商品有機肥連續部分替代化肥對水稻產量和氮肥效率的影響

鄒建祥， 寧運旺， 王孟蘭， 蘇 舜

(1.江蘇省南京市江寧區耕地質量保護站，江蘇南京 211100； 2.江蘇省農業科學院資源與環境研究所，江蘇南京 210014)

有機肥含有豐富的有機質、氨基酸、蛋白質等有機養分，同時也含有氮、磷、鉀等無機養分[1-2]，在我國農業發展過程中一直發揮著重要的作用。大量研究證明，施用有機肥不僅可以培肥地力，提高作物產量，更可以改善農產品品質[3-5]。有機肥料與化學肥料配合施用可培育良好的土壤生態環境[6]。目前，有機肥在果菜茶中的應用較普遍，而在糧食作物中應用較少。據估計，江蘇有機資源2.2億t/年，可生產約7 000萬t商品有機肥，江蘇糧食作物種植面積占耕地面積的70%左右，因此從長遠來看，僅依靠果菜茶等經濟作物遠不能消納有機資源，商品有機肥用于糧食作物生產是有機資源的必然出路之一。本研究旨在通過研究連續施用商品有機肥對水稻產量、氮磷鉀利用率的影響，為有機肥在水稻上的推廣應用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

田間試驗于江蘇省南京市江寧區湖熟現代農業園區(31°48′41″N、119°55′30″E)進行，年降水量 1 116.3 mm，屬北亞熱帶季風氣候區，年均氣溫15.7 ℃，無霜期為224 d。試驗田土壤為潛育型水稻土，質地為黏土。試驗開始前0～20 cm土壤pH值為6.50，有機質含量27.46 g/kg，全氮含量 1.88 g/kg，有效磷含量15.88 mg/kg，速效鉀含量154 mg/kg。供試水稻品種為本區域普遍種植的優質品種南粳46。供試化肥分別為含N 46.2%的中顆粒尿素和45%的復合肥(N、P2O5、K2O含量均為15%)，商品有機肥(含有機質31%、N 0.9%、P2O55.1%、K2O 3.1%)由南京三美農業發展有限公司提供。

1.2 試驗設計

田間試驗于2019—2021年開展，設連續不施肥、當年不施肥、常規施肥和商品有機肥部分替代化肥(替代25.0%的化肥氮)4個處理，大區設計，各處理以防滲水泥墻隔離，墻體入土50 cm、高出土表25 cm。各處理單排單灌，其面積、氮磷鉀肥用量和氮肥運籌比例見表1。

表1 不同處理的氮磷鉀肥用量和氮肥運籌

1.3 田間管理

基肥表施、旋耕、打漿后于當年6月初人工移栽，6月下旬追施分蘗肥，7月下旬至8月上旬追施穗肥。水分管理采用薄水移栽、淺水分蘗、夠苗擱田、寸水揚花，抽穗后干濕交替。各處理病蟲草害防治措施一致。

1.4 取樣與分析

試驗開始前取0～20 cm原始土樣，2021年11月取各處理0～20 cm土壤樣。每季水稻收獲前，每個大區均勻布置3個取樣點，每個取樣點隨機選擇20穴，調查總有效穗數，隨機選取20穗長勢中等的稻株，齊地剪斷，帶回室內考查穗粒數和千粒質量，隨后留樣。土壤pH值用IQ-150型pH計測定，土壤有機質、全N、有效磷和速效鉀含量測定參照鮑士旦的方法[7]測定。用凱氏滴定法測定植株全氮。

1.5 數據計算與統計

氮肥當季利用率和累積利用率分別以當年不施肥區和連續不施肥區的養分攝取量作為無氮區的近似估計值，按照公式(1)和公式(2)計算；氮肥當季農學效率和累積農學效率分別以當年不施肥區和連續不施肥區的籽粒產量作為無氮區的近似估計值，按照公式(3)和公式(4)計算；氮肥偏生產力和氮素收獲指數按照公式(5)和公式(6)計算[8]。

氮肥當季利用率=(施肥區吸氮量-當年不施肥區吸氮量)/施氮量×100%；

(1)

氮肥累積利用率=(施肥區累積吸氮量-連續不施肥區累積吸氮量)/累積施氮量×100%；

(2)

氮肥當季農學效率=(施肥區籽粒產量-當年不施肥區籽粒產量)/施氮量；

(3)

氮肥累積農學效率=(施肥區累積籽粒產量-連續不施肥區累積籽粒產量)/累積施氮量；

(4)

氮肥偏生產力=籽粒產量/施氮量；

(5)

氮素收獲指數=籽粒吸氮量/(籽粒吸氮量+秸稈吸氮量)；

(6)

