化肥减量配施有机肥对水稻产量及氮肥利用率的影响

2021-03-01黄璐璐金海洋王站付严瑾顾见芹顾艾节

安徽农业科学 2021年1期

黄璐璐金海洋王站付严瑾顾见芹顾艾节

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

中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2021）01-0138-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.01.037

Abstract In order to study the effects of organic fertilizer on rice yield and nitrogen efficiency under the fertilizer reduction，“Qiuyou jinfeng” was selected as the test variety for the one-season field trial.A total of four groups of 12 fertilizers combined were used for treatment，including conventional fertilization， fertilizer reduction of 20%，no-nitrogen and fertilizer reduction of 20%， fertilizer reduction of 20%+organic fertilizer combined application， no-nitrogen and fertilizer reduction of 20%+ organic fertilizer combined application. The results showed that the fertilizer was reduced by 20%， the fertilizer application amount reached 11 250 kg/hm2， the yield was increased by 9%（P<0.01） when the fertilizer was reduced by 20%. Nitrogen utilization rate and agronomic efficiency reached 42.36% and 8.10 kg/kg， respectively. When the application amount of organic fertilizer reached 15 000 kg/hm2， the yield was only 0.92% higher than that of organic fertilizer at 11 250 kg/hm2 （P>0.05）. The nitrogen utilization efficiency was also 14.73% lower than that of agricultural efficiency （P<0.05） and 3.5% lower than that of agricultural efficiency （P>0.05）.Therefore， considering rice yield and nitrogen utilization efficiency comprehensively， it is recommended to reduce the amount of fertilizer by 20% on the basis of conventional fertilization， and keep the application amount of organic fertilizer at about 11 250 kg /hm2.

Key words Paddy;Reduction of fertilizer application;Organic and chemical fertilizer combined;Yield;Nitrogen use efficiency

化學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N 17%，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）、 15 000 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0～20 cm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。

有效穗數：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，表明施用有機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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