有机肥等氮替代化肥对粳稻产量及干物质积累的影响

郭诗梦， 牟静怡， 翟文举， 王 术， 贾宝艳， 黄元财， 王 岩， 王 韵， 周婵婵

(沈阳农业大学农学院/沈阳农业大学作物生理研究所，辽宁沈阳 110866)

目前，氮肥的不合理运用成为制约水稻生产的重要因素，过量施入化学氮肥会造成土壤板结，肥料利用效率降低，并危害土壤生态环境，影响水稻持续高产稳产。与单施化肥相比，有机肥配施化肥可通过改善土壤理化性质而使水稻增产，主要原因是配施有机肥可以补充土壤有机质含量，增加土壤孔隙度，使土壤容重降低并降低化肥损失率。王元元等总结有机肥配施化肥的研究进展发现，有机肥和化肥配施有利于提高水稻产量，早稻和晚稻平均产量较单施化肥增产3.9%～7.8%，单季稻产量提高20%以上。唐海明等研究指出，有机肥配施化肥有利于水稻全生育期干物质量的增加，且在一定的配施比例内，有机肥占比越高，水稻干物质量越高，表明施用有机肥能促进水稻干物质积累。

国内外针对有机肥配施化肥对水稻产量、土壤理化性质和干物质积累量的研究有很多，但是针对有机肥配施化肥最佳比例的研究，在不同地区、不同水稻类型上尚未得出一致结论。本试验以沈阳地区粳稻品种沈稻7号、沈稻505、沈稻47为试验对象，在相同氮肥施用量条件下通过设置有机肥配施化肥的比例为10%、20%、30%，分析水稻产量、产量构成因素、干物质含量等指标，以期探明不同类型水稻品种间有机肥替代化肥的适宜比例。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019—2020年在沈阳农业大学教学科研基地(123°24′E，41°50′N)进行，该地属暖温带半湿润季风气候区，年平均气温8.1 ℃，年平均降水量724.3 mm，年日照时数约2 524 h。试验地0～20 cm 土层土壤全氮含量1.22 g/kg，速效氮含量 110 mg/kg，速效磷含量24.69 mg/kg，速效钾含量158 mg/kg，有机质含量28 g/kg，pH值5.86。

1.2 试验材料与设计

试验以弯曲穗型品种沈稻7号、直立穗型品种沈稻505和半直立穗型品种沈稻47为试材，田间试验采用裂区方式，肥料为主区，品种为副区，共设5个肥料处理，所有处理施氮量均为150 kg/hm。5种肥料处理分别为不施氮肥(CK)、全化肥(CF)、有机肥替代10%化肥(OR)、有机肥替代20%化肥(OR)、有机肥替代30%化肥(OR)。施用的氮肥为尿素(N含量46%)。有机肥为沈阳树新畜牧有限公司生产的生物有机肥(N 1.00%、PO1.16%、KO 1.10%)，有机质含量≥45%，水分含量<30%，主要原料为牛粪。按质量比将化肥按基肥 ∶分蘖肥 ∶拔节肥=5 ∶3 ∶2施入，有机肥均以基肥施入。有机肥替代处理中化学磷钾肥施入比例已减除有机肥中含量，以保证所有处理磷钾肥用量一致，PO用量为90 kg/hm，KO用量为75 kg/hm。

2年均于4月19日播种，5月25日移栽，行株距分别为30.0、16.7 cm，密度为20万穴/hm，每穴2～3苗。小区面积为47.5 m，20行区，行长 9.5 m，宽5.0 m，3次重复。不同小区之间采用隔板隔离，防止水分与肥料串漏，单排单灌。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 水稻产量及产量构成测定 成熟期，除去各处理小区边行，按实际收获面积计算产量，测定稻谷水分含量，然后折合计算为14.5%含水量的稻谷产量；每个小区按照分蘖平均数取样，每个小区取有代表性的植株5穴考种，考查产量构成因素。

1.3.2 水稻茎蘖动态测定 自移栽后7 d开始，每隔7 d定点调查30穴植株至齐穗期，并于成熟期再调查1次，计算单位面积茎蘖数。

1.3.3 水稻SPAD值测定 于移栽后55 d开始用叶绿素仪(Chlorophyll meter，SPAD-502)测定植株最顶端的完全展开叶，分别测叶片的上、中、下3个部分，取3次测定的平均值作为此叶片的SPAD值，每个小区测定15张叶片，取其平均值作为小区的SPAD值，每隔10 d测定1次。

1.3.4 干物质含量测定 在成熟期每个小区选取9穴，将水稻叶、茎、穗分开，在烘箱中105 ℃杀青 30 min 后，于75 ℃烘干至恒质量，称取各器官干物质量。

