無機有機肥配施對水稻產量及氮肥利用率的影響

王站付 石磊 楊業鳳 陸利民 黃璐璐 林天杰

摘要?[目的]研究水稻生長中有機肥與化肥配施對水稻產量及氮肥利用效率的影響。[方法]選用秀水為供試品種開展1季大田試驗，設置常規及缺氮區（CK、T1）、減肥20%及缺氮區（T2、T3）、減肥20%有機肥配施區（T4～T7）和減肥20%缺氮有機肥配施區（T8～T11）共4組12個肥料運籌處理。測定水稻長勢及植株養分吸收情況，分析不同施肥處理下水稻生長性狀、產量與氮肥利用效率。[結果]常規施肥條件下水稻生長情況和產量均最高，但氮肥利用率較低;在常規施肥減量20%的基礎上，適當增施有機肥，利于植株氮養分含量的積累，可提高氮肥利用率;完全不施氮肥，磷鉀減肥20%的基礎上，配施有機肥，對水稻生長和氮養分積累較為不利，產量明顯偏低。[結論]綜合考慮投入產出，當常規施肥減肥20%，有機肥配施量為3 750 kg/hm2時，水稻產量與常規施肥差異不顯著（P<0.05），為最優無機有機肥配施方案。

關鍵詞?無機有機肥配施;水稻;產量;氮肥利用效率

中圖分類號?S?511文獻標識碼?A文章編號?0517-6611（2020）01-0163-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.01.049

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Influence of Organic?inorganic Compound Fertilizers on Yield and Nitrogen Use Efficiency in Rice

WANG Zhan?fu1，SHI Lei2， YANG Ye?feng2et al

（1.Extension Service Center of Agricultural Technology of Shanghai，Shanghai 201103;2.Pudong New District of Shanghai Agro?Technology Extension Service Center，Shanghai 201201）

Abstract?[Objective] To study the effects of application of organic fertilizer and chemical fertilizer on rice yield and nitrogen use efficiency in rice growth. [Method] Xiushui was selected as the tested variety for one season field trial. A total of four groups of 12 fertilizers combined were used for treatment， including conventional （excluding nitrogen） fertilization block， weight loss 20% conventional （excluding nitrogen） fertilizer block， weight loss 20% fertilizer + organic fertilizer combined application block， loss 20% fertilizer excluding nitrogen weight + organic fertilizer combined application block. The growth of the rice and the nutrient uptake of the plants were measured. The growth traits， nutrient absorption and accumulation and nitrogen use efficiency under different fertilization treatments were analyzed. [Result] The growth and yield of rice were highest under normal fertilization conditions， but the nitrogen recovery efficiency was lower. On the basis of 20% reduction of conventional fertilization， appropriate application of organic fertilizer was beneficial to the accumulation of nitrogen in plants， which could improve the recovery rate of nitrogen fertilizer. No nitrogen fertilizer， on the basis of 20% reduction of phosphorus and potassium， organic fertilizer applied， which was unfavorable for wheat growth and nitrogen nutrient accumulation， and the yield was significantly lower. [Conclusion] Considering input and output comprehensively， when conventional fertilization loses 20% and organic fertilizer application rate was 3 750 kg/hm2， the rice yield was not significant （P<0.05） with conventional fertilization treatment， which was the optimal fertilizer application mode.

Key words?Organic and chemical fertilizer combined;Rice;Yield;Nitrogen use efficiency

有機肥富含有機質和有效養分含量，是農業生產中的重要肥料。有機肥的施用是提高土壤有機質含量的有效手段[1]，還可以增加土壤腐殖質含量[2]。我國傳統農業生產就是通過施用有機肥來培肥地力和提高農作物產量[3]。隨著國內農業集約化程度的不斷提高，化肥用量大幅度增加，農作物產量顯著提高。氮磷鉀是限制水稻生產最主要的大量元素，其中，氮肥是水稻生產過程中需求量最大、增產效果最顯著、產生經濟效益最高的肥料類型，適當的氮肥用量可以有效改善群體結構，促進物質積累與轉移，提高產量水平[4-6]。但氮肥的不合理投入已成為制約水稻生產的重要限制因素，氮肥的過量施用導致氮肥利用率較低，氮素流失嚴重，研究發現，太湖流域稻麥農田氮素徑流流失量約為30.6 kg/hm2，占氮素投入量的6.2%，且稻季氮素的徑流流失量遠大于麥季[7-8]。

