豬糞與牛糞有機肥對水稻產量、養(yǎng)分利用和土壤肥力的影響①

陳 貴，張紅梅，沈亞強，程旺大

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豬糞與牛糞有機肥對水稻產量、養(yǎng)分利用和土壤肥力的影響①

陳 貴，張紅梅，沈亞強，程旺大*

(嘉興市農業(yè)科學研究院，浙江嘉興 314016)

采用連續(xù)5年田間定位試驗，研究了等量單獨施用豬糞或牛糞有機肥以及有機肥與化學肥料配施對水稻產量、氮磷鉀養(yǎng)分吸收累積及利用效率、土壤養(yǎng)分含量及其與產量等關系的影響。結果表明：豬糞有機肥施用(7.5 t/hm2+常量化肥、15 t/hm2+1/2常量化肥和30 t/hm2+無化肥)時水稻產量、干物質累積、氮磷累積及生理利用效率與常量化肥處理相比無顯著差異；牛糞有機肥與化肥減量配施和單獨施用時，盡管氮、磷和鉀生理利用效率有所提高，但水稻產量、地上部氮、磷和鉀累積量均有不同程度下降，且以單獨施用時尤為明顯。等量豬糞有機肥對土壤全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量以及pH的提升程度大于牛糞有機肥，有機質含量無明顯差異；與豬糞有機肥相比，牛糞有機肥施用時土壤養(yǎng)分各指標與水稻產量、干物質累積量、氮磷鉀累積量以及利用效率間的相關性更為明顯，其中與產量、干物質累積量和氮磷鉀累積量極顯著負相關，與氮磷鉀生理利用效率顯著正相關。因此，等量豬糞有機肥和牛糞有機肥的肥效存在較大差異，在實際生產中應根據不同源有機肥特性進行調節(jié)施用。

水稻；豬糞有機肥；牛糞有機肥；產量；土壤肥力

我國耕地面積不到全世界總量的10%，但化肥施用量接近世界總量的1/3，已成農業(yè)面源污染的主要原因[1-3]。另外，過量單一施用化肥也是造成耕地質量下降的原因之一[4-5]。為了減少農業(yè)面源污染，提高耕地質量，保護農業(yè)生態(tài)環(huán)境，農業(yè)部發(fā)布了《關于打好農業(yè)面源污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》，要求到2020年農業(yè)面源污染加劇的趨勢得到有效遏制，實現“一控兩減三基本”。其中，“兩減”之一即為減少化學肥料施入量，“三基本”之一即為加大畜禽糞便資源化利用效率[6]。施用有機肥作為減少化學肥料投入量和提高耕地質量的技術手段已得到較為廣泛的研究。然而，很多研究都將關注點集中于有機肥施用后土壤理化性狀變化、有機肥自身的礦化速率等方面[7-9]。而對有機肥是否施用越多越有利于調控作物生長和養(yǎng)分吸收利用效率，以及有機肥施用與作物產量和養(yǎng)分利用效率間關系的研究報道則相對較少；另外，在實際農業(yè)生產指導中，對于有機肥施用量通常較為籠統(tǒng)地表述為“施用多少有機肥”，并未明確針對某種有機肥。不同源有機肥同等施用量或配合化肥減量下對作物生長、產量、養(yǎng)分吸收利用效率以及土壤養(yǎng)分的影響如何？

本研究以資源量分別位居畜禽糞便總量前兩位的豬糞和牛糞加工而成的豬糞有機肥和牛糞有機肥為試驗材料，通過稻田連續(xù)施用5年的田間定位試驗，研究有機肥單獨施用及其與化肥配施對水稻產量及產量構成、氮磷鉀吸收利用率和土壤養(yǎng)分的影響，以及土壤養(yǎng)分與產量和養(yǎng)分利用效率之間的關系，為化肥減量和有機肥料合理施用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗在浙江省嘉興市農科院試驗基地展開，該地屬典型的亞熱帶季風氣候區(qū)，年均溫度15 ~ 16℃，年降水量1194 mm，年均濕度80%~85%，年輻射量462 kJ/cm2。土壤類型為長三角地區(qū)典型水稻土青紫泥田，試驗前耕層土壤的理化性狀為：全氮1.78 g/kg，堿解氮129 mg/kg，有效磷(P)6.27 mg/kg，速效鉀71.1 mg/kg，有機質31.2 g/kg，pH 6.74。

