有機(jī)肥施用量和種植密度對有機(jī)栽培水稻生長及產(chǎn)量的影響

羅強(qiáng)鑫 ，馮躍華，2* ，許桂玲 ，彭慶國 ，王曉珂 ，彭金鳳，蘇衛(wèi)，歐達(dá)，王玲莉，盧葦，韓志麗，李杰，李敏，SOMSANA Phonenasay

（1貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴陽 550025；2貴州大學(xué)山地植物資源保護(hù)與種植創(chuàng)新教育部重點實驗室，貴陽 550025；3貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，貴陽 550006）

隨著人們對農(nóng)產(chǎn)品食用安全的日益重視，發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)，建立可持續(xù)發(fā)展的健康農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境已成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢。近十年來，有機(jī)稻在我國迅速發(fā)展，并占重要地位［1-3］。董廣等［4］、王生明等［5］研究指出，增加有機(jī)肥施用量，有機(jī)栽培水稻產(chǎn)量逐漸增加，當(dāng)有機(jī)肥施用量達(dá)到一定量時，再增加有機(jī)肥施用量，增產(chǎn)效果不顯著。秦麗霞等［6］、楊震道等［7］研究表明，合理的種植密度有利于提高有機(jī)稻的產(chǎn)量。朱克明等［8］研究表明，每公頃移栽22.5萬～27萬穴，有利于有機(jī)栽培水稻獲得高產(chǎn)。陳傳華等［9］指出，在每公頃30萬～37.5萬穴的范圍內(nèi)，隨種植密度的增加產(chǎn)量逐漸增加。這些研究探討了有機(jī)栽培條件下，合理的有機(jī)肥施用量和種植密度對產(chǎn)量有一定提升，但較少涉及干物質(zhì)積累量、葉面積指數(shù)、光合勢和作物生長率等生長特性指標(biāo)，且不同水稻品種在不同區(qū)域?qū)τ袡C(jī)肥施用量和密度的響應(yīng)不一致。為此，筆者于2019年在有機(jī)栽培條件下，探討不同有機(jī)肥施用量和種植密度對水稻生長和產(chǎn)量的影響，旨在為有機(jī)栽培水稻的推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年在黔東南州三穗縣良上鎮(zhèn)雅中村（26°52′20.2″N，108°44′27.1″E）進(jìn)行。當(dāng)?shù)貙俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤氣候，海拔774 m，年平均氣溫15℃，無霜期251 d，年均降水量1 147 mm。大田前茬冬閑，且已獲有機(jī)認(rèn)證。土壤肥力特征：全氮3.14 g/kg，全磷0.60 g/kg，全鉀16.80 g/kg，pH 5.11，有機(jī)質(zhì)36.79 g/kg，堿解氮198.52 mg/kg，有效磷13.51 mg/kg，速效鉀75.82 mg/kg。海拔較高，周圍環(huán)山，不利于病蟲害傳播，水質(zhì)清澈透亮無污染，經(jīng)檢測達(dá)到直接飲用標(biāo)準(zhǔn)，以上條件均達(dá)到有機(jī)稻種植要求。

試驗材料：水稻品種為宜香優(yōu)2115，供試肥料為遵義君宇生物工程有限公司生產(chǎn)的來利有機(jī)肥（有機(jī)質(zhì)≥45%、總養(yǎng)分含量≥5%）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用兩因素裂區(qū)設(shè)計，設(shè)種植密度（D）和有機(jī)肥施用量（F）兩因素。種植密度為主區(qū)因素，設(shè)3個水平：D1.12.8萬穴/hm2，D2.16.7萬穴/hm2，D3.23.8萬穴/hm2，其對應(yīng)的株行距分別為26 cm×30 cm、20 cm×30 cm、14 cm×30 cm；有機(jī)肥施用量為副區(qū)因素，設(shè)4個水平：F0.0 kg/hm2，F(xiàn)1.3 000 kg/hm2，F(xiàn)2.6 000 kg/hm2，F(xiàn)3.9 000 kg/hm2。共12個處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積2.2 m×7 m=15.4 m2。小區(qū)四周做高30 cm、寬20 cm的田埂包膜，包膜壓深至地下30 cm，以防止肥水滲漏，每區(qū)組間留50 cm走道，周圍留保護(hù)行。于2019年4月14日播種，6月9日移栽，每穴2苗。有機(jī)肥一次性施入，后期不追施任何肥料。大田返青期保持深水，分蘗期濕潤灌溉，達(dá)到預(yù)期穗數(shù)85%時斷水曬田，拔節(jié)后灌水并保持淺水層，灌漿至成熟期間歇性灌溉，收獲前10 d斷水任其自然落干。田間精細(xì)管理，采用傳統(tǒng)方法人工除草，不施化學(xué)農(nóng)藥，使用粘蟲帶和太陽能殺蟲燈物理方法除蟲。

