化肥減量配施有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量及氮肥利用率的影響

黃璐璐 金海洋 王站付 嚴(yán)瑾 顧見芹 顧艾節(jié)

摘要?為研究水稻減肥條件下配施有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量及氮肥利用率的影響，選用“秋優(yōu)金豐”為供試品種，開展了一季大田試驗(yàn)，共設(shè)4組12個(gè)肥料運(yùn)籌處理，分別為常規(guī)施肥處理、減肥20%處理、缺氮減肥20%處理、減肥20%+有機(jī)肥梯度配施、缺氮減肥20%+有機(jī)肥梯度配施。結(jié)果表明，當(dāng)減肥20%有機(jī)肥施用量達(dá)11 250 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量相比減肥20%的條件下提高了9%（P<0.01），氮肥利用率與農(nóng)學(xué)效率分別達(dá)42.36%、8.10 kg/kg。有機(jī)肥施用量達(dá)15 000 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量?jī)H比有機(jī)肥11 250 kg/hm2時(shí)提高了0.92%（P>0.05），氮素利用效率與農(nóng)學(xué)效率也降低了14.73%（P<0.05）、3.5%（P>0.05）。因此，綜合考慮水稻產(chǎn)量與氮素利用效率，建議在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上減肥20%，有機(jī)肥施用量為11 250 kg/hm2 為宜。

關(guān)鍵詞?水稻;化肥減量;有機(jī)無(wú)機(jī)配施;產(chǎn)量;氮肥利用率

中圖分類號(hào)?S511?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A?文章編號(hào)?0517-6611（2021）01-0138-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.01.037

Abstract?In order to study the effects of organic fertilizer on rice yield and nitrogen efficiency under the fertilizer reduction，“Qiuyou jinfeng” was selected as the test variety for the one-season field trial.A total of four groups of 12 fertilizers combined were used for treatment，including conventional fertilization， fertilizer reduction of 20%，no-nitrogen and fertilizer reduction of 20%， fertilizer reduction of 20%+organic fertilizer combined application， no-nitrogen and fertilizer reduction of 20%+ organic fertilizer combined application. The results showed that the fertilizer was reduced by 20%， the fertilizer application amount reached 11 250 kg/hm2， the yield was increased by 9%（P<0.01） when the fertilizer was reduced by 20%. Nitrogen utilization rate and agronomic efficiency reached 42.36% and 8.10 kg/kg， respectively. When the application amount of organic fertilizer reached 15 000 kg/hm2， the yield was only 0.92% higher than that of organic fertilizer at 11 250 kg/hm2 （P>0.05）. The nitrogen utilization efficiency was also 14.73% lower than that of agricultural efficiency （P<0.05） and 3.5% lower than that of agricultural efficiency （P>0.05）.Therefore， considering rice yield and nitrogen utilization efficiency comprehensively， it is recommended to reduce the amount of fertilizer by 20% on the basis of conventional fertilization， and keep the application amount of organic fertilizer at about 11 250 kg /hm2.

Key words?Paddy;Reduction of fertilizer application;Organic and chemical fertilizer combined;Yield;Nitrogen use efficiency

化學(xué)肥料作為重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源，在提高作物產(chǎn)量上起到重要作用[1]，但為片面追求作物產(chǎn)量而長(zhǎng)期大量施用化肥容易出現(xiàn)土壤板結(jié)酸化，速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量下降等問(wèn)題[2]，導(dǎo)致肥料利用率下降，加劇農(nóng)業(yè)面源污染，不利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。研究表明，有機(jī)肥能有效地培肥和改良土壤[3-5]，增加土壤養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)含量以及土壤有益微生物數(shù)量，提高土壤肥力及酶活性[6-9]，很大程度地改善單施化肥對(duì)土壤帶來(lái)的負(fù)面影響，同時(shí)也在一定程度上起到增產(chǎn)作用。

