不同化肥减施模式对机插粳稻产量、氮肥利用效率及经济效益的影响

周志宏 ，韩 笑 ，石 吕 ，阚建鸾 ，苏建平 ，刘 建 ，薛亚光 *

（1.如皋市农业技术推广中心，江苏 如皋 226599；2.江苏沿江地区农业科学研究所/南通市循环农业重点实验室，江苏 南通 226002）

水稻是我国种植面积较大的主粮作物之一，其产量高低直接影响到我国粮食安全和社会稳定。氮素是限制水稻生长发育的重要养分因子，施用氮肥是提高水稻产量的关键[1-3]。我国是世界第一大化肥消费国，氮肥用量占全球氮肥用量的30%[4]，而我国稻田中氮肥的利用率只有30%左右[5]。我国水稻栽培普遍存在氮肥施用量过高、施用方式不合理、养分易损失等问题[6-8]。同时过量的化肥投入也会导致土壤结构不良、土壤酸化以及严重的面源污染问题[9-10]。

如何科学减少氮肥施用量、有效提高氮肥利用效率，一直受到科技人员的高度关注。已有研究表明，缓控释肥等新型肥料由于氮素释放特征契合水稻生长规律，对氮素吸收、运转表现出一定的补偿和促进作用，有助于提高氮肥利用率，又可减少用工和氮肥施用量[11-14]，目前已成为国内外研究热点。另外，有机肥作为我国农业生产中的重要肥料，含有丰富的有机养分和无机养分，有机肥或有机肥配施化肥可以有效改善土壤氮、磷、钾等养分的平衡状况，增加土壤有机质含量和养分有效性，从而降低肥料损失率，提高土壤肥力和生态系统的生产力[15]。众多研究表明，有机无机肥配施有利于水稻高产稳产、养分吸收，有利于提高肥料利用率、减少环境污染、培肥土壤[16-19]。但前人的研究大多集中于缓控释肥或有机肥化肥配施单方面在水稻上的应用效果，关于两者之间的比较鲜有报道。本试验基于化学氮肥减少25%，比较缓控释肥基施和有机肥化肥配施对水稻产量、氮肥利用效率以及经济效益的影响，旨在为探索适宜江苏水稻减肥增效的栽培技术提供理论依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年6—11月在江苏省如皋市东陈镇南庄村（120°43′E、32°24′N）进行。试验地前茬种植小麦，土壤质地为沙壤土，试验田0～20 cm 耕层的土壤有机质含量为32.98 g/kg，全氮含量为1.93 g/kg，碱解氮含量为 169.87 mg/kg，有效磷含量为16.90 mg/kg，速效钾含量为105.42 mg/kg。小麦收获后秸秆直接粉碎还田，用旋耕机旋入20 cm 土层中，移栽前1 周上水泡田。水稻于6月20日机插，行株距分别为30、12 cm，每穴3～5 苗，于9月2日齐穗，10月29日收获。

1.2 供试材料

供试品种：选用当地主推优良食味粳稻品种南粳5055，该品种由江苏省农业科学院粮食作物研究所育成。

供试肥料：45%复合肥（N、P2O5、K2O 质量比为15︰15︰15），由史丹利农业集团股份有限公司生产；普通尿素（氮质量分数为46.1%）、46%缓混肥（N、P2O5、K2O 质量比为 30︰4︰12，缓释氮质量分数≥24%）、40%掺混肥（N、K2O 质量比为 28︰12），均由南通海陵肥料有限公司生产；有机肥[主要成分为鸡粪，N、P2O5和 K2O 的总含量（质量分数，下同）≥5%，其中氮含量约为2%，有机质含量≥45%]，由南通尔康生物有机肥有限公司生产。

1.3 试验设计

本试验设置 5种施肥模式，其中 T1、T2、T3处理均基于化肥氮减施25%。

N0：氮空白区。不施氮肥，在水稻机插前基施磷肥（过磷酸钙，含P2O516%）421.9 kg/hm2和钾肥（氯化钾，含 K2O60%）110.0 kg/hm2，穗肥施用钾肥 60.0 kg/hm2。

