不同有機肥對旱直播水稻干物質積累和產量的影響

徐令旗，郭曉紅，蘭宇辰，崔致遠，張佳檸，呂艷東

(黑龍江八一農墾大學 農學院，黑龍江省教育廳寒地作物種質改良與栽培重點實驗室，黑龍江 大慶 163319)

近年來，隨著傳統(tǒng)水稻種植方式與水資源短缺，勞動力成本高等矛盾日益突出，水稻輕簡型直播方式越來越得到人們的重視。水稻旱直播作為輕簡型直播方式的一種，免除了育秧、泡田、移栽等傳統(tǒng)工序，直接在農田上進行播種[1]。與傳統(tǒng)水稻栽培相比較，水稻旱直播栽培可節(jié)省農田用水50%～60%，實現(xiàn)節(jié)水6 000 m3/hm2[2]，生產成本降低1 950 元/hm2，經濟效益增加2 675.70元/hm2[3]。可見，水稻旱直播栽培具有省工省時、節(jié)約勞力、降低成本以及節(jié)省農田用水等特點[4]，在解放農民勞力的同時也能提高農民生活水平，對發(fā)展輕簡型農業(yè)意義重大。肥料作為農業(yè)生產的物質基礎之一，在提供植物生長發(fā)育所需要的N、P、K等營養(yǎng)元素的同時也提高土壤肥力[5]。然而長期偏重于化肥投入，而忽視生物肥力的培育，對土壤造成嚴重負效應，如土壤理化性質變劣、有機質含量降低、土壤板結酸化、土壤養(yǎng)分失衡、重金屬污染等[5-6]，嚴重制約作物的產量和品質。大量研究表明，單施有機肥或與化肥配施，可改善土壤理化性狀，提高土壤有機物質含量[7-9]，調控土壤微生物群落結構，增加土壤酶活性[10]，增加作物產量。馬凡凡等[11]研究表明，適量的有機肥代替化肥施用，稻田土壤肥力提高，水稻地表氮、磷的徑流流失降低，產量提高。聶俊等[12]研究表明，有機肥與無機肥料配施可以延緩水稻葉片SPAD的衰減，提高葉片凈光合速率，促進干物質積累。黑龍江省作為我國水稻種植的主要地區(qū)，雖然水稻種植方式仍然以育苗移栽為主，但水稻直播技術也得到較大發(fā)展，而且水稻直播種植面積逐年有擴大趨勢。目前，黑龍江省水稻直播體系不完善，缺乏在直播條件下有機肥對水稻干物質積累與分配及產量變化規(guī)律的系統(tǒng)研究。因此，本試驗以龍粳31為試驗材料，分別將腐熟有機肥、生物炭、海藻生物肥和凹凸棒有機肥于播種前施入土壤，探究不同有機肥下旱直播水稻產量和干物質積累的規(guī)律，以期為寒地水稻直播施肥管理和水稻旱直播高產提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料與試驗地概況

試驗于2018-2019年在黑龍江省友誼農場試驗基地(東經131°49′，北緯46°45′，海拔110.8 m)大田條件下進行。供試品種為龍粳31(主莖葉為11葉)，生育期130 d左右，需≥10 ℃活動積溫2 350 ℃左右。試驗田前茬為玉米，土壤肥力中等。2018-2019年試驗地土壤養(yǎng)分狀況如表1所示，降雨量及平均溫度如圖1所示。

表1 土壤養(yǎng)分基本狀況Tab.1 Basic nutrient status of soil

1.2 試驗設計與田間管理

按照單因素完全隨機設計，采用大田對比法，設置6個處理：零肥(T0)；常規(guī)施肥(T1)：尿素(N 46%)125.0 kg/hm2、磷酸二銨(N 18%，P2O546%)174.0 kg/hm2、硫酸鉀(K2O 51%)125.0 kg/hm2用作基肥施入，于四葉期施硫銨(N 21%)150 kg/hm2，分蘗初期施尿素(N 46%)150 kg/hm2，穗肥施尿素(N 46%)100.5 kg/hm2，硫酸鉀(K2O 51%)100.5 kg/hm2；生物炭(15 t/hm2)+常規(guī)施肥(T2)；海藻生物肥(300 kg/hm2)+常規(guī)施肥(T3)；凹凸棒有機

