糞肥增施對水稻產(chǎn)量和氮素利用效率的影響

劉泰，王洪媛，楊波，魏靜，賀鵬程，王玉龍，劉宏斌

（1.內(nèi)蒙古大學生態(tài)與環(huán)境學院，蒙古高原生態(tài)學與資源利用教育部重點實驗室，內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境污染控制與廢物資源化重點實驗室，呼和浩特 010021；2.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部面源污染控制重點實驗室，北京 100081；3.烏蘭察布市農(nóng)業(yè)技術推廣站，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

水稻是世界上最主要的糧食作物，我國有1/4 的耕地用于水稻種植，超過60%的人口以稻米為主食[1]。作為水稻生長過程中大量需求的元素之一，氮在水稻長勢、產(chǎn)量和品質(zhì)調(diào)控方面發(fā)揮著重要作用[2]。在過去，水稻種植過程中氮素的補充主要依賴于化肥施入。施用化肥能有效增加土壤中氮素儲備，在一定程度上促進了水稻的生長，水稻產(chǎn)量也獲得了大幅提高[3]。然而，大量施用化肥會導致肥料利用率低，以及大氣污染、水體污染、土壤退化等環(huán)境問題。另外，由于化肥等生產(chǎn)原料價格的上漲，無節(jié)制地施用化肥對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了消極的影響[4-6]。因此，探究合理的水稻施肥方式對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有十分重要的意義。

糞肥中含有豐富的氮、磷、鉀等元素以及作物生長所需的各種微量元素。糞肥施入土壤中除了可以為作物生長提供所需養(yǎng)分之外，還可以改善土壤結構，提高土壤有機質(zhì)含量，增強土壤對水分和養(yǎng)分的固持能力，從而提高農(nóng)田生產(chǎn)力[7]。同時，施用糞肥可以緩解肥料投入對環(huán)境的危害。LAL[8]研究發(fā)現(xiàn)，增施糞肥可以有效降低土壤中溫室氣體CO2的排放。趙冬等[9]發(fā)現(xiàn)，糞肥替代化肥施用能有效緩解稻田田面水中的氮、磷流失。與普通化肥相比，糞肥的肥力持續(xù)性更強，可以延長養(yǎng)分的釋放時間，為后期作物對養(yǎng)分的需求提供保證。因此，糞肥還田已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一條有效途徑[10]。然而，糞肥的單獨施用會導致養(yǎng)分釋放速率過慢，不能滿足水稻在生長過程中特定時間段內(nèi)的養(yǎng)分需求，最終影響水稻的生長和產(chǎn)量[11]?；屎图S肥的配施則可兼顧兩者優(yōu)點，保持土壤養(yǎng)分平衡，在增加作物產(chǎn)量的同時，降低養(yǎng)分流失[3，12-13]。在現(xiàn)有的研究中，替代部分化肥是糞肥還田施用的主要形式，然而，在不同的研究結論中糞肥的最佳替代比例結果相差較大[14-20]。例如僅就水稻產(chǎn)量而言，藍賢瑾等[19]認為豬糞替代70%尿素氮時產(chǎn)量最高，而陳琨等[20]研究發(fā)現(xiàn)水稻產(chǎn)量最高的處理中豬糞替代比例為30%。

近年來，我國養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，滿足了全社會不斷增長的畜產(chǎn)品需求，但與此同時畜禽糞污帶來的環(huán)境污染已成為一個不容忽視的問題[21]。為提高糞肥在農(nóng)田中的利用率，本研究首次針對水稻開展了在等量無機氮肥施用的基礎上增施糞肥的研究。研究采用盆栽試驗，通過系統(tǒng)分析增施不同用量糞肥對水稻性狀、產(chǎn)量、田面水氮素動態(tài)變化以及土壤理化性質(zhì)等的影響，確定有機氮肥的最佳用量，篩選最適合水稻生產(chǎn)的糞肥施用量，從而最大限度地平衡糞肥消納量、水稻產(chǎn)量和氮素流失風險三者之間的關系。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用土取自常規(guī)農(nóng)田耕層土壤（0～20 cm），質(zhì)地為褐潮土，土壤的基本理化性質(zhì)：pH 值8.4，容重1.3 g·cm-3，有機質(zhì)14.5 g·kg-1，全氮0.7 g·kg-1，堿解氮63.5 mg·kg-1，全磷0.6 g·kg-1，有效磷9.4 mg·kg-1，全鉀16.6 g·kg-1，速效鉀87.1 mg·kg-1。鮮土采集后置于陰涼處自然風干，人工挑去植物殘體及石塊等雜物，過2 mm 網(wǎng)篩，混勻后備用。無機氮肥和有機氮肥分別為尿素（含N 46.0%）和風干牛糞（含N 1.5%、K2O 1.7%、P2O50.8%）；磷、鉀肥分別為過磷酸鈣（含P2O516.0%）和氯化鉀（含K2O 60.0%）。供試水稻品種為中作59。

