陶玥玥，金梅娟，湯云龍，朱興連，陸長(zhǎng)嬰，王海候，施林林，周新偉，沈明星

?

水生植物堆肥替代部分氮肥提高水稻產(chǎn)量與稻田土壤肥力

陶玥玥1,2，金梅娟1,2，湯云龍3，朱興連1,2，陸長(zhǎng)嬰1,2，王海候1,2，施林林1,2，周新偉1,2，沈明星1,2※

（1. 江蘇太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/蘇州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，蘇州 215155；2. 農(nóng)業(yè)部蘇州水稻土生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站，蘇州 215155； 3. 揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，揚(yáng)州 225009）

為評(píng)價(jià)太湖流域水生植物堆肥對(duì)水稻產(chǎn)量及稻田土壤肥力效應(yīng)，在太湖流域典型稻田連續(xù)進(jìn)行4a的田間定位試驗(yàn)，比較在等氮條件下不同比例的水生植物有機(jī)堆肥替代處理（有機(jī)氮替代率分別為0、20%、40%、60%、80%和100%）引起的水稻籽粒產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因子、氮磷鉀吸收量以及土壤碳氮含量和pH值變化。結(jié)果表明：與單施尿素相比，水生植物有機(jī)堆肥與尿素配施利于水稻產(chǎn)量的提高，并隨著有機(jī)肥替代率增加，水稻產(chǎn)量呈先增后降；當(dāng)有機(jī)肥替代率達(dá)40%和60%時(shí)產(chǎn)量最高。單施有機(jī)肥和單施尿素處理水稻籽粒產(chǎn)量相當(dāng)。單施有機(jī)肥顯著降低了有效穗數(shù)，有機(jī)肥和尿素配合施用則可減輕甚至消除這一效應(yīng)；有機(jī)肥替代率在40%和60%時(shí)，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率均較高。隨著有機(jī)肥施用量增加，水稻秸稈氮濃度降低，籽粒氮濃度無影響；水稻磷濃度和吸收量均無顯著差異；有機(jī)肥與尿素配施均顯著提高了秸稈鉀吸收量，有機(jī)肥替代率在80%時(shí)可顯著提高籽粒鉀吸收量。表層土壤全氮和有機(jī)碳含量及土壤pH值均與有機(jī)肥替代率呈顯著正相關(guān)關(guān)系。有機(jī)肥-尿素配施處理下土壤全氮和有機(jī)碳均較4 a前顯著提高。有機(jī)肥替代率為80%和100%，土壤pH值較試驗(yàn)前土壤分別顯著升高。由此可見，水生植物有機(jī)肥與尿素配施可以提高太湖稻作區(qū)水稻產(chǎn)量，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和減緩?fù)寥浪峄潭?，可作為太湖稻作區(qū)一項(xiàng)環(huán)保型施肥技術(shù)。

氮；土壤；肥料；太湖地區(qū)；水稻產(chǎn)量；養(yǎng)分吸收

0 引 言

太湖稻作區(qū)是中國(guó)水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)地區(qū)之一，同時(shí)也是氮肥施用量較高地區(qū)。據(jù)調(diào)查，太湖流域水稻季平均施氮量為352 kg/hm2，過量施氮（360～450 kg/hm2）和極端過量施氮（超過450 kg/hm2）占39.9%[1-2]。施用化肥是保證水稻產(chǎn)量的主要途徑，化肥氮對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)達(dá)到30%～50%[3]。然而過量施用化學(xué)氮肥不僅浪費(fèi)資源，還是引起大氣氮沉降和土壤酸化的重要因素之一[4-5]。太湖稻作區(qū)持續(xù)過量的化學(xué)氮肥施用造成該地區(qū)肥效過低、地下水污染和地表水富營(yíng)養(yǎng)化等，導(dǎo)致一系列的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)問題。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中減少化肥施用對(duì)農(nóng)業(yè)土壤可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有重要意義。農(nóng)業(yè)部在《全國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015-2030年）》中明確提出了“十三五”規(guī)劃內(nèi)化肥施用量零增長(zhǎng)的目標(biāo)。

