豬糞與氮肥配施對(duì)水稻生長(zhǎng)及氮素利用的影響

鄭網(wǎng)宇 吳園園 張輝 寧運(yùn)旺 馬洪波 汪吉東 張永春 艾玉春

摘要：為實(shí)現(xiàn)畜禽糞便消納及水稻化肥減量生產(chǎn)，利用2年的田間試驗(yàn)研究豬糞替代高量氮肥對(duì)水稻生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)及氮素吸收利用的影響。結(jié)果表明，單施225 kg/hm2化肥氮（N1）處理的產(chǎn)量顯著低于其他處理，225 kg/hm2化肥氮結(jié)合總氮量26.4 kg/hm2的豬糞（N1M）（總氮量251.4 kg/hm2）處理的產(chǎn)量和單施270 kg/hm2化肥氮（N2）處理無(wú)顯著差異。N1M處理的產(chǎn)量效應(yīng)與促進(jìn)水稻苗期根系生長(zhǎng)及齊穗期后氮素高強(qiáng)度供應(yīng)有關(guān)，但225 kg/hm2化肥氮+26.4 kg/hm2 豬糞氮+4 500 kg/hm2秸稈（N1MR）處理水稻在分蘗期和孕穗期吸氮量較低。N1M處理2年的氮素利用回收率均值與N2處理相比增幅為7.10%;270 kg/hm2化肥氮+26.4 kg/hm2豬糞氮（N2M）處理的氮素回收利用率均值與N2處理相比增幅為9.85%，表明豬糞和氮肥配合對(duì)水稻氮素吸收產(chǎn)生促進(jìn)作用，減氮45 kg/hm2配施豬糞（總氮量26.4 kg/hm2）或和秸稈配合可有效保持水稻的高產(chǎn)和氮素吸收利用，在水稻分蘗期和齊穗期注意氮肥調(diào)控能獲更高增產(chǎn)效果。上述結(jié)果可以為水稻的減量施肥提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水稻;豬糞;秸稈;氮肥;減量施肥;氮素利用率

中圖分類號(hào)： S511.062文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）21-0139-05

收稿日期：2018-07-14

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：41201278）;江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號(hào)：CX（18）3002];國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2016YFD0200805、2016YFD0200500）。

作者簡(jiǎn)介：鄭網(wǎng)宇（1979—），男，江蘇丹陽(yáng)人，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事土壤肥力質(zhì)量研究與推廣工作。E-mail：63736789@qq.com。

通信作者：艾玉春，碩士，研究員，主要從事土壤肥力質(zhì)量研究。E-mail：yuchunai@126.com。

太湖流域是我國(guó)重要的水稻產(chǎn)區(qū)和主要的畜禽養(yǎng)殖集中區(qū)。近幾十年來(lái)，化肥施用尤其以氮肥長(zhǎng)期處于高位[1]，大量不合理施用化肥尤其氮肥除導(dǎo)致肥料利用率低和經(jīng)濟(jì)成本增加外，還導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降及農(nóng)業(yè)面源污染等問(wèn)題[2-3]。與此同時(shí)，太湖流域是重要的畜禽養(yǎng)殖基地，每年產(chǎn)生大量畜禽糞便及作物秸稈未能合理消納，其不合理堆放、排放造成的環(huán)境問(wèn)題也甚為嚴(yán)重[4]。豬糞及秸稈類物質(zhì)含有大量的養(yǎng)分、有機(jī)物質(zhì)和活性物質(zhì)等[5-6]，對(duì)其還田利用一方面能夠替代部分化學(xué)養(yǎng)分，同時(shí)豬糞的實(shí)時(shí)還田處理還可以減輕因長(zhǎng)期堆放導(dǎo)致的養(yǎng)分損失及可能產(chǎn)生的二次污染[7]，對(duì)土壤質(zhì)量提高及污染排放削減具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義[8]。此外，有長(zhǎng)期定位試驗(yàn)表明，長(zhǎng)期豬糞、稻草與化肥配合施用能顯著改善土壤化學(xué)和生物化學(xué)性質(zhì)，提高土壤質(zhì)量和土壤肥力[9]。