1.2 試驗設計

試驗在網(wǎng)室中開展，采用隨機區(qū)組的排列方式，共設置8 個處理，每個處理3 個重復。8 個處理分別為：①CK；②N；③N+0.25M；④N+0.5M；⑤N+0.75M；⑥N+M；⑦N+1.5M；⑧N+2M。其中CK 表示不施氮肥；N 為單施尿素2.6 g·盆-1，折合純氮為1.2 g·盆-1（即192.8 kg·hm-2），處于ZHANG 等[22]基于稻田環(huán)境影響推薦的氮素最優(yōu)施用量范圍（169～199 kg·hm-2）；M 為單施牛糞65.4 g·盆-1，折合純氮為0.95 g·盆-1（即153.4 kg·hm-2）；0.25M、0.5M、0.75M、1.5M 和2M 分別為單施牛糞用量的0.25、0.5、0.75、1.5 倍和2 倍；所有處理施用等量的磷肥和鉀肥（各處理中每種肥料的施用量如表1 所示）。牛糞隨磷肥與鉀肥一起作為底肥一次性施入；尿素作為底肥和兩次追肥分三次施入，施肥比例為2∶1∶1。試驗用盆材質(zhì)為PVC 塑料，每盆裝土7 kg。盆栽試驗開始前（6 月13 日）將土壤和底肥混勻后一起裝入盆中，并加水進行泡田處理。選取長勢相對一致的水稻秧苗于6 月14 日在每盆中各移栽4 株，移栽后保持盆中水面深度為5 cm 左右，分別于分蘗前期（7 月18 日）和抽穗前期（8 月11 日）追施尿素，10月20日收獲計產(chǎn)。

表1 不同處理肥料用量（g·盆-1）Table 1 Fertilizer application rates in different treatments（g·pot-1）

1.3 樣品采集與測定

葉片葉綠素含量：在分蘗期和穗期，使用便攜式葉綠素儀（SPAD-502，日本）每7 d 測定一次水稻倒二葉（即7 月20 日—8 月31 日）和倒一葉（即8月17 日—9 月7 日）的SPAD 值，以SPAD 值來表示葉片葉綠素的相對含量。測量時避開葉脈，在葉片的葉基、葉中、葉尖分別選取三個部位，依次重復測定3 次，取所有數(shù)據(jù)的平均值作為該葉片的SPAD 值。

田面水無機氮濃度：穗肥追施后，于施肥后的第1、5、9 d 和17 d 收集盆中田面水。樣品采集時，在不擾動水面的條件下用100 mL 注射器隨機抽取3 處盆中水樣，混合后帶回實驗室，混合水樣經(jīng)定量濾紙過濾后，用流動分析儀（AA3，德國；下同）測定銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度。

分蘗數(shù)、穗數(shù)和株高：在分蘗期和穗期結束后分別統(tǒng)計水稻分蘗數(shù)和穗數(shù)；在水稻收獲前，使用直尺測量水稻株高。

干物質(zhì)積累和吸氮量：水稻收獲后，將水稻籽粒和秸稈于105 ℃下殺青30 min，75 ℃下烘干至恒質(zhì)量后稱質(zhì)量測定水稻籽粒和秸稈產(chǎn)量；使用粉碎機將籽粒和秸稈粉碎，采用H2SO4-H2O2法消煮粉碎后的植株樣品，在全自動凱氏定氮儀（KDY-9830，中國；下同）測定樣品全氮含量。