配合施用有機(jī)肥利于作物氮肥利用率的提高，是化學(xué)氮肥減量技術(shù)之一。有機(jī)肥施用對(duì)水稻生長(zhǎng)特征、產(chǎn)量形成和養(yǎng)分吸收等前人已做了大量研究，基本明確了有機(jī)無機(jī)肥配施結(jié)合了化肥速效性和有機(jī)肥持久性的優(yōu)點(diǎn)，有利于作物氮肥利用率的提高；在保持作物穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的同時(shí)，還能明顯改善土壤生產(chǎn)力[6-7]。已有研究主要集中于以畜禽糞便類有機(jī)肥為研究對(duì)象，而碳氮型完全不同的植物物料有機(jī)肥研究鮮有報(bào)道。此外，在太湖流域水體凈化技術(shù)集成體系中，水生植物原位凈化技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便和景觀等優(yōu)勢(shì)，取得了明顯生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境效益，已成為具有前景的富營(yíng)養(yǎng)化水體養(yǎng)分有效攔截與凈化技術(shù)之一[8]。但是，水生植物殘?bào)w含有豐富氮磷鉀養(yǎng)分，若后期處理不當(dāng)易造成二次污染[9]。采用高溫好氧堆肥的方法，可回收利用水體凈化植物殘?bào)w養(yǎng)分[9]，減少農(nóng)田化學(xué)氮肥施用。然而，有關(guān)水生植物有機(jī)肥對(duì)水稻籽粒產(chǎn)量與土壤養(yǎng)分的影響尚不明確。

本文主要以水生植物堆制有機(jī)肥為研究對(duì)象，在太湖稻作區(qū)實(shí)施了4 a田間定位試驗(yàn)，解析水生植物有機(jī)肥與尿素的不同配施比例對(duì)水稻產(chǎn)量形成、養(yǎng)分利用和土壤性質(zhì)的影響。為減少太湖稻作區(qū)化學(xué)肥料施用，強(qiáng)化太湖流域水體凈化植物循環(huán)利用技術(shù)，促進(jìn)農(nóng)田-水體生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分高效循環(huán)，提供必要的理論依據(jù)；對(duì)太湖地區(qū)提升農(nóng)田生產(chǎn)力也具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

本試驗(yàn)于2012-2015年在江蘇省蘇州市望亭鎮(zhèn)項(xiàng)路村農(nóng)業(yè)示范園內(nèi)（31°25′N，120°26′E）進(jìn)行，試驗(yàn)地點(diǎn)位于長(zhǎng)江三角洲太湖平原，屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量約1 100 mm，年平均溫度約15.7 ℃，年日照時(shí)數(shù)在2 000 h以上，年無霜期在230 d以上，種植制度為水稻、小麥復(fù)種輪作。供試土壤為黃泥土，試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)請(qǐng)見表1。

表1 試驗(yàn)地點(diǎn)土壤基本性質(zhì)（2012，0～20 cm）

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按有機(jī)肥（簡(jiǎn)寫為“M”）和尿素（簡(jiǎn)寫為“U”）配施比例，田間試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，稻季總施氮（N）量均為270 kg/hm2。按施入純氮量計(jì)算，有機(jī)肥替代率分別為0、20%、40%、60%、80%和100%，每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為21 m2（7 m×3 m），各小區(qū)以埂隔開，用農(nóng)膜包埂。

