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摘要 [目的]研究有机无机肥配施对水稻产量和氮素利用的影响。[方法]在江苏省泰州市姜堰地区进行田间试验,研究有机无机肥配施对通南地区水稻产量及氮素利用率的影响。[结果]不施氮肥会使水稻有效穗数、穗粒数显著减少,最终导致水稻严重减产;有机无机肥配施与常规施氮相比水稻有效穗数显著增加,但对穗粒数和千粒重影响不大,2种处理水稻产量无显著差异。不施氮肥或有机无机肥配施均会导致水稻籽粒和秸秆含氮量显著降低,进而降低植株吸氮量。有机无机肥配施与单纯施用化学氮肥相比氮肥吸收利用率平均显著降低了约15%,但氮肥生理利用率显著提高约18%,2种施肥方式对氮肥农学利用率和偏生产力影响不大。[结论]有机无机肥配施可以维持水稻高产稳产,且可以提高氮肥生理利用率,在通南地区具有很好的推广前景。
关键词 水稻;有机肥;氮肥利用率;产量构成;有机无机肥配施
中图分类号 S144文献标识码 A文章编号 0517-6611(2018)35-0137-03
目前世界人口仍迅速增长[1],这意味着粮食产量亟待进一步提高。然而世界可供开发的土地资源有限,加之土壤污染、退化面积不断增加,农作物高产瓶颈难以突破,都使得粮食生产安全面临极大挑战[2]。因此提高作物产量必需依赖于已有的土地,而提高土壤复种指数、不断增加肥料用量则成为主要途径[3]。随着种植强度和化肥使用的增加,农田土壤质量逐步恶化,土壤板结、酸化、有机质含量下降问题日益严峻[4-5]。此外,化肥的过量施用还带了一系列环境问题,如河流、湖泊的人富营养化,地下水质量下降等。因此,使用有机肥替代化肥或者有机肥和化肥配合施用的施肥方式逐渐受到重视[6]。
近几十年来,关于化肥和有机肥配合施用的研究较多。研究表明,有机无机肥料配施能提高成穗率,避免无效茎蘖与有效茎蘖争夺养分,减少化学氮肥施用量,从而提高氮肥利用率[7]。与单施化肥相比,有机无机肥配施有利于作物中后期干物质累积和养分吸收[8]。有机肥或有机肥与化肥配施可以减少化学肥料的投入,从而减轻化肥的负面效应,还可以增加土壤有机质含量,改良土壤理化性状,提高土壤养分的生物有效性,提高肥料利用率,最终达到高产稳产的效果[9-11]。土壤有机质是土壤质量的主要指标[12],而施用有机肥可以显著提高土壤有机质含量,从而起到培肥土壤和稳定土壤生产力的作用,有利于农田的可持续生产。
为了研究单施化肥及商品有机肥与化肥不同比例配施在通南高沙土地区对水稻产量和氮肥利用的影响,笔者在江苏省泰州市姜堰区进行了试验,以期为我国化肥减量增效技术和保障农业生态环境安全提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验材料
水稻品种为南粳9108(江苏省农业科学院培育);供试化肥为尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O5 14%)和氯化钾(K2O 60%);供试商品有机肥为泰兴市阿古利斯生物科技有限公司生产的有机肥料(N+P2O5+K2O≥5%,主要原料:鸭粪、牛粪、中药渣)。
1.2 试验地概况
于2017年6—11月在江苏省泰州市姜堰区(120.09°E,32.42°N)进行,该地区属亚热带温润气候地区,气候温和,雨量充沛,年均气温14.5℃,年均降水量991.7 mm,年均蒸发量1 365 mm,平均无霜期215 d,日照2 206 h,地下水距地面3~4 m。该地区成土母质为长江冲积物,土壤分类属于潮土,质地分类为高砂土,土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量分别为15.4 g/kg、0.92 g/kg、10.5 mg/kg、53.5 mg/kg。
1.3 试验设计
采用随机区组设计,小区间田埂用防水塑料膜隔离防渗,四周设保护行,小区面积30 m2,每个小区均单设进、排水口。水稻于5月7 日育苗,6 月20日移栽,移栽叶龄期为 7叶期,栽插行株距 27 cm×15 cm。除草、除虫、灌溉等措施视农情而定。试验具体设计见表1。
