有機肥施用量和種植密度對有機栽培水稻生長及產量的影響

羅強鑫 ，馮躍華，2* ，許桂玲 ，彭慶國 ，王曉珂 ，彭金鳳，蘇衛，歐達，王玲莉，盧葦，韓志麗，李杰，李敏，SOMSANA Phonenasay

（1貴州大學農學院，貴陽 550025；2貴州大學山地植物資源保護與種植創新教育部重點實驗室，貴陽 550025；3貴州省農業科學院水稻研究所，貴陽 550006）

隨著人們對農產品食用安全的日益重視，發展有機農業，建立可持續發展的健康農業生態環境已成為我國農業發展的趨勢。近十年來，有機稻在我國迅速發展，并占重要地位［1-3］。董廣等［4］、王生明等［5］研究指出，增加有機肥施用量，有機栽培水稻產量逐漸增加，當有機肥施用量達到一定量時，再增加有機肥施用量，增產效果不顯著。秦麗霞等［6］、楊震道等［7］研究表明，合理的種植密度有利于提高有機稻的產量。朱克明等［8］研究表明，每公頃移栽22.5萬～27萬穴，有利于有機栽培水稻獲得高產。陳傳華等［9］指出，在每公頃30萬～37.5萬穴的范圍內，隨種植密度的增加產量逐漸增加。這些研究探討了有機栽培條件下，合理的有機肥施用量和種植密度對產量有一定提升，但較少涉及干物質積累量、葉面積指數、光合勢和作物生長率等生長特性指標，且不同水稻品種在不同區域對有機肥施用量和密度的響應不一致。為此，筆者于2019年在有機栽培條件下，探討不同有機肥施用量和種植密度對水稻生長和產量的影響，旨在為有機栽培水稻的推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年在黔東南州三穗縣良上鎮雅中村（26°52′20.2″N，108°44′27.1″E）進行。當地屬北亞熱帶季風性濕潤氣候，海拔774 m，年平均氣溫15℃，無霜期251 d，年均降水量1 147 mm。大田前茬冬閑，且已獲有機認證。土壤肥力特征：全氮3.14 g/kg，全磷0.60 g/kg，全鉀16.80 g/kg，pH 5.11，有機質36.79 g/kg，堿解氮198.52 mg/kg，有效磷13.51 mg/kg，速效鉀75.82 mg/kg。海拔較高，周圍環山，不利于病蟲害傳播，水質清澈透亮無污染，經檢測達到直接飲用標準，以上條件均達到有機稻種植要求。

試驗材料：水稻品種為宜香優2115，供試肥料為遵義君宇生物工程有限公司生產的來利有機肥（有機質≥45%、總養分含量≥5%）。

1.2 試驗設計

試驗采用兩因素裂區設計，設種植密度（D）和有機肥施用量（F）兩因素。種植密度為主區因素，設3個水平：D1.12.8萬穴/hm2，D2.16.7萬穴/hm2，D3.23.8萬穴/hm2，其對應的株行距分別為26 cm×30 cm、20 cm×30 cm、14 cm×30 cm；有機肥施用量為副區因素，設4個水平：F0.0 kg/hm2，F1.3 000 kg/hm2，F2.6 000 kg/hm2，F3.9 000 kg/hm2。共12個處理，3次重復，小區面積2.2 m×7 m=15.4 m2。小區四周做高30 cm、寬20 cm的田埂包膜，包膜壓深至地下30 cm，以防止肥水滲漏，每區組間留50 cm走道，周圍留保護行。于2019年4月14日播種，6月9日移栽，每穴2苗。有機肥一次性施入，后期不追施任何肥料。大田返青期保持深水，分蘗期濕潤灌溉，達到預期穗數85%時斷水曬田，拔節后灌水并保持淺水層，灌漿至成熟期間歇性灌溉，收獲前10 d斷水任其自然落干。田間精細管理，采用傳統方法人工除草，不施化學農藥，使用粘蟲帶和太陽能殺蟲燈物理方法除蟲。

