不同有机肥对旱直播水稻干物质积累和产量的影响

徐令旗，郭晓红，兰宇辰，崔致远，张佳柠，吕艳东

(黑龙江八一农垦大学 农学院，黑龙江省教育厅寒地作物种质改良与栽培重点实验室，黑龙江 大庆 163319)

近年来，随着传统水稻种植方式与水资源短缺，劳动力成本高等矛盾日益突出，水稻轻简型直播方式越来越得到人们的重视。水稻旱直播作为轻简型直播方式的一种，免除了育秧、泡田、移栽等传统工序，直接在农田上进行播种[1]。与传统水稻栽培相比较，水稻旱直播栽培可节省农田用水50%～60%，实现节水6 000 m3/hm2[2]，生产成本降低1 950 元/hm2，经济效益增加2 675.70元/hm2[3]。可见，水稻旱直播栽培具有省工省时、节约劳力、降低成本以及节省农田用水等特点[4]，在解放农民劳力的同时也能提高农民生活水平，对发展轻简型农业意义重大。肥料作为农业生产的物质基础之一，在提供植物生长发育所需要的N、P、K等营养元素的同时也提高土壤肥力[5]。然而长期偏重于化肥投入，而忽视生物肥力的培育，对土壤造成严重负效应，如土壤理化性质变劣、有机质含量降低、土壤板结酸化、土壤养分失衡、重金属污染等[5-6]，严重制约作物的产量和品质。大量研究表明，单施有机肥或与化肥配施，可改善土壤理化性状，提高土壤有机物质含量[7-9]，调控土壤微生物群落结构，增加土壤酶活性[10]，增加作物产量。马凡凡等[11]研究表明，适量的有机肥代替化肥施用，稻田土壤肥力提高，水稻地表氮、磷的径流流失降低，产量提高。聂俊等[12]研究表明，有机肥与无机肥料配施可以延缓水稻叶片SPAD的衰减，提高叶片净光合速率，促进干物质积累。黑龙江省作为我国水稻种植的主要地区，虽然水稻种植方式仍然以育苗移栽为主，但水稻直播技术也得到较大发展，而且水稻直播种植面积逐年有扩大趋势。目前，黑龙江省水稻直播体系不完善，缺乏在直播条件下有机肥对水稻干物质积累与分配及产量变化规律的系统研究。因此，本试验以龙粳31为试验材料，分别将腐熟有机肥、生物炭、海藻生物肥和凹凸棒有机肥于播种前施入土壤，探究不同有机肥下旱直播水稻产量和干物质积累的规律，以期为寒地水稻直播施肥管理和水稻旱直播高产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料与试验地概况

试验于2018-2019年在黑龙江省友谊农场试验基地(东经131°49′，北纬46°45′，海拔110.8 m)大田条件下进行。供试品种为龙粳31(主茎叶为11叶)，生育期130 d左右，需≥10 ℃活动积温2 350 ℃左右。试验田前茬为玉米，土壤肥力中等。2018-2019年试验地土壤养分状况如表1所示，降雨量及平均温度如图1所示。

表1 土壤养分基本状况Tab.1 Basic nutrient status of soil

1.2 试验设计与田间管理

按照单因素完全随机设计，采用大田对比法，设置6个处理：零肥(T0)；常规施肥(T1)：尿素(N 46%)125.0 kg/hm2、磷酸二铵(N 18%，P2O546%)174.0 kg/hm2、硫酸钾(K2O 51%)125.0 kg/hm2用作基肥施入，于四叶期施硫铵(N 21%)150 kg/hm2，分蘖初期施尿素(N 46%)150 kg/hm2，穗肥施尿素(N 46%)100.5 kg/hm2，硫酸钾(K2O 51%)100.5 kg/hm2；生物炭(15 t/hm2)+常规施肥(T2)；海藻生物肥(300 kg/hm2)+常规施肥(T3)；凹凸棒有机

肥(750 kg/hm2)+常规施肥(T4)，腐熟有机肥(276 m3/hm2)+常规施肥(T5)。每个处理均3次重复，小区面积为667 m2。旋地之前分别施入生物炭、海藻生物肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥进行土壤改良，亮盾种衣剂包衣，采用条播机分别于2018年4月30日和2019年4月14日播干种子，播量为210 kg/hm2，播深2～3 cm，行距20 cm，同时各处理均侧深施入基肥。用覆土链覆土，播后镇压2次。分别于2018年9月15日和2019年9月20日收获。

