黃繼川 彭智平 涂玉婷 吳雪娜 梁志雄 楊林香 林志軍

摘? 要：以華南大田雙季稻為研究對象，設置5個處理：不施肥、普通復合肥、海藻復合肥、80%普通復合肥和80%海藻復合肥，研究海藻復合肥減施條件下對雙季稻產量、肥效、養(yǎng)分吸收和土壤養(yǎng)分殘留及土壤生物活性的影響。結果表明：海藻復合肥能夠提高水稻有效穗和稻谷產量，晚稻海藻復合肥較普通復合肥有效穗增加14.5%，早稻稻谷增產7.6%，晚稻增產5.1%，均達顯著水平;而80%海藻復合肥與普通復合肥相比稻谷產量無差異。海藻復合肥能夠提高氮肥和磷肥偏生產力。與常量施肥相比，減量施氮肥和磷肥偏生產力分別提高6.1～8.5 kg/kg和15.2～21.4 kg/kg，氮和磷吸收效率分別提高11.3～19.7和12.0～19.8個百分點，均以80%海藻復合肥處理最高。減量施肥顯著降低20～40 cm土壤硝態(tài)氮的含量。海藻復合肥可提高土壤微生物量碳（氮）和土壤蔗糖酶、脲酶及酸性磷酸酶活性。主成分分析結果表明，土壤肥力綜合得分為80%海藻復合肥>海藻復合肥>普通復合肥>80%普通復合肥>CK。在華南雙季稻種植條件下，與普通復合肥相比，海藻復合肥減肥20%具有較好的穩(wěn)產效應，但是周年氮磷養(yǎng)分平衡表現為虧缺，建議根據土壤肥力狀況及目標產量制訂減肥措施，以保持土壤肥力的可持續(xù)性。

關鍵詞：雙季稻;海藻酸復合肥料;肥料效率;產量;微生物生物量碳（氮）;土壤酶活性

中圖分類號：S143? ? ?文獻標識碼：A

Yield， Nitrogen and Phosphorus Nutrient Effects of Alginate Compound Fertilizer on Double-cropping Rice

HUANG Jichuan， PENG Zhiping*， TU Yuting， WU Xuena， LIANG Zhixiong， YANG Linxiang， LIN Zhijun

Institute of Agricultural Resources and Environment， Guangdong Academy of Agricultural Sciences / Guangdong Key Laboratory of Nutrient Cycling and Farmland Conservation / Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer in South Region， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Guangzhou， Guangdong 510640， China

Abstract： A field experiment of double-cropping rice in south China was investigated. Five treatments were designed as follows： 1） no fertilization （CK）; 2） conventional compound fertilizer （CCF）; 3） alginate compound fertilizer （ACF）; 4） 80% conventional compound fertilizer （80% CCF）; 5） 80% alginate compound fertilizer （80% ACF）. The effects of reduction application of alginate compound fertilizer on yield， nutrient uptake by rice and residue in soil as well as soil bioactivity of double-cropping rice were studied. Alginate compound fertilizer could increase the rice effective panicle and grain yield. The effective panicle of ACF treatment increased significantly by 14.5% （late rice）， grain yield increased significantly by 7.6% （early rice） and 5.1% （late rice） compared to CCF. There was no significant difference of grain yield between 80% ACF and CCF treatment. Alginate compound fertilizer could improve the partial factor productivity of nitrogen and phosphorus fertilizer. Under reduced fertilization condition， the partial factor productivity of nitrogen and phosphorus fertilizer increased by 6.1–8.5 and 15.2–21.4 kg/kg， respectively， nitrogen and phosphorus uptake efficiency increased by 11.3–19.7 and 12.0–19.8 percentage points， respectively， and 80% ACF showed the highest value. Reduced fertilization significantly decreased the content of NO3-N in the 20–40 cm soil layer. Alginate compound fertilizer could increase soil microbial biomass carbon （nitrogen） and soil sucrase， urease and acid phosphatase activities compared to the conventional compound fertilizer. Principal component analysis showed that the comprehensive score of soil fertility was 80% ACF>ACF>CCF>80% CCF>CK. This study showed that 80% ACF treatment could maintain rice yield compared with CCF under double-cropping rice in south China. However， the balance of nitrogen and phosphorus in soil was deficient after one year of double cropping rice planted. It is suggested that reducing fertilization measures should be formulated according to the soil fertility status and target yield in order to maintain the sustainability of soil fertility.