為減少化肥用量，提高化肥利用效率，減少農(nóng)業(yè)面源污染，農(nóng)業(yè)部發(fā)布了《到2020 年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，上海市提出從2015年到2020年全市化肥用量減少20%的目標(biāo)。研究表明單方面減肥不能很好地滿足作物對(duì)肥料的持續(xù)需求，會(huì)導(dǎo)致一定程度的減產(chǎn)，有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配合施用可協(xié)調(diào)平衡養(yǎng)分供應(yīng)[10-11]，有利于作物生長(zhǎng)，保證作物穩(wěn)產(chǎn)。因此，需要在化肥減量20%的前提下，有效利用有機(jī)肥養(yǎng)分，明確化肥減量配施有機(jī)肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的施用量。

筆者通過(guò)水稻田間試驗(yàn)，研究化肥減量配施有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響，探索有機(jī)肥配施的合適用量，為指導(dǎo)水稻合理施肥、化肥減施技術(shù)提供理論依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)材料

試驗(yàn)品種為“秋優(yōu)金豐”。供試肥料：復(fù)混肥料含N、P2O5、K2O均為15%，尿素含N 46%，碳銨含N 17%，過(guò)磷酸鈣含P2O5 12%，氯化鉀含K2O 60%。有機(jī)肥以豬糞為主料，菌菇渣等為輔料制成，含水量30%，烘干基養(yǎng)分含量為N 1.5%，P2O5 2%，K2O 1.5%。

1.2?試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年5—12月在上海市奉賢區(qū)奉城鎮(zhèn)協(xié)新村進(jìn)行。供試土壤為水稻土，試驗(yàn)前耕層0～20 cm。試驗(yàn)地土壤pH為7.84，養(yǎng)分含量分別為水解性氮107 mg/kg，有效磷71.6 mg/kg，速效鉀249 mg/kg，有機(jī)質(zhì)14.6 g/kg。

1.3?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)12處理，3重復(fù)。隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)處理面積80 m2。常規(guī)區(qū)：常規(guī)施肥（T1）、常規(guī)施肥缺氮（T2）、氮磷鉀減肥20%（T3）、缺氮磷鉀減肥20%（T4）;減肥20%有機(jī)肥配施區(qū)：在氮、磷、鉀減肥20%的基礎(chǔ)上配施有機(jī)肥，有機(jī)肥梯度為3 750 kg/hm2（T5）、 7 500 kg/hm2（T6）、11 250 kg/hm2（T7）、 15 000 kg/hm2（T8）;缺氮減肥20%有機(jī)肥配施區(qū)：不施氮肥，在磷、鉀減肥20%的基礎(chǔ)上配施有機(jī)肥，有機(jī)肥梯度為3 750 kg/hm2（T9）、 7 500 kg/hm2（T10）、11 250 kg/hm2（T11）、 15 000 kg/hm2（T12）。除肥料處理不同外，其他田間栽培管理措施同常規(guī)（表1）。

1.4?測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1?土壤理化性質(zhì)。

試驗(yàn)實(shí)施前采集0～20 cm基礎(chǔ)土樣，測(cè)定基本理化性狀。在施肥之前采集苗床和試驗(yàn)大田土壤樣品，以“S”型的布點(diǎn)方式，用不銹鋼取土器采集耕作層深度10～20 cm的土壤15點(diǎn)，混合后去除小石塊、植物殘根殘枝等雜物。自然風(fēng)干后，采用四分法留取1.5 kg備用待測(cè)。參照《土壤農(nóng)化分析》[12]進(jìn)行土壤指標(biāo)測(cè)定：土壤pH用pH計(jì)法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)用油浴加熱-重鉻酸鉀容量法測(cè)定，全氮用凱氏定氮法測(cè)定，有效磷用鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀用乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定，堿解氮用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，亞硝酸鹽用紫外分光光度法測(cè)定。

1.4.2?田間考察、測(cè)產(chǎn)方法。

分蘗后期，采集有代表性的5株，用鋼卷尺測(cè)量株高，株高為植株從露出土壤根部至頂端的距離。葉綠素用SPAD-502plus葉綠素儀測(cè)量小麥劍葉的葉尖、中部和基部的SPAD值，取其平均數(shù)作為葉片的SPAD值。

