有机肥施用量和种植密度对有机栽培水稻生长及产量的影响

罗强鑫 ，冯跃华，2* ，许桂玲 ，彭庆国 ，王晓珂 ，彭金凤，苏卫，欧达，王玲莉，卢苇，韩志丽，李杰，李敏，SOMSANA Phonenasay

（1贵州大学农学院，贵阳 550025；2贵州大学山地植物资源保护与种植创新教育部重点实验室，贵阳 550025；3贵州省农业科学院水稻研究所，贵阳 550006）

随着人们对农产品食用安全的日益重视，发展有机农业，建立可持续发展的健康农业生态环境已成为我国农业发展的趋势。近十年来，有机稻在我国迅速发展，并占重要地位［1-3］。董广等［4］、王生明等［5］研究指出，增加有机肥施用量，有机栽培水稻产量逐渐增加，当有机肥施用量达到一定量时，再增加有机肥施用量，增产效果不显著。秦丽霞等［6］、杨震道等［7］研究表明，合理的种植密度有利于提高有机稻的产量。朱克明等［8］研究表明，每公顷移栽22.5万～27万穴，有利于有机栽培水稻获得高产。陈传华等［9］指出，在每公顷30万～37.5万穴的范围内，随种植密度的增加产量逐渐增加。这些研究探讨了有机栽培条件下，合理的有机肥施用量和种植密度对产量有一定提升，但较少涉及干物质积累量、叶面积指数、光合势和作物生长率等生长特性指标，且不同水稻品种在不同区域对有机肥施用量和密度的响应不一致。为此，笔者于2019年在有机栽培条件下，探讨不同有机肥施用量和种植密度对水稻生长和产量的影响，旨在为有机栽培水稻的推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年在黔东南州三穗县良上镇雅中村（26°52′20.2″N，108°44′27.1″E）进行。当地属北亚热带季风性湿润气候，海拔774 m，年平均气温15℃，无霜期251 d，年均降水量1 147 mm。大田前茬冬闲，且已获有机认证。土壤肥力特征：全氮3.14 g/kg，全磷0.60 g/kg，全钾16.80 g/kg，pH 5.11，有机质36.79 g/kg，碱解氮198.52 mg/kg，有效磷13.51 mg/kg，速效钾75.82 mg/kg。海拔较高，周围环山，不利于病虫害传播，水质清澈透亮无污染，经检测达到直接饮用标准，以上条件均达到有机稻种植要求。

试验材料：水稻品种为宜香优2115，供试肥料为遵义君宇生物工程有限公司生产的来利有机肥（有机质≥45%、总养分含量≥5%）。

1.2 试验设计

试验采用两因素裂区设计，设种植密度（D）和有机肥施用量（F）两因素。种植密度为主区因素，设3个水平：D1.12.8万穴/hm2，D2.16.7万穴/hm2，D3.23.8万穴/hm2，其对应的株行距分别为26 cm×30 cm、20 cm×30 cm、14 cm×30 cm；有机肥施用量为副区因素，设4个水平：F0.0 kg/hm2，F1.3 000 kg/hm2，F2.6 000 kg/hm2，F3.9 000 kg/hm2。共12个处理，3次重复，小区面积2.2 m×7 m=15.4 m2。小区四周做高30 cm、宽20 cm的田埂包膜，包膜压深至地下30 cm，以防止肥水渗漏，每区组间留50 cm走道，周围留保护行。于2019年4月14日播种，6月9日移栽，每穴2苗。有机肥一次性施入，后期不追施任何肥料。大田返青期保持深水，分蘖期湿润灌溉，达到预期穗数85%时断水晒田，拔节后灌水并保持浅水层，灌浆至成熟期间歇性灌溉，收获前10 d断水任其自然落干。田间精细管理，采用传统方法人工除草，不施化学农药，使用粘虫带和太阳能杀虫灯物理方法除虫。

