不同比例有机无机肥配施对水稻产量与氮素利用率的影响

许丹阳，李虹颖，孙义祥，邬 刚，王家宝，袁嫚嫚，王佩旋，张祥明，束孝海

（1养分循环与资源环境安徽省重点实验室/安徽省农业科学院土壤肥料研究所，合肥 230031；2安徽省南陵县农业技术推广中心，安徽芜湖 238000）

0 引言

中药渣是中药提取活性成分后的残留物，年排放量可达3000万t[1-4]。长期以来，中药渣资源在农作物、饲料以及工业方面不断探索综合再利用，但由于中药渣前处理难度大，使用量小[5-6]，堆放、填埋、焚烧等传统处理方式既造成土地等资源被占用浪费，也破坏了生态环境，中药渣处理已成为中药企业发展的瓶颈[7-8]。中药渣肥料化是实现中药渣等有机废弃物资源化的最主要途径[9]。

中药渣经一次提取后，约30%活性成分仍残留在药渣中，既含有大量微量元素、蛋白质和纤维素，又富含磷、钾、氮、有机质以及大量Fe、Zn、Mn等微量元素和特殊成分[1]。利用中药渣和秸秆、畜禽粪污等共同发酵，待其腐烂分解后生产有机肥，可提高作物产量和提高土壤肥力。研究表明，以中药渣和玉米秸秆、麸皮等生产有机肥，氮磷钾的总含量为5.51%，有机质含量为49.66%，实现了中药渣的资源化利用[10]。例如妇科千金片药渣所制成的有机肥，就能提高半夏出芽率和质量[11]。不同种类的中药渣均能促进紫苏生长，且能改善根系结构，增加叶片面积，提高紫苏酚类物质的积累量[12]。黄芪药渣生物有机肥有利于提高油菜籽品质[13]，合理施用有机肥能增加水稻干物质量，提高结实率，增加千粒重，从而提升水稻产量[14-16]。研究发现，短期条件下施用有机肥反而导致作物产量降低，但长期连续施用情况下，施用有机肥的产量水平达到甚至超过化肥处理[17]，由此可见，合理高效的施肥模式对于作物增产、土壤肥料吸收与利用、环境保护都有明显效果，既可防止农田地力退化，又能提高土地的可持续生产能力[18-21]。当前，农业领域研究的一大热点就是化肥减量配施方式的效果，而有机肥配施化肥是其中一项重要手段。目前关于中药渣有机肥的研究很多体现在同等条件下添加中药渣肥的作用效果上[17]，针对化肥减量配施中药渣有机肥的研究相对较少，具体到单季水稻施用条件下中药渣有机肥氮能否替代化肥氮、最佳比例等问题的研究缺乏充分实践检验。本研究以亳州市康楼禽业有限公司中药渣资源和畜禽粪污等为原料，利用微生物菌发酵研制有机肥为研究对象，探讨不同比例有机肥替代化肥对水稻产量及氮肥利用的影响，综合评估有机肥氮替代化肥氮配施效果，以期为农作物提质增效和实现有机废弃物资源化利用提供新思路。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020年在安徽省南陵县许镇镇(118°24'33″E，31°4'54″N)进行，试验基地属北亚热带湿润季风气候区，年平均气温15～16℃，年均日照时数为2000 h，年均降水量为1200 mm，每年无霜期达219～240天。该地区以水稻种植为主，土壤类型为潴育型水稻土亚类。0～20 cm土壤有机质23.02 g/kg，全氮1.56 g/kg，有效磷8.56 mg/kg，有效钾112.25 mg/kg，pH 5.57。

1.2 试验设计

此次田间小区试验采用随机区组排列，设6个处理，3次重复。不同小区间以泥土做田埂，盖上农用薄膜进行隔离，防止养分渗漏。重复的小区之间设排灌沟，各小区均单设进出口、排水口，并在外围设保护行。小区面积30 m2，水稻密度25万穴/hm2。对照处理(CK)不施肥。处理1为单施化肥（生物有机肥0%），氮肥(N)用量180 kg/hm2，氮肥运筹基肥、蘖肥、穗肥比例为5:3:2；磷肥(P2O5)用量82.5 kg/hm2；钾肥(K2O)用量90 kg/hm2。处理2为化肥减施25%+1500 kg/hm2生物有机肥(25%)，与处理1等养分，各施肥处理分别扣除有机肥氮磷钾含量后用尿素、过磷酸钙和氯化钾补齐，氮肥运筹基肥、蘖肥、穗肥比例为5:3:2。处理3为化肥减施50%+3000 kg/hm2生物有机肥(50%)，与处理1等养分，各施肥处理分别扣除有机肥氮磷钾含量后用尿素、过磷酸钙和氯化钾补齐，氮肥运筹基肥、蘖肥、穗肥比例为5:3:2。处理4为化肥减施75%+有机肥5000 kg/hm2(75%)。处理5为单施有机肥7000 kg/hm2(100%)。商品有机肥N、P2O5和K2O含量分别为2.52%、1.53%和1.26%。供试水稻品种为‘深两优867’。

1.3 分析、测定指标及计算方法

氮肥表观利用率、氮肥农学利用率和氮素收获指数的计算如式(1)～(3)。

1.4 数据处理

本研究采用SAS 9.0软件和LSD对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 有机肥部分替代化肥对水稻产量的影响