肥(750 kg/hm2)+常規(guī)施肥(T4)，腐熟有機肥(276 m3/hm2)+常規(guī)施肥(T5)。每個處理均3次重復，小區(qū)面積為667 m2。旋地之前分別施入生物炭、海藻生物肥、凹凸棒有機肥和腐熟有機肥進行土壤改良，亮盾種衣劑包衣，采用條播機分別于2018年4月30日和2019年4月14日播干種子，播量為210 kg/hm2，播深2～3 cm，行距20 cm，同時各處理均側深施入基肥。用覆土鏈覆土，播后鎮(zhèn)壓2次。分別于2018年9月15日和2019年9月20日收獲。

1.3 測試項目與方法

1.3.1 葉面積指數(shù)與干物質積累 于齊穗期和成熟期2個時期進行取樣。每處理選擇長勢均勻一致的水稻連續(xù)30穗，4次重復，將植株按穗、葉片、鞘和莖分樣，并選擇一部分葉測定葉面積。將所有樣品置于105 ℃烘箱殺青30 min，70～80 ℃烘干至恒質量，稱干質量(采用精度0.001 g或以上天平)并計算群體干物質量、莖鞘物質輸出率、莖鞘物質轉化率等。各指標計算公式如下：

干物質輸出量=單位面積齊穗期葉(莖、鞘)干質量-成熟期葉(莖、鞘)干質量;

干物質輸出率(%)=單位面積干物質輸出量/抽穗期葉(莖、鞘)干質量×100%;

干物質輸出轉化率(%)=干物質輸出量/成熟期籽粒干質量×100%。

1.3.2 產量構成因素 水稻成熟時每個處理選取連續(xù)的30穗，5點取樣，帶回室內考察產量性狀，測定項目主要有穗數(shù)、實粒數(shù)、空秕粒數(shù)，并稱取粒質量，計算穗粒數(shù)、結實率、千粒質量。

1.3.3 實測產量 于成熟期各處理均選取有代表性的地塊，5點取樣，每點收獲2 m2水稻。小型脫谷機脫谷，去除雜質，稱質量測產，測定實際含水量，然后折算成標準含水量(14.5%)計算產量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應用 Microsoft Excel 2010 和SPSS 17.0進行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計，采用Duncan法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 旱直播下不同有機肥對水稻齊穗期高效葉面積指數(shù)的影響

齊穗期旱直播水稻高效葉面積指數(shù)在不同有機肥下的變化如表2所示，在齊穗期葉面積指數(shù)均表現(xiàn)為倒二葉高于劍葉和倒三葉，與T1相比，T3、T4、T5處理劍葉平均分別提高16.24%，5.73%，5.41%，倒二葉平均分別提高13.87%，5.78%，5.49%，倒三葉平均分別提高19.76%，7.19%，9.28%，T2降低了5.70%，3.90%,10.60%。

2.2 旱直播下不同有機肥對水稻群體干物質量的影響

旱直播下有機肥對水稻群體干物質量的影響如表3所示，旱直播水稻群體干物質量受處理和年份的影響達極顯著水平。2 a間，齊穗期水稻群體干物質量均表現(xiàn)為T3>T4>T5>T1>T2>T0，T1、T3、T4、T5均顯著大于T0和T2，T2、T3、T4、T5處理下水稻齊穗期群體干物質量平均分別達10.42，13.69，12.84，12.63 t/hm2，與T1處理的平均干物質量12.22 t/hm2相比，T2降低14.73%，T3、T4、T5分別增加12.03%，5.07%，3.36%。成熟期干物質量T1、T3、T4、T5均顯著大于T0和T2，而T1與T3、T4、T5之間差異不顯著，但T3、T4、T5均有不同程度大于T1的趨勢，與T1相比，T2成熟期群體干物質量平均降低14.11%。