1.3 测试项目与方法

1.3.1 叶面积指数与干物质积累 于齐穗期和成熟期2个时期进行取样。每处理选择长势均匀一致的水稻连续30穗，4次重复，将植株按穗、叶片、鞘和茎分样，并选择一部分叶测定叶面积。将所有样品置于105 ℃烘箱杀青30 min，70～80 ℃烘干至恒质量，称干质量(采用精度0.001 g或以上天平)并计算群体干物质量、茎鞘物质输出率、茎鞘物质转化率等。各指标计算公式如下：

干物质输出量=单位面积齐穗期叶(茎、鞘)干质量-成熟期叶(茎、鞘)干质量;

干物质输出率(%)=单位面积干物质输出量/抽穗期叶(茎、鞘)干质量×100%;

干物质输出转化率(%)=干物质输出量/成熟期籽粒干质量×100%。

1.3.2 产量构成因素 水稻成熟时每个处理选取连续的30穗，5点取样，带回室内考察产量性状，测定项目主要有穗数、实粒数、空秕粒数，并称取粒质量，计算穗粒数、结实率、千粒质量。

1.3.3 实测产量 于成熟期各处理均选取有代表性的地块，5点取样，每点收获2 m2水稻。小型脱谷机脱谷，去除杂质，称质量测产，测定实际含水量，然后折算成标准含水量(14.5%)计算产量。

1.4 数据分析

应用 Microsoft Excel 2010 和SPSS 17.0进行数据整理和统计，采用Duncan法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 旱直播下不同有机肥对水稻齐穗期高效叶面积指数的影响

齐穗期旱直播水稻高效叶面积指数在不同有机肥下的变化如表2所示，在齐穗期叶面积指数均表现为倒二叶高于剑叶和倒三叶，与T1相比，T3、T4、T5处理剑叶平均分别提高16.24%，5.73%，5.41%，倒二叶平均分别提高13.87%，5.78%，5.49%，倒三叶平均分别提高19.76%，7.19%，9.28%，T2降低了5.70%，3.90%,10.60%。

2.2 旱直播下不同有机肥对水稻群体干物质量的影响

旱直播下有机肥对水稻群体干物质量的影响如表3所示，旱直播水稻群体干物质量受处理和年份的影响达极显著水平。2 a间，齐穗期水稻群体干物质量均表现为T3>T4>T5>T1>T2>T0，T1、T3、T4、T5均显著大于T0和T2，T2、T3、T4、T5处理下水稻齐穗期群体干物质量平均分别达10.42，13.69，12.84，12.63 t/hm2，与T1处理的平均干物质量12.22 t/hm2相比，T2降低14.73%，T3、T4、T5分别增加12.03%，5.07%，3.36%。成熟期干物质量T1、T3、T4、T5均显著大于T0和T2，而T1与T3、T4、T5之间差异不显著，但T3、T4、T5均有不同程度大于T1的趋势，与T1相比，T2成熟期群体干物质量平均降低14.11%。

2.3 旱直播下不同有机肥对水稻干物质输出和转化的影响

旱直播下有机肥对水稻干物质输出和转化的影响如表4所示，叶和茎鞘部位的输出量、输出率和转化率均是T3、T4、T5大于T1，而T1大于T0和T2。与T1相比，T3、T4、T5叶的输出量平均分别提高36.47%，15.29%，17.64%，输出率和转化率平均分别增加7.56，1.67，5.65百分点和3.41，1.44，2.08百分点，T2叶的输出量平均降低16.47%，输出率和

表2 旱直播下不同有机肥对水稻齐穗期高效叶面积指数的影响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 旱直播下不同有机肥对水稻群体干物质量的影响Tab.3 Effects of different organic fertilizer on population dry matter weight of dry direct-seeding rice t/hm2

转化率平均降低1.12，0.53百分点。与T1相比，T3、T4、T5茎鞘的输出量平均分别提高32.13%，9.69%，13.85%，输出率和转化率平均增加7.93，2.90，4.36百分点和12.42，4.20，5.77百分点，T2茎鞘的输出量、转化率平均降低18.28%和3.29百分点，而输出率2019年则略大于T1。

