有機肥替代化肥對機插水稻產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響

張軍 周冬冬 方書亮 劉忠紅 王緒奎

（1 江蘇省淮安市農(nóng)業(yè)技術推廣中心，淮安 223001；2 江蘇省耕地質(zhì)量保護站，南京 210036）

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過量使用化肥，不僅會造成資源浪費，種植成本上升，還會帶來土壤養(yǎng)分失衡、水體富營養(yǎng)化、土壤硝態(tài)氮大量累積等問題，從而嚴重影響我國農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。有機肥部分替代化肥作為農(nóng)業(yè)減肥增效的重要措施，在改善農(nóng)田土壤理化性質(zhì)、提高作物生產(chǎn)力、減輕環(huán)境污染等方面具有積極作用[1]。近年來，前人在不同作物上進行了有機肥部分替代化肥的相關研究，例如，左其東等[2]研究認為，有機氮肥替代40%的化學氮肥，對小麥的增產(chǎn)效果最好；趙凱男等[3]研究認為，秸稈和有機肥配合替代1/3 的氮磷鉀化肥，不會降低冬小麥產(chǎn)量，反而會顯著提高干旱年份夏玉米周年產(chǎn)量及水分利用效率；許仁良等[4]認為，合理施用有機肥可以提高土壤微生物的數(shù)量和活性，提高土壤有機質(zhì)含量，進而增加水稻產(chǎn)量。

雖然有機肥無機肥混合施用能夠提高土壤肥力，進而提高作物對養(yǎng)分的吸收和利用效率，但是，不同種植地區(qū)及不同作物的有機肥適宜替代化肥的比例不同。淮安市是江蘇省水稻主產(chǎn)區(qū)，為實現(xiàn)水稻持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，當?shù)厮旧a(chǎn)中的化學氮肥施用量在不斷增加，每667 m2純氮施用量達25 kg 以上，這不僅降低了水稻的種植收益，還帶來了面源污染，故減施化學氮肥、保護土壤生態(tài)成為當?shù)厮揪G色生產(chǎn)的重要工作內(nèi)容。在此背景下，筆者以當?shù)卮竺娣e種植的優(yōu)質(zhì)食味粳稻品種為試驗對象，通過設置不同替代比例的有機肥替代化肥處理，研究了有機肥替代化肥對機插水稻產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響，以期探尋出淮安市水稻生產(chǎn)中有機肥替代化肥的最佳比例。現(xiàn)將相關試驗結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2022年在淮安市淮陰區(qū)馬頭鎮(zhèn)稻麥綜合示范基地內(nèi)進行。試驗田前茬作物為小麥(每667 m2產(chǎn)量為508.6 kg)，土壤類型為淤泥質(zhì)土，0～20 cm土層的土壤有機質(zhì)含量為21.03 g/kg、全氮含量為1.85 g/kg、速效磷含量為45.26 mg/kg、速效鉀含量為126.32 mg/kg。供試水稻品種為優(yōu)良食味中熟中粳品種‘南粳5 7 1 8’（審定編號：蘇審稻20210047）和‘南粳9308’（審定編號：蘇審稻20210038），均由江蘇省農(nóng)業(yè)科學院育成并提供。供試肥料為商品有機肥（以發(fā)酵牛糞為主要原料，N、P2O5、K2O 含量分別為1.8%、2.1%、2.8%，質(zhì)量分數(shù)，下同）、尿素(N含量為46.4%)、過磷酸鈣(P2O5含量為12.5%)、氯化鉀(K2O 含量為57%)，由揚州大學統(tǒng)一提供。

1.2 試驗設計

試驗采用“有機肥+化肥”配施的施肥模式，即在純氮施用量相同的條件下（每667 m2純氮施用量為20 kg），采用有機肥氮部分替代化肥氮。具體處理設計為：T0，不施氮肥對照（CK）；T1，當?shù)爻Ｒ?guī)施肥，只施化肥氮，不施有機肥氮；T2，有機肥氮20%替代化肥氮；T3，有機肥氮30%替代化肥氮；T4，有機肥氮40%替代化肥氮。試驗為大區(qū)試驗，不設重復，每處理區(qū)面積為1 000.5 m2，隨機排列。每個處理區(qū)之間筑35 cm 寬的土埂并覆蓋薄膜，以防串肥串水。