2.3 旱直播下不同有機肥對水稻干物質輸出和轉化的影響

旱直播下有機肥對水稻干物質輸出和轉化的影響如表4所示，葉和莖鞘部位的輸出量、輸出率和轉化率均是T3、T4、T5大于T1，而T1大于T0和T2。與T1相比，T3、T4、T5葉的輸出量平均分別提高36.47%，15.29%，17.64%，輸出率和轉化率平均分別增加7.56，1.67，5.65百分點和3.41，1.44，2.08百分點，T2葉的輸出量平均降低16.47%，輸出率和

表2 旱直播下不同有機肥對水稻齊穗期高效葉面積指數(shù)的影響Tab.2 Effects of different organic fertilizers on the efficient leaf area index of dry direct-seeding rice at the full heading stage

表3 旱直播下不同有機肥對水稻群體干物質量的影響Tab.3 Effects of different organic fertilizer on population dry matter weight of dry direct-seeding rice t/hm2

轉化率平均降低1.12，0.53百分點。與T1相比，T3、T4、T5莖鞘的輸出量平均分別提高32.13%，9.69%，13.85%，輸出率和轉化率平均增加7.93，2.90，4.36百分點和12.42，4.20，5.77百分點，T2莖鞘的輸出量、轉化率平均降低18.28%和3.29百分點，而輸出率2019年則略大于T1。

2.4 旱直播下不同有機肥對水稻產量構成的影響

旱直播下有機肥對水稻產量構成的影響如表5所示，2 a間，T0處理下水稻穗數(shù)平均達526.71個/m2，與T0相比，施肥處理下(T1、T2、T3、T4、T5)水稻穗數(shù)增加34.89～136.83個/m2，增加幅度為6.62%～25.98%。除T2外，各有機肥處理下水稻穗數(shù)均有不同程度高于T1處理的趨勢，2018年水稻穗數(shù)表現(xiàn)為T5>T3>T4>T1>T2>T0，受處理和年份的影響，2019年水稻穗數(shù)表現(xiàn)為T3>T4>T5>T2>T1>T0。2 a間，T2、T3、T4、T5處理下水稻穗數(shù)平均達561.60，663.54，642.85，641.09個/m2，與T1處理的平均穗數(shù)577.29個/m2相比，T2降低2.79%，T3、T4、T5分別增加14.94%，11.36%，11.05%，說明施用海藻生物有機肥、凹凸棒有機肥和腐熟有機肥有效促進旱直播水稻分蘗，增加穗數(shù)，其中以施用海藻生物有機肥效果較好。2 a間，各處理下水稻穗粒數(shù)均以T1和T2處理較高，T2、T3、T4、T5處理下的水稻穗數(shù)平均達73.88，66.28，66.53，68.40個，與T1處理的平均穗粒數(shù)74.19個相比，分別降低0.42%，11.94%，11.52%，8.46%。說明施用有機肥不利于旱直播水稻穗粒數(shù)的提高，但施用生物炭的效果要好于施用海藻生物有機肥、凹凸棒有機肥和腐熟有機肥。綜合2 a水稻的千粒質量和結實率，水稻千粒質量受年份的影響顯著，而受處理的影響不顯著，水稻結實率雖受處理的影響極顯著，但有機肥對旱直播水稻結實率的作用不顯著。

表4 旱直播下不同有機肥對水稻干物質轉運的影響Tab.4 Effects of organic fertilizer on dry matter transport of dry direct-seeding rice

表5 旱直播下不同有機肥水稻產量構成的影響Tab.5 Effects of different organic fertilizers on rice yield components under dry direct-seeding

