摘要
秸秆肥料化利用是秸秆综合利用的重要方式，应用秸秆纤维化促腐制肥处理技术制备秸秆有机肥，实现秸秆离田快速促腐处理和肥料化利用，是秸秆离田肥料化利用的一个有效途径。为明确秸秆颗粒有机肥（简称秸秆有机肥）的应用效果，开展水稻不同基肥（商品有机肥、有机缓释肥、秸秆有机肥）和穗肥（化肥）施用量的田间试验。肥效试验表明，秸秆有机肥替代商品有机肥作水稻基肥施用，可以起到提升土壤肥力的作用，有效提高土壤有机质、腐殖质含量，可维持较高的土壤速效钾积累，在减少化肥施用量的同时，达到作物高产稳产的效果。高用量秸秆有机肥处理（T5、T6）的土壤有机质含量分别比对照处理（T1）高 17.67%、19.48%，腐殖质含量分别比对照处理（T1）高 23.24%、20.47%；有机肥基施后土壤速效钾含量比对照处理（T1）高 17.84% ～ 47.89%；高用量秸秆有机肥处理（T6） 和有机缓释肥处理（T7、T8）的产量比对照处理（T1）增 5% 以上；肥料投入效益测算表明，高用量秸秆有机肥处理 （T6）的肥料投入产生了一定的经济效益。综合水稻稳产和化肥减量增效效果，水稻基施秸秆有机肥 3600 kg/hm2 + 分蘖肥尿素 225 kg/hm2 、氯化钾 112.5 kg/hm2 + 穗肥专用配方肥 225 kg/hm2 的“一基两追”施肥模式产量和效益较高。
Abstract
The fertilizer utilization of straw is an important way of comprehensive management of straw. The application of straw fibrosis to promote decomposition and fertilizer production technology to prepare straw organic fertilizer，achieving rapid decomposition and fertilizer utilization of straw after leaving the field，is an effective way of fertilizer utilization of straw after leaving the field. To clarify the application effects of straw pellet organic fertilizer，field experiments were conducted in rice by the application of different base fertilizers（commercial organic fertilizer，organic slow-release fertilizer，straw organic fertilizer）and panicle fertilizers（chemical fertilizers）with different dosages. The results showed that straw organic fertilizers replacing commercial organic fertilizers as rice base fertilizers improved soil fertility，effectively increased soil organic matter and humus content，maintained high soil available potassium accumulation，and achieved high and stable crop yields while reducing chemical fertilizer application. Compared to the control treatment（T1），high dosage straw organic fertilizer treatments（T5，T6）caused a 17.67% and 19.48% increase in the soil organic matter content，23.24% and 20.47% increase in the humus content，respectively. Organic fertilizer application caused 17.84%-47.89% increase in the soil available potassium content compared to the control treatment（T1），while there was more than 5% increase in the yield of high-dose straw organic fertilizer treatment（T6）and organic slow-release fertilizer treatment（T7，T8）compared to the control treatment（T1）. The calculation of fertilizer input efficiency demonstrated that the fertilizer input of high dosage straw organic fertilizer treatment（T6）generated certain economic benefits. Taking into account the effects of stable rice production and efficiency increase with reduced chemical fertilizers，the optimal fertilization model was named as“one base， two topdressing”，including 3600 kg/hm2 of straw organic fertilizer，225 kg/hm2 of tillering fertilizer urea，112.5 kg/hm2 of potassium chloride，and 225 kg/hm2 of ear specific fertilizer，which had higher yield and benefits.
