海藻肥與微生物菌劑部分替代化肥對水稻產量及其構成因素的影響

謝慧敏 吳 可 劉文奇 韋國良 陸 獻李壯林 韋善清 梁 和 江立庚

（1廣西大學作物栽培學與耕作學重點實驗室，530004，廣西南寧；2廣西壯族自治區土壤肥料工作站，530007，廣西南寧；3廣西壯族自治區象州縣土壤肥料工作站，545800，廣西象州；4廣西壯族自治區龍州縣農業農村局，532400，廣西龍州；5廣西壯族自治區岑溪市土壤肥料工作站，543200，廣西岑溪）

據統計，我國2019年稻谷年產量達到20 961.4萬t，其種植面積占糧食總種植面積的26%，全國有不低于60%的人口以大米為主食[1-2]。2019年，我國農用化肥施用量達到 5403.59萬 t，約占全球農用化肥施用量的30%[3]。水稻生產中平均氮肥投入量約180kg/hm2，比世界平均水平高出約75%[4]。磷肥利用率約13%，鉀肥約26%，高化肥投入和低利用率導致了大量無法利用的肥料養分流失到自然環境中，對生態環境造成嚴重影響，如水污染、空氣污染和土壤污染等[5-6]。相對于氮和磷元素流失帶來的環境問題，鉀元素對環境影響較小[7]。肥料資源浪費、經濟收益遞減和肥料利用率低等問題阻礙了我國水稻產業的可持續發展。化肥與有機肥合理配施能提高肥料利用率，減少養分流失，提高作物產量[8-9]。海藻肥和微生物菌劑是近幾年新興的生物有機肥，其綠色環保，與化肥配合施用，能提高土壤肥力，促進作物對養分的吸收和利用，可創造良好的經濟效益和生態效益[10]。因此，開展新型肥料替代部分無機肥及化肥減量研究，對建立新型肥料施用配套技術和科學施用化肥具有重要意義[11]。

近年來，已有許多關于有機肥和新型肥料在水稻上應用的研究。研究[12-13]發現，有機肥與無機肥相結合的施肥模式能夠降低環境污染，同時優化土壤微生物的數量和活力，增加土壤養分，進而提高作物生產力。并且，通過改善土壤理化性狀、花后干物質積累量和氮代謝，可提高水稻生產力[14]。30%的有機肥（牛糞）與70%的化肥（尿素）配合施用，不僅有利于改善水稻根的形態特征、促進植株生長、提高稻谷產量和品質，同時，對土壤物理性質（容重、孔隙度、含水量）和化學性質都有積極作用[15]。在江蘇省進行的一項田間試驗[16]顯示，與單獨施用化肥相比，采用海藻提取物摻混部分化肥的施肥方式可使水稻產量和肥料利用效率提高，有效穗數、穗粒數和結實率等產量構成因素也有所提升，糙米中的氮和磷元素以及秸稈中的鉀元素分配率都有顯著增加。新型肥料部分替代化肥有利于保護農田生態系統，然而，新型肥料部分替代化肥在水稻上的研究較少。目前，化肥減量主要采用有機肥替代部分化肥的模式，有機肥替代化肥減量的比例不明確，且在不同地區、不同作物和不同種植制度條件下的研究結果不一致，甚至差異較大。廣西是雙季稻的主產區之一，但針對本地區水稻減量施肥與生物有機肥配施效果的研究，尤其是海藻肥和微生物菌劑等新型肥料部分替代化肥的研究尚未見報道。基于此，本研究在廣西雙季稻產區進行多點大田聯合試驗，探討生物有機肥替代下不同減肥比例對水稻生長及產量的影響，明確不同新型肥料替代部分化肥對水稻產量及其構成因素的影響，為廣西雙季稻區化肥減施增效以及水稻可持續生產提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

2019年，在廣西龍州、象州和岑溪進行水稻早季（3-7月）試驗。3個試驗點的土壤基礎肥力如表1所示。除龍州有效磷含量較低外，其余肥力值處于中等以上水平。試驗點屬亞熱帶季風氣候，陽光豐富，降水豐沛，冬短夏長，適宜雙季稻生長。

