化肥减量配施有机肥对水稻产量及氮肥利用率的影响

  摘要 为研究水稻减肥条件下配施有机肥对水稻产量及氮肥利用率的影响，选用“秋优金丰”为供试品种，开展了一季大田试验，共设 4组 12 个肥料运筹处理，分别为常规施肥处理、减肥 20%处理、缺氮减肥 20%处理、减肥 20%+有机肥梯度配施、缺氮减肥 20%+有机肥梯度配施。结果表明，当减肥 20%有机肥施用量达 11 250 kg /hm2 时，产量相比减肥 20%的条件下提高了 9%( P＜0． 01) ，氮肥利用率与农学效率分别达 42． 36%、8． 10 kg /kg。有机肥施用量达 15 000 kg /hm2 时，产量仅比有机肥 11 250 kg /hm2 时提高了 0． 92%( P＞0． 05) ，氮素利用效率与农学效率也降低了 14． 73%( P＜0． 05) 、3． 5%( P＞0． 05) 。因此，综合考虑水稻产量与氮素利用效率，建议在常规施肥基础上减肥 20%，有机肥施用量为 11 250 kg /hm2 为宜。

  关键词 水稻; 化肥减量; 有机无机配施; 产量; 氮肥利用率

  化学肥料作为重要的农业生产资源，在提高作物产量上起到重要作用［1］，但为片面追求作物产量而长期大量施用化肥容易出现土壤板结酸化，速效养分和有机质含量下降等问题［2］，导致肥料利用率下降，加剧农业面源污染，不利于生态环境保护和农业可持续发展。研究表明，有机肥能有效地培肥和改良土壤［3－5］，增加土壤养分、有机质含量以及土壤有益微生物数量，提高土壤肥力及酶活性［6－9］，很大程度地改善单施化肥对土壤带来的负面影响，同时也在一定程度上起到增产作用。为减少化肥用量，提高化肥利用效率，减少农业面源污染，农业部发布了《到 2020 年化肥使用量零增长行动方案》，上海市提出从 2015 年到 2020 年全市化肥用量减少 20%的目标。研究表明单方面减肥不能很好地满足作物对肥料的持续需求，会导致一定程度的减产，有机肥与无机肥配合施用可协调平衡养分供应［10－11］，有利于作物生长，保证作物稳产。因此，需要在化肥减量 20%的前提下，有效利用有机肥养分，明确化肥减量配施有机肥在农业生产中的施用量。笔者通过水稻田间试验，研究化肥减量配施有机肥对水稻产量及氮肥利用效率的影响，探索有机肥配施的合适用量，为指导水稻合理施肥、化肥减施技术提供理论依据。

1 材料与方法

1． 1 试验材料 试验品种为“秋优金丰”。供试肥料: 复混肥料含 N、P2O5、K2O 均为 15%，尿素含 N 46%，碳铵含 N17%，过磷酸钙含 P2O5 12%，氯化钾含 K2O 60%。有机肥以猪粪为主料，菌菇渣等为辅料制成，含水量 30%，烘干基养分含量为 N 1． 5%，P2O5 2%，K2O 1． 5%。

1． 2 试验地概况 试验于 2018 年 5—12 月在上海市奉贤区奉城镇协新村进行。供试土壤为水稻土，试验前耕层 0 ～20 cm。试验地土壤 pH 为 7． 84，养分含量分别为水解性氮107 mg /kg，有效磷 71． 6 mg /kg，速效钾 249 mg /kg，有机质14． 6 g /kg。

1． 3 试验设计 设 12 处理，3 重复。随机区组排列，小区处理面积 80 m2。常规区: 常规施肥( T1) 、常规施肥缺氮( T2) 、氮磷钾减肥 20%( T3) 、缺氮磷钾减肥 20%( T4) ; 减肥 20%有机肥配施区: 在氮、磷、钾减肥 20%的基础上配施有机肥，有机 肥 梯 度 为 3 750 kg /hm2 ( T5 ) 、7 500 kg /hm2 ( T6 ) 、11 250 kg /hm2 ( T7) 、15 000 kg /hm2( T8) ; 缺氮减肥 20%有机肥配施区: 不施氮肥，在磷、钾减肥 20%的基础上配施有机肥，有机肥梯度为 3 750 kg /hm2( T9) 、7 500 kg /hm2( T10) 、11 250 kg /hm2 ( T11) 、15000 kg /hm2( T12) 。除肥料处理不 同外，其他田间栽培管理措施同常规( 表 1) 。

1． 4测定项目与方法

1． 4． 1 土壤理化性质。试验实施前采集 0 ～ 20cm 基础土样，测定基本理化性状。在施肥之前采集苗床和试验大田土壤样品，以“S”型的布点方式，用不锈钢取土器采集耕作层深度 10～20 cm 的土壤 15 点，混合后去除小石块、植物残根残枝等杂物。自然风干后，采用四分法留取 1． 5 kg 备用待测。参照《土壤农化分析》［12］进行土壤指标测定: 土壤 pH 用 pH计法测定，有机质用油浴加热－重铬酸钾容量法测定，全氮用凯氏定氮法测定，有效磷用钼锑抗比色法测定，速效钾用乙酸铵浸提－火焰光度法测定，碱解氮用碱解扩散法测定，亚硝酸盐用紫外分光光度法测定。

