有機(jī)肥等氮替代化肥對粳稻產(chǎn)量及干物質(zhì)積累的影響

郭詩夢， 牟靜怡， 翟文舉， 王 術(shù)， 賈寶艷， 黃元財(cái)， 王 巖， 王 韻， 周嬋嬋

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生理研究所，遼寧沈陽 110866)

目前，氮肥的不合理運(yùn)用成為制約水稻生產(chǎn)的重要因素，過量施入化學(xué)氮肥會造成土壤板結(jié)，肥料利用效率降低，并危害土壤生態(tài)環(huán)境，影響水稻持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。與單施化肥相比，有機(jī)肥配施化肥可通過改善土壤理化性質(zhì)而使水稻增產(chǎn)，主要原因是配施有機(jī)肥可以補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤孔隙度，使土壤容重降低并降低化肥損失率。王元元等總結(jié)有機(jī)肥配施化肥的研究進(jìn)展發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥和化肥配施有利于提高水稻產(chǎn)量，早稻和晚稻平均產(chǎn)量較單施化肥增產(chǎn)3.9%～7.8%，單季稻產(chǎn)量提高20%以上。唐海明等研究指出，有機(jī)肥配施化肥有利于水稻全生育期干物質(zhì)量的增加，且在一定的配施比例內(nèi)，有機(jī)肥占比越高，水稻干物質(zhì)量越高，表明施用有機(jī)肥能促進(jìn)水稻干物質(zhì)積累。

國內(nèi)外針對有機(jī)肥配施化肥對水稻產(chǎn)量、土壤理化性質(zhì)和干物質(zhì)積累量的研究有很多，但是針對有機(jī)肥配施化肥最佳比例的研究，在不同地區(qū)、不同水稻類型上尚未得出一致結(jié)論。本試驗(yàn)以沈陽地區(qū)粳稻品種沈稻7號、沈稻505、沈稻47為試驗(yàn)對象，在相同氮肥施用量條件下通過設(shè)置有機(jī)肥配施化肥的比例為10%、20%、30%，分析水稻產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素、干物質(zhì)含量等指標(biāo)，以期探明不同類型水稻品種間有機(jī)肥替代化肥的適宜比例。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019—2020年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)科研基地(123°24′E，41°50′N)進(jìn)行，該地屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫8.1 ℃，年平均降水量724.3 mm，年日照時數(shù)約2 524 h。試驗(yàn)地0～20 cm 土層土壤全氮含量1.22 g/kg，速效氮含量 110 mg/kg，速效磷含量24.69 mg/kg，速效鉀含量158 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量28 g/kg，pH值5.86。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以彎曲穗型品種沈稻7號、直立穗型品種沈稻505和半直立穗型品種沈稻47為試材，田間試驗(yàn)采用裂區(qū)方式，肥料為主區(qū)，品種為副區(qū)，共設(shè)5個肥料處理，所有處理施氮量均為150 kg/hm。5種肥料處理分別為不施氮肥(CK)、全化肥(CF)、有機(jī)肥替代10%化肥(OR)、有機(jī)肥替代20%化肥(OR)、有機(jī)肥替代30%化肥(OR)。施用的氮肥為尿素(N含量46%)。有機(jī)肥為沈陽樹新畜牧有限公司生產(chǎn)的生物有機(jī)肥(N 1.00%、PO1.16%、KO 1.10%)，有機(jī)質(zhì)含量≥45%，水分含量<30%，主要原料為牛糞。按質(zhì)量比將化肥按基肥 ∶分蘗肥 ∶拔節(jié)肥=5 ∶3 ∶2施入，有機(jī)肥均以基肥施入。有機(jī)肥替代處理中化學(xué)磷鉀肥施入比例已減除有機(jī)肥中含量，以保證所有處理磷鉀肥用量一致，PO用量為90 kg/hm，KO用量為75 kg/hm。

