商品有機(jī)肥連續(xù)部分替代化肥對水稻產(chǎn)量和氮肥效率的影響

鄒建祥， 寧運(yùn)旺， 王孟蘭， 蘇 舜

(1.江蘇省南京市江寧區(qū)耕地質(zhì)量保護(hù)站，江蘇南京 211100； 2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院資源與環(huán)境研究所，江蘇南京 210014)

有機(jī)肥含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氨基酸、蛋白質(zhì)等有機(jī)養(yǎng)分，同時也含有氮、磷、鉀等無機(jī)養(yǎng)分[1-2]，在我國農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中一直發(fā)揮著重要的作用。大量研究證明，施用有機(jī)肥不僅可以培肥地力，提高作物產(chǎn)量，更可以改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)[3-5]。有機(jī)肥料與化學(xué)肥料配合施用可培育良好的土壤生態(tài)環(huán)境[6]。目前，有機(jī)肥在果菜茶中的應(yīng)用較普遍，而在糧食作物中應(yīng)用較少。據(jù)估計(jì)，江蘇有機(jī)資源2.2億t/年，可生產(chǎn)約7 000萬t商品有機(jī)肥，江蘇糧食作物種植面積占耕地面積的70%左右，因此從長遠(yuǎn)來看，僅依靠果菜茶等經(jīng)濟(jì)作物遠(yuǎn)不能消納有機(jī)資源，商品有機(jī)肥用于糧食作物生產(chǎn)是有機(jī)資源的必然出路之一。本研究旨在通過研究連續(xù)施用商品有機(jī)肥對水稻產(chǎn)量、氮磷鉀利用率的影響，為有機(jī)肥在水稻上的推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

田間試驗(yàn)于江蘇省南京市江寧區(qū)湖熟現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)(31°48′41″N、119°55′30″E)進(jìn)行，年降水量 1 116.3 mm，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫15.7 ℃，無霜期為224 d。試驗(yàn)田土壤為潛育型水稻土，質(zhì)地為黏土。試驗(yàn)開始前0～20 cm土壤pH值為6.50，有機(jī)質(zhì)含量27.46 g/kg，全氮含量 1.88 g/kg，有效磷含量15.88 mg/kg，速效鉀含量154 mg/kg。供試水稻品種為本區(qū)域普遍種植的優(yōu)質(zhì)品種南粳46。供試化肥分別為含N 46.2%的中顆粒尿素和45%的復(fù)合肥(N、P2O5、K2O含量均為15%)，商品有機(jī)肥(含有機(jī)質(zhì)31%、N 0.9%、P2O55.1%、K2O 3.1%)由南京三美農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)于2019—2021年開展，設(shè)連續(xù)不施肥、當(dāng)年不施肥、常規(guī)施肥和商品有機(jī)肥部分替代化肥(替代25.0%的化肥氮)4個處理，大區(qū)設(shè)計(jì)，各處理以防滲水泥墻隔離，墻體入土50 cm、高出土表25 cm。各處理單排單灌，其面積、氮磷鉀肥用量和氮肥運(yùn)籌比例見表1。

表1 不同處理的氮磷鉀肥用量和氮肥運(yùn)籌

1.3 田間管理

基肥表施、旋耕、打漿后于當(dāng)年6月初人工移栽，6月下旬追施分蘗肥，7月下旬至8月上旬追施穗肥。水分管理采用薄水移栽、淺水分蘗、夠苗擱田、寸水揚(yáng)花，抽穗后干濕交替。各處理病蟲草害防治措施一致。

1.4 取樣與分析

試驗(yàn)開始前取0～20 cm原始土樣，2021年11月取各處理0～20 cm土壤樣。每季水稻收獲前，每個大區(qū)均勻布置3個取樣點(diǎn)，每個取樣點(diǎn)隨機(jī)選擇20穴，調(diào)查總有效穗數(shù)，隨機(jī)選取20穗長勢中等的稻株，齊地剪斷，帶回室內(nèi)考查穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，隨后留樣。土壤pH值用IQ-150型pH計(jì)測定，土壤有機(jī)質(zhì)、全N、有效磷和速效鉀含量測定參照鮑士旦的方法[7]測定。用凱氏滴定法測定植株全氮。

