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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