陳 貴，張紅梅，沈亞強(qiáng)，程旺大

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豬糞與牛糞有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量、養(yǎng)分利用和土壤肥力的影響①

陳 貴，張紅梅，沈亞強(qiáng)，程旺大*

(嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江嘉興 314016)

采用連續(xù)5年田間定位試驗(yàn)，研究了等量單獨(dú)施用豬糞或牛糞有機(jī)肥以及有機(jī)肥與化學(xué)肥料配施對(duì)水稻產(chǎn)量、氮磷鉀養(yǎng)分吸收累積及利用效率、土壤養(yǎng)分含量及其與產(chǎn)量等關(guān)系的影響。結(jié)果表明：豬糞有機(jī)肥施用(7.5 t/hm2+常量化肥、15 t/hm2+1/2常量化肥和30 t/hm2+無(wú)化肥)時(shí)水稻產(chǎn)量、干物質(zhì)累積、氮磷累積及生理利用效率與常量化肥處理相比無(wú)顯著差異；牛糞有機(jī)肥與化肥減量配施和單獨(dú)施用時(shí)，盡管氮、磷和鉀生理利用效率有所提高，但水稻產(chǎn)量、地上部氮、磷和鉀累積量均有不同程度下降，且以單獨(dú)施用時(shí)尤為明顯。等量豬糞有機(jī)肥對(duì)土壤全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量以及pH的提升程度大于牛糞有機(jī)肥，有機(jī)質(zhì)含量無(wú)明顯差異；與豬糞有機(jī)肥相比，牛糞有機(jī)肥施用時(shí)土壤養(yǎng)分各指標(biāo)與水稻產(chǎn)量、干物質(zhì)累積量、氮磷鉀累積量以及利用效率間的相關(guān)性更為明顯，其中與產(chǎn)量、干物質(zhì)累積量和氮磷鉀累積量極顯著負(fù)相關(guān)，與氮磷鉀生理利用效率顯著正相關(guān)。因此，等量豬糞有機(jī)肥和牛糞有機(jī)肥的肥效存在較大差異，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)不同源有機(jī)肥特性進(jìn)行調(diào)節(jié)施用。

水稻；豬糞有機(jī)肥；牛糞有機(jī)肥；產(chǎn)量；土壤肥力

我國(guó)耕地面積不到全世界總量的10%，但化肥施用量接近世界總量的1/3，已成農(nóng)業(yè)面源污染的主要原因[1-3]。另外，過(guò)量單一施用化肥也是造成耕地質(zhì)量下降的原因之一[4-5]。為了減少農(nóng)業(yè)面源污染，提高耕地質(zhì)量，保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，農(nóng)業(yè)部發(fā)布了《關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見(jiàn)》，要求到2020年農(nóng)業(yè)面源污染加劇的趨勢(shì)得到有效遏制，實(shí)現(xiàn)“一控兩減三基本”。其中，“兩減”之一即為減少化學(xué)肥料施入量，“三基本”之一即為加大畜禽糞便資源化利用效率[6]。施用有機(jī)肥作為減少化學(xué)肥料投入量和提高耕地質(zhì)量的技術(shù)手段已得到較為廣泛的研究。然而，很多研究都將關(guān)注點(diǎn)集中于有機(jī)肥施用后土壤理化性狀變化、有機(jī)肥自身的礦化速率等方面[7-9]。而對(duì)有機(jī)肥是否施用越多越有利于調(diào)控作物生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收利用效率，以及有機(jī)肥施用與作物產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率間關(guān)系的研究報(bào)道則相對(duì)較少；另外，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指導(dǎo)中，對(duì)于有機(jī)肥施用量通常較為籠統(tǒng)地表述為“施用多少有機(jī)肥”，并未明確針對(duì)某種有機(jī)肥。不同源有機(jī)肥同等施用量或配合化肥減量下對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收利用效率以及土壤養(yǎng)分的影響如何？

