化肥減量配施有機肥對水稻產量及氮肥利用率的影響

黃璐璐 金海洋 王站付 嚴瑾 顧見芹 顧艾節

摘要?為研究水稻減肥條件下配施有機肥對水稻產量及氮肥利用率的影響，選用“秋優金豐”為供試品種，開展了一季大田試驗，共設4組12個肥料運籌處理，分別為常規施肥處理、減肥20%處理、缺氮減肥20%處理、減肥20%+有機肥梯度配施、缺氮減肥20%+有機肥梯度配施。結果表明，當減肥20%有機肥施用量達11 250 kg/hm2時，產量相比減肥20%的條件下提高了9%（P<0.01），氮肥利用率與農學效率分別達42.36%、8.10 kg/kg。有機肥施用量達15 000 kg/hm2時，產量僅比有機肥11 250 kg/hm2時提高了0.92%（P>0.05），氮素利用效率與農學效率也降低了14.73%（P<0.05）、3.5%（P>0.05）。因此，綜合考慮水稻產量與氮素利用效率，建議在常規施肥基礎上減肥20%，有機肥施用量為11 250 kg/hm2 為宜。

關鍵詞?水稻;化肥減量;有機無機配施;產量;氮肥利用率

中圖分類號?S511?文獻標識碼?A?文章編號?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

化學肥料作為重要的農業生產資源，在提高作物產量上起到重要作用[1]，但為片面追求作物產量而長期大量施用化肥容易出現土壤板結酸化，速效養分和有機質含量下降等問題[2]，導致肥料利用率下降，加劇農業面源污染，不利于生態環境保護和農業可持續發展。研究表明，有機肥能有效地培肥和改良土壤[3-5]，增加土壤養分、有機質含量以及土壤有益微生物數量，提高土壤肥力及酶活性[6-9]，很大程度地改善單施化肥對土壤帶來的負面影響，同時也在一定程度上起到增產作用。

為減少化肥用量，提高化肥利用效率，減少農業面源污染，農業部發布了《到2020 年化肥使用量零增長行動方案》，上海市提出從2015年到2020年全市化肥用量減少20%的目標。研究表明單方面減肥不能很好地滿足作物對肥料的持續需求，會導致一定程度的減產，有機肥與無機肥配合施用可協調平衡養分供應[10-11]，有利于作物生長，保證作物穩產。因此，需要在化肥減量20%的前提下，有效利用有機肥養分，明確化肥減量配施有機肥在農業生產中的施用量。

筆者通過水稻田間試驗，研究化肥減量配施有機肥對水稻產量及氮肥利用效率的影響，探索有機肥配施的合適用量，為指導水稻合理施肥、化肥減施技術提供理論依據。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

試驗品種為“秋優金豐”。供試肥料：復混肥料含N、P2O5、K2O均為15%，尿素含N 46%，碳銨含N 17%，過磷酸鈣含P2O5 12%，氯化鉀含K2O 60%。有機肥以豬糞為主料，菌菇渣等為輔料制成，含水量30%，烘干基養分含量為N 1.5%，P2O5 2%，K2O 1.5%。

1.2?試驗地概況

試驗于2018年5—12月在上海市奉賢區奉城鎮協新村進行。供試土壤為水稻土，試驗前耕層0～20 cm。試驗地土壤pH為7.84，養分含量分別為水解性氮107 mg/kg，有效磷71.6 mg/kg，速效鉀249 mg/kg，有機質14.6 g/kg。

1.3?試驗設計

設12處理，3重復。隨機區組排列，小區處理面積80 m2。常規區：常規施肥（T1）、常規施肥缺氮（T2）、氮磷鉀減肥20%（T3）、缺氮磷鉀減肥20%（T4）;減肥20%有機肥配施區：在氮、磷、鉀減肥20%的基礎上配施有機肥，有機肥梯度為3 750 kg/hm2（T5）、 7 500 kg/hm2（T6）、11 250 kg/hm2（T7）、 15 000 kg/hm2（T8）;缺氮減肥20%有機肥配施區：不施氮肥，在磷、鉀減肥20%的基礎上配施有機肥，有機肥梯度為3 750 kg/hm2（T9）、 7 500 kg/hm2（T10）、11 250 kg/hm2（T11）、 15 000 kg/hm2（T12）。除肥料處理不同外，其他田間栽培管理措施同常規（表1）。

1.4?測定項目與方法

1.4.1?土壤理化性質。

試驗實施前采集0～20 cm基礎土樣，測定基本理化性狀。在施肥之前采集苗床和試驗大田土壤樣品，以“S”型的布點方式，用不銹鋼取土器采集耕作層深度10～20 cm的土壤15點，混合后去除小石塊、植物殘根殘枝等雜物。自然風干后，采用四分法留取1.5 kg備用待測。參照《土壤農化分析》[12]進行土壤指標測定：土壤pH用pH計法測定，有機質用油浴加熱-重鉻酸鉀容量法測定，全氮用凱氏定氮法測定，有效磷用鉬銻抗比色法測定，速效鉀用乙酸銨浸提-火焰光度法測定，堿解氮用堿解擴散法測定，亞硝酸鹽用紫外分光光度法測定。