Keywords： double-cropping rice; compound fertilizer containing alginate acid; fertilizer efficiency; yield; microbial biomass carbon （nitrogen）; soil enzyme activity

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.05.003

化肥是影響現代農業(yè)生產的重要因素，對全球糧食產量的貢獻率為50%～60%，對我國糧食貢獻率曾高達56.81%[1-2]，為糧食安全和社會穩(wěn)定做出了重要貢獻。但為了追求高效益、高增長，過量的化肥投入已成為我國農業(yè)生產的普遍模式，2014年我國單位面積化肥施用量約為世界平均水平的3.9倍[2]。然而，我國大田水稻氮肥利用率僅為20%～40%[3]，磷肥利用率為18.86%[4]，遠低于發(fā)達國家的農業(yè)水平，養(yǎng)分損失以及由此造成的農業(yè)面源污染問題日趨嚴重，導致土壤微生態(tài)環(huán)境的劣化[5]，已成為制約我國農業(yè)優(yōu)質高效發(fā)展的重要問題。因此，如何提高化肥肥效、改善土壤微生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)性利用，在保證糧食產量穩(wěn)定的前提下降低化肥投入，實現化肥減量增效是當前面臨的重要課題。大量研究表明，肥料增效物質與化肥的協同作用是提高肥效，改善土壤微生態(tài)環(huán)境，降低肥料投入的重要途徑。如氨基酸、海藻酸、腐植酸[6-7]、脲酶抑制劑、硝化抑制劑等物質的應用能夠顯著地提高肥料效率[8]，在保證作物產量的情況下實現肥料投入減量的目標。海藻中含有多種生物活性物質[9]，諸多研究表明海藻酸類新型尿素、磷肥、葉面肥的應用在作物上具有明顯的增產[6-7]、改善品質[10]、提高土壤微生物活性[11]的作用，海藻酸復合肥料在水稻上的田間應用及其減施效果鮮見報道。雙季稻是南方主要的糧食種植模式，本研究以廣東雙季稻為研究對象，普通復合肥和海藻復合肥均設置常量處理和20%減量處理，探索海藻酸增效型復合肥料在大田上一年兩季的應用效果，研究其在水稻產量、肥料效應、土壤氮磷養(yǎng)分殘留以及土壤酶和微生物量碳（氮）方面的效應，以期驗證其減肥增效效果，完善使用方法并為海藻酸類增效復合肥料在水稻生產上應用提供科學參考依據。

1? 材料與方法

1.1? 試驗點概況

試驗于2017年早、晚稻期間在廣東佛山三水區(qū)南山鎮(zhèn)佛山農科所（23.529° N，112.858° E，海拔6.6 m）同一田塊進行連續(xù)2茬定位試驗。供試土壤為潴育型水稻土河沙坭田，土壤質地為重壤土。試驗前土壤pH 5.6，有機質2.24%，全氮1.28‰，堿解氮103.7 mg/kg，有效磷38.7 mg/kg，速效鉀125.5 mg/kg。試驗用海藻酸復合肥料參數：海藻酸為野生海帶經生物發(fā)酵后提取的海藻酸濃縮液，主要物質為海藻多糖及天然生長調節(jié)物質，在復合肥中海藻酸添加量為0.5%，采用尿基高塔工藝生產，產品符合標準《海藻酸類肥料》（HG/T 5050-2016）。海藻酸作為植物源生物刺激素添加肥料中，與普通復合肥相比具有刺激作物生長、提高養(yǎng)分吸收和環(huán)境友好的特點。