2年均于4月19日播種，5月25日移栽，行株距分別為30.0、16.7 cm，密度為20萬穴/hm，每穴2～3苗。小區(qū)面積為47.5 m，20行區(qū)，行長 9.5 m，寬5.0 m，3次重復(fù)。不同小區(qū)之間采用隔板隔離，防止水分與肥料串漏，單排單灌。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成測定 成熟期，除去各處理小區(qū)邊行，按實(shí)際收獲面積計(jì)算產(chǎn)量，測定稻谷水分含量，然后折合計(jì)算為14.5%含水量的稻谷產(chǎn)量；每個小區(qū)按照分蘗平均數(shù)取樣，每個小區(qū)取有代表性的植株5穴考種，考查產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.3.2 水稻莖蘗動態(tài)測定 自移栽后7 d開始，每隔7 d定點(diǎn)調(diào)查30穴植株至齊穗期，并于成熟期再調(diào)查1次，計(jì)算單位面積莖蘗數(shù)。

1.3.3 水稻SPAD值測定 于移栽后55 d開始用葉綠素儀(Chlorophyll meter，SPAD-502)測定植株最頂端的完全展開葉，分別測葉片的上、中、下3個部分，取3次測定的平均值作為此葉片的SPAD值，每個小區(qū)測定15張葉片，取其平均值作為小區(qū)的SPAD值，每隔10 d測定1次。

1.3.4 干物質(zhì)含量測定 在成熟期每個小區(qū)選取9穴，將水稻葉、莖、穗分開，在烘箱中105 ℃殺青 30 min 后，于75 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱取各器官干物質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2019與SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素(one-way ANOVA)和最小顯著性差異()法進(jìn)行方差分析和多重比較(=0.05)，圖表中數(shù)據(jù)為平均值。2年試驗(yàn)結(jié)果趨勢一致，若無特殊說明，均以2019年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥配施化肥對水稻產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.1.1 有效穗數(shù) 由表1可知，與全化肥處理相比，隨著有機(jī)肥比例升高，沈稻7號的有效穗數(shù)增加；沈稻505、沈稻47的有效穗數(shù)出現(xiàn)先增加后減少的趨勢。彎曲穗型品種沈稻7號OR、OR、OR處理的有效穗數(shù)較全化肥處理分別增加5.88%、10.00%、11.76%，直立穗型品種沈稻505的有效穗數(shù)分別增加8.21%、13.30%、10.23%，半直立穗型品種沈稻47 OR、OR處理的有效穗數(shù)分別增加14.20%、11.89%，但OR處理的有效穗數(shù)下降了4.40%。

2.1.2 穎花數(shù) 由表1可知，彎曲穗型水稻品種沈稻7號的穎花數(shù)隨著有機(jī)肥比例的增大而增加，在OR處理達(dá)到最高，且OR、OR處理顯著高于全化肥處理，OR處理與全化肥處理差異不明顯。直立型水稻品種沈稻505、半直立水稻品種沈稻47的穎花數(shù)隨著有機(jī)肥比例的增大呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。沈稻505 OR處理表現(xiàn)最好，雖然與OR、OR處理之間差異不顯著，但是顯著大于全化肥處理。沈稻47 OR處理的穎花數(shù)達(dá)到最高，各施肥處理之間差異不顯著。

2.1.3 結(jié)實(shí)率 由表1可知，結(jié)實(shí)率方面，沈稻7號、沈稻505各處理間差異均不顯著，但沈稻7號呈現(xiàn)無氮肥處理及有機(jī)肥配施處理高于全化肥處理的趨勢。而沈稻47的無氮肥處理與配施有機(jī)肥處理與全化肥相比有差異。

2.1.4 千粒質(zhì)量 由表1可知，千粒質(zhì)量方面，不同類型的水稻品種對于配施有機(jī)肥的比例響應(yīng)不同。沈稻7號無氮肥處理顯著大于OR與全化肥處理。沈稻505無氮肥處理及OR、OR處理均顯著大于全化肥處理，而與OR處理間雖有差異但不顯著。沈稻47表現(xiàn)為無氮肥處理顯著大于全化肥處理，但是與有機(jī)肥配施處理間差異不顯著。