1.3 測定項目與方法

（1）干物質(zhì)積累量。苗期取代表性植株50株，將樣品分為莖鞘、葉兩個部分；并分別于水稻拔節(jié)期、孕穗期和抽穗期，按每小區(qū)平均莖蘗數(shù)，取代表性植株4穴，前兩個時期將樣品分成莖、葉兩部分，抽穗期將樣品分成莖、葉、穗、死葉4個部分；于成熟期每小區(qū)按平均莖蘗數(shù)取植株6穴，將樣品分成莖、葉、死葉、枝梗、實粒、秕粒6個部分，分別測定干物質(zhì)量。測定前，將樣品分別裝袋，于105℃殺青30 min，再經(jīng)80℃烘干至恒重。

（2）葉面積指數(shù)。苗期取代表性植株50株，測定其中5株葉長和寬，在拔節(jié)、孕穗和抽穗期，按每小區(qū)莖蘗數(shù)的平均數(shù)取代表性植株4穴，測定1穴植株葉片的長和寬，用長寬法，求出葉面積，然后按稱重法求出總?cè)~面積，并計算葉面積指數(shù)。

（3）光合勢

式中：L1和L2分別為前后兩次測定的葉面積；T1和T2分別為前后兩次測定的時間。

（4）凈同化率。凈同化率（NAR，g/m2·d）根據(jù)干物質(zhì)的增長與植物葉面積的變化兩者間接計算出來。其公式為：

式中：L為葉面積；W為干物質(zhì)量；T為時間。

（5）作物生長率。作物生長率（CGR，Crop growth rate），又叫群體生長率，表示在單位時間、單位土地面積上所增加的干物質(zhì)量。

式中：W1和W2分別是T1和T2時測得的干物質(zhì)量；A為土地面積。

（6）產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成。成熟期每小區(qū)收割90穴，脫粒后自然風(fēng)干，經(jīng)風(fēng)選后稱重，按13.5%水分含量折算實產(chǎn)。同時每小區(qū)按平均莖蘗數(shù)取6穴作為考種樣，測定單位面積穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、結(jié)實率、成穗率、收獲指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成

由表1可看出，隨有機(jī)肥施用量和密度的增加，有機(jī)栽培水稻的產(chǎn)量逐漸增加，F(xiàn)3和D3最高，分別達(dá)到5 406.31、4 464.87 kg/hm2，其中不同有機(jī)肥施用量之間差異顯著，不同密度處理間差異不顯著。方差分析結(jié)果，有機(jī)肥與密度互作對產(chǎn)量影響不顯著，最佳組合為D3F3；有機(jī)肥施用量對產(chǎn)量影響達(dá)極顯著，而密度對產(chǎn)量影響不顯著。

表1 不同處理的水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成比較Table 1 Comparison of rice yield and yield components under different treatments