表1 試驗點土壤肥力狀況Table 1 Soil fertility of experimental sites

1.2 試驗設計

共設4個施肥處理，分別為常規施肥量（P1）、常規施肥量（包括氮、磷、鉀肥）減10%+海藻肥與微生物菌劑（P2）、常規施肥量減20%+海藻肥與微生物菌劑（P3）和常規施肥量減30%+海藻肥與微生物菌劑（P4）。常規施肥量氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）施用量分別為150、45和150kg/hm2。其中，鈣鎂磷肥在移栽前作基肥一次性施入；50%的尿素和氯化鉀在移栽前作基肥施入，30%在移栽后7d作分蘗肥施入，20%在拔節期作穗肥施用。海藻肥和微生物菌劑施用量均為 3kg/hm2，與分蘗肥同時施用。試驗水稻品種及各時期施肥量見表2。

表2 各處理的施肥量及3個試驗點的水稻品種Table 2 Fertilizer application amount of different treatments and rice varieties in three experiment sites kg/hm2

采用單因素試驗，每個處理3次重復，共12個小區。小區面積20.2m2（3.6m×5.6m）。小區間采用土埂覆蓋薄膜的方式隔離，防止肥水串滲。早季水稻于3月上旬播種，4月上旬移栽，7月中旬收獲。苗齡25d時移栽，每穴移栽2株，行距30cm，株距14cm，每小區12行，每行40穴，每小區960株苗。

海藻肥和微生物菌劑均由青島海大生物集團公司提供。海藻肥商品名為雙藻糖肽―有機水溶肥，淡黃色粉劑，主要成分雙海藻多糖≥15%、天然綠藻蛋白肽3%、有機質≥20%、P2O5+K2O≥20%及天然中微量元素；微生物菌劑商品名為雙藻菌露200―微生物菌劑，深黃色粉劑，有效活菌數≥200.0億/g，主要由枯草芽孢桿菌1、側孢芽孢桿菌1、硅鹽芽孢桿菌和冷解糖芽孢桿菌組成，特別添加CaO+MgO≥20%。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤基礎肥力 依據《土壤農化分析》[17]測定土壤理化性質。采用重鉻酸鉀容量法―外加熱法測定有機碳含量，采用凱氏定氮法測定全氮含量，采用堿解擴散法測定堿解氮含量，采用紫外分光法測定速效磷含量，采用火焰光度計測定速效鉀含量。

1.3.2 干物質積累量 于成熟期，選取試驗小區長勢均勻的一行水稻，取連續20穴植株為調查樣本，調查有效穗數，按平均有效穗數取5穴植株地上部。樣品用水沖洗干凈，分成莖、葉和穗3部分放入烘箱中，105℃殺青30min，80℃烘干至恒重，測定植株地上部干物質重。

1.3.3 產量及其構成因素 在成熟期，每個小區調查20穴水稻的有效穗數，取具有代表性的5穴進行考種。用水選法區分飽滿粒和空癟粒，測定千粒重、結實率和穗粒數。收割各小區水稻，用脫粒機脫粒，曬干后鼓風去雜質，稱重，再取 100g烘干測含水量，按含水量14%折算產量。

1.4 數據處理

使用Microsoft Excel 2019軟件進行數據整理，采用DPS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 海藻肥與微生物菌劑部分替代化肥對水稻干物質積累量的影響

由表3可知，在龍州試驗點，P3和P4處理的成熟期干物質積累量分別比P1處理增加15.85%和9.95%，P2比P1處理減少6.10%；在象州試驗點，成熟期干物質積累量最大的是P1處理，達11 353.58 kg/hm2，P2、P3和 P4處理分別比 P1處理減少1.28%、13.91%和9.28%；在岑溪試驗點，成熟期干物質積累量表現為 P2＞P1＞P3＞P4，P2比 P1處理增加 15.81%，P3和 P4處理則比 P1處理減少5.51%和6.36%。方差分析表明，在同一試驗點，不同施肥處理水稻成熟期干物質積累量的差異均不顯著，由多點聯合分析可知，不同處理間水稻成熟期干物質積累量的差異性均不顯著，但總體而言，P2比P1處理平均提高6.06%，P3和P4處理較P1處理平均下降3.44%和3.75%。

表3 海藻肥與微生物菌劑部分替代化肥減量下水稻成熟期干物質積累量Table 3 Dry matter accumulation amount of rice at maturity stage under partial substitution of chemical fertilizer for seaweed fertilizer and microbial inoculant kg/hm2

