確。南方低產(chǎn)水稻土分布廣泛, 面積達(dá)0.077億hm2, 占水稻土面積的32%[13]。黃泥田為福建稻區(qū)主要的一類中低產(chǎn)田, 屬滲育型水稻土, 主要分布在山地丘陵、山前傾斜平原、濱海臺(tái)地和河谷階地, 存在酸、瘦、黏、淺、旱等障礙因素[14], 其同時(shí)承載著地力提升與化肥減施增效雙重任務(wù)。為此, 本研究連續(xù)4年在黃泥田水稻上開(kāi)展稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田替代部分化肥研究,旨在為南方黃泥田糧食產(chǎn)能提升、有機(jī)肥源養(yǎng)分高效利用及化肥減施提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)區(qū)位于福建省閩清縣東橋鎮(zhèn)湖洋村。供試土壤為滲育型水稻土亞類的黃泥田土屬, 發(fā)育于殘積物母質(zhì)。土壤基本化學(xué)性狀: pH 5.3、有機(jī)質(zhì)29.5 g?kg?1、堿解氮162.5 mg?kg?1、有效磷11.6 mg?kg?1、速效鉀74.0 mg?kg?1。試驗(yàn)按等氮量設(shè)計(jì), 設(shè)6個(gè)處理: 1) 100%化肥(RO0, 對(duì)照); 2) 80%化肥+20%稻秸-有機(jī)肥(RO20); 3) 60%化肥+40%稻秸-有機(jī)肥(RO40); 4) 40%化肥+60%稻秸-有機(jī)肥(RO60);5) 20%化肥+80%稻秸-有機(jī)肥(RO80); 6) 100%稻秸-有機(jī)肥(RO100)。每處理設(shè)3個(gè)重復(fù), 每個(gè)小區(qū)面積15 m2。100%化肥處理施氮肥135 kg?hm?2, N∶P2O5∶K2O=1∶0.4∶0.7。根據(jù)調(diào)查, 福建省稻秸全量還田干物量約為3750 kg?hm?2, 以此作為最高稻秸翻壓量, 確定配施20%、40%、60%、80%與100%有機(jī)物料聯(lián)合還田中的稻秸干物量分別為750 kg?hm?2、1500 kg?hm?2、2250 kg?hm?2、3000 kg?hm?2和3750 kg?hm?2, 氮不足部分由有機(jī)肥補(bǔ)足, 相應(yīng)的有機(jī)肥用量(含 水 量29.2%)為1368 kg?hm?2、2736 kg?hm?2、4140 kg?hm?2、5472 kg?hm?2和6840 kg?hm?2。稻秸干物量平均含有機(jī)質(zhì) 671.2 g?kg?1、全氮8.7 g?kg?1、P2O53.3 g?kg?1、K2O 15.9 g?kg?1; 有機(jī)肥干物量平均含有 機(jī) 質(zhì)428.2 g?kg?1、全 氮 21.2 g?kg?1、 P2O515.9 g?kg?1、K2O 27.2 g?kg?1。有機(jī)肥主要由豬糞與菌渣高溫堆肥而成, 產(chǎn)品達(dá)到有機(jī)肥料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 525?2021)。各處理磷肥全部作基肥施用; 氮鉀肥基肥占60%, 分蘗肥占40%。氮肥用尿素, 磷肥用過(guò)磷酸鈣, 鉀肥用氯化鉀。于2015?2018年連續(xù)4年于每年4?5月將稻秸、有機(jī)肥翻壓至耕層20 cm以下。單季稻6月下旬移栽, 10月上旬收割。供試水稻品種為‘甬優(yōu)15號(hào)’。各處理養(yǎng)分投入量如表1所示。

表1 不同處理稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田下氮磷鉀養(yǎng)分每年投入量Table 1 Annual input of nitrogen, phosphorus and potassium of different treatments of combined returning of rice straw and organic fertilizer kg?hm?2

1.2 樣品采集與測(cè)試方法

于每年水稻成熟期(10月份)采集各處理小區(qū)植株樣品。按隨機(jī)方式, 采集各小區(qū)5叢植株籽粒與地上部莖葉; 同時(shí)采集各小區(qū)土壤樣品, 土壤采樣按S形布點(diǎn), 采集0～20 cm深度5個(gè)位點(diǎn)土壤混合成1個(gè)樣品, 部分土壤鮮樣用于土壤微生物量碳、氮分析, 其余土壤自然風(fēng)干, 用于土壤理化分析與酶活性分析。水稻籽粒與莖葉鮮樣于105 ℃烘箱中殺青30 min, 65 ℃烘干至恒重, 經(jīng)粉碎供植株養(yǎng)分含量分析。

