有机肥替代化肥对稻谷产量及氮素吸收利用的影响.pdf

湖南农业科学（HUNAN AGRICULTURAL SCIENCES）2023 年 7 月50-土壤肥料 资源环境湖南农业科学（HUNAN AGRICULTURAL SCIENCES）引用格式：尹阳明，刘琼峰，罗小军，等.有机肥替代化肥对稻谷产量及氮素吸收利用的影响 J.湖南农业科学，2023（7）：50-53.DOI:DOI:10.16498/ki.hnnykx.2023.007.0092023（7）：50-53氮肥的合理施用是水稻持续高产和稳产的主要措施之一，有机肥与化肥配施结合了化肥的速效性和有机肥的持久性，不仅可获得比单独施用化肥更高或持平的稻谷产量，还能调控氮素养分供应状况，改善土壤供氮能力，是合理利用资源、提高土壤肥力、保持作物高产稳产的施肥体制1-2。适宜的养殖废弃物有机肥替代化肥在消纳有机废弃物的同时，可改善生态环境，减少化肥的投入，促进养分循环，推动农业绿色发展3。国内外针对有机肥替代化肥对土壤理化性质、作物产量和肥料利用率的影响已开有机肥替代化肥对稻谷产量及氮素吸收利用的影响尹阳明1，刘琼峰2，罗小军1，王益凤3，申艳群4，周峻宇2，吴海勇2，谷雨2（1.邵东市土壤肥料工作站，湖南 邵东 422800；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南 长沙 410125；3.邵东市简家陇镇农业综合服务中心，湖南 邵东 422821；4.邵东市杨桥镇农业综合服务中心，湖南 邵东 422827）摘要：为了探讨水稻土施用养殖废弃物有机肥的适宜替代比例，采用盆栽试验，研究了等养分条件下化肥配合施用 30%、50%、60%、75%、100%的牛粪有机肥和猪粪有机肥对于水稻产量及氮素吸收利用的影响。结果表明：水稻土施用 60%牛粪有机肥化肥处理的稻谷产量显著高于其他处理，施用 50%100%的猪粪有机肥化肥处理的稻谷产量显著高于 30%猪粪有机肥化肥处理；30%牛粪有机肥化肥、30%猪粪有机肥化肥处理的稻谷全氮含量显著高于其他处理；在等氮量条件下，60%100%的牛粪有机肥替代化肥、50%100%的猪粪有机肥替代化肥均有助于水稻对氮素的吸收利用，氮素收获指数和氮素利用效率均有所提高。总体上，土壤有机质与全氮含量丰富的水稻土施用 60%的牛粪有机肥或猪粪有机肥替代化肥，有利于提高稻谷产量与氮肥利用率。关键词：水稻土；替代化肥比例；氮素吸收利用；水稻产量中图分类号：S147.2；S511文献标识码：A文章编号：1006-060X（2023）07-0050-04Effects of Different Organic-Inorganic Fertilizer Combinations on Yield and Nitrogen Uptake and Utilization of Rice YIN Yang-ming1,LIU Qiong-feng2,LUO Xiao-jun1,WANG Yi-feng3,SHEN Yan-qun4,ZHOU Jun-yu2,WU Hai-yong2,GU Yu2（1.Shaodong Soil and Fertilizer Station,Shaodong 422800,PRC;2.Hunan Soil and Fertilizer Institute,Changsha 410125,PRC;3.Shaodong Jianjialong Town Agricultural Comprehensive Service Center,Shaodong 422821,PRC;4.Shaodong Yangqiao Town Agricultural Comprehensive Service Center,Shaodong 422827,PRC）Abstract：In order to explore the suitable application ratio of breeding waste as organic fertilizer in paddy soil,a pot experiment