CK：常规化肥施用（对照）。总施氮量为330.0 kg/hm（2纯氮，下同），施磷量（P2O5）和施钾量（K2O）与N0相一致。在水稻机插前基施45%复合肥450.0 kg/hm2和尿素112.5 kg/hm2；分蘖肥于机插后5～7 d 和 10～12 d 分别施用尿素 75.0、97.5 kg/hm2；穗肥分2 次施用，促花肥于倒3.5 叶期施用40%掺混肥283.4 kg/hm2，保花肥于倒1.5 叶期施用尿素112.5 kg/hm2。

T1处理：有机肥等氮量替代化肥。总施氮量为330.0 kg/hm2，其中化肥氮为 247.5 kg/hm2，有机氮为82.5 kg/hm（2替代25%化肥氮）。在水稻机插前基施45%复合肥300.0 kg/hm2、尿素75.0 kg/hm2和有机肥4 125.0 kg/hm2；分蘖肥施用尿素 150.0 kg/hm2，分 2 次等量施用；穗肥于倒3.5 叶施用40%掺混肥353.6 kg/hm2。

T2处理：缓混肥一次性基施。总施氮量为247.5 kg/hm2。在水稻机插前基施 46%缓混肥825.0 kg/hm2，不再追肥。

T3处理：缓混肥与常规氮肥一基一追配施。总施氮量为247.5 kg/hm2。水稻机插前基施46%缓混肥600.0 kg/hm2，穗肥于倒3.5 叶施用40%掺混肥240.0 kg/hm2。

采取随机区组试验，每个小区面积200 m2，3 次重复。试验小区四周作埂，并用塑料膜包埂，防止肥水串灌。各处理水浆管理、病虫害防治与常规稻田管理一致。

1.4 测定项目与分析方法

1.4.1 茎蘖动态。每个小区定点10 穴，3 次重复，分别在移栽期（栽后5 d）、分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期观察茎蘖发生动态。

1.4.2 干物质质量。分别于抽穗期和成熟期每小区随机选取10 穴具有代表性的水稻植株，去除地下部后按叶、茎、穗分装，经 105 ℃杀青 0.5 h，75 ℃烘干、称质量。保留样品测定氮含量。

1.4.3 考种与计产。于收割前2 d，每小区按平均穗数取12 穴，脱粒考种。成熟期各小区实收5 m2计产。

1.4.4 氮含量。采用凯氏定氮法测定植株全氮含量[20]。

1.5 数据处理与统计方法

采用Office 2016 软件处理数据、表格及文字，用SPSS 19.0 统计分析，用α=0.05 最小显著差异法（LSD0.05）进行平均数显著性检验。相关指标计算方法如下：

花后干物质积累量=成熟期干物质积累量-开花期干物质积累量；

花前干物质积累率=开花期干物质积累量/成熟期干物质积累量×100%；

花后干物质积累率=花后干物质积累量/成熟期干物质积累量×100%；

氮肥吸收利用率=（施氮区氮素积累量- 未施氮区氮素积累量）/施氮量×100%；

氮肥农学效率=（施氮区产量- 未施氮区产量）/施氮量；

氮肥偏生产力=施氮区籽粒产量/施氮量；

作物产值=作物产量×作物价格；

净效益=作物产值- 肥料成本- 追肥劳动力投入- 其他成本投入。

水稻价格按江苏省2021年下半年各地平均价格计算，肥料价格按市场价计算：小麦价格为3.0 元/kg，45%复合肥为 2 900 元 /t，普通尿素为 3 100 元 /t，46%缓混肥为3 800 元/t，40%掺混肥为3 000 元/t，有机肥为4 125 元/t；追肥劳动力投入一次按150 元/hm2计算；其他成本投入包括：农药2 100 元/hm2，水稻机插及秧盘 3 000 元 /hm2，机械及灌溉 4 050 元 /hm2，除追肥外人工 540 元 /hm2，共计 9 690 元 /hm2。

