有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)水稻產(chǎn)量和氮素利用的影響

隋世江包紅靜曲 航李 波金丹丹趙 穎

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境資源研究所,遼寧 沈陽(yáng) 110161)

水稻是遼寧省重要的糧食作物,其中遼河三角洲稻區(qū)因光熱條件適宜,已成為重要的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)粳稻產(chǎn)地。然而,該地區(qū)水稻種植長(zhǎng)期依賴過(guò)量施用氮肥,不僅沒(méi)有增加產(chǎn)量,反而致使氮素利用率降低、土壤質(zhì)量下降、氮素盈余過(guò)多,威脅生態(tài)環(huán)境安全[1～3]。因此,優(yōu)化養(yǎng)分管理措施已成為促進(jìn)遼河平原水稻綠色發(fā)展的重要研究方向。在遼河三角洲開展的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)表明,通過(guò)優(yōu)化施氮量可以顯著提高氮肥利用率和減少氮素盈余,該地區(qū)的氮肥推薦用量為 225～245 kg/hm2[1～2]。另一方面,依靠有機(jī)肥的合理施用同樣可以減少過(guò)量施肥引起的生態(tài)環(huán)境污染[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì),遼寧省畜禽糞污以及農(nóng)業(yè)廢棄物等有機(jī)肥原料充足,商品有機(jī)肥企業(yè)遼寧省有130余家,但有機(jī)肥應(yīng)用面積比例仍然很低[5]。試驗(yàn)表明無(wú)機(jī)氮肥與有機(jī)肥配施后通常能夠取得穩(wěn)定高產(chǎn),而僅施用有機(jī)肥往往會(huì)造成減產(chǎn)[4,6]。并且,長(zhǎng)期施用有機(jī)肥還能夠培肥土壤和提高土壤肥力[7]。此外,相比于多次追肥方式,有機(jī)肥配合無(wú)機(jī)肥基施能夠減少人力投入,一定程度上緩解該地區(qū)在勞動(dòng)力不足的問(wèn)題。然而,在遼河三角洲稻區(qū),有關(guān)有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的應(yīng)用效果報(bào)道有限,特別是在氮肥推薦用量的基礎(chǔ)上,應(yīng)用有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)產(chǎn)量和氮素利用的影響仍然不清楚。本研究旨在探明氮肥推薦用量條件下,不同有機(jī)肥施用方式對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量形成和氮素利用率的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年5～10月在遼河三角洲中心地帶的盤錦市盤山縣壩墻子鎮(zhèn)姜家村(E122°14′29″,N41°9′23″)開展。供試土壤為鹽漬型水稻土,0～20 cm土層土壤理化性狀:pH 7.1,有機(jī)質(zhì)28.4 g/kg,全氮1.43 g/kg,全磷0.57 g/kg,全鉀21.8 g/kg,堿解氮113 mg/kg,有效磷27 mg/kg,速效鉀257 mg/kg。該地區(qū)屬溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候類型,年均降雨量650 mm,年均氣溫8～9 ℃,無(wú)霜期165～170 d。試驗(yàn)點(diǎn)水稻生長(zhǎng)季降雨量460.7 mm,降雨主要發(fā)生在7月～9月。日均氣溫變化范圍10.5～30.5 ℃,平均值為22.7±4.2 ℃(表1)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)布置為單因素完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn),設(shè)置4個(gè)氮肥處理:不施氮(CK)、尿素分次施用(U)、尿素配合有機(jī)肥基施(MU)和單一有機(jī)肥基施(M)。所有施氮處理的施氮量均為240 kg/hm2。其中,尿素分次施用,施氮分為基施40%、蘗肥30%和穗肥30%。尿素配合有機(jī)肥一次性基施中所有氮肥均作為基肥一次性施用,有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮比例為1∶1,有機(jī)肥施用量為3 429 kg/hm2。單一有機(jī)肥基施僅基施有機(jī)肥,有機(jī)肥施用量為6 857 kg/hm2。磷、鉀用量分別為P2O590 kg/hm2和K2O 90 kg/hm2,作為基肥一次性施入,肥料品種磷肥用磷酸二銨(N 18%,P2O546%),鉀肥選用硫酸鉀(K2O 60%)。小區(qū)面積50 m2,重復(fù)3次。各小區(qū)之間用PVC板分隔并筑埂,單灌單排。供試水稻品種為鹽豐47。4月15日水稻大棚育秧、5月26日插秧、10月8日水稻收獲。病蟲害防治與灌溉按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方式進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

分蘗和SPAD調(diào)查:在各小區(qū)中設(shè)置一個(gè)包含8穴水稻的微區(qū),水稻生育期內(nèi)每7 d調(diào)查分蘗數(shù)。同時(shí),在分蘗中期和最大分蘗期,用葉綠素儀(SPAD-502, Japan)測(cè)定微區(qū)內(nèi)最上部完全展開葉的SPAD值。

干物質(zhì)積累:在苗期、最大分蘗期、穗分化期、灌漿期和成熟期進(jìn)行采樣。為減少邊際效應(yīng),在小區(qū)的非邊行處采集8穴水稻樣品。樣品在70 ℃烘干后測(cè)定干重。其中,成熟期植株樣品粉碎后用凱氏定氮法測(cè)定氮含量。