1.3 测定项目与方法

（1）干物质积累量。苗期取代表性植株50株，将样品分为茎鞘、叶两个部分；并分别于水稻拔节期、孕穗期和抽穗期，按每小区平均茎蘖数，取代表性植株4穴，前两个时期将样品分成茎、叶两部分，抽穗期将样品分成茎、叶、穗、死叶4个部分；于成熟期每小区按平均茎蘖数取植株6穴，将样品分成茎、叶、死叶、枝梗、实粒、秕粒6个部分，分别测定干物质量。测定前，将样品分别装袋，于105℃杀青30 min，再经80℃烘干至恒重。

（2）叶面积指数。苗期取代表性植株50株，测定其中5株叶长和宽，在拔节、孕穗和抽穗期，按每小区茎蘖数的平均数取代表性植株4穴，测定1穴植株叶片的长和宽，用长宽法，求出叶面积，然后按称重法求出总叶面积，并计算叶面积指数。

（3）光合势

式中：L1和L2分别为前后两次测定的叶面积；T1和T2分别为前后两次测定的时间。

（4）净同化率。净同化率（NAR，g/m2·d）根据干物质的增长与植物叶面积的变化两者间接计算出来。其公式为：

式中：L为叶面积；W为干物质量；T为时间。

（5）作物生长率。作物生长率（CGR，Crop growth rate），又叫群体生长率，表示在单位时间、单位土地面积上所增加的干物质量。

式中：W1和W2分别是T1和T2时测得的干物质量；A为土地面积。

（6）产量及产量构成。成熟期每小区收割90穴，脱粒后自然风干，经风选后称重，按13.5%水分含量折算实产。同时每小区按平均茎蘖数取6穴作为考种样，测定单位面积穗数、每穗粒数、千粒质量、结实率、成穗率、收获指数。

2 结果与分析

2.1 产量及其构成

由表1可看出，随有机肥施用量和密度的增加，有机栽培水稻的产量逐渐增加，F3和D3最高，分别达到5 406.31、4 464.87 kg/hm2，其中不同有机肥施用量之间差异显著，不同密度处理间差异不显著。方差分析结果，有机肥与密度互作对产量影响不显著，最佳组合为D3F3；有机肥施用量对产量影响达极显著，而密度对产量影响不显著。

表1 不同处理的水稻产量及产量构成比较Table 1 Comparison of rice yield and yield components under different treatments

随着有机肥施用量的提高，每穗粒数增加，结实率和成穗率则相反，收获指数无明显规律。其中每穗粒数F3显著高于F0、F1，结实率F3显著低于其他3个处理，且它们之间无显著差异；成穗率F0、F1显著高于F2，F3与F1和F2差异不显著；收获指数F0和F2显著高于F1，与F3未达显著差异水平；有效穗数和千粒质量随施肥量的增加逐渐增加，但无显著差异。随着种植密度增大，有效穗数和结实率逐渐升高，每穗粒数逐渐降低，千粒质量、成穗率和收获指数无明显变化，其中有效穗数和结实率D3显著高于D1，每穗粒数则相反。方差分析显示，有机肥与密度互作对产量构成因素影响不显著，而有机肥施用量对每穗粒数、结实率、成穗率和收获指数有显著或极显著影响，密度对有效穗数和结实率影响达显著水平。

根据密度和有机肥施用量与产量的关系，通过回归分析得出回归方程为：y=341.170 88D+0.326 79F-8.607 09D2-0.000 011 06F2

经求导计算，当产量最高时，有机肥施用量和密度分别为14 773.51 kg/hm2和19.82万穴/hm2时，水稻最高产量为5 794.78 kg/hm2。

2.2 叶面积指数

叶面积指数反映了水稻群体截获光能的能力［10］。从表2可知，随施肥量和密度的增加，叶面积指数逐渐增加，各个时期均在F3和D3达到最高，其中除孕穗期F2与F3差异不显著外，其他时期的不同施肥量之间均达到显著性差异，施肥处理均显著高于不施肥处理；除抽穗期外，D3密度处理都显著高于D1和D2。方差分析显示，有机肥施用量对叶面积指数影响极显著，种植密度对拔节期叶面积指数影响达极显著水平，对孕穗期有显著影响，对抽穗期影响不显著，有机肥施用量与密度互作对叶面积指数影响不显著。