1． 4． 2 田间考察、测产方法。分蘖后期，采集有代表性的 5株，用钢卷尺测量株高，株高为植株从露出土壤根部至顶端的距离。叶绿素用 SPAD－502plus 叶绿素仪测量小麦剑叶的叶尖、中 部 和 基 部 的 SPAD 值，取其平均数作为叶片的SPAD 值。有效穗数: 除每穗结实不满 5 粒不计以外，凡抽穗结实的均为有效穗，以“万穗/hm2”表示; 每穗实粒数: 包括每穗上的实粒和已脱落的总数，以“粒/穗”表示。千粒重: 以晒干扬净( 粳谷标准含水率 14． 5%) 为标准，混匀取样，任取 1 000粒称重，以 2 次重量相差不大于 3%为准，计千粒重，以“g”表示。

1． 4． 3 植株和籽粒养分含量。在分蘖期及成熟期分别取 5株长势均匀一致的植株，分蘖期为地上植株，成熟期为植株和籽粒两部分，在 105 ℃迅速杀青 30 min，然后在 75 ℃下烘干至恒重，测定全氮、全磷、全钾含量。全氮用自动定氮仪法［13］测定，全磷用钼锑抗比色法［14］测定，全钾用火焰光度计法［15］测定。氮( 磷、钾) 吸收量( kg /hm2 ) = ( 籽粒产量×籽粒养分含量+秸秆产量×秸秆养分含量)/100; 氮肥利用率( NＲE) = ( 施氮处理地上部氮素吸收量－缺氮处理地上部氮素吸收量) /施氮量×100%; 植株氮素吸收效率( NUP) = 施氮区地上部氮吸收量/施氮量×100%; 氮肥农学效率( NAE，kg /kg) = ( 施氮处理籽粒产量－缺氮处理籽粒) /施氮量; 氮肥偏生产力( NPFP，kg /kg) = 施氮处理籽粒产量/施氮量。
1． 5 数据处理 数据处理采用 Excel 2007 软件，方差分析采用 DPS V7． 05 统计软件，多重比较采用 LSD 法。

2 结果与分析

2． 1 不同施肥处理对水稻植株性状的影响 由表 2 可知，不同施肥处理对水稻各生长时期的植株性状均有一定影响。缺氮( T2) 、减肥 20%缺氮( T4) 处理与缺氮有机配施处理( T9) 的株高、SPAD、穗长均低于其他处理，彼此间无显著差异，株高、SPAD 与其他处理间差异显著，缺氮有机配施处理( T9) 的株高、SPAD 均显著低于缺氮有机配施处理( T10 ～T12) ，表明氮肥是影响水稻生长的主要因素，缺氮配施少量的有机肥对植株性状提高不明显。常规施肥( T1) 各植株性状均最高，减肥 20%常规施肥均极显著低于常规施肥( T1) ，表明化肥减施 20%不利于水稻生长。各有机配施处理( T5～T8) 与缺氮有机配施处理( T9～ T12) 的植株性状均随着有机肥的增施而提高，有机配施处理( T8) 的植株生长情况均相比其他有机配施处理弱，表明配施有机肥一定程度上促进植株生长，而在常规减肥条件下，过量施用有机肥对植株生长作用不大。有机配施处理( T5～T8) 与减肥常规处理( T3) 分蘖期的株高差异不显著，成熟期的有机配施处理( T7) 的株高显著高于有机配施处理( T5、T8) 与减肥常规处理( T3) ，有机配施处理( T6～T8) 的植株叶绿素含量极显著高于有机配施处理( T5) 与减肥常规处理( T3) ，有机肥配施处理( T7) 的穗长显著高于有机配施处理( T5) 与减肥常规处理( T3) ，表明配施有机肥对分蘖期株高影响不大，适量配施有机肥植株的叶 绿素与成熟期株高和穗长提高明显。

2． 2 不同施肥处理对水稻产量的影响 由表 3 可知，所有处理中，常规施肥( T1) 的有效穗、实粒数、千粒重、产量均最高，与减肥 20%常规处理( T3) 呈极显著差异。常规缺氮处理( T2) 显著高于减肥 20%常规处理( T4) ，差异不显著，表明磷钾肥对水稻产量及其构成也有一定的影响。各有机配施处理( T5～T8) 与缺氮有机配施处理( T9～ T12) 产量及其构成均随着有机肥量的增加呈上升趋势。产量方面，有机配施处理( T7、T8) 与缺氮有机配施处理( T11、T12) 分别极显著高于有机配施处理( T5、T6) 与缺氮有机配施处理( T9、T10) ，有机配施处理 T7 与 T8 以及缺氮有机配施处理 T11 与 T12 的产量间均无显著差异，说明在常规减肥 20%导致水稻减产的情况下，适量增施有机肥能提高水稻产量，但当有机肥达到一定量时，再增施对其增产的作用不大。