有效穗數(shù)：除每穗結(jié)實(shí)不滿5粒不計(jì)以外，凡抽穗結(jié)實(shí)的均為有效穗，以“萬(wàn)穗/hm2”表示;每穗實(shí)粒數(shù)：包括每穗上的實(shí)粒和已脫落的總數(shù)，以“粒/穗”表示。千粒重：以曬干揚(yáng)凈（粳谷標(biāo)準(zhǔn)含水率14.5%）為標(biāo)準(zhǔn)，混勻取樣，任取1 000粒稱重，以2次重量相差不大于3%為準(zhǔn)，計(jì)千粒重，以“g”表示。

1.4.3?植株和籽粒養(yǎng)分含量。

在分蘗期及成熟期分別取5株長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的植株，分蘗期為地上植株，成熟期為植株和籽粒兩部分，在105 ℃迅速殺青30 min，然后在75 ℃下烘干至恒重，測(cè)定全氮、全磷、全鉀含量。全氮用自動(dòng)定氮儀法[13]測(cè)定，全磷用鉬銻抗比色法[14]測(cè)定，全鉀用火焰光度計(jì)法[15]測(cè)定。

氮（磷、鉀）吸收量（kg/hm2）=（籽粒產(chǎn)量×籽粒養(yǎng)分含量+秸稈產(chǎn)量×秸稈養(yǎng)分含量）/100;

氮肥利用率（NRE）=（施氮處理地上部氮素吸收量-缺氮處理地上部氮素吸收量）/施氮量×100%;

植株氮素吸收效率（NUP）=施氮區(qū)地上部氮吸收量/施氮量×100%;

氮肥農(nóng)學(xué)效率（NAE，kg/kg）=（施氮處理籽粒產(chǎn)量-缺氮處理籽粒）/施氮量;

氮肥偏生產(chǎn)力（NPFP，kg/kg）=施氮處理籽粒產(chǎn)量/施氮量。

1.5?數(shù)據(jù)處理?數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007軟件，方差分析采用DPS V7.05統(tǒng)計(jì)軟件，多重比較采用LSD法。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同施肥處理對(duì)水稻植株性狀的影響

由表2可知，不同施肥處理對(duì)水稻各生長(zhǎng)時(shí)期的植株性狀均有一定影響。缺氮（T2）、減肥20%缺氮（T4）處理與缺氮有機(jī)配施處理（T9）的株高、SPAD、穗長(zhǎng)均低于其他處理，彼此間無(wú)顯著差異，株高、SPAD與其他處理間差異顯著，缺氮有機(jī)配施處理（T9）的株高、SPAD均顯著低于缺氮有機(jī)配施處理（T10～T12），表明氮肥是影響水稻生長(zhǎng)的主要因素，缺氮配施少量的有機(jī)肥對(duì)植株性狀提高不明顯。常規(guī)施肥（T1）各植株性狀均最高，減肥20%常規(guī)施肥均極顯著低于常規(guī)施肥（T1），表明化肥減施20%不利于水稻生長(zhǎng)。各有機(jī)配施處理（T5～T8）與缺氮有機(jī)配施處理（T9～T12）的植株性狀均隨著有機(jī)肥的增施而提高，有機(jī)配施處理（T8）的植株生長(zhǎng)情況均相比其他有機(jī)配施處理弱，表明配施有機(jī)肥一定程度上促進(jìn)植株生長(zhǎng)，而在常規(guī)減肥條件下，過(guò)量施用有機(jī)肥對(duì)植株生長(zhǎng)作用不大。有機(jī)配施處理（T5～T8）與減肥常規(guī)處理（T3）分蘗期的株高差異不顯著，成熟期的有機(jī)配施處理（T7）的株高顯著高于有機(jī)配施處理（T5、T8）與減肥常規(guī)處理（T3），有機(jī)配施處理（T6～T8）的植株葉綠素含量極顯著高于有機(jī)配施處理（T5）與減肥常規(guī)處理（T3），有機(jī)肥配施處理（T7）的穗長(zhǎng)顯著高于有機(jī)配施處理（T5）與減肥常規(guī)處理（T3），表明配施有機(jī)肥對(duì)分蘗期株高影響不大，適量配施有機(jī)肥植株的葉綠素與成熟期株高和穗長(zhǎng)提高明顯。