供試水稻品種為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)品種“蘇1331”（2012－2014年）和“武運(yùn)粳23”（2015年），根據(jù)當(dāng)年氣象條件一般在4月底至5月初育秧，在4.5～5葉齡時(shí)移栽，移栽規(guī)格為14.0 cm×30.0 cm，水稻大田生育期為6月中下旬至11月上旬。水生植物有機(jī)肥采用項(xiàng)目組自行堆制的伊樂藻有機(jī)肥，將脫水伊樂藻渣與含水率約20%的粉碎水稻秸稈（長(zhǎng)度約3 cm）按質(zhì)量比4:1混勻后，經(jīng)高溫好氧發(fā)酵堆制50 d，發(fā)酵過程中最高溫度達(dá)65 ℃，并且50 ℃以上高溫持續(xù)約21 d，符合無害化要求。根據(jù)常規(guī)農(nóng)化分析方法，2012－2015年試驗(yàn)用水生植物有機(jī)肥的氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為（23.3±0.9）、（9.5±0.5）、（31.4±2.7）和（253±18）g/kg。水生植物有機(jī)肥作基肥一次性施用。化學(xué)氮肥采用尿素，在水稻生育期分3次施用，50%作基肥，25%作分蘗肥，25%作穗肥。單施尿素處理，磷鉀肥施用方法如下：磷肥為過磷酸鈣，施用量P2O56 kg/hm2，均作基肥；鉀肥為氯化鉀，施用量K2O 150 kg/hm2，其中50%為基肥，50%為穗肥。施用有機(jī)肥處理，不再施用化學(xué)磷肥與鉀肥。各試驗(yàn)處理2012－2015年平均肥料施入量詳見表2。試驗(yàn)期間均在水稻在分蘗末期至幼穗分化始期進(jìn)行擱田，視水稻生長(zhǎng)情況擱田期約持續(xù)半個(gè)月，基本在7月29日至8月17日，其余時(shí)期保持淺水層約3 cm，至收割前10 d停止灌水。病蟲草害防治等其他田間管理措施均相同。

表2 各試驗(yàn)處理下每年稻季平均養(yǎng)分投入量（2012－2015）

注：M-有機(jī)肥，U-尿素，數(shù)字表示相應(yīng)施氮量占總施氮量百分比。

Note: M-aquatic plant compost, U-urea, the number indicates the percentage of corresponding fertilizer accounted for the total N.

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 籽粒產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因子測(cè)定

在水稻成熟期，各小區(qū)隨機(jī)調(diào)查50穴植株的穗數(shù)，根據(jù)調(diào)查的平均穗數(shù)取代表性植株10穴用于測(cè)定水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子，隨后各小區(qū)收獲3個(gè)2 m2用于測(cè)定水稻籽粒產(chǎn)量。將水稻植株樣品分成秸稈和籽粒，調(diào)查每平方米有效穗數(shù)（productive tiller, PT），四分法選取100 g籽粒風(fēng)干樣品用于測(cè)定穗粒數(shù)（spikelets per panicle, SP），用水漂法[10]區(qū)分飽粒（沉入水底者）和空癟粒，計(jì)算穗實(shí)粒數(shù)（grains per panicle, GP）、結(jié)實(shí)率（percentage of filled grains, PFG, 穗實(shí)粒數(shù)/穗粒數(shù)×100 %）和千粒質(zhì)量（thousand grain weight, TGW）。

1.3.2 植株養(yǎng)分含量測(cè)定

將成熟期植株樣品按秸稈和籽粒分開，105 ℃下殺青20 min 后繼續(xù)在75 ℃烘至恒定質(zhì)量，分別測(cè)定籽粒和秸稈干物質(zhì)質(zhì)量；植株樣品經(jīng)粉碎機(jī)（FZ102，天津泰斯特）粉碎后，過60目篩用于測(cè)定植株氮、磷和鉀含量。植株養(yǎng)分分析方法：H2SO4-H2O2消煮，采用凱氏定氮法測(cè)定氮素含量，采用鉬銻抗比色法測(cè)定磷含量[11]，用火焰光度計(jì)法測(cè)定鉀含量，并分別計(jì)算植株籽粒和秸稈氮、磷和鉀的累積量。