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)

氮肥當(dāng)季利用率和累積利用率分別以當(dāng)年不施肥區(qū)和連續(xù)不施肥區(qū)的養(yǎng)分?jǐn)z取量作為無氮區(qū)的近似估計(jì)值，按照公式(1)和公式(2)計(jì)算；氮肥當(dāng)季農(nóng)學(xué)效率和累積農(nóng)學(xué)效率分別以當(dāng)年不施肥區(qū)和連續(xù)不施肥區(qū)的籽粒產(chǎn)量作為無氮區(qū)的近似估計(jì)值，按照公式(3)和公式(4)計(jì)算；氮肥偏生產(chǎn)力和氮素收獲指數(shù)按照公式(5)和公式(6)計(jì)算[8]。

氮肥當(dāng)季利用率=(施肥區(qū)吸氮量-當(dāng)年不施肥區(qū)吸氮量)/施氮量×100%；

(1)

氮肥累積利用率=(施肥區(qū)累積吸氮量-連續(xù)不施肥區(qū)累積吸氮量)/累積施氮量×100%；

(2)

氮肥當(dāng)季農(nóng)學(xué)效率=(施肥區(qū)籽粒產(chǎn)量-當(dāng)年不施肥區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮量；

(3)

氮肥累積農(nóng)學(xué)效率=(施肥區(qū)累積籽粒產(chǎn)量-連續(xù)不施肥區(qū)累積籽粒產(chǎn)量)/累積施氮量；

(4)

氮肥偏生產(chǎn)力=籽粒產(chǎn)量/施氮量；

(5)

氮素收獲指數(shù)=籽粒吸氮量/(籽粒吸氮量+秸稈吸氮量)；

(6)

采用IBM SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，用單因素方差分析比較平均值差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量組成

由表2可見，水稻產(chǎn)量年際間變化較大，2021年由于花期遭遇高溫，致使穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率大幅減少，產(chǎn)量明顯下降。水稻產(chǎn)量組成因素單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量之間存在“此消彼長”的關(guān)系，有機(jī)肥部分替代化肥的第一年，單位面積穗數(shù)明顯減少，但穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量都明顯增加。與常規(guī)施肥比較，連續(xù)不施肥水稻產(chǎn)量第一年、第二年和第三年分別顯著下降33.7%、49.1%和38.6%；而當(dāng)季不施肥分別顯著下降31.8%、33.3%和11.7%；表明連續(xù)2年不施肥對水稻產(chǎn)量的影響逐漸增加，而僅當(dāng)季不施肥對水稻產(chǎn)量的影響相對穩(wěn)定，正常條件下水稻產(chǎn)量約有66.7%～68.2%來自土壤；在遭遇自然災(zāi)害時不施肥和常規(guī)施肥的產(chǎn)量差異反而有所縮小，可能與不施肥下水稻生育期提前，避免高溫?fù)P花有關(guān)；也可能少部分與不施肥提高水稻抗逆能力有關(guān)。連續(xù)不施肥的第二年和第三年，水稻產(chǎn)量比當(dāng)季不施肥顯著減少23.8%和30.7%，表明施肥既是水稻獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是維持地力產(chǎn)量的基礎(chǔ)。商品有機(jī)肥部分替代化肥，第一年水稻產(chǎn)量比常規(guī)施肥略增2.7%，第二年略減2.6%，第三年增產(chǎn)1.1%，但產(chǎn)量差異均不顯著，表明有機(jī)肥連續(xù)部分替代化肥可穩(wěn)定水稻產(chǎn)量。