1.4 数据分析

使用Excel 2019与SPSS 26.0进行统计分析，采用单因素(one-way ANOVA)和最小显著性差异()法进行方差分析和多重比较(=0.05)，图表中数据为平均值。2年试验结果趋势一致，若无特殊说明，均以2019年的数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 有机肥配施化肥对水稻产量与产量构成因素的影响

2.1.1 有效穗数 由表1可知，与全化肥处理相比，随着有机肥比例升高，沈稻7号的有效穗数增加；沈稻505、沈稻47的有效穗数出现先增加后减少的趋势。弯曲穗型品种沈稻7号OR、OR、OR处理的有效穗数较全化肥处理分别增加5.88%、10.00%、11.76%，直立穗型品种沈稻505的有效穗数分别增加8.21%、13.30%、10.23%，半直立穗型品种沈稻47 OR、OR处理的有效穗数分别增加14.20%、11.89%，但OR处理的有效穗数下降了4.40%。

2.1.2 颖花数 由表1可知，弯曲穗型水稻品种沈稻7号的颖花数随着有机肥比例的增大而增加，在OR处理达到最高，且OR、OR处理显著高于全化肥处理，OR处理与全化肥处理差异不明显。直立型水稻品种沈稻505、半直立水稻品种沈稻47的颖花数随着有机肥比例的增大呈现先增加后减少的趋势。沈稻505 OR处理表现最好，虽然与OR、OR处理之间差异不显著，但是显著大于全化肥处理。沈稻47 OR处理的颖花数达到最高，各施肥处理之间差异不显著。

2.1.3 结实率 由表1可知，结实率方面，沈稻7号、沈稻505各处理间差异均不显著，但沈稻7号呈现无氮肥处理及有机肥配施处理高于全化肥处理的趋势。而沈稻47的无氮肥处理与配施有机肥处理与全化肥相比有差异。

2.1.4 千粒质量 由表1可知，千粒质量方面，不同类型的水稻品种对于配施有机肥的比例响应不同。沈稻7号无氮肥处理显著大于OR与全化肥处理。沈稻505无氮肥处理及OR、OR处理均显著大于全化肥处理，而与OR处理间虽有差异但不显著。沈稻47表现为无氮肥处理显著大于全化肥处理，但是与有机肥配施处理间差异不显著。

2.1.5 实际产量 由表1可知，有机肥配施处理与全化肥相比，增产幅度为2.65%～9.97%。弯曲穗型品种沈稻7号的产量呈现出随有机肥配施比例升高而增加的趋势，在OR处理时产量最高。与全化肥处理相比沈稻7号OR、OR、OR处理增产率分别为5.62%、6.32%、9.97%；直立穗型沈稻505的产量随有机肥配施比例的升高呈现出先升高后降低的趋势，半直立穗型沈稻47呈现出下降的趋势，直立穗型品种沈稻505 OR处理的产量最高，与全化肥处理相比OR、OR、OR处理分别增产3.83%、9.71%、6.13%；半直立中穗型品种沈稻47 OR处理产量最高，与全化肥处理相比OR、OR、OR处理增产9.65%、5.67%、2.65%。

表1 2019年各品种各施肥处理的产量及产量构成因素

2.2 有机肥配施化肥对水稻茎蘖动态的影响

由图1可知，3个品种的5个肥料水平茎蘖动态均呈现先升高后降低至平衡的趋势，且配施有机肥的分蘖数整体高于全化肥与无氮肥处理，但每个品种达到分蘖最高峰的配施比例并不相同。弯曲穗型的沈稻7号在OR处理时达到茎蘖数顶点，直立穗型品种沈稻505在OR处理时达到分蘖最高峰，半直立穗型品种沈稻47在OR处理上出现茎蘖数最大值。沈稻7号除OR处理外，在移栽后 42 d 达到分蘖盛期，茎蘖数最大，OR处理在移栽后49 d茎蘖数最大；沈稻505在5个处理上茎蘖数达到顶峰的时间没有差异，均在移栽后42 d达分蘖盛期；沈稻47的无氮肥处理在移栽后35 d茎蘖数最大， 其余各处理均在移栽后49 d达到分蘖盛期，茎蘖数最大。由此可见，不同品种相同条件下受有机肥影响程度不同， 一些品种在施用有机肥比例过高的情况下会出现分蘖高峰延迟的现象。