1.3.3 土壤樣品采集與測(cè)定

試驗(yàn)開始前（2012年5月）和4 a試驗(yàn)后（2015年11月）采集0～20 cm深度土壤，各小區(qū)均按照“S”形采取5個(gè)點(diǎn)作1個(gè)混合樣品。帶回實(shí)驗(yàn)室后，自然風(fēng)干后粉碎分別過20目和100目篩，根據(jù)常規(guī)農(nóng)化分析方法測(cè)定土壤理化性質(zhì)。土壤有機(jī)碳采用鉻酸氧化法，土壤全氮采用H2SO4+混合催化劑消解-凱氏定氮法，有效磷用0.5mol/L NaHCO3浸提-鉬銻比色法[11]，速效鉀采用1.0mol/L NH4OAc浸提-火焰光度計(jì)法，土壤和去離子水按1:2.5浸提后，用pH計(jì)測(cè)定土壤pH值。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用SAS 9.2[12]的GLM過程進(jìn)行完全隨機(jī)方差分析。雙因素方差分析模型包括年份（Year）、施肥（Fertilization.）以及年份×施肥的交互作用。用最小二乘法（LSD）在0.05水平下進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。采用Origin 8.0軟件進(jìn)行作圖。

根據(jù)下列公式計(jì)算植株地上部養(yǎng)分吸收量與養(yǎng)分收獲指數(shù)等指標(biāo)：

吸氮量（upt，kg/hm2）=氮含量（con, g/kg）×干物質(zhì)量（kg/hm2）/1 000

吸磷量（upt，kg/hm2）= 磷含量（con, g/kg）×干物質(zhì)量（kg/hm2）/1 000

吸鉀量（upt，kg/hm2）= 鉀含量（con, g/kg）×干物質(zhì)量（kg/hm2）/1 000

氮素收獲指數(shù)（NHI，%）= 成熟期籽粒中氮積累量/成熟期地上部總氮積累量×100%

磷素收獲指數(shù)（PHI，%）=成熟期籽粒中磷積累量/成熟期地上部總磷積累量×100%

鉀素收獲指數(shù)（KHI，%）=成熟期籽粒中鉀積累量/成熟期地上部總鉀積累量×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥替代率對(duì)水稻籽粒產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表3可以看出，年份和氮肥均顯著影響水稻產(chǎn)量，并且年度間氮肥施用存在顯著交互作用。等氮條件下，與單施化肥（M0U100）相比，2012年有機(jī)肥配施處理水稻產(chǎn)量無顯著差異，但單施有機(jī)肥（M100U0）顯著降低了水稻產(chǎn)量。2013－2015年，隨著有機(jī)肥配施比例的增加，水稻產(chǎn)量呈先增后降的趨勢(shì)；當(dāng)有機(jī)肥替代率在40%（M40U60）和60%（M60U40）時(shí)，水稻產(chǎn)量達(dá)到最高；但2015年處理間差異均不顯著。從水稻4 a平均產(chǎn)量來看，當(dāng)有機(jī)肥替代量在40%（M40U60）和60%（M60U40）時(shí)，水稻籽粒產(chǎn)量達(dá)到最高值，比單施化肥處理分別顯著增加了14.4%和11.3 %（<0.05）。圖1也表明，水稻4 a累積產(chǎn)量與有機(jī)肥施用比例呈顯著的一元二次曲線關(guān)系（<0.01）；與單施化肥相比，隨著有機(jī)肥配施比例增加，施用有機(jī)肥的增產(chǎn)效應(yīng)先增后降。