測(cè)產(chǎn)和考種:水稻收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取8穴水稻進(jìn)行考種,調(diào)查指標(biāo)包括有效穗、穗粒數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率。隨后收獲小區(qū)中間3 m2水稻用于測(cè)定籽粒和秸稈產(chǎn)量,籽粒產(chǎn)量按照14%含水量計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SAS 9.4軟件的GLM模型進(jìn)行單因素方差分析。氮肥回收利用率(%)=(施氮區(qū)地上部吸氮量-不施氮區(qū)地上部吸氮量)/施氮量×100%。氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg籽粒/kg N)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

與不施氮(CK)處理相比,施氮后產(chǎn)量均顯著提高;與尿素分次施用(U)處理相比,尿素配合有機(jī)肥基施(MU)處理的籽粒產(chǎn)量基本持平。而單一有機(jī)肥基施(M)處理籽粒產(chǎn)量顯著下降17.5%(圖1)。說(shuō)明尿素配合有機(jī)肥一次性施用可以作為可行的輕簡(jiǎn)化施肥方式。

與U處理相比,MU處理的有效穗略有下降但不顯著。而M處理的有效穗顯著降低20.0%;穗粒數(shù)、千粒重以及結(jié)實(shí)率在處理間無(wú)顯著差異(表1)。說(shuō)明有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施方式可以滿足水稻產(chǎn)量形成的氮素需求,但單一有機(jī)肥基施不利于有效穗形成,限制了產(chǎn)量形成。

2.2 地上部生物量和分蘗動(dòng)態(tài)

與U處理相比,MU的地上部干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)基本一致。而M處理的地上部干物質(zhì)顯著減少;就分蘗動(dòng)態(tài)而言,與U處理相比,MU和M處理分蘗數(shù)下降,尤其是M處理最大分蘗數(shù)下降了23.1%(圖2)。

圖2 不同有機(jī)肥施用方式對(duì)水稻地上部干物質(zhì)和分蘗的影響

2.3 分蘗期的SPAD值

在分蘗中期和最大分蘗期,MU與U處理相比SPAD值均無(wú)顯著差異。而M處理的SPAD值則顯著低于U處理(圖3)。

圖3 不同有機(jī)肥處理對(duì)水稻分蘗期SPAD的影響

表2 不同有機(jī)肥施用方式對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2.4 氮肥回收利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率

與U處理相比,MU和M處理氮肥回收利用率均顯著下降,氮肥回收利用率表現(xiàn)為U>MU>M。而與U處理相比,MU處理農(nóng)學(xué)利用率無(wú)顯著差異,而M處理農(nóng)學(xué)利用率顯著下降(圖4)。

圖4 不同有機(jī)肥施用方式對(duì)氮肥利用率的影響

3 討論

氮肥種類和氮肥方式對(duì)于水稻產(chǎn)量的影響存在差異,主要由水稻不同生育階段的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況決定[8]。在本研究中,尿素配合有機(jī)肥基施可以達(dá)到與尿素分次施用相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量水平,但單一有機(jī)肥基施后水稻產(chǎn)量顯著降低。水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的氮素狀況與有效穗數(shù)密切相關(guān)[9]。尿素配合有機(jī)肥基施與尿素分次施用相比,分蘗能力和有效穗表現(xiàn)出下降趨勢(shì)但不顯著,說(shuō)明該有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施方式可以滿足水稻前期作物生長(zhǎng)對(duì)氮素需求。而尿素配合有機(jī)肥基施對(duì)于水稻穗粒數(shù)和千粒重的改善效果并不顯著,預(yù)示著有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施方式對(duì)生育后期的氮素狀況仍存在改善空間。有長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著有機(jī)肥施用年限增加、土壤陪肥效果增強(qiáng),作物產(chǎn)量呈逐年增加的趨勢(shì)[7]。從氮素回收利用率和農(nóng)學(xué)利用率來(lái)考慮,與尿素分次施用相比,有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施顯著降低氮肥回收利用率,而對(duì)農(nóng)學(xué)利用率無(wú)顯著影響。有研究表明,通過(guò)有機(jī)肥長(zhǎng)期施用提升土壤供氮能力,可以提高氮肥利用率以及產(chǎn)量[7]。

與尿素分次施用相比,單一有機(jī)肥基施后產(chǎn)量顯著下降。單一有機(jī)肥基施后,水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段受到嚴(yán)重抑制,分蘗能力顯著低于尿素分次施用方式。盡管單一有機(jī)肥基施對(duì)于水稻穗粒數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率的影響不顯著,但干物質(zhì)積累和氮素吸收顯著降低,致使有效穗顯著減少導(dǎo)致減產(chǎn)。相似的,土壤肥力較低時(shí),有機(jī)肥的氮素養(yǎng)分釋放較慢,導(dǎo)致單一有機(jī)肥基施籽粒產(chǎn)量顯著低于無(wú)機(jī)肥[6]。因此,單一有機(jī)肥基施的氮肥有效性低是限制生產(chǎn)力的主要因素。