有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)通南地區(qū)水稻產(chǎn)量及氮素利用率的影響

于倩倩 王會(huì)方 趙信林 朱德進(jìn) 張輝

摘要?[目的]研究有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)水稻產(chǎn)量和氮素利用的影響。[方法]在江蘇省泰州市姜堰地區(qū)進(jìn)行田間試驗(yàn)，研究有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)通南地區(qū)水稻產(chǎn)量及氮素利用率的影響。[結(jié)果]不施氮肥會(huì)使水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)顯著減少，最終導(dǎo)致水稻嚴(yán)重減產(chǎn);有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施與常規(guī)施氮相比水稻有效穗數(shù)顯著增加，但對(duì)穗粒數(shù)和千粒重影響不大，2種處理水稻產(chǎn)量無(wú)顯著差異。不施氮肥或有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施均會(huì)導(dǎo)致水稻籽粒和秸稈含氮量顯著降低，進(jìn)而降低植株吸氮量。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施與單純施用化學(xué)氮肥相比氮肥吸收利用率平均顯著降低了約15%，但氮肥生理利用率顯著提高約18%，2種施肥方式對(duì)氮肥農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力影響不大。[結(jié)論]有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可以維持水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，且可以提高氮肥生理利用率，在通南地區(qū)具有很好的推廣前景。

關(guān)鍵詞?水稻;有機(jī)肥;氮肥利用率;產(chǎn)量構(gòu)成;有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施

中圖分類號(hào)?S144文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A文章編號(hào)?0517-6611（2018）35-0137-03

目前世界人口仍迅速增長(zhǎng)[1]，這意味著糧食產(chǎn)量亟待進(jìn)一步提高。然而世界可供開發(fā)的土地資源有限，加之土壤污染、退化面積不斷增加，農(nóng)作物高產(chǎn)瓶頸難以突破，都使得糧食生產(chǎn)安全面臨極大挑戰(zhàn)[2]。因此提高作物產(chǎn)量必需依賴于已有的土地，而提高土壤復(fù)種指數(shù)、不斷增加肥料用量則成為主要途徑[3]。隨著種植強(qiáng)度和化肥使用的增加，農(nóng)田土壤質(zhì)量逐步惡化，土壤板結(jié)、酸化、有機(jī)質(zhì)含量下降問(wèn)題日益嚴(yán)峻[4-5]。此外，化肥的過(guò)量施用還帶了一系列環(huán)境問(wèn)題，如河流、湖泊的人富營(yíng)養(yǎng)化，地下水質(zhì)量下降等。因此，使用有機(jī)肥替代化肥或者有機(jī)肥和化肥配合施用的施肥方式逐漸受到重視[6]。

近幾十年來(lái)，關(guān)于化肥和有機(jī)肥配合施用的研究較多。研究表明，有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配施能提高成穗率，避免無(wú)效莖蘗與有效莖蘗爭(zhēng)奪養(yǎng)分，減少化學(xué)氮肥施用量，從而提高氮肥利用率[7]。與單施化肥相比，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施有利于作物中后期干物質(zhì)累積和養(yǎng)分吸收[8]。有機(jī)肥或有機(jī)肥與化肥配施可以減少化學(xué)肥料的投入，從而減輕化肥的負(fù)面效應(yīng)，還可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改良土壤理化性狀，提高土壤養(yǎng)分的生物有效性，提高肥料利用率，最終達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的效果[9-11]。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤質(zhì)量的主要指標(biāo)[12]，而施用有機(jī)肥可以顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而起到培肥土壤和穩(wěn)定土壤生產(chǎn)力的作用，有利于農(nóng)田的可持續(xù)生產(chǎn)。

為了研究單施化肥及商品有機(jī)肥與化肥不同比例配施在通南高沙土地區(qū)對(duì)水稻產(chǎn)量和氮肥利用的影響，筆者在江蘇省泰州市姜堰區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)，以期為我國(guó)化肥減量增效技術(shù)和保障農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境安全提供技術(shù)支撐。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)材料

水稻品種為南粳9108（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院培育）;供試化肥為尿素（N 46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5 14%）和氯化鉀（K2O 60%）;供試商品有機(jī)肥為泰興市阿古利斯生物科技有限公司生產(chǎn)的有機(jī)肥料（N+P2O5+K2O≥5%，主要原料：鴨糞、牛糞、中藥渣）。