1.4 测定项目与方法
1.4.1 水稻产量及产量构成。在水稻成熟期收割前,每个处理调查100穴水稻穗数,计算平均穗数,取有代表性的植株样10 穴,测定穗粒数。收获时每个小区的水稻全部收割、单打单收并对籽粒称重,计算水稻产量。
1.4.2 植株与土壤养分。土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化-容量法测定;土壤全氮采用凯氏定氮法测定;速效磷采用Olsen 法测定;速效钾含量用 1 mol/L中性醋酸铵提取后火焰光度法测定。植株样品采用H2SO4-H2O2消煮,并用化学分析仪(Smart Chem 200型)测定全氮含量。
氮肥吸收利用率=(施氮区植株吸氮量-空白区植株吸氮量)/施氮量×100%(1)
氮肥农学利用率(kg/kg)=(施氮区籽粒产量-空白区籽粒产量)/施氮量(2)
氮肥生理利用率(kg/kg)=(施氮区籽粒产量-空白区籽粒产量)/(施氮区植株吸氮量-空白区植株吸氮量)(3)
氮肥生产力(kg/kg)=施氮区产量/氮肥施肥量(4)
1.5 数据分析
试验数据采用 Microsoft Excel 2003 软件进行处理并绘制图表,采用 SPSS 20.0 软件进行数据间多重比较(Duncan法)。
2 結果与分析
2.1 水稻产量及产量构成因素
氮肥的施用显著影响水稻的产量和产量构成因素,除千粒重外,CK处理的有效穗数、穗粒数和最终实测产量与其他处理相比均显著降低(表2)。有机肥的投入对水稻产量构成因素也产生了显著影响,随着有机肥比例的提高,有效穗数逐渐增加,C2、C3处理与FP处理相比显著增加了有效穗数,但有机无机肥配施对穗粒数和千粒重的影响不显著。 2.2 地上部氮濃度和作物吸氮量
水稻籽粒氮浓度相对稳定,除C2处理籽粒氮浓度稍低外,其他处理之间无显著差异。水稻秸秆含氮量受施肥方式的影响较大,CK处理的秸秆含氮量显著低于其他处理,而FP处理的秸秆含氮量最高,而有机无机配施的几个处理秸秆含氮量差异较小。水稻植株吸氮量的变化趋势与秸秆含氮量基本一致,CK处理植株吸氮量最低,FP处理吸氮量最高,其他几个处理差异不显著。
2.3 水稻氮素利用
有机无机配施显著降低了氮肥吸收利用率,与FP处理相比,C1、C2、C3处理的氮肥吸收利用率平均降低了15%(表3)。但与FP处理相比,C1、C2、C3处理显著提高了水稻的氮肥生理利用率约18%。不同处理间氮肥农学利用率和偏生产力无显著差异。
3 讨论
水稻产量的构成因素包括有效穗数、每穗总粒数和千粒重,其中千粒重一般较稳定,对产量影响较小,与产量关系最为直接的是有效穗数、穗粒数[13]。而氮肥的施用可以显著增加水稻有效穗数和穗粒数[14-15],因此,合理施用氮肥对提高水稻产量具有不可替代的作用。
在该试验中,与施用氮肥相比,不施用氮肥可以显著降低水稻有效穗数、穗粒数,使得CK处理的水稻籽粒产量比常规施肥FP处理下降约45%,千粒重虽然也有所降低,但增幅很小,并未达显著水平,对水稻籽粒产量的影响较小[13]。在该研究中,有机无机氮肥配施与单纯施用尿素相比提高水稻单位面积有效穗数,但对每穗穗粒数和千粒重无显著影响,最终实测产量也未表现出显著差异。这说明等施氮量条件下有机无机肥配施与单纯施用化学氮肥肥效相当,均可以达到维持作物高产稳产的目的,类似的结果也有报道[8,16]。在该研究中,在有机肥是氮肥唯一来源时,水稻产量仍与纯化学氮肥处理持平,这说明试验中所用的商品有机肥中氮生物有效性非常高,但不同试验结果也有报道[17-18]。
氮肥形态对水稻氮素的吸收和利用产生重要影响。该研究中,水稻籽粒的氮浓度虽然受氮肥形态的影响不大,但各处理秸秆的氮浓度差异显著,从而导致各处理的植株吸氮量差异变大。与单纯施用尿素相比,虽然有机无机肥配施会降低水稻秸秆含氮量,但与有机肥占据的比例无关系。这有可能是由于有机肥的加入影响了尿素氮的植物有效性引起的。