土壤理化指標：水稻收獲后，除去雜質(zhì)并將盆中土壤混合，收集混勻后的土壤。一部分新鮮土壤過篩后，經(jīng)0.1 mol·L-1CaCl2溶液浸提后在流動分析儀上測定其含量；剩余土壤自然風干，磨細過篩后用于其他指標的檢測，其中，土壤經(jīng)H2SO4-催化劑消解前后，均采用全自動凱氏定氮儀測定堿解氮和全氮含量；有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3溶液浸提-流動分析儀的方法測定；速效鉀采用1 mol·L-1CH3COONH4溶液浸提-原子吸收儀（ZCA-100，中國）的方法測定；有機質(zhì)通過H2SO4-K2Cr2O7外加熱法測定；土壤pH 使用pH 計（Mettler Toledo Delta 320，中國）測定，其水土比為5∶1。

1.4 計算方法

氮素利用相關指標的計算參照魏靜等[10]提供的方法，具體如下：

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Excel 2010 軟件歸納和處理數(shù)據(jù)，采用SPSS 19.0 軟件LSD 法對不同施肥處理進行單因素方差分析和差異顯著性檢驗，用Origin 8.5軟件做圖。

2 結果與分析

2.1 水稻葉片SPAD值變化

施用氮肥使水稻葉片的SPAD 值保持在相對較高的水平，從表2中可以看出，在7個監(jiān)測時間內(nèi)，CK處理的水稻倒二葉SPAD 值與其他處理始終存在顯著性差異（P<0.05）。施肥處理之間無明顯差異，除8月10 日外，其余時間點內(nèi)增施糞肥并沒有使水稻倒二葉的SPAD 值產(chǎn)生顯著變化。在8 月10 日，施氮處理中倒二葉SPAD 值表現(xiàn)為N+0.25M>N>N+0.75M>N+0.5M>N+1.5M>N+M>N+2M，其中N+0.25M 處理的葉片SPAD 值最高，但與N 處理差異未達到顯著水平（P>0.05），在其余施用氮肥的處理中，隨著糞肥施用量的增加，倒二葉SPAD 值整體上呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。表3 主要展現(xiàn)了穗肥施用后水稻倒一葉SPAD值的變化情況，4 組監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，施用氮肥同樣能夠顯著增加水稻倒一葉SPAD 值（P<0.05）。在8月24日，各糞肥施用量處理對水稻倒一葉SPAD 值產(chǎn)生了不同的影響，除N+0.5M 處理SPAD 值有所降低外，其余增施糞肥的處理葉片SPAD值均高于N處理，SPAD數(shù)值相差最大的兩個處理為N+0.5M 和N+1.5M，差異達到了顯著水平（P<0.05）。在8 月31 日和9 月7 日，與只施用尿素的處理相比，增施糞肥能夠提高這一時段水稻倒一葉的SPAD 值。整體來看，糞肥的施用量越大，對葉片SPAD值的提升效果越明顯。

表2 糞肥增施量對水稻倒二葉SPAD值的影響Table 2 Effects of application rates of manure on SPAD value of rice top second leaf

表3 糞肥增施用量對水稻倒一葉SPAD值的影響Table 3 Effects of manure application rates on SPAD value of rice flag leaf

2.2 田面水中-N與-N濃度的動態(tài)變化

圖1和圖2分別為不同施肥處理在穗肥（尿素）追施后田面水中濃度的動態(tài)變化情況，顯示了不同施肥處理在4個取樣時間內(nèi)和平均濃度的比較結果。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，追肥前期是田面水無機態(tài)氮存在的主要形式，其濃度明顯高于，隨著時間的推移濃度逐漸升高，與N的濃度差異明顯縮小。增施糞肥對穗肥追施后田面水濃度的變化影響較大，從圖1 中可以看出，只施用尿素的N 處理在穗肥追施后的第1 天田面水中的濃度就達到1.49 mg·L-1，為該處理在4 個取樣時間內(nèi)的最高水平。而對于增施糞肥的處理來說，田面水中的濃度在穗肥追施后呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，均在施肥后的第5 天達到峰值，第9 天后恢復到較低的水平。就的平均濃度而言，N+0.5M、N+M、N+1.5M和N+2M 處理較N 處理分別增加20.3%、12.1%、8.7%和15.7%，其中與N+0.5M、N+2M 處理的差異達到了顯著水平（P<0.05）；與N 處理相比，N+0.25M 和N+0.75M 處理的平均濃度分別降低了0.8%和10.4%，但處理之間的差異并不顯著。