本研究以資源量分別位居畜禽糞便總量前兩位的豬糞和牛糞加工而成的豬糞有機(jī)肥和牛糞有機(jī)肥為試驗(yàn)材料，通過(guò)稻田連續(xù)施用5年的田間定位試驗(yàn)，研究有機(jī)肥單獨(dú)施用及其與化肥配施對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成、氮磷鉀吸收利用率和土壤養(yǎng)分的影響，以及土壤養(yǎng)分與產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率之間的關(guān)系，為化肥減量和有機(jī)肥料合理施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)在浙江省嘉興市農(nóng)科院試驗(yàn)基地展開(kāi)，該地屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均溫度15 ~ 16℃，年降水量1194 mm，年均濕度80%~85%，年輻射量462 kJ/cm2。土壤類(lèi)型為長(zhǎng)三角地區(qū)典型水稻土青紫泥田，試驗(yàn)前耕層土壤的理化性狀為：全氮1.78 g/kg，堿解氮129 mg/kg，有效磷(P)6.27 mg/kg，速效鉀71.1 mg/kg，有機(jī)質(zhì)31.2 g/kg，pH 6.74。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究以不同動(dòng)物源有機(jī)肥為基準(zhǔn)，從生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)(在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，通常較籠統(tǒng)地說(shuō)明某種作物單位面積有機(jī)肥施用量，并未區(qū)別不同源有機(jī)肥)，共設(shè)7個(gè)處理：①CK，常量化肥；②Z1，豬糞有機(jī)肥7.5 t/hm2+ 常量化肥；③Z2，豬糞有機(jī)肥15 t/hm2+ 1/2常量化肥；④Z3，豬糞有機(jī)肥30 t/hm2；⑤N1，牛糞有機(jī)肥7.5 t/hm2+ 常量化肥；⑥N2，牛糞有機(jī)肥15 t/hm2+ 1/2常量化肥；⑦N3，牛糞有機(jī)肥30 t/hm2。目的在于研究等量不同源有機(jī)肥施用前提下，有機(jī)肥用量增加同時(shí)化肥減量時(shí)對(duì)水稻產(chǎn)量、干物質(zhì)累積及養(yǎng)分吸收利用效率等的影響。

各處理田間試驗(yàn)小區(qū)面積為25 m2，重復(fù)3次。試驗(yàn)開(kāi)始于2010年稻季，水稻品種為當(dāng)?shù)刂髟猿Ｒ?guī)晚稻秀水134，至2014年連續(xù)5年開(kāi)展試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)為水稻-小麥輪作栽培方式，其中麥季各處理小區(qū)不施有機(jī)肥，化學(xué)肥料施用量保持一致，統(tǒng)一按小麥常規(guī)施肥量進(jìn)行。水稻種植采用人工移栽，行距為20 cm × 15 cm?；瘜W(xué)肥料施用分4個(gè)時(shí)期，分別為活棵后苗肥、分蘗肥、壯稈肥和穗肥，有機(jī)肥以基肥形式于移栽前撒入田塊，并與耕層土壤適當(dāng)混合。活棵后苗肥施用15-15-15復(fù)合肥，分蘗肥施用尿素，壯稈肥施用尿素和氯化鉀，穗肥施用尿素。具體施肥情況見(jiàn)表1。田間試驗(yàn)施用有機(jī)肥為動(dòng)物糞便堆積發(fā)酵而成，其中豬糞有機(jī)肥養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)501 g/kg，氮(N)18.9 g/kg，磷(P2O5)25.2 g/kg，鉀(K2O)35.4 g/kg；牛糞有機(jī)肥：有機(jī)質(zhì)455 g/kg，氮(N)18.4 g/kg，磷(P2O5)21.8 g/kg，鉀(K2O)10.9 g/kg。

表1 稻季肥料施用情況

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

測(cè)產(chǎn)和考種：2014年水稻成熟后各小區(qū)采集1 m2長(zhǎng)勢(shì)一致水稻(避免邊際效應(yīng))，脫粒后曬干，測(cè)定稻谷產(chǎn)量；同時(shí)各小區(qū)取5穴有代表性水稻植株用以考種。

地上部干物質(zhì)累積量：成熟期各小區(qū)采集5穴有代表性的水稻地上部植株樣品，105℃殺青30 min，70℃烘至恒重，稱(chēng)質(zhì)量，并計(jì)算干物質(zhì)累積量。

氮磷鉀素累積量：將成熟期植株樣品磨碎，H2SO4-H2O2消煮后，采用凱氏定氮法測(cè)定氮素含量，采用鉬銻抗比色法測(cè)磷含量，采用火焰光度法測(cè)鉀含量，計(jì)算氮磷鉀累積量(植株氮磷鉀含量與干物質(zhì)累積量乘積)。