2.1.5 實(shí)際產(chǎn)量 由表1可知，有機(jī)肥配施處理與全化肥相比，增產(chǎn)幅度為2.65%～9.97%。彎曲穗型品種沈稻7號的產(chǎn)量呈現(xiàn)出隨有機(jī)肥配施比例升高而增加的趨勢，在OR處理時產(chǎn)量最高。與全化肥處理相比沈稻7號OR、OR、OR處理增產(chǎn)率分別為5.62%、6.32%、9.97%；直立穗型沈稻505的產(chǎn)量隨有機(jī)肥配施比例的升高呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，半直立穗型沈稻47呈現(xiàn)出下降的趨勢，直立穗型品種沈稻505 OR處理的產(chǎn)量最高，與全化肥處理相比OR、OR、OR處理分別增產(chǎn)3.83%、9.71%、6.13%；半直立中穗型品種沈稻47 OR處理產(chǎn)量最高，與全化肥處理相比OR、OR、OR處理增產(chǎn)9.65%、5.67%、2.65%。

表1 2019年各品種各施肥處理的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.2 有機(jī)肥配施化肥對水稻莖蘗動態(tài)的影響

由圖1可知，3個品種的5個肥料水平莖蘗動態(tài)均呈現(xiàn)先升高后降低至平衡的趨勢，且配施有機(jī)肥的分蘗數(shù)整體高于全化肥與無氮肥處理，但每個品種達(dá)到分蘗最高峰的配施比例并不相同。彎曲穗型的沈稻7號在OR處理時達(dá)到莖蘗數(shù)頂點(diǎn)，直立穗型品種沈稻505在OR處理時達(dá)到分蘗最高峰，半直立穗型品種沈稻47在OR處理上出現(xiàn)莖蘗數(shù)最大值。沈稻7號除OR處理外，在移栽后 42 d 達(dá)到分蘗盛期，莖蘗數(shù)最大，OR處理在移栽后49 d莖蘗數(shù)最大；沈稻505在5個處理上莖蘗數(shù)達(dá)到頂峰的時間沒有差異，均在移栽后42 d達(dá)分蘗盛期；沈稻47的無氮肥處理在移栽后35 d莖蘗數(shù)最大， 其余各處理均在移栽后49 d達(dá)到分蘗盛期，莖蘗數(shù)最大。由此可見，不同品種相同條件下受有機(jī)肥影響程度不同， 一些品種在施用有機(jī)肥比例過高的情況下會出現(xiàn)分蘗高峰延遲的現(xiàn)象。

2.3 有機(jī)肥無機(jī)肥配施對SPAD的影響

SPAD 值反映葉綠素的相對含量，代表植株的綠色程度。由圖2可知，不同配施比例下3個水稻品種的劍葉SPAD值變化趨勢基本一致，即SPAD值從移栽后55 d到移栽后75 d均呈現(xiàn)上升趨勢，之后快速下降，沈稻47、沈稻505及沈稻7號各處理的SPAD值均在移栽后 75 d 左右(齊穗期)達(dá)到最大，同時還可以看出，在同一時期內(nèi)3個品種的SPAD值基本表現(xiàn)為CF>OR>OR>OR>CK。

2.4 有機(jī)肥無機(jī)肥配施對干物質(zhì)積累的影響

由表2可知，隨著有機(jī)肥配施比例的升高，與全化肥處理相比，沈稻7號3個配施有機(jī)肥處理的收獲指數(shù)呈現(xiàn)顯著增加的趨勢，沈稻505、沈稻47 呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，但是3個品種配施處理的收獲指數(shù)均大于全化肥處理，只是不同品種最適合的配施比例不同。施肥處理間沈稻7號在OR處理時收獲指數(shù)最高，為0.55；沈稻505在OR處理時收獲指數(shù)最高，為0.60；沈稻47在OR處理時收獲指數(shù)最高，達(dá)到0.61。