Keywords
秸秆是农作物的副产品，也是一种可以综合利用的重要生物资源，可用作肥料、饲料、生活燃料及工副业生产的原料等[1]。2016 年以来，国家将农作物秸秆综合利用率纳入《绿色发展指标体系》，作为生态文明建设评价考核的重要依据。据农业农村部《全国农作物秸秆综合利用情况报告》，2021 年农作物秸秆利用量 6.47 亿 t，综合利用率达 88.1%，其中秸秆离田利用率达 33.4%。据农业农村部门数据[2]，2023 年浙江省农作物秸秆综合利用率为 97.5%，利用方式以直接还田利用为主，约占 73.2%，以肥料化、饲料化为主的“五化”离田利用约占 24.3%。
秸秆肥料化利用包括秸秆直接还田利用和离田堆肥利用等多种途径[3]。以秸秆还田为主的肥料化利用已成为秸秆利用的主要渠道和优先方式[4-5]。秸秆还田可提高土壤有机质含量和改善土壤理化性状，为作物生长提供养分，增加作物产量，其与化肥配施可减少氮肥损失、提高肥料利用率[6-7]。在生产实际中，秸秆体量大，全量还田常因翻压量过大、翻压质量不好、肥水配套农艺措施不完善等原因，出现妨碍耕作、影响出苗、烧苗、病虫害增加等现象，严重的还会造成后茬作物减产[8-9]。针对这一矛盾，提高离田处置率是提高农作物秸秆综合利用水平的必然选择。
秸秆离田堆肥化利用是秸秆肥料化利用的另外一个重要模式[10]，堆肥过程中有机物快速生物降解，微生物将有机物转化为腐殖质等高分子物质，同时堆肥过程中产生的高温可有效杀灭秸秆中的有害微生物、虫卵和杂草种子等[4，11]，减少还田后病害、虫害的发生。童文彬等[12]认为利用水稻秸秆进行商品有机肥生产是秸秆资源化利用的一条可行性途径，不同秸秆有机肥替代或者部分替代化肥用作水稻种植，均可提高土壤有机质含量和土壤 pH，增加土壤养分，促进水稻生长。但由于受到秸秆自身高碳氮比，以及纤维素、木质素等难降解有机物含量高、养分含量低等因素的影响[4，13]，离田肥料化利用率低，综合利用成本较高、效率低，秸秆堆肥化利用生产有机肥的研究还有待进一步的深入。叶淑珍等[14]研究了秸秆两步纤维化处理制备的新型秸混颗粒肥的理化特性，对秸混颗粒肥的应用效果进行了初步评估，认为该处置设备及工艺方法试制的秸混颗粒肥能够应用于小麦和水稻大田生产。本试验应用秸秆纤维化促腐制肥处理技术，水稻秸秆经纤维化粉碎、腐熟、二次搅融、辊压造粒等处理，制备秸秆颗粒有机肥（简称秸秆有机肥）作为水稻基肥，进行田间应用试验，研究秸秆有机肥配施化肥对土壤肥力和水稻产量的影响，探索科学合理的施肥方案，以期为水稻秸秆离田肥料化利用提供技术依据和实践指导。
1 材料与方法
1.1 试验地基本情况
试验地位于杭州市萧山区戴村镇南三村 （30°01′14″N，120°11′29″E），为杭绍水网平原区，属中亚热带气候，气候湿润，四季分明，雨量充沛，光照充足，年平均气温 16.1℃，降水量 1402.5 mm，常年无霜期 248 d。试验点土壤为青紫泥田，质地为粉砂质黏壤土。试验前土壤理化性状：pH 值 5.44，有机质 37.6 g/kg，全氮 0.232 g/kg，有效磷 2.2 mg/kg，速效钾 82.5 mg/kg。
1.2 试验材料
秸秆有机肥：由杭州互利粮油专业合作社加工而成。利用秸秆搅融加工设备及纤维化促腐制肥工艺，水稻秸秆经旋切搅融机械进行纤维化预处理、堆腐发酵 30 d 后，腐熟物料经二次搅融[按物料质量分数添加复合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）2%+ 尿素 2%]、辊压造粒制备秸秆有机肥用于作物基肥。有机质含量 74.6%，pH 值 8.4，总氮（N）1.64%，总磷（P2O5）1.21%，总钾 （K2O）2.18%；