圖1 糞肥增施量對穗肥追施后田面水銨態(tài)氮單日濃度和平均濃度的影響Figure 1 Effects of application rates of manure on dynamic and average concentration of -N after application of panicle fertilizer

從圖2 中可以看出，由于田面水中存在硝化反應，因此各處理田面水中的濃度并沒有在追施尿素后快速升高，其中增施糞肥的處理呈先增加后下降的趨勢，均在施肥后第9 天達到峰值。只施用尿素的N 處理中-N 濃度在4 個取樣時間內(nèi)一直保持增加，最大值出現(xiàn)在第17天。施氮處理之間的-N濃度差異主要出現(xiàn)在追肥前期，第1 天的數(shù)據(jù)表明N處理中-N 濃度顯著高于增施糞肥的處理，在第5天，其-N 濃度依然相對較高，僅次于N+0.25M 和N+2M處理，并且顯著高于N+0.5M、N+0.75M、N+M和N+1.5M 處理。另外，-N 平均濃度的比較結果顯示：N+0.5M、N+0.75M、N+M和N+2M處理小于N處理，其中N+0.5M處理較N處理下降18.0%?？梢?，適量增施糞肥可有效降低稻田田面水中無機氮流失風險。

圖2 糞肥增施量對穗肥追施后田面水硝態(tài)氮單日濃度和平均濃度的影響Figure 2 Effects of application rates of manure on dynamic and average concentration of-N after application of panicle fertilizer

2.3 水稻性狀、產(chǎn)量及氮素利用指標

與單施尿素N處理相比，增施糞肥后水稻的秸稈產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量均有所提高（表4），并且在N+0.25M、N+0.5M、N+0.75M 和N+M 處理中差異達到了顯著水平（P<0.05），其中N+0.75M 處理的水稻秸稈產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量達到最大，相比N 處理分別提高36.2%和46.4%。隨著糞肥施用量的增加，水稻穗數(shù)、分蘗數(shù)和株高呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，在糞肥用量較低時，上述三項指標均高于N處理，水稻穗數(shù)、分蘗數(shù)在N+0.75M 處理中達到最大值，較N 處理分別顯著提高12.1%和16.1%（P<0.05），株高則僅次于N+0.25M 處理，當糞肥增施量繼續(xù)增加時，水稻的穗數(shù)、分蘗數(shù)和株高開始下降，在N+1.5M 和N+2M 處理中甚至出現(xiàn)了全部低于處理N 的情況。增施糞肥不同程度地增加了水稻秸稈和籽粒的吸氮量，但與穗數(shù)、分蘗數(shù)和株高相似，兩者隨著糞肥增施量的增加逐漸得到提高，在N+0.75M 處理中均達到最大值，較N 處理分別顯著提高48.5%和56.3%（P<0.05），當糞肥增施量繼續(xù)增加至0.75倍單位用量時，秸稈和籽粒的吸氮量開始逐漸下降，以上結果表明在等量尿素施用的基礎上，過量增施糞肥不利于水稻生長。

表4 糞肥增施量對水稻產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀和氮素吸收量的影響Table 4 Effects of application rates of manure on yield，agronomic character and nitrogen accumulation of rice

由表5 可知，增施少量的糞肥可以提高水稻對所施氮肥的利用能力，在N+0.25M、N+0.5M 和N+0.75M三個處理中，水稻的氮素利用率、氮肥貢獻率和氮肥農(nóng)學效率均較N處理有所提高，土壤氮素依存率則有所下降，這表明土壤原有非肥料氮素所起的作用減弱，氮肥的肥效作用增強。當糞肥用量增加到1 倍單位用量后，水稻的氮素利用率、氮肥農(nóng)學效率和氮肥偏生產(chǎn)力下降明顯，土壤氮素依存率也低于N 處理，說明過多的糞肥投入反而削弱了水稻對氮素的利用能力，最終導致更多氮素的浪費。綜合來看，N+0.75M 處理下氮素利用效果最佳，其氮素利用率（54.3%）、氮肥貢獻率（77.6%）在各處理中最高，土壤氮素依存率最低（16.0%），氮肥農(nóng)學效率較N 處理增加了5.8%。因此，適量增施糞肥有利于改善水稻的氮素利用效果。