由表1看出，等氮量中，施用有机肥的平均产量为8727 kg/hm2，处理2替代化肥最高，为9386 kg/hm2，比单施化肥增产9.06%，再增加有机肥比例有减产趋势。施肥处理与不施肥对照处理产量差异达到显著水平，处理2与处理5产量差异达显著水平。说明在等氮量条件下，施用有机肥用量比例应掌握适宜比例，超过25%时产量有所下降。基肥比例(x)与产量(y)的回归方程为y=-150.06x2+106.04x+585.02，R2=0.6712，计算得出适宜有机肥部分替代化肥比例为35.3%，产量可达到9057 kg/hm2。本试验条件下，有机肥部分替代化肥比例为35%，可以实现最高产量。

表1 有机肥部分替代化肥对水稻产量的影响

2.2 有机肥部分替代化肥对产量构成因素的影响

由表2可知，等氮量条件下，与单施化肥比较，有机肥部分替代化肥处理对有效穗、实粒数、结实率均无显著影响，随着有机肥增施比例的增加，千粒重有增加的趋势，处理5与不施有机肥处理差异达显著水平。产量与有效穗、每穗实粒数、结实率和千粒重间相关分析表明，对抛秧早稻产量影响的直接贡献率由大到小为结实率(0.9859**)，有效穗(0.9485**)、每穗实粒数(0.9300**)，对产量的影响达极显著性水平，千粒重(0.1516)对产量的影响不明显。本试验条件下，有机肥对水稻产量影响首先要提高结实率，其次是增加有效穗数。在此基础上，注意提高穗实粒数并适当提高千粒重。因此，在等氮肥用量条件下，合理的有机肥比例有利于增加结实率、有效穗数和穗粒数。

表2 有机肥部分替代化肥对水稻产量构成因素的影响

2.3 有机肥部分替代化肥对水稻生产氮肥利用率的影响

由表3可知，施氮量相同时，合理使用有机肥部分替代化肥有利于水稻积累养分，提高其养分吸收利用率，处理2的总吸氮量、氮肥利用率、氮素收获指数和氮肥农学利用率达到最高，氮肥利用率46.6%，相比其他比例达到显著水平。总吸氮量、氮肥农学利用率和氮素收获指数差异不显著，这可能是由于有机肥的缓效作用提高了后期籽粒和秸秆的含氮量。随着有机肥比例的增加，每100 kg籽粒需氮量增加，差异不显著，因此当季施用有机肥的氮养分以25%替代化肥最佳。

表3 有机肥部分替代化肥对水稻氮肥利用率的影响

3 讨论

3.1 有机肥氮部分替代化肥氮对水稻产量的影响

研究表明，有机肥配合化肥施用能产生显著效果，能促进水稻的生长和产量的增加，对水稻高产稳产的促进作用最大[22-24]。水稻、小麦、油菜等作物有机氮比例在20%～30%、矿质氮供应比例在70%～80%时，产量最高[25-27]。当选择氮用量180 kg/hm2、有机肥料氮的替代率为15%～30%的处理，或240 kg/hm2、10%～20%的组合时，水稻的稻谷产量能有显著增加[18]，此时土壤中氮素养分的释放较为稳定，其中矿质氮占比高，水稻氮素累积达到最大，导致水稻稻谷产量得到提高。这些研究与本研究结论总体上保持一致。本试验在等氮量下以合理比例有机肥氮替代化肥氮，有利于提高结实率，其次是增加有效穗数，25%有机肥替代化肥处理的产量最高，比单施化肥增产9.06%，根据回归计算有机肥部分替代化肥比例为35.3%时产量可达到9057 kg/hm2。

3.2 有机肥氮部分替代化肥氮不同比例对水稻吸氮量和氮素利用率的影响

研究表明，等氮量下，不同年限施用合理比例的有机肥氮替代化肥氮，水稻产量也是不同的。5年水稻中的前3年水稻产量均是单施化肥处理最高。而后2年有机肥施用年限越长，水稻产量提高幅度越大[18]。试验处理后的土壤矿质态氮和微生物生物量氮在水稻分蘖期前含量较低，而在抽穗期至灌浆期则显著高于其他处理，土壤氮素供应的变化情况与水稻吸收利用氮素的规律高度吻合，促进了氮素累积量、生物量乃至水稻产量的增加，显著提高了水稻的氮肥吸收利用率[22]。中后期，有机肥高量配施处理的土壤有机质含量最高，供氮能力最强，因此产量最高。随着有机肥配施比例的增加，微生物固定氮素增加，引起供给作物的养分不足[19]。通过2年定位试验有机肥配比在25%时，氮肥的吸收利用率和水稻产量均达到最高，但肥料利用率在50%、75%配比时无明显变化[28]。本试验中，与单施化肥处理相比，有机无机肥配施处理水稻吸氮量、氮肥吸收利用率无显著差异，但是氮肥生理利用率、农学利用率显著提高。

4 结论

在等氮量下以合理比例有机肥氮替代化肥氮，有利于提高结实率、增加有效穗数。25%有机肥替代化肥处理的产量最高，比单施化肥增产9.06%，根据回归计算有机肥部分替代化肥比例为35.3%为宜，产量可达到9057 kg/hm2。

在等氮量下，有机肥替代25%化肥氮肥吸收利用率最高，可达到46.6%，而在水稻总吸氮量、氮肥农学利用率和氮素收获指数方面，等氮处理不同比例情况下差异不显著。

在等氮量下，在农业生产实际中，有机肥施用比例25%～35%是较理想的施肥比例。