2.2?不同施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由表3可知，所有處理中，常規(guī)施肥（T1）的有效穗、實(shí)粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量均最高，與減肥20%常規(guī)處理（T3）呈極顯著差異。常規(guī)缺氮處理（T2）顯著高于減肥20%常規(guī)處理（T4），差異不顯著，表明磷鉀肥對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成也有一定的影響。各有機(jī)配施處理（T5～T8）與缺氮有機(jī)配施處理（T9～T12）產(chǎn)量及其構(gòu)成均隨著有機(jī)肥量的增加呈上升趨勢(shì)。產(chǎn)量方面，有機(jī)配施處理（T7、T8）與缺氮有機(jī)配施處理（T11、T12）分別極顯著高于有機(jī)配施處理（T5、T6）與缺氮有機(jī)配施處理（T9、T10），有機(jī)配施處理T7與T8以及缺氮有機(jī)配施處理T11與T12的產(chǎn)量間均無(wú)顯著差異，說(shuō)明在常規(guī)減肥20%導(dǎo)致水稻減產(chǎn)的情況下，適量增施有機(jī)肥能提高水稻產(chǎn)量，但當(dāng)有機(jī)肥達(dá)到一定量時(shí)，再增施對(duì)其增產(chǎn)的作用不大。

2.3?不同施肥處理對(duì)水稻植株養(yǎng)分吸收量的影響

由表4可知，不同處理對(duì)水稻養(yǎng)分積累存在不同的影響。各養(yǎng)分積累量在減肥20%有機(jī)肥配施區(qū)（T5～T8）整體高于缺氮減肥20%有機(jī)肥配施區(qū)（T9～T12），表明氮素能有效促進(jìn)水稻養(yǎng)分吸收。在常規(guī)減肥處理中氮的養(yǎng)分積累為T1>T3>T2>T4，差異極顯著，表明減肥20%極顯著地降低了氮素的吸收積累。減肥20%配施有機(jī)肥的處理中，吸氮量和吸鉀量隨著有機(jī)施肥量增加呈先增后降的趨勢(shì)，處理T5～T7逐級(jí)顯著增加，有機(jī)肥再增施至處理T8水平時(shí)，吸收氮和鉀的數(shù)量又顯著下降，表明過(guò)量施入有機(jī)肥會(huì)抑制氮、鉀養(yǎng)分的吸收積累;而磷素的吸收量均隨有機(jī)肥用量的增加而顯著提高。化肥減量20%的情況下，隨著配施有機(jī)肥用量的增加（T5～T8），水稻吸收磷、鉀養(yǎng)分逐級(jí)顯著提高，且均顯著高于常規(guī)施肥，這表明有機(jī)肥中含有較多的磷、鉀養(yǎng)分，能促進(jìn)水稻對(duì)磷、鉀的吸收。

2.4?不同施肥處理對(duì)水稻氮肥利用率的影響

由表5可知，所有施氮處理中，減肥20%處理（T3）的氮肥利用率、氮素吸收效率、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力相比常規(guī)處理（T1）均有所提高，差異顯著，表明減肥20%能有效提高水稻的氮肥利用率與農(nóng)學(xué)效率。有機(jī)配施處理（T7）的氮肥利用率、氮素吸收效率最高，與其他處理差異顯著，氮肥農(nóng)學(xué)效率僅次于減肥20%處理（T3），差異不顯著，有機(jī)配施處理（T5～T8）的氮肥偏生產(chǎn)力隨有機(jī)肥的增施而提高，氮肥利用率、植株氮素吸收效率、氮肥農(nóng)學(xué)效率在有機(jī)配施處理（T5～T7）呈同樣趨勢(shì)，但有機(jī)配施處理（T8）有所降低，表明施用有機(jī)肥能在一定程度上提高氮肥利用率與農(nóng)學(xué)效率，但過(guò)量施用不利于作物養(yǎng)分吸收，導(dǎo)致氮肥利用率與農(nóng)學(xué)效率降低。

