徐令旗，郭曉紅，蘭宇辰，崔致遠(yuǎn)，張佳檸，呂艷東

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，黑龍江省教育廳寒地作物種質(zhì)改良與栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163319)

近年來(lái)，隨著傳統(tǒng)水稻種植方式與水資源短缺，勞動(dòng)力成本高等矛盾日益突出，水稻輕簡(jiǎn)型直播方式越來(lái)越得到人們的重視。水稻旱直播作為輕簡(jiǎn)型直播方式的一種，免除了育秧、泡田、移栽等傳統(tǒng)工序，直接在農(nóng)田上進(jìn)行播種[1]。與傳統(tǒng)水稻栽培相比較，水稻旱直播栽培可節(jié)省農(nóng)田用水50%～60%，實(shí)現(xiàn)節(jié)水6 000 m3/hm2[2]，生產(chǎn)成本降低1 950 元/hm2，經(jīng)濟(jì)效益增加2 675.70元/hm2[3]。可見，水稻旱直播栽培具有省工省時(shí)、節(jié)約勞力、降低成本以及節(jié)省農(nóng)田用水等特點(diǎn)[4]，在解放農(nóng)民勞力的同時(shí)也能提高農(nóng)民生活水平，對(duì)發(fā)展輕簡(jiǎn)型農(nóng)業(yè)意義重大。肥料作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，在提供植物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素的同時(shí)也提高土壤肥力[5]。然而長(zhǎng)期偏重于化肥投入，而忽視生物肥力的培育，對(duì)土壤造成嚴(yán)重負(fù)效應(yīng)，如土壤理化性質(zhì)變劣、有機(jī)質(zhì)含量降低、土壤板結(jié)酸化、土壤養(yǎng)分失衡、重金屬污染等[5-6]，嚴(yán)重制約作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。大量研究表明，單施有機(jī)肥或與化肥配施，可改善土壤理化性狀，提高土壤有機(jī)物質(zhì)含量[7-9]，調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，增加土壤酶活性[10]，增加作物產(chǎn)量。馬凡凡等[11]研究表明，適量的有機(jī)肥代替化肥施用，稻田土壤肥力提高，水稻地表氮、磷的徑流流失降低，產(chǎn)量提高。聶俊等[12]研究表明，有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥料配施可以延緩水稻葉片SPAD的衰減，提高葉片凈光合速率，促進(jìn)干物質(zhì)積累。黑龍江省作為我國(guó)水稻種植的主要地區(qū)，雖然水稻種植方式仍然以育苗移栽為主，但水稻直播技術(shù)也得到較大發(fā)展，而且水稻直播種植面積逐年有擴(kuò)大趨勢(shì)。目前，黑龍江省水稻直播體系不完善，缺乏在直播條件下有機(jī)肥對(duì)水稻干物質(zhì)積累與分配及產(chǎn)量變化規(guī)律的系統(tǒng)研究。因此，本試驗(yàn)以龍粳31為試驗(yàn)材料，分別將腐熟有機(jī)肥、生物炭、海藻生物肥和凹凸棒有機(jī)肥于播種前施入土壤，探究不同有機(jī)肥下旱直播水稻產(chǎn)量和干物質(zhì)積累的規(guī)律，以期為寒地水稻直播施肥管理和水稻旱直播高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018-2019年在黑龍江省友誼農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)基地(東經(jīng)131°49′，北緯46°45′，海拔110.8 m)大田條件下進(jìn)行。供試品種為龍粳31(主莖葉為11葉)，生育期130 d左右，需≥10 ℃活動(dòng)積溫2 350 ℃左右。試驗(yàn)田前茬為玉米，土壤肥力中等。2018-2019年試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分狀況如表1所示，降雨量及平均溫度如圖1所示。

表1 土壤養(yǎng)分基本狀況Tab.1 Basic nutrient status of soil

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

按照單因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，采用大田對(duì)比法，設(shè)置6個(gè)處理：零肥(T0)；常規(guī)施肥(T1)：尿素(N 46%)125.0 kg/hm2、磷酸二銨(N 18%，P2O546%)174.0 kg/hm2、硫酸鉀(K2O 51%)125.0 kg/hm2用作基肥施入，于四葉期施硫銨(N 21%)150 kg/hm2，分蘗初期施尿素(N 46%)150 kg/hm2，穗肥施尿素(N 46%)100.5 kg/hm2，硫酸鉀(K2O 51%)100.5 kg/hm2；生物炭(15 t/hm2)+常規(guī)施肥(T2)；海藻生物肥(300 kg/hm2)+常規(guī)施肥(T3)；凹凸棒有機(jī)