土壤理化生化分析與植株養(yǎng)分含量分析參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》測(cè)定[15]。具體如下: 籽粒鈣、鎂、鐵、鋅采用干灰化稀鹽酸溶解-原子吸收分光光度計(jì)法, 植株全氮用硫酸-過(guò)氧化氫消煮-定氮法; 土壤有機(jī)碳采用元素分析儀(美國(guó)TruMax CNS)測(cè)定, 土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法, 土壤有效磷用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法, 土壤速效鉀采用乙酸銨-火焰光度計(jì)法, 土壤容重采用環(huán)刀法, 土壤微生物量碳、氮采用氮仿熏蒸浸提-TOC法(日本TOC-LCSH), 土壤pH采用水土比為5∶1進(jìn)行測(cè)定, 土壤脲酶活性用靛酚藍(lán)比色法, 轉(zhuǎn)化酶活性用硫代硫酸鈉滴定法,酸性磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法[16]。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

數(shù)據(jù)采用Excel和DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田對(duì)水稻分蘗期生長(zhǎng)的影響

圖1a顯示, 等氮條件下, 第4年水稻分蘗期有機(jī)物料聯(lián)合還田各處理6次觀測(cè)分蘗數(shù)均值范圍在8.5～10.6穗?叢?1, 其中以RO40分蘗速率最為明顯, 均值較RO0 (對(duì)照)增加2.0穗?叢?1, 其次為RO60, 均值較RO0增加1.2穗?叢?1; 圖1b顯示, 有機(jī)物料聯(lián)合還田各處理6次觀測(cè)株高均值范圍在75.7～80.3 cm, 其中以RO60分蘗期株高增長(zhǎng)最為明顯, 均值較RO0增加3.1 cm。有機(jī)物料聯(lián)合還田下分蘗數(shù)與株高總體呈隨有機(jī)物料還田比重的增加先上升后下降的趨勢(shì)。

圖1 不同稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田處理下水稻分蘗期分蘗數(shù)(a)和株高(b)的變化(第4年)Fig.1 Changes of tillering number (a) and plant height (b) of rice plant at tillering stage under different treatments of combined returning of rice straw and organic fertilizer in the fourth year of experiment

2.2 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田對(duì)水稻產(chǎn)量及效益的影響

與RO0相比, 有機(jī)物料聯(lián)合還田與化肥配施均表現(xiàn)為增產(chǎn)趨勢(shì)(表2), RO20、RO40、RO60與RO80處理連續(xù)4年平均籽粒產(chǎn)量較RO0增幅8.4%～13.9%, 差異均顯著(P<0.05), 其中以RO20處理增產(chǎn)最為明顯。不同施肥處理的稻秸產(chǎn)量同樣以RO20處理最高, 較RO0增產(chǎn)17.5%, 差異顯著(P<0.05)。第4年不同處理的籽粒產(chǎn)量變化趨勢(shì)與4年平均基本一致。從中也可看出, 等氮水平下, 隨著有機(jī)物料聯(lián)合還田替代化肥比重的增加, 籽粒產(chǎn)量與稻秸產(chǎn)量較RO0增幅總體呈下降趨勢(shì)。此外, 無(wú)論是第4年的籽粒產(chǎn)量, 還是4年平均籽粒產(chǎn)量, RO100與RO0處理均無(wú)顯著性差異, 顯示等氮條件下, 從籽粒產(chǎn)量角度考量, 黃泥田有機(jī)物料聯(lián)合還田養(yǎng)分可以完全替代化肥。

表2 不同稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田處理下水稻產(chǎn)量Table 2 Rice yield under different treatments of combined returning of rice straw and organic fertilizer

從第4年產(chǎn)量構(gòu)成來(lái)看, 有機(jī)物料聯(lián)合還田的有效穗均較RO0有不同程度提高, 但隨有機(jī)料物比重的增加呈逐步降低的趨勢(shì), 其中以RO20最高, 較RO0顯著提高36.0%(P<0.05), 其次為RO40, 較RO0顯著提高24.5%(P<0.05); 不同處理的每穗實(shí)粒數(shù)均有高于RO0的趨勢(shì), 但未達(dá)到顯著差異水平; 不同處理的千粒重?zé)o顯著差異, 說(shuō)明有效穗是決定不同施肥處理產(chǎn)量差異的主要構(gòu)成因子。

