有机肥替代化肥对机插水稻产量及氮素吸收利用的影响

张军 周冬冬 方书亮 刘忠红 王绪奎

（1 江苏省淮安市农业技术推广中心，淮安 223001；2 江苏省耕地质量保护站，南京 210036）

在农业生产中过量使用化肥，不仅会造成资源浪费，种植成本上升，还会带来土壤养分失衡、水体富营养化、土壤硝态氮大量累积等问题，从而严重影响我国农业的绿色可持续发展。有机肥部分替代化肥作为农业减肥增效的重要措施，在改善农田土壤理化性质、提高作物生产力、减轻环境污染等方面具有积极作用[1]。近年来，前人在不同作物上进行了有机肥部分替代化肥的相关研究，例如，左其东等[2]研究认为，有机氮肥替代40%的化学氮肥，对小麦的增产效果最好；赵凯男等[3]研究认为，秸秆和有机肥配合替代1/3 的氮磷钾化肥，不会降低冬小麦产量，反而会显著提高干旱年份夏玉米周年产量及水分利用效率；许仁良等[4]认为，合理施用有机肥可以提高土壤微生物的数量和活性，提高土壤有机质含量，进而增加水稻产量。

虽然有机肥无机肥混合施用能够提高土壤肥力，进而提高作物对养分的吸收和利用效率，但是，不同种植地区及不同作物的有机肥适宜替代化肥的比例不同。淮安市是江苏省水稻主产区，为实现水稻持续稳产增产，当地水稻生产中的化学氮肥施用量在不断增加，每667 m2纯氮施用量达25 kg 以上，这不仅降低了水稻的种植收益，还带来了面源污染，故减施化学氮肥、保护土壤生态成为当地水稻绿色生产的重要工作内容。在此背景下，笔者以当地大面积种植的优质食味粳稻品种为试验对象，通过设置不同替代比例的有机肥替代化肥处理，研究了有机肥替代化肥对机插水稻产量及氮素吸收利用的影响，以期探寻出淮安市水稻生产中有机肥替代化肥的最佳比例。现将相关试验结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2022年在淮安市淮阴区马头镇稻麦综合示范基地内进行。试验田前茬作物为小麦(每667 m2产量为508.6 kg)，土壤类型为淤泥质土，0～20 cm土层的土壤有机质含量为21.03 g/kg、全氮含量为1.85 g/kg、速效磷含量为45.26 mg/kg、速效钾含量为126.32 mg/kg。供试水稻品种为优良食味中熟中粳品种‘南粳5 7 1 8’（审定编号：苏审稻20210047）和‘南粳9308’（审定编号：苏审稻20210038），均由江苏省农业科学院育成并提供。供试肥料为商品有机肥（以发酵牛粪为主要原料，N、P2O5、K2O 含量分别为1.8%、2.1%、2.8%，质量分数，下同）、尿素(N含量为46.4%)、过磷酸钙(P2O5含量为12.5%)、氯化钾(K2O 含量为57%)，由扬州大学统一提供。

1.2 试验设计

试验采用“有机肥+化肥”配施的施肥模式，即在纯氮施用量相同的条件下（每667 m2纯氮施用量为20 kg），采用有机肥氮部分替代化肥氮。具体处理设计为：T0，不施氮肥对照（CK）；T1，当地常规施肥，只施化肥氮，不施有机肥氮；T2，有机肥氮20%替代化肥氮；T3，有机肥氮30%替代化肥氮；T4，有机肥氮40%替代化肥氮。试验为大区试验，不设重复，每处理区面积为1 000.5 m2，随机排列。每个处理区之间筑35 cm 宽的土埂并覆盖薄膜，以防串肥串水。

具体肥料运筹方案为：（1）氮肥。基蘖肥纯氮施用量∶穗肥纯氮施用量=6∶4，其中，有机肥一次性基施，分蘖肥分别于水稻秧苗机插后第7 天和第12天分两次等量施入，穗肥于水稻植株倒4叶和倒3叶分两次等量施入。各处理的氮肥根据试验设计进行换算后分别施入。（2）磷钾肥。各处理磷钾肥施用量相同，均为每667 m2施P2O56 kg、K2O 6 kg，各处理的磷钾肥根据试验设计进行换算后分别施入。其中，磷肥作基肥一次性施入，钾肥分基肥和穗肥(倒4叶)两次等量施入。

两个水稻品种的各处理均于2022年5月25日进行塑料软盘播种旱育秧，干籽播种量为120 g/盘。试验田前茬小麦秸秆经机械粉碎后全量还田(每667 m2秸秆还田量为453 kg)，还田后进行翻耕并灌水泡田2 d，然后进行再次翻耕。各处理区筑埂后施基肥，并进行人工翻耕整平，确保秸秆还田均匀。在6 月22 日进行秧苗机插，栽插规格统一为30 cm×12 cm，每穴栽4～5 苗，每667 m2栽8.1 万苗。移栽后大田保持深3 cm 左右的浅水层；在有效分蘖临界叶龄期、群体茎蘖数达到预期穗数80%时，开始搁田，分多次轻搁；在拔节至成熟期进行湿润灌溉，至收获前1周停止灌溉。病虫草害防治依据当地水稻常规生产统一实施绿色防控。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 产量及产量构成