1.2? 方法

1.2.1? 試驗設計? 以水稻品種‘黃軟秀占為供試材料。試驗共設5個處理：（1）不施肥;（2）普通復合肥20-8-12;（3）海藻復合肥20-8-12;（4）80%普通復合肥20-8-12;（5）80%海藻復合肥20-8-12。普通復合肥和海藻復合肥處理以純N 150 kg/hm2用量施用，80%普通復合肥和80%海藻復合肥處理以純N 120 kg/hm2用量施用。早、晚稻分別在基肥（4月7日、8月9日）、分蘗肥（4月18日、8月19日）和分化肥（5月8日、9月7日）按40%、30%和30%施用。小區(qū)25 m2，種植密度為400株/區(qū)，小區(qū)間用高30 cm、寬40 cm的田埂隔離，田埂上覆蓋薄膜，實行單獨排灌。早稻2017年4月7日移栽，7月17日收獲，晚稻2017年8月9日移栽，11月22日收獲。

1.2.2? 樣品分析? 試驗前采集0～20 cm耕層土樣，用于測定土壤基本理化性質。分別在早稻和晚稻孕穗期采集新鮮土樣去除可見植物殘體，凍干碾碎存于4 ℃，一周內測定土壤酶（蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶）活性、微生物量碳（氮）;在晚稻收獲后采集土樣測定土壤有機質、pH、堿解氮、有效磷，并采集（0～20、20～40、40～60 cm）土樣置于4 ℃保存，一周內測定硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。植株樣品分別在早稻和晚稻收獲前1周每個小區(qū)收割5株水稻，晾干后調查農藝性狀，并分析秸稈和稻谷氮、磷養(yǎng)分含量。收獲期按照小區(qū)實際收獲量來測定秸稈和稻谷產量，其中秸稈自然曬干后取樣烘干，測定水分折算干重，稻谷采用機械烘干計算干重。土壤有機質、pH、堿解氮、有效磷、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮采用文獻[12]的方法測定;植株氮、磷采用H2SO4-H2O2消煮，用流動分析儀測定[13]。土壤蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法[14];脲酶采用苯酚-次氯酸鈉比色法[14];酸性磷酸酶活性采磷酸苯二鈉比色法檢測[15]。用于測定土壤微生物量碳（氮）的土壤將土壤含水量調節(jié)至40%，25 ℃，90%空氣濕度下預培養(yǎng)1周。其中微生物量碳、微生物量氮（MBC、MBN）的測定采用氯仿熏蒸-K2SO4溶液浸提法，按照Wu等[16]和Brookes等[17]方法，土壤微生物量碳、氮根據氯仿熏蒸和未熏蒸處理土壤提取液中有機碳、全氮含量之差，分別除以系數0.45（MBC）和0.54（MBN）計算求得MBC和MBN。

1.2.3? 相關指標計算方法? （1）養(yǎng)分吸收量（nutrient accumulation，kg/hm2）=稻谷產量×稻谷氮（磷）含量+秸稈產量×秸稈氮（磷）含量[18];

（2）養(yǎng)分盈余（nutrient surplus，kg/hm2）=施氮（磷）量?作物吸收（氮、磷）量[19];

（3）偏生產力（partial factor productivity of fertilizer，PFP，kg/kg）=稻谷產量/施氮（磷）量[18];

（4）養(yǎng)分吸收效率（nutrient uptake efficiency by plant，NUE，%）=施肥區(qū)地上部氮（磷）吸收量/施氮（磷）量×100%[18]。

1.3? 數據處理

采用Microsoft Excel 2007、SAS 8.0和SPSS 18.0等數據處理軟件對試驗數據進行統(tǒng)計分析。

2? 結果與分析

2.1? 水稻農藝性狀、產量

由表1所示，農藝性狀方面早稻同等施肥量的2種肥料之間有效穗無明顯差異，晚稻海藻復合肥處理較普通復合肥處理顯著增加14.5%（P< 0.05）。施肥處理間的結實率、穗實粒和千粒重并無顯著差異。

從表2可看出，海藻復合肥處理稻谷2季產量較普通復合肥處理顯著增產7.0%（P<0.05）;80%海藻復合肥與普通復合肥處理相比無明顯差異。周年水稻秸稈產量在2種肥料間無顯著差別。從單季水稻情況來看，早稻稻谷產量海藻復合肥較普通復合肥處理顯著增產7.6%（P<0.05）;但80%海藻復合肥較海藻復合肥減產8.1%（P< 0.05），而與普通復合肥處理相比無顯著差異;等量施肥的2種肥料之間秸稈產量無差異。晚稻稻谷產量海藻復合肥較普通復合肥處理顯著增產5.1%（P<0.05），80%海藻復合肥較80%普通復合肥顯著增產4.8%（P< 0.05）;而同類肥料減量20%施肥產量均顯著下降，但80%海藻復合肥與普通復合肥處理表現為平產;80%海藻復合肥與普通復合肥處理秸稈產量相當，且顯著高于80%普通復合肥處理。

