有機肥等氮替代化肥對粳稻產量及干物質積累的影響

郭詩夢， 牟靜怡， 翟文舉， 王 術， 賈寶艷， 黃元財， 王 巖， 王 韻， 周嬋嬋

(沈陽農業大學農學院/沈陽農業大學作物生理研究所，遼寧沈陽 110866)

目前，氮肥的不合理運用成為制約水稻生產的重要因素，過量施入化學氮肥會造成土壤板結，肥料利用效率降低，并危害土壤生態環境，影響水稻持續高產穩產。與單施化肥相比，有機肥配施化肥可通過改善土壤理化性質而使水稻增產，主要原因是配施有機肥可以補充土壤有機質含量，增加土壤孔隙度，使土壤容重降低并降低化肥損失率。王元元等總結有機肥配施化肥的研究進展發現，有機肥和化肥配施有利于提高水稻產量，早稻和晚稻平均產量較單施化肥增產3.9%～7.8%，單季稻產量提高20%以上。唐海明等研究指出，有機肥配施化肥有利于水稻全生育期干物質量的增加，且在一定的配施比例內，有機肥占比越高，水稻干物質量越高，表明施用有機肥能促進水稻干物質積累。

國內外針對有機肥配施化肥對水稻產量、土壤理化性質和干物質積累量的研究有很多，但是針對有機肥配施化肥最佳比例的研究，在不同地區、不同水稻類型上尚未得出一致結論。本試驗以沈陽地區粳稻品種沈稻7號、沈稻505、沈稻47為試驗對象，在相同氮肥施用量條件下通過設置有機肥配施化肥的比例為10%、20%、30%，分析水稻產量、產量構成因素、干物質含量等指標，以期探明不同類型水稻品種間有機肥替代化肥的適宜比例。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019—2020年在沈陽農業大學教學科研基地(123°24′E，41°50′N)進行，該地屬暖溫帶半濕潤季風氣候區，年平均氣溫8.1 ℃，年平均降水量724.3 mm，年日照時數約2 524 h。試驗地0～20 cm 土層土壤全氮含量1.22 g/kg，速效氮含量 110 mg/kg，速效磷含量24.69 mg/kg，速效鉀含量158 mg/kg，有機質含量28 g/kg，pH值5.86。

1.2 試驗材料與設計

試驗以彎曲穗型品種沈稻7號、直立穗型品種沈稻505和半直立穗型品種沈稻47為試材，田間試驗采用裂區方式，肥料為主區，品種為副區，共設5個肥料處理，所有處理施氮量均為150 kg/hm。5種肥料處理分別為不施氮肥(CK)、全化肥(CF)、有機肥替代10%化肥(OR)、有機肥替代20%化肥(OR)、有機肥替代30%化肥(OR)。施用的氮肥為尿素(N含量46%)。有機肥為沈陽樹新畜牧有限公司生產的生物有機肥(N 1.00%、PO1.16%、KO 1.10%)，有機質含量≥45%，水分含量<30%，主要原料為牛糞。按質量比將化肥按基肥 ∶分蘗肥 ∶拔節肥=5 ∶3 ∶2施入，有機肥均以基肥施入。有機肥替代處理中化學磷鉀肥施入比例已減除有機肥中含量，以保證所有處理磷鉀肥用量一致，PO用量為90 kg/hm，KO用量為75 kg/hm。

2年均于4月19日播種，5月25日移栽，行株距分別為30.0、16.7 cm，密度為20萬穴/hm，每穴2～3苗。小區面積為47.5 m，20行區，行長 9.5 m，寬5.0 m，3次重復。不同小區之間采用隔板隔離，防止水分與肥料串漏，單排單灌。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 水稻產量及產量構成測定 成熟期，除去各處理小區邊行，按實際收獲面積計算產量，測定稻谷水分含量，然后折合計算為14.5%含水量的稻谷產量；每個小區按照分蘗平均數取樣，每個小區取有代表性的植株5穴考種，考查產量構成因素。

1.3.2 水稻莖蘗動態測定 自移栽后7 d開始，每隔7 d定點調查30穴植株至齊穗期，并于成熟期再調查1次，計算單位面積莖蘗數。

1.3.3 水稻SPAD值測定 于移栽后55 d開始用葉綠素儀(Chlorophyll meter，SPAD-502)測定植株最頂端的完全展開葉，分別測葉片的上、中、下3個部分，取3次測定的平均值作為此葉片的SPAD值，每個小區測定15張葉片，取其平均值作為小區的SPAD值，每隔10 d測定1次。

1.3.4 干物質含量測定 在成熟期每個小區選取9穴，將水稻葉、莖、穗分開，在烘箱中105 ℃殺青 30 min 后，于75 ℃烘干至恒質量，稱取各器官干物質量。

