豬糞與氮肥配施對水稻生長及氮素利用的影響

鄭網宇 吳園園 張輝 寧運旺 馬洪波 汪吉東 張永春 艾玉春

摘要：為實現畜禽糞便消納及水稻化肥減量生產，利用2年的田間試驗研究豬糞替代高量氮肥對水稻生長動態及氮素吸收利用的影響。結果表明，單施225 kg/hm2化肥氮（N1）處理的產量顯著低于其他處理，225 kg/hm2化肥氮結合總氮量26.4 kg/hm2的豬糞（N1M）（總氮量251.4 kg/hm2）處理的產量和單施270 kg/hm2化肥氮（N2）處理無顯著差異。N1M處理的產量效應與促進水稻苗期根系生長及齊穗期后氮素高強度供應有關，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水稻氮素吸收產生促進作用，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和氮素吸收利用，在水稻分蘗期和齊穗期注意氮肥調控能獲更高增產效果。上述結果可以為水稻的減量施肥提供依據。

關鍵詞：水稻;豬糞;秸稈;氮肥;減量施肥;氮素利用率

中圖分類號： S511.062文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）21-0139-05

收稿日期：2018-07-14

基金項目：國家自然科學基金（編號：41201278）;江蘇省農業科技自主創新資金[編號：CX（18）3002];國家重點研發計劃（編號：2016YFD0200805、2016YFD0200500）。

作者簡介：鄭網宇（1979—），男，江蘇丹陽人，高級農藝師，主要從事土壤肥力質量研究與推廣工作。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量研究。E-mail：yuchunai@126.com。

太湖流域是我國重要的水稻產區和主要的畜禽養殖集中區。近幾十年來，化肥施用尤其以氮肥長期處于高位[1]，大量不合理施用化肥尤其氮肥除導致肥料利用率低和經濟成本增加外，還導致土壤質量下降及農業面源污染等問題[2-3]。與此同時，太湖流域是重要的畜禽養殖基地，每年產生大量畜禽糞便及作物秸稈未能合理消納，其不合理堆放、排放造成的環境問題也甚為嚴重[4]。豬糞及秸稈類物質含有大量的養分、有機物質和活性物質等[5-6]，對其還田利用一方面能夠替代部分化學養分，同時豬糞的實時還田處理還可以減輕因長期堆放導致的養分損失及可能產生的二次污染[7]，對土壤質量提高及污染排放削減具有顯著的現實意義[8]。此外，有長期定位試驗表明，長期豬糞、稻草與化肥配合施用能顯著改善土壤化學和生物化學性質，提高土壤質量和土壤肥力[9]。

農田是秸稈和畜禽糞便類有機物適宜的消納場所，但不同有機物廢料組分復雜多樣，投入種類及方式不同可能對土壤生產力和養分利用產生不同的影響[5-6]。現有的很多研究開展了畜禽糞便或秸稈還田對土壤生產力及土壤質量的影響，但將秸稈和豬糞配合開展的激發式還田效應報道較少[6]。基于在養分投入總量相同下，一定比例的有機肥配施化肥能取代甚至超過單施化肥，有利于作物穩產高產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題上，已有的研究多是基于等量養分的有機無機配施方式[12]，較少涉及施用豬糞或秸稈類物質非等量替代化肥的研究，而往往通過等養分量替代試驗很難回答化肥合理的減量區間問題[13]。為此，本研究從2013年開始，定點開展了連續增加施用豬糞、秸稈試驗，探討豬糞與氮肥配施對作物產量及氮素吸收的影響，為該研究區稻田合理的氮素管理奠定理論基礎，同時為合理開展水稻養分高效管理奠定現實基礎。

1材料與方法

1.1試驗點概況

采用田間定位試驗的方法，田間小區位于江蘇省丹陽市云陽鎮良種繁育基地（119°33.36′E、31°54.16′N），屬典型環太湖稻麥輪作區。試驗從2013年水稻季開始，稻麥輪作持續至今，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：有機質含量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;豬糞取自周邊養殖場（生豬糞覆膜后高溫發酵30 d，含水量控制在30%），按每小區（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9 kg）進行定量投入（N、P2O5、K2O平均含量分別為0.765%、0.05%、2.8%）。

