不同比例有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)水稻產(chǎn)量與氮素利用率的影響

許丹陽(yáng)，李虹穎，孫義祥，鄔 剛，王家寶，袁嫚嫚，王佩旋，張祥明，束孝海

（1養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，合肥 230031；2安徽省南陵縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，安徽蕪湖 238000）

0 引言

中藥渣是中藥提取活性成分后的殘留物，年排放量可達(dá)3000萬t[1-4]。長(zhǎng)期以來，中藥渣資源在農(nóng)作物、飼料以及工業(yè)方面不斷探索綜合再利用，但由于中藥渣前處理難度大，使用量小[5-6]，堆放、填埋、焚燒等傳統(tǒng)處理方式既造成土地等資源被占用浪費(fèi)，也破壞了生態(tài)環(huán)境，中藥渣處理已成為中藥企業(yè)發(fā)展的瓶頸[7-8]。中藥渣肥料化是實(shí)現(xiàn)中藥渣等有機(jī)廢棄物資源化的最主要途徑[9]。

中藥渣經(jīng)一次提取后，約30%活性成分仍殘留在藥渣中，既含有大量微量元素、蛋白質(zhì)和纖維素，又富含磷、鉀、氮、有機(jī)質(zhì)以及大量Fe、Zn、Mn等微量元素和特殊成分[1]。利用中藥渣和秸稈、畜禽糞污等共同發(fā)酵，待其腐爛分解后生產(chǎn)有機(jī)肥，可提高作物產(chǎn)量和提高土壤肥力。研究表明，以中藥渣和玉米秸稈、麩皮等生產(chǎn)有機(jī)肥，氮磷鉀的總含量為5.51%，有機(jī)質(zhì)含量為49.66%，實(shí)現(xiàn)了中藥渣的資源化利用[10]。例如婦科千金片藥渣所制成的有機(jī)肥，就能提高半夏出芽率和質(zhì)量[11]。不同種類的中藥渣均能促進(jìn)紫蘇生長(zhǎng)，且能改善根系結(jié)構(gòu)，增加葉片面積，提高紫蘇酚類物質(zhì)的積累量[12]。黃芪藥渣生物有機(jī)肥有利于提高油菜籽品質(zhì)[13]，合理施用有機(jī)肥能增加水稻干物質(zhì)量，提高結(jié)實(shí)率，增加千粒重，從而提升水稻產(chǎn)量[14-16]。研究發(fā)現(xiàn)，短期條件下施用有機(jī)肥反而導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，但長(zhǎng)期連續(xù)施用情況下，施用有機(jī)肥的產(chǎn)量水平達(dá)到甚至超過化肥處理[17]，由此可見，合理高效的施肥模式對(duì)于作物增產(chǎn)、土壤肥料吸收與利用、環(huán)境保護(hù)都有明顯效果，既可防止農(nóng)田地力退化，又能提高土地的可持續(xù)生產(chǎn)能力[18-21]。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究的一大熱點(diǎn)就是化肥減量配施方式的效果，而有機(jī)肥配施化肥是其中一項(xiàng)重要手段。目前關(guān)于中藥渣有機(jī)肥的研究很多體現(xiàn)在同等條件下添加中藥渣肥的作用效果上[17]，針對(duì)化肥減量配施中藥渣有機(jī)肥的研究相對(duì)較少，具體到單季水稻施用條件下中藥渣有機(jī)肥氮能否替代化肥氮、最佳比例等問題的研究缺乏充分實(shí)踐檢驗(yàn)。本研究以亳州市康樓禽業(yè)有限公司中藥渣資源和畜禽糞污等為原料，利用微生物菌發(fā)酵研制有機(jī)肥為研究對(duì)象，探討不同比例有機(jī)肥替代化肥對(duì)水稻產(chǎn)量及氮肥利用的影響，綜合評(píng)估有機(jī)肥氮替代化肥氮配施效果，以期為農(nóng)作物提質(zhì)增效和實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物資源化利用提供新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年在安徽省南陵縣許鎮(zhèn)鎮(zhèn)(118°24'33″E，31°4'54″N)進(jìn)行，試驗(yàn)基地屬北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫15～16℃，年均日照時(shí)數(shù)為2000 h，年均降水量為1200 mm，每年無霜期達(dá)219～240天。該地區(qū)以水稻種植為主，土壤類型為潴育型水稻土亞類。0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)23.02 g/kg，全氮1.56 g/kg，有效磷8.56 mg/kg，有效鉀112.25 mg/kg，pH 5.57。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