從表4可以看出，有機(jī)肥與尿素不同配施比例下水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子也表現(xiàn)出一定的差異。四年試驗(yàn)期間，有機(jī)肥替代率高于80%時(shí)顯著降低了有效穗數(shù)，2012年有機(jī)肥替代率為80%（M80U20）和100%（M100U0）時(shí)，有效穗數(shù)比單施化肥分別顯著降低了10.4%和11.2%（<0.05）。4 a試驗(yàn)期間其它配施處理與單施化肥處理有效穗數(shù)均無顯著差異。有機(jī)肥與尿素配合施用一定程度上利于穗粒數(shù)的提高?？傮w而言，結(jié)實(shí)率隨著有機(jī)肥替代率升高呈增加趨勢(shì)，有機(jī)肥替代率在80%（2015年）和100%時(shí)結(jié)實(shí)率顯著高于單施化肥，千粒質(zhì)量顯著高于單施化肥處理（2014－2015年）。

表3 有機(jī)肥和尿素不同配施比例下水稻籽粒產(chǎn)量（2012－2015）

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著；<0.05。雙因素方差分析，***表示方差分析達(dá)到<0.001水平，*表示方差分析達(dá)到<0.05顯著水平。

Note: Different lowercase numbers indicate significant difference between treatment;<0.05.<0.001: ***;<0.05: *.

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著，P<0.05；M20、M40、M60、M80、M100分別代表有機(jī)肥替代率為20%、40%、60%、80、100%。**表示方差分析達(dá)到P<0.01水平。

表4 有機(jī)肥與尿素不同配施比例下水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子（2012-2015）

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著，<0.05。

Note: Different lowercase number indicate significant difference between treatment;<0.05.

2.2 有機(jī)肥替代率對(duì)成熟期水稻養(yǎng)分吸收的影響

各處理下成熟期籽粒氮濃度均無顯著差異，但單施有機(jī)肥下秸稈氮濃度顯著低于單施化肥；氮素吸收量與氮濃度表現(xiàn)一致；氮素收獲指數(shù)無顯著差異（圖3 a, b, c）。水稻對(duì)磷素吸收處理間差異不顯著（圖3d, e, f）。與單施化肥相比，有機(jī)肥替代率在80%下籽粒鉀濃度和鉀吸收量顯著高于對(duì)照；有機(jī)肥替代率在40%和60%時(shí)秸稈中鉀濃度顯著高于對(duì)照，并有機(jī)肥與尿素配施均顯著提高秸稈鉀吸收量；鉀收獲指數(shù)無顯著差異（圖3 g, h, i）。

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著；P<0.05。ns表示處理間差異不顯著。

2.3 有機(jī)肥替代率對(duì)水稻土壤養(yǎng)分的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是維持土壤肥力的重要基礎(chǔ)物質(zhì)。連續(xù)4a不同比例有機(jī)肥配施下，土壤表層全氮含量、有機(jī)碳含量和土壤pH值均與有機(jī)肥的替代率呈顯著正相關(guān)關(guān)系（<0.05），隨著有機(jī)肥替代率增加而增加（圖4）。與試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)性質(zhì)相比，有機(jī)肥替代率高于60%時(shí)，土壤pH值基本不變或升高，有機(jī)肥替代率低于60%時(shí)，土壤pH值明顯降低（圖4c）。各處理下表層土壤全氮含量和有機(jī)碳含量均較原始土壤升高（圖4a, b）。與單施化肥相比，配合施用水生植物有機(jī)肥利于提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，同時(shí)減緩?fù)寥浪峄潭龋喾实亓?。有機(jī)肥與尿素配施處理下土壤全氮較4 a前顯著提高了18.3%～57.9%；有機(jī)碳較4 a前顯著提高了14.9%～29.8%，增幅顯著高于單施化肥。有機(jī)肥替代率為80%和100%，土壤pH值較試驗(yàn)前土壤分別顯著升高了4.3%和6.2%。