2.2 海藻肥與微生物菌劑部分替代化肥對水稻產量及其構成因素的影響

由表4可知，在龍州試驗點，不同施肥處理的千粒重存在顯著差異，P2和P4處理分別比P1處理顯著降低3.36%和3.57%；與 P1處理相比，P2處理的有效穗數、穗粒數、結實率和收獲指數分別增加0.71%、2.32%、2.14%和3.98%，但均無顯著性差異；P2、P3和 P4處理分別比 P1處理減產1.75%、3.31%和0.28%，差異不顯著。

表4 海藻肥與微生物菌劑部分替代化肥對水稻產量及其構成因素的影響Table 4 Effects of seaweed fertilizer and microbial inoculant partially replacing chemical fertilizer on rice yield and its components

在象州試驗點，P2、P3和P4處理的結實率分別比P1處理顯著提高18.05%、15.39%和17.17%，但其有效穗數、穗粒數、千粒重、收獲指數與P1處理無顯著差異；與P1處理相比，P2處理的產量顯著提高了7.15%。

在岑溪試驗點，P2處理的穗粒數顯著高于其他施肥處理，比P1處理提高了10.12%；P2處理的結實率最高，達83.55%，比P1處理高5.61%；與P1處理相比，P2、P3和P4處理的產量分別降低4.69%、7.46%和1.03%。

總體而言，3個試驗點的平均產量，P2處理比P1處理提高0.45%，P3和P4處理比P1處理分別下降5.40%和4.08%。

2.3 海藻肥與微生物菌劑部分替代化肥下不同試驗點間干物質積累量及產量的比較

由表5可知，象州和岑溪試驗點的干物質積累量、有效穗數和產量均顯著高于龍州試驗點；龍州 試驗點的結實率、千粒重和收獲指數均居于首位。

表5 海藻肥與微生物菌劑部分替代化肥下不同試驗點間干物質積累量及產量的比較Table 5 Comparison dry matter accumulation and yield between different experiment sites under partial substitution of seaweed fertilizer and microbial inoculant for chemical fertilizer

2.4 水稻產量與其構成因素的相關性分析

表6顯示，稻谷產量與有效穗數呈極顯著正相關，與千粒重和收獲指數呈極顯著負相關；成熟期干物質積累量與穗粒數呈極顯著正相關；有效穗數與千粒重和收獲指數呈極顯著負相關，與結實率呈顯著負相關；結實率和千粒重與收獲指數呈極顯著正相關。

表6 水稻產量與其構成因素的相關性分析Table 6 Correlation analysis between yield and its components of rice

3 討論

3.1 海藻肥與微生物菌劑部分替代化肥對水稻干物質積累量的影響

干物質積累量是常用作評估水稻高產的生理指標。成熟期干物質積累量與產量的關系密切，隨著成熟期物質生產量增加，籽粒獲得的光合作用產物比例也隨之增加[18]。施肥水平和環境條件等對水稻干物質積累存在顯著影響。敖和軍等[19]認為，水稻成熟期的干物質積累量與籽粒產量呈正相關關系。沙之敏等[20]認為，有機肥與化肥配施能夠明顯促進稻谷干物質積累速率，有利于花后同化產物向籽粒輸送。胡雅杰等[21]研究指出，在不增加施氮量的前提下，運用改進的氮肥運籌措施，可以提高水稻的干物質積累量和產量。彭玉等[22]研究得出，采用干濕交替灌溉的栽培方式和施用緩/控釋肥能提高水稻的干物質量。楊林生等[23]認為，氮肥和鉀肥用量分別為150和105～150kg/hm2時有利于水稻干物質累積。本研究的干物質積累量呈現出岑溪＞象州＞龍州的特點，這可能與試驗點自身土壤肥力有關，適宜的生態環境條件對水稻干物質積累量有積極影響[19]。龍州試驗點的土壤有效磷含量較低，可能使水稻生長中因缺乏磷元素而對植株花后干物質積累造成不利影響[24]。本研究結果表明，龍州、象州和岑溪 3個試驗點的平均干物質積累量為 P2處理（常規施肥量減10%+海藻肥和微生物菌劑）最大。其原因可能是這種施肥模式優化了植株吸收和分配營養元素的供應過程，同時也改善了土壤的理化性狀，使其更有利于植株吸收養分[25]。

