有機肥替代化肥對機插水稻產量及氮素吸收利用的影響

張軍 周冬冬 方書亮 劉忠紅 王緒奎

（1 江蘇省淮安市農業技術推廣中心，淮安 223001；2 江蘇省耕地質量保護站，南京 210036）

在農業生產中過量使用化肥，不僅會造成資源浪費，種植成本上升，還會帶來土壤養分失衡、水體富營養化、土壤硝態氮大量累積等問題，從而嚴重影響我國農業的綠色可持續發展。有機肥部分替代化肥作為農業減肥增效的重要措施，在改善農田土壤理化性質、提高作物生產力、減輕環境污染等方面具有積極作用[1]。近年來，前人在不同作物上進行了有機肥部分替代化肥的相關研究，例如，左其東等[2]研究認為，有機氮肥替代40%的化學氮肥，對小麥的增產效果最好；趙凱男等[3]研究認為，秸稈和有機肥配合替代1/3 的氮磷鉀化肥，不會降低冬小麥產量，反而會顯著提高干旱年份夏玉米周年產量及水分利用效率；許仁良等[4]認為，合理施用有機肥可以提高土壤微生物的數量和活性，提高土壤有機質含量，進而增加水稻產量。

雖然有機肥無機肥混合施用能夠提高土壤肥力，進而提高作物對養分的吸收和利用效率，但是，不同種植地區及不同作物的有機肥適宜替代化肥的比例不同。淮安市是江蘇省水稻主產區，為實現水稻持續穩產增產，當地水稻生產中的化學氮肥施用量在不斷增加，每667 m2純氮施用量達25 kg 以上，這不僅降低了水稻的種植收益，還帶來了面源污染，故減施化學氮肥、保護土壤生態成為當地水稻綠色生產的重要工作內容。在此背景下，筆者以當地大面積種植的優質食味粳稻品種為試驗對象，通過設置不同替代比例的有機肥替代化肥處理，研究了有機肥替代化肥對機插水稻產量及氮素吸收利用的影響，以期探尋出淮安市水稻生產中有機肥替代化肥的最佳比例。現將相關試驗結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2022年在淮安市淮陰區馬頭鎮稻麥綜合示范基地內進行。試驗田前茬作物為小麥(每667 m2產量為508.6 kg)，土壤類型為淤泥質土，0～20 cm土層的土壤有機質含量為21.03 g/kg、全氮含量為1.85 g/kg、速效磷含量為45.26 mg/kg、速效鉀含量為126.32 mg/kg。供試水稻品種為優良食味中熟中粳品種‘南粳5 7 1 8’（審定編號：蘇審稻20210047）和‘南粳9308’（審定編號：蘇審稻20210038），均由江蘇省農業科學院育成并提供。供試肥料為商品有機肥（以發酵牛糞為主要原料，N、P2O5、K2O 含量分別為1.8%、2.1%、2.8%，質量分數，下同）、尿素(N含量為46.4%)、過磷酸鈣(P2O5含量為12.5%)、氯化鉀(K2O 含量為57%)，由揚州大學統一提供。

1.2 試驗設計

試驗采用“有機肥+化肥”配施的施肥模式，即在純氮施用量相同的條件下（每667 m2純氮施用量為20 kg），采用有機肥氮部分替代化肥氮。具體處理設計為：T0，不施氮肥對照（CK）；T1，當地常規施肥，只施化肥氮，不施有機肥氮；T2，有機肥氮20%替代化肥氮；T3，有機肥氮30%替代化肥氮；T4，有機肥氮40%替代化肥氮。試驗為大區試驗，不設重復，每處理區面積為1 000.5 m2，隨機排列。每個處理區之間筑35 cm 寬的土埂并覆蓋薄膜，以防串肥串水。

具體肥料運籌方案為：（1）氮肥。基蘗肥純氮施用量∶穗肥純氮施用量=6∶4，其中，有機肥一次性基施，分蘗肥分別于水稻秧苗機插后第7 天和第12天分兩次等量施入，穗肥于水稻植株倒4葉和倒3葉分兩次等量施入。各處理的氮肥根據試驗設計進行換算后分別施入。（2）磷鉀肥。各處理磷鉀肥施用量相同，均為每667 m2施P2O56 kg、K2O 6 kg，各處理的磷鉀肥根據試驗設計進行換算后分別施入。其中，磷肥作基肥一次性施入，鉀肥分基肥和穗肥(倒4葉)兩次等量施入。

