張 琳,呂玉虎,郭曉彥,史鵬飛,聶良鵬,張麗霞,丁 麗,凌敬偉,潘茲亮
(信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,河南 信陽 464000)
水稻作為豫南地區(qū)的主要糧食作物,常年種植面積為43萬hm2,占全省水稻總面積的83.4%[1],水稻的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)對(duì)保證豫南地區(qū)的糧食供應(yīng)和社會(huì)穩(wěn)定起到非常重要的作用。
近年來水稻生產(chǎn)中盲目施肥現(xiàn)象普遍存在,化肥特別是氮肥施用量逐年增加,雖然一定程度上提高了作物產(chǎn)量,但是同時(shí)也帶來一系列的生態(tài)環(huán)境問題,如土壤肥力退化、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降、環(huán)境污染等負(fù)面效應(yīng),直接威脅到農(nóng)業(yè)的安全生產(chǎn)[2,3]。有機(jī)肥能有效地提高土壤肥力,促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的增加和更新[4]。有機(jī)肥與化肥配施對(duì)土壤全氮、全磷、堿解氮、有效磷及有效鉀含量等肥力指標(biāo)均有不同程度的提高,培肥效果好[5]。由于有機(jī)肥運(yùn)輸、施用成本較高,河南省稻田施用有機(jī)肥占比很少,多數(shù)稻田基本上未施用有機(jī)肥,有機(jī)肥是否能夠替代化肥需要進(jìn)行一系列的試驗(yàn)證明。因此,合理的有機(jī)肥與化肥配施是建立可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的有效途徑。本研究探討了在化肥用量減少10%和20%的情況下,配施不同量商品有機(jī)肥對(duì)土壤肥力以及水稻產(chǎn)量的影響,以期為豫南稻區(qū)化肥的合理利用提供技術(shù)支撐。
研究于2017年3月至2018年10月在信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)園區(qū)(114°05′E,32°07′N)進(jìn)行。該地屬亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū),日照充足,年均日照時(shí)數(shù)1 900~2 100 h;年平均氣溫15.1~15.3℃;降水豐沛,年均降水量900~1 400 mm,空氣濕潤(rùn),相對(duì)濕度年均77%。供試土壤為水稻土(耕層土壤質(zhì)地為黏壤土),試驗(yàn)前土壤pH 6.7、有機(jī)質(zhì)25.4 g∕kg、堿解氮81.5 mg∕kg、有效磷10.5 mg∕kg、速效鉀58.2 mg∕kg。試驗(yàn)田栽培管理同一般高產(chǎn)田。
供試氮肥為尿素(含純N 46%),磷肥為普鈣(含P2O511%),鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)。商品有機(jī)肥的養(yǎng)分含量N+P2O5+K2O為5.3%,有機(jī)質(zhì)含量73%。供試水稻品種為Y兩優(yōu)689。
根據(jù)有機(jī)肥和化肥施用量,設(shè)置7個(gè)處理,包括對(duì)照和6個(gè)不同類型的配施處理,試驗(yàn)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),3次重復(fù)。處理分別為100%F(Y1,CK)、90%F+OF750(Y2)、90%F+OF1125(Y3)、90%F+OF1500(Y4)、80%F+OF750(Y5)、80%F+OF1125(Y6)、80%F+OF 1500(Y7)。其中,100%F指當(dāng)?shù)爻R?guī)施肥量,全部施用化肥,施肥量為N 150 kg∕hm2、P2O575 kg∕hm2、K2O 105 kg∕hm2;90%F、80%F分別為施用90%、80%的常規(guī)施肥量;OF指的是施用商品有機(jī)肥,數(shù)字表示施肥量,單位kg∕hm2。氮肥按照基肥∶分蘗肥∶孕穗肥=5∶3∶2分次施入,磷肥全部基施,鉀肥按基肥和穗肥各50%施用。