土壤養(yǎng)分測(cè)定：水稻收獲后采用多點(diǎn)混合法在各試驗(yàn)小區(qū)采集耕層(0 ~ 20 cm)土壤混合樣品，自然風(fēng)干后，磨細(xì)用于測(cè)定分析。土壤有機(jī)質(zhì)采用H2SO4-K2Cr2O7外加熱法測(cè)定；全氮采用H2SO4-混合催化劑消解，凱氏定氮法測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定；pH采用水土比2.5︰1，pH計(jì)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

氮/磷/鉀生理利用效率(kg/kg)=產(chǎn)量/地上部總氮/磷/鉀累積量

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS和 SPSS分析軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用Sigmaplot軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成

由表2可知，2010年、2012年和2014年度豬糞有機(jī)肥各處理(Z1、Z2和Z3)水稻產(chǎn)量與CK相比無(wú)明顯差異。2011年和2013年度Z3處理產(chǎn)量分別顯著高于CK 13.0% 和6.13%。各年度牛糞有機(jī)肥N3處理產(chǎn)量分別顯著低于CK 7.05%(2010年)、13.4%(2011年)、8.13%(2012年)、14.1%(2013年)和7.58%(2014年)，說(shuō)明當(dāng)僅施用牛糞有機(jī)肥30 t/hm2時(shí)，養(yǎng)分供應(yīng)量不能滿(mǎn)足產(chǎn)量形成對(duì)養(yǎng)分的需求量。2014年的產(chǎn)量構(gòu)成說(shuō)明導(dǎo)致水稻產(chǎn)量下降的主要原因?yàn)閱挝幻娣e穗數(shù)降低比例(25.7%)大于每穗粒數(shù)增加比例(15.5%)(表3)。

表2 不同施肥模式下水稻產(chǎn)量

注 ：表中同列不同小寫(xiě)字母代表處理間差異達(dá)顯著水平(≤0.05)，下同。

表3 不同施肥模式下2014年水稻產(chǎn)量構(gòu)成

2.2 水稻的干物質(zhì)和氮磷鉀累積量

由圖1可見(jiàn)，豬糞有機(jī)肥施用各處理水稻地上部干物質(zhì)累積量、氮和磷累積量與CK相比無(wú)顯著差異。Z2和Z3處理鉀累積量比CK顯著增加18.4% 和37.1%。牛糞有機(jī)肥處理N2和N3干物質(zhì)累積量比CK顯著降低15.9% 和26.4%，氮累積量明顯下降23.7% 和33.0%；N3處理的磷和鉀累積量量與CK相比顯著下降20.6% 和21.4%。

(圖中柱圖上不同小寫(xiě)字母代表處理間差異達(dá)顯著水平(P≤0.05)，下同)

2.3 水稻的氮磷鉀生理利用效率

由圖2可知，與CK相比，豬糞有機(jī)肥各處理的氮磷生理利用效率無(wú)顯著差異；而Z2和Z3處理的鉀生理利用效率比CK明顯下降13.0% 和22.4%。牛糞有機(jī)肥N2和N3處理的氮素生理利用效率與CK相比，明顯提高27.5% 和38.4%；N3處理的磷和鉀生理利用效率比CK顯著提高16.9% 和17.8%。

2.4 稻田土壤養(yǎng)分含量

由表4可見(jiàn)，連續(xù)試驗(yàn)5a后，豬糞有機(jī)肥各處理的土壤全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量和pH均明顯高于CK，且隨有機(jī)肥施用量增加而明顯增加。與CK相比，全氮增加4.90% ~ 26.5%，堿解氮增加10.6% ~ 69.9%，有效磷增加149% ~ 664%，速效鉀增加72.8% ~ 417%，pH 變化0.47 ~ 0.94個(gè)單位。Z2和Z3處理土壤有機(jī)質(zhì)含量比CK分別顯著增加16.3% 和37.7%。與CK相比，N2處理的全氮、堿解氮、有機(jī)質(zhì)和pH分別比CK明顯增加10.2%、12.3%、13.3% 和0.57 個(gè)單位。N3處理的全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)和pH均顯著高于CK，分別增加18.8%、53.3%、199%、180%、32.6% 和0.80個(gè)單位。

圖2 不同施肥模式下水稻的氮、磷和鉀生理利用效率

表4 不同施肥模式下稻田土壤養(yǎng)分含量

2.5 水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用特性與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性

