有機肥替代化肥對稻谷產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響

摘 要：為了探討水稻土施用養(yǎng)殖廢棄物有機肥的適宜替代比例，采用盆栽試驗，研究了等養(yǎng)分條件下化肥配合施用30%、50%、60%、75%、100%的牛糞有機肥和豬糞有機肥對于水稻產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響。結(jié)果表明：水稻土施用60%牛糞有機肥＋化肥處理的稻谷產(chǎn)量顯著高于其他處理，施用50%～100%的豬糞有機肥＋化肥處理的稻谷產(chǎn)量顯著高于30%豬糞有機肥＋化肥處理；30%牛糞有機肥＋化肥、30%豬糞有機肥＋化肥處理的稻谷全氮含量顯著高于其他處理；在等氮量條件下，60%～100%的牛糞有機肥替代化肥、50%～100%的豬糞有機肥替代化肥均有助于水稻對氮素的吸收利用，氮素收獲指數(shù)和氮素利用效率均有所提高。總體上，土壤有機質(zhì)與全氮含量豐富的水稻土施用60%的牛糞有機肥或豬糞有機肥替代化肥，有利于提高稻谷產(chǎn)量與氮肥利用率。

關(guān)鍵詞：水稻土；替代化肥比例；氮素吸收利用；水稻產(chǎn)量

中圖分類號：S147.2；S511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-060X（2023）07-0050-04

Abstract：In order to explore the suitable application ratio of breeding waste as organic fertilizer in paddy soil， a pot experiment was conducted to study the effects of 30%， 50%， 60%， 75% and 100% cow manure or pig manure combined with chemical fertilizer on rice yield and nitrogen absorption and utilization under equal nutrient conditions. The results showed that the rice yield of 60% cow manure+chemical fertilizer treatment was significantly higher than that of the other treatments， and the rice yield of 50%-100% pig manure+chemical fertilizer treatment was significantly higher than that of 30% pig manure+chemical fertilizer treatment. The total nitrogen content of rice grain in 30% cow manure+chemical fertilizer treatment or in 30% pig manure+chemical fertilizer treatment was significantly higher than that in the other treatments. Under the condition of equal nitrogen amount， 60%-100% cow manure instead of chemical fertilizer and 50%-100% pig manure instead of chemical fertilizer both facilitated the absorption and utilization of nitrogen by rice， and the nitrogen harvest index and nitrogen use efficiency were improved. In general， the application of 60% cow manure or pig manure instead of partial chemical fertilizer to paddy soil with rich organic matter and total nitrogen is beneficial to improving rice yield and nitrogen use efficiency.

Key words：paddy soil; organic-inorganic fertilizer combination ratio; nitrogen uptake and utilization; rice yields