農(nóng)田是秸稈和畜禽糞便類有機(jī)物適宜的消納場(chǎng)所，但不同有機(jī)物廢料組分復(fù)雜多樣，投入種類及方式不同可能對(duì)土壤生產(chǎn)力和養(yǎng)分利用產(chǎn)生不同的影響[5-6]。現(xiàn)有的很多研究開展了畜禽糞便或秸稈還田對(duì)土壤生產(chǎn)力及土壤質(zhì)量的影響，但將秸稈和豬糞配合開展的激發(fā)式還田效應(yīng)報(bào)道較少[6]。基于在養(yǎng)分投入總量相同下，一定比例的有機(jī)肥配施化肥能取代甚至超過(guò)單施化肥，有利于作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)并提高土壤肥力和氮肥利用率[10-11]。但是在水稻減肥減藥問(wèn)題上，已有的研究多是基于等量養(yǎng)分的有機(jī)無(wú)機(jī)配施方式[12]，較少涉及施用豬糞或秸稈類物質(zhì)非等量替代化肥的研究，而往往通過(guò)等養(yǎng)分量替代試驗(yàn)很難回答化肥合理的減量區(qū)間問(wèn)題[13]。為此，本研究從2013年開始，定點(diǎn)開展了連續(xù)增加施用豬糞、秸稈試驗(yàn)，探討豬糞與氮肥配施對(duì)作物產(chǎn)量及氮素吸收的影響，為該研究區(qū)稻田合理的氮素管理奠定理論基礎(chǔ)，同時(shí)為合理開展水稻養(yǎng)分高效管理奠定現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)點(diǎn)概況

采用田間定位試驗(yàn)的方法，田間小區(qū)位于江蘇省丹陽(yáng)市云陽(yáng)鎮(zhèn)良種繁育基地（119°33.36′E、31°54.16′N），屬典型環(huán)太湖稻麥輪作區(qū)。試驗(yàn)從2013年水稻季開始，稻麥輪作持續(xù)至今，2013—2015年年均降水量為1 050～1 100 mm。供試土壤為粉砂土，耕層土壤基本理化性狀如下：有機(jī)質(zhì)含量19.3 g/kg、全氮含量1.4 g/kg、堿解氮含量80.5 mg/kg、有效磷含量15.6 mg/kg、速效鉀含量87.4 mg/kg，pH值6.29。水稻品種為武運(yùn)粳30，供試氮肥為尿素（含氮46.4%），分基肥、蘗肥、穗肥3次施入;磷鉀肥以磷酸氫二鉀（含P2O5 408%、K2O 54.0%）做基肥一次性于整田前施入;豬糞取自周邊養(yǎng)殖場(chǎng)（生豬糞覆膜后高溫發(fā)酵30 d，含水量控制在30%），按每小區(qū)（20 m2）4.5 kg施入（含水率22.2%，干基N、P2O5、K2O平均含量分別為15.1、27.1、16.9 g/kg），折合干豬糞1 750 kg/hm2。小麥秸稈按4 500 kg/hm2（每小區(qū)9 kg）進(jìn)行定量投入（N、P2O5、K2O平均含量分別為0.765%、0.05%、2.8%）。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

水稻種植期各處理如下：①不施氮肥處理（對(duì)照，CK）;②氮肥減量處理（N1，減氮45 kg/hm2）;③習(xí)慣施氮處理（N2）;④氮肥減量+豬糞（N1M）;⑤習(xí)慣施氮+豬糞（N2M）;⑥減氮+豬糞+秸稈（N1MR），具體氮磷用量如表1所示。試驗(yàn)小區(qū)面積20 m2（長(zhǎng)×寬=5 m×4 m），小區(qū)外圍設(shè)保護(hù)行，小區(qū)之間用雙層塑料薄膜覆蓋土壩，薄膜埋深60 cm，3次重復(fù)。在5月中旬進(jìn)行育苗，6月底按每小區(qū)苗數(shù)定量人工移栽，栽插密度30 cm×13.3 cm。各小區(qū)豬糞、秸稈與225 kg/hm2磷酸氫二鉀一次性基施，人工耕翻整平，麥季豬糞量及磷、鉀投入量和稻季一致。氮肥用量的40%作為基肥，于6月底施入;60%的追肥分別于7月下旬、8月下旬等量施入。

