有机-无机肥配施对水稻氮素吸收利用率的影响

周运陆 张永发 陈仕迁 张龙 王文斌

(1 乐东黎族自治县农业技术推广服务中心 海南乐东 572500;2 中国热带农业科学院橡胶研究所 海南海口 571101)

培育高产高效、环境友好、绿色优质型水稻是种业新业态下提出的新要求。海南省乐东县地处热带北缘，属热带季风气候，自然条件优越，有着丰富的生物和土壤资源，水热条件优越，适合各种热带作物的生长，生产潜力大，是海南省发展热带特色高效农业的黄金宝地。科学施肥是提高农作物产量、改良土壤质量的重要措施之一。

化肥是农业生产中最基础、最重要的生产资料。联合国粮农组织（FAO）统计，化肥约占农作物增产总份额的40%～60%。中国能以世界7%的耕地养活世界22%的人口，可以说化肥起到了举足轻重的作用。水稻是我国单产最高、总产最多的粮食作物，全国65%以上人口以稻米为主食。近年来，农民、专业合作社及企业为提高水稻产量获取更高的经济效益，不断加大农田化肥用量，尤其是氮肥投入量，而有机肥料的施用较少。过量施用氮肥不仅会导致水稻生产成本高，效益低，也会加剧病虫害突发，降低稻米品质［1-2］，还会降低氮肥的利用效率，造成资源浪费和农业面源污染［3-5］。有机肥料不仅能为水稻生长提供丰富养分，还能合成土壤腐殖质，达到改善土壤物理结构、增加土壤胶体数量和质量、提高土壤保肥供肥能力的目的。大量研究表明［6］，施用有机-无机肥料不仅可获得比单独施用化肥更高或持平的稻谷产量，还能调控氮素养分供应状况，改善土壤供氮能力。有机肥氮替代化肥氮20%左右时，水稻的氮素积累量最高［7］。笔者通过田间小区试验，在等氮量替代条件下，探讨有机肥氮替代化肥氮对水稻产量和氮素吸收利用率的影响，以期为水稻生产上合理施用有机肥提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况

试验于2019 年2—6 月在海南省乐东县利国镇新丰洋进行。该区地处平原地带，热带海洋气候，雨量充沛，阳光充足，年均降水量1 174.4 mm，年平均气温为25.7℃。试验地实施“稻-瓜菜”水旱轮作模式，前茬为甜玉米，土壤为水稻土，0～20 cm 土壤基本理化性质为：pH 6.16，有机质1.78%，碱解氮48.63 mg/kg，有效磷96.74 mg/kg，速效钾98.45 mg/kg。

1.1.2 试材

供试作物水稻，品种为特优128。氮肥为尿素（N 46%），磷肥为钙镁磷肥（P2O516%），钾肥为氯化钾（K2O，60%），有机肥为羊粪。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验设置6 个处理，每个处理重复3 次，完全随机区组设计。各处理分别为：不施氮肥（M0）、25%有机肥氮替代氮化肥（M1）、50%有机肥氮替代氮化肥（M2）、75%有机肥氮替代化肥氮（M3）、100% 有机肥氮替代化肥氮（M4）、单施化肥氮（M5）。

采用田间小区试验，所有处理的磷、钾养分投入一致。试验地面积为1 500 m2，小区面积为27 m2，每个小区做田埂并覆盖薄膜以防止窜水窜肥，单排单灌。优化施肥处理施用量为N、P2O5、K2O 分别为 179.4、54 和 135 kg/hm2；有机肥施用量为40.59 t/hm2。氮肥均按40%基肥、35%分蘖肥和25%幼穗分化肥施入；磷肥、有机肥均作基肥一次性施入；钾肥均按40%基肥、20%分蘖肥和40%幼穗分化肥施入。采用大田育秧，于秧苗4叶期选取长势均匀的幼苗进行移栽，移栽时间为2019 年2月26 日，行株距为20 cm×20 cm，每穴2～3 株。田间管理措施与当地农民习惯保持一致。

1.2.2 项目测定

1.2.2.1 水稻产量测定与考种

成熟期各小区单打单收，取500 g 稻谷带回实验室烘干，换算含水率，以13.5%的标准含水率计算稻谷产量。测产前每个小区由对角线取10 穴水稻作为考种样品，调查穗数、每穗粒数、结实率和千粒重等。

1.2.2.2 植株氮素含量测定

于水稻成熟期，在各小区选择长势均匀的10穴水稻样品，去除根系，带回实验室。将其分为稻秆和稻谷，于105℃杀青30 min，75℃烘干至恒量，换算水稻干物质重。各部位样品经过磨碎、过1.0 mm 筛，称取0.10 g 植物样品，经H2SO4-H2O2消煮，用凯氏定氮法测定全氮含量。

