有機-無機肥配施對水稻氮素吸收利用率的影響

周運陸 張永發 陳仕遷 張龍 王文斌

(1 樂東黎族自治縣農業技術推廣服務中心 海南樂東 572500;2 中國熱帶農業科學院橡膠研究所 海南海口 571101)

培育高產高效、環境友好、綠色優質型水稻是種業新業態下提出的新要求。海南省樂東縣地處熱帶北緣，屬熱帶季風氣候，自然條件優越，有著豐富的生物和土壤資源，水熱條件優越，適合各種熱帶作物的生長，生產潛力大，是海南省發展熱帶特色高效農業的黃金寶地。科學施肥是提高農作物產量、改良土壤質量的重要措施之一。

化肥是農業生產中最基礎、最重要的生產資料。聯合國糧農組織（FAO）統計，化肥約占農作物增產總份額的40%～60%。中國能以世界7%的耕地養活世界22%的人口，可以說化肥起到了舉足輕重的作用。水稻是我國單產最高、總產最多的糧食作物，全國65%以上人口以稻米為主食。近年來，農民、專業合作社及企業為提高水稻產量獲取更高的經濟效益，不斷加大農田化肥用量，尤其是氮肥投入量，而有機肥料的施用較少。過量施用氮肥不僅會導致水稻生產成本高，效益低，也會加劇病蟲害突發，降低稻米品質［1-2］，還會降低氮肥的利用效率，造成資源浪費和農業面源污染［3-5］。有機肥料不僅能為水稻生長提供豐富養分，還能合成土壤腐殖質，達到改善土壤物理結構、增加土壤膠體數量和質量、提高土壤保肥供肥能力的目的。大量研究表明［6］，施用有機-無機肥料不僅可獲得比單獨施用化肥更高或持平的稻谷產量，還能調控氮素養分供應狀況，改善土壤供氮能力。有機肥氮替代化肥氮20%左右時，水稻的氮素積累量最高［7］。筆者通過田間小區試驗，在等氮量替代條件下，探討有機肥氮替代化肥氮對水稻產量和氮素吸收利用率的影響，以期為水稻生產上合理施用有機肥提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地概況

試驗于2019 年2—6 月在海南省樂東縣利國鎮新豐洋進行。該區地處平原地帶，熱帶海洋氣候，雨量充沛，陽光充足，年均降水量1 174.4 mm，年平均氣溫為25.7℃。試驗地實施“稻-瓜菜”水旱輪作模式，前茬為甜玉米，土壤為水稻土，0～20 cm 土壤基本理化性質為：pH 6.16，有機質1.78%，堿解氮48.63 mg/kg，有效磷96.74 mg/kg，速效鉀98.45 mg/kg。

1.1.2 試材

供試作物水稻，品種為特優128。氮肥為尿素（N 46%），磷肥為鈣鎂磷肥（P2O516%），鉀肥為氯化鉀（K2O，60%），有機肥為羊糞。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗設置6 個處理，每個處理重復3 次，完全隨機區組設計。各處理分別為：不施氮肥（M0）、25%有機肥氮替代氮化肥（M1）、50%有機肥氮替代氮化肥（M2）、75%有機肥氮替代化肥氮（M3）、100% 有機肥氮替代化肥氮（M4）、單施化肥氮（M5）。

采用田間小區試驗，所有處理的磷、鉀養分投入一致。試驗地面積為1 500 m2，小區面積為27 m2，每個小區做田埂并覆蓋薄膜以防止竄水竄肥，單排單灌。優化施肥處理施用量為N、P2O5、K2O 分別為 179.4、54 和 135 kg/hm2；有機肥施用量為40.59 t/hm2。氮肥均按40%基肥、35%分蘗肥和25%幼穗分化肥施入；磷肥、有機肥均作基肥一次性施入；鉀肥均按40%基肥、20%分蘗肥和40%幼穗分化肥施入。采用大田育秧，于秧苗4葉期選取長勢均勻的幼苗進行移栽，移栽時間為2019 年2月26 日，行株距為20 cm×20 cm，每穴2～3 株。田間管理措施與當地農民習慣保持一致。

1.2.2 項目測定

1.2.2.1 水稻產量測定與考種

成熟期各小區單打單收，取500 g 稻谷帶回實驗室烘干，換算含水率，以13.5%的標準含水率計算稻谷產量。測產前每個小區由對角線取10 穴水稻作為考種樣品，調查穗數、每穗粒數、結實率和千粒重等。

1.2.2.2 植株氮素含量測定

于水稻成熟期，在各小區選擇長勢均勻的10穴水稻樣品，去除根系，帶回實驗室。將其分為稻稈和稻谷，于105℃殺青30 min，75℃烘干至恒量，換算水稻干物質重。各部位樣品經過磨碎、過1.0 mm 篩，稱取0.10 g 植物樣品，經H2SO4-H2O2消煮，用凱氏定氮法測定全氮含量。