1.2試驗設計

水稻種植期各處理如下：①不施氮肥處理（對照，CK）;②氮肥減量處理（N1，減氮45 kg/hm2）;③習慣施氮處理（N2）;④氮肥減量+豬糞（N1M）;⑤習慣施氮+豬糞（N2M）;⑥減氮+豬糞+秸稈（N1MR），具體氮磷用量如表1所示。試驗小區面積20 m2（長×寬=5 m×4 m），小區外圍設保護行，小區之間用雙層塑料薄膜覆蓋土壩，薄膜埋深60 cm，3次重復。在5月中旬進行育苗，6月底按每小區苗數定量人工移栽，栽插密度30 cm×13.3 cm。各小區豬糞、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）呈現相反趨勢。相同尿素氮量下，增施豬糞處理氮肥回收利用率、農學利用率都呈上升趨勢。2014年N1M、N2M相比對應N1、N2處理其氮肥回收利用率增量分別為14.0、7.9百分點，2015年N1M、N2M相比對應N1、N2處理其氮肥回收利用率增量分別為10.6、11.8百分點，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，與N2處理相比增量分別為31、101百分點。在2014年，所有施肥處理中N2M處理的氮素回收利用率及農學利用率均為最高，分別比單施尿素的N2處理高26.16%、35.11%，差異達顯著水平（P<0.05）;2015年也呈相同趨勢。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學利用率都小幅提高，但生理利用率及氮肥偏生產力則下降。

各施肥處理的生理利用率及氮肥偏生產力整體呈隨施氮量上升而下降趨勢（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年各組氮肥偏生產力差異縮小，無顯著差異（表3）。

3討論

3.1不同施肥處理對水稻生長的影響

2年的田間水稻產量表明，無論施氮量225 kg/hm2還是270 kg/hm2 下，增施豬糞或豬糞與秸稈配合對水稻的產量均有促進作用，表現為N2M處理高于N2處理，N1M和N1MR處理都高于N1處理，結合圖1和圖2來看，增施豬糞處理更有利于苗期水稻根系的早發和氮素吸收，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氮和總氮濃度有關[17]。各增施豬糞處理分蘗返青期（7月8日）根系干質量及地上部干質量都明顯大于單施化肥處理，雖然在分蘗返青期后的拔節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勢都優于單施氮肥處理，表明增施豬糞除利于秧苗早發外，對水稻生長后期有明顯的后促作用[12]，在秸稈還田下，拔節期及抽穗期根系的生長即使在增施豬糞下，仍然受到一定的抑制。同時本研究發現，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2年的水稻產量、秸稈干質量及總生物量都與施氮270 kg/hm2的單施尿素處理相當，其秸稈干質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結合小麥秸稈還田，其產量比單施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，通過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不同施肥處理對水稻氮素吸收和利用的影響

實現氮肥的減量增效是達到減肥減藥“雙減”計劃的重要舉措[18]。氮素的利用率是社會普遍關注的熱點問題，其評價指標主要包括氮素回收利用率、氮素農學利用率、氮素生理利用率和氮素偏生產力等[19]，其中又以氮素利用率即氮回收利用率最受關注[20]。本試驗研究中，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10百分點以上（2014、2015年N1M比N1分別提高14.0、10.6百分點;2014、2015年N1MR分別比N1處理高12.9、10.7百分點），施化肥氮270 kg/hm2的同時增施豬糞氮26 kg/hm2，其氮肥回收利用率比不施豬糞提高達7.9～11.8百分點，氮素回收利用率2年的均值達43.45%。謝芳等比較了不同施氮對水稻氮素吸收的差異，結果表明255 kg/hm2施氮量內，隨施氮量的增加作物的產量和氮素利用率逐漸增加，超過施氮量范圍，結果呈相反趨勢[21]。歐楊虹等發現以25%有機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48.6%[21]，以上表明本試驗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量增加而增加趨勢。

研究顯示，在總氮量一致下，以有機氮替代一定比例的無機氮可以小幅提高水稻的產量[11-24]。孟琳等研究發現，有機肥替代率不高于20%時，水稻、小麥的產量能夠顯著提高，并認為與有機無機配施可以改善土壤狀況，平衡氮素等養分的供應過程[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量，發現豬糞替代化肥下氮磷鉀的收獲指數都高于純化肥組，同時提高了氮的回收率，減少施氮量12.5%，可達到與普通化肥相當的增產作用[26]。本試驗中，結合產量和生物量數據來看，在施氮量270 kg/hm2的前提下，減少化肥氮16.6%（1/6）情況下，通過豬糞或與秸稈配施，可以達到普通化肥的產量水平，其原因在于豬糞的添加施用一方面增加了氮的總投入，同時與化肥氮產生協同效應，促進水稻氮的吸收，導致氮素的回收利用率上升。

4結論

（1）在施氮量270 kg/hm2背景下，減氮16.7%配合豬糞施用水稻產量不減產，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8.29%。

（2）施用化肥的基礎上增施豬糞可促進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量與促進苗期根系早發以及灌漿期后氮素的持續供應有關，但施化肥氮量225 kg/hm2下，在拔節期和抽穗期，增施豬糞和秸稈還田處理水稻吸氮量較低。

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