was conducted to study the effects of 30%,50%,60%,75%and 100%cow manure or pig manure combined with chemical fertilizer on rice yield and nitrogen absorption and utilization under equal nutrient conditions.The results showed that the rice yield of 60%cow manure+chemical fertilizer treatment was significantly higher than that of the other treatments,and the rice yield of 50%-100%pig manure+chemical fertilizer treatment was significantly higher than that of 30%pig manure+chemical fertilizer treatment.The total nitrogen content of rice grain in 30%cow manure+chemical fertilizer treatment or in 30%pig manure+chemical fertilizer treatment was significantly higher than that in the other treatments.Under the condition of equal nitrogen amount,60%-100%cow manure instead of chemical fertilizer and 50%-100%pig manure instead of chemical fertilizer both facilitated the absorption and utilization of nitrogen by rice,and the nitrogen harvest index and nitrogen use efficiency were improved.In general,the application of 60%cow manure or pig manure instead of partial chemical fertilizer to paddy soil with rich organic matter and total nitrogen is beneficial to improving rice yield and nitrogen use efficiency.Key words：paddy soil;organic-inorganic fertilizer combination ratio;nitrogen uptake and utilization;rice yields收稿日期：20230510基金项目：湖南省自然科学基金项目（2020JJ4411）；湖南省土壤肥料研究所所长基金项目（2020tfs102）；湖南省农业科技创新资金项目（2018QN25）；邵东市绿色种养循环农业试点项目（2021）作者简介：尹阳明（1967），男，湖南邵东市人，农艺师，主要从事土壤肥料技术及应用研究。通信作者：刘琼峰尹阳明等：有机肥替代化肥对稻谷产量及氮素吸收利用的影响51-土壤肥料 资源环境展大量研究，但最佳有机肥替代化肥比例在不同地区、不同土壤条件、不同肥源、不同作物上的研究结果不一致，存在较大差异4。任科宇等5研究表明，长江流域有机肥替代比例在 30%60%时能够同时显著提高水稻的产量和籽粒含氮量水稻产量和籽粒含氮量的影响；侯红乾等2研究发现不同肥力水平稻田应选择适合的比例，中低肥力水平稻田以 30%有机肥配施较为合适，而高肥力水平稻田宜选择 50%和 70%有机肥配施较为合适；针对不同养殖废弃物有机肥源，双季稻体系猪粪替代 50%化肥比施用100%化学氮肥能显著提高土壤全氮含量，避免有机肥过量使用导致的养分径流流失6-7；施用 50%牛粪有机肥配施化肥既能保证水稻不减产，降低田面水中氮素浓度，还能提高土壤中氮素的累积8-9。