在水稻成熟期，每处理普查50 穴，计算单位面积有效穗数；每处理取样5 穴，调查穗粒结构，并计算理论产量；各处理实割6 m2水稻进行实际产量测定。

1.3.2 茎蘖动态

每处理定点10 穴作为1 个观察点，分别在水稻植株有效分蘖临界叶龄期[（N-n)期]、拔节期、抽穗期和成熟期调查群体茎蘖数。

1.3.3 群体叶面积指数、群体干物质量和植株含氮率

在水稻（N-n）期、拔节期、抽穗期和成熟期，每处理取代表性植株3穴。其中，1穴样本采用长宽系数法测定并计算群体叶面积指数（LAI）；另外2穴样本在105 ℃下杀青30 min、80 ℃烘箱烘至质量恒定后，测定群体干物质量。在水稻成熟期，全株样品粉碎采用H2SO4-H2O2消化、半微量凯氏定氮法测定植株含氮率。

1.4 数据计算与统计分析

计算公式：氮肥生理利用率（kg/kg）=（施氮区产量-不施氮区产量)÷(施氮区地上部植株氮累积量-不施氮区地上部植株氮累积量）；氮素收获指数=籽粒氮累积量÷地上部植株总氮累积量；氮肥农学利用率（kg/kg）=（施氮区产量-不施氮区产量)÷总施氮量。

用Excel 2010 软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 产量及其构成因素

由表1可知，有机肥替代化肥不同比例对优质食味粳稻的产量有较大影响，在替代比例相同时，‘南粳5718’的实际产量高于‘南粳9308’。随着有机肥替代化肥比例的增加，两个水稻品种不同处理的实际产量均表现为先增加后减少，即两个水稻品种的实际产量均表现为处理T2 ＞处理T1 ＞处理T3 ＞处理T4 ＞处理T0。其中，处理T2 的水稻实际产量比处理T1 增加0.37%～1.01%，两处理间实际产量差异不大，但均明显高于其他处理。随着有机肥替代化肥比例的增加，两个水稻品种不同处理的结实率和千粒质量大体上均呈逐渐增加的趋势（‘南粳5718’处理T3的结实率和处理T4的千粒质量除外），两个水稻品种均以处理T4 的结实率和千粒质量最高，但均低于处理T0，说明有机肥施用量越多，越有利于水稻后期的籽粒灌浆充实。随着有机肥替代化肥比例的增加，两个水稻品种不同处理的有效穗数均呈逐渐降低的趋势，每穗粒数均呈先增加后降低的趋势。经分析，这可能是因为在水稻秧苗移栽至大田后，还田的小麦秸秆腐烂分解，出现与水稻生长“争氮”的现象，有机肥替代化肥比例较低的处理能满足水稻生长需求，而替代比例较高的处理化肥施用量少，无法满足水稻分蘖生长的营养需求，导致有效穗数减少；同时，虽然‘南粳9308’的有效穗数多于‘南粳5718’，但是‘南粳5718’的每穗粒数明显多于前者，这也是‘南粳5718’的产量高于同处理‘南粳9308’的主要原因。以上结果表明，用有机肥适量替代化肥，能够增加水稻的有效穗数和每穗粒数，且能获得较高的结实率和千粒质量，从而确保水稻实际产量达到甚至超过当地常规施肥水稻的实际产量。

表1 不同施肥处理对优质粳稻产量及产量构成的影响

2.2 群体茎蘖动态和成穗率

由表2可知，两个水稻品种不同处理的群体茎蘖动态变化规律基本一致。在同一生育期（移栽期除外），随着有机肥替代化肥比例的增加，两个水稻品种不同处理的群体茎蘖数均呈逐渐降低的趋势，成穗率均呈逐渐增加的趋势，其中以处理T4 的成穗率最高；随着水稻生育进程的推进，各处理水稻均于拔节期达到高峰苗数。以上结果说明，在小麦秸秆全量还田的条件下，有机肥替代化肥的比例增加，不利于水稻前期迅速增加群体茎蘖数，虽然最终成穗率较高，但是有效穗数较少，难以形成较高的群体茎蘖数。

