有機－無機肥配施對水稻產量、品質及氮素吸收的影響

周江明

(江山市農業技術推廣中心，浙江江山324100)

水稻是我國種植面積最大的糧食作物，其產量高低直接影響到我國糧食安全和社會穩定［1］。長期以來，為提高水稻產量，農戶一直把施肥作為水稻生產最重要的物化技術措施。我國傳統農業十分重視有機肥的使用，它具有促進作物增產、改善品質、提升土壤質量等作用［2－4］，但存在肥效慢、養分含量低、施用量大費勞力及增產效果差等缺點。而化學肥料雖有增產快、養分高、用量少等優點，但當前因農戶過度施用已造成糧食生產成本高、土壤質量退化、農業面源污染嚴重等問題［5－7］。

針對這些問題，國內外大量學者研究了有機肥與化肥配施技術［8－11］，并在水稻優質高產、地力改善及養分利用率提高等方面取得了一定的成效，但關于有機肥化肥配施對各茬稻優質高產和養分利用系統研究則報道較少。因此，本文分別以早稻、晚稻及單季稻為材料開展商品有機肥和化肥混施試驗，研究它們在有機肥和化肥不同配比對水稻產量、品質和氮素利用的影響，旨在提出多方兼顧的有機肥化肥優化混施模式，為新形勢下指導水稻生產科學施肥及農業可持續健康發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

1.1．1 試驗地點與材料 本研究于2010年江山市峽口鎮王村村王元有戶(試驗點1，早稻與晚稻連續進行試驗)和周小強(試驗點2，單季稻)戶進行，供試土壤理化性狀見表1。供試材料早稻為中嘉早17，晚稻為黃華占，單季稻為甬優9號，化學肥料分別為尿素、氯化鉀和過磷酸鈣，有機肥料為天蓬有限公司生產的商品有機肥(有機質、全氮、全磷、全鉀含量分別為45.8%、2.50%、1.01%和1.47%)。

1.1．2 試驗設計 施肥水平參照當地高產稻田肥料用量，早稻、晚稻、單季稻總氮(N)施用量分別為187.5 kg/hm2、187.5 kg/hm2和202.5 kg/hm2。在總氮量不變情況下，有機肥氮所占比例設100%、70%、40%、20%、0%5個水平，分別以OF－100%、OF－70%、OF－40%、OF－20%、OF－0%表示，磷(P2O5)鉀(K2O)總量以單施有機肥養分量為準，有機養分不足部分以化肥代替。另外，增設1個空白對照區，即不施肥處理(CK)，共6個處理(見表2)。施肥方式：有機肥全部作基肥一次性施入;氮肥以70%作基肥，20%作分蘗肥(移植后7～10 d施入)，10%作穗肥;磷肥全部作基肥;鉀肥70%作基肥，30%作?；ǚ?。小區面積為20 m2，重復3次，隨機排列，每區以約15～20 cm寬的小田埂隔開，能獨立進水和排水。

表1 試驗田土壤理化性狀Table1 Physical and chemical properties of soils in experimental sites

早稻3月26日播種，4月24日移植，移植密度36.0萬穴/hm2，7月25日收割;雙晚稻6月22日播種，7月30日移植，移植密度27.2萬穴/hm2，10月31日收割;單季稻5月25日播種，6月7日小苗移植，移植密度18.5萬穴/hm2，10月21日收割。病蟲草害及水分管理按當地習慣進行。

表2 試驗施肥設計方案Table 2 Design plan of the fertilizer applications

1.2 樣品采集與測定

水稻成熟期調查有效穗、總粒數、結實率、千粒重等各產量構成因子，并對小區實割測產;在水稻苗期、分蘗期、孕穗期、齊穗期、成熟期取有代表性的2叢植株(苗期50株)，烘干稱干重，再粉碎后用H2SO4－H2O2消煮，分析氮、磷、鉀養分含量(其中稻草與子粒分開處理)。水稻子粒收割曬干后每處理采集子粒1kg樣品，送農業部稻米及制品質量監督檢驗測試中心分析稻米品質。

氮素吸收、利用相關計算方法［12］如下：

氮素子粒生產率(N grain production efficiency，NGPE)=單位面積子粒產量/單位面積植株氮積累量;

氮素收獲指數(N harvest index，NHI)=成熟期單位面積植株穗部氮積累總量/植株氮積累量。

試驗數據采用DPS軟件進行統計分析，用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 有機肥化肥配施對水稻產量的影響

