水稻是全球主要粮食作物之一，供应了50% 以上全球总人口的主粮，我国有超过2/3的人口在日常食用稻米^[1]。据统计，截至2020年我国水稻种植面积已经超过3×10⁷ hm²，占我国粮食种植总面积的32.2%，水稻总产量为2.08亿t。我国水稻高产是以高化肥投入为前提的，氮肥用量占全球氮肥总用量的30% ~ 40%，其中水稻生产所消耗的氮肥占全球水稻氮肥总用量的37%，是世界第一大氮肥消耗国^[2]。氮磷钾等无机肥料的施用可以一定程度地提高作物产量，但过量的氮肥施用不仅不能进一步增产，还可能导致土壤板结等地力退化、资源浪费和面源污染等问题。我国有机肥资源丰富，包括畜禽粪便、秸秆、有机化工产物等，都可通过技术手段转化为有机肥料从而应用于农业生产，其中所含的氮磷钾约为7.52 t^[3]。长期施用有机肥以部分替代化肥可以有效改善土壤养分状况、增强土壤微生物活性和改良土壤结构^[4]。研究表明，有机肥可以改善土壤的理化性质和营养状况，提高土壤肥力，使水稻产量达到甚至高于单施化肥的情况^[5]。氮素是保证水稻高产且稳定的关键元素^[6]，陈香碧等^[7]研究表明：有机肥替代部分氮肥，在氮肥施用量相同的情况下，有机肥和氮肥配施可以增加水稻产量，增产量最高达20%，并且随着有机肥的连年施用，增产效果越发明显。

我国广阔的滨海盐碱区分布着较大面积的稻田。具有一定量的盐分、有机质含量低、极度缺氮和少磷富钾是滨海盐碱农田土壤的基本特征。利用水稻具有一定耐盐碱能力和灌溉水生的优势，可以加速盐碱地脱盐与养分积累，从而实现盐碱地土壤的改良利用。现有研究多集中于盐碱地水稻适宜品种培育、合理栽植密度等方面^[8-9]，对滨海盐碱地水稻种植的合理肥料用量、有机肥料替代无机肥料可行性与其对水稻增产提质及土壤改良效应的研究较少。本研究通过在滨海轻度盐碱地开展不同有机肥部分替代氮肥模式对水稻增产和土壤改良效应的研究，旨在探讨应用有机肥部分替代氮肥实现水稻增产及其土壤生境改良的可能性，为滨海盐碱地资源高效利用提供可靠理论依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

试验区位于江苏省沿海农业发展有限公司射阳分公司双洋片农场，属于亚热带季风性湿润气候区，年均温度15 ℃，年均降水量1 155 mm。试验土壤质地为砂质土壤，土壤性状均一，肥力均匀。播种前0 ~ 20 cm土层土壤有机质含量为10.05 g/kg，碱解氮含量为64.19 mg/kg，速效钾含量为80.40 mg/kg，有效磷含量为13.50 mg/kg，土壤pH为8.50，土壤全盐含量为1.62 g/kg，属轻度盐渍化土壤。

1.2 试验材料

供试水稻品种为“南粳9108”，种植周期为129d。供试磷肥为磷酸二铵(含N 150 g/kg，P₂O₅ 420 g/kg，K₂O 0 g/kg)，氮肥为尿素(含N 464 g/kg)。有机肥(含N 15 g/kg，P₂O₅ 10 g/kg，K₂O 15 g/kg)为自主配制，其具体成分为：牛粪40%、鸡粪20%、菇渣35%、矿源黄腐酸钾0.2%、海藻酸钾0.1%、铁0.1%、硼0.1%、锌0.1%，该配方着重于尽量降低有机肥盐分含量，添加增效物质，有效改善土壤结构并添加微量元素以提高供试土壤有效微量元素含量。