隨著有機(jī)肥施用量的提高，每穗粒數(shù)增加，結(jié)實率和成穗率則相反，收獲指數(shù)無明顯規(guī)律。其中每穗粒數(shù)F3顯著高于F0、F1，結(jié)實率F3顯著低于其他3個處理，且它們之間無顯著差異；成穗率F0、F1顯著高于F2，F(xiàn)3與F1和F2差異不顯著；收獲指數(shù)F0和F2顯著高于F1，與F3未達(dá)顯著差異水平；有效穗數(shù)和千粒質(zhì)量隨施肥量的增加逐漸增加，但無顯著差異。隨著種植密度增大，有效穗數(shù)和結(jié)實率逐漸升高，每穗粒數(shù)逐漸降低，千粒質(zhì)量、成穗率和收獲指數(shù)無明顯變化，其中有效穗數(shù)和結(jié)實率D3顯著高于D1，每穗粒數(shù)則相反。方差分析顯示，有機(jī)肥與密度互作對產(chǎn)量構(gòu)成因素影響不顯著，而有機(jī)肥施用量對每穗粒數(shù)、結(jié)實率、成穗率和收獲指數(shù)有顯著或極顯著影響，密度對有效穗數(shù)和結(jié)實率影響達(dá)顯著水平。

根據(jù)密度和有機(jī)肥施用量與產(chǎn)量的關(guān)系，通過回歸分析得出回歸方程為：y=341.170 88D+0.326 79F-8.607 09D2-0.000 011 06F2

經(jīng)求導(dǎo)計算，當(dāng)產(chǎn)量最高時，有機(jī)肥施用量和密度分別為14 773.51 kg/hm2和19.82萬穴/hm2時，水稻最高產(chǎn)量為5 794.78 kg/hm2。

2.2 葉面積指數(shù)

葉面積指數(shù)反映了水稻群體截獲光能的能力［10］。從表2可知，隨施肥量和密度的增加，葉面積指數(shù)逐漸增加，各個時期均在F3和D3達(dá)到最高，其中除孕穗期F2與F3差異不顯著外，其他時期的不同施肥量之間均達(dá)到顯著性差異，施肥處理均顯著高于不施肥處理；除抽穗期外，D3密度處理都顯著高于D1和D2。方差分析顯示，有機(jī)肥施用量對葉面積指數(shù)影響極顯著，種植密度對拔節(jié)期葉面積指數(shù)影響達(dá)極顯著水平，對孕穗期有顯著影響，對抽穗期影響不顯著，有機(jī)肥施用量與密度互作對葉面積指數(shù)影響不顯著。

表2 不同處理的水稻葉面積指數(shù)Table 2 The leaf area index of rice underdifferent treatments

2.3 干物質(zhì)積累

水稻群體干物質(zhì)生產(chǎn)是產(chǎn)量的基礎(chǔ)和先決條件［11］。由圖1可知，隨著有機(jī)肥施用量的增加，各個時期的干物質(zhì)積累量均逐漸增加，F(xiàn)3達(dá)到最大，施肥處理均顯著高于不施肥處理。在施肥處理中，F(xiàn)2和F3顯著高于F1，且兩者差異不顯著。隨著種植密度增大，各個時期的干物質(zhì)積累量呈逐漸增加的趨勢。在拔節(jié)期和成熟期，D3顯著高于D1和D2，D1和D2間差異不顯著；在抽穗期，各密度處理間干物質(zhì)積累量差異不明顯。方差分析顯示，有機(jī)肥施用量和種植密度的交互作用對各個時期的干物質(zhì)積累量無顯著影響，有機(jī)肥施用量對拔節(jié)期、抽穗期和孕穗期干物質(zhì)積累量的影響極顯著；種植密度對拔節(jié)期和成熟期的干物質(zhì)積累量影響達(dá)極顯著，對抽穗期影響不顯著。

