减氮配施有机肥对寒地水稻氮肥利用率和产量效益的影响

胡法龙，于洪明，沈宝山

（1 黑龙江农业职业技术学院，黑龙江 佳木斯 154000；2 黑龙江护苗农业科技开发有限公司，黑龙江 佳木斯 154000；3 黑龙江省农垦总局红兴隆管理局 八五二农场，黑龙江 双鸭山 155605）

黑龙江垦区作为全国最大的有机绿色食品生产基地[1]，生产加工的农产品一直占据着市场主导地位[2]，稻米商品率更是高达90%以上[3]，有效保障了国家的粮食安全。 随着我国农业集约化程度的不断提高，化肥用量大幅度增加，中国水稻单季氮肥用量较世界氮肥平均用量大约高75%[4]，相反有机肥施用比重逐渐减少， 过量的农田氮肥投入，不仅会导致土壤出现酸化板结、水稻贪青迟熟、病虫害加剧等，产量受到影响，而且还会降低氮肥的利用效率［5-7］。 另外，过量投入农田的氮肥会随排水径流到周围的水环境中［8，9］，导致农业面源 污 染［10，11］。 为 了 解 决 化 肥 用 量 过 大 利 用 率 低、土壤板结和养分生产效率下降等问题，本试验结合国家农业“三减”行动，针对本地区化肥施用不合理等问题，开展了减氮配施有机肥对水稻肥料利用率和产量的影响试验，探索水稻产量和氮肥利用效率达到最佳的有机肥和化肥用量，以期为提高寒地农业资源高效利用效率提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验田基本情况

试验于2015 年在黑龙江省红兴隆管理局八五二农场水稻试验站进行， 供试土壤是潜育白浆土，土壤中碱解氮含量158.7 mg·kg-1，有效磷含量33.5 mg·kg-1，速效钾含量122.6 mg·kg-1，有机质含量38.9 g·kg-1，土壤pH 值6.5，前茬为水稻，秋翻，井灌区，供试区域2015 年≥10 ℃有效积温2 593 ℃，无霜期144 d。

1.2 试验材料

供试品种：垦鉴稻6 号，主茎叶片数12 片叶，生育日数130 d 左右，需有效活动积温2 380 ℃～2 400 ℃，分蘖力较强，综合性状表现良好。

供试肥料：常规肥料为磷酸二铵（N 18%、P2O546%）、重过磷酸钙（43%P2O5）、尿素（46%）、硫酸钾（K2O 50%）；有机肥料为嘉有生命源黄腐酸生物有机肥（黄腐酸≥12%、有机质≥40%、巨大芽孢杆菌+胶冻样类芽孢杆菌≥0.5 亿·g-1），固体颗粒，山东泉林嘉有肥料有限责任公司生产。

1.3 试验方法

试验采用随机区组设计， 以当地常规施肥量和施肥方式为对照， 选择黄腐酸有机肥和不同减氮量配施做处理。试验共设5 个处理，各处理有机肥用量以上年试验筛选出的最佳用量300 kg·hm-2为基础，进行不同减氮量（减尿素中纯氮量）与有机肥配施试验，减氮设置5 个梯度，分别减去常规施用尿素 （195 kg·hm-2） 纯氮含量的10%、15%、20%、25%、30%，即减尿素量为19.5 kg·hm-2、29.25 kg·hm-2、39 kg·hm-2、48.75 kg·hm-2、58.5 kg·hm-2，具体处理及施肥量见表1。试验设三次重复，随机排列，每个处理小区面积为200 m2，小区间筑田埂间隔，单排单灌，除试验因素以外，其他栽培措施均一致。水稻播种、插秧、取样、收获均在同一天内完成，调查取样各小区同法、同时进行。

常规施肥 （CK）： 整个生育期施肥总量525 kg·hm-2，其中尿素195 kg·hm-2、重过磷酸钙135 kg·hm-2、钾肥195 kg·hm-2，N∶P∶K＝2∶1.1∶1.7，氮肥施用比例为基肥∶返青分蘖肥∶穗肥＝4∶3∶3， 磷肥100%基施，钾肥施用比例为基肥∶穗肥＝6∶4。