1.2?試驗(yàn)地概況

于2017年6—11月在江蘇省泰州市姜堰區(qū)（120.09°E，32.42°N）進(jìn)行，該地區(qū)屬亞熱帶溫潤(rùn)氣候地區(qū)，氣候溫和，雨量充沛，年均氣溫14.5℃，年均降水量991.7 mm，年均蒸發(fā)量1 365 mm，平均無(wú)霜期215 d，日照2 206 h，地下水距地面3～4 m。該地區(qū)成土母質(zhì)為長(zhǎng)江沖積物，土壤分類屬于潮土，質(zhì)地分類為高砂土，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀含量分別為15.4 g/kg、0.92 g/kg、10.5 mg/kg、53.5 mg/kg。

1.3?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)間田埂用防水塑料膜隔離防滲，四周設(shè)保護(hù)行，小區(qū)面積30 m2，每個(gè)小區(qū)均單設(shè)進(jìn)、排水口。水稻于5月7 日育苗，6 月20日移栽，移栽葉齡期為 7葉期，栽插行株距 27 cm×15 cm。除草、除蟲、灌溉等措施視農(nóng)情而定。試驗(yàn)具體設(shè)計(jì)見表1。

1.4?測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1?水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成。在水稻成熟期收割前，每個(gè)處理調(diào)查100穴水稻穗數(shù)，計(jì)算平均穗數(shù)，取有代表性的植株樣10 穴，測(cè)定穗粒數(shù)。收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)的水稻全部收割、單打單收并對(duì)籽粒稱重，計(jì)算水稻產(chǎn)量。

1.4.2?植株與土壤養(yǎng)分。土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定;土壤全氮采用凱氏定氮法測(cè)定;速效磷采用Olsen 法測(cè)定;速效鉀含量用 1 mol/L中性醋酸銨提取后火焰光度法測(cè)定。植株樣品采用H2SO4-H2O2消煮，并用化學(xué)分析儀（Smart Chem 200型）測(cè)定全氮含量。

氮肥吸收利用率=（施氮區(qū)植株吸氮量-空白區(qū)植株吸氮量）/施氮量×100%（1）

氮肥農(nóng)學(xué)利用率（kg/kg）=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-空白區(qū)籽粒產(chǎn)量）/施氮量（2）

氮肥生理利用率（kg/kg）=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-空白區(qū)籽粒產(chǎn)量）/（施氮區(qū)植株吸氮量-空白區(qū)植株吸氮量）（3）

氮肥生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施肥量（4）

1.5?數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2003 軟件進(jìn)行處理并繪制圖表，采用 SPSS 20.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)間多重比較（Duncan法）。

2?結(jié)果與分析

2.1?水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

氮肥的施用顯著影響水稻的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素，除千粒重外，CK處理的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和最終實(shí)測(cè)產(chǎn)量與其他處理相比均顯著降低（表2）。有機(jī)肥的投入對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素也產(chǎn)生了顯著影響，隨著有機(jī)肥比例的提高，有效穗數(shù)逐漸增加，C2、C3處理與FP處理相比顯著增加了有效穗數(shù)，但有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)穗粒數(shù)和千粒重的影響不顯著。

2.2?地上部氮濃度和作物吸氮量

水稻籽粒氮濃度相對(duì)穩(wěn)定，除C2處理籽粒氮濃度稍低外，其他處理之間無(wú)顯著差異。水稻秸稈含氮量受施肥方式的影響較大，CK處理的秸稈含氮量顯著低于其他處理，而FP處理的秸稈含氮量最高，而有機(jī)無(wú)機(jī)配施的幾個(gè)處理秸稈含氮量差異較小。水稻植株吸氮量的變化趨勢(shì)與秸稈含氮量基本一致，CK處理植株吸氮量最低，F(xiàn)P處理吸氮量最高，其他幾個(gè)處理差異不顯著。

2.3?水稻氮素利用

有機(jī)無(wú)機(jī)配施顯著降低了氮肥吸收利用率，與FP處理相比，C1、C2、C3處理的氮肥吸收利用率平均降低了15%（表3）。但與FP處理相比，C1、C2、C3處理顯著提高了水稻的氮肥生理利用率約18%。不同處理間氮肥農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力無(wú)顯著差異。