2.4 旱直播下不同有机肥对水稻产量构成的影响

旱直播下有机肥对水稻产量构成的影响如表5所示，2 a间，T0处理下水稻穗数平均达526.71个/m2，与T0相比，施肥处理下(T1、T2、T3、T4、T5)水稻穗数增加34.89～136.83个/m2，增加幅度为6.62%～25.98%。除T2外，各有机肥处理下水稻穗数均有不同程度高于T1处理的趋势，2018年水稻穗数表现为T5>T3>T4>T1>T2>T0，受处理和年份的影响，2019年水稻穗数表现为T3>T4>T5>T2>T1>T0。2 a间，T2、T3、T4、T5处理下水稻穗数平均达561.60，663.54，642.85，641.09个/m2，与T1处理的平均穗数577.29个/m2相比，T2降低2.79%，T3、T4、T5分别增加14.94%，11.36%，11.05%，说明施用海藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥有效促进旱直播水稻分蘖，增加穗数，其中以施用海藻生物有机肥效果较好。2 a间，各处理下水稻穗粒数均以T1和T2处理较高，T2、T3、T4、T5处理下的水稻穗数平均达73.88，66.28，66.53，68.40个，与T1处理的平均穗粒数74.19个相比，分别降低0.42%，11.94%，11.52%，8.46%。说明施用有机肥不利于旱直播水稻穗粒数的提高，但施用生物炭的效果要好于施用海藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥。综合2 a水稻的千粒质量和结实率，水稻千粒质量受年份的影响显著，而受处理的影响不显著，水稻结实率虽受处理的影响极显著，但有机肥对旱直播水稻结实率的作用不显著。

表4 旱直播下不同有机肥对水稻干物质转运的影响Tab.4 Effects of organic fertilizer on dry matter transport of dry direct-seeding rice

表5 旱直播下不同有机肥水稻产量构成的影响Tab.5 Effects of different organic fertilizers on rice yield components under dry direct-seeding

不同有机肥下旱直播水稻产量与产量构成的相关分析如图2所示，产量与穗数呈极显著正相关关系(R2=0.657 4)，与穗粒数呈正相关关系，但相关性不显著(R2=0.332 7)，与千粒质量呈正相关关系，但相关性不显著(R2=0.185 9)，与结实率呈极显著负相关关系。说明不同有机肥处理主要通过增加穗数增加产量。

2.5 旱直播下不同有机肥对水稻产量的影响

旱直播水稻实测产量在不同有机肥下的变化如图3所示，2 a间，T0处理下水稻产量平均达4.32 t/hm2，与T0相比，施肥处理下水稻产量平均增产2.03～2.94 t/hm2，增产幅度达46.99%～70.37%。除T2外，各有机肥处理下(T3、T4、T5)水稻产量均表现不同程度高于T1处理的趋势，但与T1处理差异不显著。2 a水稻产量均表现为T3>T5>T4>T1>T2>T0，T2、T3、T4、T5处理下的水稻产量平均达6.35，7.36，7.24，7.26 t/hm2，与T1处理的平均产量7.05 t/hm2相比，T2降低11.02%，T3、T4、T5分别增产4.40%，2.70%，2.98%，说明施用生物炭不利于旱直播水稻产量的提高，而施用海藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥均有利于旱直播水稻产量提高。2 a间，T3、T4和T5处理之间水稻产量无显著差异，但综合2 a水稻产量，T3处理下水稻平均产量高于T4和T5处理，说明施用海藻生物有机肥对旱直播水稻增产效果更好。