氮肥的合理施用是水稻持續(xù)高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的主要措施之一，有機肥與化肥配施結(jié)合了化肥的速效性和有機肥的持久性，不僅可獲得比單獨施用化肥更高或持平的稻谷產(chǎn)量，還能調(diào)控氮素養(yǎng)分供應(yīng)狀況，改善土壤供氮能力，是合理利用資源、提高土壤肥力、保持作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的施肥體制[1-2]。適宜的養(yǎng)殖廢棄物有機肥替代化肥在消納有機廢棄物的同時，可改善生態(tài)環(huán)境，減少化肥的投入，促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)，推動農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展[3]。國內(nèi)外針對有機肥替代化肥對土壤理化性質(zhì)、作物產(chǎn)量和肥料利用率的影響已開展大量研究，但最佳有機肥替代化肥比例在不同地區(qū)、不同土壤條件、不同肥源、不同作物上的研究結(jié)果不一致，存在較大差異[4]。任科宇等[5]研究表明，長江流域有機肥替代比例在30%～60%時能夠同時顯著提高水稻的產(chǎn)量和籽粒含氮量水稻產(chǎn)量和籽粒含氮量的影響；侯紅乾等[2]研究發(fā)現(xiàn)不同肥力水平稻田應(yīng)選擇適合的比例，中低肥力水平稻田以30%有機肥配施較為合適，而高肥力水平稻田宜選擇50%和70%有機肥配施較為合適；針對不同養(yǎng)殖廢棄物有機肥源，雙季稻體系豬糞替代50%化肥比施用100%化學(xué)氮肥能顯著提高土壤全氮含量，避免有機肥過量使用導(dǎo)致的養(yǎng)分徑流流失[6-7]；施用50%牛糞有機肥配施化肥既能保證水稻不減產(chǎn)，降低田面水中氮素濃度，還能提高土壤中氮素的累積[8-9]。養(yǎng)殖廢棄物有機肥還田是提高養(yǎng)分資源循環(huán)利用的有效途徑，而不同的養(yǎng)殖廢棄物有機肥替代化肥的適宜比例也存在差異，通過選取典型水稻土開展盆栽試驗，研究牛糞和豬糞有機肥的氮投入不同比例對土壤–水稻系統(tǒng)氮素利用效率及作物產(chǎn)量的影響，以期為牛糞、豬糞有機肥在水稻生產(chǎn)上的合理施用提供參考，為養(yǎng)殖廢棄物資源肥料化高效利用提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2021年在湖南省土壤肥料研究所農(nóng)場進(jìn)行，供試土壤為邵東市仙槎橋鎮(zhèn)石灰?guī)r風(fēng)化物發(fā)育的典型水稻土，土壤理化性質(zhì)為土壤pH值7.2、有機質(zhì)35.56 g/kg、全氮2.36 g/kg、全磷0.6 g/kg、全鉀11.39 g/kg、水解性氮129.48 mg/kg、有效磷4.14 mg/kg和速效鉀57 mg/kg。供試牛糞為長沙瑞隆肉牛養(yǎng)殖場自制牛糞有機肥，養(yǎng)分含量為氮（N）2.01%、磷（P2O5）1.73%、鉀（K2O）2.31%。供試豬糞為瀏陽灌山養(yǎng)殖場自制豬糞有機肥，養(yǎng)分含量為氮（N）3.53%、磷（P2O5）5.42%、鉀（K2O）2.65%。供試氮肥用尿素（含N量46%），磷肥用鈣鎂磷肥（含P2O5量12%），鉀肥用氯化鉀（含K量60%），均為市售化肥。供試水稻品種為金穗128號，由湖南省水稻研究所提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗盆缽選用底徑22 cm、口徑30 cm、高75 cm的塑料缽，每缽裝土10 kg。水稻盆栽試驗的施肥量為尿素2.17 g/盆、過磷酸鈣4.17 g/盆、氯化鉀1.00 g/盆，根據(jù)施用養(yǎng)殖固體廢棄物牛糞、豬糞的氮投入比例占總投入養(yǎng)分比例的30%、50%、60%、75%、100%分別計算試驗的施肥量，施用牛糞試驗設(shè)5個處理：A1（30%牛糞＋化肥），A2（50%牛糞＋化肥），A3（60%牛糞＋化肥），A4（75%牛糞＋化肥），A5（100%牛糞＋化肥）；施用豬糞試驗設(shè)5個處理：B1（30%豬糞＋化肥），B2（50%豬糞＋化肥），B3（60%豬糞＋化肥），B4（75%豬糞＋化肥），B5（100%豬糞＋化肥）；每個處理設(shè)4次重復(fù)，各處理等養(yǎng)分量設(shè)計，以等氮量為基準(zhǔn)，磷、鉀部分不足用化肥補充。氮肥基追比為6∶4，磷、鉀肥均為基肥，基肥于秧苗移栽前1 d施入，追肥于移栽后10 d施入，施肥后將土壤與肥料充分?jǐn)噭?，保證每盆的水層深度在2～3 cm且一致。水稻在7月下旬移栽，10月下旬收獲，水稻移栽前精細(xì)選苗，保證所移栽的水稻苗長相一致，栽水稻的盆缽每盆栽6株，作物生長期的試驗管理同常規(guī)試驗方法，搭棚遮擋雨水以防治雨水對試驗的影響。

1.3 樣品測定與方法

在水稻成熟期采集0～20 cm深度的土壤樣品，經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、過篩、混勻后由湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)化檢測中心按常規(guī)農(nóng)化分析方法測定，土壤堿解氮含量采用堿解擴散法測定。水稻成熟期將地上部分取回，將樣品在105℃殺青30 min后，65℃烘干至恒重并稱重后粉碎，采用凱氏法和杜馬斯法測定植株和稻谷的全氮含量。水稻成熟期測定植株株高、有效穗、分蘗數(shù)、實粒數(shù)、千粒重、谷重等各產(chǎn)量構(gòu)成因子。

氮素吸收、利用相關(guān)計算方法[10-11]如下：

氮素收獲指數(shù)=籽粒氮累積量/地上部植株總氮累積量

氮素吸收效率（kg/kg）=植株吸氮量/施氮量

氮素利用效率（kg/kg）=籽粒產(chǎn)量/植株氮累積量

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮區(qū)產(chǎn)量/總施氮量

采用Excel和SPSS 26.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用不同配比有機肥對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

水稻土施用不同配比牛糞和豬糞對水稻產(chǎn)量的影響如表1所示。施用牛糞有機肥后，A3（60%牛糞＋化肥）處理的稻谷產(chǎn)量顯著高于其他處理，而A1（30%牛糞＋化肥）處理低于其他處理；施用豬糞有機肥后，B2、B3、B4、B5的稻谷產(chǎn)量顯著高于B1處理，其中B5（100%豬糞＋化肥）處理的稻谷產(chǎn)量最高，而B1（30%豬糞＋化肥）處理顯著低于其他處理。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，水稻土施用牛糞有機肥后，A1（30%牛糞＋化肥）處理的株高顯著低于A3～A5處理；施用豬糞有機肥后，B1（30%豬糞＋化肥）處理的株高和實粒數(shù)均低于其他處理，而B5（100%豬糞＋化肥）處理的株高和實粒數(shù)均高于其他處理?？傮w上水稻土施用60%～100%配比的牛糞有機肥或豬糞有機肥有利于增加水稻植株的株高，施用牛糞有機肥以60%的替代比例對于稻谷產(chǎn)量的提高效果較好，施用豬糞有機肥50%～100%的替代比例有助于稻谷產(chǎn)量的提高。各有機肥替代化肥處理對水稻有效穗和千粒重影響不大，結(jié)果無顯著差異。