肥(750 kg/hm2)+常規(guī)施肥(T4)，腐熟有機(jī)肥(276 m3/hm2)+常規(guī)施肥(T5)。每個(gè)處理均3次重復(fù)，小區(qū)面積為667 m2。旋地之前分別施入生物炭、海藻生物肥、凹凸棒有機(jī)肥和腐熟有機(jī)肥進(jìn)行土壤改良，亮盾種衣劑包衣，采用條播機(jī)分別于2018年4月30日和2019年4月14日播干種子，播量為210 kg/hm2，播深2～3 cm，行距20 cm，同時(shí)各處理均側(cè)深施入基肥。用覆土鏈覆土，播后鎮(zhèn)壓2次。分別于2018年9月15日和2019年9月20日收獲。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉面積指數(shù)與干物質(zhì)積累 于齊穗期和成熟期2個(gè)時(shí)期進(jìn)行取樣。每處理選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的水稻連續(xù)30穗，4次重復(fù)，將植株按穗、葉片、鞘和莖分樣，并選擇一部分葉測(cè)定葉面積。將所有樣品置于105 ℃烘箱殺青30 min，70～80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量(采用精度0.001 g或以上天平)并計(jì)算群體干物質(zhì)量、莖鞘物質(zhì)輸出率、莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)化率等。各指標(biāo)計(jì)算公式如下：

干物質(zhì)輸出量=單位面積齊穗期葉(莖、鞘)干質(zhì)量-成熟期葉(莖、鞘)干質(zhì)量;

干物質(zhì)輸出率(%)=單位面積干物質(zhì)輸出量/抽穗期葉(莖、鞘)干質(zhì)量×100%;

干物質(zhì)輸出轉(zhuǎn)化率(%)=干物質(zhì)輸出量/成熟期籽粒干質(zhì)量×100%。

1.3.2 產(chǎn)量構(gòu)成因素 水稻成熟時(shí)每個(gè)處理選取連續(xù)的30穗，5點(diǎn)取樣，帶回室內(nèi)考察產(chǎn)量性狀，測(cè)定項(xiàng)目主要有穗數(shù)、實(shí)粒數(shù)、空秕粒數(shù)，并稱取粒質(zhì)量，計(jì)算穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量。

1.3.3 實(shí)測(cè)產(chǎn)量 于成熟期各處理均選取有代表性的地塊，5點(diǎn)取樣，每點(diǎn)收獲2 m2水稻。小型脫谷機(jī)脫谷，去除雜質(zhì)，稱質(zhì)量測(cè)產(chǎn)，測(cè)定實(shí)際含水量，然后折算成標(biāo)準(zhǔn)含水量(14.5%)計(jì)算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用 Microsoft Excel 2010 和SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)，采用Duncan法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱直播下不同有機(jī)肥對(duì)水稻齊穗期高效葉面積指數(shù)的影響

齊穗期旱直播水稻高效葉面積指數(shù)在不同有機(jī)肥下的變化如表2所示，在齊穗期葉面積指數(shù)均表現(xiàn)為倒二葉高于劍葉和倒三葉，與T1相比，T3、T4、T5處理劍葉平均分別提高16.24%，5.73%，5.41%，倒二葉平均分別提高13.87%，5.78%，5.49%，倒三葉平均分別提高19.76%，7.19%，9.28%，T2降低了5.70%，3.90%,10.60%。

2.2 旱直播下不同有機(jī)肥對(duì)水稻群體干物質(zhì)量的影響

旱直播下有機(jī)肥對(duì)水稻群體干物質(zhì)量的影響如表3所示，旱直播水稻群體干物質(zhì)量受處理和年份的影響達(dá)極顯著水平。2 a間，齊穗期水稻群體干物質(zhì)量均表現(xiàn)為T3>T4>T5>T1>T2>T0，T1、T3、T4、T5均顯著大于T0和T2，T2、T3、T4、T5處理下水稻齊穗期群體干物質(zhì)量平均分別達(dá)10.42，13.69，12.84，12.63 t/hm2，與T1處理的平均干物質(zhì)量12.22 t/hm2相比，T2降低14.73%，T3、T4、T5分別增加12.03%，5.07%，3.36%。成熟期干物質(zhì)量T1、T3、T4、T5均顯著大于T0和T2，而T1與T3、T4、T5之間差異不顯著，但T3、T4、T5均有不同程度大于T1的趨勢(shì)，與T1相比，T2成熟期群體干物質(zhì)量平均降低14.11%。

