有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)精量穴直播水稻產(chǎn)量及氮素利用的影響

向開宏，呂旭，舒川海，伍雜日曲，張金悅，朱岳梅，楊志遠(yuǎn)，孫永健，馬均

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所，作物生理生態(tài)及栽培四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611130）

肥料是作物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素。21世紀(jì)以來，糧食連續(xù)增長(zhǎng)的主要原因是化肥施用量的增加[1]。我國(guó)化肥用量明顯高于其他國(guó)家，化肥的大量投入不僅使農(nóng)業(yè)成本增加，而且還帶來一系列環(huán)境問題[2-3]。我國(guó)種植業(yè)化肥施用量雖然在2016年首次實(shí)現(xiàn)了零增長(zhǎng)，化肥減量工作取得重要進(jìn)展，但施用基數(shù)仍然較大[4]。水稻作為我國(guó)三大糧食作物之一，減肥穩(wěn)產(chǎn)將勢(shì)在必行。有機(jī)肥作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的肥源在我國(guó)已經(jīng)有幾千年的歷史，不過從20世紀(jì)70年代末期開始，隨著化學(xué)肥料的大量使用，有機(jī)肥占總肥料投入的比例大幅下降[5]。我國(guó)有機(jī)肥料資源豐富，目前，我國(guó)有機(jī)肥料年產(chǎn)實(shí)物量約57億t，能夠提供氮磷鉀（N+P2O5+K2O）總養(yǎng)分約7 300萬t，養(yǎng)分資源量巨大[6-7]。研究表明，有機(jī)肥和化肥配合施用能使兩種肥料的肥效相互促進(jìn)，更好地協(xié)調(diào)植物和土壤之間的供需平衡，降低生產(chǎn)成本，增加糧食作物產(chǎn)量，同時(shí)對(duì)改善植物的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)組成也有一定的促進(jìn)作用[8]；在等量氮肥施用條件下，20%有機(jī)肥替代化肥對(duì)水稻增產(chǎn)效果顯著，且能有效提高氮肥利用率[9-10]。前人研究主要針對(duì)提高氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力，對(duì)氮肥表觀利用率的影響結(jié)論不一。而直播稻與手插稻和機(jī)插稻在生長(zhǎng)發(fā)育和氮肥利用方面均有較大差別[11-13]，前人對(duì)有機(jī)肥和化肥配施的研究主要針對(duì)手插稻或機(jī)插稻，對(duì)直播稻的研究較少。因此，本研究以3個(gè)優(yōu)質(zhì)雜交稻品種為材料，采用大田試驗(yàn)方法，設(shè)置5種比例的有機(jī)肥與無機(jī)N肥配施處理，探究不同比例有機(jī)肥替代化肥對(duì)直播稻產(chǎn)量及氮肥利用率的影響，提出本研究區(qū)域直播稻栽培模式下最適宜的有機(jī)肥替代化肥比例，為直播稻高產(chǎn)及高效施肥提供實(shí)踐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與地點(diǎn)

供試品種分別為三系雜交中秈遲熟品種宜香優(yōu)1108（由宜賓市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育，國(guó)家優(yōu)質(zhì)稻谷三級(jí)）、F優(yōu)498（由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所等選育，國(guó)家優(yōu)質(zhì)稻谷三級(jí)）和德優(yōu)4727（由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高粱研究所選育，國(guó)家優(yōu)質(zhì)稻谷標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)）。試驗(yàn)于2018—2020年在四川省崇州市四川農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研發(fā)基地（E 103°28′，N 30°42′）進(jìn)行。耕層土壤（0—20 cm）質(zhì)地為砂壤土，主要理化性質(zhì)詳見表1。試驗(yàn)用化肥選用尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）和氯化鉀（含K2O 60%）；有機(jī)肥選用成都容盛農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的雞糞型有機(jī)肥，有效肥料含量：N 2.1%，P2O52.8%，K2O 2.8%。水稻生育期內(nèi)當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)詳見圖1。

表1 試驗(yàn)田耕層土壤理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical characteristics of soil in the experiments