具體肥料運籌方案為：（1）氮肥?；Y肥純氮施用量∶穗肥純氮施用量=6∶4，其中，有機肥一次性基施，分蘗肥分別于水稻秧苗機插后第7 天和第12天分兩次等量施入，穗肥于水稻植株倒4葉和倒3葉分兩次等量施入。各處理的氮肥根據(jù)試驗設計進行換算后分別施入。（2）磷鉀肥。各處理磷鉀肥施用量相同，均為每667 m2施P2O56 kg、K2O 6 kg，各處理的磷鉀肥根據(jù)試驗設計進行換算后分別施入。其中，磷肥作基肥一次性施入，鉀肥分基肥和穗肥(倒4葉)兩次等量施入。

兩個水稻品種的各處理均于2022年5月25日進行塑料軟盤播種旱育秧，干籽播種量為120 g/盤。試驗田前茬小麥秸稈經(jīng)機械粉碎后全量還田(每667 m2秸稈還田量為453 kg)，還田后進行翻耕并灌水泡田2 d，然后進行再次翻耕。各處理區(qū)筑埂后施基肥，并進行人工翻耕整平，確保秸稈還田均勻。在6 月22 日進行秧苗機插，栽插規(guī)格統(tǒng)一為30 cm×12 cm，每穴栽4～5 苗，每667 m2栽8.1 萬苗。移栽后大田保持深3 cm 左右的淺水層；在有效分蘗臨界葉齡期、群體莖蘗數(shù)達到預期穗數(shù)80%時，開始擱田，分多次輕擱；在拔節(jié)至成熟期進行濕潤灌溉，至收獲前1周停止灌溉。病蟲草害防治依據(jù)當?shù)厮境Ｒ?guī)生產(chǎn)統(tǒng)一實施綠色防控。

1.3 測定內(nèi)容與方法

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構成

在水稻成熟期，每處理普查50 穴，計算單位面積有效穗數(shù)；每處理取樣5 穴，調(diào)查穗粒結構，并計算理論產(chǎn)量；各處理實割6 m2水稻進行實際產(chǎn)量測定。

1.3.2 莖蘗動態(tài)

每處理定點10 穴作為1 個觀察點，分別在水稻植株有效分蘗臨界葉齡期[（N-n)期]、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期調(diào)查群體莖蘗數(shù)。

1.3.3 群體葉面積指數(shù)、群體干物質(zhì)量和植株含氮率

在水稻（N-n）期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，每處理取代表性植株3穴。其中，1穴樣本采用長寬系數(shù)法測定并計算群體葉面積指數(shù)（LAI）；另外2穴樣本在105 ℃下殺青30 min、80 ℃烘箱烘至質(zhì)量恒定后，測定群體干物質(zhì)量。在水稻成熟期，全株樣品粉碎采用H2SO4-H2O2消化、半微量凱氏定氮法測定植株含氮率。

1.4 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計分析

計算公式：氮肥生理利用率（kg/kg）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)÷(施氮區(qū)地上部植株氮累積量-不施氮區(qū)地上部植株氮累積量）；氮素收獲指數(shù)=籽粒氮累積量÷地上部植株總氮累積量；氮肥農(nóng)學利用率（kg/kg）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)÷總施氮量。