养殖废弃物有机肥还田是提高养分资源循环利用的有效途径，而不同的养殖废弃物有机肥替代化肥的适宜比例也存在差异，通过选取典型水稻土开展盆栽试验，研究牛粪和猪粪有机肥的氮投入不同比例对土壤 水稻系统氮素利用效率及作物产量的影响，以期为牛粪、猪粪有机肥在水稻生产上的合理施用提供参考，为养殖废弃物资源肥料化高效利用提供科技支撑。1材料与方法1.1供试材料试验于 2021 年在湖南省土壤肥料研究所农场进行，供试土壤为邵东市仙槎桥镇石灰岩风化物发育的典型水稻土，土壤理化性质为土壤 pH 值 7.2、有机质 35.56 g/kg、全氮 2.36 g/kg、全磷 0.6 g/kg、全钾 11.39 g/kg、水解性氮 129.48 mg/kg、有效磷 4.14 mg/kg 和速效钾 57 mg/kg。供试牛粪为长沙瑞隆肉牛养殖场自制牛粪有机肥，养分含量为氮（N）2.01%、磷（P2O5）1.73%、钾（K2O）2.31%。供试猪粪为浏阳灌山养殖场自制猪粪有机肥，养分含量为氮（N）3.53%、磷（P2O5）5.42%、钾（K2O）2.65%。供试氮肥用尿素（含 N 量 46%），磷肥用钙镁磷肥（含P2O5量 12%），钾肥用氯化钾（含 K 量 60%），均为市售化肥。供试水稻品种为金穗 128 号，由湖南省水稻研究所提供。1.2试验设计试验盆钵选用底径 22 cm、口径 30 cm、高 75 cm 的塑料钵，每钵装土 10 kg。水稻盆栽试验的施肥量为尿素 2.17 g/盆、过磷酸钙 4.17 g/盆、氯化钾1.00 g/盆，根据施用养殖固体废弃物牛粪、猪粪的氮投入比例占总投入养分比例的 30%、50%、60%、75%、100%分别计算试验的施肥量，施用牛粪试验设 5 个处理：A1（30%牛粪化肥），A2（50%牛粪化肥），A3（60%牛粪化肥），A4（75%牛粪化肥），A5（100%牛粪化肥）；施用猪粪试验设 5 个处理：B1（30%猪粪化肥），B2（50%猪粪化肥），B3（60%猪粪化肥），B4（75%猪粪化肥），B5（100%猪粪化肥）；每个处理设 4次重复，各处理等养分量设计，以等氮量为基准，磷、钾部分不足用化肥补充。氮肥基追比为 6 4，磷、钾肥均为基肥，基肥于秧苗移栽前 1 d 施入，追肥于移栽后 10 d 施入，施肥后将土壤与肥料充分搅匀，保证每盆的水层深度在 23 cm 且一致。水稻在 7 月下旬移栽，10 月下旬收获，水稻移栽前精细选苗，保证所移栽的水稻苗长相一致，栽水稻的盆钵每盆栽 6 株，作物生长期的试验管理同常规试验方法，搭棚遮挡雨水以防治雨水对试验的影响。1.3样品测定与方法在水稻成熟期采集 020 cm 深度的土壤样品，经风干、磨细、过筛、混匀后由湖南省农业科学院农化检测中心按常规农化分析方法测定，土壤碱解氮含量采用碱解扩散法测定。水稻成熟期将地上部分取回，将样品在 105杀青 30 min 后，65烘干至恒重并称重后粉碎，采用凯氏法和杜马斯法测定植株和稻谷的全氮含量。水稻成熟期测定植株株高、有效穗、分蘖数、实粒数、千粒重、谷重等各产量构成因子。氮素吸收、利用相关计算方法10-11如下：氮素收获指数=籽粒氮累积量/地上部植株总氮累积量氮素吸收效率（kg/kg）=植株吸氮量/施氮量氮素利用效率（kg/kg）=籽粒产量/植株氮累积量氮肥偏生产力（kg/kg）=施氮区产量/总施氮量采用Excel和SPSS 26.0对数据进行处理与分析，采用 Duncans新复极差法进行多重比较。2结果与分析2.1施用不同配比有机肥对水稻产量及构成因素的影响水稻土施用不同配比牛粪和猪粪对水稻产量的影响如表 1 所示。施用牛粪有机肥后，A3（60%牛粪化肥）处理的稻谷产量显著高于其他处理，而A1（30%牛粪化肥）处理低于其他处理；施用猪粪有机肥后，B2、B3、B4、B5 的稻谷产量显著高湖南农业科学（HUNAN AGRICULTURAL SCIENCES）2023 年 7 月52-土壤肥料 资源环境于 B1 处理，其中 B5（100%猪粪化肥）处理的稻谷产量最高，而 B1（30%猪粪化肥）处理显著低于其他处理。