3.2 海藻肥與微生物菌劑部分替代化肥對水稻產量及其構成因素的影響

當前，我國農業生產系統的化肥用量過高，環境健康受到威脅，作物生產力降低，減少化肥投入迫在眉睫。因此，研究化肥減量施用技術、有機肥部分替代部分化肥對優化水稻生產及農業可持續發展具有重要意義。但是，有機肥的速效養分含量較低，肥效作用緩慢，完全替代化肥常常會導致作物產量降低[26]。有研究[27]提出，有機肥和無機肥配施存在一個最佳的施用比例，在減少25%化肥用量的條件下，有機肥氮替代10%化肥氮，水稻產量顯著高于常規施肥，是一種降低化肥用量、對環境友好的水稻施肥方式。石鑫蕊等[28]研究指出，化學氮肥192kg/hm2+有機肥氮48kg/hm2的替代比例相比單獨施用240kg/hm2的化學氮肥對提高水稻產量、氮肥農學利用率以及光合速率效果更好。水稻產量的形成主要依賴于有效穗數和穗粒數，但也有研究[29-30]認為，提高水稻的穗粒數和結實率，形成大穗粒結構可以獲得高產。本研究表明，龍州、象州和岑溪3個試驗點在化肥減量的條件下，采用海藻肥和微生物菌劑替補的施肥方式，對有效穗數和千粒重影響不大，但可以提高水稻穗粒數和結實率。其中，以P2處理表現最好，3個試驗點的平均穗粒數、結實率和產量分別比P1處理增加4.36%、8.07%和0.45%。在當前土壤水平下，施肥量依然是制約水稻獲得高產的主要因素，施用生物有機肥對水稻增產效應遲緩，需要通過長期施用的表現來進一步判斷[31-33]。

水稻收獲指數也叫經濟系數，是稻谷產量與植株地上部總生物量的比值[34]。它是植株將光合作用產物轉運到穗部的能力，在某種程度上反映了作物栽培水平和環境適應程度[35]。Yang等[36]研究認為，雜交水稻的收獲指數與產量關系密切，是構成高產的重要因素，但在常規水稻上表現不明顯。但也有研究[37]認為，稻谷產量主要取決于干物質積累量，而收獲指數對產量的貢獻沒有干物質積累量高。

3.3 海藻肥與微生物菌劑部分替代化肥在不同試驗點的效果差異

水稻生長受到土壤和氣候因素的影響，不同的種植環境由于光溫等氣候條件差異，影響水稻的干物質積累量和產量等指標[38]。童平等[39]研究指出，適宜的生態環境條件對水稻干物質積累量有積極影響。本研究表明，龍州試驗點土壤呈弱堿性，象州和岑溪試驗點均為酸性土壤；按照土壤有機質及大量元素養分含量分級標準[40]，3個試驗點的土壤有機質均處于三級以上的高水平含量，象州和岑溪試驗點土壤全氮達到二級水平，龍州試驗點達到一級水平；土壤堿解氮均處于一級水平；象州和岑溪的土壤有效磷含量達到三級水平，但龍州試驗點的土壤有效磷含量較低；龍州和象州試驗點的土壤速效鉀含量處于三級水平，而岑溪的則達到二級水平，速效鉀含量很高。在本研究中，海藻肥與微生物菌劑部分替代化肥的條件下，水稻干物質積累量、產量及其構成因素在3個試驗點的表現各不相同。象州試驗點，P2處理產量達到8457.14kg/hm2，顯著高于其他處理，P3和P4處理均低于P1處理；龍州試驗點各處理產量則無顯著差異；岑溪試驗點的產量表現與其他2個試驗點也不相同。這種差異可能由土壤肥力、環境氣候等因素造成，而土壤肥力是最重要的影響因素。龍州試驗點土壤肥力最高，因此替代比例也最高。

4 結論

海藻肥與微生物菌劑能夠替代部分化肥，但是替代比例有限。施用海藻肥和微生物菌劑各3kg/hm2，可以替代 10%～30%的水稻化肥，替代比例與土壤肥力高低有關。象州替代比例為10%、龍州和岑溪替代比例為30%時，能夠彌補化肥施用量減少所帶來的產量損失，是較為科學合理的施肥措施。