2.3 旱直播下不同有機(jī)肥對(duì)水稻干物質(zhì)輸出和轉(zhuǎn)化的影響

旱直播下有機(jī)肥對(duì)水稻干物質(zhì)輸出和轉(zhuǎn)化的影響如表4所示，葉和莖鞘部位的輸出量、輸出率和轉(zhuǎn)化率均是T3、T4、T5大于T1，而T1大于T0和T2。與T1相比，T3、T4、T5葉的輸出量平均分別提高36.47%，15.29%，17.64%，輸出率和轉(zhuǎn)化率平均分別增加7.56，1.67，5.65百分點(diǎn)和3.41，1.44，2.08百分點(diǎn)，T2葉的輸出量平均降低16.47%，輸出率和

表2 旱直播下不同有機(jī)肥對(duì)水稻齊穗期高效葉面積指數(shù)的影響Tab.2 Effects of different organic fertilizers on the efficient leaf area index of dry direct-seeding rice at the full heading stage

表3 旱直播下不同有機(jī)肥對(duì)水稻群體干物質(zhì)量的影響Tab.3 Effects of different organic fertilizer on population dry matter weight of dry direct-seeding rice t/hm2

轉(zhuǎn)化率平均降低1.12，0.53百分點(diǎn)。與T1相比，T3、T4、T5莖鞘的輸出量平均分別提高32.13%，9.69%，13.85%，輸出率和轉(zhuǎn)化率平均增加7.93，2.90，4.36百分點(diǎn)和12.42，4.20，5.77百分點(diǎn)，T2莖鞘的輸出量、轉(zhuǎn)化率平均降低18.28%和3.29百分點(diǎn)，而輸出率2019年則略大于T1。

2.4 旱直播下不同有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響

旱直播下有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響如表5所示，2 a間，T0處理下水稻穗數(shù)平均達(dá)526.71個(gè)/m2，與T0相比，施肥處理下(T1、T2、T3、T4、T5)水稻穗數(shù)增加34.89～136.83個(gè)/m2，增加幅度為6.62%～25.98%。除T2外，各有機(jī)肥處理下水稻穗數(shù)均有不同程度高于T1處理的趨勢(shì)，2018年水稻穗數(shù)表現(xiàn)為T5>T3>T4>T1>T2>T0，受處理和年份的影響，2019年水稻穗數(shù)表現(xiàn)為T3>T4>T5>T2>T1>T0。2 a間，T2、T3、T4、T5處理下水稻穗數(shù)平均達(dá)561.60，663.54，642.85，641.09個(gè)/m2，與T1處理的平均穗數(shù)577.29個(gè)/m2相比，T2降低2.79%，T3、T4、T5分別增加14.94%，11.36%，11.05%，說(shuō)明施用海藻生物有機(jī)肥、凹凸棒有機(jī)肥和腐熟有機(jī)肥有效促進(jìn)旱直播水稻分蘗，增加穗數(shù)，其中以施用海藻生物有機(jī)肥效果較好。2 a間，各處理下水稻穗粒數(shù)均以T1和T2處理較高，T2、T3、T4、T5處理下的水稻穗數(shù)平均達(dá)73.88，66.28，66.53，68.40個(gè)，與T1處理的平均穗粒數(shù)74.19個(gè)相比，分別降低0.42%，11.94%，11.52%，8.46%。說(shuō)明施用有機(jī)肥不利于旱直播水稻穗粒數(shù)的提高，但施用生物炭的效果要好于施用海藻生物有機(jī)肥、凹凸棒有機(jī)肥和腐熟有機(jī)肥。綜合2 a水稻的千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率，水稻千粒質(zhì)量受年份的影響顯著，而受處理的影響不顯著，水稻結(jié)實(shí)率雖受處理的影響極顯著，但有機(jī)肥對(duì)旱直播水稻結(jié)實(shí)率的作用不顯著。

表4 旱直播下不同有機(jī)肥對(duì)水稻干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響Tab.4 Effects of organic fertilizer on dry matter transport of dry direct-seeding rice

表5 旱直播下不同有機(jī)肥水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響Tab.5 Effects of different organic fertilizers on rice yield components under dry direct-seeding

不同有機(jī)肥下旱直播水稻產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成的相關(guān)分析如圖2所示，產(chǎn)量與穗數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(R2=0.657 4)，與穗粒數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著(R2=0.332 7)，與千粒質(zhì)量呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著(R2=0.185 9)，與結(jié)實(shí)率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明不同有機(jī)肥處理主要通過(guò)增加穗數(shù)增加產(chǎn)量。

