陳琨 喻華 上官宇先 周子軍 曾祥忠 郭松 秦魚生

（四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南方坡耕地植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，成都610066；第一作者：chenkun410@163.com；*通訊作者：shengyuq@126.com）

肥料是作物的“糧食”，在作物生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用[1]?，F(xiàn)階段，我國總?cè)丝谶_(dá)到14.56 億，但全國耕地面積僅為1.22 億hm2左右，人均耕地面積不足0.084 hm2，不到世界平均水平的40%[2]，所以在未來較長時(shí)期內(nèi)還是要保證我國糧食的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。已有研究證實(shí)，化肥與我國糧食產(chǎn)量存在正相關(guān)關(guān)系，但隨著單位土地面積化肥投入量的進(jìn)一步增加，化肥投入對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率逐漸下降[3-4]，而過高的化肥投入又帶來對(duì)環(huán)境的不良影響[5-7]。因此，用好肥料資源、提高肥料利用效率是關(guān)系到國家糧食安全和環(huán)境質(zhì)量的重大科技問題[1]。氮是植物生長發(fā)育最重要的營養(yǎng)元素，在作物產(chǎn)量和品質(zhì)形成中起著關(guān)鍵作用[8]，氮肥的投入成為提高水稻單產(chǎn)、增加糧食產(chǎn)量的常規(guī)途徑[9]。目前我國水稻生產(chǎn)中氮肥過量及不合理施用現(xiàn)象日益嚴(yán)重，導(dǎo)致氮肥的當(dāng)季利用率低[10-12]，浪費(fèi)了大量資源和能源，并造成水體富營養(yǎng)化、溫室現(xiàn)象加劇等一系列環(huán)境問題。優(yōu)化氮肥使用技術(shù)是解決上述問題的重要途徑。冬水稻田是指全年只種水稻，冬閑期田內(nèi)蓄存一定水量的農(nóng)田[13]，其廣泛分布于四川盆周山地和川中丘陵區(qū)域，由于這類稻田長期淹水的特性，過量施用化肥更容易對(duì)環(huán)境造成不良影響。因此，科學(xué)合理施用氮肥，對(duì)于冬水田而言是兼顧水稻產(chǎn)量、增加經(jīng)濟(jì)效益、提高氮素利用效率和控制農(nóng)業(yè)面源污染的重要措施。為此，本研究在等氮量替代條件下，設(shè)計(jì)5 個(gè)不同有機(jī)-無機(jī)肥配施比例，探索穩(wěn)定水稻產(chǎn)量并能提高氮肥利用率的化肥減施增效優(yōu)化方案，以期為該區(qū)域水稻生產(chǎn)合理施肥和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年在四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高粱研究所川南示范基地（位于四川瀘縣大田鄉(xiāng)茂盛村）開展。試驗(yàn)所在地年均溫度18.5℃左右，≥10℃的活動(dòng)積溫6 000℃左右，年平均降水1 016.2 mm，年平均日照時(shí)數(shù)1 145.0 h。試驗(yàn)田為長年淹水的冬水稻田，地形部位屬溝槽田，土壤為紫色母巖發(fā)育經(jīng)多年水耕熟化而成的暗紫泥水稻土，土壤理化性質(zhì)為：堿解氮141 mg/kg，有效磷11.5 mg/kg，速效鉀82 mg/kg，有機(jī)質(zhì)29.5 g/kg，有效鋅2.35 mg/kg，有效硅180 mg/kg，交換性鈣16.2 cmo（l1/2 Ca2+）/kg，交換 性 鎂4.3 cmo（l1/2 Mg2+）/kg，pH 值5.59。根據(jù)測定結(jié)果，該土壤有效磷、速效鉀缺乏，有效硅豐富，有機(jī)質(zhì)含量較豐富，屬中等肥力水平。

表1 不同處理對(duì)蓉18 優(yōu)1015 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