2.2? 水稻氮素、磷素吸收利用

2.2.1? 氮磷吸收量及土壤養(yǎng)分平衡? 養(yǎng)分吸收與盈余可反映土壤養(yǎng)分平衡狀況。從表3可看出，養(yǎng)分吸收方面，2種肥料等量施肥處理間N吸收在早稻和晚稻均無差異，僅P2O5吸收在晚稻80%海藻復合肥較80%普通復合肥處理顯著增加8.9%（P<0.05）;同種肥料常量施肥與減量施肥相比僅晚稻普通復合肥較80%普通復合肥處理P2O5吸收顯著增加7.7%（P<0.05）。養(yǎng)分盈余方面，僅晚稻80%海藻復合肥較80%普通復合肥處理P2O5盈余顯著下降57.8%（P<0.05）;而同種肥料減量施肥情況下N和P2O5盈余均顯著降低。此外，從一年兩季水稻來看，2種肥料等量施肥處理間N和P2O5的吸收和盈余并無顯著差異，養(yǎng)分盈余以普通復合肥處理最高，減量施肥下養(yǎng)分盈余值為負，80%普通復合肥處理N和P2O5盈余分別較普通復合肥處理下降43.1和16.5 kg/hm2，80%海藻復合肥較普通復合肥處理分別下降57.2和20.7 kg/hm2，均達顯著水平（P<0.05）。

2.2.2? 氮、磷養(yǎng)分偏生產力和吸收效率? 由表4所示，早稻氮肥偏生產力海藻復合肥較普通復合肥顯著提高3.3 kg/kg（P<0.05），80%普通復合肥和80%海藻復合肥較相應的普通復合肥和海藻復合肥處理分別提高8.5、7.1 kg/kg（P<0.05），晚稻各施肥處理間差異均達到顯著水平（P<0.05），表現依次為80%海藻復合肥>80%普通復合肥>海藻復合肥>普通復合肥。2種肥料等量施肥下氮素吸收效率差異不顯著;早稻80%普通復合肥和80%海藻復合肥分別較相應的普通復合肥和海藻復合肥處理顯著提高17.5和19.7個百分點（P< 0.05），晚稻分別顯著提高11.6和11.3個百分點（P<0.05）。早稻磷肥偏生產力海藻復合肥較普通復合肥顯著提高8.4 kg/kg（P<0.05），80%普通復合肥和80%海藻復合肥較相應的普通復合肥和海藻復合肥處理分別提高21.4、17.7 kg/kg（P<0.05）;晚稻各施肥處理間差異顯著（P< 0.05），結果與氮肥偏生產力相同。早稻2種肥料等量施肥之間磷素吸收效率差異不顯著，80%普通復合肥和80%海藻復合肥較相應的普通復合肥和海藻復合肥處理分別提高19.8和17.8個百分點，晚稻分別顯著提高12.0和15.4個百分點，晚稻80%海藻復合肥較80%普通復合肥處理也顯著提高7.8個百分點（P<0.05）。

2.3? 土壤pH、有機質及養(yǎng)分含量

由表5所示，經過一年雙季種植，不同施肥處理間有機質、堿解氮和有效磷含量并未發(fā)生顯著差異。普通復合肥處理pH有下降趨勢，而施用海藻復合肥以及減量施肥處理與CK相對保持一致，其中80%海藻復合肥較普通復合肥處理高0.24個單位，差異顯著（P<0.05）。

土壤銨態(tài)氮隨著土層深度和肥料減量施用而下降。其中，0～20 cm土層CK顯著低于其他施肥處理，海藻復合肥較80%普通復合肥處理顯著提高10.7%（P<0.05）;20～40和40～60 cm土層各施肥處理間銨態(tài)氮含量無明顯差異。土壤硝態(tài)氮含量也隨著土層深度和肥料減量而下降。20～40 cm土層80%普通復合肥和80%海藻復合肥分別較相應的普通復合肥和海藻復合肥處理顯著下降20.4%和21.2%（P<0.05），但其他土層施肥處理之間并無顯著差異。