水稻于2018年5月14日劃行移栽,小區(qū)栽插密度16.7 cm×20.0 cm,每穴2~3棵基本苗。移栽后灌淺水使秧苗返青,分蘗肥在移栽后1周施用,孕穗肥在曬田復(fù)水后施用。每小區(qū)長(zhǎng)3.3 m,寬2.0 m。小區(qū)間筑0.3 m寬的埂,并覆塑料薄膜防止串水串肥,區(qū)組間留0.5 m寬的溝,便于進(jìn)排水。
1.4.1 水稻葉片葉綠素SPAD測(cè)定 施肥第7天測(cè)定水稻葉片葉綠素SPAD,對(duì)每個(gè)小區(qū)中5株水稻的倒一葉至倒四葉進(jìn)行SPAD測(cè)定,最終由同一小區(qū)、同一葉位的5個(gè)SPAD的平均值代表該小區(qū)該葉位的葉色情況。
1.4.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測(cè)定 成熟期每個(gè)處理取具有代表性的植株10穴,測(cè)定株高和有效穗、穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù),風(fēng)干后測(cè)定千粒重。各小區(qū)單打單收,風(fēng)干后,測(cè)定子粒產(chǎn)量。
1.4.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法 水稻收獲后在小區(qū)內(nèi)采集耕層混合土樣(0~20 cm),風(fēng)干過篩后測(cè)定。土壤pH用pH計(jì)測(cè)定,堿解氮采用堿解擴(kuò)散法,速效磷采用Olsen法,速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定,土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定[6]。
采用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,用SAS 9.2進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
不同處理水稻農(nóng)藝性狀見表1。從表1可以看出,在改變化肥用量條件下,配施不同量的商品有機(jī)肥處理對(duì)水稻的有效穗和穗粒數(shù)沒有顯著影響,但對(duì)株高、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重有不同程度的影響。除Y3處理外,各處理株高顯著高于對(duì)照Y1。90%F的3個(gè)處理(Y2、Y3、Y4)水稻平均株高為124.2 cm,80%F的3個(gè)處理(Y5、Y6、Y7)水稻平均株高也為124.2 cm,均高于對(duì)照Y1。有效穗、穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)均是Y2最多,對(duì)照Y1最少。在90%F的3個(gè)處理中,Y2表現(xiàn)效果較好,與對(duì)照Y1相比,株高、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均有顯著增加,增幅分別為4.39%、17.92%、4.29%、4.13%。在80%F的3個(gè)處理中,Y5表現(xiàn)效果較好,與對(duì)照Y1相比,株高、結(jié)實(shí)率和千粒重均有顯著增加,增幅分別為4.31%、4.78%、3.06%。這說明配施商品有機(jī)肥有助于改善水稻的農(nóng)藝性狀,但商品有機(jī)肥的施用量不是越高越好。