我国是一个农业大国,人口多,耕地面积少,提高现有土地的单位产量是必须的途径。因此,我国粮食生产的一大特点就是高投入与高产出。我国氮肥用量占世界氮肥用量的30%,而水稻生产中施用的氮肥占世界水稻生产所用氮肥用量的 37%[19]。与世界上其他主要水稻生产国相比,我国水稻生产中氮肥投入高,利用率低,浪费或损失严重。因此,提高我国氮肥利用效率一直是农学领域科学工作者的热点问题。该研究发现,通过有机无机配施,水稻的氮肥生理利用率显著提高,氮吸收利用率显著降低,这与已有的研究结果有所不同[8,10]。这说明化学氮肥(尿素)更容易被水稻吸收,并在秸秆积累,但对水稻籽粒产量影响不大,而有机肥中的氮素则相对不容易为水稻所吸收,且吸收到的氮素对水稻的增产效果更为明显。
4 结论
氮肥的施用对水稻产量的形成具有极其重要的作用,氮肥投入不足会导致水稻严重减产。在该试验条件下,有机无机肥配施与单纯施用化学氮肥相比可以起到高产稳产的效果,且有机无机肥的比例对水稻产量并未产生显著影响;有机无机肥配施可以提高水稻的氮肥生理利用率,即提高水稻生产中所投入的单位氮肥的籽粒产量。因此,有机无机肥配施的施肥模式在通南地区具有很好的推广前景。
46卷35期于倩倩等 有机无机肥配施对通南地区水稻产量及氮素利用率的影响
参考文献
[1] ALEXANDRATOS N.World food and agriculture:Outlook for the medium and longer term[J].Proceedings of the national academy of sciences,1999,96(11):5908-5914.
[2] TILMAN D,CASSMAN K G,MATSON P A,et al.Agricultural sustainability and intensive production practices[J].Nature,2002,418(6898):671-677.
[3] TILMAN D,BALZER C,HILL J,et al.Global food demand and the sustainable intensification of agriculture[J].Proceedings of the national academy of sciences,2011,108(50):20260-20264.
[4] DIACONO M,MONTEMURRO F.Long-term effects of organic amendments on soil fertility:A review[J].Agronomy for sustainable development,2010,30(2):401-422.
[5] GUO J H,LIU X J,ZHANG Y,et al.Significant acidification in major Chinese croplands[J].Science,2010,327(5968):1008-1010.
[6] VANLAUWE B,BATIONO A,CHIANU J,et al.Integrated soil fertility management Operational definition and consequences for implementation and dissemination[J].Outlook Agr,2010,39(1):17-24. [7] 杨卫斌,唐静,曹国强.不同氮肥条件下有机无机配施对寒地水稻产量的影响[J].北方水稻,2015,45(5):11-14,21.
[8] 高洪军,朱平,彭畅,等.等氮条件下长期有机无机配施对春玉米的氮素吸收利用和土壤无机氮的影响[J].植物营养与肥料学报,2015,21(2):318-325.
[9] 娄庭,龙怀玉,杨丽娟,等.在过量施氮农田中减氮和有机无机配施对土壤质量及作物产量的影响[J].中国土壤与肥料,2010(2):11-15,34.
[10] 张玉平,刘强,荣湘民,等.有机无机肥配施对双季稻田土壤养分利用与渗漏淋失的影响[J].水土保持学报,2012,26(1):22-27,32.
[11] 侯红乾,刘秀梅,刘荣光,等.有机无机肥配施比例对红壤稻田水稻产量和土壤肥力的影响[J].中国农业科学,2011,44(3):516-253.