2.2 施用不同配比有機肥對土壤與水稻氮素的影響

水稻土施用不同配比牛糞有機肥對土壤堿解氮的影響不大，各處理無顯著差異；施用豬糞有機肥后，B4（75%豬糞＋化肥）處理的土壤堿解氮含量顯著低于其他處理。施用牛糞有機肥后，各處理間植株的全氮含量無顯著差異，而A1（30%牛糞＋化肥）處理的稻谷籽粒全氮含量顯著高于其他處理，其次為A2處理；施用豬糞有機肥后，B1（30%豬糞＋化肥）處理的植株和稻谷籽粒全氮含量均為最高。結(jié)果表明，30%牛糞＋化肥和30%豬糞＋化肥處理有利于稻谷籽粒對氮素的吸收，能提高水稻籽粒的氮素累積量。

2.3 施用不同配比有機肥對氮素利用率的影響

水稻土施用不同配比牛糞、豬糞有機肥對水稻氮素吸收利用的影響如表3所示。施用牛糞有機肥后，A1（30%牛糞＋化肥）處理的氮素收獲指數(shù)、氮素利用效率顯著低于A3、A4和A5處理，氮肥偏生產(chǎn)力顯著低于A3處理；施用豬糞有機肥后，B1（30%豬糞＋化肥）處理的氮素收獲指數(shù)、氮素利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力均顯著低于其他處理，氮素吸收效率顯著低于B5處理；在等氮量條件下，60%～100%的牛糞有機肥替代化肥、50%～100%的豬糞有機肥替代化肥均有利于水稻對氮素的吸收利用，氮素收獲指數(shù)和氮素利用效率均有所提高。

3 結(jié)論與討論

氮素與水稻生育進(jìn)程和產(chǎn)量等密切相關(guān)，有機肥化肥合理配施對于水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要作用[12]，有機替代的增產(chǎn)效果主要受管理措施、土壤因素和氣候條件等共同影響，而提升籽粒含氮量的效果主要受土壤因素的影響[5]。研究結(jié)果表明，在等氮量條件下，水稻土施用60%～100%配比的牛糞或豬糞有機肥有利于增加水稻植株的株高，與30%牛糞或豬糞有機肥替代化肥處理相比增產(chǎn)效果明顯，施用牛糞有機肥以60%的替代比例對于稻谷產(chǎn)量的提高效果較好，施用豬糞有機肥50%～100%的替代比例有助于稻谷產(chǎn)量的提高。

有機肥氮替代部分化肥有利于增加水稻的氮素積累量，提高水稻籽粒的氮素吸收量，促進(jìn)氮素向籽粒轉(zhuǎn)運，獲得更高的氮素利用率[12]。研究結(jié)果表明，在等氮量條件下，30%的牛糞有機肥替代化肥或豬糞有機肥替代化肥有利于提高水稻籽粒的含氮量，但從水稻的氮素利用率來看，30%替代比例的氮素收獲指數(shù)、氮素利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力顯著低于其他處理，而60%～100%的牛糞有機肥替代化肥、50%～100%的豬糞有機肥替代化肥均有利于對氮素的吸收利用，氮素收獲指數(shù)和氮素利用效率均有所提高。其原因可能是供試土壤有機質(zhì)含量豐富，中高量有機肥配施處理更有利于水稻的氮素供應(yīng)和水稻生長，獲得更高的稻谷產(chǎn)量[2]，肖大康等[3]研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機質(zhì)和全氮含量越高，有機替代處理比例適宜范圍越大，反之適宜范圍越小，這與研究結(jié)果基本一致。

在不同肥力水平下不同作物上，有機–無機肥配施的合適比例有所不同，在實際生產(chǎn)中氮肥有機替代比例應(yīng)當(dāng)綜合考慮土壤條件、施氮水平及有機替代比例對籽粒含氮量的影響，根據(jù)作物生長發(fā)育規(guī)律及養(yǎng)分吸收特點，選擇合適的肥料類型和配施比例[2-3]。任科宇等[5]研究表明少量的有機肥替代（≤30%）雖然能夠提高水稻的產(chǎn)量，但不能顯著提高籽粒的含氮量，而過量的有機肥替代對水稻產(chǎn)量和籽粒含氮量的提升效果不顯著，有機肥的替代比例應(yīng)控制在30%～60%。肖大康等[3]研究表明在土壤有機質(zhì)和全氮含量高的地區(qū)，氮肥有機替代比例可以適當(dāng)提高到60%～70%，中低水平下的則需降低至30%左右。綜上，在等氮量條件下，對于土壤有機質(zhì)與全氮含量豐富的水稻土以施用60%的牛糞有機肥或豬糞有機肥為較適宜的替代化肥比例，有利于提高稻谷產(chǎn)量與氮肥利用率。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）