1.4 數據分析

使用Excel 2019與SPSS 26.0進行統計分析，采用單因素(one-way ANOVA)和最小顯著性差異()法進行方差分析和多重比較(=0.05)，圖表中數據為平均值。2年試驗結果趨勢一致，若無特殊說明，均以2019年的數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 有機肥配施化肥對水稻產量與產量構成因素的影響

2.1.1 有效穗數 由表1可知，與全化肥處理相比，隨著有機肥比例升高，沈稻7號的有效穗數增加；沈稻505、沈稻47的有效穗數出現先增加后減少的趨勢。彎曲穗型品種沈稻7號OR、OR、OR處理的有效穗數較全化肥處理分別增加5.88%、10.00%、11.76%，直立穗型品種沈稻505的有效穗數分別增加8.21%、13.30%、10.23%，半直立穗型品種沈稻47 OR、OR處理的有效穗數分別增加14.20%、11.89%，但OR處理的有效穗數下降了4.40%。

2.1.2 穎花數 由表1可知，彎曲穗型水稻品種沈稻7號的穎花數隨著有機肥比例的增大而增加，在OR處理達到最高，且OR、OR處理顯著高于全化肥處理，OR處理與全化肥處理差異不明顯。直立型水稻品種沈稻505、半直立水稻品種沈稻47的穎花數隨著有機肥比例的增大呈現先增加后減少的趨勢。沈稻505 OR處理表現最好，雖然與OR、OR處理之間差異不顯著，但是顯著大于全化肥處理。沈稻47 OR處理的穎花數達到最高，各施肥處理之間差異不顯著。

2.1.3 結實率 由表1可知，結實率方面，沈稻7號、沈稻505各處理間差異均不顯著，但沈稻7號呈現無氮肥處理及有機肥配施處理高于全化肥處理的趨勢。而沈稻47的無氮肥處理與配施有機肥處理與全化肥相比有差異。

2.1.4 千粒質量 由表1可知，千粒質量方面，不同類型的水稻品種對于配施有機肥的比例響應不同。沈稻7號無氮肥處理顯著大于OR與全化肥處理。沈稻505無氮肥處理及OR、OR處理均顯著大于全化肥處理，而與OR處理間雖有差異但不顯著。沈稻47表現為無氮肥處理顯著大于全化肥處理，但是與有機肥配施處理間差異不顯著。

2.1.5 實際產量 由表1可知，有機肥配施處理與全化肥相比，增產幅度為2.65%～9.97%。彎曲穗型品種沈稻7號的產量呈現出隨有機肥配施比例升高而增加的趨勢，在OR處理時產量最高。與全化肥處理相比沈稻7號OR、OR、OR處理增產率分別為5.62%、6.32%、9.97%；直立穗型沈稻505的產量隨有機肥配施比例的升高呈現出先升高后降低的趨勢，半直立穗型沈稻47呈現出下降的趨勢，直立穗型品種沈稻505 OR處理的產量最高，與全化肥處理相比OR、OR、OR處理分別增產3.83%、9.71%、6.13%；半直立中穗型品種沈稻47 OR處理產量最高，與全化肥處理相比OR、OR、OR處理增產9.65%、5.67%、2.65%。

表1 2019年各品種各施肥處理的產量及產量構成因素

2.2 有機肥配施化肥對水稻莖蘗動態的影響

由圖1可知，3個品種的5個肥料水平莖蘗動態均呈現先升高后降低至平衡的趨勢，且配施有機肥的分蘗數整體高于全化肥與無氮肥處理，但每個品種達到分蘗最高峰的配施比例并不相同。彎曲穗型的沈稻7號在OR處理時達到莖蘗數頂點，直立穗型品種沈稻505在OR處理時達到分蘗最高峰，半直立穗型品種沈稻47在OR處理上出現莖蘗數最大值。沈稻7號除OR處理外，在移栽后 42 d 達到分蘗盛期，莖蘗數最大，OR處理在移栽后49 d莖蘗數最大；沈稻505在5個處理上莖蘗數達到頂峰的時間沒有差異，均在移栽后42 d達分蘗盛期；沈稻47的無氮肥處理在移栽后35 d莖蘗數最大， 其余各處理均在移栽后49 d達到分蘗盛期，莖蘗數最大。由此可見，不同品種相同條件下受有機肥影響程度不同， 一些品種在施用有機肥比例過高的情況下會出現分蘗高峰延遲的現象。