表3顯示, RO20、RO40處理連續(xù)4年平均的水稻施肥效益要優(yōu)于RO0, 分別增幅2204 元·hm?2與527元·hm?2, RO60處理效益與CK基本持平。RO80與RO100處理較RO0有不同程度降低, 且有機(jī)物料配施比重越大效益降低越明顯。綜合增產(chǎn)、化肥減施與效益分析, 以RO20處理最佳, 其次是RO40。本研究施肥效益是基于不同處理稻谷價(jià)格一致的前提下計(jì)算的, 由于全量有機(jī)肥生產(chǎn)的稻米價(jià)格要高于化肥生產(chǎn)的稻米, RO100處理的施肥效益仍可能高于RO0。

表3 不同稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田處理下水稻施肥經(jīng)濟(jì)效益(4年平均)Table 3 Rice benefits under different fertilization treatments of combined returning of rice straw and organic fertilizer (4-year average)

2.3 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田對(duì)水稻植株養(yǎng)分吸收及肥料利用的影響

表4顯示, 除RO100處理外, 有機(jī)物料聯(lián)合還田的籽粒氮素吸收較RO0增幅為8.4%～13.9%, 稻秸氮素吸收增幅為8.7%～17.5%, 地上部分氮素吸收增幅為8.5%～14.9%, 差異均顯著(P<0.05), 且均以RO20氮吸收量最高。從表中也可看出, 氮素吸收量總體隨有機(jī)物料施用比重增加而降低。此外, 從氮素回收率來(lái)看, 除RO100外, 有機(jī)物料聯(lián)合還田的氮素回收率較RO0提高6.5～11.4個(gè)百分點(diǎn), RO20處理的氮素回收率顯著高于RO80與RO100處理(P<0.05)。

表4 不同稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田處理下水稻植株氮素養(yǎng)分吸收量及回收率變化(4年平均)Table 4 N uptake and recovery efficiency change of rice under different treatments of combined returning of rice straw and organic fertilizer (4-year average)

從磷養(yǎng)分吸收來(lái)看(表5), 除RO100外, 有機(jī)物料聯(lián)合還田的籽粒、稻秸與地上部植株磷素吸收量均顯著高于RO0 (P<0.05), 分別增加8.4%～13.9%、8.8%～17.6%和8.5%～14.8%, 均以RO20吸收量最高;鉀養(yǎng)分吸收表現(xiàn)出相同趨勢(shì), 除RO100外, 有機(jī)物料聯(lián)合還田的籽粒、稻秸與地上部植株鉀素吸收總量分別較RO0增幅8.4%～13.9%、8.7%～17.5%和8.6%～16.9%, 差異均顯著(P<0.05), 且均以RO20處理吸收量最高。

表5 不同稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田處理下水稻植株磷、鉀養(yǎng)分累積量(4年平均)Table 5 P and K uptake of rice under different treatments of combined returning of rice straw and organic fertilizer(4-year average) kg?hm?2

2.4 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田對(duì)水稻籽粒中、微量元素含量的影響

與RO0相比, 化肥與有機(jī)物料聯(lián)合還田不同比例配施, 籽粒鈣、鎂、鋅含量均有不同程度提高(表6)。鈣含量增幅9.7%～21.0%, 差異均顯著(P<0.05), 其中以RO100處理最高; 鎂含量增幅5.1%～13.9%, 同樣以RO100處理最高, 其中RO40、RO80與RO100處理與RO0差異顯著(P<0.05); 鋅含量以RO100處理最高, 但各處理間差異均未達(dá)顯著水平;各配施處理的鐵含量均較RO0顯著降低20.1%～32.8% (P<0.05)。從表中也可看出, 高量有機(jī)物料配施的籽粒鈣、鎂、鐵含量總體高于低量有機(jī)物料配施比例。

表6 不同稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田處理下水稻籽粒中、微量元素含量(第4年)Table 6 Contents of intermediate and trace elements under different treatments of combined returning of rice straw and organic fertilizer (the fourth year) mg?kg?1