圖1 2018—2020年試驗(yàn)區(qū)水稻生育期平均氣溫和降雨量Fig.1 Mean temperature and precipitation during rice growth period in the study area from 2018 to 2020

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為3個(gè)品種：分別是宜香優(yōu)1108、F優(yōu)498、德優(yōu)4727；副區(qū)為在施用氮肥150 kg·hm-2、磷 肥（P2O5）75 kg·hm-2、鉀 肥（K2O）150 kg·hm-2基礎(chǔ)上，設(shè)置5種比例的有機(jī)肥與無機(jī)N肥配施處理，分別為：100%化學(xué)N肥（M1）、75%化學(xué)N肥+25%有機(jī)肥（M2）、50%化學(xué)N肥+50%有機(jī)肥（M3）、25%化學(xué)N肥+75%有機(jī)肥（M4）、100%有機(jī)肥（M5），以不施N肥為對(duì)照（CK）。各處理以相同N肥施用量為基準(zhǔn)，有機(jī)養(yǎng)分不足部分以化肥補(bǔ)充。磷肥和有機(jī)肥全作基肥于一葉一心期施用；化學(xué)N肥40%作基肥，30%作分蘗肥于三葉一心期施用，30%作穗肥于曬田復(fù)水1 d后施用；鉀肥按基肥與穗肥等比施用。

試驗(yàn)分別于2018年4月29日、2019年5月17日和2020年5月11日催芽（種子露白）播種，10月上旬根據(jù)3個(gè)品種成熟度分別收獲。試驗(yàn)為2年重復(fù)試驗(yàn)（2018—2019年）加2年定位試驗(yàn)（2019—2020年），2020年在原小區(qū)內(nèi)整田，各處理種植小區(qū)與2019年保持一致。人工模擬2BDXS-10CP(25)機(jī)械精量濕潤(rùn)穴直播，自制間距為20 cm的排種器進(jìn)行排種，播種密度為25 cm×20 cm，每穴播種5~6粒。3次重復(fù)，54個(gè)小區(qū)，每小區(qū)面積15 m2，各小區(qū)間筑梗，用薄膜包裹，單獨(dú)肥水管理。其他田間管理按大面積生產(chǎn)田進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤基礎(chǔ)肥力的測(cè)定及氣象資料收集 土樣于整地前隨機(jī)采用5點(diǎn)采樣法采集耕作層（0—20 cm）土壤，將土樣進(jìn)行自然風(fēng)干，用常規(guī)分析方法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量。全氮采用凱氏消解蒸餾滴定法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，速效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀采用火焰光度計(jì)測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）測(cè)定[9]。

水稻生育期間試驗(yàn)區(qū)氣象數(shù)據(jù)由四川省氣象局提供。

1.3.2 水稻氮素積累及氮肥利用效率的計(jì)算分別于齊穗期（heading stage,HS）和成熟期（mature stage,MS）在每小區(qū)取樣3穴，分莖鞘、葉片和穗，在105℃下殺青45 min，烘干至恒重稱干物質(zhì)量，保存。將樣品粉碎過60目篩后進(jìn)行各營(yíng)養(yǎng)器官氮素含量的測(cè)定，采用濃H2SO4消煮法，用FOSS-8400凱氏定氮儀測(cè)定氮含量[13]。計(jì)算公式如下。

1.3.3 考種與計(jì)產(chǎn) 收獲前，每小區(qū)各取5穴稻株，調(diào)查空癟粒數(shù)、籽粒總重、千粒重；計(jì)算每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率等指標(biāo)。各小區(qū)去除邊行后單收，按實(shí)際穴數(shù)計(jì)算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel 2010和Origin 9.2進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和圖表繪制，用DPS7.05進(jìn)行方差分析，并用LSD法檢驗(yàn)各處理之間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)精量穴直播水稻產(chǎn)量的影響