2.4? 土壤微生物量碳、微生物量氮

土壤微生物量碳（MBC）可作為土壤養(yǎng)分的儲存庫和植物養(yǎng)分的供給源[20]。由表6所示，土壤MBC表現CK顯著低于施肥處理，在早稻施肥處理間無明顯差異，晚稻海藻復合肥較普通復合肥處理顯著提高12.2%，80%海藻復合肥較80%普通復合肥處理顯著增加8.4%（P<0.05），此外，晚稻海藻復合肥較80%海藻復合肥處理顯著提高7.6%（P<0.05）。

土壤微生物量氮（MBN）是土壤有效氮的重要組成部分，對土壤氮素循環(huán)和氮素供給具有重要作用[19-21]。各處理中以CK最低，早稻施肥處理間MBN含量差異不顯著;晚稻海藻復合肥和80%海藻復合肥分別較普通復合肥和80%普通復合肥處理顯著增加10.7%和9.4%（P<0.05）。

2.5? 土壤酶活性

從表7中可看出，早稻土壤蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性在施肥的不同處理間并無顯著差異，晚稻處理間酶活性差異顯現。其中，晚稻土壤蔗糖酶活性海藻復合肥較普通復合肥處理顯著提高9.4%，而減量施肥的80%海藻復合肥較海藻復合肥處理顯著降低7.5%（P<0.05）。晚稻土壤

脲酶海藻復合肥較普通復合肥提高10.4%、80%海藻復合肥較80%普通復合肥提高11.1%，差異均達到顯著水平（P<0.05）。晚稻土壤酸性磷酸酶表現為海藻復合肥較普通復合肥顯著提高11.8%（P<0.05）。說明連續(xù)2季施用海藻復合肥具有促進土壤碳水化合物轉化，提高氮、磷養(yǎng)分供給能力的效果。

2.6? 土壤綜合肥力質量評價

對晚稻土壤有機質、pH、速效養(yǎng)分和微生物量碳（氮）以及土壤酶活性等因子進行主成分分析，將累積貢獻方差≥85%作為提取原則，獲得2個主成分，其累積方差貢獻率為87.157%（表8），因子1和因子2的特征值分別為6.964和2.624，貢獻率分別為63.306%和23.861%。第1主成分因子在有機質、微生物生物量碳（氮）以及土壤酶活性和銨態(tài)氮等指標上載荷系數較大，該主成分可認定為土壤的有機營養(yǎng)及生物活性因子，第2主成分因子在堿解氮和有效磷、pH和硝態(tài)氮指標上載荷系數較大，可視為土壤的速效養(yǎng)分和pH因子。

通過各因子得分及其特征值百分率作為權數進行加權求和計算得出土壤肥力質量得分（表9）。土壤質量綜合得分表現為80%海藻復合肥>海藻復合肥>普通復合肥>80%普通復合肥>CK。說明施用海藻復合肥有利于提高土壤的綜合質量。

3? 討論

3.1? 海藻復合肥減量施肥對水稻產量的影響

海藻酸類物質主要包括多糖類、甜菜堿、蛋白類以及萜類等天然生長調節(jié)物質[9]，作為肥料增效物質具有用量少，增效效果明顯的作用，可活化土壤氮素[6]和磷素[7]，提高氮磷養(yǎng)分利用，從而達到減肥增效的效果。本研究發(fā)現海藻復合肥與普通復合肥相比有效穗（晚稻）和稻谷產量（早稻、晚稻）顯著提高，且80%海藻復合肥與普通復合肥相比減肥穩(wěn)產效果明顯，這與袁亮等[6]采用海藻尿素提高小麥有效穗實現減肥穩(wěn)產的效果一致。可能海藻酸成分對水稻分蘗和有效穗形成具有促進作用，其作用機理值得進一步研究。