商品有机肥：由浙江瑞珏生物科技有限公司生产，猪粪为原料、菌渣为辅料制造，有机质含量 57.4%，pH 值 8.4，总氮（N）3.28%，总磷（P2O5） 2.89%，总钾（K2O）2.72%；
好乐耕有机缓释水稻专用肥（以下简称有机缓释肥）：由金华万里神农农业科技有限公司生产的有机无机复混肥，以改性木质素、褐藻寡糖、腐植酸等有机物质为缓释载体，具有养分缓释功能，有机质含量≥ 20%，总养分含量 25%（N-P2O5-K2O =15-4-6）；
水稻专用配方肥：由浙江巨隆肥业有限公司生产，总养分含量 40%（N-P2O5-K2O =20-8-12）；
化肥：尿素（N 46%），由灵谷化工集团有限公司生产；氯化钾（K2O 60%），由德钾盐（深圳） 农业科技有限公司生产；
水稻品种：单季晚稻，品种为‘甬优 15’。
1.3 试验设计
根据不同基肥（有机肥）和穗肥（化肥）施用量不同，设 8 个处理，详见表1。商品有机肥、有机缓释肥用量为生产上的推荐用量。有机肥作基肥于移栽前随耙田时一次性施入，施后翻耕；化肥追肥 2 次，其中分蘖肥各处理相同，穗肥根据不同处理施水稻专用配方肥 150 或 225 kg/hm2。其他田间管理措施均一致。按田间小区试验设计，每个小区面积为 28 m2，随机排列，3 次重复。试验时间为 2021 年 5 月—2022 年 10 月，每年种植 1 季水稻，小区排列与肥料施用方法不变。单季水稻分别于 2021 年 5 月 15 日播种，6 月 18 日移栽；2022 年 5 月 12 日播种，6 月 15 日移栽。
表1不同肥料及施用量试验设计
1.4 测定指标与分析方法
试验前及 2 年试验结束时（即水稻收割后），按照《测土配方施肥技术规范（2011 年修订版）》 要求采集各小区 0～20 cm 耕层土样，分析土壤理化性质。用常规方法预处理土样，土壤理化指标采用风干土常规法测定[15]，具体为：土壤 pH 值采用土水质量比 1︰2.5 浸提-酸度计测定，阳离子交换量（CEC）采用乙酸铵交换-氧化镁蒸馏法测定；有机质采用重铬酸钾氧化-容量法测定；全氮采用自动定氮仪法测定；有效磷采用氟化铵-盐酸溶液浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定；腐殖质测定方法参照 NY/ T1867—2010。
在水稻成熟时，各处理区独立进行实割实收，称重、测定含水量并折算成标准水份下的实际产量。按当年试验点肥料市场价格测算肥料施用成本及施肥效益。肥料价格：商品有机肥 350 元 /t（政府补贴价）；秸秆有机肥 400 元 /t；25% 好乐耕有机缓释肥 2.80 元 /kg；40% 水稻专用配方肥 3.40 元 /kg；尿素 3.00 元 /kg；氯化钾 3.30 元 /kg。稻谷价格按 3.50 元 /kg 计算。
肥料增效 = 稻谷增收 +（对照施肥成本-处理施肥成本）。
1.5 数据统计方法
所有数据采用 Excel 2017 处理，统计分析采用 SPSS 12.0 完成，采用 LSD 法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理对土壤化学性质的影响
2.1.1 不同施肥处理对对土壤有机质含量的影响
土壤中的有机质含量能够反映出秸秆腐熟物等有机物料在土壤中的分解、转化和积累情况。试验点 2 年肥料试验后的土壤有机质变化见图1。从试验结果可以看出，除对照处理（T1）外，各处理对提高土壤有机质含量的效果较明显，各处理的土壤有机质含量比 T1 处理高 2.03～6.83 g/ kg，幅度为 5.79%～19.48%，其中，高用量秸秆有机肥处理（T5、T6）有机质含量最高，均显著高于 T1 处理（P<0.05），增幅分别为 17.67%、19.48%。而不施有机肥的处理，土壤有机质含量呈下降趋势，与试验前相比，T1 处理的土壤有机质含量从 37.6 g/kg 下降到 35.1 g/kg，降幅 6.65%。