2.1.1 有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)精量穴直播水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響 對(duì)比3年產(chǎn)量數(shù)據(jù)可知（表2~表4），2018與2019年產(chǎn)量差異不顯著，2020年3個(gè)品種產(chǎn)量均有所下降。不同比例有機(jī)肥處理對(duì)產(chǎn)量有極顯著影響，3個(gè)品種的產(chǎn)量均隨著有機(jī)肥比例的提高先增加后降低，但不同品種的反應(yīng)存在差異，且3年趨勢(shì)基本一致。對(duì)于宜香優(yōu)1108，M2處理產(chǎn)量最高，顯著高于其他處理，3年分別較M1處理提高2.92%、5.53%和8.07%；M1與M3處理的水稻產(chǎn)量接近，且兩者均顯著高于除M2外的其他處理。對(duì)于F優(yōu)498，M3處理的水稻產(chǎn)量最高，3年分別較M1提高9.13%、7.33%和7.21%；M1與M3處理水稻產(chǎn)量接近，且兩者均顯著高于其他處理。對(duì)于德優(yōu)4727，M3處理的水稻產(chǎn)量最高，3年分別較M1處理提高2.70%、6.03%和8.69%；M2處理與M3處理水稻產(chǎn)量接近，且兩者均顯著高于其他處理。施肥處理中均以M5處理產(chǎn)量最低，其中，宜香優(yōu)1108在2018、2019和2020年分別較M1處理降低20.52%、22.45%和12.90%；F優(yōu)498分別降低15.56%、23.63%和11.86%；德優(yōu)4727分別降低9.52%、15.03%和6.93%；且隨著定位年限的增加，降低趨勢(shì)有所平緩。

表2 2018年不同施肥處理下精量穴直播水稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成Table 2 Yield and its components of precision hill-direct-seeding rice under different fertilizer treatments in 2018

表4 2020年不同施肥處理下精量穴直播水稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成Table 4 Yield and its components of precision hill-direct-seeding rice under different fertilizer treatments in 2020

分析各產(chǎn)量構(gòu)成因素，結(jié)果表明，隨著有機(jī)肥替代比例的增加，宜香優(yōu)1108和F優(yōu)498的有效穗數(shù)逐漸減少，且處理間差異顯著；德優(yōu)4727的有效穗數(shù)先增加后降低，且M2處理最大，處理間差異顯著。宜香優(yōu)1108在M1和M2處理下每穗粒數(shù)較多，顯著大于其他處理。F優(yōu)498和德優(yōu)4727在M3處理下每穗粒數(shù)最多，且顯著大于其他處理。3個(gè)品種的千粒重均在M5處理下最高，其中，宜香優(yōu)1108和F優(yōu)498均顯著大于其他處理，德優(yōu)4727各處理間差異不顯著。

2.1.2 有機(jī)肥替代化肥與精量穴直播水稻產(chǎn)量的關(guān)系 以有機(jī)肥替代化肥的比例為自變量x，以水稻產(chǎn)量為應(yīng)變量y，分析有機(jī)肥替代比例與水稻產(chǎn)量的內(nèi)在關(guān)系，結(jié)果（圖2）表明，隨著有機(jī)肥比例的增加，水稻產(chǎn)量表現(xiàn)為先升高后降低的拋物線趨勢(shì)，且不同品種的響應(yīng)存在差異。宜香優(yōu)1108產(chǎn)量與有機(jī)肥替代比例的關(guān)系為y=-4 058.0x2+2 135.4x+9 705.4（R2=0.969 3，P＜0.01）；F優(yōu)498產(chǎn)量與有機(jī)肥替代比例的關(guān)系為y=-4 824.2x2+3 037.9x+9 582.1（R2=0.882 6，P＜0.05）；德優(yōu)4727產(chǎn)量與有機(jī)肥替代比例的關(guān)系為y=-3 130.5x2+2 063.0x+9 164.3（R2=0.883 6，P＜0.05）。根據(jù)3個(gè)品種的擬合方程可知，宜香優(yōu)1108、F優(yōu)498和德優(yōu)4727產(chǎn)量最佳的有機(jī)肥替代化肥比例分別為26.3%、31.5%和33.0%。另外，有機(jī)肥替代化肥的比例超過50%，產(chǎn)量下降趨勢(shì)將迅速增大。因此，從產(chǎn)量角度看，四川盆地地區(qū)選用宜香優(yōu)1108或F優(yōu)498更能實(shí)現(xiàn)精量穴直播水稻的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。

