有機－無機肥配施對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素吸收的影響

周江明

(江山市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江江山324100)

水稻是我國種植面積最大的糧食作物，其產(chǎn)量高低直接影響到我國糧食安全和社會穩(wěn)定［1］。長期以來，為提高水稻產(chǎn)量，農(nóng)戶一直把施肥作為水稻生產(chǎn)最重要的物化技術(shù)措施。我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)十分重視有機肥的使用，它具有促進作物增產(chǎn)、改善品質(zhì)、提升土壤質(zhì)量等作用［2－4］，但存在肥效慢、養(yǎng)分含量低、施用量大費勞力及增產(chǎn)效果差等缺點。而化學(xué)肥料雖有增產(chǎn)快、養(yǎng)分高、用量少等優(yōu)點，但當(dāng)前因農(nóng)戶過度施用已造成糧食生產(chǎn)成本高、土壤質(zhì)量退化、農(nóng)業(yè)面源污染嚴重等問題［5－7］。

針對這些問題，國內(nèi)外大量學(xué)者研究了有機肥與化肥配施技術(shù)［8－11］，并在水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、地力改善及養(yǎng)分利用率提高等方面取得了一定的成效，但關(guān)于有機肥化肥配施對各茬稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和養(yǎng)分利用系統(tǒng)研究則報道較少。因此，本文分別以早稻、晚稻及單季稻為材料開展商品有機肥和化肥混施試驗，研究它們在有機肥和化肥不同配比對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素利用的影響，旨在提出多方兼顧的有機肥化肥優(yōu)化混施模式，為新形勢下指導(dǎo)水稻生產(chǎn)科學(xué)施肥及農(nóng)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

1.1．1 試驗地點與材料 本研究于2010年江山市峽口鎮(zhèn)王村村王元有戶(試驗點1，早稻與晚稻連續(xù)進行試驗)和周小強(試驗點2，單季稻)戶進行，供試土壤理化性狀見表1。供試材料早稻為中嘉早17，晚稻為黃華占，單季稻為甬優(yōu)9號，化學(xué)肥料分別為尿素、氯化鉀和過磷酸鈣，有機肥料為天蓬有限公司生產(chǎn)的商品有機肥(有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量分別為45.8%、2.50%、1.01%和1.47%)。

1.1．2 試驗設(shè)計 施肥水平參照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)稻田肥料用量，早稻、晚稻、單季稻總氮(N)施用量分別為187.5 kg/hm2、187.5 kg/hm2和202.5 kg/hm2。在總氮量不變情況下，有機肥氮所占比例設(shè)100%、70%、40%、20%、0%5個水平，分別以O(shè)F－100%、OF－70%、OF－40%、OF－20%、OF－0%表示，磷(P2O5)鉀(K2O)總量以單施有機肥養(yǎng)分量為準(zhǔn)，有機養(yǎng)分不足部分以化肥代替。另外，增設(shè)1個空白對照區(qū)，即不施肥處理(CK)，共6個處理(見表2)。施肥方式：有機肥全部作基肥一次性施入;氮肥以70%作基肥，20%作分蘗肥(移植后7～10 d施入)，10%作穗肥;磷肥全部作基肥;鉀肥70%作基肥，30%作?；ǚ?。小區(qū)面積為20 m2，重復(fù)3次，隨機排列，每區(qū)以約15～20 cm寬的小田埂隔開，能獨立進水和排水。

表1 試驗田土壤理化性狀Table1 Physical and chemical properties of soils in experimental sites

早稻3月26日播種，4月24日移植，移植密度36.0萬穴/hm2，7月25日收割;雙晚稻6月22日播種，7月30日移植，移植密度27.2萬穴/hm2，10月31日收割;單季稻5月25日播種，6月7日小苗移植，移植密度18.5萬穴/hm2，10月21日收割。病蟲草害及水分管理按當(dāng)?shù)亓?xí)慣進行。