1.3 測定項目與方法

（1）干物質積累量。苗期取代表性植株50株，將樣品分為莖鞘、葉兩個部分；并分別于水稻拔節期、孕穗期和抽穗期，按每小區平均莖蘗數，取代表性植株4穴，前兩個時期將樣品分成莖、葉兩部分，抽穗期將樣品分成莖、葉、穗、死葉4個部分；于成熟期每小區按平均莖蘗數取植株6穴，將樣品分成莖、葉、死葉、枝梗、實粒、秕粒6個部分，分別測定干物質量。測定前，將樣品分別裝袋，于105℃殺青30 min，再經80℃烘干至恒重。

（2）葉面積指數。苗期取代表性植株50株，測定其中5株葉長和寬，在拔節、孕穗和抽穗期，按每小區莖蘗數的平均數取代表性植株4穴，測定1穴植株葉片的長和寬，用長寬法，求出葉面積，然后按稱重法求出總葉面積，并計算葉面積指數。

（3）光合勢

式中：L1和L2分別為前后兩次測定的葉面積；T1和T2分別為前后兩次測定的時間。

（4）凈同化率。凈同化率（NAR，g/m2·d）根據干物質的增長與植物葉面積的變化兩者間接計算出來。其公式為：

式中：L為葉面積；W為干物質量；T為時間。

（5）作物生長率。作物生長率（CGR，Crop growth rate），又叫群體生長率，表示在單位時間、單位土地面積上所增加的干物質量。

式中：W1和W2分別是T1和T2時測得的干物質量；A為土地面積。

（6）產量及產量構成。成熟期每小區收割90穴，脫粒后自然風干，經風選后稱重，按13.5%水分含量折算實產。同時每小區按平均莖蘗數取6穴作為考種樣，測定單位面積穗數、每穗粒數、千粒質量、結實率、成穗率、收獲指數。

2 結果與分析

2.1 產量及其構成

由表1可看出，隨有機肥施用量和密度的增加，有機栽培水稻的產量逐漸增加，F3和D3最高，分別達到5 406.31、4 464.87 kg/hm2，其中不同有機肥施用量之間差異顯著，不同密度處理間差異不顯著。方差分析結果，有機肥與密度互作對產量影響不顯著，最佳組合為D3F3；有機肥施用量對產量影響達極顯著，而密度對產量影響不顯著。

表1 不同處理的水稻產量及產量構成比較Table 1 Comparison of rice yield and yield components under different treatments

隨著有機肥施用量的提高，每穗粒數增加，結實率和成穗率則相反，收獲指數無明顯規律。其中每穗粒數F3顯著高于F0、F1，結實率F3顯著低于其他3個處理，且它們之間無顯著差異；成穗率F0、F1顯著高于F2，F3與F1和F2差異不顯著；收獲指數F0和F2顯著高于F1，與F3未達顯著差異水平；有效穗數和千粒質量隨施肥量的增加逐漸增加，但無顯著差異。隨著種植密度增大，有效穗數和結實率逐漸升高，每穗粒數逐漸降低，千粒質量、成穗率和收獲指數無明顯變化，其中有效穗數和結實率D3顯著高于D1，每穗粒數則相反。方差分析顯示，有機肥與密度互作對產量構成因素影響不顯著，而有機肥施用量對每穗粒數、結實率、成穗率和收獲指數有顯著或極顯著影響，密度對有效穗數和結實率影響達顯著水平。

根據密度和有機肥施用量與產量的關系，通過回歸分析得出回歸方程為：y=341.170 88D+0.326 79F-8.607 09D2-0.000 011 06F2

經求導計算，當產量最高時，有機肥施用量和密度分別為14 773.51 kg/hm2和19.82萬穴/hm2時，水稻最高產量為5 794.78 kg/hm2。

2.2 葉面積指數

葉面積指數反映了水稻群體截獲光能的能力［10］。從表2可知，隨施肥量和密度的增加，葉面積指數逐漸增加，各個時期均在F3和D3達到最高，其中除孕穗期F2與F3差異不顯著外，其他時期的不同施肥量之間均達到顯著性差異，施肥處理均顯著高于不施肥處理；除抽穗期外，D3密度處理都顯著高于D1和D2。方差分析顯示，有機肥施用量對葉面積指數影響極顯著，種植密度對拔節期葉面積指數影響達極顯著水平，對孕穗期有顯著影響，對抽穗期影響不顯著，有機肥施用量與密度互作對葉面積指數影響不顯著。