3 討論與結(jié)論

為了提高水稻產(chǎn)量，種植者大量施用化學(xué)氮肥，但過量施用化學(xué)氮肥既影響水稻產(chǎn)量，降低了肥料的利用率，又造成資源的浪費(fèi)并危害土壤生態(tài)環(huán)境。目前，不合理的氮肥投入已經(jīng)成為制約水稻生產(chǎn)的重要制約因素，人們開始將有機(jī)肥配施化學(xué)氮肥作為增產(chǎn)增效的措施和研究重點(diǎn)。劉守龍等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥與無機(jī)肥配施較施用全化肥相比能使稻米增產(chǎn)。通過Meta分析我國及其他國家已發(fā)表的有機(jī)肥無機(jī)肥配施試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，有機(jī)肥替代部分化肥后水稻平均增產(chǎn)7.3%。同時多個試驗(yàn)也表明，在N、P、K投入量相等的條件下，和單施化肥相比，有機(jī)肥替代部分化肥能使水稻產(chǎn)量提高4%～20%，甚至能達(dá)63%，且增產(chǎn)效果與配施年限成正比。鄭仁兵等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代化肥在適當(dāng)比例內(nèi)對水稻有增產(chǎn)的效果，一旦過量或全有機(jī)肥施用反而會使水稻產(chǎn)量降低2.3%～8.6%。Moe等的研究表明，有機(jī)肥化肥的配施通過增加水稻分蘗數(shù)、穗數(shù)、穗長，從而增加水稻產(chǎn)量。Elkholy等研究認(rèn)為，有機(jī)肥配施化肥是通過提高水稻單位面積有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量而優(yōu)化調(diào)控作物產(chǎn)量。唐先干等研究指出，有機(jī)肥配施比例達(dá)50%時不但有利于中、上部稻穗一、二次枝梗粒的發(fā)育，增加中、上部穗粒質(zhì)量，還能增加稻穗中、下部二次枝梗的結(jié)實(shí)率。本試驗(yàn)中，產(chǎn)量方面，配施有機(jī)肥的處理均大于全化肥處理，但各品種最適配施比例并不相同，增產(chǎn)幅度在2.65%～9.97%。

表2 2019年不同處理對粳稻干物質(zhì)積累的影響

干物質(zhì)量是水稻產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，水稻產(chǎn)量是干物質(zhì)生產(chǎn)與分配的過程。而抽穗前與抽穗后是水稻干物質(zhì)形成的2個關(guān)鍵階段，本試驗(yàn)中2個階段積累的干物質(zhì)比例隨品種與施肥比例而變化，通過提高干物質(zhì)積累量或收獲指數(shù)，或同時提高干物質(zhì)積累量和收獲指數(shù)可以提高產(chǎn)量。有研究指出，有機(jī)肥與化肥配合施用有利于中后期水稻干物質(zhì)積累以及群體生長率的提高。徐一蘭等的研究發(fā)現(xiàn)，對早稻而言，有機(jī)肥與化肥配施使各部位干物質(zhì)積累量增加，不但奠定了干物質(zhì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，還能促進(jìn)莖、葉干物質(zhì)向穗部的運(yùn)輸，顯著增加抽穗后期物質(zhì)同化貢獻(xiàn)率。唐海明等研究發(fā)現(xiàn)，長期施用60%有機(jī)肥能促進(jìn)莖部干物質(zhì)向穗的轉(zhuǎn)運(yùn)，有利于水稻莖物質(zhì)的輸出。劉彥伶等的研究表明，合理進(jìn)行有機(jī)肥與無機(jī)肥的配施，可以促進(jìn)水稻干物質(zhì)的積累以及莖葉干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，與徐明崗等通過6年早晚稻試驗(yàn)得出的結(jié)果一致。本試驗(yàn)中，沈稻7號在OR處理下，干物質(zhì)積累量取得最大值，有利于產(chǎn)量的提高；沈稻505在OR處理下獲得高產(chǎn)；沈稻47在OR處理下獲得高產(chǎn)，主要由于此處理下不僅干物質(zhì)積累量較高，同時也維持了較高水平的收獲指數(shù)。這與侯紅乾等低量有機(jī)肥配施處理對產(chǎn)量提升作用最大的試驗(yàn)結(jié)論基本一致。

可見，在水稻生產(chǎn)中，相對純化學(xué)肥料的施用，有機(jī)肥與化肥的配施可以普遍提高有效穗數(shù)與穎花數(shù)，有機(jī)肥的長效性還能確保結(jié)實(shí)率與千粒質(zhì)量不會因?yàn)榉f花數(shù)的增加而降低，從而使水稻增產(chǎn)。綜合來看，彎曲穗型品種沈稻7號適宜配施的比例為30%有機(jī)肥+70%無機(jī)肥；直立穗型品種沈稻505適宜配施的比例為20%有機(jī)肥+80%無機(jī)肥；半直立穗型品種沈稻47適宜配施的比例為10%有機(jī)肥+90%無機(jī)肥。