1.2.2.3 土壤碱解氮含量

试验前后按照“S”型采样法，均匀采集各小区0～20 cm 耕层混合土样，土壤样品带回实验室，经过风干、过筛后，用凯氏定氮法测定土壤碱解氮含量。

1.2.2.4 相关项目计算

氮肥农学利用率＝（施氮区产量－空白产量）/氮肥施用量

氮肥生理利用率＝（施氮区产量－空白产量）/（施氮区地上部吸氮量－空白地上部吸氮量）

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

水稻氮素收获指数＝籽粒氮素吸收量/植株氮素累积量

水稻氮素籽粒生产效率＝水稻籽粒产量/成熟期氮素积累量；水稻氮肥偏生产力＝施氮区产量/氮肥施用量［8-10］。

1.2.3 数据分析

通过Excel 2013 进行数据整理和制图，采用SAS 9.1.3 软件对测定结果进行方差分析，各处理的比较采用最小显著差数（LSD）法。

2 结果与分析

2.1 有机-无机肥配施对稻田土壤碱解氮含量的影响

由表1可知，随着水稻生长期的推进，不同处理土壤碱解氮含量均呈逐渐降低趋势。在水稻不同生育时期，土壤碱解氮含量均以不施氮肥的M0处理为最小，拔节期和抽穗期，土壤碱解氮含量以25%有机肥氮替代化肥氮的M1 处理最高，成熟期以50%有机肥氮替代化肥氮的M2 处理最高。拔节期，M1～M4 处理土壤碱解氮含量分别比M2 处理显著增加23.71%、18.62%、20.54%、14.71%；M5处理土壤碱解氮含量虽比M0增加8.75%，但差异不显著；M1 处理土壤碱解氮含量比M5 处理显著增加13.76%；M1、M2、M3 和M4 处理间差异均不显著。抽穗期，M1 到M4 处理土壤碱解氮含量分别比M0 处理显著增加 29.30%、21.04%、24.22%；M4 和 M5 处理土壤碱解氮含量分别比M0 处理增加16.36%和9.92%，但差异均不显著；M1 处理土壤碱解氮含量比 M5 处理显著增加 17.63%；M1、M2、M3、M4 处理间差异均不显著。成熟期，M1～M4 处理土壤碱解氮含量分别比M0 处理显著增加23.16%、27.90%、22.63%、22.63%；M5 处理土壤碱解氮含量比M0 处理增加13.15%，但差异不显著；M1、M2、M3、M4处理间差异均不显著。总体来看，有机肥氮替代化肥氮能显著增加土壤碱解氮含量，其中以25%有机肥氮替代效果最好，单施化肥氮效果不明显。

表1 不同处理土壤碱解氮含量情况 单位：mg/kg

2.2 有机-无机肥配施对水稻产量的影响

从图1 可知，25%有机肥氮替代化肥氮的M1 处理水稻产量最高，显著高于其他处理，不施氮肥的M0 处理水稻产量最低。M1、M3、M4、M5 处理水稻产量分别比M0处理提高30.20%、12.28%、12.28%、18.27%；M2 处理水稻产量比 M0 处理提高 10.40%，但差异不显著；M2、M3、M4 处理水稻产量接近，差异不显著。表明等氮量替代条件下，25%有机肥氮替代化肥氮能够保证水稻产量，过高或过低的有机肥氮替代化肥氮比例均不利于水稻高产。

图1 有机肥氮替代化肥氮对水稻产量的影响

2.3 有机-无机肥配施对水稻氮素累积量的影响

由图2 可知，25%有机肥氮替代化肥氮的M1 处理水稻氮素累积量最高，显著高于其他处理，不施氮肥的M0 处理水稻氮素累积量最低。M1～M5 处理水稻氮素累积量分别比M0 处理显著提高115.70%、 66.55%、 67.63%、 66.06%、 92.15%，M2、M3、M4 处理间差异不显著。说明等氮量替代条件下，25%有机肥氮替代化肥氮能够提高水稻的氮素累积量。

图2 有机肥氮替代化肥氮对水稻氮素累积量的影响

2.4 有机-无机肥配施对水稻氮素籽粒生产效率和氮素收获指数的影响

从图3可以看出，100%有机肥氮替代化肥氮的M4 处理水稻氮素籽粒生产效率最高，全施化肥氮的M5 处理水稻氮素籽粒生产效率最低。M1、M2、M3、M4 处理水稻氮素籽粒生产效率分别比M0 处理提高 2.47%、4.43%、3.30%、5.36%，M5 处理比 M0处理水稻氮素籽粒生产效率降低8.38%。方差分析表明，各处理水稻氮素籽粒生产效率接近，差异不显著，单施化肥氮不利于提高水稻的氮素籽粒生产效率。

图3 有机肥氮替代化肥氮对水稻氮素籽粒生产效率的影响

由图4 可知，25%有机肥氮替代化肥氮的M1 处理水稻氮素收获指数最高，显著高于M2、M3、M4、M5 处理，50%有机肥氮替代氮化肥氮的M2 处理水稻氮素收获指数最低。M1 处理水稻氮素收获指数比M0 处理提高4.35%，但差异不显著；M2～M5 处理水稻氮素收获指数分别比M0 处理显著降低9.10%、6.06%、3.03%、4.55%。表明等氮量替代条件下，25%有机肥氮替代化肥氮能够提高水稻的氮素收获指数。