表2 不同处理的水稻叶面积指数Table 2 The leaf area index of rice underdifferent treatments

2.3 干物质积累

水稻群体干物质生产是产量的基础和先决条件［11］。由图1可知，随着有机肥施用量的增加，各个时期的干物质积累量均逐渐增加，F3达到最大，施肥处理均显著高于不施肥处理。在施肥处理中，F2和F3显著高于F1，且两者差异不显著。随着种植密度增大，各个时期的干物质积累量呈逐渐增加的趋势。在拔节期和成熟期，D3显著高于D1和D2，D1和D2间差异不显著；在抽穗期，各密度处理间干物质积累量差异不明显。方差分析显示，有机肥施用量和种植密度的交互作用对各个时期的干物质积累量无显著影响，有机肥施用量对拔节期、抽穗期和孕穗期干物质积累量的影响极显著；种植密度对拔节期和成熟期的干物质积累量影响达极显著，对抽穗期影响不显著。

图1 不同处理的水稻干物质积累量变化Fig.1 Dry matter accumulation under different treatments

就不同阶段的干物质积累量而言，随有机肥施用量的增加，在苗期—拔节期（生育前期）和拔节—抽穗期（生育中期）逐渐增加，施肥处理均显著高于不施肥处理，生育前期F2和F3显著高于F1，且F2和F3间差异不显著；生育中期各处理间差异显著；抽穗—成熟期（生育后期）随施肥量增加呈先升后降的趋势，但各处理间差异不显著。随种植密度的增加，各个阶段的干物质积累量亦逐渐增加。在生育前期，D3显著高于D1和D2，且D1和D2间差异不显著；在生育中、后期各密度处理间差异未达到显著水平。方差分析表明，有机肥施用量对生育前、中期的干物质积累量影响极显著，对后期影响未达到显著水平；种植密度对生育前期干物质积累量有极显著影响，对生育中、后期影响不显著；施肥量与种植密度互作对生育中期干物质积累量有显著影响，对生育前、后期影响未达到显著水平。

2.4 光合势和净同化率

光合势和净同化率共同构成了群体干物质［12］。光合势是表征作物群体叶面积大小及其持续时间长短的一个生理指标［13］，净同化率表示单位时间内单位叶面积所合成的干物质量。

由表3可知，光合势在所测3个阶段随施肥量的增加而增加，F1、F2和F3显著高于F0，且施肥处理间差异显著。随着种植密度的增加，各个阶段的光合势也逐渐增加，D3显著大于D1和D2，但D1和D2间差异不明显。方差分析表明，种植密度和有机肥施用量对各个阶段的光合势影响极显著，种植密度和有机肥施用量互作影响不显著。

表3 不同处理的水稻光合势和净同化率比较Table 3 Photosynthetic potential and net assimilation rate under different treatments

就净同化率而言，在生育前期随有机肥施用量的增大呈先升后降的趋势，F2达到最大，显著高于F0，但与其它2个处理无显著差异；在拔节—孕穗期（生育中前期）随施肥量的增加逐渐降低，F0最大，F3其次，F2最低，但与F1和F3差异不显著。随种植密度的增加，在孕穗期—抽穗期（生育中后期）净同化率逐渐升高，但差异不显著；在生育中前期净同化率逐渐降低，D1最高，显著高于D3，但与D2差异不显著。方差分析结果显示，有机肥施用量和种植密度互作对生育中前期净同化率影响极显著，对生育中后期有显著影响，但在生育前期影响未达到显著水平；有机肥施用量对生育中前期净同化率有显著影响，在其余2个阶段影响不显著，种植密度对3个阶段的净同化率影响均不显著。