表5 糞肥增施量對水稻氮素利用指標的影響Table 5 Effects of application rates of manure on nitrogen use indexes of rice

2.4 土壤理化性質(zhì)

投入氮肥能夠顯著提高土壤中有機質(zhì)的貯備量（P<0.05），從圖3a 中可以看出，增施糞肥對土壤有機質(zhì)含量的提高效果更明顯，有機質(zhì)含量在單施尿素的基礎上進一步增加，較N 處理增加了15.8%～45.4%，且差異均達到了顯著水平（P<0.05）。土壤全氮的結果與有機質(zhì)類似（圖3b），增施糞肥較單施尿素進一步為土壤補充了氮素，且糞肥的施用量越大，作用效果越好，當施用量達到0.25 倍單位用量時，水稻收獲后土壤的氮素水平與不施氮肥相比有了顯著提高。堿解氮隨著糞肥施用量的增加同樣呈現(xiàn)遞增的趨勢（圖3c），N+1.5M 和N+2M 處理由于糞肥施用量較大，使土壤中堿解氮含量發(fā)生顯著的變化，二者堿解氮含量較N 處理分別增加10.2%和16.7%，而N+0.25M 處理堿解氮含量則低于N處理，其余增施糞肥的處理與N 處理含量水平相當。與單施尿素相比，增施不同量的糞肥均可增加土壤中有效磷的含量，整體上施用糞肥處理的有效磷含量隨著糞肥用量的增加呈遞增趨勢（圖3d）。糞肥用量對水稻收獲后土壤速效鉀含量的影響規(guī)律不明顯，但從圖3e 中可以看出，在不同的糞肥施用量下土壤速效鉀含量均獲得提高，其中N+0.5M、N+0.75M和N+2M處理與N處理差異顯著，土壤速效鉀含量分別增加11.0%、19.3%和16.4%。圖3f所示為不同處理下土壤-N含量，與土壤有機質(zhì)、土壤全氮和土壤堿解氮的結果類似，土壤-N含量與糞肥的施用量有顯著的正相關關系，糞肥用量是造成增施糞肥處理和單施尿素處理之間差異的主要原因，當糞肥施用量小于或等于1倍單位施用量時，其含量顯著降低，糞肥施用量大于1 倍單位施用量時，其含量顯著升高。與不同，在施用尿素的基礎上增施糞肥可以使水稻收獲后的土壤的含量更高（圖3g），但是增幅與糞肥施用量之間不存在明顯的規(guī)律。圖3h表明在本研究中不同的氮肥組合類型對土壤pH沒有產(chǎn)生實質(zhì)性影響。

圖3 糞肥增施量對水稻收獲后部分土壤理化性質(zhì)的影響Figure 3 Effects of application rates of manure on some soil physicochemical properties after the harvest of rice