氮空白区（N0）：整个生育期不施用氮肥，磷肥和钾肥施用量、 施用时期和施用方法均和常规施肥相同。

处理1（J1）：减常规尿素施用量10%，即减尿素量19.5 kg·hm-2，全生育期尿素施用量为175.5 kg·hm-2， 磷肥和钾肥施用量和常规施肥量相同，整个生育期施肥总量505.5 kg·hm-2，整个生育期增施黄腐酸有机肥300 kg·hm-2，黄腐酸有机肥施用比例为基肥∶蘖肥＝7∶3。三大肥施用时期、施用比例、施用方式均和常规施肥相同。

处理2（J2）：减常规尿素施用量15%，即减尿素 量29.25 kg·hm-2， 全 生 育 期 尿 素 施 用 量 为165.75 kg·hm-2，磷肥和钾肥施用量和常规施肥量相同，整个生育期施肥总量495.75 kg·hm-2，肥料施用时期、施用比例及施用方式同处理1。

处理3（J3）：减常规尿素施用量20%，即减尿素量39 kg·hm-2， 全生育期尿素施用量为156 kg·hm-2， 磷肥和钾肥施用量和常规施肥量相同，整个生育期施肥总量486 kg·hm-2， 肥料施用时期、施用比例及施用方式同处理1。

表1 不同减氮处理施肥量情况

处理4（J4）：减常规尿素施用量25%，即减尿素 量48.75 kg·hm-2， 全 生 育 期 尿 素 施 用 量 为146.25 kg·hm-2，磷肥和钾肥施用量和常规施肥量相同，整个生育期施肥总量476.25 kg·hm-2，肥料施用时期、施用比例及施用方式同处理1。

处理5（J5）：减常规尿素施用量30%，即减尿素量58.5 kg·hm-2，全生育期尿素施用量为136.5 kg·hm-2， 磷肥和钾肥施用量和常规施肥量相同，整个生育期施肥总量466.5 kg·hm-2，肥料施用时期、施用比例及施用方式同处理1。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 植株氮素的测定 分别于抽穗期、 成熟期五点法取样，样品各处理植株叶、茎鞘、穗各部分分开，置于105 ℃烘箱中杀青30 min，85 ℃烘干至恒重，降至室温分别称其干重，并将样品粉碎过滤，采用凯氏定氮法测定水稻氮素含量。据此求出氮素积累总量、 氮肥吸收利用率、 氮肥农学利用率、氮肥偏生产力，计算公式如下：

氮肥吸收利用率 （%）＝（施氮区地上部吸氮量-不施氮空白区地上部吸氮量）／施氮量×100%；

氮肥农学利用率 （kg·kg-1）＝（施氮区水稻产量-不施氮空白区处理水稻产量）／施氮量；

氮肥偏生产力（kg·kg-1）＝施氮区稻谷产量／施氮量。

1.4.2 产量及产量构成 水稻收获前， 每小区选取长势均匀的3 点，每点连续选择10 株，数出单株的茎数，并据此测算平均穗数，每点取出平均茎数的2 穴风干后考种。 考种项目：每穗粒数、结实率、千粒重。 同时每样点割取2 m2脱谷，自然风干，作为实测产量。

1.5 数据处理

采用Excel 2007 和DPS 分析软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 减氮配施有机肥对水稻吸氮总积累量的影响

从图1 可见，在抽穗期和成熟期，各处理的氮素积累量均随着施氮量的减少而降低，并且J1、J2的氮素积累量均高于对照，其中J1 的氮素积累量与对照间的差异达到了极显著水平， 较对照分别提高了9.1%、11.2%， J4、J5 的氮素积累量极显著低于对照。 说明氮肥在减量10%情况下配施有机肥，水稻氮素积累量显著高于对照，但氮肥减量超过10%时水稻植株氮素积累量随着氮素减量幅度呈降低趋势。

2.2 减氮配施有机肥对水稻氮肥利用率的影响

由表2 可知， 各处理随着施氮量的增加氮肥吸收利用率逐渐增大，以处理J1 的氮肥吸收利用率最高， 其次是处理J2， J1、J2 氮素吸收利用率达到47.18%、42.30%，显著高于对照；各处理氮肥农学利用率在55.12%～57.82%之间变化， 且与对照间的差异均达到了显著水平； 各处理偏生产力的大小表现为J5＞J4＞J3＞J2＞J1＞CK， 各处理的偏生产力均高于对照，除了处理J1 的偏生产力与对照差异不显著外， 其他处理与对照间的差异均达到了显著水平。 说明在适宜的施用有机肥300 kg·hm-2基础上，适当降低氮肥用量显著提高了氮肥利用率， 而有机肥的施入显著提高氮肥的农学利用率和偏生产力。