2.5 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田對(duì)水稻土肥力的影響

表7顯示, 有機(jī)物料聯(lián)合還田不同程度改善了土壤理化和生化性狀。與RO0相比, 有機(jī)物料聯(lián)合還田的土壤pH增幅0.05～0.34個(gè)單位, 有機(jī)質(zhì)含量增幅4.51～9.21 g?kg?1, 全氮含量增幅0.04～0.46 g?kg?1, 有效磷增幅2.0～13.1 mg?kg?1, 速效鉀增幅36.7～112.7 mg?kg?1, 其中聯(lián)合還田處理的有機(jī)質(zhì)含量與RO0差異均顯著(P<0.05), 速效鉀除RO20外與RO0差異均顯著(P<0.05)。從表中還可以看出, 土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷與速效鉀養(yǎng)分變化總體隨有機(jī)物料比重的增加而增加, 而有機(jī)物料聯(lián)合還田的土壤容重則逐步下降, 降幅0.06～0.14 g?cm?3, 差異均顯著(P<0.05)。有機(jī)物料聯(lián)合還田還不同程度提高了土壤微生物量碳、氮含量(表8), 其中RO100處理與CK的微生物量氮含量差異顯著(P<0.05), 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田處理也不同程度提高了脲酶、酸性磷酸酶活性, 但轉(zhuǎn)化酶活性均有所降低。另與供試前土壤相比, RO0處理的有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分均有不同程度下降, 而有機(jī)物料聯(lián)合還田處理提高了有機(jī)質(zhì)與有效磷與速效鉀含量。上述說(shuō)明, 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田總體改善了土壤理化、生化性狀, 提高了土壤肥力水平。

表7 不同稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田處理下土壤理化特性(第4年)Table 7 Soil chemicophysical properties under different treatments of combined returning of rice straw and organic fertilizer(the fourth year)

表8 不同稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田處理下土壤生化特性(第4年)Table 8 Soil biochemical properties under different treatments of combined returning of rice straw and organic fertilizer(the fourth year)

3 討論

3.1 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田提高黃泥田產(chǎn)能與氮素利用率

南方黃泥田連續(xù)32年定位試驗(yàn)表明, 與單施化肥相比, 化肥+秸稈還田和化肥+有機(jī)肥模式的水稻歷年平均產(chǎn)量分別提高9.3%與12.6%[18]。本研究在等氮條件下, 除RO100外, 連續(xù)4年稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田與化肥不同比例配施均明顯提高了水稻產(chǎn)量,提升了肥力水平以及氮素利用率。其原因可能如下:第一, 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田改善了土壤物理特性。相關(guān)研究表明, 長(zhǎng)期秸稈還田配施糞肥尤其是配施化肥顯著增加了大團(tuán)聚體(>0.25 mm)含量, 降低了微團(tuán)聚體(<0.25 mm)的含量, 增大了水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均當(dāng)量直徑, 顯著改善了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)[19]。