3?討論

水稻產(chǎn)量的構(gòu)成因素包括有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)和千粒重，其中千粒重一般較穩(wěn)定，對(duì)產(chǎn)量影響較小，與產(chǎn)量關(guān)系最為直接的是有效穗數(shù)、穗粒數(shù)[13]。而氮肥的施用可以顯著增加水稻有效穗數(shù)和穗粒數(shù)[14-15]，因此，合理施用氮肥對(duì)提高水稻產(chǎn)量具有不可替代的作用。

在該試驗(yàn)中，與施用氮肥相比，不施用氮肥可以顯著降低水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)，使得CK處理的水稻籽粒產(chǎn)量比常規(guī)施肥FP處理下降約45%，千粒重雖然也有所降低，但增幅很小，并未達(dá)顯著水平，對(duì)水稻籽粒產(chǎn)量的影響較小[13]。在該研究中，有機(jī)無(wú)機(jī)氮肥配施與單純施用尿素相比提高水稻單位面積有效穗數(shù)，但對(duì)每穗穗粒數(shù)和千粒重?zé)o顯著影響，最終實(shí)測(cè)產(chǎn)量也未表現(xiàn)出顯著差異。這說(shuō)明等施氮量條件下有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施與單純施用化學(xué)氮肥肥效相當(dāng)，均可以達(dá)到維持作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的，類似的結(jié)果也有報(bào)道[8，16]。在該研究中，在有機(jī)肥是氮肥唯一來(lái)源時(shí)，水稻產(chǎn)量仍與純化學(xué)氮肥處理持平，這說(shuō)明試驗(yàn)中所用的商品有機(jī)肥中氮生物有效性非常高，但不同試驗(yàn)結(jié)果也有報(bào)道[17-18]。

氮肥形態(tài)對(duì)水稻氮素的吸收和利用產(chǎn)生重要影響。該研究中，水稻籽粒的氮濃度雖然受氮肥形態(tài)的影響不大，但各處理秸稈的氮濃度差異顯著，從而導(dǎo)致各處理的植株吸氮量差異變大。與單純施用尿素相比，雖然有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施會(huì)降低水稻秸稈含氮量，但與有機(jī)肥占據(jù)的比例無(wú)關(guān)系。這有可能是由于有機(jī)肥的加入影響了尿素氮的植物有效性引起的。

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，人口多，耕地面積少，提高現(xiàn)有土地的單位產(chǎn)量是必須的途徑。因此，我國(guó)糧食生產(chǎn)的一大特點(diǎn)就是高投入與高產(chǎn)出。我國(guó)氮肥用量占世界氮肥用量的30%，而水稻生產(chǎn)中施用的氮肥占世界水稻生產(chǎn)所用氮肥用量的 37%[19]。與世界上其他主要水稻生產(chǎn)國(guó)相比，我國(guó)水稻生產(chǎn)中氮肥投入高，利用率低，浪費(fèi)或損失嚴(yán)重。因此，提高我國(guó)氮肥利用效率一直是農(nóng)學(xué)領(lǐng)域科學(xué)工作者的熱點(diǎn)問(wèn)題。該研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)有機(jī)無(wú)機(jī)配施，水稻的氮肥生理利用率顯著提高，氮吸收利用率顯著降低，這與已有的研究結(jié)果有所不同[8，10]。這說(shuō)明化學(xué)氮肥（尿素）更容易被水稻吸收，并在秸稈積累，但對(duì)水稻籽粒產(chǎn)量影響不大，而有機(jī)肥中的氮素則相對(duì)不容易為水稻所吸收，且吸收到的氮素對(duì)水稻的增產(chǎn)效果更為明顯。

4?結(jié)論

氮肥的施用對(duì)水稻產(chǎn)量的形成具有極其重要的作用，氮肥投入不足會(huì)導(dǎo)致水稻嚴(yán)重減產(chǎn)。在該試驗(yàn)條件下，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施與單純施用化學(xué)氮肥相比可以起到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的效果，且有機(jī)無(wú)機(jī)肥的比例對(duì)水稻產(chǎn)量并未產(chǎn)生顯著影響;有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可以提高水稻的氮肥生理利用率，即提高水稻生產(chǎn)中所投入的單位氮肥的籽粒產(chǎn)量。因此，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的施肥模式在通南地區(qū)具有很好的推廣前景。

46卷35期于倩倩等?有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)通南地區(qū)水稻產(chǎn)量及氮素利用率的影響

參考文獻(xiàn)

[1] ALEXANDRATOS N.World food and agriculture：Outlook for the medium and longer term[J].Proceedings of the national academy of sciences，1999，96（11）：5908-5914.

