商品有机肥连续部分替代化肥对水稻产量和氮肥效率的影响

邹建祥， 宁运旺， 王孟兰， 苏 舜

(1.江苏省南京市江宁区耕地质量保护站，江苏南京 211100； 2.江苏省农业科学院资源与环境研究所，江苏南京 210014)

有机肥含有丰富的有机质、氨基酸、蛋白质等有机养分，同时也含有氮、磷、钾等无机养分[1-2]，在我国农业发展过程中一直发挥着重要的作用。大量研究证明，施用有机肥不仅可以培肥地力，提高作物产量，更可以改善农产品品质[3-5]。有机肥料与化学肥料配合施用可培育良好的土壤生态环境[6]。目前，有机肥在果菜茶中的应用较普遍，而在粮食作物中应用较少。据估计，江苏有机资源2.2亿t/年，可生产约7 000万t商品有机肥，江苏粮食作物种植面积占耕地面积的70%左右，因此从长远来看，仅依靠果菜茶等经济作物远不能消纳有机资源，商品有机肥用于粮食作物生产是有机资源的必然出路之一。本研究旨在通过研究连续施用商品有机肥对水稻产量、氮磷钾利用率的影响，为有机肥在水稻上的推广应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

田间试验于江苏省南京市江宁区湖熟现代农业园区(31°48′41″N、119°55′30″E)进行，年降水量 1 116.3 mm，属北亚热带季风气候区，年均气温15.7 ℃，无霜期为224 d。试验田土壤为潜育型水稻土，质地为黏土。试验开始前0～20 cm土壤pH值为6.50，有机质含量27.46 g/kg，全氮含量 1.88 g/kg，有效磷含量15.88 mg/kg，速效钾含量154 mg/kg。供试水稻品种为本区域普遍种植的优质品种南粳46。供试化肥分别为含N 46.2%的中颗粒尿素和45%的复合肥(N、P2O5、K2O含量均为15%)，商品有机肥(含有机质31%、N 0.9%、P2O55.1%、K2O 3.1%)由南京三美农业发展有限公司提供。

1.2 试验设计

田间试验于2019—2021年开展，设连续不施肥、当年不施肥、常规施肥和商品有机肥部分替代化肥(替代25.0%的化肥氮)4个处理，大区设计，各处理以防渗水泥墙隔离，墙体入土50 cm、高出土表25 cm。各处理单排单灌，其面积、氮磷钾肥用量和氮肥运筹比例见表1。

表1 不同处理的氮磷钾肥用量和氮肥运筹

1.3 田间管理

基肥表施、旋耕、打浆后于当年6月初人工移栽，6月下旬追施分蘖肥，7月下旬至8月上旬追施穗肥。水分管理采用薄水移栽、浅水分蘖、够苗搁田、寸水扬花，抽穗后干湿交替。各处理病虫草害防治措施一致。

1.4 取样与分析

试验开始前取0～20 cm原始土样，2021年11月取各处理0～20 cm土壤样。每季水稻收获前，每个大区均匀布置3个取样点，每个取样点随机选择20穴，调查总有效穗数，随机选取20穗长势中等的稻株，齐地剪断，带回室内考查穗粒数和千粒质量，随后留样。土壤pH值用IQ-150型pH计测定，土壤有机质、全N、有效磷和速效钾含量测定参照鲍士旦的方法[7]测定。用凯氏滴定法测定植株全氮。

1.5 数据计算与统计

氮肥当季利用率和累积利用率分别以当年不施肥区和连续不施肥区的养分摄取量作为无氮区的近似估计值，按照公式(1)和公式(2)计算；氮肥当季农学效率和累积农学效率分别以当年不施肥区和连续不施肥区的籽粒产量作为无氮区的近似估计值，按照公式(3)和公式(4)计算；氮肥偏生产力和氮素收获指数按照公式(5)和公式(6)计算[8]。

氮肥当季利用率=(施肥区吸氮量-当年不施肥区吸氮量)/施氮量×100%；

(1)

氮肥累积利用率=(施肥区累积吸氮量-连续不施肥区累积吸氮量)/累积施氮量×100%；

(2)

氮肥当季农学效率=(施肥区籽粒产量-当年不施肥区籽粒产量)/施氮量；

(3)

氮肥累积农学效率=(施肥区累积籽粒产量-连续不施肥区累积籽粒产量)/累积施氮量；

(4)

氮肥偏生产力=籽粒产量/施氮量；

(5)

氮素收获指数=籽粒吸氮量/(籽粒吸氮量+秸秆吸氮量)；

(6)