2.3 有机肥无机肥配施对SPAD的影响

SPAD 值反映叶绿素的相对含量，代表植株的绿色程度。由图2可知，不同配施比例下3个水稻品种的剑叶SPAD值变化趋势基本一致，即SPAD值从移栽后55 d到移栽后75 d均呈现上升趋势，之后快速下降，沈稻47、沈稻505及沈稻7号各处理的SPAD值均在移栽后 75 d 左右(齐穗期)达到最大，同时还可以看出，在同一时期内3个品种的SPAD值基本表现为CF>OR>OR>OR>CK。

2.4 有机肥无机肥配施对干物质积累的影响

由表2可知，随着有机肥配施比例的升高，与全化肥处理相比，沈稻7号3个配施有机肥处理的收获指数呈现显著增加的趋势，沈稻505、沈稻47 呈现先升高后降低的趋势，但是3个品种配施处理的收获指数均大于全化肥处理，只是不同品种最适合的配施比例不同。施肥处理间沈稻7号在OR处理时收获指数最高，为0.55；沈稻505在OR处理时收获指数最高，为0.60；沈稻47在OR处理时收获指数最高，达到0.61。

3 讨论与结论

为了提高水稻产量，种植者大量施用化学氮肥，但过量施用化学氮肥既影响水稻产量，降低了肥料的利用率，又造成资源的浪费并危害土壤生态环境。目前，不合理的氮肥投入已经成为制约水稻生产的重要制约因素，人们开始将有机肥配施化学氮肥作为增产增效的措施和研究重点。刘守龙等研究发现，有机肥与无机肥配施较施用全化肥相比能使稻米增产。通过Meta分析我国及其他国家已发表的有机肥无机肥配施试验数据得出，有机肥替代部分化肥后水稻平均增产7.3%。同时多个试验也表明，在N、P、K投入量相等的条件下，和单施化肥相比，有机肥替代部分化肥能使水稻产量提高4%～20%，甚至能达63%，且增产效果与配施年限成正比。郑仁兵等研究发现，有机肥替代化肥在适当比例内对水稻有增产的效果，一旦过量或全有机肥施用反而会使水稻产量降低2.3%～8.6%。Moe等的研究表明，有机肥化肥的配施通过增加水稻分蘖数、穗数、穗长，从而增加水稻产量。Elkholy等研究认为，有机肥配施化肥是通过提高水稻单位面积有效穗数、穗粒数和千粒质量而优化调控作物产量。唐先干等研究指出，有机肥配施比例达50%时不但有利于中、上部稻穗一、二次枝梗粒的发育，增加中、上部穗粒质量，还能增加稻穗中、下部二次枝梗的结实率。本试验中，产量方面，配施有机肥的处理均大于全化肥处理，但各品种最适配施比例并不相同，增产幅度在2.65%～9.97%。

表2 2019年不同处理对粳稻干物质积累的影响

干物质量是水稻产量形成的基础，水稻产量是干物质生产与分配的过程。而抽穗前与抽穗后是水稻干物质形成的2个关键阶段，本试验中2个阶段积累的干物质比例随品种与施肥比例而变化，通过提高干物质积累量或收获指数，或同时提高干物质积累量和收获指数可以提高产量。有研究指出，有机肥与化肥配合施用有利于中后期水稻干物质积累以及群体生长率的提高。徐一兰等的研究发现，对早稻而言，有机肥与化肥配施使各部位干物质积累量增加，不但奠定了干物质生产的基础，还能促进茎、叶干物质向穗部的运输，显著增加抽穗后期物质同化贡献率。唐海明等研究发现，长期施用60%有机肥能促进茎部干物质向穗的转运，有利于水稻茎物质的输出。刘彦伶等的研究表明，合理进行有机肥与无机肥的配施，可以促进水稻干物质的积累以及茎叶干物质向籽粒的转运，与徐明岗等通过6年早晚稻试验得出的结果一致。本试验中，沈稻7号在OR处理下，干物质积累量取得最大值，有利于产量的提高；沈稻505在OR处理下获得高产；沈稻47在OR处理下获得高产，主要由于此处理下不仅干物质积累量较高，同时也维持了较高水平的收获指数。这与侯红乾等低量有机肥配施处理对产量提升作用最大的试验结论基本一致。

可见，在水稻生产中，相对纯化学肥料的施用，有机肥与化肥的配施可以普遍提高有效穗数与颖花数，有机肥的长效性还能确保结实率与千粒质量不会因为颖花数的增加而降低，从而使水稻增产。综合来看，弯曲穗型品种沈稻7号适宜配施的比例为30%有机肥+70%无机肥；直立穗型品种沈稻505适宜配施的比例为20%有机肥+80%无机肥；半直立穗型品种沈稻47适宜配施的比例为10%有机肥+90%无机肥。