決定水稻產(chǎn)量高低的主要因素是有效穗數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒重。由表1可知,影響各處理水稻產(chǎn)量的因素為千粒重。Y2至Y7的千粒重由多到少的順序?yàn)閅4、Y2、Y7、Y5、Y6、Y3,比對(duì)照Y1增加0.94%~4.99%,其原因可能是單施化肥在水稻生長(zhǎng)前期供肥過旺、后期供肥不足,而商品有機(jī)肥配施化肥在水稻全生育期都有充足的養(yǎng)分供應(yīng),有利于水稻后期子粒生長(zhǎng)。
表1 不同處理水稻農(nóng)藝性狀
不同處理稻谷產(chǎn)量見表2。由表2可知,Y3、Y4、Y7處理水稻產(chǎn)量顯著高于對(duì)照Y1。各處理產(chǎn)量由高到低的順序?yàn)閅3、Y7、Y4、Y6、Y2、Y5、Y1,比對(duì)照Y1增產(chǎn)5.74%~13.54%。90%F的3個(gè)處理水稻平均產(chǎn)量為9 803 kg∕hm2,80%F的3個(gè)處理水稻平均產(chǎn)量為9 621 kg∕hm2,均高于對(duì)照Y1,表現(xiàn)為90%F>80%F>100%F。在80%化肥用量條件下,商品有機(jī)肥配施量越多,水稻的產(chǎn)量越高。從有機(jī)肥施用量看,OF750的2個(gè)處理(Y2和Y5)水稻均產(chǎn)為9 416 kg∕hm2,OF1125的2個(gè)處理(Y3和Y6)水稻均產(chǎn)為9 789 kg∕hm2,OF1500的2個(gè)處理(Y4和Y7)水稻 均 產(chǎn) 為9 931 kg∕hm2,均 高 于 對(duì) 照Y1,表 現(xiàn) 為OF1500>OF1125>OF750>Y1。OF1500的2個(gè)處理的產(chǎn)量與Y1差異顯著,表明施用有機(jī)肥1 500 kg∕hm2時(shí)不僅可以減少10%~20%的化肥量且能增加水稻產(chǎn)量。
表2 不同處理水稻產(chǎn)量
不同處理的水稻葉片葉綠素SPAD見表3。從表3可以看出,在施入底肥7 d后(5月28日,分蘗期),90%F的3個(gè)處理中,除Y2處理外,其他2個(gè)處理的葉綠素SPAD與全施化肥對(duì)照相比差異不顯著,但是配施有機(jī)肥的稍高,80%F的其中2個(gè)處理(Y6和Y7)的葉綠素SPAD與全施化肥對(duì)照相比差異顯著;在施入分蘗肥7 d后(6月6日,孕穗期),Y3處理的葉綠素SPAD與全施化肥對(duì)照相比差異顯著,OF1500的2個(gè)處理(Y4和Y7)葉綠素SPAD與全施化肥對(duì)照相比稍低,但是差異不顯著;在施入孕穗肥7 d后(7月16日,齊穗期),90%F的其中2個(gè)處理(Y2和Y3)的葉綠素SPAD與全施化肥對(duì)照相比差異顯著。這說明減施化肥10%的情況下,有機(jī)肥效果比較穩(wěn)定且長(zhǎng)效,減施化肥20%的情況下,配施1 125 kg∕hm2或1 500 kg∕hm2有機(jī)肥在分蘗期表現(xiàn)較好,在后期與單施化肥表現(xiàn)基本一致。
表3 不同處理水稻葉片葉綠素SPAD
由表4可以看出,與全施化肥對(duì)照相比,化肥配施有機(jī)肥處理的耕層土壤堿解氮含量均顯著提高,各處理土壤堿解氮含量提高幅度為18.75%~181.25%。在等量化肥處理下,隨著有機(jī)肥施用量增加,水稻土壤中的堿解氮顯著增加,同時(shí),在等量有機(jī)肥處理下,90%化肥處理土壤堿解氮含量均顯著高于80%化肥處理,增幅為9.21%~110.98%。在90%和80%化肥處理下,土壤堿解氮含量均以1 500 kg∕hm2有機(jī)肥最高,分別達(dá)180 mg∕kg和136 mg∕kg。所以有機(jī)肥與化肥配施可適當(dāng)減少化肥施用量,從而減少化肥對(duì)土壤面源污染的負(fù)荷,同時(shí)也可使有機(jī)肥得到合理利用。
表4 不同處理對(duì)水稻成熟期土壤肥力的影響
與全施化肥對(duì)照相比,隨著有機(jī)肥施用量增加,水稻土壤中的速效磷含量增加,且在90%化肥配施1 500 kg∕hm2的有機(jī)肥處理下達(dá)顯著水平,增幅為89.20%。在等量有機(jī)肥處理下,90%化肥處理較80%化肥處理對(duì)土壤速效磷含量的影響只在1 500 kg∕hm2的情況下表現(xiàn)出顯著增加,增幅為54.88%。