采用IBM SPSS 19.0统计数据，用单因素方差分析比较平均值差异。

2 结果与分析

2.1 水稻产量和产量组成

由表2可见，水稻产量年际间变化较大，2021年由于花期遭遇高温，致使穗粒数和结实率大幅减少，产量明显下降。水稻产量组成因素单位面积穗数、穗粒数和千粒质量之间存在“此消彼长”的关系，有机肥部分替代化肥的第一年，单位面积穗数明显减少，但穗粒数和千粒质量都明显增加。与常规施肥比较，连续不施肥水稻产量第一年、第二年和第三年分别显著下降33.7%、49.1%和38.6%；而当季不施肥分别显著下降31.8%、33.3%和11.7%；表明连续2年不施肥对水稻产量的影响逐渐增加，而仅当季不施肥对水稻产量的影响相对稳定，正常条件下水稻产量约有66.7%～68.2%来自土壤；在遭遇自然灾害时不施肥和常规施肥的产量差异反而有所缩小，可能与不施肥下水稻生育期提前，避免高温扬花有关；也可能少部分与不施肥提高水稻抗逆能力有关。连续不施肥的第二年和第三年，水稻产量比当季不施肥显著减少23.8%和30.7%，表明施肥既是水稻获得高产的基础，也是维持地力产量的基础。商品有机肥部分替代化肥，第一年水稻产量比常规施肥略增2.7%，第二年略减2.6%，第三年增产1.1%，但产量差异均不显著，表明有机肥连续部分替代化肥可稳定水稻产量。

表2 不同施肥处理的水稻产量和产量组成

2.2 氮素吸收和分配

不同年际间的水稻吸氮量相对稳定(图1)，2019—2021年常规施肥的水稻吸氮量分别为208.4、198.5、199.5 kg/hm2。与常规施肥比较，连续不施肥第一年、第二年和第三年的水稻吸氮量分别占常规施肥的45.9%、36.3%和35.7%；而3年当季不施肥的水稻吸氮量分别占常规施肥的44.5%、55.7%和62.1%；有机肥部分替代化肥的水稻吸氮量连续3年均与常规施肥无显著差异。连续不施肥第二年和第三年， 氮素收获指数分别比当季不施肥显著降低8.0%和7.5%；而有机肥部分替代化肥与常规施肥比较，第一年的氮素收获指数非常接近，第二年略减2.1%，第三年显著降低9.3%。表明连续不施肥水稻吸氮量在第二年快速下降、第三年趋于稳定，有机肥部分替代化肥对水稻吸氮量的影响不显著；连续不施肥可明显降低氮素收获指数，有机肥部分替代化肥也有降低水稻氮素收获指数的趋势。

2.3 氮肥效率

由表3可见，不同年际间水稻氮肥当季利用率和农学效率差异较大，而氮肥累积利用率和农学效率相对稳定，不同年际间的氮肥偏生产力有显著差异。连续3年有机肥部分替代化肥处理的氮肥效率显著高于常规施肥；2019—2021年有机肥部分替代化肥的氮肥当季利用率分别比常规施肥提高11.6、3.4、9.4百分点，氮肥累积利用率分别提高11.2、9.4、11.5百分点，氮肥当季农学效率分别提高44.3%、25.5%和46.7%，氮肥累积农学效率分别提高43.8%、33.6%和34.1%，氮肥偏生产力分别提高37.0%、30.0%和34.6%。表明有机肥部分替代化肥可明显提高氮肥效率。

表3 不同施肥处理的氮肥效率

2.4 土壤肥力性状

由表4可见，不同处理的土壤pH值以连续不施肥的最高，与连续施肥比较，当年不施肥pH值下降0.14个单位，常规施肥pH值下降0.30个单位，有机肥部分替代化肥pH值下降0.58个单位，表明施肥尤其施用有机肥可加速土壤酸化。常规施肥和有机肥部分替代化肥处理的土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾都无显著差异，但都显著高于当年不施肥和连续不施肥，表明施肥有利于土壤有机质和养分积累。

表4 不同施肥处理的土壤理化性状

3 讨论与结论

作物吸收的养分大部分来自土壤[7]，对当季作物来说，施肥不仅是为作物生长提供养分的措施，还是补充土壤养分库亏缺的重要手段[9-10]。本研究中连续不施肥的水稻产量和土壤肥力均在第三年后快速下降，当年不施肥的水稻产量和土壤肥力在3年后的下降幅度较小，而常规施肥和有机肥部分替代化肥处理不仅可保持水稻高产稳产，还可使土壤肥力得到一定提高，与前人研究一致。

有机无机配合施用既可满足作物高产需求，又可保持土壤肥力稳定提升，同时还可提高肥料效率、减少环境污染[11-13]，本研究的结果也表明，采用商品有机肥部分替代化肥，可在水稻产量和养分吸收保持稳定的同时，其氮肥当季和累积效率都显著高于常规施肥。

综上所述，连续采用商品有机肥部分替代化肥能提高水稻产量、氮肥效率和土壤肥力性状。