不同有機肥下旱直播水稻產量與產量構成的相關分析如圖2所示，產量與穗數(shù)呈極顯著正相關關系(R2=0.657 4)，與穗粒數(shù)呈正相關關系，但相關性不顯著(R2=0.332 7)，與千粒質量呈正相關關系，但相關性不顯著(R2=0.185 9)，與結實率呈極顯著負相關關系。說明不同有機肥處理主要通過增加穗數(shù)增加產量。

2.5 旱直播下不同有機肥對水稻產量的影響

旱直播水稻實測產量在不同有機肥下的變化如圖3所示，2 a間，T0處理下水稻產量平均達4.32 t/hm2，與T0相比，施肥處理下水稻產量平均增產2.03～2.94 t/hm2，增產幅度達46.99%～70.37%。除T2外，各有機肥處理下(T3、T4、T5)水稻產量均表現(xiàn)不同程度高于T1處理的趨勢，但與T1處理差異不顯著。2 a水稻產量均表現(xiàn)為T3>T5>T4>T1>T2>T0，T2、T3、T4、T5處理下的水稻產量平均達6.35，7.36，7.24，7.26 t/hm2，與T1處理的平均產量7.05 t/hm2相比，T2降低11.02%，T3、T4、T5分別增產4.40%，2.70%，2.98%，說明施用生物炭不利于旱直播水稻產量的提高，而施用海藻生物有機肥、凹凸棒有機肥和腐熟有機肥均有利于旱直播水稻產量提高。2 a間，T3、T4和T5處理之間水稻產量無顯著差異，但綜合2 a水稻產量，T3處理下水稻平均產量高于T4和T5處理，說明施用海藻生物有機肥對旱直播水稻增產效果更好。

3 討論與結論

凌啟鴻[13]研究發(fā)現(xiàn)，水稻抽穗后上三葉是水稻主要的光合器官和籽粒灌漿所需同化產物的主要來源。唐雪[14]研究表明，與不施肥相比，不同水稻品種在有機肥處理下葉面積指數(shù)均增加。本研究表明，與常規(guī)施肥相比，施用海藻生物有機肥、凹凸棒有機肥和腐熟有機肥后水稻齊穗期葉面積指數(shù)均表現(xiàn)不同程度的上升趨勢，劍葉平均分別提高16.24%，5.73%，5.41%，倒二葉平均分別提高13.87%，5.78%，5.49%，倒三葉平均分別提高19.76%，7.19%，9.28%，可使水稻生育后期維持較高的葉面積，提高了水稻齊穗期-成熟期的群體光合生產能力，從而有利于光合產物同化和植株干物質積累，而施用生物炭的效果則呈相反趨勢，可能原因是生物炭本身含氮量低，不存在氮素后移的作用，對延緩水稻葉片衰老，緩解 SPAD 值降低作用不明顯[15]，對于后期水稻葉片生長促進作用不大，而海藻生物有機肥、凹凸棒有機肥和腐熟有機肥腐解周期短，腐解充足，促進養(yǎng)分釋放，及時滿足氮素供給，植株從土壤吸收的養(yǎng)分多，水稻后期葉源生長優(yōu)勢大，上三葉葉長、葉寬和葉面積相應增大，水稻齊穗期葉面積指數(shù)高。