化肥配施有機(jī)肥各處理土壤速效鉀含量與全施化肥對(duì)照相比差異不顯著;90%和80%化肥處理下,水稻土壤中的速效鉀含量隨著有機(jī)肥施用量增加而增加;等量有機(jī)肥處理下,化肥的施用對(duì)土壤速效鉀含量的影響不明顯,80%化肥處理要略高于90%化肥處理。
土壤有機(jī)質(zhì)含量增加趨勢(shì)與土壤速效鉀含量增加趨勢(shì)相似。配施有機(jī)肥的各處理的土壤耕層有機(jī)質(zhì)含量均高于全施化肥對(duì)照,只有在80%化肥配施1 500 kg∕hm2有機(jī)肥處理下有機(jī)質(zhì)含量達(dá)顯著水平,增幅為64.60%。在等量有機(jī)肥處理下,當(dāng)有機(jī)肥施用量為1 500 kg∕hm2時(shí),80%化肥處理較90%化肥處理土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)出顯著增加,增幅為35.55%。
有機(jī)肥配施減量化肥各處理間的土壤pH差異不顯著,但是有機(jī)肥的施用有降低土壤pH的趨勢(shì)。
總體來講,隨著有機(jī)肥施用量的增加,土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀含量均呈增加的趨勢(shì),原因是有機(jī)肥富含這些速效養(yǎng)分,而且在有機(jī)肥礦化過程中也會(huì)產(chǎn)生大量的速效養(yǎng)分,從而使其進(jìn)一步提高。
隨水稻土壤有機(jī)肥施用量的增加,土壤pH呈下降趨勢(shì),即大量施用有機(jī)肥可在短時(shí)間內(nèi)降低土壤pH,使土壤趨向酸化。劉世亮等[7]也有類似研究結(jié)果,其下降的原因是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)中含有大量的腐殖質(zhì),在其分解的過程中產(chǎn)生大量質(zhì)子,從而在一定程度上降低土壤pH。隨著有機(jī)肥施用量的增加,土壤堿解氮含量顯著增加,速效磷含量呈增加趨勢(shì)且在減施10%化肥配施1 500 kg∕hm2商品有機(jī)肥處理下顯著增加,速效鉀含量也呈增加趨勢(shì);而化肥施用量增加,僅增加土壤中堿解氮含量,速效磷含量在1 500 kg∕hm2有機(jī)肥處理下顯著增加,對(duì)速效鉀含量影響不明顯。所以,有機(jī)肥與化肥配施,可適當(dāng)減少化肥施用量,從而可減少化肥對(duì)土壤面源污染的影響,也可使有機(jī)肥得到合理利用。
90%和80%化肥用量條件下,配施不同量的商品有機(jī)肥處理對(duì)水稻的有效穗和穗粒數(shù)沒有顯著影響,但對(duì)株高、實(shí)粒數(shù)和千粒重有不同程度的影響,其中實(shí)粒數(shù)和千粒重影響著水稻的產(chǎn)量。對(duì)水稻產(chǎn)量的分析發(fā)現(xiàn),隨著商品有機(jī)肥配施量的增加,水稻的產(chǎn)量整體表現(xiàn)出增加趨勢(shì),此結(jié)果與高菊生等[8]、徐明崗等[9]的結(jié)果相似。
水稻生長(zhǎng)各時(shí)期的葉片葉綠素SPAD從氮供應(yīng)方面反映了配施商品有機(jī)肥后水稻整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)養(yǎng)分供應(yīng)情況。本研究結(jié)果顯示商品有機(jī)肥和化肥配施能增加水稻葉片葉綠素SPAD,即增加葉綠素含量,促進(jìn)光合作用,進(jìn)而增加水稻產(chǎn)量。
施用有機(jī)肥1 125 kg∕hm2時(shí)可以減少10%的化肥用量且能增加水稻產(chǎn)量,施用有機(jī)肥1 500 kg∕hm2時(shí)可以減少20%的化肥用量且能增加水稻產(chǎn)量。
通過化肥和有機(jī)肥配施,可以提高土壤的速效養(yǎng)分含量和產(chǎn)量,如果完全采用有機(jī)肥作為水稻生長(zhǎng)的養(yǎng)分來源,是否能減少更多的化肥用量或者在短期內(nèi)不施用化肥,仍需要開展研究進(jìn)行探討。