图1不同处理的土壤有机质变化
注：柱上小写字母不同表示处理间达显著差异（P<0.05）。下同。
2.1.2 不同施肥处理对土壤全氮、腐殖质含量影响
土壤中的全氮含量能够反映出土壤中有机质含量的分解转化情况，2 年肥料试验后的土壤全氮变化见图2a。在本试验中，全氮的变化情况与有机质的变化趋势基本一致，与 T1 处理相比，各处理的土壤全氮含量提高 0.015～0.048 g/kg，幅度为 6.85%～21.77%，其中，高用量秸秆有机肥处理（T5、T6）全氮含量最高，显著高于 T1 处理（P<0.05），增幅 17.20%、21.77%。
图2不同处理的土壤全氮、腐殖质变化
2 年肥料试验后的土壤腐殖质变化见图2b。在本试验中，土壤腐殖质的变化情况与有机质的变化趋势基本一致，与 T1 处理相比，各处理的土壤腐殖质含量提高 0.97～4.47 g/kg，幅度为 5.04%～23.24%，其中，高用量秸秆有机肥处理（T5、T6）的腐殖质含量最高，显著高于对照 （P<0.05），增幅分别为 23.24%、20.47%。
2.1.3 不同施肥处理对土壤有效磷、速效钾的影响
从图3a可以看出，试验田土壤的有效磷含量偏低，试验前平均仅为 2.2 mg/kg，在本试验的施肥水平下，除 T4 处理外，大部分处理的土壤有效磷含量呈下降趋势，但比 T1 处理下降幅度小。其中， T4 处理的有效磷比 T1 处理增加 0.9 mg/kg，增幅 47.95%，其他处理差异不大。从图3b来看，各施肥处理对土壤中的速效钾养分积累均有一定作用，除 T1 处理外，施肥处理的速效钾含量比试验前均有一定幅度上升。试验后速效钾含量比 T1 处理提高 12.67～34.00 mg/kg，幅度为 17.84%～47.89%。
图3不同处理的土壤有效磷、速效钾变化
2.1.4 不同施肥处理对土壤 pH 值和阳离子交换量的影响
2 年肥料试验后的 pH 值和 CEC 变化见图4a、 4b。不同施肥处理对 pH 值和 CEC 的变化影响不明显，与试验前相比，pH 值基本持平或略有下降，以 T1 处理和有机缓释肥处理（T7、T8）下降幅度最大，其他处理的 pH 值比 T1 处理高 0.01～0.12； CEC 略有提高，比 T1 处理增加 0.11～0.78，增幅为 0.91%～6.24%，且各处理间没有显著差异。
图4不同处理的土壤 pH 值和阳离子交换量变化
2.2 不同施肥处理对水稻产量和经济效益的影响
2021、2022 年各处理的小区产量见表2。本试验条件下，基肥施用有机肥对水稻产量的贡献明显，2021、2022 年施肥区较对照不施肥区分别增产 243.6～576.8、185.1～757.2 kg/hm2，增幅分别为 4.04%～6.78%、1.99%～8.15%，T6、T7、T8 处理的产量高于 T1、T2、T3、T4 处理，与 T1 处理相比增幅在 5% 以上，统计分析表明，T6、T7、T8 处理的产量与 T1 处理达到显著差异（P<0.05）。综合两年的产量情况，有机肥基施和化肥追施（分蘖肥 + 穗肥）水平下，高用量秸秆有机肥和有机缓释肥有一定的增产作用。
表2不同肥料施用试验产量与施肥效益比较
注：同列数据后的小写字母有相同者表示处理间差异不显著（P ≥ 0.05）。