兩個水稻品種的各處理均于2022年5月25日進行塑料軟盤播種旱育秧，干籽播種量為120 g/盤。試驗田前茬小麥秸稈經機械粉碎后全量還田(每667 m2秸稈還田量為453 kg)，還田后進行翻耕并灌水泡田2 d，然后進行再次翻耕。各處理區筑埂后施基肥，并進行人工翻耕整平，確保秸稈還田均勻。在6 月22 日進行秧苗機插，栽插規格統一為30 cm×12 cm，每穴栽4～5 苗，每667 m2栽8.1 萬苗。移栽后大田保持深3 cm 左右的淺水層；在有效分蘗臨界葉齡期、群體莖蘗數達到預期穗數80%時，開始擱田，分多次輕擱；在拔節至成熟期進行濕潤灌溉，至收獲前1周停止灌溉。病蟲草害防治依據當地水稻常規生產統一實施綠色防控。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 產量及產量構成

在水稻成熟期，每處理普查50 穴，計算單位面積有效穗數；每處理取樣5 穴，調查穗粒結構，并計算理論產量；各處理實割6 m2水稻進行實際產量測定。

1.3.2 莖蘗動態

每處理定點10 穴作為1 個觀察點，分別在水稻植株有效分蘗臨界葉齡期[（N-n)期]、拔節期、抽穗期和成熟期調查群體莖蘗數。

1.3.3 群體葉面積指數、群體干物質量和植株含氮率

在水稻（N-n）期、拔節期、抽穗期和成熟期，每處理取代表性植株3穴。其中，1穴樣本采用長寬系數法測定并計算群體葉面積指數（LAI）；另外2穴樣本在105 ℃下殺青30 min、80 ℃烘箱烘至質量恒定后，測定群體干物質量。在水稻成熟期，全株樣品粉碎采用H2SO4-H2O2消化、半微量凱氏定氮法測定植株含氮率。

1.4 數據計算與統計分析

計算公式：氮肥生理利用率（kg/kg）=（施氮區產量-不施氮區產量)÷(施氮區地上部植株氮累積量-不施氮區地上部植株氮累積量）；氮素收獲指數=籽粒氮累積量÷地上部植株總氮累積量；氮肥農學利用率（kg/kg）=（施氮區產量-不施氮區產量)÷總施氮量。

用Excel 2010 軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 產量及其構成因素

由表1可知，有機肥替代化肥不同比例對優質食味粳稻的產量有較大影響，在替代比例相同時，‘南粳5718’的實際產量高于‘南粳9308’。隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的實際產量均表現為先增加后減少，即兩個水稻品種的實際產量均表現為處理T2 ＞處理T1 ＞處理T3 ＞處理T4 ＞處理T0。其中，處理T2 的水稻實際產量比處理T1 增加0.37%～1.01%，兩處理間實際產量差異不大，但均明顯高于其他處理。隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的結實率和千粒質量大體上均呈逐漸增加的趨勢（‘南粳5718’處理T3的結實率和處理T4的千粒質量除外），兩個水稻品種均以處理T4 的結實率和千粒質量最高，但均低于處理T0，說明有機肥施用量越多，越有利于水稻后期的籽粒灌漿充實。隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的有效穗數均呈逐漸降低的趨勢，每穗粒數均呈先增加后降低的趨勢。經分析，這可能是因為在水稻秧苗移栽至大田后，還田的小麥秸稈腐爛分解，出現與水稻生長“爭氮”的現象，有機肥替代化肥比例較低的處理能滿足水稻生長需求，而替代比例較高的處理化肥施用量少，無法滿足水稻分蘗生長的營養需求，導致有效穗數減少；同時，雖然‘南粳9308’的有效穗數多于‘南粳5718’，但是‘南粳5718’的每穗粒數明顯多于前者，這也是‘南粳5718’的產量高于同處理‘南粳9308’的主要原因。以上結果表明，用有機肥適量替代化肥，能夠增加水稻的有效穗數和每穗粒數，且能獲得較高的結實率和千粒質量，從而確保水稻實際產量達到甚至超過當地常規施肥水稻的實際產量。

表1 不同施肥處理對優質粳稻產量及產量構成的影響

2.2 群體莖蘗動態和成穗率

由表2可知，兩個水稻品種不同處理的群體莖蘗動態變化規律基本一致。在同一生育期（移栽期除外），隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的群體莖蘗數均呈逐漸降低的趨勢，成穗率均呈逐漸增加的趨勢，其中以處理T4 的成穗率最高；隨著水稻生育進程的推進，各處理水稻均于拔節期達到高峰苗數。以上結果說明，在小麥秸稈全量還田的條件下，有機肥替代化肥的比例增加，不利于水稻前期迅速增加群體莖蘗數，雖然最終成穗率較高，但是有效穗數較少，難以形成較高的群體莖蘗數。