2 结果与分析

2.1 不同化肥减施模式对水稻产量及其构成因素的影响

从表1 可以看出，各施肥处理的水稻产量均显著高于未施氮，其中：T1处理的产量最高，较CK 增产3.90%；T2处理的产量最低，较CK 减产4.09%；而T3处理与CK 产量相近，差异无统计学意义。从产量构成因素来看，T1处理的单位面积总颖花数（单位面积穗数×穗粒数）和结实率均较CK 略有增加；T2和T3处理虽保持较高的单位面积穗数，但穗粒数均较CK 有所减少，两者的总颖花数也分别较CK（47 550.00 万个/hm2）减少了 10.04%和 4.37%，其中T2处理的总颖花数显著降低，是造成水稻较大幅度减产的主要原因。

表1 不同处理对水稻产量及其构成因素的影响

2.2 不同化肥减施模式对水稻茎蘖动态和茎蘖成穗率的影响

由图1-A 可知，各处理的茎蘖数均表现为随着生育进程逐步增加，在拔节期达到高峰值，随后逐步降低，并在抽穗期趋于稳定，与成熟期有效分蘖数无明显差异。T1处理的茎蘖数在分蘖中期至拔节期均要低于CK，但差异不具有统计学意义，在拔节后茎蘖数则下降较缓，其成熟期有效分蘖数甚至略高于CK。T2和T3处理在生育前期分蘖发生较慢，两者的高峰苗茎蘖数均显著低于CK，但成熟期有效分蘖数则与CK 无明显差异，并且两者的茎蘖成穗率均达到70%以上，虽高于CK 的63.20%，但无统计学意义（图1-B）。

图1 不同处理的茎蘖动态（A）和茎蘖成穗率（B）

2.3 不同化肥减施模式对水稻干物质积累的影响

由表2 可知，不同施肥处理的水稻干物质总积累量表现为 T1处理最高，T3处理和 CK 其次，T2处理最低；CK 和T1处理均有较高的花前干物质积累量，而T2和T3处理较低。但CK 和T2处理的花前干物质积累率均超过60%，表现为有利于花前干物质积累；T1和T3处理的花后干物质积累量均超过8 t/hm2，其占总积累量比例也均超过40%，表现为更有利于花后干物质的积累。

表2 不同处理对水稻干物质积累的影响

2.4 不同化肥减施模式对水稻氮素的吸收与利用

由表3 可以看出，各处理的水稻吸氮量表现为T1>CK>T3>T2，其中：T1和 T3处理均与 CK 之间的差异无统计学意义，T2处理则较CK 减少了8.48%。与CK 相比，T1处理的氮肥吸收利用率、氮肥偏生产力增加均不显著，仅氮肥农学效率明显提高，T2和T3处理的氮肥吸收利用率、农学效率、偏生产力较CK均有提高，其中：T2处理分别提高13.58%、18.41%、28.02%，T3处理分别提高 29.06%、31.15%、32.54%，与CK 之间的差异均具有统计学意义。可见，T3处理在减氮25%的条件下不仅能保持较高的氮素吸收，也能显著提高氮肥的利用效率。

表3 不同处理对水稻氮素吸收及利用效率的影响

2.5 不同化肥减施模式对水稻经济效益的影响

从表4 可以看出，各处理的水稻产值表现为T1>CK>T3>T2。与CK 相比，T1处理的水稻产值增加了 1 235.8 元 /hm2，T2和 T3处理分别减少了 1 256.1、186.7 元 /hm2。从投入成本来看，CK、T1、T2和 T3处理分别为 13 827.5、14 774.4、12 975、12 990 元 /hm2，其中T1处理最高，T2和T3处理均较CK 有所减少。因此，T1和T3处理的净效益均高于CK，分别增加了1.63%和3.68%，而T2处理由于产值较低，尽管减少了投入成本，但净效益仍然低于CK。