1.4.2?田間考察、測產方法。

分蘗后期，采集有代表性的5株，用鋼卷尺測量株高，株高為植株從露出土壤根部至頂端的距離。葉綠素用SPAD-502plus葉綠素儀測量小麥劍葉的葉尖、中部和基部的SPAD值，取其平均數作為葉片的SPAD值。

有效穗數：除每穗結實不滿5粒不計以外，凡抽穗結實的均為有效穗，以“萬穗/hm2”表示;每穗實粒數：包括每穗上的實粒和已脫落的總數，以“粒/穗”表示。千粒重：以曬干揚凈（粳谷標準含水率14.5%）為標準，混勻取樣，任取1 000粒稱重，以2次重量相差不大于3%為準，計千粒重，以“g”表示。

1.4.3?植株和籽粒養分含量。

在分蘗期及成熟期分別取5株長勢均勻一致的植株，分蘗期為地上植株，成熟期為植株和籽粒兩部分，在105 ℃迅速殺青30 min，然后在75 ℃下烘干至恒重，測定全氮、全磷、全鉀含量。全氮用自動定氮儀法[13]測定，全磷用鉬銻抗比色法[14]測定，全鉀用火焰光度計法[15]測定。

氮（磷、鉀）吸收量（kg/hm2）=（籽粒產量×籽粒養分含量+秸稈產量×秸稈養分含量）/100;

氮肥利用率（NRE）=（施氮處理地上部氮素吸收量-缺氮處理地上部氮素吸收量）/施氮量×100%;

植株氮素吸收效率（NUP）=施氮區地上部氮吸收量/施氮量×100%;

氮肥農學效率（NAE，kg/kg）=（施氮處理籽粒產量-缺氮處理籽粒）/施氮量;

氮肥偏生產力（NPFP，kg/kg）=施氮處理籽粒產量/施氮量。

1.5?數據處理?數據處理采用Excel 2007軟件，方差分析采用DPS V7.05統計軟件，多重比較采用LSD法。

2?結果與分析

2.1?不同施肥處理對水稻植株性狀的影響

由表2可知，不同施肥處理對水稻各生長時期的植株性狀均有一定影響。缺氮（T2）、減肥20%缺氮（T4）處理與缺氮有機配施處理（T9）的株高、SPAD、穗長均低于其他處理，彼此間無顯著差異，株高、SPAD與其他處理間差異顯著，缺氮有機配施處理（T9）的株高、SPAD均顯著低于缺氮有機配施處理（T10～T12），表明氮肥是影響水稻生長的主要因素，缺氮配施少量的有機肥對植株性狀提高不明顯。常規施肥（T1）各植株性狀均最高，減肥20%常規施肥均極顯著低于常規施肥（T1），表明化肥減施20%不利于水稻生長。各有機配施處理（T5～T8）與缺氮有機配施處理（T9～T12）的植株性狀均隨著有機肥的增施而提高，有機配施處理（T8）的植株生長情況均相比其他有機配施處理弱，表明配施有機肥一定程度上促進植株生長，而在常規減肥條件下，過量施用有機肥對植株生長作用不大。有機配施處理（T5～T8）與減肥常規處理（T3）分蘗期的株高差異不顯著，成熟期的有機配施處理（T7）的株高顯著高于有機配施處理（T5、T8）與減肥常規處理（T3），有機配施處理（T6～T8）的植株葉綠素含量極顯著高于有機配施處理（T5）與減肥常規處理（T3），有機肥配施處理（T7）的穗長顯著高于有機配施處理（T5）與減肥常規處理（T3），表明配施有機肥對分蘗期株高影響不大，適量配施有機肥植株的葉綠素與成熟期株高和穗長提高明顯。

2.2?不同施肥處理對水稻產量的影響

由表3可知，所有處理中，常規施肥（T1）的有效穗、實粒數、千粒重、產量均最高，與減肥20%常規處理（T3）呈極顯著差異。常規缺氮處理（T2）顯著高于減肥20%常規處理（T4），差異不顯著，表明磷鉀肥對水稻產量及其構成也有一定的影響。各有機配施處理（T5～T8）與缺氮有機配施處理（T9～T12）產量及其構成均隨著有機肥量的增加呈上升趨勢。產量方面，有機配施處理（T7、T8）與缺氮有機配施處理（T11、T12）分別極顯著高于有機配施處理（T5、T6）與缺氮有機配施處理（T9、T10），有機配施處理T7與T8以及缺氮有機配施處理T11與T12的產量間均無顯著差異，說明在常規減肥20%導致水稻減產的情況下，適量增施有機肥能提高水稻產量，但當有機肥達到一定量時，再增施對其增產的作用不大。