注：圖中虛線表示土壤背景值；***表示達(dá)到P<0.001水平；**表示達(dá)到P<0.01水平。

3 討 論

3.1 水生植物有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量形成與養(yǎng)分吸收的影響

大量研究已表明，在肥力較低的土壤上，單一施用無機(jī)肥可為作物生長(zhǎng)快速提供必需的礦質(zhì)養(yǎng)分，而有機(jī)肥中養(yǎng)分主要以緩效態(tài)存在，速效養(yǎng)分釋放速率慢，難以及時(shí)滿足作物生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致試驗(yàn)前期水稻產(chǎn)量低于單施化肥處理[13-14]。然而，在本研究中，試驗(yàn)第1年，與單施化肥相比，配施有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量無顯著影響；僅當(dāng)有機(jī)肥替代率100%時(shí)產(chǎn)量顯著降低（表1）。這主要?dú)w因于試驗(yàn)地區(qū)土壤條件，試驗(yàn)點(diǎn)土壤屬于典型潛育性水稻土，土壤肥沃，質(zhì)地偏黏，具有較高的土壤肥力[15]。同時(shí)太湖地區(qū)水稻種植夏季，溫度與濕度均較高利于土壤和有機(jī)肥養(yǎng)分釋放。從4 a累積產(chǎn)量來看，有機(jī)肥替代率在40%和60%時(shí)顯著提高了水稻產(chǎn)量，分別增產(chǎn)14.4%和11.3%（圖1），其余處理與單施化肥處理差異不顯著。

從產(chǎn)量構(gòu)成要素角度考慮，水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子包括有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量[16]，它們形成和決定于水稻生長(zhǎng)周期的不同生育階段[17]?？傮w上，本研究中有機(jī)肥替代率在20%～60%下有效穗數(shù)與單施尿素處理并無顯著差異，說明該有機(jī)肥配施處理在前期的氮素供應(yīng)能力基本能滿足水稻分蘗期氮素需求。同時(shí)，2014－2015年，有機(jī)肥替代率在40%和60%一定程度上促進(jìn)了穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率的增加（表2），而穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率主要由水稻生殖生長(zhǎng)期的營(yíng)養(yǎng)狀況決定[18-19]。因此，該有機(jī)肥配施比例下，肥料中礦質(zhì)養(yǎng)分和有機(jī)養(yǎng)分的釋放既滿足了水稻前期生長(zhǎng)需求，又具有養(yǎng)分持久釋放的能力，從而協(xié)調(diào)了產(chǎn)量構(gòu)成因子和促進(jìn)了水稻籽粒產(chǎn)量提升[20]。然而，有機(jī)肥替代率為100%時(shí)，4 a研究期間有效穗數(shù)均顯著最低，說明水稻植株生長(zhǎng)前期氮素需求收到脅迫進(jìn)而限制產(chǎn)量的提升，這與前人研究關(guān)于畜禽糞便類有機(jī)肥表現(xiàn)結(jié)果基本一致[20-22]。

此外，本研究也表明施用水生植物有機(jī)肥不僅降低了農(nóng)田化學(xué)氮肥施用量，還減少了化學(xué)磷肥和鉀肥施用。有機(jī)肥處理雖未施用磷鉀化學(xué)肥料，但其水稻磷濃度以及吸收量與單施化肥差異不顯著（圖3d, e），且有機(jī)肥配施處理秸稈鉀吸收量顯著高于單施尿素處理（圖3h）。一方面，本研究中水生植物有機(jī)肥中鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高（表2），另一方面，也可能由于有機(jī)肥的施入能增加土壤微生物活性，在水稻生育前期對(duì)養(yǎng)分的需求量不大的情況下，使得更多的養(yǎng)分被固持，而隨作物生長(zhǎng)的進(jìn)行，被固持養(yǎng)分在中后期大量被釋放，從而提高后期養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)量。