表2 不同施肥處理對優質粳稻群體莖蘗動態的影響

2.3 群體葉面積指數

由圖1 可知，在（N-n）期、拔節期，隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的群體葉面積指數均呈逐漸降低的趨勢；在抽穗期，兩個水稻品種不同處理的群體葉面積指數均達最大值，隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的群體葉面積指數均呈先增加后減小的趨勢；在成熟期，隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的群體葉面積指數均呈先增加后減小的趨勢，具體表現為處理T2 ＞處理T3 ＞處理T4 ＞處理T1 ＞處理T0。以上結果說明，用有機肥適量替代化肥，水稻生長后期的營養供應更為充足，葉片的光合功能有所增強，這也驗證了前面的有機肥替代化肥處理的結實率和千粒質量高于常規施肥的結論。

圖1 不同施肥處理對優質粳稻群體葉面積指數的影響

2.4 群體干物質積累

由表3 可知，在（N-n）期、拔節期，由于常規施肥的基肥中化學氮施用量較多，故群體干物質積累較快，兩個水稻品種處理T1 的群體干物質積累量均明顯高于有機肥替代化肥處理；在水稻拔節后，處理T2的群體干物質量增加較快，在抽穗期和成熟期，兩個水稻品種的群體干物質量均表現為處理T2＞處理T1 ＞處理T3 ＞處理T4 ＞處理T0。以上結果說明，用有機肥適量替代化肥，有利于增加水稻后期的群體干物質量。

表3 不同施肥處理對優質粳稻群體干物質量的影響

2.5 氮素吸收利用

由表4可知，有機肥替代化肥不同比例對優質食味粳稻的氮素吸收量和氮素利用率有顯著影響。‘南粳9308’和‘南粳5718’處理T0 的每667 m2總吸氮量分別為9.82 kg 和10.03 kg。隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的氮肥生理利用率、氮素收獲指數、氮肥農學利用率、氮素吸收利用率均呈先增加后降低的趨勢，各指標均以處理T2 最高，氮肥生理利用率達43.17～44.39 kg/kg。以上結果說明，用有機肥適量替代化肥，不僅可以提升水稻氮素吸收量，還可以有效提升氮素利用率。

表4 不同施肥處理對優質粳稻氮素吸收利用的影響

3 結論與討論

有機肥與無機肥配施是當前水稻綠色栽培的主推施肥模式之一，該施肥模式不僅可以滿足水稻生長對養分的需求，增加產量，還可以改善土壤理化性狀，豐富土壤細菌群落結構，提升地力水平，進而實現水稻生產的綠色可持續。許丹陽等[5]的研究結果表明，在純氮施用量相同的條件下，在水稻生產中以合理比例的有機肥替代化肥，有利于提高結實率，增加有效穗數，其中以有機肥替代25%化肥處理的水稻產量最高，比單施化肥的水稻增產9.06%；馬順圣等[6]在純氮施用量相同的條件下，比較了不同比例有機肥氮替代化肥氮對水稻產量的影響，結果顯示，與當地常規施肥相比，有機肥氮替代化肥氮能夠有效提高水稻產量，以有機肥氮替代10%化肥氮和有機肥氮替代4 0% 化肥氮的增產效果較為明顯；劉守龍等[7]的研究結果表明，短期施用有機肥，水稻產量降低，而長期連續施用有機肥的水稻產量可達到甚至超過化肥處理。本試驗結果表明，在純氮施用量相同的條件下，與僅施化肥處理相比，有機肥替代20%化肥處理的水稻增產0.36%～1.01%，而有機肥替代30%化肥處理和有機肥替代40%化肥處理的水稻產量卻有所降低，這可能是因為試驗設置的施氮水平低于當地常規稻田20%左右，有機肥全部基施，前茬小麥秸稈還田后腐爛分解與水稻生長“爭氮”，從而導致水稻群體莖蘗數量不足，最終有效穗數及干物質量低。

劉汝亮等[8]的研究結果表明，有機氮肥與無機氮肥配施，不僅減少了氮素淋失，還顯著提高了氮肥利用率；劉紅江等[9]的研究結果表明，在水稻生產中，有機肥替代50%化肥，能夠提高水稻氮肥農學利用率、氮肥吸收利用率、氮肥偏生產力，但氮肥吸收利用率偏低。本試驗結果表明，隨著有機肥替代化肥比例的增加，兩個水稻品種不同處理的氮肥生理利用率、氮素收獲指數、氮肥農學利用率、氮素吸收利用率均呈先增加后降低的趨勢，各指標均以有機肥替代20%化肥處理最高。但是，有機肥替代化肥處理的氮素吸收利用率與常規施肥處理差異不大，均在40%以下，說明本試驗設置的每667 m2純氮施用量為20 kg 的施氮水平仍然偏高，下一步應開展不同施氮水平下的不同有機肥替代化肥的綜合試驗，以探明當地有機肥替代化肥的最佳比例。