1.2 試驗設計

本研究以不同動物源有機肥為基準，從生產實踐出發(fā)(在實際生產當中，通常較籠統(tǒng)地說明某種作物單位面積有機肥施用量，并未區(qū)別不同源有機肥)，共設7個處理：①CK，常量化肥；②Z1，豬糞有機肥7.5 t/hm2+ 常量化肥；③Z2，豬糞有機肥15 t/hm2+ 1/2常量化肥；④Z3，豬糞有機肥30 t/hm2；⑤N1，牛糞有機肥7.5 t/hm2+ 常量化肥；⑥N2，牛糞有機肥15 t/hm2+ 1/2常量化肥；⑦N3，牛糞有機肥30 t/hm2。目的在于研究等量不同源有機肥施用前提下，有機肥用量增加同時化肥減量時對水稻產量、干物質累積及養(yǎng)分吸收利用效率等的影響。

各處理田間試驗小區(qū)面積為25 m2，重復3次。試驗開始于2010年稻季，水稻品種為當地主栽常規(guī)晚稻秀水134，至2014年連續(xù)5年開展試驗。試驗區(qū)為水稻-小麥輪作栽培方式，其中麥季各處理小區(qū)不施有機肥，化學肥料施用量保持一致，統(tǒng)一按小麥常規(guī)施肥量進行。水稻種植采用人工移栽，行距為20 cm × 15 cm?；瘜W肥料施用分4個時期，分別為活棵后苗肥、分蘗肥、壯稈肥和穗肥，有機肥以基肥形式于移栽前撒入田塊，并與耕層土壤適當混合。活棵后苗肥施用15-15-15復合肥，分蘗肥施用尿素，壯稈肥施用尿素和氯化鉀，穗肥施用尿素。具體施肥情況見表1。田間試驗施用有機肥為動物糞便堆積發(fā)酵而成，其中豬糞有機肥養(yǎng)分含量：有機質501 g/kg，氮(N)18.9 g/kg，磷(P2O5)25.2 g/kg，鉀(K2O)35.4 g/kg；牛糞有機肥：有機質455 g/kg，氮(N)18.4 g/kg，磷(P2O5)21.8 g/kg，鉀(K2O)10.9 g/kg。

表1 稻季肥料施用情況

1.3 測定項目及方法

測產和考種：2014年水稻成熟后各小區(qū)采集1 m2長勢一致水稻(避免邊際效應)，脫粒后曬干，測定稻谷產量；同時各小區(qū)取5穴有代表性水稻植株用以考種。

地上部干物質累積量：成熟期各小區(qū)采集5穴有代表性的水稻地上部植株樣品，105℃殺青30 min，70℃烘至恒重，稱質量，并計算干物質累積量。

氮磷鉀素累積量：將成熟期植株樣品磨碎，H2SO4-H2O2消煮后，采用凱氏定氮法測定氮素含量，采用鉬銻抗比色法測磷含量，采用火焰光度法測鉀含量，計算氮磷鉀累積量(植株氮磷鉀含量與干物質累積量乘積)。

土壤養(yǎng)分測定：水稻收獲后采用多點混合法在各試驗小區(qū)采集耕層(0 ~ 20 cm)土壤混合樣品，自然風干后，磨細用于測定分析。土壤有機質采用H2SO4-K2Cr2O7外加熱法測定；全氮采用H2SO4-混合催化劑消解，凱氏定氮法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測定；pH采用水土比2.5︰1，pH計測定。

1.4 數據處理

氮/磷/鉀生理利用效率(kg/kg)=產量/地上部總氮/磷/鉀累積量

試驗數據采用SAS和 SPSS分析軟件進行處理和統(tǒng)計分析，采用Sigmaplot軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 水稻的產量及其構成

由表2可知，2010年、2012年和2014年度豬糞有機肥各處理(Z1、Z2和Z3)水稻產量與CK相比無明顯差異。2011年和2013年度Z3處理產量分別顯著高于CK 13.0% 和6.13%。各年度牛糞有機肥N3處理產量分別顯著低于CK 7.05%(2010年)、13.4%(2011年)、8.13%(2012年)、14.1%(2013年)和7.58%(2014年)，說明當僅施用牛糞有機肥30 t/hm2時，養(yǎng)分供應量不能滿足產量形成對養(yǎng)分的需求量。2014年的產量構成說明導致水稻產量下降的主要原因為單位面積穗數降低比例(25.7%)大于每穗粒數增加比例(15.5%)(表3)。

表2 不同施肥模式下水稻產量

注 ：表中同列不同小寫字母代表處理間差異達顯著水平(≤0.05)，下同。

表3 不同施肥模式下2014年水稻產量構成

2.2 水稻的干物質和氮磷鉀累積量

由圖1可見，豬糞有機肥施用各處理水稻地上部干物質累積量、氮和磷累積量與CK相比無顯著差異。Z2和Z3處理鉀累積量比CK顯著增加18.4% 和37.1%。牛糞有機肥處理N2和N3干物質累積量比CK顯著降低15.9% 和26.4%，氮累積量明顯下降23.7% 和33.0%；N3處理的磷和鉀累積量量與CK相比顯著下降20.6% 和21.4%。