2.3 有機肥無機肥配施對SPAD的影響

SPAD 值反映葉綠素的相對含量，代表植株的綠色程度。由圖2可知，不同配施比例下3個水稻品種的劍葉SPAD值變化趨勢基本一致，即SPAD值從移栽后55 d到移栽后75 d均呈現上升趨勢，之后快速下降，沈稻47、沈稻505及沈稻7號各處理的SPAD值均在移栽后 75 d 左右(齊穗期)達到最大，同時還可以看出，在同一時期內3個品種的SPAD值基本表現為CF>OR>OR>OR>CK。

2.4 有機肥無機肥配施對干物質積累的影響

由表2可知，隨著有機肥配施比例的升高，與全化肥處理相比，沈稻7號3個配施有機肥處理的收獲指數呈現顯著增加的趨勢，沈稻505、沈稻47 呈現先升高后降低的趨勢，但是3個品種配施處理的收獲指數均大于全化肥處理，只是不同品種最適合的配施比例不同。施肥處理間沈稻7號在OR處理時收獲指數最高，為0.55；沈稻505在OR處理時收獲指數最高，為0.60；沈稻47在OR處理時收獲指數最高，達到0.61。

3 討論與結論

為了提高水稻產量，種植者大量施用化學氮肥，但過量施用化學氮肥既影響水稻產量，降低了肥料的利用率，又造成資源的浪費并危害土壤生態環境。目前，不合理的氮肥投入已經成為制約水稻生產的重要制約因素，人們開始將有機肥配施化學氮肥作為增產增效的措施和研究重點。劉守龍等研究發現，有機肥與無機肥配施較施用全化肥相比能使稻米增產。通過Meta分析我國及其他國家已發表的有機肥無機肥配施試驗數據得出，有機肥替代部分化肥后水稻平均增產7.3%。同時多個試驗也表明，在N、P、K投入量相等的條件下，和單施化肥相比，有機肥替代部分化肥能使水稻產量提高4%～20%，甚至能達63%，且增產效果與配施年限成正比。鄭仁兵等研究發現，有機肥替代化肥在適當比例內對水稻有增產的效果，一旦過量或全有機肥施用反而會使水稻產量降低2.3%～8.6%。Moe等的研究表明，有機肥化肥的配施通過增加水稻分蘗數、穗數、穗長，從而增加水稻產量。Elkholy等研究認為，有機肥配施化肥是通過提高水稻單位面積有效穗數、穗粒數和千粒質量而優化調控作物產量。唐先干等研究指出，有機肥配施比例達50%時不但有利于中、上部稻穗一、二次枝梗粒的發育，增加中、上部穗粒質量，還能增加稻穗中、下部二次枝梗的結實率。本試驗中，產量方面，配施有機肥的處理均大于全化肥處理，但各品種最適配施比例并不相同，增產幅度在2.65%～9.97%。

表2 2019年不同處理對粳稻干物質積累的影響

干物質量是水稻產量形成的基礎，水稻產量是干物質生產與分配的過程。而抽穗前與抽穗后是水稻干物質形成的2個關鍵階段，本試驗中2個階段積累的干物質比例隨品種與施肥比例而變化，通過提高干物質積累量或收獲指數，或同時提高干物質積累量和收獲指數可以提高產量。有研究指出，有機肥與化肥配合施用有利于中后期水稻干物質積累以及群體生長率的提高。徐一蘭等的研究發現，對早稻而言，有機肥與化肥配施使各部位干物質積累量增加，不但奠定了干物質生產的基礎，還能促進莖、葉干物質向穗部的運輸，顯著增加抽穗后期物質同化貢獻率。唐海明等研究發現，長期施用60%有機肥能促進莖部干物質向穗的轉運，有利于水稻莖物質的輸出。劉彥伶等的研究表明，合理進行有機肥與無機肥的配施，可以促進水稻干物質的積累以及莖葉干物質向籽粒的轉運，與徐明崗等通過6年早晚稻試驗得出的結果一致。本試驗中，沈稻7號在OR處理下，干物質積累量取得最大值，有利于產量的提高；沈稻505在OR處理下獲得高產；沈稻47在OR處理下獲得高產，主要由于此處理下不僅干物質積累量較高，同時也維持了較高水平的收獲指數。這與侯紅乾等低量有機肥配施處理對產量提升作用最大的試驗結論基本一致。

可見，在水稻生產中，相對純化學肥料的施用，有機肥與化肥的配施可以普遍提高有效穗數與穎花數，有機肥的長效性還能確保結實率與千粒質量不會因為穎花數的增加而降低，從而使水稻增產。綜合來看，彎曲穗型品種沈稻7號適宜配施的比例為30%有機肥+70%無機肥；直立穗型品種沈稻505適宜配施的比例為20%有機肥+80%無機肥；半直立穗型品種沈稻47適宜配施的比例為10%有機肥+90%無機肥。