表2 不同處理的水稻葉面積指數Table 2 The leaf area index of rice underdifferent treatments

2.3 干物質積累

水稻群體干物質生產是產量的基礎和先決條件［11］。由圖1可知，隨著有機肥施用量的增加，各個時期的干物質積累量均逐漸增加，F3達到最大，施肥處理均顯著高于不施肥處理。在施肥處理中，F2和F3顯著高于F1，且兩者差異不顯著。隨著種植密度增大，各個時期的干物質積累量呈逐漸增加的趨勢。在拔節期和成熟期，D3顯著高于D1和D2，D1和D2間差異不顯著；在抽穗期，各密度處理間干物質積累量差異不明顯。方差分析顯示，有機肥施用量和種植密度的交互作用對各個時期的干物質積累量無顯著影響，有機肥施用量對拔節期、抽穗期和孕穗期干物質積累量的影響極顯著；種植密度對拔節期和成熟期的干物質積累量影響達極顯著，對抽穗期影響不顯著。

圖1 不同處理的水稻干物質積累量變化Fig.1 Dry matter accumulation under different treatments

就不同階段的干物質積累量而言，隨有機肥施用量的增加，在苗期—拔節期（生育前期）和拔節—抽穗期（生育中期）逐漸增加，施肥處理均顯著高于不施肥處理，生育前期F2和F3顯著高于F1，且F2和F3間差異不顯著；生育中期各處理間差異顯著；抽穗—成熟期（生育后期）隨施肥量增加呈先升后降的趨勢，但各處理間差異不顯著。隨種植密度的增加，各個階段的干物質積累量亦逐漸增加。在生育前期，D3顯著高于D1和D2，且D1和D2間差異不顯著；在生育中、后期各密度處理間差異未達到顯著水平。方差分析表明，有機肥施用量對生育前、中期的干物質積累量影響極顯著，對后期影響未達到顯著水平；種植密度對生育前期干物質積累量有極顯著影響，對生育中、后期影響不顯著；施肥量與種植密度互作對生育中期干物質積累量有顯著影響，對生育前、后期影響未達到顯著水平。

2.4 光合勢和凈同化率

光合勢和凈同化率共同構成了群體干物質［12］。光合勢是表征作物群體葉面積大小及其持續時間長短的一個生理指標［13］，凈同化率表示單位時間內單位葉面積所合成的干物質量。

由表3可知，光合勢在所測3個階段隨施肥量的增加而增加，F1、F2和F3顯著高于F0，且施肥處理間差異顯著。隨著種植密度的增加，各個階段的光合勢也逐漸增加，D3顯著大于D1和D2，但D1和D2間差異不明顯。方差分析表明，種植密度和有機肥施用量對各個階段的光合勢影響極顯著，種植密度和有機肥施用量互作影響不顯著。

表3 不同處理的水稻光合勢和凈同化率比較Table 3 Photosynthetic potential and net assimilation rate under different treatments

就凈同化率而言，在生育前期隨有機肥施用量的增大呈先升后降的趨勢，F2達到最大，顯著高于F0，但與其它2個處理無顯著差異；在拔節—孕穗期（生育中前期）隨施肥量的增加逐漸降低，F0最大，F3其次，F2最低，但與F1和F3差異不顯著。隨種植密度的增加，在孕穗期—抽穗期（生育中后期）凈同化率逐漸升高，但差異不顯著；在生育中前期凈同化率逐漸降低，D1最高，顯著高于D3，但與D2差異不顯著。方差分析結果顯示，有機肥施用量和種植密度互作對生育中前期凈同化率影響極顯著，對生育中后期有顯著影響，但在生育前期影響未達到顯著水平；有機肥施用量對生育中前期凈同化率有顯著影響，在其余2個階段影響不顯著，種植密度對3個階段的凈同化率影響均不顯著。