表2 不同施肥處理的水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量組成

2.2 氮素吸收和分配

不同年際間的水稻吸氮量相對穩(wěn)定(圖1)，2019—2021年常規(guī)施肥的水稻吸氮量分別為208.4、198.5、199.5 kg/hm2。與常規(guī)施肥比較，連續(xù)不施肥第一年、第二年和第三年的水稻吸氮量分別占常規(guī)施肥的45.9%、36.3%和35.7%；而3年當(dāng)季不施肥的水稻吸氮量分別占常規(guī)施肥的44.5%、55.7%和62.1%；有機(jī)肥部分替代化肥的水稻吸氮量連續(xù)3年均與常規(guī)施肥無顯著差異。連續(xù)不施肥第二年和第三年， 氮素收獲指數(shù)分別比當(dāng)季不施肥顯著降低8.0%和7.5%；而有機(jī)肥部分替代化肥與常規(guī)施肥比較，第一年的氮素收獲指數(shù)非常接近，第二年略減2.1%，第三年顯著降低9.3%。表明連續(xù)不施肥水稻吸氮量在第二年快速下降、第三年趨于穩(wěn)定，有機(jī)肥部分替代化肥對水稻吸氮量的影響不顯著；連續(xù)不施肥可明顯降低氮素收獲指數(shù)，有機(jī)肥部分替代化肥也有降低水稻氮素收獲指數(shù)的趨勢。

2.3 氮肥效率

由表3可見，不同年際間水稻氮肥當(dāng)季利用率和農(nóng)學(xué)效率差異較大，而氮肥累積利用率和農(nóng)學(xué)效率相對穩(wěn)定，不同年際間的氮肥偏生產(chǎn)力有顯著差異。連續(xù)3年有機(jī)肥部分替代化肥處理的氮肥效率顯著高于常規(guī)施肥；2019—2021年有機(jī)肥部分替代化肥的氮肥當(dāng)季利用率分別比常規(guī)施肥提高11.6、3.4、9.4百分點(diǎn)，氮肥累積利用率分別提高11.2、9.4、11.5百分點(diǎn)，氮肥當(dāng)季農(nóng)學(xué)效率分別提高44.3%、25.5%和46.7%，氮肥累積農(nóng)學(xué)效率分別提高43.8%、33.6%和34.1%，氮肥偏生產(chǎn)力分別提高37.0%、30.0%和34.6%。表明有機(jī)肥部分替代化肥可明顯提高氮肥效率。

表3 不同施肥處理的氮肥效率

2.4 土壤肥力性狀

由表4可見，不同處理的土壤pH值以連續(xù)不施肥的最高，與連續(xù)施肥比較，當(dāng)年不施肥pH值下降0.14個單位，常規(guī)施肥pH值下降0.30個單位，有機(jī)肥部分替代化肥pH值下降0.58個單位，表明施肥尤其施用有機(jī)肥可加速土壤酸化。常規(guī)施肥和有機(jī)肥部分替代化肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀都無顯著差異，但都顯著高于當(dāng)年不施肥和連續(xù)不施肥，表明施肥有利于土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分積累。

表4 不同施肥處理的土壤理化性狀

3 討論與結(jié)論

作物吸收的養(yǎng)分大部分來自土壤[7]，對當(dāng)季作物來說，施肥不僅是為作物生長提供養(yǎng)分的措施，還是補(bǔ)充土壤養(yǎng)分庫虧缺的重要手段[9-10]。本研究中連續(xù)不施肥的水稻產(chǎn)量和土壤肥力均在第三年后快速下降，當(dāng)年不施肥的水稻產(chǎn)量和土壤肥力在3年后的下降幅度較小，而常規(guī)施肥和有機(jī)肥部分替代化肥處理不僅可保持水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，還可使土壤肥力得到一定提高，與前人研究一致。

有機(jī)無機(jī)配合施用既可滿足作物高產(chǎn)需求，又可保持土壤肥力穩(wěn)定提升，同時還可提高肥料效率、減少環(huán)境污染[11-13]，本研究的結(jié)果也表明，采用商品有機(jī)肥部分替代化肥，可在水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收保持穩(wěn)定的同時，其氮肥當(dāng)季和累積效率都顯著高于常規(guī)施肥。

綜上所述，連續(xù)采用商品有機(jī)肥部分替代化肥能提高水稻產(chǎn)量、氮肥效率和土壤肥力性狀。