2.5 旱直播下不同有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

旱直播水稻實(shí)測(cè)產(chǎn)量在不同有機(jī)肥下的變化如圖3所示，2 a間，T0處理下水稻產(chǎn)量平均達(dá)4.32 t/hm2，與T0相比，施肥處理下水稻產(chǎn)量平均增產(chǎn)2.03～2.94 t/hm2，增產(chǎn)幅度達(dá)46.99%～70.37%。除T2外，各有機(jī)肥處理下(T3、T4、T5)水稻產(chǎn)量均表現(xiàn)不同程度高于T1處理的趨勢(shì)，但與T1處理差異不顯著。2 a水稻產(chǎn)量均表現(xiàn)為T3>T5>T4>T1>T2>T0，T2、T3、T4、T5處理下的水稻產(chǎn)量平均達(dá)6.35，7.36，7.24，7.26 t/hm2，與T1處理的平均產(chǎn)量7.05 t/hm2相比，T2降低11.02%，T3、T4、T5分別增產(chǎn)4.40%，2.70%，2.98%，說(shuō)明施用生物炭不利于旱直播水稻產(chǎn)量的提高，而施用海藻生物有機(jī)肥、凹凸棒有機(jī)肥和腐熟有機(jī)肥均有利于旱直播水稻產(chǎn)量提高。2 a間，T3、T4和T5處理之間水稻產(chǎn)量無(wú)顯著差異，但綜合2 a水稻產(chǎn)量，T3處理下水稻平均產(chǎn)量高于T4和T5處理，說(shuō)明施用海藻生物有機(jī)肥對(duì)旱直播水稻增產(chǎn)效果更好。

3 討論與結(jié)論

凌啟鴻[13]研究發(fā)現(xiàn)，水稻抽穗后上三葉是水稻主要的光合器官和籽粒灌漿所需同化產(chǎn)物的主要來(lái)源。唐雪[14]研究表明，與不施肥相比，不同水稻品種在有機(jī)肥處理下葉面積指數(shù)均增加。本研究表明，與常規(guī)施肥相比，施用海藻生物有機(jī)肥、凹凸棒有機(jī)肥和腐熟有機(jī)肥后水稻齊穗期葉面積指數(shù)均表現(xiàn)不同程度的上升趨勢(shì)，劍葉平均分別提高16.24%，5.73%，5.41%，倒二葉平均分別提高13.87%，5.78%，5.49%，倒三葉平均分別提高19.76%，7.19%，9.28%，可使水稻生育后期維持較高的葉面積，提高了水稻齊穗期-成熟期的群體光合生產(chǎn)能力，從而有利于光合產(chǎn)物同化和植株干物質(zhì)積累，而施用生物炭的效果則呈相反趨勢(shì)，可能原因是生物炭本身含氮量低，不存在氮素后移的作用，對(duì)延緩水稻葉片衰老，緩解 SPAD 值降低作用不明顯[15]，對(duì)于后期水稻葉片生長(zhǎng)促進(jìn)作用不大，而海藻生物有機(jī)肥、凹凸棒有機(jī)肥和腐熟有機(jī)肥腐解周期短，腐解充足，促進(jìn)養(yǎng)分釋放，及時(shí)滿足氮素供給，植株從土壤吸收的養(yǎng)分多，水稻后期葉源生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)大，上三葉葉長(zhǎng)、葉寬和葉面積相應(yīng)增大，水稻齊穗期葉面積指數(shù)高。

干物質(zhì)積累是水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，抽穗后生產(chǎn)的干物質(zhì)愈多, 產(chǎn)量也就愈高。因此，研究不同有機(jī)肥對(duì)旱直播水稻干物質(zhì)積累的影響對(duì)構(gòu)建合理水稻群結(jié)構(gòu)和改善群體質(zhì)量意義重大。楊長(zhǎng)明等[16]、唐海明等[17]、聶俊等[12]研究表明，施用有機(jī)肥有利于提高分蘗期-成熟期水稻群體干物質(zhì)積累。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，海藻生物有機(jī)肥、凹凸棒有機(jī)肥和腐熟有機(jī)肥處理下水稻齊穗期干物質(zhì)量分別增加12.03%，5.07%，3.36%，成熟期群體干物質(zhì)量雖表現(xiàn)差異不顯著，但藻生物有機(jī)肥、凹凸棒有機(jī)肥和腐熟有機(jī)肥仍表現(xiàn)出不同程度高于常規(guī)施肥的趨勢(shì)。本研究還發(fā)現(xiàn)，水稻葉和莖鞘的輸出量、輸出率和轉(zhuǎn)化率均是海藻生物有機(jī)肥、凹凸棒有機(jī)肥和腐熟有機(jī)肥處理高于常規(guī)施肥。其原因可能是，與常規(guī)施肥相比，海藻生物有機(jī)肥、凹凸棒有機(jī)肥和腐熟有機(jī)肥能夠平緩釋放養(yǎng)分，改善土壤氮素供應(yīng)，增加前期水稻有效分蘗和穗數(shù)，構(gòu)建良好的群體的關(guān)系，增加生育后期葉面積，保證后期光合產(chǎn)物的有效供給，并協(xié)調(diào)好養(yǎng)分供應(yīng)與作物后期營(yíng)養(yǎng)需求的關(guān)系，合理分配葉和莖鞘中的同化物向穗部的運(yùn)輸，從而增加植株干物質(zhì)積累，為水稻高產(chǎn)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)[18-20]。