1.3 试验设计

试验开始于2021年6月13日，结束于2021年10月27日，采用小区试验，每个小区50 m²。试验共设4个处理：CK，空白处理，不施肥；T1，常规施肥，主要施加尿素、磷酸二铵以及15-15-15复合肥；T2，低量自配有机肥替代部分常规施肥；T3，高量自配有机肥替代部分常规施肥；T1、T2和T3采用等氮量(315 kg/hm²)设计。每个处理设置3次重复。各处理的具体施肥用量见表 1。栽植方式为机插，每公顷3.33×10⁵穴，每穴4苗，行距25 cm，株距12 cm。其余田间管理措施与当地常规管理措施一致。

1.4 测定指标与方法

试验地土壤理化性质通过对水稻收获后采集土样检测获得，其中土壤容重、土壤孔隙度以及土壤饱和含水量采用环刀法测定。采样过程中避开作物边行，采集稻株穴间去除表层杂质的土壤，使得所采集土壤具有代表性和一致性。土壤样品装于无菌密封袋，带回实验室后经自然风干、磨碎和过筛，测定土壤样品的pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾以及土壤酶活性等指标，其中土壤碱解氮、有效磷、速效钾等含量测定参考鲍士旦^[10]主编的《土壤农化分析》，土壤有机质采用重铬酸钾–浓硫酸外加热法测定，pH由pH计对1:5土水质量比浸提液测定，土壤酶活性采用苯酚钠次氯酸钠比色法测定。

1.5 数据处理与分析

试验数据采用Excel进行处理，采用SPSS Statistics 20.0软件进行数据分析，不同处理间的差异显著性运用邓肯(Duncan)法进行分析。采用Origin 2016软件进行图表制作。对本研究中获得的土壤理化性质各指标进行主成分分析，以各主成分的综合得分作为不同处理土壤改良效应优劣的判定依据。

2 结果与分析 2.1 有机肥部分替代氮肥对稻田土壤物理性状改良效应

有机肥部分替代氮肥对土壤物理性状的影响如表 2所示。有机肥部分替代氮肥处理T2和T3的土壤容重较T1处理有所下降，而土壤含水量和孔隙度则有所增大，其中T2和T3处理的土壤容重较T1处理分别下降6.62% 和2.94%，土壤孔隙度均提高4.35%，但3个处理之间的土壤容重和孔隙度均无显著差异；T2与T1处理的土壤含水量差异显著，较T1处理增加了12%，T3较T1处理的土壤含水量增加了8%，但二者之间无显著差异。在常规施氮量的基础上实行有机肥部分替代氮肥可以一定程度提高稻田土壤的孔隙度、降低土壤容重和提升土壤含水量。

2.2 有机肥部分替代氮肥对稻田土壤养分提升效应

如表 3所示，与CK相比，施肥处理T1、T2、T3的稻田土壤pH均有所下降，3个处理的pH从大到小的顺序为T1 > T2 > T3，且T3处理显著低于T2、T1处理；各处理之间的有机质和碱解氮含量均无显著差异，但T2、T3处理的有机质和碱解氮含量均大于T1处理，且均为T3处理最高；T2和T3处理土壤中有效磷和速效钾含量均较T1显著增加，其中有效磷含量分别增加了47.00% 和39.30%，速效钾含量分别增加了23.89% 和18.37%，T2和T3处理间无显著差异。综上所述，有机肥部分替代氮肥可以调节土壤酸碱度，使得土壤pH显著降低，同时显著提高土壤中有效磷和速效钾含量。

2.3 有机肥部分替代氮肥对稻田土壤酶活性增强效应

有机肥部分替代氮肥对稻田土壤酶活性效应影响显示(表 4)，处理T3的脲酶和碱性磷酸酶活性较T1均显著增强，过氧化氢酶活性较T1、T2均有所增强但差异不显著；T2的土壤碱性磷酸酶活性较T1显著增强，但过氧化氢酶与脲酶活性较T1无显著差异；T3的脲酶活性显著高于T2。综上所述，有机肥部分替代氮肥可以使稻田土壤的脲酶和碱性磷酸酶的活性均所提升，其中脲酶活性会随着有机肥施用量的增加而显著增强。