3?結(jié)論與討論

氮肥是影響水稻植株性狀和收獲情況的主要因素，在一定用量范圍內(nèi)，增施氮肥可以促進(jìn)有效分蘗產(chǎn)生，穗數(shù)增多，產(chǎn)量顯著提高[16]。該試驗(yàn)中常規(guī)施肥缺氮（T2）、缺氮減肥20%（T4）和缺氮有機(jī)肥配施（T9～T12）水稻植株的葉綠素、株高以及產(chǎn)量均顯著差于非缺氮處理，表明在氮肥缺失下，單純施用有機(jī)肥對(duì)植株生長(zhǎng)及收獲作用不大。該試驗(yàn)中常規(guī)減肥20%的植株性狀顯著差于常規(guī)施肥，植株的吸氮量也顯著降低，表明化肥減施減少了植株的氮素積累，無(wú)法滿足水稻生長(zhǎng)中對(duì)養(yǎng)分的需求，導(dǎo)致減肥處理生長(zhǎng)能力較弱。隨著有機(jī)肥的增加，水稻植株的長(zhǎng)勢(shì)情況相比減肥條件下得到有效改善，但當(dāng)有機(jī)肥施用量達(dá)15 000 kg/hm2時(shí)，氮素吸收顯著降低，水稻植株性狀均有所降低。表明配施有機(jī)肥一定程度上促進(jìn)植株生長(zhǎng)，但過(guò)量施用有機(jī)肥可能會(huì)抑制植株生長(zhǎng)。研究表明高量有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施，會(huì)使水稻前期養(yǎng)分供應(yīng)太少，導(dǎo)致養(yǎng)分吸收不足[17]，影響植株生長(zhǎng)，這與該研究結(jié)果基本一致。

常規(guī)施肥條件下，化肥減施會(huì)導(dǎo)致一定程度的減產(chǎn)，該研究中常規(guī)處理的有效穗、實(shí)粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量均最高，與減肥20%常規(guī)處理呈極顯著差異。有機(jī)肥的增施使產(chǎn)量得到顯著提高，可能由于有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施，提高了功能葉的凈光合速率，增加水稻前期干物質(zhì)的積累，從而提高水稻產(chǎn)量[18-19]，但高量施用有機(jī)肥對(duì)其增產(chǎn)作用很小，當(dāng)有機(jī)肥施用量達(dá)15 000 kg/hm2時(shí)，水稻產(chǎn)量不再大幅度增加。朱菜紅等[20]研究指出有機(jī)肥與化肥必須適量施用，過(guò)量施用可能會(huì)影響根系微生物活性，使作物對(duì)養(yǎng)分的吸收率降低，導(dǎo)致減產(chǎn)。該研究中高量施用有機(jī)肥雖未出現(xiàn)減產(chǎn)，但增產(chǎn)效果相比前3個(gè)有機(jī)肥增施梯度大幅度減弱。

化肥過(guò)量施用會(huì)降低肥料的利用效率，該研究中減肥20%的氮肥利用率與農(nóng)學(xué)效率顯著高于常規(guī)施肥。氮肥的利用率與農(nóng)學(xué)效率隨著有機(jī)肥的增加而提高，當(dāng)有機(jī)肥施用量達(dá)7 500 kg/hm2時(shí)，與減肥20%處理無(wú)顯著差異，但有機(jī)肥施用量達(dá)15 000 kg/hm2時(shí)，兩者均有所降低。

在常規(guī)施肥減量20%的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增施有機(jī)肥，利于氮磷鉀養(yǎng)分的積累，對(duì)水稻生長(zhǎng)和養(yǎng)分積累較為有利。施用量為11 250 kg/hm2時(shí)，氮肥的利用效率、農(nóng)學(xué)效率和產(chǎn)量均得到有效提高，有機(jī)肥施用量達(dá)15 000 kg/hm2時(shí)，氮素利用效率較低，產(chǎn)量增加也有限。綜合考慮水稻產(chǎn)量與氮素利用效率，建議在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上減肥20%，有機(jī)肥施用量以11 250 kg/hm2為宜。

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