劉紅江等[21]研究表明，旱直播栽培方式下水稻產(chǎn)量構(gòu)成表現(xiàn)為穗數(shù)多，而穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量低，最終使產(chǎn)量降低。李先等[22]研究認(rèn)為，有機(jī)肥肥效長(zhǎng)，養(yǎng)分釋放緩慢，可為水稻后期生長(zhǎng)供應(yīng)養(yǎng)分，促進(jìn)分蘗的早生發(fā)，有利于有效穗數(shù)的增加。本試驗(yàn)研究表明，施用藻生物有機(jī)肥、凹凸棒有機(jī)肥和腐熟有機(jī)肥可有效促進(jìn)水稻分蘗，增加穗數(shù)，但施用有機(jī)肥均不利于穗粒數(shù)的增加。與常規(guī)施肥相比，藻生物有機(jī)肥、凹凸棒有機(jī)肥和腐熟有機(jī)肥處理下水稻產(chǎn)量平均增產(chǎn)4.40%，2.70%，2.98%，相關(guān)分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，不同有機(jī)肥下旱直播水稻產(chǎn)量與穗數(shù)和呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量呈正相關(guān)，但關(guān)系不顯著，說(shuō)明旱直播稻產(chǎn)量提高的主要是依賴于單位面積穗數(shù)的增加。有研究認(rèn)為[23-24]，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)產(chǎn)量等方面的影響可能存在最佳施用比例。黃濤[25]、田艷洪等[26]研究認(rèn)為，有機(jī)肥施用量過(guò)高，水稻后期較易貪青晚熟，進(jìn)程延長(zhǎng)抽穗進(jìn)程，導(dǎo)致水稻穗粒數(shù)降低。許燕芳[27]研究也表明，有機(jī)肥栽培條件下，隨著基施有機(jī)肥含量的增加水稻每穗總粒數(shù)和實(shí)粒數(shù)下降。本研究中，隨著旱直播水稻生育進(jìn)程的進(jìn)行，環(huán)境溫度逐漸上升，土壤微生物活性增強(qiáng)，與常規(guī)施肥相比，在施用等量化肥的基礎(chǔ)上，有機(jī)肥養(yǎng)分釋放加快，土壤養(yǎng)分含量可能達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，從而導(dǎo)致水稻貪青晚熟，穗粒數(shù)降低。在本試驗(yàn)中，生物炭處理下水稻穗數(shù)和產(chǎn)量均低于常規(guī)施肥，可能是因?yàn)?，生物炭在腐解早期，由于微生物的增殖，?huì)先將土壤氮素生物固定，導(dǎo)致出現(xiàn)微生物與水稻“爭(zhēng)氮”的現(xiàn)象[15]，而生物質(zhì)炭本身具有高度熱穩(wěn)定性和較強(qiáng)吸附特性，對(duì)養(yǎng)分具有很強(qiáng)的持留功能[28]，旱直播水稻前期根系弱，分布淺，養(yǎng)分吸收能力差，導(dǎo)致水稻生育前期養(yǎng)分供應(yīng)比不上常規(guī)施肥處理，從而抑制水稻分蘗，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。

綜上所述，與常規(guī)施肥相比，旱直播水稻田施用海藻生物有機(jī)肥、凹凸棒有機(jī)肥和腐熟有機(jī)肥能保證水稻生育前期有效分蘗和穗數(shù)增加，可協(xié)調(diào)改善水稻群體結(jié)構(gòu)，改善群體質(zhì)量，提高齊穗期葉面積指數(shù)，促進(jìn)葉和莖鞘物質(zhì)輸出和轉(zhuǎn)化，利于植株物質(zhì)積累，為水稻高產(chǎn)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，最終使產(chǎn)量得到提高。