圖2 有機(jī)肥替代化肥比例與精量穴直播水稻產(chǎn)量之間的關(guān)系Fig.2 Relationship between the ratio of different organic fertilizer replacing chemical fertilizer and the yield of precision hill-direct-seeding rice

表3 2019年不同施肥處理下精量穴直播水稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成Table 3 Yield and its components of precision hill-direct-seeding rice under different fertilizer treatments in 2019

2.2 有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)精量穴直播水稻氮素利用的影響

2.2.1 有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)精量穴直播水稻氮素積累及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響 由表5~7可知，施肥對(duì)3個(gè)品種在齊穗期的莖葉、穗氮積累量和成熟期的莖葉、穗氮積累量以及轉(zhuǎn)運(yùn)特征均有極顯著影響，且3年整體趨勢(shì)大致相同。隨著有機(jī)肥替代比例的增加，齊穗期莖葉和穗的氮積累量及成熟期莖葉的氮積累量均表現(xiàn)降低趨勢(shì)；成熟期穗的氮積累量以及轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率、轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率則表現(xiàn)為先增加后降低。宜香優(yōu)1108在M2處理下成熟期穗的氮積累量以及2019和2020年轉(zhuǎn)運(yùn)特征均表現(xiàn)為最好；F優(yōu)498和德優(yōu)4727則在M3處理下各指標(biāo)均表現(xiàn)最好。對(duì)于轉(zhuǎn)運(yùn)率，M2和M3處理（較低比例有機(jī)肥）具有明顯優(yōu)勢(shì)，宜香優(yōu)1108的3年平均較M1處理提高9.40%和11.41%；F優(yōu)498的3年平均較M1處理提高9.63%和19.18%；德優(yōu)4727的3年平均較M1處理提高9.40%和18.03%。精量穴直播條件下，M1和M2處理有利于提高葉和莖鞘的氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量，促進(jìn)了穗部氮素的增加，說明合理施用有機(jī)肥能促進(jìn)“源”向“庫(kù)”的運(yùn)輸，這可能與齊穗期到成熟期氮素的吸收有關(guān)。而齊穗期葉和莖鞘較高的氮素積累量則限制了氮運(yùn)轉(zhuǎn)率的提高。齊穗后至成熟期氮素的積累及穗部氮素的增加可能主要來源于植株體內(nèi)氮素的運(yùn)轉(zhuǎn)和分配，而莖葉在運(yùn)轉(zhuǎn)量上的差異及成熟期的氮素分配造成了各處理在穗部氮素累積總量上存在較大的差異。

表5 2018年不同施肥處理下精量穴直播水稻結(jié)實(shí)期氮素積累及其轉(zhuǎn)運(yùn)特征Table 5 Nitrogen accumulation and transport characteristics of precision hill-direct-seeding rice under different fertilization treatments in 2018

2.2.2 有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)精量穴直播水稻氮素利用特征的影響 由表8、9和10可知，有機(jī)肥替代比例對(duì)3個(gè)品種直播稻的稻氮素利用率有極顯著影響，且3年趨勢(shì)基本一致。隨著有機(jī)肥比例的提高，各品種氮素稻谷生產(chǎn)效率和氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率逐漸增加，氮素收貨指數(shù)、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力先增加后降低，其中，宜香優(yōu)1108品種在M2處理下最高；F優(yōu)498和德優(yōu)4727在M3處理下最高，不同處理間均存在顯著差異。在M2和M3處理下，宜香優(yōu)1108氮素收貨指數(shù)的3年平均較M1處理提高5.05%和5.54%；F優(yōu)498較M1處理提高4.53%和8.80%，德優(yōu)4727較M1處理提高4.88%和8.98%。宜香優(yōu)1108在M1、M3、M4和M5處理下的氮肥農(nóng)學(xué)利用率較M2處理分別降低18.14%、14.73%、37.28%和67.64%（3年平均）；F優(yōu)498在M1、M2、M4和M5處理下的氮肥農(nóng)學(xué)利用率較M3處理分別降低26.47%、16.01%、49.15%和73.10%（3年平均）；德優(yōu)4727在M1、M2、M4和M5處理下的氮肥農(nóng)學(xué)利用率較M3處理分別降低26.57%、14.44%、42.98%和65.31%（3年平均）。M1處理的氮肥表觀利用率最大，隨著有機(jī)肥比例增加，氮肥表觀利用率降低，且較低比例有機(jī)肥處理（M2和M3）對(duì)氮肥表觀利用影響較小，較大比例有機(jī)肥處理（M4和M5）對(duì)氮肥表觀利用影響較大。在M2、M3、M4和M5處理下，宜香優(yōu)1108的氮肥表觀利用率較M1處理分別降低5.36%、10.99%、42.42%和68.95%（3年平均）；F優(yōu)498的氮肥表觀利用率較M1處理分別降低10.40%、17.83%、57.41%和79.86%（3年平均）；德優(yōu)4727的氮肥表觀利用率較M1處理分別降低9.97、16.94%、51.99%和70.02%（3年平均）。