2.3?不同施肥處理對水稻植株養分吸收量的影響

由表4可知，不同處理對水稻養分積累存在不同的影響。各養分積累量在減肥20%有機肥配施區（T5～T8）整體高于缺氮減肥20%有機肥配施區（T9～T12），表明氮素能有效促進水稻養分吸收。在常規減肥處理中氮的養分積累為T1>T3>T2>T4，差異極顯著，表明減肥20%極顯著地降低了氮素的吸收積累。減肥20%配施有機肥的處理中，吸氮量和吸鉀量隨著有機施肥量增加呈先增后降的趨勢，處理T5～T7逐級顯著增加，有機肥再增施至處理T8水平時，吸收氮和鉀的數量又顯著下降，表明過量施入有機肥會抑制氮、鉀養分的吸收積累;而磷素的吸收量均隨有機肥用量的增加而顯著提高。化肥減量20%的情況下，隨著配施有機肥用量的增加（T5～T8），水稻吸收磷、鉀養分逐級顯著提高，且均顯著高于常規施肥，這表明有機肥中含有較多的磷、鉀養分，能促進水稻對磷、鉀的吸收。

2.4?不同施肥處理對水稻氮肥利用率的影響

由表5可知，所有施氮處理中，減肥20%處理（T3）的氮肥利用率、氮素吸收效率、氮肥農學效率、氮肥偏生產力相比常規處理（T1）均有所提高，差異顯著，表明減肥20%能有效提高水稻的氮肥利用率與農學效率。有機配施處理（T7）的氮肥利用率、氮素吸收效率最高，與其他處理差異顯著，氮肥農學效率僅次于減肥20%處理（T3），差異不顯著，有機配施處理（T5～T8）的氮肥偏生產力隨有機肥的增施而提高，氮肥利用率、植株氮素吸收效率、氮肥農學效率在有機配施處理（T5～T7）呈同樣趨勢，但有機配施處理（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與農學效率，但過量施用不利于作物養分吸收，導致氮肥利用率與農學效率降低。

3?結論與討論

氮肥是影響水稻植株性狀和收獲情況的主要因素，在一定用量范圍內，增施氮肥可以促進有效分蘗產生，穗數增多，產量顯著提高[16]。該試驗中常規施肥缺氮（T2）、缺氮減肥20%（T4）和缺氮有機肥配施（T9～T12）水稻植株的葉綠素、株高以及產量均顯著差于非缺氮處理，表明在氮肥缺失下，單純施用有機肥對植株生長及收獲作用不大。該試驗中常規減肥20%的植株性狀顯著差于常規施肥，植株的吸氮量也顯著降低，表明化肥減施減少了植株的氮素積累，無法滿足水稻生長中對養分的需求，導致減肥處理生長能力較弱。隨著有機肥的增加，水稻植株的長勢情況相比減肥條件下得到有效改善，但當有機肥施用量達15 000 kg/hm2時，氮素吸收顯著降低，水稻植株性狀均有所降低。表明配施有機肥一定程度上促進植株生長，但過量施用有機肥可能會抑制植株生長。研究表明高量有機無機肥配施，會使水稻前期養分供應太少，導致養分吸收不足[17]，影響植株生長，這與該研究結果基本一致。

常規施肥條件下，化肥減施會導致一定程度的減產，該研究中常規處理的有效穗、實粒數、千粒重、產量均最高，與減肥20%常規處理呈極顯著差異。有機肥的增施使產量得到顯著提高，可能由于有機無機肥配施，提高了功能葉的凈光合速率，增加水稻前期干物質的積累，從而提高水稻產量[18-19]，但高量施用有機肥對其增產作用很小，當有機肥施用量達15 000 kg/hm2時，水稻產量不再大幅度增加。朱菜紅等[20]研究指出有機肥與化肥必須適量施用，過量施用可能會影響根系微生物活性，使作物對養分的吸收率降低，導致減產。該研究中高量施用有機肥雖未出現減產，但增產效果相比前3個有機肥增施梯度大幅度減弱。

化肥過量施用會降低肥料的利用效率，該研究中減肥20%的氮肥利用率與農學效率顯著高于常規施肥。氮肥的利用率與農學效率隨著有機肥的增加而提高，當有機肥施用量達7 500 kg/hm2時，與減肥20%處理無顯著差異，但有機肥施用量達15 000 kg/hm2時，兩者均有所降低。

在常規施肥減量20%的基礎上，適當增施有機肥，利于氮磷鉀養分的積累，對水稻生長和養分積累較為有利。施用量為11 250 kg/hm2時，氮肥的利用效率、農學效率和產量均得到有效提高，有機肥施用量達15 000 kg/hm2時，氮素利用效率較低，產量增加也有限。綜合考慮水稻產量與氮素利用效率，建議在常規施肥基礎上減肥20%，有機肥施用量以11 250 kg/hm2為宜。

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