2． 3 不同施肥处理对水稻植株养分吸收量的影响 由表 4可知，不同处理对水稻养分积累存在不同的影响。各养分积累量在减肥 20%有机肥配施区( T5～ T8) 整体高于缺氮减肥20%有机肥配施区( T9 ～ T12) ，表明氮素能有效促进水稻养分吸收。在常规减肥处理中氮的养分积累为 T1＞T3＞T2＞T4，差异极显著，表明减肥 20%极显著地降低了氮素的吸收积累。减肥 20%配施有机肥的处理中，吸氮量和吸钾量随着有机施肥量增加呈先增后降的趋势，处理 T5 ～ T7 逐级显著增加，有机肥再增施至处理 T8 水平时，吸收氮和钾的数量又显著下降，表明过量施入有机肥会抑制氮、钾养分的吸收积累;而磷素的吸收量均随有机肥用量的增加而显著提高。化肥减量 20%的情况下，随着配施有机肥用量的增加( T5～ T8) ，水稻吸收磷、钾养分逐级显著提高，且均显著高于常规施肥，这表明有机肥中含有较多的磷、钾养分，能促进水稻对磷、钾的吸收2． 4 不同施肥处理对水稻氮肥利用率的影响 由表 5 可知，所有施氮处理中，减肥 20%处理( T3) 的氮肥利用率、氮素吸收效率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力相比常规处理( T1)均有所提高，差异显著，表明减肥 20%能有效提高水稻的氮肥利用率与农学效率。有机配施处理( T7) 的氮肥利用率、氮素吸收效率最高，与其他处理差异显著，氮肥农学效率仅次于减肥 20%处理( T3) ，差异不显著，有机配施处理( T5～ T8)的氮肥偏生产力随有机肥的增施而提高，氮肥利用率、植株氮素吸收效率、氮肥农学效率在有机配施处理( T5～ T7) 呈同样趋势，但有机配施处理( T8) 有所降低，表明施用有机肥能在一定程度上提高氮肥利用率与农学效率，但过量施用不利于作物养分吸收，导致氮肥利用率与农学效率降低。

3 结论与讨论

  氮肥是影响水稻植株性状和收获情况的主要因素，在一定用量范围内，增施氮肥可以促进有效分蘖产生，穗数增多，产量显著提高［16］。该试验中常规施肥缺氮( T2) 、缺氮减肥20%( T4) 和缺氮有机肥配施( T9 ～ T12) 水稻植株的叶绿素、株高以及产量均显著差于非缺氮处理，表明在氮肥缺失下，单纯施用有机肥对植株生长及收获作用不大。该试验中常规减肥 20%的植株性状显著差于常规施肥，植株的吸氮量也显著降低，表明化肥减施减少了植株的氮素积累，无法满足水稻生长中对养分的需求，导致减肥处理生长能力较弱。随着有机肥的增加，水稻植株的长势情况相比减肥条件下得到有效改善，但当有机肥施用量达 15 000 kg /hm2 时，氮素吸收显著降低，水稻植株性状均有所降低。表明配施有机肥一定程度上促进植株生长，但过量施用有机肥可能会抑制植株生长。研究表明高量有机无机肥配施，会使水稻前期养分供应太少，导致养分吸收不足［17］，影响植株生长，这与该研究结果基本一致。常规施肥条件下，化肥减施会导致一定程度的减产，该研究中常规处理的有效穗、实粒数、千粒重、产量均最高，与减肥 20%常规处理呈极显著差异。有机肥的增施使产量得到显著提高，可能由于有机无机肥配施，提高了功能叶的净光合速率，增加水稻前期干物质的积累，从而提高水稻产量［18－19］，但高量施用有机肥对其增产作用很小，当有机肥施用量达 15 000 kg /hm2 时，水稻产量不再大幅度增加。朱菜红等［20］研究指出有机肥与化肥必须适量施用，过量施用可能会影响根系微生物活性，使作物对养分的吸收率降低，导致减产。该研究中高量施用有机肥虽未出现减产，但增产效果相比前 3 个有机肥增施梯度大幅度减弱。化肥过量施用会降低肥料的利用效率，该研究中减肥20%的氮肥利用率与农学效率显著高于常规施肥。氮肥的利用率与农学效率随着有机肥的增加而提高，当有机肥施用量达 7 500 kg /hm2 时，与减肥 20%处理无显著差异，但有机肥施用量达 15 000 kg /hm2 时，两者均有所降低。在常规施肥减量 20%的基础上，适当增施有机肥，利于氮磷钾养分的积累，对水稻生长和养分积累较为有利。施用量为 11 250 kg /hm2 时，氮肥的利用效率、农学效率和产量均得到有效提高，有机肥施用量达 15 000 kg /hm2 时，氮素利用效率较低，产量增加也有限。综合考虑水稻产量与氮素利用效率，建议在常规施肥基础上减肥 20%，有机肥施用量以11 250 kg /hm2 为宜。

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