[2] TILMAN D，CASSMAN K G，MATSON P A，et al.Agricultural sustainability and intensive production practices[J].Nature，2002，418（6898）：671-677.

[3] TILMAN D，BALZER C，HILL J，et al.Global food demand and the sustainable intensification of agriculture[J].Proceedings of the national academy of sciences，2011，108（50）：20260-20264.

[4] DIACONO M，MONTEMURRO F.Long-term effects of organic amendments on soil fertility：A review[J].Agronomy for sustainable development，2010，30（2）：401-422.

[5] GUO J H，LIU X J，ZHANG Y，et al.Significant acidification in major Chinese croplands[J].Science，2010，327（5968）：1008-1010.

[6] VANLAUWE B，BATIONO A，CHIANU J，et al.Integrated soil fertility management Operational definition and consequences for implementation and dissemination[J].Outlook Agr，2010，39（1）：17-24.

[7] 楊衛(wèi)斌，唐靜，曹國(guó)強(qiáng).不同氮肥條件下有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)寒地水稻產(chǎn)量的影響[J].北方水稻，2015，45（5）：11-14，21.

[8] 高洪軍，朱平，彭暢，等.等氮條件下長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)春玉米的氮素吸收利用和土壤無(wú)機(jī)氮的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2015，21（2）：318-325.

[9] 婁庭，龍懷玉，楊麗娟，等.在過(guò)量施氮農(nóng)田中減氮和有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)土壤質(zhì)量及作物產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)土壤與肥料，2010（2）：11-15，34.

[10] 張玉平，劉強(qiáng)，榮湘民，等.有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)雙季稻田土壤養(yǎng)分利用與滲漏淋失的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2012，26（1）：22-27，32.

[11] 侯紅乾，劉秀梅，劉榮光，等.有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例對(duì)紅壤稻田水稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44（3）：516-253.

[12] GREGORICH E G，CARTER M R，ANGERS D A，et al.Towards a minimum data set to assess soil organicmatter quality in agricultural soils[J].Canadian journal of soil science，1994，74（4）：367-385.

[13] 湘鄂贛桂瓊粵六省農(nóng)業(yè)中專教材編審委員會(huì).作物栽培[M].北京：氣象出版社，1999.

[14] 吳文革，楊聯(lián)松，蘇澤勝，等.不同施氮條件下雜交中秈稻的群體質(zhì)量與產(chǎn)量形成[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，16（5）：1083-1089.

[15] 王亞江，葛夢(mèng)婕，顏希亭，等.光、氮及其互作對(duì)超級(jí)粳稻產(chǎn)量和物質(zhì)生產(chǎn)特征的影響[J].作物學(xué)報(bào)，2014，40（1）：154-165.

[16] GUO L Y，WU G L，LI Y，et al.Effects of cattle manure compost combined with chemical fertilizer on topsoil organic matter，bulk density and earthworm activity in a wheatmaize rotation system in Eastern China[J].Soil and tillage research，2016，156：140-147.

[17] XIN X L，ZHANG J B，ZHU A N，et al.Effects of long-term（23 years）mineral fertilizer and compost application on physical properties of fluvoaquic soil in the North China Plain[J].Soil and tillage research，2016，156：166-172.

[18] RASOOL R，KUKAL S，HIRA G.Soil organic carbon and physical properties as affected by longterm application of FYM and inorganic fertilizers in maizewheat system[J].Soil and tillage research，2008，101（1/2）：31-36.

[19] 彭少兵，黃見良，鐘旭華，等.提高中國(guó)稻田氮肥利用率的研究策略[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，35（9）：1095-103.