在等氮量替代條件下，試驗(yàn)設(shè)5 個(gè)處理：N0，不施氮（CK）；T1，單施化肥N、P、K；T2，30%有機(jī)肥N+70%化肥N；T3，50%有機(jī)肥N+50%化肥N；T4，100%有機(jī)肥N。每個(gè)處理3 次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2（4 m×5 m），田間隨機(jī)排列。氮、磷、鉀肥用量分別為N 150 kg /hm2、P2O575 kg/hm2和K2O90 kg/hm2。氮肥用尿素（含N 46%），磷肥用磷酸一銨（含N 11%，P2O544%），鉀肥用氯化鉀（含K2O 60%）。有機(jī)肥為豬糞發(fā)酵處理后的產(chǎn)品，施用前測定N、P、K 含量（全氮3.40%，全磷2.40%，全鉀1.80%，水分25%），N、P、K 肥扣除有機(jī)肥中的含量，不足部分用化肥補(bǔ)充。N 肥按底肥∶分蘗肥為6∶4 的比例施入，有機(jī)肥、磷肥和鉀肥作底肥一次性施入。供試水稻品種為蓉18 優(yōu)1015，4月28日移栽，栽插規(guī)格20 cm×30 cm，水分管理、病蟲害防治等田間管理措施同大田生產(chǎn)。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

在水稻生長期間的不同發(fā)育階段分別調(diào)查水稻基本苗數(shù)、分蘗動(dòng)態(tài)、有效穗數(shù)、最高苗數(shù)、產(chǎn)量等指標(biāo)。收獲前2 d 每個(gè)小區(qū)采集3 叢代表性水稻植株樣，裝入尼龍網(wǎng)袋帶回室內(nèi)考察株高、有效穗數(shù)、穗長、穗粒質(zhì)量、千粒重、結(jié)實(shí)率、秸稈質(zhì)量等農(nóng)藝性狀。植株樣品經(jīng)風(fēng)干、研磨后，經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后定容，過濾，采用流動(dòng)注射分析儀測定全氮含量。收獲后在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按“梅花法”采集0～20 cm 耕作層混合土樣0.5 kg，風(fēng)干后測定土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀。有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法、堿解氮用堿解擴(kuò)散法、有效磷用氟化銨-稀鹽酸浸提-分光光度法、速效鉀用乙酸銨浸提-火焰光度法。

氮肥貢獻(xiàn)率=（施氮區(qū)產(chǎn)量－ 不施氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮區(qū)產(chǎn)量×100%；

土壤氮素依存率= 不施氮區(qū)地上部吸氮量/施氮區(qū)地上部吸氮量×100%；

氮肥農(nóng)學(xué)利用率=（施氮區(qū)產(chǎn)量－ 不施氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥吸收利用率=（施氮區(qū)地上部吸氮量－ 不施氮區(qū)地上部吸氮量）/施氮量×100%；

氮肥生理利用率=（施氮區(qū)產(chǎn)量－ 不施氮區(qū)產(chǎn)量）/（施氮區(qū)地上部吸氮量－不施氮區(qū)地上部吸氮量）；

氮肥偏生產(chǎn)力= 施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 和DPS 6.55 進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和分析。差異顯著性水平（p＜0.05）用LSD 法進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

從表1 可見，就有效穗數(shù)而言，T2 處理最高，T1 處理次之，而T4 處理有效穗數(shù)低于CK。從千粒重來看，各處理間無明顯差異，但仍以T2 處理最高。株高依然是T2 處理較高，穗長方面施肥處理比CK 略有減少，但無顯著性差異，T2 處理在4 個(gè)施肥處理中最高。從實(shí)粒數(shù)來看，T4 處理有效穗數(shù)少，實(shí)粒數(shù)較高，但T2處理的實(shí)粒數(shù)也不少。不同處理間產(chǎn)量差異較為顯著，T2 處理實(shí)際產(chǎn)量最高，達(dá)8 408.73 kg/hm2，較CK 增產(chǎn)31.43%；其次為T1 處理，較CK 增產(chǎn)30.35%；T3 處理雖較CK 增產(chǎn)17.29%，但相比T1 和T2 處理產(chǎn)量則下降了約10.0%；T4 處理產(chǎn)量最低，較CK 減少3.64%。T2處理與T1 處理的產(chǎn)量相當(dāng)。理論產(chǎn)量與實(shí)際產(chǎn)量所反映的規(guī)律基本相同?？梢姡?dāng)有機(jī)肥替代無機(jī)氮肥比例過高時(shí)，水稻產(chǎn)量會(huì)大幅減少，用30%有機(jī)氮作為無機(jī)氮肥替代源在產(chǎn)量表現(xiàn)上完全可行。