此次田間小區(qū)試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)6個(gè)處理，3次重復(fù)。不同小區(qū)間以泥土做田埂，蓋上農(nóng)用薄膜進(jìn)行隔離，防止養(yǎng)分滲漏。重復(fù)的小區(qū)之間設(shè)排灌溝，各小區(qū)均單設(shè)進(jìn)出口、排水口，并在外圍設(shè)保護(hù)行。小區(qū)面積30 m2，水稻密度25萬穴/hm2。對(duì)照處理(CK)不施肥。處理1為單施化肥（生物有機(jī)肥0%），氮肥(N)用量180 kg/hm2，氮肥運(yùn)籌基肥、蘗肥、穗肥比例為5:3:2；磷肥(P2O5)用量82.5 kg/hm2；鉀肥(K2O)用量90 kg/hm2。處理2為化肥減施25%+1500 kg/hm2生物有機(jī)肥(25%)，與處理1等養(yǎng)分，各施肥處理分別扣除有機(jī)肥氮磷鉀含量后用尿素、過磷酸鈣和氯化鉀補(bǔ)齊，氮肥運(yùn)籌基肥、蘗肥、穗肥比例為5:3:2。處理3為化肥減施50%+3000 kg/hm2生物有機(jī)肥(50%)，與處理1等養(yǎng)分，各施肥處理分別扣除有機(jī)肥氮磷鉀含量后用尿素、過磷酸鈣和氯化鉀補(bǔ)齊，氮肥運(yùn)籌基肥、蘗肥、穗肥比例為5:3:2。處理4為化肥減施75%+有機(jī)肥5000 kg/hm2(75%)。處理5為單施有機(jī)肥7000 kg/hm2(100%)。商品有機(jī)肥N、P2O5和K2O含量分別為2.52%、1.53%和1.26%。供試水稻品種為‘深兩優(yōu)867’。

1.3 分析、測(cè)定指標(biāo)及計(jì)算方法

氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮素收獲指數(shù)的計(jì)算如式(1)～(3)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本研究采用SAS 9.0軟件和LSD對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由表1看出，等氮量中，施用有機(jī)肥的平均產(chǎn)量為8727 kg/hm2，處理2替代化肥最高，為9386 kg/hm2，比單施化肥增產(chǎn)9.06%，再增加有機(jī)肥比例有減產(chǎn)趨勢(shì)。施肥處理與不施肥對(duì)照處理產(chǎn)量差異達(dá)到顯著水平，處理2與處理5產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平。說明在等氮量條件下，施用有機(jī)肥用量比例應(yīng)掌握適宜比例，超過25%時(shí)產(chǎn)量有所下降?；时壤?x)與產(chǎn)量(y)的回歸方程為y=-150.06x2+106.04x+585.02，R2=0.6712，計(jì)算得出適宜有機(jī)肥部分替代化肥比例為35.3%，產(chǎn)量可達(dá)到9057 kg/hm2。本試驗(yàn)條件下，有機(jī)肥部分替代化肥比例為35%，可以實(shí)現(xiàn)最高產(chǎn)量。

表1 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

2.2 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表2可知，等氮量條件下，與單施化肥比較，有機(jī)肥部分替代化肥處理對(duì)有效穗、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率均無顯著影響，隨著有機(jī)肥增施比例的增加，千粒重有增加的趨勢(shì)，處理5與不施有機(jī)肥處理差異達(dá)顯著水平。產(chǎn)量與有效穗、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重間相關(guān)分析表明，對(duì)拋秧早稻產(chǎn)量影響的直接貢獻(xiàn)率由大到小為結(jié)實(shí)率(0.9859**)，有效穗(0.9485**)、每穗實(shí)粒數(shù)(0.9300**)，對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)極顯著性水平，千粒重(0.1516)對(duì)產(chǎn)量的影響不明顯。本試驗(yàn)條件下，有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量影響首先要提高結(jié)實(shí)率，其次是增加有效穗數(shù)。在此基礎(chǔ)上，注意提高穗實(shí)粒數(shù)并適當(dāng)提高千粒重。因此，在等氮肥用量條件下，合理的有機(jī)肥比例有利于增加結(jié)實(shí)率、有效穗數(shù)和穗粒數(shù)。

表2 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.3 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)水稻生產(chǎn)氮肥利用率的影響