表2 試驗施肥設(shè)計方案Table 2 Design plan of the fertilizer applications

1.2 樣品采集與測定

水稻成熟期調(diào)查有效穗、總粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重等各產(chǎn)量構(gòu)成因子，并對小區(qū)實割測產(chǎn);在水稻苗期、分蘗期、孕穗期、齊穗期、成熟期取有代表性的2叢植株(苗期50株)，烘干稱干重，再粉碎后用H2SO4－H2O2消煮，分析氮、磷、鉀養(yǎng)分含量(其中稻草與子粒分開處理)。水稻子粒收割曬干后每處理采集子粒1kg樣品，送農(nóng)業(yè)部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心分析稻米品質(zhì)。

氮素吸收、利用相關(guān)計算方法［12］如下：

氮素子粒生產(chǎn)率(N grain production efficiency，NGPE)=單位面積子粒產(chǎn)量/單位面積植株氮積累量;

氮素收獲指數(shù)(N harvest index，NHI)=成熟期單位面積植株穗部氮積累總量/植株氮積累量。

試驗數(shù)據(jù)采用DPS軟件進行統(tǒng)計分析，用LSD法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機肥化肥配施對水稻產(chǎn)量的影響

從表3看出，與空白區(qū)相比，施肥增產(chǎn)效果是極顯著的，這里不需贅述。在總氮量不變情況下，有機無機配施對水稻產(chǎn)量有顯著的影響，有機肥氮占總氮40%時，早稻和單季稻產(chǎn)最高，分別為7191.7和9425.0 kg/hm2，晚稻以有機肥氮20%時產(chǎn)量最高，達7125.0 kg/hm2。最高產(chǎn)量區(qū)與化肥區(qū)相比，差異達到顯著水平。水稻產(chǎn)量在本試驗中呈單峰曲線之勢，表明有機肥和無機肥合理搭配有利于高產(chǎn)，通過軟件模擬分析，早稻、晚稻及單季稻的產(chǎn)量(Y)和有機肥氮所占比例(x)的方程分別為：

表3 有機肥化肥配施對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響Table 3 Effects of combined application of organic and chemical fertilizers on rice yield and its components

通過計算得知，當(dāng)有機肥氮所占比例為50.5%、24.5%、34.6%時，早稻、晚稻、單季稻產(chǎn)量可達最高。從水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子看，有機肥用量的增加，有效穗顯著下降，穗粒數(shù)和結(jié)實率上升，粒重表現(xiàn)出與產(chǎn)量類似的先升后降的趨勢。這說明適宜的有機肥與無機肥比例能協(xié)調(diào)水稻產(chǎn)量各構(gòu)成因子，通過促進多粒大粒的形成達到增產(chǎn)的效果。

2.2 有機肥化肥配施對稻米品質(zhì)的影響

2.2.1 對碾磨加工品質(zhì)的影響 與對照區(qū)相比，施肥顯著提高了稻米加工質(zhì)量，糙米率、精米率、整精米率平均提高2.3、2.2、3.7個百分點(表4)。在施肥區(qū)，增加有機肥比例使糙米率和整精米率呈下降。精米率在早稻、晚稻、單季稻中分別為40%、20%、40%有機肥區(qū)最高，分別為74.6%、72.3%和73.0%。表明合理施肥有利于碾米品質(zhì)的提高，有機肥化肥配施可提高精米率，但對糙米率和整精米率有不利影響，這可能是前期有效養(yǎng)分不足，水稻植株儲存養(yǎng)分量少，而在后期大量有機養(yǎng)分礦化釋放，水稻穎花數(shù)增加，造成子粒灌漿質(zhì)量下降所致。

表4 有機肥化肥配施對稻谷主要品質(zhì)性狀的影響Table 4 Effects of combined application of organic and chemical fertilizers on grain quality of rice