3.2 水生植物有機(jī)肥對(duì)土壤碳氮及pH值的影響

農(nóng)田土壤退化是全球農(nóng)業(yè)面臨的嚴(yán)峻問題，合理增施有機(jī)肥是提高土壤質(zhì)量的一條重要措施[23-24]。糧食產(chǎn)量的增加與土壤有機(jī)質(zhì)關(guān)系十分密切[25-27]。一般認(rèn)為，長(zhǎng)期配施有機(jī)肥，可以促進(jìn)土壤有機(jī)碳快速積累[28]。徐明崗等[29]研究表明，化肥-豬糞有機(jī)肥配施和單施豬糞有機(jī)肥條件下，土壤有機(jī)質(zhì)含量較5 a前分別顯著提高了18.5%和37.1%，增加幅度顯著高于單施化肥處理（6.5%）。本試驗(yàn)中，針對(duì)水生植物有機(jī)肥，結(jié)果同樣表明，單施化肥處理土壤有機(jī)碳含量較4 a前顯著提高了4.1%，而有機(jī)肥-尿素配施處理顯著提高了14.9%～29.8%，單施有機(jī)肥處理顯著增幅為40.8%（圖4）。有機(jī)肥-尿素配施處理土壤全氮較4 a前顯著提高了18.3%～32.4%，顯著高于單施化肥處理（7.9%）。長(zhǎng)期大量施用化肥還會(huì)出現(xiàn)土壤中某些大量元素（如鎂、鋅等）和微量元素缺乏，不利于土壤碳氮庫(kù)的平衡而影響作物-土壤系統(tǒng)生產(chǎn)力[30]。

長(zhǎng)期大量施用化肥也是造成農(nóng)田土壤酸化的重要原因之一[4-5]，本研究中發(fā)現(xiàn)，隨著有機(jī)肥配施量的增加，土壤pH值提高，其中當(dāng)有機(jī)肥替代率為0和20%時(shí)，土壤pH值較4 a前顯著降低了0.5個(gè)單位，當(dāng)有機(jī)肥替代率在40%～60%時(shí)，土壤pH值較4 a前基本維持不變，當(dāng)有機(jī)肥替代率在80%～100%時(shí)，土壤pH值較4 a前顯著上升0.3～0.4個(gè)單位（圖4c）。因此，配施一定比例的水生植物有機(jī)肥不僅能有效增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，還可緩解土壤酸化，從而在增強(qiáng)土壤功能和持續(xù)增產(chǎn)等方面發(fā)揮重要作用。

綜合本試驗(yàn)結(jié)果，目前在太湖稻作區(qū)，利用水生植物堆制的有機(jī)肥不僅可減少化學(xué)肥料施用，還可促進(jìn)水稻產(chǎn)量提升和土壤肥力維持，不失為一種資源節(jié)約和環(huán)境友好的施肥技術(shù)。然而，因受經(jīng)濟(jì)及勞動(dòng)成本限制，目前不易大規(guī)模推廣，相信隨著未來農(nóng)業(yè)集約化程度提高，以及農(nóng)業(yè)資源廢棄物的利用技術(shù)不斷更新，水生植物有機(jī)肥的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用有較大潛力成為太湖稻區(qū)有機(jī)肥利用的重要方向之一。

4 結(jié) 論

1）隨著有機(jī)肥配施比例增加，水稻產(chǎn)量呈現(xiàn)先增后降；當(dāng)有機(jī)氮肥代率在40%和60%時(shí)，水稻產(chǎn)量較單施化肥分別顯著增產(chǎn)14.4%和11.3 %。隨著有機(jī)肥配施比例增加，水稻秸稈氮濃度降低，籽粒氮濃度卻無影響；有機(jī)肥與尿素配施均顯著提高了秸稈鉀吸收量，同時(shí)有機(jī)肥替代率在80%時(shí)可顯著提高籽粒鉀吸收量。

2）土壤表層全氮和有機(jī)碳含量以及土壤pH值均與有機(jī)肥的替代率呈顯著正相關(guān)關(guān)系。有機(jī)肥與尿素配施處理下土壤全氮較4 a前顯著提高了18.3%～57.9%；有機(jī)碳較4 a前顯著提高了14.9%～29.8%，增幅顯著高于單施化肥。有機(jī)肥替代率為80%和100%，土壤pH值較試驗(yàn)前土壤分別顯著升高了4.3%和6.2%。