[12] GREGORICH E G,CARTER M R,ANGERS D A,et al.Towards a minimum data set to assess soil organicmatter quality in agricultural soils[J].Canadian journal of soil science,1994,74(4):367-385.
[13] 湘鄂赣桂琼粤六省农业中专教材编审委员会.作物栽培[M].北京:气象出版社,1999.
[14] 吴文革,杨联松,苏泽胜,等.不同施氮条件下杂交中籼稻的群体质量与产量形成[J].中国生态农业学报,2009,16(5):1083-1089.
[15] 王亚江,葛梦婕,颜希亭,等.光、氮及其互作对超级粳稻产量和物质生产特征的影响[J].作物学报,2014,40(1):154-165.
[16] GUO L Y,WU G L,LI Y,et al.Effects of cattle manure compost combined with chemical fertilizer on topsoil organic matter,bulk density and earthworm activity in a wheatmaize rotation system in Eastern China[J].Soil and tillage research,2016,156:140-147.
[17] XIN X L,ZHANG J B,ZHU A N,et al.Effects of long-term(23 years)mineral fertilizer and compost application on physical properties of fluvoaquic soil in the North China Plain[J].Soil and tillage research,2016,156:166-172.
[18] RASOOL R,KUKAL S,HIRA G.Soil organic carbon and physical properties as affected by longterm application of FYM and inorganic fertilizers in maizewheat system[J].Soil and tillage research,2008,101(1/2):31-36.
[19] 彭少兵,黃见良,钟旭华,等.提高中国稻田氮肥利用率的研究策略[J].中国农业科学,2002,35(9):1095-103.
关键词 水稻;有机肥;氮肥利用率;产量构成;有机无机肥配施
中图分类号 S144文献标识码 A文章编号 0517-6611(2018)35-0137-03
目前世界人口仍迅速增长[1],这意味着粮食产量亟待进一步提高。然而世界可供开发的土地资源有限,加之土壤污染、退化面积不断增加,农作物高产瓶颈难以突破,都使得粮食生产安全面临极大挑战[2]。因此提高作物产量必需依赖于已有的土地,而提高土壤复种指数、不断增加肥料用量则成为主要途径[3]。随着种植强度和化肥使用的增加,农田土壤质量逐步恶化,土壤板结、酸化、有机质含量下降问题日益严峻[4-5]。此外,化肥的过量施用还带了一系列环境问题,如河流、湖泊的人富营养化,地下水质量下降等。因此,使用有机肥替代化肥或者有机肥和化肥配合施用的施肥方式逐渐受到重视[6]。
近几十年来,关于化肥和有机肥配合施用的研究较多。研究表明,有机无机肥料配施能提高成穗率,避免无效茎蘖与有效茎蘖争夺养分,减少化学氮肥施用量,从而提高氮肥利用率[7]。与单施化肥相比,有机无机肥配施有利于作物中后期干物质累积和养分吸收[8]。有机肥或有机肥与化肥配施可以减少化学肥料的投入,从而减轻化肥的负面效应,还可以增加土壤有机质含量,改良土壤理化性状,提高土壤养分的生物有效性,提高肥料利用率,最终达到高产稳产的效果[9-11]。土壤有机质是土壤质量的主要指标[12],而施用有机肥可以显著提高土壤有机质含量,从而起到培肥土壤和稳定土壤生产力的作用,有利于农田的可持续生产。
为了研究单施化肥及商品有机肥与化肥不同比例配施在通南高沙土地区对水稻产量和氮肥利用的影响,笔者在江苏省泰州市姜堰区进行了试验,以期为我国化肥减量增效技术和保障农业生态环境安全提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验材料