干物質積累是水稻產量和品質形成的物質基礎，抽穗后生產的干物質愈多, 產量也就愈高。因此，研究不同有機肥對旱直播水稻干物質積累的影響對構建合理水稻群結構和改善群體質量意義重大。楊長明等[16]、唐海明等[17]、聶俊等[12]研究表明，施用有機肥有利于提高分蘗期-成熟期水稻群體干物質積累。本試驗研究結果表明，與常規(guī)施肥相比，海藻生物有機肥、凹凸棒有機肥和腐熟有機肥處理下水稻齊穗期干物質量分別增加12.03%，5.07%，3.36%，成熟期群體干物質量雖表現(xiàn)差異不顯著，但藻生物有機肥、凹凸棒有機肥和腐熟有機肥仍表現(xiàn)出不同程度高于常規(guī)施肥的趨勢。本研究還發(fā)現(xiàn)，水稻葉和莖鞘的輸出量、輸出率和轉化率均是海藻生物有機肥、凹凸棒有機肥和腐熟有機肥處理高于常規(guī)施肥。其原因可能是，與常規(guī)施肥相比，海藻生物有機肥、凹凸棒有機肥和腐熟有機肥能夠平緩釋放養(yǎng)分，改善土壤氮素供應，增加前期水稻有效分蘗和穗數(shù)，構建良好的群體的關系，增加生育后期葉面積，保證后期光合產物的有效供給，并協(xié)調好養(yǎng)分供應與作物后期營養(yǎng)需求的關系，合理分配葉和莖鞘中的同化物向穗部的運輸，從而增加植株干物質積累，為水稻高產奠定物質基礎[18-20]。

劉紅江等[21]研究表明，旱直播栽培方式下水稻產量構成表現(xiàn)為穗數(shù)多，而穗粒數(shù)、結實率和千粒質量低，最終使產量降低。李先等[22]研究認為，有機肥肥效長，養(yǎng)分釋放緩慢，可為水稻后期生長供應養(yǎng)分，促進分蘗的早生發(fā)，有利于有效穗數(shù)的增加。本試驗研究表明，施用藻生物有機肥、凹凸棒有機肥和腐熟有機肥可有效促進水稻分蘗，增加穗數(shù)，但施用有機肥均不利于穗粒數(shù)的增加。與常規(guī)施肥相比，藻生物有機肥、凹凸棒有機肥和腐熟有機肥處理下水稻產量平均增產4.40%，2.70%，2.98%，相關分析進一步發(fā)現(xiàn)，不同有機肥下旱直播水稻產量與穗數(shù)和呈極顯著正相關關系，與穗粒數(shù)和千粒質量呈正相關，但關系不顯著，說明旱直播稻產量提高的主要是依賴于單位面積穗數(shù)的增加。有研究認為[23-24]，有機無機肥配施對產量等方面的影響可能存在最佳施用比例。黃濤[25]、田艷洪等[26]研究認為，有機肥施用量過高，水稻后期較易貪青晚熟，進程延長抽穗進程，導致水稻穗粒數(shù)降低。許燕芳[27]研究也表明，有機肥栽培條件下，隨著基施有機肥含量的增加水稻每穗總粒數(shù)和實粒數(shù)下降。本研究中，隨著旱直播水稻生育進程的進行，環(huán)境溫度逐漸上升，土壤微生物活性增強，與常規(guī)施肥相比，在施用等量化肥的基礎上，有機肥養(yǎng)分釋放加快，土壤養(yǎng)分含量可能達到過飽和狀態(tài)，從而導致水稻貪青晚熟，穗粒數(shù)降低。在本試驗中，生物炭處理下水稻穗數(shù)和產量均低于常規(guī)施肥，可能是因為，生物炭在腐解早期，由于微生物的增殖，會先將土壤氮素生物固定，導致出現(xiàn)微生物與水稻“爭氮”的現(xiàn)象[15]，而生物質炭本身具有高度熱穩(wěn)定性和較強吸附特性，對養(yǎng)分具有很強的持留功能[28]，旱直播水稻前期根系弱，分布淺，養(yǎng)分吸收能力差，導致水稻生育前期養(yǎng)分供應比不上常規(guī)施肥處理，從而抑制水稻分蘗，導致產量降低。

綜上所述，與常規(guī)施肥相比，旱直播水稻田施用海藻生物有機肥、凹凸棒有機肥和腐熟有機肥能保證水稻生育前期有效分蘗和穗數(shù)增加，可協(xié)調改善水稻群體結構，改善群體質量，提高齊穗期葉面積指數(shù)，促進葉和莖鞘物質輸出和轉化，利于植株物質積累，為水稻高產奠定物質基礎，最終使產量得到提高。