表4 不同处理对水稻产值、投入成本及净效益的影响 元/hm2

3 讨论

前人研究表明，有机肥与化肥合理配施对水稻的生长有调控作用，有利于水稻的稳产高产，还能调控氮素养分供应状况，改善土壤供氮能力[17,21]。周运陆等研究发现，25%有机肥氮替代化肥氮水稻产量最高，显著高于50%、75%和100%有机肥氮替代化肥氮以及单施化肥处理[22]；此时土壤氮素养分释放比较稳定，土壤矿质氮含量在比较高的水平，水稻氮素积累量最大，因此显著提高水稻产量[23]。本试验结果也表明，在化肥氮减施25%的条件下，各处理中以有机肥等氮量替代化肥的水稻产量和氮素积累量最高，分别较常规化肥施用（对照）增加3.90%和2.37%。但缓混肥一次性基施和缓混肥与常规氮肥一基一追配施2 处理的水稻增产效果均不明显，其中缓混肥一次性基施较对照减产4.09%。这可能与氮肥减量幅度相对较大有关。曾建华等研究发现，缓控释肥氮肥减量10%能够保证水稻产量，但当减量20%时，水稻明显减产[24]。刘红江等研究发现，在缓控释氮肥减量18.2%条件下，水稻产量显著降低[25]。但也有研究认为，分蘖期和孕穗期是水稻的吸氮高峰期，而缓控释肥一次性基施供氮曲线并不能完全协同满足水稻的吸氮曲线，也可能造成水稻后期生长潜力不足，对水稻有减产风险[26]。因此，有学者提出通过缓控释肥配施尿素能够弥补缓控释肥供氮量不足的缺点，保证产量[27-29]。本研究也发现，缓混肥一次性基施模式下水稻单位面积总颖花数的显著下降是其明显减产的主要原因，缓混肥与常规氮肥一基一追配施模式下水稻的总颖花数虽较对照略有降低，但较高的结实率和千粒质量保证其与对照产量相近且差异无统计学意义。相较于缓混肥一次性基施处理，缓混肥与常规氮肥一基一追配施后期因追施穗肥，氮肥的分解释放与机插稻需肥关键期相契合，有利于防止叶片早衰[30]，促进了花后光合同化产物的积累，提高了总干物质积累量和氮素积累量，更有利于水稻的稳产高产。

本研究也发现，有机肥等氮量替代化肥处理虽然有较高的氮素积累量，但在相同施氮水平下，其氮素的吸收利用率以及偏生产力均与对照之间的差异无统计学意义，仅显著提高了氮肥农学效率。这与前人的研究结果[22,31]不相一致，可能与试验年限、作物种类、试验地点或土壤肥力等因素有关。而在总氮量减施25%的情况下，缓混肥一次性基施和缓混肥与常规氮肥一基一追配施2个处理的氮肥吸收利用率、农学利用率和偏生产力分别较对照提高了13.58%和29.06%（氮肥吸收利用率）、18.41%和31.15%（农学利用率）、28.02%和32.54%（偏生产力），表明2种缓混肥施用方式均有助于水稻氮素的高效利用。但与缓混肥一次性基施相比，缓混肥与常规氮肥一基一追处理更有利于后期氮素的积累、灌浆结实期茎叶氮素转移量的增加[32]，以及更高的氮肥农学效率和吸收利用率，表现出更佳的减肥增效作用。

另外，本试验表明，有机肥等氮量替代化肥和缓混肥与常规氮肥一基一追2 处理均较对照增加了净效益。水稻净效益主要由产值和投入成本2 部分决定。有机肥等氮量替代化肥处理的产值最高，较对照增加1 235.8 元/hm2，但由于较高的有机肥使用成本，其净效益仅较对照增加288.9 元/hm2。缓混肥与常规氮肥一基一追配施的产值则与对照的相近，但由于减少了总施氮量以及施肥次数，其肥料的使用成本大幅降低，其净效益较对照增加了650.8 元/hm2。因此，相较于有机肥等氮量替代化肥处理的高产值高效益，缓混肥与常规氮肥一基一追配施处理的节本增效模式更适宜于当地的推广应用。

4 结论

本试验表明，相较于常规化肥施用，化肥氮减施25%条件下，有机肥等氮量替代化肥一定程度上能提高水稻产量和氮肥利用效率，但由于有机肥使用成本较高，其净效益的增加更多是来源于产值的增加；而采用缓混肥基施与速效氮肥追施这种方式既使水稻无明显减产，又大幅降低人工和氮肥成本投入，显著提高了氮肥的利用效率和经济效益，更有利于水稻的节本增效。