表2 减氮配施有机肥对水稻氮肥利用率的影响

2.3 减氮配施有机肥对水稻产量及产量构成因素的影响

从表3 可见， 各处理的单位面积有效穗数均低于对照，除了处理J1 的单位面积穗数与对照差异不显著外， 其他处理与对照差异均达到了显著水平， 各处理穗数大小表现为CK＞J1＞J2＞J3＞J4＞J5； 各处理每穗粒数多少为CK＞J1＞J2＞J3＞J4＞J5，除了J1，其他处理均显著低于对照；各处理的结实率均高于对照，其中处理J3、J4、J5 与对照差异达到了显著水平；各处理的千粒重均高于对照，但各处理与对照间的差异均未达到显著水平。

各处理产量表现为J1＞J2＞J3＞CK＞J4＞J5，其中处理J1、J2 的产量均高于对照，处理J1、J2 的产量分别达9.69 t·hm-2、9.44 t·hm-2，较对照分别提高了5.3%、2.6%， 处理J3、J4 的产量与对照差异均未达到显著水平，处理J5 极显著低于对照。 说明氮肥施用量过低，不利于水稻发生分蘖，导致单位面积穗数显著降低，而适当减少氮肥施用量，并配合施用有机肥，不仅可改良土壤减少化肥污染，而且能够保证足够单位面积穗数， 并有效提高结实率和千粒重，从而达到减氮不减产的目的。

表3 各处理对水稻产量及其构成因素的影响

2.4 减氮配施有机肥产量效益分析

嘉有生命源黄腐酸生物有机肥按照市场价4 000 元·t-1，施入有机肥投入成本为1 200元·hm-2，尿素按市场价1 800 元·t-1，水稻按市场价2.9 元·kg-1计算， 各处理较对照增加的纯效益分别为256.1、-451.3、-694.8、-1 808.2、-2 950.7 元·hm-2。 从结果可知，较常规施肥而言，在减氮10%、15%、20%时产量较对照分别提高0.49、0.24、0.15 t·hm-2， 但在减氮10%情况下稻谷产出效益最大且为正值，较对照多增256.1 元·hm-2（表4）。

3 结论与讨论

3.1 减氮配施有机肥对水稻氮肥利用率的影响

在水稻栽培过程中，合理施肥显得尤为重要，有研究表明， 氮肥当季利用率较低， 仅为20%～35%[12]， 有机肥配合化肥不仅可以减少化肥的投

入，还能够促进营养器官中氮素的转运，提高了氮肥利用率。李世清[13]等表明，施用有机肥能够促进氮素的微生物固定，促进氮肥利用率加大；也有大量的研究表明氮肥用量和运筹对氮素利用率起着重要作用，随着氮肥用量和氮素基肥用量的降低，氮肥农学效率、 吸收利用率和偏生产力呈升高趋势［14-18］。 本试验研究表明，在减氮10%、15%基础上，配施有机肥，显著提高了氮素吸收利用率、氮肥农学利用率， 其中氮素吸收利用率高达47.18%，这与前人研究结果一致。 在减氮的情况下，有机肥与化肥配施能够提高氮肥利用率，有机肥富含微生物， 不仅能活化土壤中难以被水稻直接利用的氮素，还将一部分氮素储藏于体内，在氮素相对缺乏时释放出来供水稻生长， 延长了氮素在稻田内的循环时间，提高了利用率。

表4 各处理较常规施肥产出效益分析

3.2 减氮配施有机肥对水稻产量效益的影响

王道中[19]等研究证实减氮10%～30%，并不会造成水稻减产。 赵铁铮、顾慧芬、蒋刚［20-22］等人认为增施有机肥可以促进水稻分蘖， 增加穗粒数和有效穗数。 也有大量研究表明［23，24］，有机肥配施化肥使水稻增产，提高单位面积总穗数和穗粒数，在减氮的同时配合有机肥的施用，能提高作物产量。与本试验研究结果一致， 其中减氮10%、15%、20%的产量要高于对照，产量达9.69 t·hm-2、9.44 t·hm-2、9.35 t·hm-2，但是减氮10%配施有机肥，不仅能够保证足够单位面积穗数， 并有效提高结实率和千粒重， 较对照增加的纯效益达到最大，为256.1 元·hm-2。