2.5 作物生長率

作物生長率指某階段水稻群體的生長速率。由表4可知，隨有機肥施用量的增加，除抽穗期到成熟期外，其他3個階段的作物生長率均逐漸增加，F2、F3顯著高于F0；在生育前期，作物生長率隨著種植密度的增加而增加，D3顯著高于D1、D2，在生育中前期逐漸降低，但各處理間差異不顯著，在生育中后期和生育后期也沒有顯著差異性。方差分析結果表明，有機肥施用量對除生育后期外其他3個階段的作物生長率有極顯著影響，種植密度對生育前期影響極顯著，其余3個階段影響不顯著，有機肥施用量和種植密度互作對作物生長率沒有顯著影響。由此可見，施用有機肥能顯著提高水稻的作物生長率；增加水稻的種植密度，并不能顯著的提高有機栽培水稻的作物生長率。

表4 不同處理水稻的作物生長率比較Table 4 Comparison of crop growth of rice under different treatments g·m-2·d-1

3 討論

本研究表明，隨有機肥施用量的增加，有機栽培水稻有效穗數和千粒質量呈先增后降，每穗粒數增加，而結實率和成穗率降低，這些結論與前人研究不太一致。董廣等［4］認為，在有機栽培條件下，有效穗數和千粒質量隨有機肥施用量的增加逐漸下降，結實率提高，成穗率以高施肥和對照最高；錢建龍［14］研究顯示，有效穗數和每穗粒數隨精制有機肥用量增加而遞減，千粒質量則隨精制有機肥用量增加而提高。這可能與栽培條件有關，其中董廣等［4］研究中所用試驗材料為粳稻，錢建龍［14］的研究在無機栽培條件下進行。本研究結果表明，提高有機栽培水稻種植密度能顯著增加有效穗數，降低每穗粒數，該結果與楊震道等［7］、陳傳華等［9］研究結果一致，說明適當提高種植密度有利于提高有效穗數，但會降低每穗粒數。本研究表明，隨著種植密度的增加，有機栽培水稻結實率逐漸增加，與前人［12，15］結果不一致，可能是因為栽培條件不同所致。其中周根友等［12］所用材料為粳稻，且為無機栽培條件，吳旦良等［15］的研究的前茬作物為綠肥。本研究表明，產量隨著有機肥施用量和種植密度的增加逐漸增加，與王生明等［5］、朱克明等［8］研究結果一致，說明適當的提高有機肥施用量和種植密度有利于提高產量。

本研究表明，隨著有機肥施用量增加，有機栽培水稻葉面積指數和干物質積累量均顯著增加，這與楊士紅等［16］研究結果一致。說明隨著有機肥施用量的增加，有機栽培與無機栽培水稻的葉面積指數和干物質積累量均顯著增加，增施有機肥能提高水稻群體對光能的利用能力，合成更多有機物，有利于提高產量。本研究表明，隨種植密度增大，葉面積指數和干物質積累量均逐漸增加，該結果與前人無機栽培條件下的研究結果一致［17-19］。因此，無論在有機還是無機栽培條件下，葉面積指數和干物質積累量隨種植密度的變化趨勢是一致的。

本研究表明，在抽穗期前，隨著有機肥施用量的增加，作物生長率逐漸增加，抽穗期后呈逐漸降低，該結果與鄧安鳳等［20］無機栽培條件下研究結果不同。鄧安鳳等研究顯示，在抽穗—成熟期作物生長率隨施氮量的增加而增加，其可能是施用化肥所致。本研究結果表明，增加種植密度在生育前期能顯著提高作物生長率，生育中期逐漸下降，生育后期無顯著影響，該結果與吳培等［21］研究結果不同，可能是施用化肥對后期影響較明顯的原因。

本研究中，當最高產量達到5 794.78 kg/hm2時，有機肥施用量為14 773.51 kg/hm2。實際生產中，不可能施用如此多的有機肥，但考慮到有機肥的后效作用，長期施用有機肥后，養分易累積，將有可能導致產量超過單施等量養分化肥處理的產量水平［22］。由此，在適當減少有機肥施用量，水稻產量是否能達到一定水平，還待進一步研究。

4 結論

在本試驗條件下，提高有機肥施用量顯著提高葉面積指數、干物質積累量、光合勢和作物生長率，顯著提高產量；增加種植密度對葉面積指數、干物質積累量和光合勢有顯著提升作用，但對產量的提高無顯著影響。當有機肥施用量為14 773.51 kg/hm2、種植密度為19.82萬穴/hm2時，宜香優2115有機栽培的最高產量可達5 794.78 kg/hm2。