有机无机肥配施对水稻产量和氮素利用的影响

隋世江包红静曲 航李 波金丹丹赵 颖

(辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所,辽宁 沈阳 110161)

水稻是辽宁省重要的粮食作物,其中辽河三角洲稻区因光热条件适宜,已成为重要的高产优质粳稻产地。然而,该地区水稻种植长期依赖过量施用氮肥,不仅没有增加产量,反而致使氮素利用率降低、土壤质量下降、氮素盈余过多,威胁生态环境安全[1～3]。因此,优化养分管理措施已成为促进辽河平原水稻绿色发展的重要研究方向。在辽河三角洲开展的长期定位试验表明,通过优化施氮量可以显著提高氮肥利用率和减少氮素盈余,该地区的氮肥推荐用量为 225～245 kg/hm2[1～2]。另一方面,依靠有机肥的合理施用同样可以减少过量施肥引起的生态环境污染[4]。据统计,辽宁省畜禽粪污以及农业废弃物等有机肥原料充足,商品有机肥企业辽宁省有130余家,但有机肥应用面积比例仍然很低[5]。试验表明无机氮肥与有机肥配施后通常能够取得稳定高产,而仅施用有机肥往往会造成减产[4,6]。并且,长期施用有机肥还能够培肥土壤和提高土壤肥力[7]。此外,相比于多次追肥方式,有机肥配合无机肥基施能够减少人力投入,一定程度上缓解该地区在劳动力不足的问题。然而,在辽河三角洲稻区,有关有机无机肥配施的应用效果报道有限,特别是在氮肥推荐用量的基础上,应用有机无机肥配施对产量和氮素利用的影响仍然不清楚。本研究旨在探明氮肥推荐用量条件下,不同有机肥施用方式对水稻生长、产量形成和氮素利用率的影响。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年5～10月在辽河三角洲中心地带的盘锦市盘山县坝墙子镇姜家村(E122°14′29″,N41°9′23″)开展。供试土壤为盐渍型水稻土,0～20 cm土层土壤理化性状:pH 7.1,有机质28.4 g/kg,全氮1.43 g/kg,全磷0.57 g/kg,全钾21.8 g/kg,碱解氮113 mg/kg,有效磷27 mg/kg,速效钾257 mg/kg。该地区属温带半湿润季风气候类型,年均降雨量650 mm,年均气温8～9 ℃,无霜期165～170 d。试验点水稻生长季降雨量460.7 mm,降雨主要发生在7月～9月。日均气温变化范围10.5～30.5 ℃,平均值为22.7±4.2 ℃(表1)。

1.2 试验设计

试验布置为单因素完全随机区组试验,设置4个氮肥处理:不施氮(CK)、尿素分次施用(U)、尿素配合有机肥基施(MU)和单一有机肥基施(M)。所有施氮处理的施氮量均为240 kg/hm2。其中,尿素分次施用,施氮分为基施40%、蘖肥30%和穗肥30%。尿素配合有机肥一次性基施中所有氮肥均作为基肥一次性施用,有机氮和无机氮比例为1∶1,有机肥施用量为3 429 kg/hm2。单一有机肥基施仅基施有机肥,有机肥施用量为6 857 kg/hm2。磷、钾用量分别为P2O590 kg/hm2和K2O 90 kg/hm2,作为基肥一次性施入,肥料品种磷肥用磷酸二铵(N 18%,P2O546%),钾肥选用硫酸钾(K2O 60%)。小区面积50 m2,重复3次。各小区之间用PVC板分隔并筑埂,单灌单排。供试水稻品种为盐丰47。4月15日水稻大棚育秧、5月26日插秧、10月8日水稻收获。病虫害防治与灌溉按照当地常规方式进行。

1.3 测定项目

分蘖和SPAD调查:在各小区中设置一个包含8穴水稻的微区,水稻生育期内每7 d调查分蘖数。同时,在分蘖中期和最大分蘖期,用叶绿素仪(SPAD-502, Japan)测定微区内最上部完全展开叶的SPAD值。

干物质积累:在苗期、最大分蘖期、穗分化期、灌浆期和成熟期进行采样。为减少边际效应,在小区的非边行处采集8穴水稻样品。样品在70 ℃烘干后测定干重。其中,成熟期植株样品粉碎后用凯氏定氮法测定氮含量。