从产量构成因素来看，水稻土施用牛粪有机肥后，A1（30%牛粪化肥）处理的株高显著低于 A3A5 处理；施用猪粪有机肥后，B1（30%猪粪化肥）处理的株高和实粒数均低于其他处理，而 B5（100%猪粪化肥）处理的株高和实粒数均高于其他处理。总体上水稻土施用 60%100%配比的牛粪有机肥或猪粪有机肥有利于增加水稻植株的株高，施用牛粪有机肥以 60%的替代比例对于稻谷产量的提高效果较好，施用猪粪有机肥 50%100%的替代比例有助于稻谷产量的提高。各有机肥替代化肥处理对水稻有效穗和千粒重影响不大，结果无显著差异。2.2施用不同配比有机肥对土壤与水稻氮素的影响水稻土施用不同配比牛粪有机肥对土壤碱解氮的影响不大，各处理无显著差异；施用猪粪有机肥后，B4（75%猪粪化肥）处理的土壤碱解氮含量显著低于其他处理。施用牛粪有机肥后，各处理间植株的全氮含量无显著差异，而 A1（30%牛粪化肥）处理的稻谷籽粒全氮含量显著高于其他处理，其次为A2处理；施用猪粪有机肥后，B1（30%猪粪化肥）处理的植株和稻谷籽粒全氮含量均为最高。结果表明，30%牛粪化肥和 30%猪粪化肥处理有利于稻谷籽粒对氮素的吸收，能提高水稻籽粒的氮素累积量。表 2不同配比有机肥条件下的土壤与水稻氮素有机肥类型处 理土壤碱解氮（mg/kg）植株全氮（g/kg）稻谷全氮（g/kg）牛 粪A1124.94 a6.25 a13.79 aA2130.45 a6.66 a12.20 bA3131.67 a5.87 a10.77 cA4118.46 a5.68 a10.97 cA5117.32 a4.88 a10.33 c猪 粪B1140.01 a9.35 a13.18 aB2132.56 a6.30 b11.30 bB3139.36 a5.88 b10.95 bB4120.24 b5.81 b11.74 abB5133.85 a6.08 b11.75 ab2.3施用不同配比有机肥对氮素利用率的影响水稻土施用不同配比牛粪、猪粪有机肥对水稻氮素吸收利用的影响如表 3 所示。施用牛粪有机肥后，A1（30%牛粪化肥）处理的氮素收获指数、氮素利用效率显著低于 A3、A4 和 A5 处理，氮肥偏生产力显著低于 A3 处理；施用猪粪有机肥后，B1（30%猪粪化肥）处理的氮素收获指数、氮素利用效率、氮肥偏生产力均显著低于其他处理，氮表 1不同配比有机肥条件下的水稻产量及构成因素有机肥类型处 理株 高（cm）有效穗（穗/盆）实粒数（粒/盆）千粒重（g）稻谷产量（g/盆）牛 粪A174.00 b24.50 a2365.00 a17.00 a23.98 bA280.75 ab26.75 a2 057.75 a17.50 a36.28 abA385.00 a27.25 a2 889.00 a17.75 a51.23 aA487.00 a25.50 a2 312.00 a17.25 a39.93 abA583.50 a24.25 a2 250.75 a17.25 a39.00 ab猪 粪B179.25 c30.00 a1 169.00 c17.50 a20.98 bB281.25 bc31.00 a2 959.00 b17.50 a51.95 aB385.75 ab31.25 a2 930.50 b18.00 a52.75 aB486.25 ab27.00 a3 054.75 b17.50 a53.60 aB591.00 a29.75 a3 840.25 a17.50 a66.78 a注：表中同列不同小写字母表示处理间差异显著（P 0.05），下同。