表8 2018年不同施肥處理下精量穴直播水稻的氮素利用率Table 8 Nitrogen use efficiency of precision hill-direct-seeding rice under different fertilization treatments in 2018

表6 2019年不同施肥處理下精量穴直播水稻的氮素積累及其轉(zhuǎn)運(yùn)特征Table 6 Nitrogen accumulation and transport characteristics of precision hill-direct-seeding rice under different fertilization treatments in 2019

表7 2020年不同施肥處理下精量穴直播水稻氮素積累及其轉(zhuǎn)運(yùn)特征Table 7 Nitrogen accumulation and transport characteristics of precision hill-direct-seeding rice under different fertilization treatments in 2020

3 討論

3.1 有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)精量穴直播水稻產(chǎn)量的影響

合理的有機(jī)肥與化肥配施有利于提高水稻產(chǎn)量。謝桂先等[14]研究表明，有機(jī)肥和化肥配合施用能明顯提高水稻產(chǎn)量，增產(chǎn)原因主要是提高了水稻有效穗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)；周江明等[15]研究認(rèn)為在等量施氮下，施入適當(dāng)比例有機(jī)肥主要通過提高水稻穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率促進(jìn)水稻高產(chǎn)；唐海明等[16]認(rèn)為，施用有機(jī)肥對(duì)早稻產(chǎn)量影響較小，但能通過增加有效穗數(shù)來提高晚稻產(chǎn)量。在有機(jī)肥與化肥的施用比例上，周江明[15]通過田間試驗(yàn)探究水稻最高產(chǎn)量與商品有機(jī)肥施用比例間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥的施用比例在20%~40%可以獲得較高產(chǎn)量。本研究表明，有機(jī)肥替代化肥的比例為25%~50%時(shí)，直播稻能夠獲得與100%化學(xué)N肥處理相當(dāng)甚至更高的籽粒產(chǎn)量；當(dāng)有機(jī)肥替代比例超過50%時(shí)則導(dǎo)致顯著減產(chǎn)，宜香優(yōu)1108、F優(yōu)498和德優(yōu)4727在全施有機(jī)肥處理下的產(chǎn)量較全施化學(xué)N肥處理減產(chǎn)18.62%、17.02%和10.49%（3年平均）。在精量穴直播下，有機(jī)肥對(duì)不同水稻品種的增產(chǎn)原因主要是提高水稻穗粒數(shù)，和前人研究結(jié)果基本一致，但在有機(jī)肥施用比例及有效穗數(shù)的變化上不同品種間存在差異。本研究表明，對(duì)于宜香優(yōu)1108，25%有機(jī)肥替代比例時(shí)水稻的穗粒數(shù)最多、產(chǎn)量最高，3年平均增產(chǎn)5.51%，隨著有機(jī)肥替代比例的增加，水稻有效穗數(shù)逐漸減少；對(duì)于F優(yōu)498，50%有機(jī)肥替代比例時(shí)水稻的穗粒數(shù)最多、產(chǎn)量最高，3年平均增產(chǎn)7.89%，隨著有機(jī)肥替代比例的增加，水稻有效穗數(shù)逐漸減少；對(duì)于德優(yōu)4727，50%有機(jī)肥替代比例時(shí)水稻的穗粒數(shù)最多、產(chǎn)量最高，3年平均增產(chǎn)5.81%，隨著有機(jī)肥替代比例的增加，水稻有效穗數(shù)先增加后降低。3個(gè)品種的穗粒數(shù)均隨著有機(jī)肥替代比例的增加先增多后減少，結(jié)實(shí)率和千粒重都有所增加，但沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。這可能是由于前期有充足的無機(jī)氮素投入，保證了水稻的有效穗數(shù)；而有機(jī)肥料的養(yǎng)分釋放緩慢、持久，更有利于作物幼穗的分化和后期籽粒灌漿，從而增加了穗粒數(shù)和千粒重，為作物高產(chǎn)提供了有利條件[17]。不同品種在不同生育時(shí)期的需肥特性和生長(zhǎng)特性存在差異，因此，其最優(yōu)的有機(jī)肥替代比例也有所不同。研究表明，對(duì)于手插稻和機(jī)插稻，不同地區(qū)不同品種的最優(yōu)有機(jī)肥替代比例一般為10%~40%[18-19]。本研究表明，在精量穴直播下，水稻產(chǎn)量最優(yōu)的有機(jī)肥替代比例為25%~50%（宜香優(yōu)1108、F優(yōu)498和德優(yōu)4727產(chǎn)量最佳的有機(jī)肥替代比例分別為26.3%、31.5%和33.0%）。因此，根據(jù)區(qū)域差異、品種差異以及栽培方式差異，在推薦化肥施用量條件下，配施一定比例的有機(jī)肥有利于作物增產(chǎn)，同時(shí)更好地消耗了有機(jī)肥，減少了化學(xué)氮肥的施用量。