用Excel 2010 軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 結果與分析

2.1 產(chǎn)量及其構成因素

由表1可知，有機肥替代化肥不同比例對優(yōu)質(zhì)食味粳稻的產(chǎn)量有較大影響，在替代比例相同時，‘南粳5718’的實際產(chǎn)量高于‘南粳9308’。隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的實際產(chǎn)量均表現(xiàn)為先增加后減少，即兩個水稻品種的實際產(chǎn)量均表現(xiàn)為處理T2 ＞處理T1 ＞處理T3 ＞處理T4 ＞處理T0。其中，處理T2 的水稻實際產(chǎn)量比處理T1 增加0.37%～1.01%，兩處理間實際產(chǎn)量差異不大，但均明顯高于其他處理。隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的結實率和千粒質(zhì)量大體上均呈逐漸增加的趨勢（‘南粳5718’處理T3的結實率和處理T4的千粒質(zhì)量除外），兩個水稻品種均以處理T4 的結實率和千粒質(zhì)量最高，但均低于處理T0，說明有機肥施用量越多，越有利于水稻后期的籽粒灌漿充實。隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的有效穗數(shù)均呈逐漸降低的趨勢，每穗粒數(shù)均呈先增加后降低的趨勢。經(jīng)分析，這可能是因為在水稻秧苗移栽至大田后，還田的小麥秸稈腐爛分解，出現(xiàn)與水稻生長“爭氮”的現(xiàn)象，有機肥替代化肥比例較低的處理能滿足水稻生長需求，而替代比例較高的處理化肥施用量少，無法滿足水稻分蘗生長的營養(yǎng)需求，導致有效穗數(shù)減少；同時，雖然‘南粳9308’的有效穗數(shù)多于‘南粳5718’，但是‘南粳5718’的每穗粒數(shù)明顯多于前者，這也是‘南粳5718’的產(chǎn)量高于同處理‘南粳9308’的主要原因。以上結果表明，用有機肥適量替代化肥，能夠增加水稻的有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，且能獲得較高的結實率和千粒質(zhì)量，從而確保水稻實際產(chǎn)量達到甚至超過當?shù)爻Ｒ?guī)施肥水稻的實際產(chǎn)量。

表1 不同施肥處理對優(yōu)質(zhì)粳稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構成的影響

2.2 群體莖蘗動態(tài)和成穗率

由表2可知，兩個水稻品種不同處理的群體莖蘗動態(tài)變化規(guī)律基本一致。在同一生育期（移栽期除外），隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的群體莖蘗數(shù)均呈逐漸降低的趨勢，成穗率均呈逐漸增加的趨勢，其中以處理T4 的成穗率最高；隨著水稻生育進程的推進，各處理水稻均于拔節(jié)期達到高峰苗數(shù)。以上結果說明，在小麥秸稈全量還田的條件下，有機肥替代化肥的比例增加，不利于水稻前期迅速增加群體莖蘗數(shù)，雖然最終成穗率較高，但是有效穗數(shù)較少，難以形成較高的群體莖蘗數(shù)。

表2 不同施肥處理對優(yōu)質(zhì)粳稻群體莖蘗動態(tài)的影響

2.3 群體葉面積指數(shù)

由圖1 可知，在（N-n）期、拔節(jié)期，隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的群體葉面積指數(shù)均呈逐漸降低的趨勢；在抽穗期，兩個水稻品種不同處理的群體葉面積指數(shù)均達最大值，隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的群體葉面積指數(shù)均呈先增加后減小的趨勢；在成熟期，隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的群體葉面積指數(shù)均呈先增加后減小的趨勢，具體表現(xiàn)為處理T2 ＞處理T3 ＞處理T4 ＞處理T1 ＞處理T0。以上結果說明，用有機肥適量替代化肥，水稻生長后期的營養(yǎng)供應更為充足，葉片的光合功能有所增強，這也驗證了前面的有機肥替代化肥處理的結實率和千粒質(zhì)量高于常規(guī)施肥的結論。

圖1 不同施肥處理對優(yōu)質(zhì)粳稻群體葉面積指數(shù)的影響

2.4 群體干物質(zhì)積累

由表3 可知，在（N-n）期、拔節(jié)期，由于常規(guī)施肥的基肥中化學氮施用量較多，故群體干物質(zhì)積累較快，兩個水稻品種處理T1 的群體干物質(zhì)積累量均明顯高于有機肥替代化肥處理；在水稻拔節(jié)后，處理T2的群體干物質(zhì)量增加較快，在抽穗期和成熟期，兩個水稻品種的群體干物質(zhì)量均表現(xiàn)為處理T2＞處理T1 ＞處理T3 ＞處理T4 ＞處理T0。以上結果說明，用有機肥適量替代化肥，有利于增加水稻后期的群體干物質(zhì)量。