由表3可知，施氮量相同時(shí)，合理使用有機(jī)肥部分替代化肥有利于水稻積累養(yǎng)分，提高其養(yǎng)分吸收利用率，處理2的總吸氮量、氮肥利用率、氮素收獲指數(shù)和氮肥農(nóng)學(xué)利用率達(dá)到最高，氮肥利用率46.6%，相比其他比例達(dá)到顯著水平。總吸氮量、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮素收獲指數(shù)差異不顯著，這可能是由于有機(jī)肥的緩效作用提高了后期籽粒和秸稈的含氮量。隨著有機(jī)肥比例的增加，每100 kg籽粒需氮量增加，差異不顯著，因此當(dāng)季施用有機(jī)肥的氮養(yǎng)分以25%替代化肥最佳。

表3 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)水稻氮肥利用率的影響

3 討論

3.1 有機(jī)肥氮部分替代化肥氮對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

研究表明，有機(jī)肥配合化肥施用能產(chǎn)生顯著效果，能促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)和產(chǎn)量的增加，對(duì)水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的促進(jìn)作用最大[22-24]。水稻、小麥、油菜等作物有機(jī)氮比例在20%～30%、礦質(zhì)氮供應(yīng)比例在70%～80%時(shí)，產(chǎn)量最高[25-27]。當(dāng)選擇氮用量180 kg/hm2、有機(jī)肥料氮的替代率為15%～30%的處理，或240 kg/hm2、10%～20%的組合時(shí)，水稻的稻谷產(chǎn)量能有顯著增加[18]，此時(shí)土壤中氮素養(yǎng)分的釋放較為穩(wěn)定，其中礦質(zhì)氮占比高，水稻氮素累積達(dá)到最大，導(dǎo)致水稻稻谷產(chǎn)量得到提高。這些研究與本研究結(jié)論總體上保持一致。本試驗(yàn)在等氮量下以合理比例有機(jī)肥氮替代化肥氮，有利于提高結(jié)實(shí)率，其次是增加有效穗數(shù)，25%有機(jī)肥替代化肥處理的產(chǎn)量最高，比單施化肥增產(chǎn)9.06%，根據(jù)回歸計(jì)算有機(jī)肥部分替代化肥比例為35.3%時(shí)產(chǎn)量可達(dá)到9057 kg/hm2。

3.2 有機(jī)肥氮部分替代化肥氮不同比例對(duì)水稻吸氮量和氮素利用率的影響

研究表明，等氮量下，不同年限施用合理比例的有機(jī)肥氮替代化肥氮，水稻產(chǎn)量也是不同的。5年水稻中的前3年水稻產(chǎn)量均是單施化肥處理最高。而后2年有機(jī)肥施用年限越長(zhǎng)，水稻產(chǎn)量提高幅度越大[18]。試驗(yàn)處理后的土壤礦質(zhì)態(tài)氮和微生物生物量氮在水稻分蘗期前含量較低，而在抽穗期至灌漿期則顯著高于其他處理，土壤氮素供應(yīng)的變化情況與水稻吸收利用氮素的規(guī)律高度吻合，促進(jìn)了氮素累積量、生物量乃至水稻產(chǎn)量的增加，顯著提高了水稻的氮肥吸收利用率[22]。中后期，有機(jī)肥高量配施處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，供氮能力最強(qiáng)，因此產(chǎn)量最高。隨著有機(jī)肥配施比例的增加，微生物固定氮素增加，引起供給作物的養(yǎng)分不足[19]。通過2年定位試驗(yàn)有機(jī)肥配比在25%時(shí)，氮肥的吸收利用率和水稻產(chǎn)量均達(dá)到最高，但肥料利用率在50%、75%配比時(shí)無明顯變化[28]。本試驗(yàn)中，與單施化肥處理相比，有機(jī)無機(jī)肥配施處理水稻吸氮量、氮肥吸收利用率無顯著差異，但是氮肥生理利用率、農(nóng)學(xué)利用率顯著提高。

4 結(jié)論

在等氮量下以合理比例有機(jī)肥氮替代化肥氮，有利于提高結(jié)實(shí)率、增加有效穗數(shù)。25%有機(jī)肥替代化肥處理的產(chǎn)量最高，比單施化肥增產(chǎn)9.06%，根據(jù)回歸計(jì)算有機(jī)肥部分替代化肥比例為35.3%為宜，產(chǎn)量可達(dá)到9057 kg/hm2。

在等氮量下，有機(jī)肥替代25%化肥氮肥吸收利用率最高，可達(dá)到46.6%，而在水稻總吸氮量、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮素收獲指數(shù)方面，等氮處理不同比例情況下差異不顯著。

在等氮量下，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中，有機(jī)肥施用比例25%～35%是較理想的施肥比例。