2.2 對(duì)冬水稻田氮肥貢獻(xiàn)率和土壤氮素依存率的影響

由表2 可以看出，隨著有機(jī)氮增加，無機(jī)氮減少，氮肥貢獻(xiàn)率（NCR）呈總體下降趨勢，土壤氮素依存率（SNDR）呈逐漸上升趨勢，表明在等氮量條件下，過高比例的有機(jī)肥氮代替化肥氮無法滿足水稻生長對(duì)氮的需求，更多的依靠土壤氮素的供應(yīng)。T2 處理和T1 處理的NCR 和SNDR 基本相當(dāng)，也說明了30%有機(jī)N 替代化肥N 的方案可行。

表2 不同處理對(duì)冬水稻田氮肥貢獻(xiàn)率和土壤氮素依存率的影響

表3 不同處理對(duì)冬水稻田氮肥利用率的影響

表4 不同處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和活性有機(jī)質(zhì)的影響

表5 不同處理對(duì)耕層有效養(yǎng)分的影響

2.3 對(duì)冬水稻田氮肥利用率的影響

從表3 可見，不同處理對(duì)氮肥吸收利用率（NRE）、氮肥農(nóng)學(xué)利用率（NAE）、氮肥生理利用率（NPE）、氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN）的影響差異明顯。在相同氮素投入量情況下，T2 處理的NRE 最高，達(dá)36.62%，T1 處理次之為35.87%，而T3 和T4 處理顯著下降，僅分別為29.82%和8.04%；NAE 反映了施肥的增產(chǎn)效應(yīng)，T2 處理最高，達(dá)到了13.41 kg/kg，其次為T1 處理，T3 處理較低，僅7.38 kg/kg，T5 處理為負(fù)的增產(chǎn)效應(yīng)；NPE 反映了氮素吸收與增產(chǎn)的關(guān)系，T1 和T2 處理基本相當(dāng)，均達(dá)到35 kg/kg 以上，而T3 處理明顯下降，T4 處理則為負(fù)效應(yīng)；從PFPN 看，T1 和T2 處理較高，分別為56.06 kg/kg 和55.60 kg/kg，而T3 和T4 處理僅為50.03 kg/kg 和41.10 kg/kg，表明T1 處理和T2 處理的施肥效益較大。

2.4 對(duì)冬水稻田耕層有機(jī)質(zhì)和活性有機(jī)質(zhì)的影響

有機(jī)質(zhì)的增加與有機(jī)肥投入量有關(guān)，有機(jī)肥投入量增大，有機(jī)質(zhì)含量會(huì)增加。從表4 可見，當(dāng)用50%有機(jī)氮替代時(shí)，約施用有機(jī)肥200 kg/667 m2，當(dāng)100%有機(jī)N 替代時(shí)，約施用有機(jī)肥400 kg/667 m2，有機(jī)質(zhì)含量增幅較大。但是，從活性有機(jī)質(zhì)含量來看，更多有機(jī)肥的投入并未帶來活性有機(jī)質(zhì)顯著增加。

2.5 對(duì)冬水稻田耕層有效養(yǎng)分的影響

從表5 可見，土壤pH 值在4.98～5.29 之間；有機(jī)氮施用量越大，土壤堿解氮含量降低，但與基礎(chǔ)地力相當(dāng)；有機(jī)肥替代部分無機(jī)肥方案對(duì)有效磷有一定影響，也是呈現(xiàn)有機(jī)氮施用量越大，有效磷越低，這主要是因?yàn)樵囼?yàn)為等養(yǎng)分，有機(jī)肥中含有P2O5，以N 替代量為標(biāo)準(zhǔn)，需替代一部分無機(jī)磷肥，而且有機(jī)氮替代量越大，磷替代量也越大，有機(jī)磷的施用可能降低了土壤有效磷含量。土壤速效鉀含量處理間變化不大。