表3 不同施肥處理對優(yōu)質(zhì)粳稻群體干物質(zhì)量的影響

2.5 氮素吸收利用

由表4可知，有機肥替代化肥不同比例對優(yōu)質(zhì)食味粳稻的氮素吸收量和氮素利用率有顯著影響?！暇?308’和‘南粳5718’處理T0 的每667 m2總吸氮量分別為9.82 kg 和10.03 kg。隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的氮肥生理利用率、氮素收獲指數(shù)、氮肥農(nóng)學利用率、氮素吸收利用率均呈先增加后降低的趨勢，各指標均以處理T2 最高，氮肥生理利用率達43.17～44.39 kg/kg。以上結果說明，用有機肥適量替代化肥，不僅可以提升水稻氮素吸收量，還可以有效提升氮素利用率。

表4 不同施肥處理對優(yōu)質(zhì)粳稻氮素吸收利用的影響

3 結論與討論

有機肥與無機肥配施是當前水稻綠色栽培的主推施肥模式之一，該施肥模式不僅可以滿足水稻生長對養(yǎng)分的需求，增加產(chǎn)量，還可以改善土壤理化性狀，豐富土壤細菌群落結構，提升地力水平，進而實現(xiàn)水稻生產(chǎn)的綠色可持續(xù)。許丹陽等[5]的研究結果表明，在純氮施用量相同的條件下，在水稻生產(chǎn)中以合理比例的有機肥替代化肥，有利于提高結實率，增加有效穗數(shù)，其中以有機肥替代25%化肥處理的水稻產(chǎn)量最高，比單施化肥的水稻增產(chǎn)9.06%；馬順圣等[6]在純氮施用量相同的條件下，比較了不同比例有機肥氮替代化肥氮對水稻產(chǎn)量的影響，結果顯示，與當?shù)爻Ｒ?guī)施肥相比，有機肥氮替代化肥氮能夠有效提高水稻產(chǎn)量，以有機肥氮替代10%化肥氮和有機肥氮替代4 0% 化肥氮的增產(chǎn)效果較為明顯；劉守龍等[7]的研究結果表明，短期施用有機肥，水稻產(chǎn)量降低，而長期連續(xù)施用有機肥的水稻產(chǎn)量可達到甚至超過化肥處理。本試驗結果表明，在純氮施用量相同的條件下，與僅施化肥處理相比，有機肥替代20%化肥處理的水稻增產(chǎn)0.36%～1.01%，而有機肥替代30%化肥處理和有機肥替代40%化肥處理的水稻產(chǎn)量卻有所降低，這可能是因為試驗設置的施氮水平低于當?shù)爻Ｒ?guī)稻田20%左右，有機肥全部基施，前茬小麥秸稈還田后腐爛分解與水稻生長“爭氮”，從而導致水稻群體莖蘗數(shù)量不足，最終有效穗數(shù)及干物質(zhì)量低。

劉汝亮等[8]的研究結果表明，有機氮肥與無機氮肥配施，不僅減少了氮素淋失，還顯著提高了氮肥利用率；劉紅江等[9]的研究結果表明，在水稻生產(chǎn)中，有機肥替代50%化肥，能夠提高水稻氮肥農(nóng)學利用率、氮肥吸收利用率、氮肥偏生產(chǎn)力，但氮肥吸收利用率偏低。本試驗結果表明，隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的氮肥生理利用率、氮素收獲指數(shù)、氮肥農(nóng)學利用率、氮素吸收利用率均呈先增加后降低的趨勢，各指標均以有機肥替代20%化肥處理最高。但是，有機肥替代化肥處理的氮素吸收利用率與常規(guī)施肥處理差異不大，均在40%以下，說明本試驗設置的每667 m2純氮施用量為20 kg 的施氮水平仍然偏高，下一步應開展不同施氮水平下的不同有機肥替代化肥的綜合試驗，以探明當?shù)赜袡C肥替代化肥的最佳比例。