有機無機肥配施對水稻產量和氮素利用的影響

隋世江包紅靜曲 航李 波金丹丹趙 穎

(遼寧省農業科學院植物營養與環境資源研究所,遼寧 沈陽 110161)

水稻是遼寧省重要的糧食作物,其中遼河三角洲稻區因光熱條件適宜,已成為重要的高產優質粳稻產地。然而,該地區水稻種植長期依賴過量施用氮肥,不僅沒有增加產量,反而致使氮素利用率降低、土壤質量下降、氮素盈余過多,威脅生態環境安全[1～3]。因此,優化養分管理措施已成為促進遼河平原水稻綠色發展的重要研究方向。在遼河三角洲開展的長期定位試驗表明,通過優化施氮量可以顯著提高氮肥利用率和減少氮素盈余,該地區的氮肥推薦用量為 225～245 kg/hm2[1～2]。另一方面,依靠有機肥的合理施用同樣可以減少過量施肥引起的生態環境污染[4]。據統計,遼寧省畜禽糞污以及農業廢棄物等有機肥原料充足,商品有機肥企業遼寧省有130余家,但有機肥應用面積比例仍然很低[5]。試驗表明無機氮肥與有機肥配施后通常能夠取得穩定高產,而僅施用有機肥往往會造成減產[4,6]。并且,長期施用有機肥還能夠培肥土壤和提高土壤肥力[7]。此外,相比于多次追肥方式,有機肥配合無機肥基施能夠減少人力投入,一定程度上緩解該地區在勞動力不足的問題。然而,在遼河三角洲稻區,有關有機無機肥配施的應用效果報道有限,特別是在氮肥推薦用量的基礎上,應用有機無機肥配施對產量和氮素利用的影響仍然不清楚。本研究旨在探明氮肥推薦用量條件下,不同有機肥施用方式對水稻生長、產量形成和氮素利用率的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年5～10月在遼河三角洲中心地帶的盤錦市盤山縣壩墻子鎮姜家村(E122°14′29″,N41°9′23″)開展。供試土壤為鹽漬型水稻土,0～20 cm土層土壤理化性狀:pH 7.1,有機質28.4 g/kg,全氮1.43 g/kg,全磷0.57 g/kg,全鉀21.8 g/kg,堿解氮113 mg/kg,有效磷27 mg/kg,速效鉀257 mg/kg。該地區屬溫帶半濕潤季風氣候類型,年均降雨量650 mm,年均氣溫8～9 ℃,無霜期165～170 d。試驗點水稻生長季降雨量460.7 mm,降雨主要發生在7月～9月。日均氣溫變化范圍10.5～30.5 ℃,平均值為22.7±4.2 ℃(表1)。

1.2 試驗設計

試驗布置為單因素完全隨機區組試驗,設置4個氮肥處理:不施氮(CK)、尿素分次施用(U)、尿素配合有機肥基施(MU)和單一有機肥基施(M)。所有施氮處理的施氮量均為240 kg/hm2。其中,尿素分次施用,施氮分為基施40%、蘗肥30%和穗肥30%。尿素配合有機肥一次性基施中所有氮肥均作為基肥一次性施用,有機氮和無機氮比例為1∶1,有機肥施用量為3 429 kg/hm2。單一有機肥基施僅基施有機肥,有機肥施用量為6 857 kg/hm2。磷、鉀用量分別為P2O590 kg/hm2和K2O 90 kg/hm2,作為基肥一次性施入,肥料品種磷肥用磷酸二銨(N 18%,P2O546%),鉀肥選用硫酸鉀(K2O 60%)。小區面積50 m2,重復3次。各小區之間用PVC板分隔并筑埂,單灌單排。供試水稻品種為鹽豐47。4月15日水稻大棚育秧、5月26日插秧、10月8日水稻收獲。病蟲害防治與灌溉按照當地常規方式進行。

1.3 測定項目

分蘗和SPAD調查:在各小區中設置一個包含8穴水稻的微區,水稻生育期內每7 d調查分蘗數。同時,在分蘗中期和最大分蘗期,用葉綠素儀(SPAD-502, Japan)測定微區內最上部完全展開葉的SPAD值。

干物質積累:在苗期、最大分蘗期、穗分化期、灌漿期和成熟期進行采樣。為減少邊際效應,在小區的非邊行處采集8穴水稻樣品。樣品在70 ℃烘干后測定干重。其中,成熟期植株樣品粉碎后用凱氏定氮法測定氮含量。