2.2.2 對外觀品質(zhì)的影響 由表4知，有機肥對稻米長寬比、透明度級別基本無影響，但顯著影響稻米堊白值，隨著有機肥用量的增加，堊白粒數(shù)量呈上升趨勢，早稻、晚稻及單季稻單施有機肥區(qū)(OF－100%)比單施化肥(OF －0%)區(qū)高 2.3、3.4、18.5個百分點，其中晚稻和單季稻達顯著差異。堊白度各稻茬上變化不一，早稻隨化肥比例增加而上升，晚稻和單季稻均隨化肥比例增加而顯著下降。

2.2.3 對蒸煮食味品質(zhì)的影響 施肥對稻米直鏈淀粉影響不大，卻顯著提高膠稠度(表4)。早稻、晚稻、單季稻施肥區(qū)膠稠度分別比對照區(qū)(CK)平均提高6.7%、5.2%和10.9%。稻米中直鏈淀含量粉均隨著有機肥比例的減少而顯著下降，二者呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù) R分別達 0.9092、0.8709、0.9505，表明有機肥可促進直鏈淀粉的形成，對稻米的蒸煮品質(zhì)不利。當(dāng)有機肥比例為40%時，稻米膠稠度最高，早稻、晚稻、單季稻分別為45.3、86.0、87.0 mm，顯著高于最低值的有機肥區(qū)。這表明有機肥化肥合理配施可使米飯變?nèi)彳?，提高食味品質(zhì)。

2.2.4 對營養(yǎng)品質(zhì)的影響 表4表明，不施肥或增加有機肥比例不利于稻米營養(yǎng)成分的積累，隨有機肥比例的上升稻米蛋白質(zhì)含量呈顯著性下降。全化肥區(qū)(OF－0%)與全有機肥區(qū)(OF－100%)相比，早稻、晚稻、單季稻蛋白質(zhì)含量分別提高了15.9%、13.4%、33.8%。上述原因可能是高化肥比例區(qū)水稻生長前期植株內(nèi)吸收儲存到足夠的氮素，在灌漿期確保了充足的養(yǎng)分從“源”轉(zhuǎn)移到“庫”，而有機肥比例高或不施肥前期有效氮供應(yīng)不足，影響了水稻早期養(yǎng)分的積累，進而影響到子粒中的營養(yǎng)含量。

2.3 有機肥化肥配施對水稻氮素積累量的影響

水稻莖葉吸收氮素量基本上隨著有機肥比例上升而顯著下降(表5)，這可能是早期土壤有效氮素供應(yīng)量不足影響水稻營養(yǎng)生長所致;子粒吸氮量與產(chǎn)量變化一致，早稻、晚稻、單季稻分別以40%、20%、20%有機肥區(qū)最高，吸氮量為100.0、93.7、99.8 kg/hm2;總氮素累積量均以施20%有機肥氮最高。其中子粒吸氮量和總氮素累積量在低有機肥比例區(qū)(0、20%、40%有機肥)間無顯著差異，但顯著高于高有機肥比例區(qū)(70%、100%有機肥)和對照區(qū)。氮素子粒生產(chǎn)率和氮素收獲指數(shù)均隨有機肥比例的提高而增加，高有機肥區(qū)顯著高于低有機肥區(qū)。上述表明，有機肥用量過多，不利于水稻植株氮素的積累，但能提高氮素子粒生產(chǎn)效率。