2.4 有机肥部分替代氮肥对土壤改良的综合效应评价

为了客观分析不同处理对土壤改良的多方面效应，应用主成分分析法进行综合评价。如表 5和表 6所示，获得了各主成分因子的载荷和主成分综合得分。根据特征值大于1的原则，选择排名靠前的两个主成分因子F1、F2；由主成分综合得分可以看出T3处理的综合得分最高，说明该处理的土壤改良综合效应最优。

2.5 有机肥部分替代氮肥促进水稻生长发育及增产效应

如表 7所示，有机肥部分替代氮肥的处理T2、T3的水稻株高与常规施肥处理T1间无显著差异；与CK相比，3种处理下的株高均显著增加，且T2处理的增加趋势最为明显。由此可见，有机肥部分替代氮肥可以提升水稻株高，有利于植株整体生物产量的提升。同时随着水稻生育进程的推进，水稻茎蘖数呈现先增加后减少的趋势，在拔节期达到最大值；与CK相比，施肥处理T1、T2、T3的茎蘖数在各生育期均显著增加，且均以T2处理增加最多，表明低量有机肥部分替代氮肥可以促进水稻分蘖，利于水稻增产。

干物质积累是水稻生物量和产量的基础。由表 8可知，从齐穗期开始水稻干物质积累量逐渐增加，其中齐穗期至成熟期的增长速度最快，从成熟期到完熟期的增长速度有所下降。齐穗期处理T1、T2、T3的水稻干物质积累量无显著差异；成熟期时T2的水稻干物质积累量显著高于处理T3和T1；完熟期T2和T3的水稻干物质积累量显著高于处理T1，但T2与T3之间差异不显著，3个处理完熟期水稻干物质积累量从高到低为T2 > T3 > T1。综上所述，有机肥部分替代氮肥可以显著增加收获时的水稻干物质积累量。

由表 9可知，尽管处理T1、T2、T3之间的水稻穗数、穗粒数、结实率、千粒重和产量等指标均无显著差异，但T3处理的结实率、千粒重和产量等指标均最大，T2处理的产量次之，可见有机肥部分替代氮肥能够促进水稻增产。

3 讨论 3.1 有机肥部分替代氮肥对稻田土壤理化性质的影响

张雪辰等^[11]研究发现，通过不同外源物料掺拌、施用改良剂等方法处理，可以有效增加土壤毛管孔隙度与总孔隙度并降低土壤容重。土壤容重和土壤孔隙度是衡量土体物理结构的重要指标依据，更是直接影响土壤固相值与气相值的关键因素。土壤含水量作为表征土壤水分状况的特征指标，反映出土壤保水性能的强弱。本研究表明，有机肥部分替代氮肥可以使得土壤容重较单施化肥降低2.94% ~ 6.62%，土壤孔隙度增加4.35%，并且可以提高土壤含水量这与前人研究结果趋势一致^[12]。