經(jīng)過(guò)25 a的秸稈還田, 稻-麥輪作區(qū)全量秸稈還田能夠降低土壤容重, 增加土壤有機(jī)碳含量和各級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量, 增大土壤總孔隙度和大孔隙度, 改善水稻土的物理結(jié)構(gòu)[20]。本研究也表明, 與單施化肥相比, 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田的土壤容重顯著降低, 降幅為0.06～0.14 g?cm?3, 這一定程度上促進(jìn)了黃泥田黏性土壤疏松透氣, 有利于水稻根系生長(zhǎng)與養(yǎng)分吸收利用。第二, 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田增加了土壤養(yǎng)分供應(yīng), 且速緩相濟(jì), 肥效更加均衡。本研究是等氮條件下的試驗(yàn)處理, 但稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田各處理的磷、鉀實(shí)際投入總量要高于單施化肥(表1)。另外, 有機(jī)物料還田也增加了土壤中、微量營(yíng)養(yǎng)元素, 促進(jìn)植株養(yǎng)分均衡吸收, 本研究中有機(jī)物料聯(lián)合還田的籽粒鈣、鎂、鋅含量高于單施化肥也說(shuō)明了這一點(diǎn)。值得一提的是, 有機(jī)物料聯(lián)合還田顯著降低了籽粒鐵的含量, 這與相似類型紅壤性水稻土研究結(jié)果一致[21], 其可能原因是鐵一般不構(gòu)成南方紅壤性土水稻植株養(yǎng)分的限制因子, 有機(jī)物料聯(lián)合還田處理產(chǎn)量顯著提高, 鐵為難移動(dòng)元素, 受基因型影響, 水稻根系吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)鐵的能力較弱, 隨著產(chǎn)量的升高, 吸收的鐵素養(yǎng)分在籽粒中呈“稀釋效應(yīng)”。另外本研究條件下有機(jī)物料聯(lián)合還田不同程度提高了土壤pH, 這一定程度降低了土壤鐵的化學(xué)活性, 影響到根系對(duì)鐵的吸收利用, 導(dǎo)致籽粒鐵含量降低。另從養(yǎng)分供應(yīng)的長(zhǎng)效而言, 適宜的有機(jī)物料與化肥配比增加了養(yǎng)分固持, 可以顯著提高土壤中氮肥的殘留, 減少養(yǎng)分流失與損失[22], 這從本研究有機(jī)物料聯(lián)合還田增加了土壤微生物量碳、氮固持得到佐證。此外, 南方稻區(qū)有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施, 可減少氨揮發(fā)與氮淋溶損失。相關(guān)研究表明, 南方雙季稻田有機(jī)肥與化肥各半配施, 氨揮發(fā)損失為7.2%～18.2%, 而單施化肥氨揮發(fā)損失高達(dá)37.8%[23]。江蘇常熟稻田在氮240 kg?hm?2水平下, 秸稈還田可減少氮淋溶等損失, 氮肥總損失率降低6.0%[24]。第三, 有機(jī)物料聯(lián)合還田改善了土壤生物學(xué)性狀。本研究表明, 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田提高了土壤微生物量碳、氮含量與土壤脲酶、磷酸酶活性, 促進(jìn)了養(yǎng)分高效循環(huán)利用。相關(guān)研究表明, 土壤微生物生物量是土壤重要的活性養(yǎng)分庫(kù)。紅壤區(qū)長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配合施用顯著提高了土壤微生物量碳、微生物量氮周轉(zhuǎn)速率及水稻產(chǎn)量[25]。劉驍蒨等[26]研究表明秸稈覆蓋還田配施充足氮磷鉀肥能顯著提高土壤微生物生物量碳、氮, 且配施充足氮磷鉀肥處理的土壤固氮菌多樣性最豐富。此外, 有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施提高了微生物同化化肥氮的能力, 降低了黏土礦物晶格固持化肥氮的水平[27]。上述說(shuō)明通過(guò)稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田, 促進(jìn)了土壤相關(guān)功能微生物的繁殖生長(zhǎng), 促進(jìn)了土壤礦質(zhì)養(yǎng)分的循環(huán)轉(zhuǎn)化與利用,提高了肥料吸收利用效率。