表 3不同配比有机肥条件下的氮素吸收和利用有机肥类型处 理氮素收获指数氮素吸收效率氮素利用效率氮肥偏生产力牛 粪A10.42 b0.37 a30.04 c11.05 bA20.50 ab0.41 a41.77 bc16.72 abA30.61 a0.42 a56.22 a23.61 aA40.55 a0.37 a50.45 ab18.40 abA50.55 a0.33 a53.08 ab17.97 ab猪 粪B10.30 b0.42 b22.96 b9.67 bB20.59 a0.48 ab49.74 a23.94 aB30.59 a0.45 ab54.19 a24.31 aB40.63 a0.46 ab54.29 a24.70 aB50.66 a0.57 a54.84 a30.77 a尹阳明等：有机肥替代化肥对稻谷产量及氮素吸收利用的影响53-土壤肥料 资源环境素吸收效率显著低于 B5 处理；在等氮量条件下，60%100%的牛粪有机肥替代化肥、50%100%的猪粪有机肥替代化肥均有利于水稻对氮素的吸收利用，氮素收获指数和氮素利用效率均有所提高。3结论与讨论氮素与水稻生育进程和产量等密切相关，有机肥化肥合理配施对于水稻高产稳产具有重要作用12，有机替代的增产效果主要受管理措施、土壤因素和气候条件等共同影响，而提升籽粒含氮量的效果主要受土壤因素的影响5。研究结果表明，在等氮量条件下，水稻土施用 60%100%配比的牛粪或猪粪有机肥有利于增加水稻植株的株高，与 30%牛粪或猪粪有机肥替代化肥处理相比增产效果明显，施用牛粪有机肥以 60%的替代比例对于稻谷产量的提高效果较好，施用猪粪有机肥 50%100%的替代比例有助于稻谷产量的提高。有机肥氮替代部分化肥有利于增加水稻的氮素积累量，提高水稻籽粒的氮素吸收量，促进氮素向籽粒转运，获得更高的氮素利用率12。研究结果表明，在等氮量条件下，30%的牛粪有机肥替代化肥或猪粪有机肥替代化肥有利于提高水稻籽粒的含氮量，但从水稻的氮素利用率来看，30%替代比例的氮素收获指数、氮素利用效率、氮肥偏生产力显著低于其他处理，而 60%100%的牛粪有机肥替代化肥、50%100%的猪粪有机肥替代化肥均有利于对氮素的吸收利用，氮素收获指数和氮素利用效率均有所提高。其原因可能是供试土壤有机质含量丰富，中高量有机肥配施处理更有利于水稻的氮素供应和水稻生长，获得更高的稻谷产量2，肖大康等3研究发现，土壤有机质和全氮含量越高，有机替代处理比例适宜范围越大，反之适宜范围越小，这与研究结果基本一致。在不同肥力水平下不同作物上，有机 无机肥配施的合适比例有所不同，在实际生产中氮肥有机替代比例应当综合考虑土壤条件、施氮水平及有机替代比例对籽粒含氮量的影响，根据作物生长发育规律及养分吸收特点，选择合适的肥料类型和配施比例2-3。任科宇等5研究表明少量的有机肥替代（30%）虽然能够提高水稻的产量，但不能显著提高籽粒的含氮量，而过量的有机肥替代对水稻产量和籽粒含氮量的提升效果不显著，有机肥的替代比例应控制在 30%60%。肖大康等3研究表明在土壤有机质和全氮含量高的地区，氮肥有机替代比例可以适当提高到 60%70%，中低水平下的则需降低至30%左右。综上，在等氮量条件下，对于土壤有机质与全氮含量丰富的水稻土以施用 60%的牛粪有机肥或猪粪有机肥为较适宜的替代化肥比例，有利于提高稻谷产量与氮肥利用率。参考文献：1 周运陆，张永发，陈仕迁，等.有机-无机肥配施对水稻氮素吸收利用率的影响 J.热带农业科学，2021，41（11）：1-6.2 侯红乾，冀建华，刘秀梅，等.不同比例有机肥替代化肥对水稻产量和氮素利用率的影响 J.土壤，2020，52（4）：758-765.3 肖大康，丁紫娟，胡仁，等.不同地力水平和施氮量下水稻优质高产的氮肥有机替代比例 J.植物营养与肥料学报，2022，28（10）：1804-1815.4 石鑫蕊，任彬彬，江琳琳，等.有机肥替代部分化肥对水稻光合速率、氮素利用率和产量的影响 J.应用生态学报，2021，32（1）：154-162.5 任科宇，陆东明，邹洪琴，等.有机替代对长江流域水稻产量和籽粒含氮量的影响 J.农业资源与环境学报，2022，39（4）：716-725.6 孙铭鸿，蒋炳伸，沈健林，等.猪粪化肥配施对稻田土壤氮素含量及氮肥利用效率的影响 J.农业现代化研究，2021，42（1）：175-183.7 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