3.2? 海藻復合肥減量施肥對肥料效率和養(yǎng)分平衡的影響

本研究海藻復合肥與普通復合肥相比顯著提高了氮肥和磷肥偏生產力，與周勇明等[22]研究結果相一致;而減量施肥進一步提高氮肥和磷肥的偏生產力和吸收效率，與杜加銀等[23]的研究結果相同。全量施肥早稻氮磷養(yǎng)分表現為虧缺，晚稻表現為盈余，與華南區(qū)域季節(jié)氣候原因導致晚稻產量低于早稻從而造成吸收累積差異有關[24-25]。從一年兩季來看，全量施肥處理氮磷養(yǎng)分表現為盈余，若長期全量施肥存在土壤養(yǎng)分富集和流失的風險，有必要降低肥料用量。本研究減量施肥顯著降低氮、磷養(yǎng)分盈余，與趙亞南等[19]的研究結果相同，其中80%海藻復合肥與普通復合肥處理相比實現穩(wěn)產，就環(huán)境效應方面來講屬于本試驗中的最優(yōu)處理，但周年來看該處理氮磷養(yǎng)分表現為虧缺，長期保持80%的施肥水平可能造成土壤氮素和磷素的供給能力下降;此外，80%海藻復合肥與海藻復合肥處理相比表現為減產，說明增加施肥仍然有提高產量的空間。因此，在確定減肥目標時須結合土壤養(yǎng)分平衡、生態(tài)效應和產量目標進行調整，以實現生態(tài)友好及土壤肥力可持續(xù)二者相協調?？偟膩砜矗c普通復合肥相比，應用海藻復合肥可實現水稻種植減肥增效，在華南雙季稻的生產中具有較好的應用前景。

3.3? 海藻復合肥對土壤肥力及生物活性的影響

本研究施用海藻復合肥經過一年兩季種植土壤有機質、堿解氮和有效磷含量并未發(fā)生明顯變化，與計小江等[26]研究發(fā)現施用海藻復混肥提高稻田土壤有機質、有效磷的結果不同，可能與本試驗稻田土壤質地為重壤土有關，土壤質地越重其緩沖性越好，在短期內土壤理化指標變化越小[27]。2種肥料減量施肥均顯著降低了20～40 cm土層硝態(tài)氮含量，與田昌等[28]減氮施肥下降低硝態(tài)氮的研究結果一致;而減量施肥銨態(tài)氮與常量施肥之間無明顯差異，與田昌等[28]研究結果相似，可能銨態(tài)氮含量主要與土壤質地及其對銨離子吸附特性有關[29]，有待于進一步研究。

卜令鐸等[30]研究發(fā)現施用微量的海藻酸類生物刺激素（20 mg/株）煙草根長、根體積、根直徑和比表面積顯著增加。本研究中海藻肥可能促進水稻根系生長導致根系殘留有機物的增加，而有機物投入的增加可提高土壤MBC、MBN含量[31-32]，增強土壤酶活性[33]，本研究連續(xù)兩季施用海藻復合肥后在晚稻也得到了類似的研究結果。土壤酶活性與土壤肥力以及水稻產量密切相關[31]，主成分分析表明土壤酶、土壤MBC和MBN等生物活性指標作為第1主成分因子，在土壤肥力中占主要地位，土壤質量綜合得分以海藻復合肥高于普通復合肥處理，表明本研究海藻復合肥更多的是在土壤生物活性方面起到調節(jié)作用，通過土壤酶活性與微生物生物量指標的改善促進水稻發(fā)育及對養(yǎng)分的吸收，進而實現減肥增效。

4? 結論

與普通復合肥相比，海藻復合肥具有明顯的增產效果，在80%海藻復合肥用量下與普通復合肥相比穩(wěn)產作用明顯，表明在廣東雙季稻種植上海藻復合肥減肥穩(wěn)產增效作用顯著。

海藻復合肥能夠提高氮肥和磷肥偏生產力，減肥20%條件下顯著提高氮肥、磷肥偏生產力和氮素、磷素吸收效率，降低20～40 cm土層硝態(tài)氮含量。但減肥處理周年氮磷養(yǎng)分在土壤中的殘留表現為虧損，以80%海藻復合肥殘留量最低，長期來看可能導致土壤肥力下降，生產中應根據土壤肥力和目標產量及環(huán)境效應適當增加肥料用量。

連續(xù)2季施用海藻復合肥能夠提高土壤MBC、MBN和土壤蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性。

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