分別對(duì)豬糞和牛糞有機(jī)肥處理下水稻產(chǎn)量、干物質(zhì)累積量、氮磷鉀累積量和生理利用效率與土壤養(yǎng)分各指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)施用豬糞有機(jī)肥時(shí)僅有鉀累積量和鉀生理利用效率與土壤養(yǎng)分各指標(biāo)顯著相關(guān)，其中，鉀累積量與pH、全氮、堿解氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與有效磷極顯著相關(guān)；鉀生理利用效率與pH、全氮、堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量顯著負(fù)相關(guān)，與有效磷和速效鉀含量極顯著負(fù)相關(guān)(表5)。

由表6可見(jiàn)，牛糞有機(jī)肥施用時(shí)水稻產(chǎn)量、干物質(zhì)累積量和氮累積量與土壤養(yǎng)分各指標(biāo)之間極顯著負(fù)相關(guān)。鉀累積量與土壤養(yǎng)分各指標(biāo)顯著負(fù)相關(guān)，而磷累積量?jī)H與pH顯著負(fù)相關(guān)。氮、磷、鉀生理利用效率與土壤養(yǎng)分各指標(biāo)均呈正相關(guān)關(guān)系，其中，氮生理利用效率與pH、全氮、堿解氮和速效鉀含量極顯著相關(guān)，與有效磷和有機(jī)質(zhì)含量顯著相關(guān)；磷生理利用效率與pH、全氮、堿解氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量顯著相關(guān)；鉀生理利用效率與土壤各養(yǎng)分指標(biāo)均顯著相關(guān)。

表5 豬糞有機(jī)肥施用下水稻產(chǎn)量、干物質(zhì)累積量和氮磷鉀吸收利用特性與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性

表6 牛糞有機(jī)肥施用下水稻產(chǎn)量、干物質(zhì)累積量和氮磷鉀吸收利用特性與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性

3 討論

在本研究中，豬糞有機(jī)肥配合化肥減量施用和單獨(dú)施用時(shí)水稻產(chǎn)量、干物質(zhì)累積量和氮磷吸收累積量均未受到明顯影響，鉀累積量反而明顯增加。然而，當(dāng)施用等量牛糞有機(jī)肥時(shí)卻受到不同程度的抑制作用，單獨(dú)施用時(shí)下降明顯，這表明等量牛糞有機(jī)肥的肥效低于豬糞有機(jī)肥。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因可能是：①牛糞有機(jī)肥中N、P、K和有機(jī)質(zhì)均低于豬糞有機(jī)肥，其中N含量低2.65%，P含量低13.5%，K含量低69.2%，有機(jī)質(zhì)低9.18%，從而導(dǎo)致在等量施用條件下牛糞有機(jī)肥各處理的總養(yǎng)分投入量低于豬糞有機(jī)肥各處理；②牛糞有機(jī)肥的礦化速率低于豬糞有機(jī)肥。沈其榮等[10]對(duì)淹水條件下不同有機(jī)物料氮素礦化速率進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)牛糞有機(jī)肥的氮素釋放始速較小而較恒定，銨態(tài)氮釋放極限量小，而豬糞有機(jī)肥則相反。而在好氧條件下，兩者礦化速率則基本一致[11]。稻田土壤除中期烤田(6 ~ 10 d)和生育后期灌漿烤田處于好氧狀態(tài)外，其余階段均處于厭氧狀態(tài)。在厭氧條件下牛糞有機(jī)肥礦化速率慢，加之養(yǎng)分含量低使土壤中的養(yǎng)分供給量不能滿(mǎn)足水稻關(guān)鍵生育期對(duì)養(yǎng)分的需求，影響水稻干物質(zhì)和產(chǎn)量形成。王秀芹等[12]研究證明拔節(jié)至抽穗期為水稻的吸氮高峰期，此時(shí)期的吸氮量占全生育期總吸氮量的34% ~ 48%。肥料運(yùn)籌改變，比如前氮后移或前鉀后移等，均能較明顯地改變水稻產(chǎn)量和干物質(zhì)累積[13-14]。說(shuō)明水稻關(guān)鍵生育期如遇養(yǎng)分供應(yīng)不足，會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)受抑制，影響產(chǎn)量形成，即使其他生育期供養(yǎng)充足，也無(wú)法彌補(bǔ)。本研究中，單獨(dú)施用牛糞有機(jī)肥導(dǎo)致產(chǎn)量明顯下降主要是由于水稻單位面積穗數(shù)降低所致，這很可能是由于牛糞有機(jī)肥養(yǎng)分含量相對(duì)較低，加之礦化速率小養(yǎng)分釋放慢，致使不能及時(shí)提供水稻分蘗所需營(yíng)養(yǎng)。