土壤pH影响着土壤中各项活动的进程，包括土壤有机质的分解、矿物质元素的释放，同时也影响着土壤微生物的生命活动。偏酸性土壤更适合于水稻的生长发育，试验地的土壤大环境处于弱碱性，因此应用的措施如果能够有效降低土壤pH将有助于水稻生长。本研究结果表明，有机肥部分替代氮肥可以使得土壤pH降低，且高量有机肥替代情况下pH降低的效果更为显著。土壤生物的能量主要来源于土壤有机质，土壤有机质含量的高低直接关系到土壤中各类微生物菌群生存，并且有机质含量越高，土壤肥力和缓冲能力会越好^[13]，有机质的提升有利于保证稻田土壤肥力。在本研究中，通过对常规施肥与低量或高量有机肥部分替代氮肥的对比发现，有机肥部分替代氮肥可以增加土壤有机质，且随着有机肥施用量的增加效果更为明显，这与有机肥本身有机质含量高有很大的关系。土壤中的碱解氮、有效磷可直接在作物生长发育期间被作物吸收利用，土壤中能被当季作物直接吸收利用的水溶性钾和交换性钾则被统称为速效钾，土壤中这3类物质含量的高低对于水稻生长发育有着至关重要作用。本研究表明有机肥部分替代氮肥可以提高土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量；随着有机肥施用量增大，有效磷和速效钾含量会有所下降，但低量有机肥与高量有机肥部分替代氮肥之间的土壤有效磷含量或速效钾含量并无显著差异。综上所述，有机肥部分替代氮肥可以显著提升稻田土壤有效磷和速效钾含量，且对土壤pH具有显著的降低作用，这些效果均会促进土壤中有益微生物含量增加和土壤中营养元素矿化，进而保障水稻生长发育必需养分的供应。

土壤中的过氧化氢酶与土壤呼吸强度及土壤微生物活动有密切关系，其活性可以在一定程度上反映土壤微生物过程的强度，而过氧化氢是由生物呼吸过程中和有机物进行的生物化学氧化反应产生的，其对生物和土壤均具有毒害作用，存在于土壤中的过氧化氢酶可以促进过氧化氢的分解，从而解除了过氧化氢的毒害作用^[14]。土壤中的脲酶活性与土壤微生物数量、有机质含量、速效氮和全氮含量呈正相关，因此人们常用土壤中脲酶的活性来表征土壤中的氮素情况^[15]。土壤碱性磷酸酶主要是对磷酸单酯和磷酸二酯的水解起到催化作用，土壤有机磷只有在土壤碱性磷酸酶作用下才能转化为可以被植物吸收利用的无机态磷^[16]。本研究显示，有机肥部分替代氮肥可以增强土壤中的脲酶、碱性磷酸酶的活性，并且高量有机肥较低量有机肥部分替代氮肥进一步增强了土壤脲酶活性，这与宋震震等^[17]和罗兴录等^[18]的研究结果一致。

3.2 有机肥部分替代氮肥对水稻生长发育及产量的影响

有机肥是农业生产中常见的肥料，自2015年农业部提出化肥零增长后，利用有机肥替代化肥已成为相关领域的研究重点^[19]。有研究表明，无机肥配施有机肥条件下水稻产量会高于单施化肥，对于水稻增产具有良好作用^[20]，同时利用有机肥替代化肥可以改善土壤中的氮素供应情况，将水稻的氮素吸收过程进行协调处理，最终实现水稻增产的效果^[21]。同时有研究表明，水稻的分蘖多、穗粒数大、结实率高则产量就会较高^[22]。本研究表明，有机肥部分替代氮肥可以增加水稻株高，这对于植株整体生物产量的提高具有良好效应，且完熟期水稻干物质量较常规施肥显著增加，同时水稻分蘖数有所增加，高量有机肥部分替代氮肥条件下的水稻结实率、千粒重和产量均优于低量有机肥部分替代氮肥和常规施肥，但没有显著差异。综上所述，有机肥部分替代氮肥具有一定的水稻增产效应。

4 结论

1) 有机肥部分替代氮肥可以显著降低土壤pH，显著提升土壤有效磷和速效钾含量，显著增强脲酶和碱性磷酸酶活性，有增加土壤孔隙度、降低土壤容重、提升土壤含水量和增加土壤有机质及碱解氮的趋势。

2) 有机肥部分替代氮肥可以显著增加收获时的水稻干物质积累量，一定程度提升水稻株高、促进水稻分蘖并且增加结实率和千粒重，实现水稻增产。

3) 有机肥部分替代氮肥能够保障作物增产和稻田土壤环境改善。