表2 不同施肥处理对优质粳稻群体茎蘖动态的影响

2.3 群体叶面积指数

由图1 可知，在（N-n）期、拔节期，随着有机肥替代化肥比例的增加，两个水稻品种不同处理的群体叶面积指数均呈逐渐降低的趋势；在抽穗期，两个水稻品种不同处理的群体叶面积指数均达最大值，随着有机肥替代化肥比例的增加，两个水稻品种不同处理的群体叶面积指数均呈先增加后减小的趋势；在成熟期，随着有机肥替代化肥比例的增加，两个水稻品种不同处理的群体叶面积指数均呈先增加后减小的趋势，具体表现为处理T2 ＞处理T3 ＞处理T4 ＞处理T1 ＞处理T0。以上结果说明，用有机肥适量替代化肥，水稻生长后期的营养供应更为充足，叶片的光合功能有所增强，这也验证了前面的有机肥替代化肥处理的结实率和千粒质量高于常规施肥的结论。

图1 不同施肥处理对优质粳稻群体叶面积指数的影响

2.4 群体干物质积累

由表3 可知，在（N-n）期、拔节期，由于常规施肥的基肥中化学氮施用量较多，故群体干物质积累较快，两个水稻品种处理T1 的群体干物质积累量均明显高于有机肥替代化肥处理；在水稻拔节后，处理T2的群体干物质量增加较快，在抽穗期和成熟期，两个水稻品种的群体干物质量均表现为处理T2＞处理T1 ＞处理T3 ＞处理T4 ＞处理T0。以上结果说明，用有机肥适量替代化肥，有利于增加水稻后期的群体干物质量。

表3 不同施肥处理对优质粳稻群体干物质量的影响

2.5 氮素吸收利用

由表4可知，有机肥替代化肥不同比例对优质食味粳稻的氮素吸收量和氮素利用率有显著影响。‘南粳9308’和‘南粳5718’处理T0 的每667 m2总吸氮量分别为9.82 kg 和10.03 kg。随着有机肥替代化肥比例的增加，两个水稻品种不同处理的氮肥生理利用率、氮素收获指数、氮肥农学利用率、氮素吸收利用率均呈先增加后降低的趋势，各指标均以处理T2 最高，氮肥生理利用率达43.17～44.39 kg/kg。以上结果说明，用有机肥适量替代化肥，不仅可以提升水稻氮素吸收量，还可以有效提升氮素利用率。

表4 不同施肥处理对优质粳稻氮素吸收利用的影响

3 结论与讨论

有机肥与无机肥配施是当前水稻绿色栽培的主推施肥模式之一，该施肥模式不仅可以满足水稻生长对养分的需求，增加产量，还可以改善土壤理化性状，丰富土壤细菌群落结构，提升地力水平，进而实现水稻生产的绿色可持续。许丹阳等[5]的研究结果表明，在纯氮施用量相同的条件下，在水稻生产中以合理比例的有机肥替代化肥，有利于提高结实率，增加有效穗数，其中以有机肥替代25%化肥处理的水稻产量最高，比单施化肥的水稻增产9.06%；马顺圣等[6]在纯氮施用量相同的条件下，比较了不同比例有机肥氮替代化肥氮对水稻产量的影响，结果显示，与当地常规施肥相比，有机肥氮替代化肥氮能够有效提高水稻产量，以有机肥氮替代10%化肥氮和有机肥氮替代4 0% 化肥氮的增产效果较为明显；刘守龙等[7]的研究结果表明，短期施用有机肥，水稻产量降低，而长期连续施用有机肥的水稻产量可达到甚至超过化肥处理。本试验结果表明，在纯氮施用量相同的条件下，与仅施化肥处理相比，有机肥替代20%化肥处理的水稻增产0.36%～1.01%，而有机肥替代30%化肥处理和有机肥替代40%化肥处理的水稻产量却有所降低，这可能是因为试验设置的施氮水平低于当地常规稻田20%左右，有机肥全部基施，前茬小麦秸秆还田后腐烂分解与水稻生长“争氮”，从而导致水稻群体茎蘖数量不足，最终有效穗数及干物质量低。

刘汝亮等[8]的研究结果表明，有机氮肥与无机氮肥配施，不仅减少了氮素淋失，还显著提高了氮肥利用率；刘红江等[9]的研究结果表明，在水稻生产中，有机肥替代50%化肥，能够提高水稻氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率、氮肥偏生产力，但氮肥吸收利用率偏低。本试验结果表明，随着有机肥替代化肥比例的增加，两个水稻品种不同处理的氮肥生理利用率、氮素收获指数、氮肥农学利用率、氮素吸收利用率均呈先增加后降低的趋势，各指标均以有机肥替代20%化肥处理最高。但是，有机肥替代化肥处理的氮素吸收利用率与常规施肥处理差异不大，均在40%以下，说明本试验设置的每667 m2纯氮施用量为20 kg 的施氮水平仍然偏高，下一步应开展不同施氮水平下的不同有机肥替代化肥的综合试验，以探明当地有机肥替代化肥的最佳比例。