2.4氮素利用率

由表3可知，水稻氮利用率指標(biāo)年際間差異明顯。2014年各處理氮回收利用率（NRE）均低于2015年，但生理利用率（NPUE）呈現(xiàn)相反趨勢(shì)。相同尿素氮量下，增施豬糞處理氮肥回收利用率、農(nóng)學(xué)利用率都呈上升趨勢(shì)。2014年N1M、N2M相比對(duì)應(yīng)N1、N2處理其氮肥回收利用率增量分別為14.0、7.9百分點(diǎn)，2015年N1M、N2M相比對(duì)應(yīng)N1、N2處理其氮肥回收利用率增量分別為10.6、11.8百分點(diǎn)，而N1MR處理，其氮肥回收利用率2014年和2015年與N1處理相比增量分別為12.9、10.7百分點(diǎn)，與N2處理相比增量分別為31、101百分點(diǎn)。在2014年，所有施肥處理中N2M處理的氮素回收利用率及農(nóng)學(xué)利用率均為最高，分別比單施尿素的N2處理高26.16%、35.11%，差異達(dá)顯著水平（P<0.05）;2015年也呈相同趨勢(shì)。N1M和N1MR的次之，而單施尿素的N1和N2處理，氮素回收利用率都較低，且隨施氮量增加，其氮素回收利用率及農(nóng)學(xué)利用率都小幅提高，但生理利用率及氮肥偏生產(chǎn)力則下降。

各施肥處理的生理利用率及氮肥偏生產(chǎn)力整體呈隨施氮量上升而下降趨勢(shì)（2015年的生理利用率除外）。2015年所有處理比2014年的生理利用率都有下降，且2015年各處理間差異減小，尤其是施用豬糞各處理（N1M、N2M和N1MR）和單施尿素氮處理（N1和N2）的差距縮小，2014年N1M增施豬糞處理的氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于N2及N1MR，但N2M與N1、N2和N1M差異不顯著，2015年各組氮肥偏生產(chǎn)力差異縮小，無(wú)顯著差異（表3）。

3討論

3.1不同施肥處理對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響

2年的田間水稻產(chǎn)量表明，無(wú)論施氮量225 kg/hm2還是270 kg/hm2 下，增施豬糞或豬糞與秸稈配合對(duì)水稻的產(chǎn)量均有促進(jìn)作用，表現(xiàn)為N2M處理高于N2處理，N1M和N1MR處理都高于N1處理，結(jié)合圖1和圖2來(lái)看，增施豬糞處理更有利于苗期水稻根系的早發(fā)和氮素吸收，因此具有更高的根系生物量和氮素吸收量，這可能與增施豬糞或和秸稈配合提高稻田田面水銨態(tài)氮和總氮濃度有關(guān)[17]。各增施豬糞處理分蘗返青期（7月8日）根系干質(zhì)量及地上部干質(zhì)量都明顯大于單施化肥處理，雖然在分蘗返青期后的拔節(jié)期及抽穗期各處理間地上部及根系差異減小，甚至增施豬糞和秸稈處理根系生長(zhǎng)受到抑制，但灌漿期（9月29日）及成熟期（10月19日），所有增施豬糞處理的地上部和根系長(zhǎng)勢(shì)都優(yōu)于單施氮肥處理，表明增施豬糞除利于秧苗早發(fā)外，對(duì)水稻生長(zhǎng)后期有明顯的后促作用[12]，在秸稈還田下，拔節(jié)期及抽穗期根系的生長(zhǎng)即使在增施豬糞下，仍然受到一定的抑制。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)，在施氮量225 kg/hm2下，增施干生豬糞1 750 kg/hm2（折合氮26.4 kg/hm2），連續(xù)2年的水稻產(chǎn)量、秸稈干質(zhì)量及總生物量都與施氮270 kg/hm2的單施尿素處理相當(dāng)，其秸稈干質(zhì)量及總生物量甚至略高于270 kg/hm2的單施尿素處理，而在施氮量225 kg/hm2下，增施干生豬糞1 750 kg/hm2結(jié)合小麥秸稈還田，其產(chǎn)量比單施270 kg/hm2尿素氮處理提高2.39%，且獲得更高的秸稈量，表明在該研究區(qū)，通過(guò)合理的豬糞投入和秸稈管理，可以將化肥氮從270 kg/hm2降低到225 kg/hm2。