水稻品种为南粳9108(江苏省农业科学院培育);供试化肥为尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O5 14%)和氯化钾(K2O 60%);供试商品有机肥为泰兴市阿古利斯生物科技有限公司生产的有机肥料(N+P2O5+K2O≥5%,主要原料:鸭粪、牛粪、中药渣)。
1.2 试验地概况
于2017年6—11月在江苏省泰州市姜堰区(120.09°E,32.42°N)进行,该地区属亚热带温润气候地区,气候温和,雨量充沛,年均气温14.5℃,年均降水量991.7 mm,年均蒸发量1 365 mm,平均无霜期215 d,日照2 206 h,地下水距地面3~4 m。该地区成土母质为长江冲积物,土壤分类属于潮土,质地分类为高砂土,土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量分别为15.4 g/kg、0.92 g/kg、10.5 mg/kg、53.5 mg/kg。
1.3 试验设计
采用随机区组设计,小区间田埂用防水塑料膜隔离防渗,四周设保护行,小区面积30 m2,每个小区均单设进、排水口。水稻于5月7 日育苗,6 月20日移栽,移栽叶龄期为 7叶期,栽插行株距 27 cm×15 cm。除草、除虫、灌溉等措施视农情而定。试验具体设计见表1。
1.4 测定项目与方法
1.4.1 水稻产量及产量构成。在水稻成熟期收割前,每个处理调查100穴水稻穗数,计算平均穗数,取有代表性的植株样10 穴,测定穗粒数。收获时每个小区的水稻全部收割、单打单收并对籽粒称重,计算水稻产量。
1.4.2 植株与土壤养分。土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化-容量法测定;土壤全氮采用凯氏定氮法测定;速效磷采用Olsen 法测定;速效钾含量用 1 mol/L中性醋酸铵提取后火焰光度法测定。植株样品采用H2SO4-H2O2消煮,并用化学分析仪(Smart Chem 200型)测定全氮含量。
氮肥吸收利用率=(施氮区植株吸氮量-空白区植株吸氮量)/施氮量×100%(1)
氮肥农学利用率(kg/kg)=(施氮区籽粒产量-空白区籽粒产量)/施氮量(2)
氮肥生理利用率(kg/kg)=(施氮区籽粒产量-空白区籽粒产量)/(施氮区植株吸氮量-空白区植株吸氮量)(3)
氮肥生产力(kg/kg)=施氮区产量/氮肥施肥量(4)
1.5 数据分析
试验数据采用 Microsoft Excel 2003 软件进行处理并绘制图表,采用 SPSS 20.0 软件进行数据间多重比较(Duncan法)。
2 結果与分析
2.1 水稻产量及产量构成因素
氮肥的施用显著影响水稻的产量和产量构成因素,除千粒重外,CK处理的有效穗数、穗粒数和最终实测产量与其他处理相比均显著降低(表2)。有机肥的投入对水稻产量构成因素也产生了显著影响,随着有机肥比例的提高,有效穗数逐渐增加,C2、C3处理与FP处理相比显著增加了有效穗数,但有机无机肥配施对穗粒数和千粒重的影响不显著。 2.2 地上部氮濃度和作物吸氮量
水稻籽粒氮浓度相对稳定,除C2处理籽粒氮浓度稍低外,其他处理之间无显著差异。水稻秸秆含氮量受施肥方式的影响较大,CK处理的秸秆含氮量显著低于其他处理,而FP处理的秸秆含氮量最高,而有机无机配施的几个处理秸秆含氮量差异较小。水稻植株吸氮量的变化趋势与秸秆含氮量基本一致,CK处理植株吸氮量最低,FP处理吸氮量最高,其他几个处理差异不显著。
2.3 水稻氮素利用
有机无机配施显著降低了氮肥吸收利用率,与FP处理相比,C1、C2、C3处理的氮肥吸收利用率平均降低了15%(表3)。但与FP处理相比,C1、C2、C3处理显著提高了水稻的氮肥生理利用率约18%。不同处理间氮肥农学利用率和偏生产力无显著差异。
3 讨论
水稻产量的构成因素包括有效穗数、每穗总粒数和千粒重,其中千粒重一般较稳定,对产量影响较小,与产量关系最为直接的是有效穗数、穗粒数[13]。而氮肥的施用可以显著增加水稻有效穗数和穗粒数[14-15],因此,合理施用氮肥对提高水稻产量具有不可替代的作用。
在该试验中,与施用氮肥相比,不施用氮肥可以显著降低水稻有效穗数、穗粒数,使得CK处理的水稻籽粒产量比常规施肥FP处理下降约45%,千粒重虽然也有所降低,但增幅很小,并未达显著水平,对水稻籽粒产量的影响较小[13]。在该研究中,有机无机氮肥配施与单纯施用尿素相比提高水稻单位面积有效穗数,但对每穗穗粒数和千粒重无显著影响,最终实测产量也未表现出显著差异。这说明等施氮量条件下有机无机肥配施与单纯施用化学氮肥肥效相当,均可以达到维持作物高产稳产的目的,类似的结果也有报道[8,16]。在该研究中,在有机肥是氮肥唯一来源时,水稻产量仍与纯化学氮肥处理持平,这说明试验中所用的商品有机肥中氮生物有效性非常高,但不同试验结果也有报道[17-18]。