1.2.2.3 土壤堿解氮含量

試驗前后按照“S”型采樣法，均勻采集各小區0～20 cm 耕層混合土樣，土壤樣品帶回實驗室，經過風干、過篩后，用凱氏定氮法測定土壤堿解氮含量。

1.2.2.4 相關項目計算

氮肥農學利用率＝（施氮區產量－空白產量）/氮肥施用量

氮肥生理利用率＝（施氮區產量－空白產量）/（施氮區地上部吸氮量－空白地上部吸氮量）

氮肥吸收利用率＝（施氮區地上部吸氮量－空白地上部吸氮量）/氮肥施用量×100%

水稻氮素收獲指數＝籽粒氮素吸收量/植株氮素累積量

水稻氮素籽粒生產效率＝水稻籽粒產量/成熟期氮素積累量；水稻氮肥偏生產力＝施氮區產量/氮肥施用量［8-10］。

1.2.3 數據分析

通過Excel 2013 進行數據整理和制圖，采用SAS 9.1.3 軟件對測定結果進行方差分析，各處理的比較采用最小顯著差數（LSD）法。

2 結果與分析

2.1 有機-無機肥配施對稻田土壤堿解氮含量的影響

由表1可知，隨著水稻生長期的推進，不同處理土壤堿解氮含量均呈逐漸降低趨勢。在水稻不同生育時期，土壤堿解氮含量均以不施氮肥的M0處理為最小，拔節期和抽穗期，土壤堿解氮含量以25%有機肥氮替代化肥氮的M1 處理最高，成熟期以50%有機肥氮替代化肥氮的M2 處理最高。拔節期，M1～M4 處理土壤堿解氮含量分別比M2 處理顯著增加23.71%、18.62%、20.54%、14.71%；M5處理土壤堿解氮含量雖比M0增加8.75%，但差異不顯著；M1 處理土壤堿解氮含量比M5 處理顯著增加13.76%；M1、M2、M3 和M4 處理間差異均不顯著。抽穗期，M1 到M4 處理土壤堿解氮含量分別比M0 處理顯著增加 29.30%、21.04%、24.22%；M4 和 M5 處理土壤堿解氮含量分別比M0 處理增加16.36%和9.92%，但差異均不顯著；M1 處理土壤堿解氮含量比 M5 處理顯著增加 17.63%；M1、M2、M3、M4 處理間差異均不顯著。成熟期，M1～M4 處理土壤堿解氮含量分別比M0 處理顯著增加23.16%、27.90%、22.63%、22.63%；M5 處理土壤堿解氮含量比M0 處理增加13.15%，但差異不顯著；M1、M2、M3、M4處理間差異均不顯著。總體來看，有機肥氮替代化肥氮能顯著增加土壤堿解氮含量，其中以25%有機肥氮替代效果最好，單施化肥氮效果不明顯。

表1 不同處理土壤堿解氮含量情況 單位：mg/kg

2.2 有機-無機肥配施對水稻產量的影響

從圖1 可知，25%有機肥氮替代化肥氮的M1 處理水稻產量最高，顯著高于其他處理，不施氮肥的M0 處理水稻產量最低。M1、M3、M4、M5 處理水稻產量分別比M0處理提高30.20%、12.28%、12.28%、18.27%；M2 處理水稻產量比 M0 處理提高 10.40%，但差異不顯著；M2、M3、M4 處理水稻產量接近，差異不顯著。表明等氮量替代條件下，25%有機肥氮替代化肥氮能夠保證水稻產量，過高或過低的有機肥氮替代化肥氮比例均不利于水稻高產。

圖1 有機肥氮替代化肥氮對水稻產量的影響

2.3 有機-無機肥配施對水稻氮素累積量的影響

由圖2 可知，25%有機肥氮替代化肥氮的M1 處理水稻氮素累積量最高，顯著高于其他處理，不施氮肥的M0 處理水稻氮素累積量最低。M1～M5 處理水稻氮素累積量分別比M0 處理顯著提高115.70%、 66.55%、 67.63%、 66.06%、 92.15%，M2、M3、M4 處理間差異不顯著。說明等氮量替代條件下，25%有機肥氮替代化肥氮能夠提高水稻的氮素累積量。

圖2 有機肥氮替代化肥氮對水稻氮素累積量的影響

2.4 有機-無機肥配施對水稻氮素籽粒生產效率和氮素收獲指數的影響

從圖3可以看出，100%有機肥氮替代化肥氮的M4 處理水稻氮素籽粒生產效率最高，全施化肥氮的M5 處理水稻氮素籽粒生產效率最低。M1、M2、M3、M4 處理水稻氮素籽粒生產效率分別比M0 處理提高 2.47%、4.43%、3.30%、5.36%，M5 處理比 M0處理水稻氮素籽粒生產效率降低8.38%。方差分析表明，各處理水稻氮素籽粒生產效率接近，差異不顯著，單施化肥氮不利于提高水稻的氮素籽粒生產效率。

圖3 有機肥氮替代化肥氮對水稻氮素籽粒生產效率的影響

由圖4 可知，25%有機肥氮替代化肥氮的M1 處理水稻氮素收獲指數最高，顯著高于M2、M3、M4、M5 處理，50%有機肥氮替代氮化肥氮的M2 處理水稻氮素收獲指數最低。M1 處理水稻氮素收獲指數比M0 處理提高4.35%，但差異不顯著；M2～M5 處理水稻氮素收獲指數分別比M0 處理顯著降低9.10%、6.06%、3.03%、4.55%。表明等氮量替代條件下，25%有機肥氮替代化肥氮能夠提高水稻的氮素收獲指數。