從表3看出，與空白區相比，施肥增產效果是極顯著的，這里不需贅述。在總氮量不變情況下，有機無機配施對水稻產量有顯著的影響，有機肥氮占總氮40%時，早稻和單季稻產最高，分別為7191.7和9425.0 kg/hm2，晚稻以有機肥氮20%時產量最高，達7125.0 kg/hm2。最高產量區與化肥區相比，差異達到顯著水平。水稻產量在本試驗中呈單峰曲線之勢，表明有機肥和無機肥合理搭配有利于高產，通過軟件模擬分析，早稻、晚稻及單季稻的產量(Y)和有機肥氮所占比例(x)的方程分別為：

表3 有機肥化肥配施對水稻產量及其構成因子的影響Table 3 Effects of combined application of organic and chemical fertilizers on rice yield and its components

通過計算得知，當有機肥氮所占比例為50.5%、24.5%、34.6%時，早稻、晚稻、單季稻產量可達最高。從水稻產量構成因子看，有機肥用量的增加，有效穗顯著下降，穗粒數和結實率上升，粒重表現出與產量類似的先升后降的趨勢。這說明適宜的有機肥與無機肥比例能協調水稻產量各構成因子，通過促進多粒大粒的形成達到增產的效果。

2.2 有機肥化肥配施對稻米品質的影響

2.2.1 對碾磨加工品質的影響 與對照區相比，施肥顯著提高了稻米加工質量，糙米率、精米率、整精米率平均提高2.3、2.2、3.7個百分點(表4)。在施肥區，增加有機肥比例使糙米率和整精米率呈下降。精米率在早稻、晚稻、單季稻中分別為40%、20%、40%有機肥區最高，分別為74.6%、72.3%和73.0%。表明合理施肥有利于碾米品質的提高，有機肥化肥配施可提高精米率，但對糙米率和整精米率有不利影響，這可能是前期有效養分不足，水稻植株儲存養分量少，而在后期大量有機養分礦化釋放，水稻穎花數增加，造成子粒灌漿質量下降所致。

表4 有機肥化肥配施對稻谷主要品質性狀的影響Table 4 Effects of combined application of organic and chemical fertilizers on grain quality of rice

2.2.2 對外觀品質的影響 由表4知，有機肥對稻米長寬比、透明度級別基本無影響，但顯著影響稻米堊白值，隨著有機肥用量的增加，堊白粒數量呈上升趨勢，早稻、晚稻及單季稻單施有機肥區(OF－100%)比單施化肥(OF －0%)區高 2.3、3.4、18.5個百分點，其中晚稻和單季稻達顯著差異。堊白度各稻茬上變化不一，早稻隨化肥比例增加而上升，晚稻和單季稻均隨化肥比例增加而顯著下降。

2.2.3 對蒸煮食味品質的影響 施肥對稻米直鏈淀粉影響不大，卻顯著提高膠稠度(表4)。早稻、晚稻、單季稻施肥區膠稠度分別比對照區(CK)平均提高6.7%、5.2%和10.9%。稻米中直鏈淀含量粉均隨著有機肥比例的減少而顯著下降，二者呈顯著正相關關系，相關系數 R分別達 0.9092、0.8709、0.9505，表明有機肥可促進直鏈淀粉的形成，對稻米的蒸煮品質不利。當有機肥比例為40%時，稻米膠稠度最高，早稻、晚稻、單季稻分別為45.3、86.0、87.0 mm，顯著高于最低值的有機肥區。這表明有機肥化肥合理配施可使米飯變柔軟，提高食味品質。

2.2.4 對營養品質的影響 表4表明，不施肥或增加有機肥比例不利于稻米營養成分的積累，隨有機肥比例的上升稻米蛋白質含量呈顯著性下降。全化肥區(OF－0%)與全有機肥區(OF－100%)相比，早稻、晚稻、單季稻蛋白質含量分別提高了15.9%、13.4%、33.8%。上述原因可能是高化肥比例區水稻生長前期植株內吸收儲存到足夠的氮素，在灌漿期確保了充足的養分從“源”轉移到“庫”，而有機肥比例高或不施肥前期有效氮供應不足，影響了水稻早期養分的積累，進而影響到子粒中的營養含量。