根据各处理比 T1 处理增加产值与肥料投入成本情况（表2），测算出的各处理肥料效益有一定差异。T2、T7、T8、T3、T4 处理的增加产值不足以弥补肥料投入成本，T6 处理的肥料投入产生了一定的经济效益。从水稻稳产和化肥减量增效角度看，基施秸秆有机肥 3600 kg/hm2 + 分蘖肥尿素 225 kg、氯化钾 112.5 kg/hm2 + 穗肥专用配方肥 225 kg/hm2 的产量和效益较高，具有较好的化肥减量增效作用。
3 讨论
3.1 秸秆有机肥对土壤肥力的影响
秸秆肥料化利用可使秸秆中的碳返回土壤，经腐殖化，最终形成有机质保留到土壤中重新参与到农田系统碳循环过程中[16]。大量的研究表明[6，17-18]，有机物料投入土壤中经微生物发酵降解后，最直接的培肥效果即土壤有机碳含量的增加。有研究表明，秸秆还田配施化肥，土壤全磷含量降低，认为秸秆还田增加的腐殖质能与难溶性磷起反应，增加其有效性，易被作物吸收而移走[19]。杨帆等[20]认为，秸秆还田可以显著提高土壤速效钾含量，有利于土壤钾素的收支平衡。秸秆中富含钾，秸秆还田可将作物生长过程中吸收的大部分钾还回土壤，从而减少下茬作物的钾肥用量[21]。秸秆还田对土壤 pH 值的影响不明显[20]。本试验中，高用量秸秆有机肥处理（T5、T6）的土壤有机质含量比对照处理（T1）高 17.67% 和 19.48%，腐殖质含量比对照处理（T1）高 23.24% 和 20.47%；有机肥基施后土壤速效钾含量比对照处理（T1）高 17.84%～47.89%；土壤有效磷、速效钾和 pH 值的变化与前人的研究结果基本一致。
3.2 秸秆有机肥对水稻产量和效益的影响
秸秆有机肥实质上就是有机肥，施入土壤后可有效提升水稻产量及籽粒氮含量[22]。蒙婼熙等[23] 认为秸秆还田提高了水稻有效穗数、穗粒数、千粒重和结实率，进而显著提高产量。金昌盛等[24]认为与常规施肥相比，施用水稻秸秆有机肥处理的水稻每丛分孽数、每穗实数粒、千粒重和产量均高于常规施肥处理，说明施用水稻秸秆有机肥可促进水稻生长，进而提高水稻产量。杨滨娟等[25]研究认为，秸秆还田配施不同比例化肥可以提高植株干物质积累速率、群体生物量，合理改善土壤养分，保证较高的水稻增产潜力。本研究结果表明，秸秆有机肥在减少化肥施用量的同时，可保证作物高产稳产，与前人研究结果基本一致。高用量秸秆有机肥（T6）和有机缓释肥（T7、T8）的产量比对照处理（T1）增 5% 以上，从综合效益看，基施秸秆有机肥 3600 kg/hm2、穗肥施用水稻专用配方肥 225 kg/hm2 的产量和效益较高。
3.3 秸秆有机肥对化肥减量的作用
秸秆还田配施适量的氮肥，可以提高水稻对氮肥的利用率，增加产量，同时减少氮肥损失[6]。研究表明，秸秆还田可以有效改善土壤质量、缓解土壤养分流失、提高土壤供肥水平和土壤微生物活性[26]，相对无秸秆还田可以增产 5%～30%，减少 10%～20% 氮、磷、钾化肥用量[27]。本研究表明，综合化肥减施效果、土壤肥力变化和水稻产量与效益，应用秸秆纤维化促腐制肥处理技术制备秸秆有机肥作为水稻基肥，在减少化肥施用量，提高肥料利用率方面效果比较明显。结合多年的田间应用试验，秸秆有机肥“一基两追”施肥模式，即每公顷基施秸秆有机肥 3600 kg+ 分蘖肥尿素 225 kg、氯化钾 112.5 kg+ 穗肥水稻配方肥 150～225 kg，可以在化肥减量的基础上，实现较高的水稻产量和效益。
4 结论
秸秆有机肥替代商品有机肥作水稻基肥施用，可有效提高土壤有机质、腐殖质含量，维持较高的土壤有效钾积累，减少钾肥投入，达到作物高产稳产的效果。运用“一基两追”施肥模式，基肥为秸秆有机肥 3600 kg/hm2，分蘖肥为尿素 225 kg+ 氯化钾 112.5 kg/hm2，后期看苗补施穗肥配方肥 150～225 kg/hm2，施肥次数控制在 3 次以内，在不降低水稻产量的前提下，比常规施肥方式减少 1～2 次，具有较好的化肥减量增效作用，值得生产上推广和应用。