圖4 有機肥氮替代化肥氮對水稻氮素收獲指數的影響

2.5 有機-無機肥配施對水稻氮素利用率的影響

由表2 可知，25%有機肥氮替代化肥氮的M1 處理水稻氮肥農學利用率最高，顯著高于其他處理，50%有機肥氮替代化肥氮處理的水稻氮肥農學利用率最低；M1 處理水稻氮肥農學利用率分別比M2、M3、 M4、 M5 處 理 顯 著 提 高 190.13%、 146.01%、146.01%、65.90%，但M2、M3、M4、M5 處理間差異不顯著。于氮肥吸收利用率而言，M1 處理水稻吸收利用率最高，M4 處理水稻吸收利用率最低；M1處理水稻吸收利用率分別比M2、M3、M4 顯著提高89.09%、84.03%、91.71%，比M5處理提高11.64%，但差異不顯著。于氮肥生理利用率而言，M1 處理水稻氮肥生理利用率最高，M2 處理水稻氮肥生理利用率最低；M1 水稻氮肥生理利用率比M2 處理顯著提高98.87%，比M3、M4、M5 分別提高80.09%、68.06%、67.47%，但差異不顯著。于氮肥偏生產力而言，M1 處理水稻氮肥偏生產力最高，顯著高于M2、M3、M4、M5 處理，M2 處理水稻氮肥偏生產力最低；M1處理水稻氮肥偏生產力分別比M2、M3、M4、M5 處理顯著提高 17.92%、15.96%、15.96%、10.15%，但M2、M3、M4、M5 處理間差異不顯著。說明在等氮量替代條件下，25%有機肥氮替代化肥氮，在保證水稻產量的同時，使水稻氮肥農學利用率、氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率、氮肥偏生產力均得到不同程度提高。

表2 有機-無機肥配施對水稻氮素利用率的影響

3 討論與結論

3.1 討論

大量研究［11-13］表明，施用有機肥有利于提升土壤肥力。有機-無機肥合理配施，能大幅增加土壤微生物量，擴充土壤養分容量，有利于培肥土壤和農作物優質高產。有機-無機肥配合施用，擁有更豐富的養分，可讓農作物不同生長期都能及時得到需要的養分，進而增加農作物產量，維持和提高土壤質量。我國人口眾多，耕地面積較少，糧食需求量大，只有增加單位面積糧食產量，才能增加糧食總產量。目前，我國糧食生產存在高投入高輸出現狀，氮肥施用量巨大，世界上30%的氮肥都撒在中國的土地上，我國水稻的氮肥用量占世界水稻的氮肥施用總量的37%［14］。與國外相比，我國化肥施用量過多，肥力利用率低。可見，合理施用化肥，提高肥料利用率勢在必行。魏靜等［15］在水稻上采用80%有機肥氮替代化肥氮時，其氮素農學效率、氮肥吸收利用率和貢獻率達到最大，依次為21.0 kg/kg、51.8%和76.9%，繼續增施無機氮時，水稻氮肥偏生產力、吸收利用率和氮素農學效率均呈負相關。張發明等［16］通過有機肥（牛糞）與化肥不同配施表明，隨著氮肥施用量增加，水稻氮素吸收利用率呈逐漸上升的趨勢，與氮肥施用量呈極顯著正相關；氮肥偏生產率呈逐漸減低的趨勢，與氮肥施用量呈顯著負相關。本試驗結果表明，在氮素總量一致的條件下，隨著水稻生育期的不斷推進，不同施肥處理土壤堿解氮含量均呈逐漸降低趨勢，這與張國榮等［17］在水稻上的研究結果基本一致。周江明［7］研究表明，有機肥氮替代部分化肥氮能夠提高水稻氮素積累量和氮素利用率；20%有機肥氮替代化肥氮時，水稻氮素累積量達最高；20%～40%有機肥氮替代化肥氮時，稻米品質較好。劉紅江［18］等研究報道，在等氮量替代條件下，單施化肥水稻氮素籽粒生產效率最高。本試驗結果顯示，25%有機肥氮替代化肥氮水稻產量最高，顯著高于50%、75%和100%有機肥氮替代化肥氮、不施化肥氮及單施化肥氮處理；25%有機肥氮替代化肥氮和單施化肥氮處理水稻氮素累積量最佳；25%有機肥氮替代化肥氮可顯著提高水稻氮肥農學利用率、水稻吸收利用率、氮肥生理利用率及水稻偏生產力；這與前人的研究結果［19-20］相似。

3.2 結論

在等氮量替代條件下，提高水稻氮素吸收利用效率，采用25%有機肥氮替代化肥氮，是一種相對合適的替代比例。關于有機-無機不同配施對土壤微生物活性和養分庫的影響，以及如何調控稻田氮素施用技術，還需根據當地的地力條件作進一步深入探討。