2.6 對(duì)冬水田田間水總氮和總磷的影響

由表6 可以看出，不同處理對(duì)田間水總氮影響較大，對(duì)總磷無顯著影響。從總氮來看，在施肥后，各處理間有顯著差異，T1 處理田間水總氮含量最高，達(dá)12.14 mg/L，而隨著無機(jī)氮肥用量減少，有機(jī)氮肥用量增加，田間水總氮含量逐漸下降，表明無機(jī)氮肥能快速溶解于水中，對(duì)田間水體有一定影響。當(dāng)無機(jī)氮肥減少，可顯著降低田間水總氮含量。

3 討論

有機(jī)肥料是農(nóng)業(yè)中養(yǎng)分的再循環(huán)和再利用部分，能改善土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分的平衡狀況，改良土壤理化性狀，對(duì)提高土壤肥力、作物產(chǎn)量和品質(zhì)及增強(qiáng)作物抗逆性具有重要作用[14-15]。大量研究表明，有機(jī)無機(jī)肥配施可穩(wěn)定或增加水稻產(chǎn)量。侯紅乾等[16]在紅壤上的試驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)無機(jī)肥配施，早晚稻平均產(chǎn)量比單施化肥的處理增產(chǎn)3.9%～7.8%（P＜0.05）。唐海明等[17]以湖南雙季稻區(qū)連續(xù)27年定位試驗(yàn)為基礎(chǔ)，表明早稻和晚稻產(chǎn)量高低順序分別表現(xiàn)為30%有機(jī)肥＞60%有機(jī)肥＞無肥、60%有機(jī)肥＞30%有機(jī)肥＞無肥。余喜初等[18]研究表明，有機(jī)無機(jī)肥配施顯著增加了晚稻產(chǎn)量，與單施化肥的處理相比，產(chǎn)量增加了10.0%～23.7%。本試驗(yàn)結(jié)果表明，30%有機(jī)N+70%化肥N 的處理能改善產(chǎn)量構(gòu)成因子，穩(wěn)定和提高水稻產(chǎn)量，較單施化肥的處理增產(chǎn)0.84%，與前人研究結(jié)果基本一致。

從氮肥利用率來看，劉紅江等[19]研究表明，在等氮量替代條件下，50%有機(jī)肥替代化肥，在保證水稻高產(chǎn)的同時(shí)，顯著增加了水稻氮素累積量，并且水稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥吸收利用率、氮肥偏生產(chǎn)力均得到明顯提高。張祥明等[20]長期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，等氮用量下，有機(jī)肥替代部分化肥處理提高了水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，減少了土壤礦質(zhì)氮損失，增加了土壤氮素表觀盈余量，提高了氮肥利用率。徐明崗等[21]在雙季稻區(qū)長期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，化肥有機(jī)肥配施有利于水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，提高肥料利用率，氮肥利用率平均為36.3%。本研究結(jié)果表明，30%有機(jī)N+70%化肥N 配施能提高氮肥吸收利用率，達(dá)36.62%，同時(shí)還能提高氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力，但隨著有機(jī)N 替代比例達(dá)到50%時(shí)，氮肥利用率明顯下降。

從耕層土壤性狀來看，大量研究表明，有機(jī)無機(jī)配施能提高土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤理化性狀，提升土壤肥力。但是，從時(shí)間維度來看，這是一個(gè)長期的過程，長期有機(jī)無機(jī)配施有利于土壤有機(jī)碳的積累，有利于土壤氮磷鉀的平衡，有利于改善土壤微生物學(xué)特性，提升土壤肥力[16，22]。本研究僅對(duì)1年的土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，但依然可以看出，有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)培肥地力有重要作用，當(dāng)有機(jī)N 替代比例達(dá)50%時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，活性有機(jī)質(zhì)含量在有機(jī)N 替代比例為30%時(shí)就有一定的提高，若長期有機(jī)無機(jī)配施對(duì)培肥土壤作用會(huì)更顯著。

綜上所述，冬水稻田區(qū)適宜的施肥方案為30%有機(jī)N+70%化肥N，既可穩(wěn)定水稻產(chǎn)量、降低成本，又可提高氮素利用率和降低對(duì)農(nóng)田環(huán)境的不良影響。