雖然上海市近年來水稻種植中有機肥施用量有所增加，但仍存在偏施氮肥，有機肥料較少施，造成化肥施用量較高的問題，這對改善土壤結構和培肥地力較為不利[9-10]。研究表明[11-12]，長期單施化肥或長期大量單施有機肥料均不利于土壤的健康發展，化肥有機肥配合施用能顯著降低土壤剖面的硝態氮含量，能夠有效提高土壤緩沖性能，增加土壤有機質含量，增強土壤功能，作物持續增產穩產。有機無機配施對促進水稻對氮磷鉀養分的吸收、提高產量、改善土壤地力環境、提高肥料利用率具有重要影響[13-14]。

因此，筆者通過水稻田間試驗，研究有機無機肥配施條件下水稻植株養分吸收和作物產量及養分利用效率，旨在為指導水稻合理施肥、化肥減施提供理論依據。

1?材料與方法

1.1?試驗地概況

試驗于2018年6—11月在上海市浦東新區曹路鎮糧食生產基地進行。供試土壤為水稻土，試驗前耕層0～20 cm土壤理化性質：pH 7.5，有機質39.4 g/kg，水解氮257 mg/kg，有效磷287.2 mg/kg，速效鉀126 mg/kg。

1.2?試驗材料

供試水稻品種為秀水（直播），試驗施用的有機肥為本地生產。

1.3?試驗設計

試驗共設4組12個處理。

常規區：常規施肥（CK）、常規施肥缺氮（T1）;減肥區：氮磷鉀均減肥20%（T2）、磷鉀減肥20%缺氮（T3）;減肥20%有機肥配施區：在氮、磷、鉀減肥20%的基礎上增施有機肥，有機肥施肥量：3 750 kg/hm2（T4）、7 500 kg/hm2（T5）、11 250 kg/hm2（T6）、15 000 kg/hm2（T7）;缺氮減肥20%有機肥配施區：不施氮肥，在磷、鉀減肥20%的基礎上增施商品有機肥，有機肥施肥量：3 750 kg/hm2（T8）、7 500 kg/hm2（T9）、11 250 kg/hm2（T10）、15 000 kg/hm2（T11）。

各處理重復3次，隨機區組排列，小區面積120 m2。小區間設置小田埂，田埂寬30 cm，高出大田30 cm;田埂內側嵌HDPE防滲膜，嵌入土體深度不低于30 cm，高出田埂30 cm，防止相互竄肥。在各小區兩頭開通灌水溝和排水溝，灌排分開，溝寬約0.3 m，深約0.2 m。

當地常規施肥量折純433.5 kg/hm2，其中氮肥321.0 kg/hm2，磷肥75.0 kg/hm2，鉀肥37.5 kg/hm2，按照基肥（碳酸氫銨750.0 kg/hm2、過磷酸鈣375.0 kg/hm2）、分蘗肥1（尿素112.5 kg/hm2）、分蘗肥2（復混肥（24-8-10）375.0 kg/hm2）、穗肥（尿素112.5 kg/hm2）4個時期進行施肥。有機肥全部基施，市售有機肥鮮基含水量30%，烘干基養分含量為N 1.5%，P2O5 2.0%，K2O 1.5%。為獲得的數據與實際生產情況相一致，試驗田的管理與大田常規模式保持一致。

1.4?樣品采集與測定

1.4.1?土壤理化性質。

試驗開始前采集0～20 cm土層基礎土樣，測定基本理化性狀。

1.4.2?莖葉株高。

分蘗后期，采集有代表性的植株5株，測量主莖長度取最大值，株高用鋼卷尺測量，測量植株從露出土壤根部至頂端的距離。

1.4.3?葉綠素相對含量（SPAD）。

分蘗后期，用SPAD-502 plus葉綠素儀測量水稻劍葉的葉尖、中部和基部SPAD值，以其平均值作為葉片的SPAD值。

1.4.4?植株養分含量。

在分蘗及成熟期分別取5株長勢均勻一致的植株，分蘗期為地上植株，成熟期分植株和籽粒兩部分，在105 ℃下迅速殺青30 min，然后在75 ℃下烘干至恒重，稱重后，測定全氮含量。