氮肥形态对水稻氮素的吸收和利用产生重要影响。该研究中,水稻籽粒的氮浓度虽然受氮肥形态的影响不大,但各处理秸秆的氮浓度差异显著,从而导致各处理的植株吸氮量差异变大。与单纯施用尿素相比,虽然有机无机肥配施会降低水稻秸秆含氮量,但与有机肥占据的比例无关系。这有可能是由于有机肥的加入影响了尿素氮的植物有效性引起的。
我国是一个农业大国,人口多,耕地面积少,提高现有土地的单位产量是必须的途径。因此,我国粮食生产的一大特点就是高投入与高产出。我国氮肥用量占世界氮肥用量的30%,而水稻生产中施用的氮肥占世界水稻生产所用氮肥用量的 37%[19]。与世界上其他主要水稻生产国相比,我国水稻生产中氮肥投入高,利用率低,浪费或损失严重。因此,提高我国氮肥利用效率一直是农学领域科学工作者的热点问题。该研究发现,通过有机无机配施,水稻的氮肥生理利用率显著提高,氮吸收利用率显著降低,这与已有的研究结果有所不同[8,10]。这说明化学氮肥(尿素)更容易被水稻吸收,并在秸秆积累,但对水稻籽粒产量影响不大,而有机肥中的氮素则相对不容易为水稻所吸收,且吸收到的氮素对水稻的增产效果更为明显。
4 结论
氮肥的施用对水稻产量的形成具有极其重要的作用,氮肥投入不足会导致水稻严重减产。在该试验条件下,有机无机肥配施与单纯施用化学氮肥相比可以起到高产稳产的效果,且有机无机肥的比例对水稻产量并未产生显著影响;有机无机肥配施可以提高水稻的氮肥生理利用率,即提高水稻生产中所投入的单位氮肥的籽粒产量。因此,有机无机肥配施的施肥模式在通南地区具有很好的推广前景。
46卷35期于倩倩等 有机无机肥配施对通南地区水稻产量及氮素利用率的影响
参考文献
[1] ALEXANDRATOS N.World food and agriculture:Outlook for the medium and longer term[J].Proceedings of the national academy of sciences,1999,96(11):5908-5914.
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[8] 高洪军,朱平,彭畅,等.等氮条件下长期有机无机配施对春玉米的氮素吸收利用和土壤无机氮的影响[J].植物营养与肥料学报,2015,21(2):318-325.
[9] 娄庭,龙怀玉,杨丽娟,等.在过量施氮农田中减氮和有机无机配施对土壤质量及作物产量的影响[J].中国土壤与肥料,2010(2):11-15,34.
[10] 张玉平,刘强,荣湘民,等.有机无机肥配施对双季稻田土壤养分利用与渗漏淋失的影响[J].水土保持学报,2012,26(1):22-27,32.
[11] 侯红乾,刘秀梅,刘荣光,等.有机无机肥配施比例对红壤稻田水稻产量和土壤肥力的影响[J].中国农业科学,2011,44(3):516-253.
[12] GREGORICH E G,CARTER M R,ANGERS D A,et al.Towards a minimum data set to assess soil organicmatter quality in agricultural soils[J].Canadian journal of soil science,1994,74(4):367-385.
[13] 湘鄂赣桂琼粤六省农业中专教材编审委员会.作物栽培[M].北京:气象出版社,1999.
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[18] RASOOL R,KUKAL S,HIRA G.Soil organic carbon and physical properties as affected by longterm application of FYM and inorganic fertilizers in maizewheat system[J].Soil and tillage research,2008,101(1/2):31-36.
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