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Partial nitrogen fertilizer substitution by aquatic plant compost to improve rice yield and paddy soil fertility

Tao Yueyue1,2, Jin Meijuan1,2, Tang Yunlong3, Zhu Xinglian1,2, Lu Changying1,2, Wang Haihou1,2, Shi Linlin1,2, Zhou Xinwei1,2, Shen Mingxing1,2※

(/,215155,; 2.&,,,215155,;3.,225009,)

In order to evaluate the effect of organic fertilizer based on aquatic plant composting on the rice yield and paddy soil properties, a four-year field experiment was carried out in the typical paddy field of the Tai Lake region. The four-year field experiment was composed of different combinations of organic nitrogen substitute of aquatic plant compost and mineral urea, and it included 6 treatments whose proportions of organic nitrogen were 0, 20%, 40%, 60%, 80% and 100% of total nitrogen amount, respectively; and for all the treatments, the total nitrogen inputs were the same. Grain yield, yield components, the uptake of nitrogen, phosphorus and potassium in rice straw and grain as well as the concentration of soil organic carbon and soil total nitrogen and pH value in the top soil layer were measured. Our study revealed the following findings: Firstly, compared to mineral urea alone, combined application of both organic fertilizer of aquatic plant composting and mineral urea had a good potential to improve the grain yield of rice, and with the increase of organic fertilizer ratio, rice yield tended to increase first and then afterwards decrease. When the replacement of organic fertilizer was 40% and 60% of total nitrogen, the rice yield reached the highest point. Applying organic fertilizer alone had similar grain yield of rice as the treatment of applying urea alone. Secondly, the number of productive tillers was significantly reduced with sole organic fertilizer, while the phenomenon could be diminished or eliminated by combined application of compost and mineral urea. The parameters including the number of productive tillers, spikelets per panicle and percentage of filled grains were all relatively higher when the organic nitrogen substitutes were at the ratio of 40% and 60% of total nitrogen input. Thirdly, with the increase of organic fertilizer application, the nitrogen concentration in straw was decreased, while no pronounced effect was found for the nitrogen concentration in grain. Furthermore, no significant difference was found for the phosphorus uptake in grain or straw among all the treatments. The potassium uptake of straw was significantly improved with the addition of organic fertilizer, and meanwhile the potassium uptake of grain was significantly enhanced when the substitute rate of organic fertilizer was 80% of total nitrogen. Lastly, there was positively significant correlation between the soil total nitrogen, soil organic carbon and pH value, and the amount of organic fertilizer application. With the addition of organic fertilizer, the soil total nitrogen and soil organic carbon were significantly increased compared to that of 4 years ago. When the organic nitrogen was applied at 80% and 100% of total nitrogen, the soil pH value was also significantly higher than that of 4 years ago. In conclusion, the combined use of aquatic plant compost plus with mineral urea is beneficial to improve the grain yield of rice, enhance soil organic matter as well as decrease the soil acidification, which is a protective and environmental-friendly fertilization technology in Tai Lake region.

nitrogen; soil; fertilizer; Tai lake region; rice yield; nutrient uptake

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.18.026

S141; S153.6+2

A

1002-6819(2017)-18-0196-07

2017-04-07

2017-08-07

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題任務(wù)（2016YFD0300207-03）；江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目（CX(16)-1003-11）；江蘇省自然科學(xué)青年基金（BK20170325）

陶玥玥，江蘇大豐人，江蘇太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所助理研究員，博士，主要從事生態(tài)農(nóng)業(yè)與水稻營(yíng)養(yǎng)生理方面的研究。Email：twhhltyy@163.com

沈明星，江蘇蘇州人，江蘇太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所研究員，主要從事循環(huán)農(nóng)業(yè)方面的研究。Email：smxwwj@163.com