1.4.5?考種及測產。

水稻成熟后，每處理取30株進行室內穗粒結構考種，進行理論測產，其中稱重，折算成含水量13.5%條件下的重量。

土壤和植株樣品均采用常規分析方法[15]。

1.5?數據處理?數據處理及分析采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.5數據處理系統。

氮吸收量（kg/hm2）=（籽粒產量×籽粒養分含量+秸稈量×秸稈養分含量）/1 000

氮肥利用率（NRE）=（施氮區地上部氮素吸收量-缺氮區地上部氮素吸收量）/施氮量×100%

氮素吸收效率（NUP）=施氮區地上部氮吸收量/施氮量×100%

2?結果與分析

2.1?不同施肥處理對水稻分蘗期生長性狀的影響

由表1可知，不同施肥處理對水稻分蘗期生長性狀有一定的影響。分蘗期常規施肥（CK）各性狀均較高，其中葉綠素含量SPAD值常規減肥20%（T2）最高為36.97，其次是常規施肥（CK），減肥20%有機肥配施區和缺氮減肥20%有機肥配施區均高于缺氮處理（T2、T3），減肥20%有機肥配施區（T4～T7）和缺氮減肥20%有機肥配施區（T8～T11）水稻SPAD值差異不顯著。株高最大為T4（76.97 cm），其次是CK，缺氮區（T1、T3）株高較小，減肥20%有機肥配施區（T4～T7）株高整體高于缺氮減肥20%有機肥配施區（T8～T11）。各處理株重差異不顯著，減肥20%有機肥配施區（T4～T7）株高略高于缺氮減肥20%有機肥配施區（T8～T11）。

在分蘗期除SPAD值外，株高和株重減肥20%有機肥配施區（T4～T7）均高于缺氮減肥20%有機肥配施區（T8～T11），株高上表現更為顯著。這可能是因為小麥生長早期，相比有機肥，化肥無機氮更利于小麥吸收，促進植株生長。

2.2?不同施肥處理對水稻主要生育期全氮含量的影響

由表2可知，水稻分蘗期植株全氮含量高于成熟期秸稈、籽粒，成熟期籽粒全氮含量高于秸稈，水稻后期植株中全氮向籽粒轉移。水稻分蘗期所有有機肥配施處理莖葉氮含量均較高，與常規缺氮、減肥缺氮差異顯著（P<0.05），不同有機肥配施處理全氮含量無顯著差異（P<0.05）。水稻成熟期秸稈全氮含量CK、T7較高，減肥20%缺氮配施有機肥（T8～T11）較低。籽粒全氮含量T8最高，CK次之，T5、T10、T11較低，總的趨勢是減氮或缺氮后，成熟期秸稈及籽粒中氮含量與常規施肥相比均有所下降。

48卷1期王站付等?無機有機肥配施對水稻產量及氮肥利用率的影響

2.3?不同施肥處理對水稻產量及產量構成因素的影響

由表3可知，所有處理中，CK處理穗長（18.37 cm）、產量（10 739.01 kg/hm2）均最高，穗粒數T9最高（155.94粒/穗），千粒重T8最高（30.27 g），有效穗數T7最高（389.86萬穗/hm2），且與其他處理的差異達顯著水平（P<0.05）。產量方面，減肥20%有機肥配施區處理整體高于減肥20%缺氮有機肥配施區處理，T7與T8處理產量達顯著差異（P<0.05），產量整體隨有機肥施肥量的增加而增加，減肥20%有機肥配施區表現為T7>T5>T6>T4，減肥20%缺氮有機肥配施區表現為T10>T11>T9>T8。氮肥顯著影響水稻產量，施氮區產量顯著高于缺氮區，常規施肥略高于減肥20%，表現為CK>T2>T1>T3。CK（10 739.01 kg/hm2）與T7（10 638.20 kg/hm2）水稻產量基本持平，可見，減肥20%后，配施有機肥15 000 kg/hm2，可與常規施肥產量基本相當。

2.4?不同施肥處理對水稻氮素吸收利用的影響

由表4可知，各施肥處理之間的水稻秸稈吸氮量、籽粒吸氮量和地上部總吸氮量之間存在顯著差異（P<0.05），秸稈吸氮量T7最高（121.29 kg/hm2），籽粒吸氮量CK最高（113.51 kg/hm2），總吸氮量T7最高（217.69 kg/hm2）。減肥20%有機肥配施區秸稈吸氮量高于籽粒吸氮量，其他處理為籽粒吸氮量高于秸稈吸氮量，缺氮處理（T1、T3）、減肥20%缺氮處理（T8～T11）總吸氮量較低，總吸氮量最低的為T3（102.35 kg/hm2）。T6、T7總吸氮量均超過CK，其中T7比CK處理增加了2.58%。