采用IBM SPSS 19.0統計數據，用單因素方差分析比較平均值差異。

2 結果與分析

2.1 水稻產量和產量組成

由表2可見，水稻產量年際間變化較大，2021年由于花期遭遇高溫，致使穗粒數和結實率大幅減少，產量明顯下降。水稻產量組成因素單位面積穗數、穗粒數和千粒質量之間存在“此消彼長”的關系，有機肥部分替代化肥的第一年，單位面積穗數明顯減少，但穗粒數和千粒質量都明顯增加。與常規施肥比較，連續不施肥水稻產量第一年、第二年和第三年分別顯著下降33.7%、49.1%和38.6%；而當季不施肥分別顯著下降31.8%、33.3%和11.7%；表明連續2年不施肥對水稻產量的影響逐漸增加，而僅當季不施肥對水稻產量的影響相對穩定，正常條件下水稻產量約有66.7%～68.2%來自土壤；在遭遇自然災害時不施肥和常規施肥的產量差異反而有所縮小，可能與不施肥下水稻生育期提前，避免高溫揚花有關；也可能少部分與不施肥提高水稻抗逆能力有關。連續不施肥的第二年和第三年，水稻產量比當季不施肥顯著減少23.8%和30.7%，表明施肥既是水稻獲得高產的基礎，也是維持地力產量的基礎。商品有機肥部分替代化肥，第一年水稻產量比常規施肥略增2.7%，第二年略減2.6%，第三年增產1.1%，但產量差異均不顯著，表明有機肥連續部分替代化肥可穩定水稻產量。

表2 不同施肥處理的水稻產量和產量組成

2.2 氮素吸收和分配

不同年際間的水稻吸氮量相對穩定(圖1)，2019—2021年常規施肥的水稻吸氮量分別為208.4、198.5、199.5 kg/hm2。與常規施肥比較，連續不施肥第一年、第二年和第三年的水稻吸氮量分別占常規施肥的45.9%、36.3%和35.7%；而3年當季不施肥的水稻吸氮量分別占常規施肥的44.5%、55.7%和62.1%；有機肥部分替代化肥的水稻吸氮量連續3年均與常規施肥無顯著差異。連續不施肥第二年和第三年， 氮素收獲指數分別比當季不施肥顯著降低8.0%和7.5%；而有機肥部分替代化肥與常規施肥比較，第一年的氮素收獲指數非常接近，第二年略減2.1%，第三年顯著降低9.3%。表明連續不施肥水稻吸氮量在第二年快速下降、第三年趨于穩定，有機肥部分替代化肥對水稻吸氮量的影響不顯著；連續不施肥可明顯降低氮素收獲指數，有機肥部分替代化肥也有降低水稻氮素收獲指數的趨勢。

2.3 氮肥效率

由表3可見，不同年際間水稻氮肥當季利用率和農學效率差異較大，而氮肥累積利用率和農學效率相對穩定，不同年際間的氮肥偏生產力有顯著差異。連續3年有機肥部分替代化肥處理的氮肥效率顯著高于常規施肥；2019—2021年有機肥部分替代化肥的氮肥當季利用率分別比常規施肥提高11.6、3.4、9.4百分點，氮肥累積利用率分別提高11.2、9.4、11.5百分點，氮肥當季農學效率分別提高44.3%、25.5%和46.7%，氮肥累積農學效率分別提高43.8%、33.6%和34.1%，氮肥偏生產力分別提高37.0%、30.0%和34.6%。表明有機肥部分替代化肥可明顯提高氮肥效率。

表3 不同施肥處理的氮肥效率

2.4 土壤肥力性狀

由表4可見，不同處理的土壤pH值以連續不施肥的最高，與連續施肥比較，當年不施肥pH值下降0.14個單位，常規施肥pH值下降0.30個單位，有機肥部分替代化肥pH值下降0.58個單位，表明施肥尤其施用有機肥可加速土壤酸化。常規施肥和有機肥部分替代化肥處理的土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀都無顯著差異，但都顯著高于當年不施肥和連續不施肥，表明施肥有利于土壤有機質和養分積累。

表4 不同施肥處理的土壤理化性狀

3 討論與結論

作物吸收的養分大部分來自土壤[7]，對當季作物來說，施肥不僅是為作物生長提供養分的措施，還是補充土壤養分庫虧缺的重要手段[9-10]。本研究中連續不施肥的水稻產量和土壤肥力均在第三年后快速下降，當年不施肥的水稻產量和土壤肥力在3年后的下降幅度較小，而常規施肥和有機肥部分替代化肥處理不僅可保持水稻高產穩產，還可使土壤肥力得到一定提高，與前人研究一致。

有機無機配合施用既可滿足作物高產需求，又可保持土壤肥力穩定提升，同時還可提高肥料效率、減少環境污染[11-13]，本研究的結果也表明，采用商品有機肥部分替代化肥，可在水稻產量和養分吸收保持穩定的同時，其氮肥當季和累積效率都顯著高于常規施肥。

綜上所述，連續采用商品有機肥部分替代化肥能提高水稻產量、氮肥效率和土壤肥力性狀。