猪粪氮替代化肥氮在水稻上的应用效果

胡诚+张剑锋+刘东海+乔艳+刘友梅+李双来+陈云峰

摘 要：试验研究了不同用量的猪粪氮替代化肥氮对水稻生长发育的影响。结果表明，不同用量的猪粪氮替代化肥氮不同程度地减少了稻谷的产量，但是处理之间差异并不显著，在水稻各个生育期土壤的氨态氮与硝态氮含量各处理之间差异也不显著；从水稻生长状况、产量及养分吸收状况分析，猪粪氮替代20%的化肥氮是比较适宜的，用猪粪氮替代部分化肥氮不会影响水稻对氮和钾的吸收。

关键词：猪粪氮；化肥氮；水稻产量

中图分类号：S511 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.09.003

Abstract： The effects of pig manure nitrogen replacing chemical nitrogenous fertilizer on soil nitrogen content and crop yields were studied in single cropping rice in Hubei province. The results showed that the rice grain yields had various degree reduction of output owing to pig manure nitrogen replacing chemical nitrogenous fertilizer in every treatment， but the differences were not significant between treatments. Soil ammoniacal and nitrate nitrogen concentrations had no significant difference between treatments in every growth stages of rice. Considering rice growth surroundings， grain yields and nutrient uptake， pig manure nitrogen replacing 20% chemical nitrogenous fertilizer was feasible. Nitrogen and potassium uptake in rice were not influenced by pig manure nitrogen replacing part chemical nitrogenous fertilizer.

Key words： pig manure nitrogen； chemical nitrogenous fertilizer； rice yields

化肥施用在保证我国粮食安全方面起到了重要作用，但化肥用量不断增加所引发的面源污染和土壤质量退化问题受到广泛关注[1-2]。长期大量施用化学氮肥，其中氮素会通过3条途径损失，一是以氨挥发形式直接被损失，二是由于反硝化作用变成N2O，NO或N2损失，同时对大气环境造成污染；三是在硝化细菌的作用下变成NO3-，通过径流或淋溶进入水体，对地表水或地下水造成污染[3]。然而，我国集约化养殖业迅猛发展，产生了巨大的社会效益和经济效益，与此同时也产生了大量的畜禽粪便废弃物。畜禽粪便中含有大量营养元素，是作物生长所需要的重要养分资源，氮素便是其中之一[4]。畜禽粪便农用是实现畜禽粪便资源化利用的直接途径，也是一种促进农牧良性循环、维持生态平衡的有效措施，对于减少化肥用量、降低农牧环境污染等方面具有重要意义[5-10]。

本试验设计了不同量的猪粪氮替代化肥氮，研究其对水稻生长发育的影响，旨在为猪粪的合理施用及化肥的合理减施提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地点

试验设在湖北省农业科学院南湖试验站，试验站年平均日照时数为2 079.5 h，日平均气温≥10 ℃的年总积温为5 189.4 ℃，年降雨量1 300 mm，年蒸发量1 500 mm，无霜期230～300 d。土壤类型为黄棕壤发育的水稻土。试验之前取土测定土壤基础理化性质为：土壤有机质含量24.3 g·kg-1，碱解氮含量69.7 mg·kg-1，有效磷含量19.2 mg·kg-1，速效鉀含量124.0 mg·kg-1，pH值7.6。

1.2 试验设计

试验设6个处理，处理1（CK）：全部施用化肥氮；处理2：施用5/6化肥氮，1/6化肥氮用猪粪氮替代；处理3：施用4/5化肥氮，1/5化肥氮用猪粪氮替代；处理4：施用3/4化肥氮，1/4化肥氮用猪粪氮替代；处理5：施用2/3化肥氮，1/3化肥氮用猪粪氮替代；处理6：施用1/2化肥氮，1/2化肥氮用猪粪氮替代。其中，处理1施N量为180 kg·hm-2，P2O5 75 kg·hm-2，K2O 90 kg·hm-2；其他处理施肥量试验设置3次重复，各小区随机排列，小区面积20 m2，重复之间设进排水沟，单排单灌。

5月20日购买猪粪堆放于田头，用塑料薄膜覆盖腐熟后备用。6月3日用旋耕机旋田，之后灌水，6月4日耙田整田，6月5日做小区，6月10日施基肥同时施猪粪，6月11日人工插秧，每个小区插秧29行，每行21株。氮肥分3次施用，其分配比例为：基肥50%，分蘖肥30%，孕穗肥20%。7月19日施分蘖肥，8月17日施孕穗肥，磷肥钾肥全部作基肥。不同处理施肥量如表1所示。氮磷钾肥分别以尿素（N 46%）、普钙（P2O5 12%）和氯化钾（K2O 60%）形式施入。水稻品种为当地主栽品种培两优3076，9月23日分小区取样，9月24日整个小区收获计产。