本研究再次證明，施用有機(jī)肥能提高土壤肥力，且隨用量增加土壤養(yǎng)分含量呈增加趨勢(shì)。然而，施用等量豬糞有機(jī)肥對(duì)土壤全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量的增加程度要高于牛糞有機(jī)肥，有機(jī)質(zhì)含量增幅差異相對(duì)較小?？赡茉?yàn)椋簠捬鯛顟B(tài)下豬糞有機(jī)肥礦化速率快，養(yǎng)分釋放迅速[10]。因此，盡管豬糞有機(jī)肥中有機(jī)質(zhì)含量高于牛糞有機(jī)肥，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)施用結(jié)果來(lái)看，兩種有機(jī)肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響無(wú)明顯差異。另外，豬糞和牛糞有機(jī)肥施用均使土壤pH顯著升高，但等量豬糞有機(jī)肥提高程度顯著高于牛糞有機(jī)肥。研究者認(rèn)為有機(jī)肥施用提高土壤pH的主要原因可能為：①有機(jī)官能團(tuán)加強(qiáng)了對(duì)H+和Al3+的吸附作用，從而使土壤pH提高[15]；②有機(jī)肥礦化過(guò)程中發(fā)生有機(jī)陰離子脫羧基化，并釋放堿性物質(zhì)(鈣、鎂等)，從而使土壤pH升高[16]。由此可推測(cè)，不同源有機(jī)肥影響土壤pH變化差異可能與兩種源有機(jī)肥中有機(jī)官能團(tuán)差異或是礦化速率差異有關(guān)。

4 結(jié)論

豬糞有機(jī)肥和牛糞有機(jī)肥在同等施用量下，對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成、養(yǎng)分吸收利用以及土壤肥力的影響存在較大差異。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中有機(jī)肥配合化肥減量施用時(shí)，應(yīng)該根據(jù)不同源有機(jī)肥特性而進(jìn)行用量調(diào)節(jié)。

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Application Effects of Swine and Cow Manures on Rice Yield, Nutrient Uptakes and Use Efficiencies and Soil Fertility

CHEN Gui, ZHANG Hongmei, SHEN Yaqiang, CHENG Wangda*

(Jiaxing Academy of Agricultural Sciences, Jiaxing, Zhejiang 314016, China)

A 5-year field experiment was conducted to study the effects of equivalent-application of chemical fertilizers (CF), swine manure (SM), cow manure (CM), and SM or CM mixed CF on rice yield, N, P and K uptake and utilization efficiency as well as soil fertility and the correlations between soil nutrients and rice yield,. The results showed that there were no significant differences in rice yields, dry matter accumulations, N and P accumulations and use efficiencies between SM treatments SM (SM 7.5 t/hm2+ CF normal level, SM 15 t/hm2+ CF half level, and sole SM 30 t/hm2) and CK treatment (sole CF normal level, CK). However, compared to CK, CM treatments (CM 15 t/hm2+CF half level, and sole CM 30 t/hm2) increased N, P and K physiological use efficiencies, but reduced rice yields, N, P and K accumulations of above-ground rice part, particularly for sole CM. Under the equivalent application, SM promoted soil total N, alkali-hydrolyzable N, Olsen-P, NH4OAc-extractable K contents and pH value higher than CM, but no difference between organic matter contents. Compared with CM, higher correlations were detected between soil nutrient contents with rice yields, dry matter accumulations, N, P and K accumulations and physiological use efficiencies when CM was applied. Therefore, there are obvious differences between the application effects of SM and CM, the application of manure should be dependent upon the characteristics of the manure, such as mineralization rate and nutrient content.

Rice; Swine manure; Cow manure; Yield; Soil fertility

嘉興市科技局重點(diǎn)項(xiàng)目(2017AZ13025；2014AZ21005)和浙江省自然科學(xué)基金一般項(xiàng)目(LY16D050002)資助。

(chwd228@yeah.net)

陳貴(1982—)，男，山西運(yùn)城人，博士，助理研究員，主要從事水稻氮素營(yíng)養(yǎng)及生態(tài)環(huán)境研究。E-mail: chenzhao2004@163.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.01.008

S963.91；S511.3

A