3 讨论与结论

凌启鸿[13]研究发现，水稻抽穗后上三叶是水稻主要的光合器官和籽粒灌浆所需同化产物的主要来源。唐雪[14]研究表明，与不施肥相比，不同水稻品种在有机肥处理下叶面积指数均增加。本研究表明，与常规施肥相比，施用海藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥后水稻齐穗期叶面积指数均表现不同程度的上升趋势，剑叶平均分别提高16.24%，5.73%，5.41%，倒二叶平均分别提高13.87%，5.78%，5.49%，倒三叶平均分别提高19.76%，7.19%，9.28%，可使水稻生育后期维持较高的叶面积，提高了水稻齐穗期-成熟期的群体光合生产能力，从而有利于光合产物同化和植株干物质积累，而施用生物炭的效果则呈相反趋势，可能原因是生物炭本身含氮量低，不存在氮素后移的作用，对延缓水稻叶片衰老，缓解 SPAD 值降低作用不明显[15]，对于后期水稻叶片生长促进作用不大，而海藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥腐解周期短，腐解充足，促进养分释放，及时满足氮素供给，植株从土壤吸收的养分多，水稻后期叶源生长优势大，上三叶叶长、叶宽和叶面积相应增大，水稻齐穗期叶面积指数高。

干物质积累是水稻产量和品质形成的物质基础，抽穗后生产的干物质愈多, 产量也就愈高。因此，研究不同有机肥对旱直播水稻干物质积累的影响对构建合理水稻群结构和改善群体质量意义重大。杨长明等[16]、唐海明等[17]、聂俊等[12]研究表明，施用有机肥有利于提高分蘖期-成熟期水稻群体干物质积累。本试验研究结果表明，与常规施肥相比，海藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥处理下水稻齐穗期干物质量分别增加12.03%，5.07%，3.36%，成熟期群体干物质量虽表现差异不显著，但藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥仍表现出不同程度高于常规施肥的趋势。本研究还发现，水稻叶和茎鞘的输出量、输出率和转化率均是海藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥处理高于常规施肥。其原因可能是，与常规施肥相比，海藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥能够平缓释放养分，改善土壤氮素供应，增加前期水稻有效分蘖和穗数，构建良好的群体的关系，增加生育后期叶面积，保证后期光合产物的有效供给，并协调好养分供应与作物后期营养需求的关系，合理分配叶和茎鞘中的同化物向穗部的运输，从而增加植株干物质积累，为水稻高产奠定物质基础[18-20]。

刘红江等[21]研究表明，旱直播栽培方式下水稻产量构成表现为穗数多，而穗粒数、结实率和千粒质量低，最终使产量降低。李先等[22]研究认为，有机肥肥效长，养分释放缓慢，可为水稻后期生长供应养分，促进分蘖的早生发，有利于有效穗数的增加。本试验研究表明，施用藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥可有效促进水稻分蘖，增加穗数，但施用有机肥均不利于穗粒数的增加。与常规施肥相比，藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥处理下水稻产量平均增产4.40%，2.70%，2.98%，相关分析进一步发现，不同有机肥下旱直播水稻产量与穗数和呈极显著正相关关系，与穗粒数和千粒质量呈正相关，但关系不显著，说明旱直播稻产量提高的主要是依赖于单位面积穗数的增加。有研究认为[23-24]，有机无机肥配施对产量等方面的影响可能存在最佳施用比例。黄涛[25]、田艳洪等[26]研究认为，有机肥施用量过高，水稻后期较易贪青晚熟，进程延长抽穗进程，导致水稻穗粒数降低。许燕芳[27]研究也表明，有机肥栽培条件下，随着基施有机肥含量的增加水稻每穗总粒数和实粒数下降。本研究中，随着旱直播水稻生育进程的进行，环境温度逐渐上升，土壤微生物活性增强，与常规施肥相比，在施用等量化肥的基础上，有机肥养分释放加快，土壤养分含量可能达到过饱和状态，从而导致水稻贪青晚熟，穗粒数降低。在本试验中，生物炭处理下水稻穗数和产量均低于常规施肥，可能是因为，生物炭在腐解早期，由于微生物的增殖，会先将土壤氮素生物固定，导致出现微生物与水稻“争氮”的现象[15]，而生物质炭本身具有高度热稳定性和较强吸附特性，对养分具有很强的持留功能[28]，旱直播水稻前期根系弱，分布浅，养分吸收能力差，导致水稻生育前期养分供应比不上常规施肥处理，从而抑制水稻分蘖，导致产量降低。

综上所述，与常规施肥相比，旱直播水稻田施用海藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥能保证水稻生育前期有效分蘖和穗数增加，可协调改善水稻群体结构，改善群体质量，提高齐穗期叶面积指数，促进叶和茎鞘物质输出和转化，利于植株物质积累，为水稻高产奠定物质基础，最终使产量得到提高。