圖1 不同處理的水稻干物質(zhì)積累量變化Fig.1 Dry matter accumulation under different treatments

就不同階段的干物質(zhì)積累量而言，隨有機(jī)肥施用量的增加，在苗期—拔節(jié)期（生育前期）和拔節(jié)—抽穗期（生育中期）逐漸增加，施肥處理均顯著高于不施肥處理，生育前期F2和F3顯著高于F1，且F2和F3間差異不顯著；生育中期各處理間差異顯著；抽穗—成熟期（生育后期）隨施肥量增加呈先升后降的趨勢，但各處理間差異不顯著。隨種植密度的增加，各個階段的干物質(zhì)積累量亦逐漸增加。在生育前期，D3顯著高于D1和D2，且D1和D2間差異不顯著；在生育中、后期各密度處理間差異未達(dá)到顯著水平。方差分析表明，有機(jī)肥施用量對生育前、中期的干物質(zhì)積累量影響極顯著，對后期影響未達(dá)到顯著水平；種植密度對生育前期干物質(zhì)積累量有極顯著影響，對生育中、后期影響不顯著；施肥量與種植密度互作對生育中期干物質(zhì)積累量有顯著影響，對生育前、后期影響未達(dá)到顯著水平。

2.4 光合勢和凈同化率

光合勢和凈同化率共同構(gòu)成了群體干物質(zhì)［12］。光合勢是表征作物群體葉面積大小及其持續(xù)時間長短的一個生理指標(biāo)［13］，凈同化率表示單位時間內(nèi)單位葉面積所合成的干物質(zhì)量。

由表3可知，光合勢在所測3個階段隨施肥量的增加而增加，F(xiàn)1、F2和F3顯著高于F0，且施肥處理間差異顯著。隨著種植密度的增加，各個階段的光合勢也逐漸增加，D3顯著大于D1和D2，但D1和D2間差異不明顯。方差分析表明，種植密度和有機(jī)肥施用量對各個階段的光合勢影響極顯著，種植密度和有機(jī)肥施用量互作影響不顯著。

表3 不同處理的水稻光合勢和凈同化率比較Table 3 Photosynthetic potential and net assimilation rate under different treatments

就凈同化率而言，在生育前期隨有機(jī)肥施用量的增大呈先升后降的趨勢，F(xiàn)2達(dá)到最大，顯著高于F0，但與其它2個處理無顯著差異；在拔節(jié)—孕穗期（生育中前期）隨施肥量的增加逐漸降低，F(xiàn)0最大，F(xiàn)3其次，F(xiàn)2最低，但與F1和F3差異不顯著。隨種植密度的增加，在孕穗期—抽穗期（生育中后期）凈同化率逐漸升高，但差異不顯著；在生育中前期凈同化率逐漸降低，D1最高，顯著高于D3，但與D2差異不顯著。方差分析結(jié)果顯示，有機(jī)肥施用量和種植密度互作對生育中前期凈同化率影響極顯著，對生育中后期有顯著影響，但在生育前期影響未達(dá)到顯著水平；有機(jī)肥施用量對生育中前期凈同化率有顯著影響，在其余2個階段影響不顯著，種植密度對3個階段的凈同化率影響均不顯著。

2.5 作物生長率

作物生長率指某階段水稻群體的生長速率。由表4可知，隨有機(jī)肥施用量的增加，除抽穗期到成熟期外，其他3個階段的作物生長率均逐漸增加，F(xiàn)2、F3顯著高于F0；在生育前期，作物生長率隨著種植密度的增加而增加，D3顯著高于D1、D2，在生育中前期逐漸降低，但各處理間差異不顯著，在生育中后期和生育后期也沒有顯著差異性。方差分析結(jié)果表明，有機(jī)肥施用量對除生育后期外其他3個階段的作物生長率有極顯著影響，種植密度對生育前期影響極顯著，其余3個階段影響不顯著，有機(jī)肥施用量和種植密度互作對作物生長率沒有顯著影響。由此可見，施用有機(jī)肥能顯著提高水稻的作物生長率；增加水稻的種植密度，并不能顯著的提高有機(jī)栽培水稻的作物生長率。

表4 不同處理水稻的作物生長率比較Table 4 Comparison of crop growth of rice under different treatments g·m-2·d-1