2.5 作物生长率

作物生长率指某阶段水稻群体的生长速率。由表4可知，随有机肥施用量的增加，除抽穗期到成熟期外，其他3个阶段的作物生长率均逐渐增加，F2、F3显著高于F0；在生育前期，作物生长率随着种植密度的增加而增加，D3显著高于D1、D2，在生育中前期逐渐降低，但各处理间差异不显著，在生育中后期和生育后期也没有显著差异性。方差分析结果表明，有机肥施用量对除生育后期外其他3个阶段的作物生长率有极显著影响，种植密度对生育前期影响极显著，其余3个阶段影响不显著，有机肥施用量和种植密度互作对作物生长率没有显著影响。由此可见，施用有机肥能显著提高水稻的作物生长率；增加水稻的种植密度，并不能显著的提高有机栽培水稻的作物生长率。

表4 不同处理水稻的作物生长率比较Table 4 Comparison of crop growth of rice under different treatments g·m-2·d-1

3 讨论

本研究表明，随有机肥施用量的增加，有机栽培水稻有效穗数和千粒质量呈先增后降，每穗粒数增加，而结实率和成穗率降低，这些结论与前人研究不太一致。董广等［4］认为，在有机栽培条件下，有效穗数和千粒质量随有机肥施用量的增加逐渐下降，结实率提高，成穗率以高施肥和对照最高；钱建龙［14］研究显示，有效穗数和每穗粒数随精制有机肥用量增加而递减，千粒质量则随精制有机肥用量增加而提高。这可能与栽培条件有关，其中董广等［4］研究中所用试验材料为粳稻，钱建龙［14］的研究在无机栽培条件下进行。本研究结果表明，提高有机栽培水稻种植密度能显著增加有效穗数，降低每穗粒数，该结果与杨震道等［7］、陈传华等［9］研究结果一致，说明适当提高种植密度有利于提高有效穗数，但会降低每穗粒数。本研究表明，随着种植密度的增加，有机栽培水稻结实率逐渐增加，与前人［12，15］结果不一致，可能是因为栽培条件不同所致。其中周根友等［12］所用材料为粳稻，且为无机栽培条件，吴旦良等［15］的研究的前茬作物为绿肥。本研究表明，产量随着有机肥施用量和种植密度的增加逐渐增加，与王生明等［5］、朱克明等［8］研究结果一致，说明适当的提高有机肥施用量和种植密度有利于提高产量。

本研究表明，随着有机肥施用量增加，有机栽培水稻叶面积指数和干物质积累量均显著增加，这与杨士红等［16］研究结果一致。说明随着有机肥施用量的增加，有机栽培与无机栽培水稻的叶面积指数和干物质积累量均显著增加，增施有机肥能提高水稻群体对光能的利用能力，合成更多有机物，有利于提高产量。本研究表明，随种植密度增大，叶面积指数和干物质积累量均逐渐增加，该结果与前人无机栽培条件下的研究结果一致［17-19］。因此，无论在有机还是无机栽培条件下，叶面积指数和干物质积累量随种植密度的变化趋势是一致的。

本研究表明，在抽穗期前，随着有机肥施用量的增加，作物生长率逐渐增加，抽穗期后呈逐渐降低，该结果与邓安凤等［20］无机栽培条件下研究结果不同。邓安凤等研究显示，在抽穗—成熟期作物生长率随施氮量的增加而增加，其可能是施用化肥所致。本研究结果表明，增加种植密度在生育前期能显著提高作物生长率，生育中期逐渐下降，生育后期无显著影响，该结果与吴培等［21］研究结果不同，可能是施用化肥对后期影响较明显的原因。

本研究中，当最高产量达到5 794.78 kg/hm2时，有机肥施用量为14 773.51 kg/hm2。实际生产中，不可能施用如此多的有机肥，但考虑到有机肥的后效作用，长期施用有机肥后，养分易累积，将有可能导致产量超过单施等量养分化肥处理的产量水平［22］。由此，在适当减少有机肥施用量，水稻产量是否能达到一定水平，还待进一步研究。

4 结论

在本试验条件下，提高有机肥施用量显著提高叶面积指数、干物质积累量、光合势和作物生长率，显著提高产量；增加种植密度对叶面积指数、干物质积累量和光合势有显著提升作用，但对产量的提高无显著影响。当有机肥施用量为14 773.51 kg/hm2、种植密度为19.82万穴/hm2时，宜香优2115有机栽培的最高产量可达5 794.78 kg/hm2。