(圖中柱圖上不同小寫字母代表處理間差異達顯著水平(P≤0.05)，下同)

2.3 水稻的氮磷鉀生理利用效率

由圖2可知，與CK相比，豬糞有機肥各處理的氮磷生理利用效率無顯著差異；而Z2和Z3處理的鉀生理利用效率比CK明顯下降13.0% 和22.4%。牛糞有機肥N2和N3處理的氮素生理利用效率與CK相比，明顯提高27.5% 和38.4%；N3處理的磷和鉀生理利用效率比CK顯著提高16.9% 和17.8%。

2.4 稻田土壤養(yǎng)分含量

由表4可見，連續(xù)試驗5a后，豬糞有機肥各處理的土壤全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量和pH均明顯高于CK，且隨有機肥施用量增加而明顯增加。與CK相比，全氮增加4.90% ~ 26.5%，堿解氮增加10.6% ~ 69.9%，有效磷增加149% ~ 664%，速效鉀增加72.8% ~ 417%，pH 變化0.47 ~ 0.94個單位。Z2和Z3處理土壤有機質含量比CK分別顯著增加16.3% 和37.7%。與CK相比，N2處理的全氮、堿解氮、有機質和pH分別比CK明顯增加10.2%、12.3%、13.3% 和0.57 個單位。N3處理的全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質和pH均顯著高于CK，分別增加18.8%、53.3%、199%、180%、32.6% 和0.80個單位。

圖2 不同施肥模式下水稻的氮、磷和鉀生理利用效率

表4 不同施肥模式下稻田土壤養(yǎng)分含量

2.5 水稻產量和養(yǎng)分吸收利用特性與土壤養(yǎng)分的相關性

分別對豬糞和牛糞有機肥處理下水稻產量、干物質累積量、氮磷鉀累積量和生理利用效率與土壤養(yǎng)分各指標間的相關性進行分析，發(fā)現施用豬糞有機肥時僅有鉀累積量和鉀生理利用效率與土壤養(yǎng)分各指標顯著相關，其中，鉀累積量與pH、全氮、堿解氮、速效鉀和有機質含量呈顯著正相關關系，與有效磷極顯著相關；鉀生理利用效率與pH、全氮、堿解氮和有機質含量顯著負相關，與有效磷和速效鉀含量極顯著負相關(表5)。

由表6可見，牛糞有機肥施用時水稻產量、干物質累積量和氮累積量與土壤養(yǎng)分各指標之間極顯著負相關。鉀累積量與土壤養(yǎng)分各指標顯著負相關，而磷累積量僅與pH顯著負相關。氮、磷、鉀生理利用效率與土壤養(yǎng)分各指標均呈正相關關系，其中，氮生理利用效率與pH、全氮、堿解氮和速效鉀含量極顯著相關，與有效磷和有機質含量顯著相關；磷生理利用效率與pH、全氮、堿解氮、速效鉀和有機質含量顯著相關；鉀生理利用效率與土壤各養(yǎng)分指標均顯著相關。

表5 豬糞有機肥施用下水稻產量、干物質累積量和氮磷鉀吸收利用特性與土壤養(yǎng)分的相關性

表6 牛糞有機肥施用下水稻產量、干物質累積量和氮磷鉀吸收利用特性與土壤養(yǎng)分的相關性

3 討論

在本研究中，豬糞有機肥配合化肥減量施用和單獨施用時水稻產量、干物質累積量和氮磷吸收累積量均未受到明顯影響，鉀累積量反而明顯增加。然而，當施用等量牛糞有機肥時卻受到不同程度的抑制作用，單獨施用時下降明顯，這表明等量牛糞有機肥的肥效低于豬糞有機肥。導致這種現象的主要原因可能是：①牛糞有機肥中N、P、K和有機質均低于豬糞有機肥，其中N含量低2.65%，P含量低13.5%，K含量低69.2%，有機質低9.18%，從而導致在等量施用條件下牛糞有機肥各處理的總養(yǎng)分投入量低于豬糞有機肥各處理；②牛糞有機肥的礦化速率低于豬糞有機肥。沈其榮等[10]對淹水條件下不同有機物料氮素礦化速率進行了研究，發(fā)現牛糞有機肥的氮素釋放始速較小而較恒定，銨態(tài)氮釋放極限量小，而豬糞有機肥則相反。而在好氧條件下，兩者礦化速率則基本一致[11]。稻田土壤除中期烤田(6 ~ 10 d)和生育后期灌漿烤田處于好氧狀態(tài)外，其余階段均處于厭氧狀態(tài)。在厭氧條件下牛糞有機肥礦化速率慢，加之養(yǎng)分含量低使土壤中的養(yǎng)分供給量不能滿足水稻關鍵生育期對養(yǎng)分的需求，影響水稻干物質和產量形成。王秀芹等[12]研究證明拔節(jié)至抽穗期為水稻的吸氮高峰期，此時期的吸氮量占全生育期總吸氮量的34% ~ 48%。肥料運籌改變，比如前氮后移或前鉀后移等，均能較明顯地改變水稻產量和干物質累積[13-14]。說明水稻關鍵生育期如遇養(yǎng)分供應不足，會導致生長受抑制，影響產量形成，即使其他生育期供養(yǎng)充足，也無法彌補。本研究中，單獨施用牛糞有機肥導致產量明顯下降主要是由于水稻單位面積穗數降低所致，這很可能是由于牛糞有機肥養(yǎng)分含量相對較低，加之礦化速率小養(yǎng)分釋放慢，致使不能及時提供水稻分蘗所需營養(yǎng)。