3.2 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田與化肥替代比例

紅壤性稻田雙季稻生產(chǎn)實(shí)踐中, 有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施模式值得推薦, 但需均衡配施化肥氮、磷、鉀[28]。冀建華等[29]研究表明, 江西雙季稻有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理表現(xiàn)為隨有機(jī)肥配施比例增加而產(chǎn)量年變化量顯著增大。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施有利于雙季稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),可有效維持系統(tǒng)可持續(xù)性, 以70%化肥配施30%有機(jī)肥效果最佳。孟琳等[30]也研究表明, 與單施化學(xué)氮肥相比, 氮用量在180 kg?hm?2并且有機(jī)肥料氮的替代率在15%～30%或者氮用量在240 kg?hm?2并且有機(jī)肥料氮的替代率在10%～20%時(shí)可以獲得較為平穩(wěn)的氮素供應(yīng)過(guò)程。本研究在等氮條件下, 隨著稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田比例的增加, 土壤有機(jī)質(zhì)與養(yǎng)分逐漸增加而產(chǎn)量增幅卻呈下降趨勢(shì), 其中4年平均產(chǎn)量以RO20處理最高, 即產(chǎn)量提升與有機(jī)質(zhì)等肥力性狀改善并沒(méi)有完全表現(xiàn)一致性。這主要原因一方面可能是隨著稻秸-有機(jī)肥物料配施比重的增加,農(nóng)田系統(tǒng)碳氮比過(guò)高, 引起水稻生長(zhǎng)早期土壤微生物與水稻爭(zhēng)氮, 從而影響氮素的早期供應(yīng)[31], 進(jìn)而影響到水稻的分蘗生長(zhǎng), 本研究分蘗期低量有機(jī)物料處理的分蘗數(shù)增長(zhǎng)速率高于高量有機(jī)物料處理佐證了這一點(diǎn), 成熟期各處理有效穗數(shù)也呈類似趨勢(shì); 另一方面, 有機(jī)肥物料類型存在性質(zhì)差異, 不同類型有機(jī)物料腐解一年后的殘留率表現(xiàn)為綠肥<秸稈<根茬≈有機(jī)肥[32], 即不同的有機(jī)物料腐解速率不同導(dǎo)致養(yǎng)分供應(yīng)速率差異, 高有機(jī)物料配施比重尤其是配施有機(jī)肥導(dǎo)致短期內(nèi)有效養(yǎng)分供應(yīng)不足。劉守龍等[33]認(rèn)為, 等氮投入條件下不同施肥方式對(duì)產(chǎn)量影響的差異可能只是試驗(yàn)時(shí)間較短情況下出現(xiàn)的暫時(shí)現(xiàn)象,隨著培肥時(shí)間的延長(zhǎng)和基礎(chǔ)地力的提高, 當(dāng)土壤本身可以提供較多的礦質(zhì)養(yǎng)分時(shí), 施肥方式之間的差異將降低。此外, 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田與化肥最佳配比還受到地力水平影響。相關(guān)研究表明, 低肥力土壤有機(jī)肥的替代比例要低, 高肥力的土壤有機(jī)肥替代比例要高, 如棕壤的中低產(chǎn)田, 25%有機(jī)肥替代獲得與單施化肥相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量, 繼續(xù)增加有機(jī)替代比例會(huì)降低作物產(chǎn)量, 而高肥力農(nóng)田有機(jī)肥替代比例可達(dá)70%或75%, 仍能維持與單施化肥相當(dāng)或更高的產(chǎn)量[34-36]。龔海青等[37]也研究表明, 化肥氮的有機(jī)氮替代率70%取決于土壤有機(jī)碳含量的高低, 黑土土壤有機(jī)碳含量達(dá)到24.89 g?kg?1時(shí), 有機(jī)肥對(duì)化肥的替代率趨近95%, 達(dá)最大值。本研究中的黃泥田屬滲育性水稻土, 等氮投入下, 連續(xù)4年稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田提高了黃泥田產(chǎn)能與養(yǎng)分利用水平, 有機(jī)物料聯(lián)合還田可完全替代化肥, 但黃泥田具有酸、薄、黏、瘦的特點(diǎn), 地力水平總體較低, 為保證產(chǎn)量穩(wěn)步提升, 在當(dāng)前肥力條件下, 應(yīng)選擇較低配施比例的有機(jī)物料聯(lián)合還田方式, 以保證產(chǎn)量穩(wěn)步提升, 但隨著肥力水平提升, 有機(jī)物料聯(lián)合還田的比例可進(jìn)一步加大, 化肥替代率將進(jìn)一步提高。

4 結(jié)論

在每公頃135 kg等氮投入下, 黃泥田連續(xù)4年稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田與化肥不同比例配施, 其中稻秸干物量(kg?hm?2)投入分別為750、1500、2250、3000與3750, 替代20%～80%化肥處理的水稻籽粒產(chǎn)量較單施化肥增幅8.4%～13.9%, 以替代20%化肥處理增產(chǎn)效果最佳, 但隨著有機(jī)物料替代化肥比重的增加, 產(chǎn)量增幅呈降低趨勢(shì)。有效穗是決定不同施肥處理產(chǎn)量差異的主要構(gòu)成因子。從籽粒產(chǎn)量角度考量, 連續(xù)4年黃泥田有機(jī)物料聯(lián)合還田可完全替代化肥。經(jīng)濟(jì)效益以替代20%化肥處理增效最為明顯, 較全部施用化肥處理增加2204元?hm?2, 相同稻谷價(jià)格條件下, 替代80%化肥與100%化肥處理較單施化肥有所降低。

稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田提高了水稻地上部植株氮、磷、鉀累積吸收量, 除RO100處理外, 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田的氮素回收率較全部化肥處理提高6.5～11.4個(gè)百分點(diǎn), 說(shuō)明等氮條件下, 有機(jī)物料聯(lián)合還田與化肥配施提高了氮素利用率。此外, 有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的籽粒鈣、鎂、鋅含量有不同程度提高, 但鐵含量有所降低。

稻秸-有機(jī)肥連續(xù)聯(lián)合還田有提高土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀及微生物量碳、氮含量的趨勢(shì), 土壤容重呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田處理也不同程度提高了土壤脲酶、磷酸酶活性。土壤性狀改善總體隨有機(jī)物料配施比重的增加而增加。

綜合考慮黃泥田增產(chǎn)效果、化肥減施效應(yīng)、施肥效益與培肥因素, 等氮條件下, 稻秸-有機(jī)肥聯(lián)合還田與化肥配施, 以替代20%化肥效果最佳, 其次為替代40%化肥效果較好。