測產和考種:水稻收獲時每個小區隨機選取8穴水稻進行考種,調查指標包括有效穗、穗粒數、千粒重和結實率。隨后收獲小區中間3 m2水稻用于測定籽粒和秸稈產量,籽粒產量按照14%含水量計算。

1.4 數據處理

用SAS 9.4軟件的GLM模型進行單因素方差分析。氮肥回收利用率(%)=(施氮區地上部吸氮量-不施氮區地上部吸氮量)/施氮量×100%。氮肥農學利用率(kg籽粒/kg N)=(施氮區產量-不施氮區產量)/施氮量。

2 結果與分析

2.1 水稻產量及產量構成因子

與不施氮(CK)處理相比,施氮后產量均顯著提高;與尿素分次施用(U)處理相比,尿素配合有機肥基施(MU)處理的籽粒產量基本持平。而單一有機肥基施(M)處理籽粒產量顯著下降17.5%(圖1)。說明尿素配合有機肥一次性施用可以作為可行的輕簡化施肥方式。

與U處理相比,MU處理的有效穗略有下降但不顯著。而M處理的有效穗顯著降低20.0%;穗粒數、千粒重以及結實率在處理間無顯著差異(表1)。說明有機無機肥配施方式可以滿足水稻產量形成的氮素需求,但單一有機肥基施不利于有效穗形成,限制了產量形成。

2.2 地上部生物量和分蘗動態

與U處理相比,MU的地上部干物質積累動態基本一致。而M處理的地上部干物質顯著減少;就分蘗動態而言,與U處理相比,MU和M處理分蘗數下降,尤其是M處理最大分蘗數下降了23.1%(圖2)。

圖2 不同有機肥施用方式對水稻地上部干物質和分蘗的影響

2.3 分蘗期的SPAD值

在分蘗中期和最大分蘗期,MU與U處理相比SPAD值均無顯著差異。而M處理的SPAD值則顯著低于U處理(圖3)。

圖3 不同有機肥處理對水稻分蘗期SPAD的影響

表2 不同有機肥施用方式對水稻產量構成因子的影響

2.4 氮肥回收利用率和氮肥農學利用率

與U處理相比,MU和M處理氮肥回收利用率均顯著下降,氮肥回收利用率表現為U>MU>M。而與U處理相比,MU處理農學利用率無顯著差異,而M處理農學利用率顯著下降(圖4)。

圖4 不同有機肥施用方式對氮肥利用率的影響

3 討論

氮肥種類和氮肥方式對于水稻產量的影響存在差異,主要由水稻不同生育階段的氮素營養狀況決定[8]。在本研究中,尿素配合有機肥基施可以達到與尿素分次施用相當的產量水平,但單一有機肥基施后水稻產量顯著降低。水稻營養生長階段的氮素狀況與有效穗數密切相關[9]。尿素配合有機肥基施與尿素分次施用相比,分蘗能力和有效穗表現出下降趨勢但不顯著,說明該有機無機肥配施方式可以滿足水稻前期作物生長對氮素需求。而尿素配合有機肥基施對于水稻穗粒數和千粒重的改善效果并不顯著,預示著有機無機肥配施方式對生育后期的氮素狀況仍存在改善空間。有長期定位試驗發現,隨著有機肥施用年限增加、土壤陪肥效果增強,作物產量呈逐年增加的趨勢[7]。從氮素回收利用率和農學利用率來考慮,與尿素分次施用相比,有機無機肥配施顯著降低氮肥回收利用率,而對農學利用率無顯著影響。有研究表明,通過有機肥長期施用提升土壤供氮能力,可以提高氮肥利用率以及產量[7]。

與尿素分次施用相比,單一有機肥基施后產量顯著下降。單一有機肥基施后,水稻營養生長階段受到嚴重抑制,分蘗能力顯著低于尿素分次施用方式。盡管單一有機肥基施對于水稻穗粒數、千粒重和結實率的影響不顯著,但干物質積累和氮素吸收顯著降低,致使有效穗顯著減少導致減產。相似的,土壤肥力較低時,有機肥的氮素養分釋放較慢,導致單一有機肥基施籽粒產量顯著低于無機肥[6]。因此,單一有機肥基施的氮肥有效性低是限制生產力的主要因素。