本研究再次證明，施用有機肥能提高土壤肥力，且隨用量增加土壤養(yǎng)分含量呈增加趨勢。然而，施用等量豬糞有機肥對土壤全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量的增加程度要高于牛糞有機肥，有機質含量增幅差異相對較小?？赡茉驗椋簠捬鯛顟B(tài)下豬糞有機肥礦化速率快，養(yǎng)分釋放迅速[10]。因此，盡管豬糞有機肥中有機質含量高于牛糞有機肥，但從長遠施用結果來看，兩種有機肥對土壤有機質含量的影響無明顯差異。另外，豬糞和牛糞有機肥施用均使土壤pH顯著升高，但等量豬糞有機肥提高程度顯著高于牛糞有機肥。研究者認為有機肥施用提高土壤pH的主要原因可能為：①有機官能團加強了對H+和Al3+的吸附作用，從而使土壤pH提高[15]；②有機肥礦化過程中發(fā)生有機陰離子脫羧基化，并釋放堿性物質(鈣、鎂等)，從而使土壤pH升高[16]。由此可推測，不同源有機肥影響土壤pH變化差異可能與兩種源有機肥中有機官能團差異或是礦化速率差異有關。

4 結論

豬糞有機肥和牛糞有機肥在同等施用量下，對作物生長和產量形成、養(yǎng)分吸收利用以及土壤肥力的影響存在較大差異。因此，在實際生產中有機肥配合化肥減量施用時，應該根據不同源有機肥特性而進行用量調節(jié)。

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Application Effects of Swine and Cow Manures on Rice Yield, Nutrient Uptakes and Use Efficiencies and Soil Fertility

CHEN Gui, ZHANG Hongmei, SHEN Yaqiang, CHENG Wangda*

(Jiaxing Academy of Agricultural Sciences, Jiaxing, Zhejiang 314016, China)

A 5-year field experiment was conducted to study the effects of equivalent-application of chemical fertilizers (CF), swine manure (SM), cow manure (CM), and SM or CM mixed CF on rice yield, N, P and K uptake and utilization efficiency as well as soil fertility and the correlations between soil nutrients and rice yield,. The results showed that there were no significant differences in rice yields, dry matter accumulations, N and P accumulations and use efficiencies between SM treatments SM (SM 7.5 t/hm2+ CF normal level, SM 15 t/hm2+ CF half level, and sole SM 30 t/hm2) and CK treatment (sole CF normal level, CK). However, compared to CK, CM treatments (CM 15 t/hm2+CF half level, and sole CM 30 t/hm2) increased N, P and K physiological use efficiencies, but reduced rice yields, N, P and K accumulations of above-ground rice part, particularly for sole CM. Under the equivalent application, SM promoted soil total N, alkali-hydrolyzable N, Olsen-P, NH4OAc-extractable K contents and pH value higher than CM, but no difference between organic matter contents. Compared with CM, higher correlations were detected between soil nutrient contents with rice yields, dry matter accumulations, N, P and K accumulations and physiological use efficiencies when CM was applied. Therefore, there are obvious differences between the application effects of SM and CM, the application of manure should be dependent upon the characteristics of the manure, such as mineralization rate and nutrient content.

Rice; Swine manure; Cow manure; Yield; Soil fertility

嘉興市科技局重點項目(2017AZ13025；2014AZ21005)和浙江省自然科學基金一般項目(LY16D050002)資助。

(chwd228@yeah.net)

陳貴(1982—)，男，山西運城人，博士，助理研究員，主要從事水稻氮素營養(yǎng)及生態(tài)環(huán)境研究。E-mail: chenzhao2004@163.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.01.008

S963.91；S511.3

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