3.2不同施肥處理對(duì)水稻氮素吸收和利用的影響

實(shí)現(xiàn)氮肥的減量增效是達(dá)到減肥減藥“雙減”計(jì)劃的重要舉措[18]。氮素的利用率是社會(huì)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，其評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括氮素回收利用率、氮素農(nóng)學(xué)利用率、氮素生理利用率和氮素偏生產(chǎn)力等[19]，其中又以氮素利用率即氮回收利用率最受關(guān)注[20]。本試驗(yàn)研究中，在減施化肥氮45 kg/hm2 下，增施豬糞處理其氮素回收利用率提高10百分點(diǎn)以上（2014、2015年N1M比N1分別提高14.0、10.6百分點(diǎn);2014、2015年N1MR分別比N1處理高12.9、10.7百分點(diǎn)），施化肥氮270 kg/hm2的同時(shí)增施豬糞氮26 kg/hm2，其氮肥回收利用率比不施豬糞提高達(dá)7.9～11.8百分點(diǎn)，氮素回收利用率2年的均值達(dá)43.45%。謝芳等比較了不同施氮對(duì)水稻氮素吸收的差異，結(jié)果表明255 kg/hm2施氮量?jī)?nèi)，隨施氮量的增加作物的產(chǎn)量和氮素利用率逐漸增加，超過(guò)施氮量范圍，結(jié)果呈相反趨勢(shì)[21]。歐楊虹等發(fā)現(xiàn)以25%有機(jī)氮肥替代化肥氮其肥效明顯高于純化肥及其他替代比例處理，其氮肥回收利用率高達(dá)48.6%[21]，以上表明本試驗(yàn)中的氮素回收利用率處于合理的取值空間，在270 kg/hm2的供氮范圍，氮素回收利用率有隨產(chǎn)量增加而增加趨勢(shì)。

研究顯示，在總氮量一致下，以有機(jī)氮替代一定比例的無(wú)機(jī)氮可以小幅提高水稻的產(chǎn)量[11-24]。孟琳等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代率不高于20%時(shí)，水稻、小麥的產(chǎn)量能夠顯著提高，并認(rèn)為與有機(jī)無(wú)機(jī)配施可以改善土壤狀況，平衡氮素等養(yǎng)分的供應(yīng)過(guò)程[12，25]。然而很少有研究豬糞替代高量氮肥和足量施氮下增施豬糞的效果。哈麗哈什·依巴提等研究了不同比例豬糞和化肥配施下水稻產(chǎn)量，發(fā)現(xiàn)豬糞替代化肥下氮磷鉀的收獲指數(shù)都高于純化肥組，同時(shí)提高了氮的回收率，減少施氮量12.5%，可達(dá)到與普通化肥相當(dāng)?shù)脑霎a(chǎn)作用[26]。本試驗(yàn)中，結(jié)合產(chǎn)量和生物量數(shù)據(jù)來(lái)看，在施氮量270 kg/hm2的前提下，減少化肥氮16.6%（1/6）情況下，通過(guò)豬糞或與秸稈配施，可以達(dá)到普通化肥的產(chǎn)量水平，其原因在于豬糞的添加施用一方面增加了氮的總投入，同時(shí)與化肥氮產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，促進(jìn)水稻氮的吸收，導(dǎo)致氮素的回收利用率上升。

4結(jié)論

（1）在施氮量270 kg/hm2背景下，減氮16.7%配合豬糞施用水稻產(chǎn)量不減產(chǎn)，與豬糞及秸稈配合甚至略有增加;施化肥氮量270 kg/hm2下，增施豬糞增產(chǎn)8.29%。

（2）施用化肥的基礎(chǔ)上增施豬糞可促進(jìn)水稻氮的吸收和利用。施化肥氮225 kg/hm2，增施豬糞處理2年的氮素回收利用率分別提高68.63%、29.12%;施化肥氮270 kg/hm2下，增施豬糞處理氮素回收利用率分別提高26.16%、31.89%。

（3）增施豬糞或與秸稈配施提高水稻產(chǎn)量與促進(jìn)苗期根系早發(fā)以及灌漿期后氮素的持續(xù)供應(yīng)有關(guān)，但施化肥氮量225 kg/hm2下，在拔節(jié)期和抽穗期，增施豬糞和秸稈還田處理水稻吸氮量較低。

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