由于有機肥肥效緩慢，當季養分釋放率較低，該研究在計算施氮量時有機肥氮未計算入內。因此，缺氮區（T1、T3）及缺氮減肥20%有機肥配施區（T8～T11）不計算氮肥利用率和氮素吸收效率。該試驗以T1（常規施肥缺氮處理）總吸氮量作為對照，計算氮肥利用率。CK處理氮肥利用率為32.94%，減肥20%后氮肥利用率增加了2.53%，減肥20%后配施不同梯度有機肥后氮肥利用率均有所提高，氮肥利用率在37.54%～43.30%。在減肥和配施有機肥后氮素吸收效率明顯提高，CK氮素吸收效率為66.11%，減肥20%后提高至76.93%，減肥20%配施有機肥后，氮素吸收效率最高為84.77%。說明減肥20%后配施一定有機肥不僅能夠保證水稻對氮素的吸收利用，還能提高氮肥利用率和氮素吸收效率。

3?結論與討論

該研究結果表明，與不施氮肥相比，常規施肥處理水稻分蘗期和成熟期干物質中全氮含量均較高，減肥20%處理水稻干物質全氮含量顯著低于常規施肥。成熟期水稻氮吸收積累總量上，也是常規施肥（CK）保持較高氮積累總量，而缺氮及減肥20%處理氮積累總量均顯著下降。這可能是由于常規施肥情況下，較高的施氮量提高了水稻的光合速率和根系活力，促進了水稻干物質的積累和養分的吸收[16-17]。研究表明，水稻在吸收氮、磷、鉀營養元素時具有顯著的正向相關性[18]。因此常規施肥減肥20%，氮磷鉀同時降低，也間接影響了水稻對氮的吸收。化肥減施20%（或缺氮）配施不同梯度的有機肥，在分蘗期植株氮含量與常規施肥相比略有提高，但在生育后期，減肥20%缺氮有機肥配施區水稻植株、秸稈氮含量均顯著低于常規施肥。說明在水稻生長前期，有機肥中的氮養分尚能滿足水稻養分需求，但在水稻生長后期，完全不施氮肥僅靠有機肥中的氮已不能滿足水稻的養分需求。

化肥有機肥配施有利于土壤有機質積累和土壤肥力的提高。與常規施肥相比，化肥減少20%配施有機肥，可以保障水稻產量不下降，當有機肥配施量為15 000 kg/hm2時，水稻產量為10 638.20 kg/hm2，與常規施肥無顯著差異（P<0.05）。與完全不施氮肥（T1、T3）相比，無機有機肥配施（T4～T11）水稻產量及氮吸收量均有所提高，說明氮素在水稻生長中起著重要作用。化肥有機肥配施后水稻氮吸收量較高，一方面通過有機肥直接補充了稻田系統中的土壤養分，另外由于有機肥肥效緩慢可以調節土壤與化肥養分的釋放強度和速率，使水稻各生育階段得到更為均衡的礦質營養，從而提高了水稻產量及養分的積累[19-20]。

養分吸收是物質生產的基礎，而物質生產又是稻谷產量形成的基礎[13]。在常規施肥情況下，氮肥利用率為32.94%，減少20%施肥量后，氮肥利用率提高至35.47%，減肥20%配施有機肥后氮肥利用率有所提高，這與有機肥中的氮釋放后被作物吸收利用有關。氮肥利用率的高低取決于試驗缺氮區地上部養分積累量和施肥量，該研究常規施肥氮肥利用率較低，這可能與試驗地塊基礎肥力較高、現有施肥量較大有關。在肥力較高地塊，肥料施用越多損失越大，氮肥利用率也越低，因此根據土壤養分情況合理施肥、測土配方施肥、平衡施肥是提高肥料利用率的關鍵措施[21]。

該試驗結果看，常規施肥條件下水稻產量最高，但氮肥利用率較低。常規缺氮施肥或減肥20%缺氮的基礎上，僅以有機肥配施，對水稻生長和氮養分積累較為不利，各有機肥配施梯度下產量均較低，不具有推廣意義。常規施肥減肥20%的基礎上配施不同梯度的有機肥處理中，當有機肥配施量為15 000 kg/hm2時，水稻產量最高，且氮肥利用率和氮素吸收效率最高，而有機肥配施量為3 750 kg/hm2，產量及氮肥利用率和氮素吸收效率均略有下降。但綜合考慮投入產出，在常規施肥減肥20%，有機肥配施量為3 750 kg/hm2時，雖與常規施肥相比產量略有下降，但差異不顯著（P<0.05），投入有機肥量也較少，推廣應用價值較高，因此可作為上海市水稻種植上最優化肥有機肥配施方案。

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