3 討論與結(jié)論

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中，過度施用化肥所帶來的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)降低、環(huán)境受到污染及生產(chǎn)成本升高等種種問題，促進了有機肥化肥配施技術(shù)的快速發(fā)展。許多研究表明，有機肥化肥合理配施對水稻起到優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的作用。孟琳等［13］認為有機肥氮代替無機氮，主要通過改善土壤供應(yīng)氮素過程，使土壤養(yǎng)分平穩(wěn)釋放，為水稻生長持續(xù)供應(yīng)養(yǎng)分，提高了群體質(zhì)量，促進水稻高產(chǎn)、稻米品質(zhì)改善，以施10% ～20%的有機肥量最合適，過高過低均會導(dǎo)致產(chǎn)量下降。李菊梅等人［14］研究結(jié)果顯示有機肥氮占總氮50%時，早稻和晚稻產(chǎn)量比單施有機肥或化肥區(qū)高，比對照區(qū)增產(chǎn)68.6%和72.0%。蘇瑞芳等［10］研究表明，施入26.5% ～40.0%有機肥氮能通過提高有效穗和粒數(shù)而達水稻高產(chǎn)，通過提高整米率、降低堊白和直鏈淀粉改善稻米外觀及適口性。本研究結(jié)果顯示，在總施氮量相同的情況下，施入適當(dāng)有機肥顯著提高水稻穗粒數(shù)和結(jié)實率，促進水稻高產(chǎn)，過度施入有機肥會影響前期有效氮素不足，單位有效穗數(shù)顯著下降而減產(chǎn)，這結(jié)果與徐明崗［11］、蘇瑞芳［10］等人研究的關(guān)于有機肥化肥配施可通過提高單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)達水稻高產(chǎn)的結(jié)果不盡一致。當(dāng)早稻、晚稻和單季稻施有機肥占總肥量比例為40%、20%、40%時產(chǎn)量達最高，并顯著高于單施有機肥區(qū)和對照區(qū)，結(jié)果基本上與前人相符。通過計算機模擬最高產(chǎn)量施用的有機肥比例在不同稻茬間存在“早稻高、晚稻低、單季稻中”的差異。早稻可能與稻田土壤背景氮值高有關(guān)，能保證水稻分蘗所需的大量營養(yǎng)，增施更多的有機肥影響較小;晚稻上因移栽期溫度高，施入的大量有機肥分解速度快，導(dǎo)致土壤極度還原條件，嚴重阻礙水稻根系發(fā)育和分蘗，分蘗數(shù)下降更為顯著而低產(chǎn)，需要減少有機肥的施用比例。

在稻米品質(zhì)方面，本試驗顯示施20% ～40%有機肥區(qū)水稻精米率最高，施40%有機肥膠稠度最高，米飯變軟，食味變佳。但提高有機肥比例易出現(xiàn)稻米易碎、堊白增加、蛋白質(zhì)含量下降等問題。本試驗條件下，考慮到產(chǎn)量與稻米品質(zhì)因素及早晚雙季的相同田塊，早稻、晚稻、單季稻施有機肥比例以40% ～50%、20% ～30%、30% ～40%左右為宜。

有機肥化肥配施對水稻氮素利用率的影響研究報道較多，但結(jié)論有所不同。多數(shù)人認為［11，13，15］，合理的有機肥化配施能顯著提高氮素利用率，但商躍鳳［16］、管建新［17］等人認為單施有機肥氮素利用率最高。本研究結(jié)論與前者基本一致，并以20%有機肥區(qū)水稻氮素累積量達高峰，其回收利用量最高。與70%和100%高有機肥區(qū)相比，氮素累積量平均增19.3%和39.6%，達顯著或極顯著水平;與純化肥、40%有機肥區(qū)相比，差異不顯著。這從水稻植株吸收氮量和土壤養(yǎng)分變化中可得到解釋，有機肥施用比例過高，土壤有效氮素前期不足，水稻營養(yǎng)生產(chǎn)不良，顯著降低了莖葉氮素累積量，使氮素回收利用率下降，而大部分未利用氮素存儲于土壤中，造成土壤中氮含量顯著上升。合理的有機肥化肥配施能確保養(yǎng)分在水稻各個時間穩(wěn)定供應(yīng)，協(xié)調(diào)水稻產(chǎn)量各構(gòu)成因素，促進莖葉和子粒產(chǎn)量全面提高而增加了水稻總吸氮量。因此，水稻生產(chǎn)中施有機肥氮以低比例較為合適，利于提高氮素吸收、利用率。

綜上所述，在合理施肥總量不變情況下，早稻、晚稻、單季稻所施有機肥氮約占總施氮量的40%、20%和40%比例比較適宜，有利于水稻增產(chǎn)、改善品質(zhì)和提高氮素利用率。

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