3 討論

本研究表明，隨有機(jī)肥施用量的增加，有機(jī)栽培水稻有效穗數(shù)和千粒質(zhì)量呈先增后降，每穗粒數(shù)增加，而結(jié)實率和成穗率降低，這些結(jié)論與前人研究不太一致。董廣等［4］認(rèn)為，在有機(jī)栽培條件下，有效穗數(shù)和千粒質(zhì)量隨有機(jī)肥施用量的增加逐漸下降，結(jié)實率提高，成穗率以高施肥和對照最高；錢建龍［14］研究顯示，有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)隨精制有機(jī)肥用量增加而遞減，千粒質(zhì)量則隨精制有機(jī)肥用量增加而提高。這可能與栽培條件有關(guān)，其中董廣等［4］研究中所用試驗材料為粳稻，錢建龍［14］的研究在無機(jī)栽培條件下進(jìn)行。本研究結(jié)果表明，提高有機(jī)栽培水稻種植密度能顯著增加有效穗數(shù)，降低每穗粒數(shù)，該結(jié)果與楊震道等［7］、陳傳華等［9］研究結(jié)果一致，說明適當(dāng)提高種植密度有利于提高有效穗數(shù)，但會降低每穗粒數(shù)。本研究表明，隨著種植密度的增加，有機(jī)栽培水稻結(jié)實率逐漸增加，與前人［12，15］結(jié)果不一致，可能是因為栽培條件不同所致。其中周根友等［12］所用材料為粳稻，且為無機(jī)栽培條件，吳旦良等［15］的研究的前茬作物為綠肥。本研究表明，產(chǎn)量隨著有機(jī)肥施用量和種植密度的增加逐漸增加，與王生明等［5］、朱克明等［8］研究結(jié)果一致，說明適當(dāng)?shù)奶岣哂袡C(jī)肥施用量和種植密度有利于提高產(chǎn)量。

本研究表明，隨著有機(jī)肥施用量增加，有機(jī)栽培水稻葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量均顯著增加，這與楊士紅等［16］研究結(jié)果一致。說明隨著有機(jī)肥施用量的增加，有機(jī)栽培與無機(jī)栽培水稻的葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量均顯著增加，增施有機(jī)肥能提高水稻群體對光能的利用能力，合成更多有機(jī)物，有利于提高產(chǎn)量。本研究表明，隨種植密度增大，葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量均逐漸增加，該結(jié)果與前人無機(jī)栽培條件下的研究結(jié)果一致［17-19］。因此，無論在有機(jī)還是無機(jī)栽培條件下，葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量隨種植密度的變化趨勢是一致的。

本研究表明，在抽穗期前，隨著有機(jī)肥施用量的增加，作物生長率逐漸增加，抽穗期后呈逐漸降低，該結(jié)果與鄧安鳳等［20］無機(jī)栽培條件下研究結(jié)果不同。鄧安鳳等研究顯示，在抽穗—成熟期作物生長率隨施氮量的增加而增加，其可能是施用化肥所致。本研究結(jié)果表明，增加種植密度在生育前期能顯著提高作物生長率，生育中期逐漸下降，生育后期無顯著影響，該結(jié)果與吳培等［21］研究結(jié)果不同，可能是施用化肥對后期影響較明顯的原因。

本研究中，當(dāng)最高產(chǎn)量達(dá)到5 794.78 kg/hm2時，有機(jī)肥施用量為14 773.51 kg/hm2。實際生產(chǎn)中，不可能施用如此多的有機(jī)肥，但考慮到有機(jī)肥的后效作用，長期施用有機(jī)肥后，養(yǎng)分易累積，將有可能導(dǎo)致產(chǎn)量超過單施等量養(yǎng)分化肥處理的產(chǎn)量水平［22］。由此，在適當(dāng)減少有機(jī)肥施用量，水稻產(chǎn)量是否能達(dá)到一定水平，還待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

在本試驗條件下，提高有機(jī)肥施用量顯著提高葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量、光合勢和作物生長率，顯著提高產(chǎn)量；增加種植密度對葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量和光合勢有顯著提升作用，但對產(chǎn)量的提高無顯著影響。當(dāng)有機(jī)肥施用量為14 773.51 kg/hm2、種植密度為19.82萬穴/hm2時，宜香優(yōu)2115有機(jī)栽培的最高產(chǎn)量可達(dá)5 794.78 kg/hm2。