3 討論

3.1 增施糞肥對水稻葉片SPAD值的影響

葉綠素是植物葉片光合作用能夠順利進行的關鍵物質(zhì)，其含量可以反映植物的光合作用能力，并與植物的健康狀況、養(yǎng)分供應水平及產(chǎn)量密切相關，SPAD 值可以表征植物葉片葉綠素相對含量，由于其方便獲取、精確度較高，現(xiàn)已成為評價植物長勢的有效手段[23]。在前人的研究中，葉片的SPAD 值可以用來診斷水稻的氮素營養(yǎng)狀況，能夠間接地反映水稻的氮素供應水平[24]。陳秋玉等[25]發(fā)現(xiàn)在水稻整個生育期內(nèi)葉片的SPAD 值與莖、葉的含氮量存在極顯著的正相關關系，并指出葉片的SPAD 值可以用于指導氮肥的施用策略。一般來說，糞肥的礦化速率慢，氮素的釋放時間長，能夠使土壤在施肥中后期仍保持相對較高的氮素水平。在本研究中，在倒一葉（劍葉）長出之前增施糞肥降低了水稻倒二葉SPAD 值，其中糞肥施用量較大的處理在穗肥追施前與單施尿素處理之間的差異顯著（P<0.05），反映出雖然糞肥施用量過高，但這一階段水稻可利用氮素相對不足，可能會抑制處于營養(yǎng)生長階段水稻體內(nèi)的氮素積累。追施穗肥后，增施較多糞肥反而導致水稻倒一葉SPAD 值增加（表3），說明水稻穗期以后土壤中植物可直接利用的氮素相對過剩，這一點也體現(xiàn)在水稻收獲后對應處理中存在較高的堿解氮含量（圖3c），從而導致水稻莖、葉中的氮素含量相對較高，水稻貪青晚熟，不利于生殖生長階段氮素從莖、葉到籽粒的轉移。

3.2 增施糞肥對田面水-N和-N濃度的影響

研究表明，田面水中氮素含量受到氮肥種類、施氮量、施用方式等多種因素的影響，稻田氮肥追施會使田面水中的氮素濃度急劇升高，而田面水中的氮素含量與通過稻田氨揮發(fā)和徑流等途徑造成的氮素損失直接相關[26]。因此，控制施肥后田面水中的氮素濃度對降低稻田氮素流失風險具有重要意義。在以往的研究[27-29]中，糞肥配合無機氮肥施用能夠降低稻田田面水中的氮素濃度，但其施用方法多數(shù)是以糞肥替代部分無機氮肥（多為尿素），這與本研究在無機氮肥等量施用的基礎上增施糞肥的試驗方法不同。本研究從平均濃度的角度分析，發(fā)現(xiàn)增施糞肥的6 個處理對田面水中平均濃度的影響不一致，這與蔡佳佩等[3]的研究類似，其在等量尿素基礎上增施不同量糞肥，發(fā)現(xiàn)其田面水中總氮和濃度與施用純尿素處理有所不同。本研究中，N+0.75M 處理可以同時降低田面水中平均濃度，是能夠降低氮素流失風險的施肥模式。糞肥中氮素的釋放依賴于微生物的分解作用，是一個緩慢的過程，其自身分解的同時也為異養(yǎng)微生物提供繁殖和生命活動所需要的能源物質(zhì)。與單施無機氮肥相比，增施糞肥提高了土壤的碳氮比，增強了微生物對的利用能力，致使更多的有效氮素通過微生物的同化作用被短暫地儲存到土壤有機氮庫中，進而引發(fā)微生物和水稻在施肥初期對氮素的爭奪，但是這些被儲存的氮素可以被再次礦化轉變成植物可吸收的有效氮，最終提高土壤氮礦化速率并增加植物對有效氮素的吸收[30-31]。水稻收獲后土壤有機質(zhì)含量明顯增加（圖3a），說明糞肥中的有機物質(zhì)在水稻整個生育期內(nèi)還未被完全分解，在尿素追施的過程中，未被分解的糞肥導致土壤的碳氮比仍然較高，氮素相對不足，隨著尿素施入對氮素的相對補充，肥料中的氮素率先被異養(yǎng)微生物分解利用，之后才逐漸使多余氮素釋放出來。因此，在本研究中增施糞肥改變了尿素追施后田面水中的動態(tài)，表現(xiàn)出先增加后下降的趨勢。