2.3 有機肥化肥配施對水稻氮素積累量的影響

水稻莖葉吸收氮素量基本上隨著有機肥比例上升而顯著下降(表5)，這可能是早期土壤有效氮素供應量不足影響水稻營養生長所致;子粒吸氮量與產量變化一致，早稻、晚稻、單季稻分別以40%、20%、20%有機肥區最高，吸氮量為100.0、93.7、99.8 kg/hm2;總氮素累積量均以施20%有機肥氮最高。其中子粒吸氮量和總氮素累積量在低有機肥比例區(0、20%、40%有機肥)間無顯著差異，但顯著高于高有機肥比例區(70%、100%有機肥)和對照區。氮素子粒生產率和氮素收獲指數均隨有機肥比例的提高而增加，高有機肥區顯著高于低有機肥區。上述表明，有機肥用量過多，不利于水稻植株氮素的積累，但能提高氮素子粒生產效率。

3 討論與結論

在現代農業發展中，過度施用化肥所帶來的農產品品質降低、環境受到污染及生產成本升高等種種問題，促進了有機肥化肥配施技術的快速發展。許多研究表明，有機肥化肥合理配施對水稻起到優質穩產高產的作用。孟琳等［13］認為有機肥氮代替無機氮，主要通過改善土壤供應氮素過程，使土壤養分平穩釋放，為水稻生長持續供應養分，提高了群體質量，促進水稻高產、稻米品質改善，以施10% ～20%的有機肥量最合適，過高過低均會導致產量下降。李菊梅等人［14］研究結果顯示有機肥氮占總氮50%時，早稻和晚稻產量比單施有機肥或化肥區高，比對照區增產68.6%和72.0%。蘇瑞芳等［10］研究表明，施入26.5% ～40.0%有機肥氮能通過提高有效穗和粒數而達水稻高產，通過提高整米率、降低堊白和直鏈淀粉改善稻米外觀及適口性。本研究結果顯示，在總施氮量相同的情況下，施入適當有機肥顯著提高水稻穗粒數和結實率，促進水稻高產，過度施入有機肥會影響前期有效氮素不足，單位有效穗數顯著下降而減產，這結果與徐明崗［11］、蘇瑞芳［10］等人研究的關于有機肥化肥配施可通過提高單位面積穗數和穗粒數達水稻高產的結果不盡一致。當早稻、晚稻和單季稻施有機肥占總肥量比例為40%、20%、40%時產量達最高，并顯著高于單施有機肥區和對照區，結果基本上與前人相符。通過計算機模擬最高產量施用的有機肥比例在不同稻茬間存在“早稻高、晚稻低、單季稻中”的差異。早稻可能與稻田土壤背景氮值高有關，能保證水稻分蘗所需的大量營養，增施更多的有機肥影響較小;晚稻上因移栽期溫度高，施入的大量有機肥分解速度快，導致土壤極度還原條件，嚴重阻礙水稻根系發育和分蘗，分蘗數下降更為顯著而低產，需要減少有機肥的施用比例。

在稻米品質方面，本試驗顯示施20% ～40%有機肥區水稻精米率最高，施40%有機肥膠稠度最高，米飯變軟，食味變佳。但提高有機肥比例易出現稻米易碎、堊白增加、蛋白質含量下降等問題。本試驗條件下，考慮到產量與稻米品質因素及早晚雙季的相同田塊，早稻、晚稻、單季稻施有機肥比例以40% ～50%、20% ～30%、30% ～40%左右為宜。

有機肥化肥配施對水稻氮素利用率的影響研究報道較多，但結論有所不同。多數人認為［11，13，15］，合理的有機肥化配施能顯著提高氮素利用率，但商躍鳳［16］、管建新［17］等人認為單施有機肥氮素利用率最高。本研究結論與前者基本一致，并以20%有機肥區水稻氮素累積量達高峰，其回收利用量最高。與70%和100%高有機肥區相比，氮素累積量平均增19.3%和39.6%，達顯著或極顯著水平;與純化肥、40%有機肥區相比，差異不顯著。這從水稻植株吸收氮量和土壤養分變化中可得到解釋，有機肥施用比例過高，土壤有效氮素前期不足，水稻營養生產不良，顯著降低了莖葉氮素累積量，使氮素回收利用率下降，而大部分未利用氮素存儲于土壤中，造成土壤中氮含量顯著上升。合理的有機肥化肥配施能確保養分在水稻各個時間穩定供應，協調水稻產量各構成因素，促進莖葉和子粒產量全面提高而增加了水稻總吸氮量。因此，水稻生產中施有機肥氮以低比例較為合適，利于提高氮素吸收、利用率。

綜上所述，在合理施肥總量不變情況下，早稻、晚稻、單季稻所施有機肥氮約占總施氮量的40%、20%和40%比例比較適宜，有利于水稻增產、改善品質和提高氮素利用率。

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