图4 有机肥氮替代化肥氮对水稻氮素收获指数的影响

2.5 有机-无机肥配施对水稻氮素利用率的影响

由表2 可知，25%有机肥氮替代化肥氮的M1 处理水稻氮肥农学利用率最高，显著高于其他处理，50%有机肥氮替代化肥氮处理的水稻氮肥农学利用率最低；M1 处理水稻氮肥农学利用率分别比M2、M3、 M4、 M5 处 理 显 著 提 高 190.13%、 146.01%、146.01%、65.90%，但M2、M3、M4、M5 处理间差异不显著。于氮肥吸收利用率而言，M1 处理水稻吸收利用率最高，M4 处理水稻吸收利用率最低；M1处理水稻吸收利用率分别比M2、M3、M4 显著提高89.09%、84.03%、91.71%，比M5处理提高11.64%，但差异不显著。于氮肥生理利用率而言，M1 处理水稻氮肥生理利用率最高，M2 处理水稻氮肥生理利用率最低；M1 水稻氮肥生理利用率比M2 处理显著提高98.87%，比M3、M4、M5 分别提高80.09%、68.06%、67.47%，但差异不显著。于氮肥偏生产力而言，M1 处理水稻氮肥偏生产力最高，显著高于M2、M3、M4、M5 处理，M2 处理水稻氮肥偏生产力最低；M1处理水稻氮肥偏生产力分别比M2、M3、M4、M5 处理显著提高 17.92%、15.96%、15.96%、10.15%，但M2、M3、M4、M5 处理间差异不显著。说明在等氮量替代条件下，25%有机肥氮替代化肥氮，在保证水稻产量的同时，使水稻氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率、氮肥偏生产力均得到不同程度提高。

表2 有机-无机肥配施对水稻氮素利用率的影响

3 讨论与结论

3.1 讨论

大量研究［11-13］表明，施用有机肥有利于提升土壤肥力。有机-无机肥合理配施，能大幅增加土壤微生物量，扩充土壤养分容量，有利于培肥土壤和农作物优质高产。有机-无机肥配合施用，拥有更丰富的养分，可让农作物不同生长期都能及时得到需要的养分，进而增加农作物产量，维持和提高土壤质量。我国人口众多，耕地面积较少，粮食需求量大，只有增加单位面积粮食产量，才能增加粮食总产量。目前，我国粮食生产存在高投入高输出现状，氮肥施用量巨大，世界上30%的氮肥都撒在中国的土地上，我国水稻的氮肥用量占世界水稻的氮肥施用总量的37%［14］。与国外相比，我国化肥施用量过多，肥力利用率低。可见，合理施用化肥，提高肥料利用率势在必行。魏静等［15］在水稻上采用80%有机肥氮替代化肥氮时，其氮素农学效率、氮肥吸收利用率和贡献率达到最大，依次为21.0 kg/kg、51.8%和76.9%，继续增施无机氮时，水稻氮肥偏生产力、吸收利用率和氮素农学效率均呈负相关。张发明等［16］通过有机肥（牛粪）与化肥不同配施表明，随着氮肥施用量增加，水稻氮素吸收利用率呈逐渐上升的趋势，与氮肥施用量呈极显著正相关；氮肥偏生产率呈逐渐减低的趋势，与氮肥施用量呈显著负相关。本试验结果表明，在氮素总量一致的条件下，随着水稻生育期的不断推进，不同施肥处理土壤碱解氮含量均呈逐渐降低趋势，这与张国荣等［17］在水稻上的研究结果基本一致。周江明［7］研究表明，有机肥氮替代部分化肥氮能够提高水稻氮素积累量和氮素利用率；20%有机肥氮替代化肥氮时，水稻氮素累积量达最高；20%～40%有机肥氮替代化肥氮时，稻米品质较好。刘红江［18］等研究报道，在等氮量替代条件下，单施化肥水稻氮素籽粒生产效率最高。本试验结果显示，25%有机肥氮替代化肥氮水稻产量最高，显著高于50%、75%和100%有机肥氮替代化肥氮、不施化肥氮及单施化肥氮处理；25%有机肥氮替代化肥氮和单施化肥氮处理水稻氮素累积量最佳；25%有机肥氮替代化肥氮可显著提高水稻氮肥农学利用率、水稻吸收利用率、氮肥生理利用率及水稻偏生产力；这与前人的研究结果［19-20］相似。

3.2 结论

在等氮量替代条件下，提高水稻氮素吸收利用效率，采用25%有机肥氮替代化肥氮，是一种相对合适的替代比例。关于有机-无机不同配施对土壤微生物活性和养分库的影响，以及如何调控稻田氮素施用技术，还需根据当地的地力条件作进一步深入探讨。