表9 2019年不同施肥處理下精量穴直播水稻的氮素利用率Table 9 Nitrogen use efficiency of precision hill-direct-seeding rice under different fertilization treatments in 2019

表10 2020年不同施肥處理下精量穴直播水稻的氮素利用率Table 10 Nitrogen use efficiency of precision hill-direct-seeding rice under different fertilization treatments in 2020

3.2 有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)精量穴直播水稻氮素利用的影響

作物地上部的養(yǎng)分含量及積累量反映了其生長(zhǎng)狀況和養(yǎng)分吸收情況。氮素是水稻生長(zhǎng)發(fā)育需求量最大的礦質(zhì)元素，亦是水稻生長(zhǎng)的限制因子[20]。林晶晶等[21]通過15N標(biāo)記研究認(rèn)為，移栽稻一生所吸收積累的氮素中，基、蘗、穗肥的貢獻(xiàn)分別平均占6.92%、7.58%和26.02%，土壤的貢獻(xiàn)占59.91%。水稻對(duì)氮素的吸收利用與環(huán)境條件及栽培措施等密切相關(guān)，栽植方式不同勢(shì)必會(huì)影響水稻群體的需肥特性。霍中洋[22]、嚴(yán)田蓉[23]認(rèn)為，直播稻在抽穗和成熟期的吸氮量低于機(jī)插稻和手插稻。劉紅江等[24]研究發(fā)現(xiàn)，施用50%有機(jī)肥替代化肥顯著提高水稻的氮素累積量。