1.3 测定项目及方法

在水稻分蘖期（7月19日）、孕穗期（8月17日）、灌浆期（9月6日）每小区取0～20 cm土层的样品，每个小区取5钻土后混合成为一个土样，土钻直径4 cm。土壤样品测定铵态氮与硝态氮含量。endprint

9月23日，每个小区收割5蔸水稻，然后进行考种，统计株高、穗长、有效穗、千粒质量及理论产量。将考种样烘干，之后磨细用于测定水稻植株与籽粒的全氮与全钾含量。

各小区水稻秸秆产量和籽粒产量实打实测。另取2 kg左右籽粒和部分秸秆，带回实验室测定水分。秸秆产量和籽粒产量根据测定的水分折算成干质量。

土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化外热源法测定；土壤有效磷含量采用0.5 mol·L-1 NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定；土壤速效钾含量采用1 mol·L-1的NH4Ac浸提-火焰光度法测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；植物全氮含量采用H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法测定；植物全钾含量采用H2SO4-H2O2消煮，火焰光度计法测定。以上项目测定参照鲍士旦的方法[11]进行。硝态氮、铵态氮含量采用1 mol·L-1的KCl浸提，流动分析仪方法测定[12]。

1.4 数据统计

采用单因素方差分析各处理数据之间的差异。统计分析使用SPSS 12.0软件，多重比较采用LSD法， P≤ 0.05水平下差异显著。

2 结果与分析

2.1 土壤无机氮含量分析

从表2可以看出，不同试验处理的土壤NH4+-N，NO3--N含量在每个取样时期处理之间差异均不显著，其中，土壤NO3--N含量在3个取样时期没有显著的变化，而土壤NH4+-N含量在水稻孕穗期显著增加，之后又在灌浆期开始下降。

2.2 产量构成因素分析

从表3可以看出，不同的猪粪氮替代化肥氮处理植株株高没有降低，穗长、穗粒数、有效穗数、千粒质量都没有减少，不同的猪粪氮替代化肥氮处理谷草比比全量化肥氮处理要高一些。

2.3 水稻产量分析

从表4可以看出，利用猪粪氮替代一部分化肥氮水稻稻谷都有不同程度的减产，但是减产不明显；用猪粪氮替代1/2的化肥氮肥减产最多，达7.75%；用猪粪替代1/5化肥氮肥减产最少，仅为2.62%；猪粪氮替代1/5化肥氮（处理3）的水稻秸杆产量最高，其次是全量化肥氮的处理，水稻秸杆产量最低的是用猪粪氮替代1/6化肥氮的处理。水稻的生物量全量化肥氮处理最高，用猪粪氮替代1/6化肥氮处理（处理2）最低，猪粪氮替代1/5化肥氮处理（处理3）的水稻生物量与全量化肥氮处理相当。

2.4 秸秆、籽粒全氮及全钾含量分析

从表6可以看出，水稻籽粒全氮含量各个处理之间没有显著差异，含量最高的是用猪粪氮替代1/4化肥氮处理（处理4）；水稻秸杆全氮含量各个处理之间也没有显著差异，含量最高的是用猪粪氮替代1/5化肥氮处理（处理3）。

從表7可以看出，水稻籽粒全钾含量各个处理之间没有显著差异，含量最高的是用猪粪氮替代1/6化肥氮处理（处理2）；水稻秸秆全钾含量各个处理之间也没有显著差异，含量最高的是用猪粪氮替代1/5化肥氮处理（处理3）。

3 结论与讨论

本研究发现，尽管不同量的猪粪氮替代化肥氮在小麦的分蘖期、孕穗期及灌浆期土壤的NH4+-N，NO3--N含量各处理之间没有显著差异，但是不同量的猪粪氮替代化肥氮都不同程度地减少了稻谷的产量及水稻的生物量。孙国峰等[13]报道，与常规施肥及秸秆还田处理相比，100%猪粪处理的小麦产量显著降低，综合分析认为，在作物高产、稳产要求下，50%猪粪替代化肥措施的温室气体减排效果较好。李瀚等[14]报道，低量猪粪替代化肥可显著提高小麦氮素吸收效率及氮肥生产效率，成熟期地上部氮素积累量显著提升。谢军等[15]报道，与化肥优化、农民习惯施肥和有机肥氮替代100%的化肥氮模式相比，有机肥氮替代50%的化肥氮显著提高了玉米的籽粒产量和地上部生物量，这与本研究结果存在一定的差异。

本研究结果表明，虽然不同的猪粪替代都减少了稻谷的产量，但是处理之间差异并不显著，在水稻各个生育期土壤的铵态氮与硝态氮含量处理之间差异也不显著；从稻谷与秸秆的产量来看，猪粪氮替代1/5化肥氮是比较适宜的；从籽粒与秸秆的全氮与全钾含量来看，用猪粪氮替代部分化肥氮不会影响水稻对氮与钾的吸收。

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