测产和考种:水稻收获时每个小区随机选取8穴水稻进行考种,调查指标包括有效穗、穗粒数、千粒重和结实率。随后收获小区中间3 m2水稻用于测定籽粒和秸秆产量,籽粒产量按照14%含水量计算。

1.4 数据处理

用SAS 9.4软件的GLM模型进行单因素方差分析。氮肥回收利用率(%)=(施氮区地上部吸氮量-不施氮区地上部吸氮量)/施氮量×100%。氮肥农学利用率(kg籽粒/kg N)=(施氮区产量-不施氮区产量)/施氮量。

2 结果与分析

2.1 水稻产量及产量构成因子

与不施氮(CK)处理相比,施氮后产量均显著提高;与尿素分次施用(U)处理相比,尿素配合有机肥基施(MU)处理的籽粒产量基本持平。而单一有机肥基施(M)处理籽粒产量显著下降17.5%(图1)。说明尿素配合有机肥一次性施用可以作为可行的轻简化施肥方式。

与U处理相比,MU处理的有效穗略有下降但不显著。而M处理的有效穗显著降低20.0%;穗粒数、千粒重以及结实率在处理间无显著差异(表1)。说明有机无机肥配施方式可以满足水稻产量形成的氮素需求,但单一有机肥基施不利于有效穗形成,限制了产量形成。

2.2 地上部生物量和分蘖动态

与U处理相比,MU的地上部干物质积累动态基本一致。而M处理的地上部干物质显著减少;就分蘖动态而言,与U处理相比,MU和M处理分蘖数下降,尤其是M处理最大分蘖数下降了23.1%(图2)。

图2 不同有机肥施用方式对水稻地上部干物质和分蘖的影响

2.3 分蘖期的SPAD值

在分蘖中期和最大分蘖期,MU与U处理相比SPAD值均无显著差异。而M处理的SPAD值则显著低于U处理(图3)。

图3 不同有机肥处理对水稻分蘖期SPAD的影响

表2 不同有机肥施用方式对水稻产量构成因子的影响

2.4 氮肥回收利用率和氮肥农学利用率

与U处理相比,MU和M处理氮肥回收利用率均显著下降,氮肥回收利用率表现为U>MU>M。而与U处理相比,MU处理农学利用率无显著差异,而M处理农学利用率显著下降(图4)。

图4 不同有机肥施用方式对氮肥利用率的影响

3 讨论

氮肥种类和氮肥方式对于水稻产量的影响存在差异,主要由水稻不同生育阶段的氮素营养状况决定[8]。在本研究中,尿素配合有机肥基施可以达到与尿素分次施用相当的产量水平,但单一有机肥基施后水稻产量显著降低。水稻营养生长阶段的氮素状况与有效穗数密切相关[9]。尿素配合有机肥基施与尿素分次施用相比,分蘖能力和有效穗表现出下降趋势但不显著,说明该有机无机肥配施方式可以满足水稻前期作物生长对氮素需求。而尿素配合有机肥基施对于水稻穗粒数和千粒重的改善效果并不显著,预示着有机无机肥配施方式对生育后期的氮素状况仍存在改善空间。有长期定位试验发现,随着有机肥施用年限增加、土壤陪肥效果增强,作物产量呈逐年增加的趋势[7]。从氮素回收利用率和农学利用率来考虑,与尿素分次施用相比,有机无机肥配施显著降低氮肥回收利用率,而对农学利用率无显著影响。有研究表明,通过有机肥长期施用提升土壤供氮能力,可以提高氮肥利用率以及产量[7]。

与尿素分次施用相比,单一有机肥基施后产量显著下降。单一有机肥基施后,水稻营养生长阶段受到严重抑制,分蘖能力显著低于尿素分次施用方式。尽管单一有机肥基施对于水稻穗粒数、千粒重和结实率的影响不显著,但干物质积累和氮素吸收显著降低,致使有效穗显著减少导致减产。相似的,土壤肥力较低时,有机肥的氮素养分释放较慢,导致单一有机肥基施籽粒产量显著低于无机肥[6]。因此,单一有机肥基施的氮肥有效性低是限制生产力的主要因素。