3.3 增施糞肥對水稻產(chǎn)量和氮素利用的影響

動物糞肥中同時含有礦物質(zhì)氮和有機態(tài)氮，能夠補充土壤有機質(zhì)，改善土壤理化性質(zhì)，提升稻田土壤肥力，促進水稻根系生長，增加水稻產(chǎn)量和氮累積量[2，32]。在本研究中，增施牛糞糞肥提高了水稻的秸稈產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量，增幅分別為0.5%～36.2% 和1.9%～46.4%，隨著糞肥增施量的提高，秸稈產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)出先增加后下降的趨勢，兩者均在N+0.75M 處理達到最高值，這說明針對水稻增產(chǎn)能力來說，糞肥的施用量并不是越高越好，而是在施加劑量范圍內(nèi)存在一個最佳用量，這與已有的研究結果[33]相一致。與秸稈產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量類似，當糞肥施用量增加到一定數(shù)值之后，水稻分蘗數(shù)、穗數(shù)、株高以及秸稈、籽粒的吸氮量開始下降，甚至會低于不施糞肥的處理。這主要是由于增施過量的糞肥造成微生物與作物爭奪養(yǎng)分，使氮素釋放滯后，導致水稻前期缺氮；施氮量較高加之糞肥施用造成的氮素延后釋放，致使水稻的生殖生長階段氮素會較多地向莖葉中轉移并積累，導致水稻莖葉含氮量過高，貪青晚熟，不利于水稻生產(chǎn)[33]。在本研究中，葉片SPAD值、追肥后田面水中濃度的變化以及水稻的氮素收獲指數(shù)也能夠體現(xiàn)這一問題。研究表明，糞肥可以替代部分化學肥料施用，提高水稻的氮素利用能力[34-36]。在本研究中，增施少量糞肥對氮素利用起到了一定的促進效果，其中N+0.75M 處理中水稻氮素的利用能力最佳，表現(xiàn)為氮素利用率、氮肥貢獻率最高，土壤氮素依存率最低，氮肥農(nóng)學效率也高于單施氮肥的處理；高用量糞肥的施入反而產(chǎn)生了消極的作用，氮肥中氮素對水稻產(chǎn)量和吸氮量的貢獻比例下降，甚至低于單施尿素的處理，一方面是因為糞肥施用量過大不利于水稻的生長，另一方面則是由于糞肥施用量較大時水稻秸稈和籽粒的產(chǎn)量或吸氮量的提升幅度小于所施肥料中氮素的增加量。

3.4 增施糞肥對土壤理化性質(zhì)的影響

研究表明，有機肥和無機肥配施可以改善土壤的養(yǎng)分狀況，提高土壤的供肥能力[37]。糞肥是一種常見的有機肥，具有調(diào)節(jié)土壤的功效，常用于土壤的培肥過程。在本研究中，增施糞肥對土壤各項理化指標的影響并不一致（圖3）。韓上等[38]認為土壤供肥強度受土壤速效養(yǎng)分的影響，供肥容量則取決于土壤的養(yǎng)分庫容。在本研究中，糞肥增施既可以提高土壤的供肥強度（有效磷、速效鉀和硝態(tài)氮）又可以增加土壤的供肥容量（有機質(zhì)和全氮）。另外，從試驗的結果也可以看出，堿解氮與銨態(tài)氮的含量隨著糞肥增施量的增加而升高，最終超過單施尿素的處理，這種現(xiàn)象一方面表明土壤養(yǎng)分含量與糞肥增施量直接相關，另一方面也說明在水稻生長后期，糞肥用量過高導致土壤中有效態(tài)氮的含量維持在較高水平，不利于水稻莖葉向籽粒的氮素轉移，再結合SPAD 值和田面水無機態(tài)氮的結果，可為N+M、N+1.5M 和N+2M 處理最終較低的籽粒產(chǎn)量和吸氮量提供解釋依據(jù)。

4 結論

（1）在不改變無機氮肥原有施用量和施用頻率的前提下，增施牛糞糞肥提高了水稻秸稈和籽粒產(chǎn)量，并對土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生了積極的影響，其中有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和含量與糞肥施用量之間存在明顯的相關關系。

（2）水稻葉片SPAD 值、田面水氮素濃度的動態(tài)變化以及氮素利用效率的結果表明，在施用等量無機氮肥的前提下，糞肥配施量不宜過大。

（3）從水稻產(chǎn)量、氮素利用效率和環(huán)境影響等角度綜合考慮，在施用192.8 kg·hm-2（以純氮計）無機態(tài)氮（尿素）的基礎上配施115.1 kg·hm-2（以純氮計）有機態(tài)氮（牛糞糞肥）為最優(yōu)施肥方案，可以最大程度實現(xiàn)水稻增產(chǎn)和氮素利用效率提升，同時降低氮素流失風險。