本研究表明，隨著有機(jī)肥替代比例的增加，直播稻在齊穗期及成熟期植株的氮素總積累量均表現(xiàn)為持續(xù)降低，其中，成熟期穗的含氮量則隨著有機(jī)肥比例的增加先增加后降低，宜香優(yōu)1108在25%有機(jī)肥替代比例時(shí)表現(xiàn)最好，F(xiàn)優(yōu)498和德優(yōu)4727在50%有機(jī)肥替代比例時(shí)表現(xiàn)最好，與產(chǎn)量變化規(guī)律完全一致。這可能是由于化肥與有機(jī)肥配施，一方面通過有機(jī)肥直接補(bǔ)充了稻田系統(tǒng)中的土壤養(yǎng)分，同時(shí)又通過調(diào)節(jié)土壤與化肥養(yǎng)分的釋放強(qiáng)度和速率，使水稻各生育階段能夠得到更為均衡的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，而全施化學(xué)N肥雖然氮素積累量較高，但氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率以及轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率均有所降低。另外，不同品種對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的吸收與利用也可能有所差異。目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正大力推廣施用緩釋肥料，研究發(fā)現(xiàn)，緩釋肥在氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)方面與有機(jī)肥有很大的相似性[25-27]。本研究認(rèn)為，有機(jī)肥也可以看作是另外一種形式的緩釋肥，且有機(jī)肥的價(jià)格較緩釋肥更加低廉，因此，生產(chǎn)上應(yīng)加大有機(jī)肥的投入，根據(jù)不同地區(qū)、不同水稻品種以及不同栽培方式，推出最適宜的有機(jī)肥種類，使水稻各生育階段得到更為均衡且適宜的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)。

李偉等[28]研究表明，有機(jī)肥和化肥配施使氮肥利用率達(dá)41.8%~53.4%，較單施化肥提高6.9%~18.7%；張磷等[29]研究表明，有機(jī)肥和化肥配施處理的氮肥利用率要顯著低于單施化肥處理，這可能是因?yàn)橛袡C(jī)肥和化肥配施短時(shí)間內(nèi)增加了氮素的固定而導(dǎo)致利用率較低。與化肥不同，有機(jī)肥中超過50%的氮素都是有機(jī)態(tài)氮，需要經(jīng)過礦化釋放為無機(jī)氮才能被植物吸收利用[30]。本研究表明，與全施化學(xué)氮肥處理相比，有機(jī)肥替代化肥處理降低了氮肥表觀利用率，但提高了氮素稻谷生產(chǎn)效率、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素收獲指數(shù)、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力，這可能與有機(jī)肥養(yǎng)分釋放緩慢，與化肥配施促進(jìn)了植株后期干物質(zhì)積累以及氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)與積累有關(guān)。宜香優(yōu)1108在25%有機(jī)肥替代比例時(shí)的氮素稻谷生產(chǎn)效率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率表現(xiàn)最好，表觀利用率較全施化學(xué)氮肥處理降低了5.36%（3年平均），氮肥農(nóng)學(xué)利用率卻提高了22.53%；F優(yōu)498和德優(yōu)4727也有相似的規(guī)律，只是氮素稻谷生產(chǎn)效率和農(nóng)學(xué)利用率在50%有機(jī)肥替代比例時(shí)最優(yōu)，這可能與不同品種對(duì)干物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)運(yùn)以及氮素的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)不同有關(guān)。Dobermann[31]認(rèn)為，糧食作物的氮肥吸收利用率為30%~50%、氮肥偏生產(chǎn)力為40~70 kg·kg-1、氮肥農(nóng)學(xué)效率為10~30 kg·kg-1比較適宜。本研究表明，25%和50%有機(jī)肥替代比例時(shí)的相應(yīng)指標(biāo)與之完全符合，說明施用有機(jī)肥能夠促進(jìn)水稻對(duì)氮素的吸收與利用；全施化學(xué)N肥處理的氮素表觀利用率均大于50%，且氮素收獲指數(shù)和氮肥農(nóng)學(xué)利用率均出現(xiàn)不同程度降低，說明在精量穴直播下應(yīng)該適當(dāng)控制化學(xué)N肥的施用，隨著有機(jī)肥替代比例的增加，氮肥表觀利用率的降幅逐漸增大，當(dāng)有機(jī)肥比例超過50%時(shí)則會(huì)嚴(yán)重降低氮肥表觀利用率，這可能和有機(jī)肥的氮素當(dāng)季釋放率一般低于20%有關(guān)[32]。有機(jī)肥配施量過大會(huì)造成前期稻田有效養(yǎng)分不能滿足水稻的正常生長(zhǎng)，從而嚴(yán)重影響水稻前期生長(zhǎng)發(fā)育。