周志宏 ，韓 笑 ，石 呂 ，闞建鸞 ，蘇建平 ，劉 建 ，薛亞光 *

（1.如皋市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇 如皋 226599；2.江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/南通市循環(huán)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南通 226002）

水稻是我國種植面積較大的主糧作物之一，其產(chǎn)量高低直接影響到我國糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定。氮素是限制水稻生長發(fā)育的重要養(yǎng)分因子，施用氮肥是提高水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵[1-3]。我國是世界第一大化肥消費(fèi)國，氮肥用量占全球氮肥用量的30%[4]，而我國稻田中氮肥的利用率只有30%左右[5]。我國水稻栽培普遍存在氮肥施用量過高、施用方式不合理、養(yǎng)分易損失等問題[6-8]。同時(shí)過量的化肥投入也會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)不良、土壤酸化以及嚴(yán)重的面源污染問題[9-10]。

如何科學(xué)減少氮肥施用量、有效提高氮肥利用效率，一直受到科技人員的高度關(guān)注。已有研究表明，緩控釋肥等新型肥料由于氮素釋放特征契合水稻生長規(guī)律，對氮素吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)表現(xiàn)出一定的補(bǔ)償和促進(jìn)作用，有助于提高氮肥利用率，又可減少用工和氮肥施用量[11-14]，目前已成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。另外，有機(jī)肥作為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要肥料，含有豐富的有機(jī)養(yǎng)分和無機(jī)養(yǎng)分，有機(jī)肥或有機(jī)肥配施化肥可以有效改善土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分的平衡狀況，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和養(yǎng)分有效性，從而降低肥料損失率，提高土壤肥力和生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力[15]。眾多研究表明，有機(jī)無機(jī)肥配施有利于水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、養(yǎng)分吸收，有利于提高肥料利用率、減少環(huán)境污染、培肥土壤[16-19]。但前人的研究大多集中于緩控釋肥或有機(jī)肥化肥配施單方面在水稻上的應(yīng)用效果，關(guān)于兩者之間的比較鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)基于化學(xué)氮肥減少25%，比較緩控釋肥基施和有機(jī)肥化肥配施對水稻產(chǎn)量、氮肥利用效率以及經(jīng)濟(jì)效益的影響，旨在為探索適宜江蘇水稻減肥增效的栽培技術(shù)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年6—11月在江蘇省如皋市東陳鎮(zhèn)南莊村（120°43′E、32°24′N）進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬種植小麥，土壤質(zhì)地為沙壤土，試驗(yàn)田0～20 cm 耕層的土壤有機(jī)質(zhì)含量為32.98 g/kg，全氮含量為1.93 g/kg，堿解氮含量為 169.87 mg/kg，有效磷含量為16.90 mg/kg，速效鉀含量為105.42 mg/kg。小麥?zhǔn)斋@后秸稈直接粉碎還田，用旋耕機(jī)旋入20 cm 土層中，移栽前1 周上水泡田。水稻于6月20日機(jī)插，行株距分別為30、12 cm，每穴3～5 苗，于9月2日齊穗，10月29日收獲。

1.2 供試材料

供試品種：選用當(dāng)?shù)刂魍苾?yōu)良食味粳稻品種南粳5055，該品種由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所育成。

供試肥料：45%復(fù)合肥（N、P2O5、K2O 質(zhì)量比為15︰15︰15），由史丹利農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)；普通尿素（氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.1%）、46%緩混肥（N、P2O5、K2O 質(zhì)量比為 30︰4︰12，緩釋氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥24%）、40%摻混肥（N、K2O 質(zhì)量比為 28︰12），均由南通海陵肥料有限公司生產(chǎn)；有機(jī)肥[主要成分為雞糞，N、P2O5和 K2O 的總含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）≥5%，其中氮含量約為2%，有機(jī)質(zhì)含量≥45%]，由南通爾康生物有機(jī)肥有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)置 5種施肥模式，其中 T1、T2、T3處理均基于化肥氮減施25%。

N0：氮空白區(qū)。不施氮肥，在水稻機(jī)插前基施磷肥（過磷酸鈣，含P2O516%）421.9 kg/hm2和鉀肥（氯化鉀，含 K2O60%）110.0 kg/hm2，穗肥施用鉀肥 60.0 kg/hm2。

CK：常規(guī)化肥施用（對照）?？偸┑繛?30.0 kg/hm（2純氮，下同），施磷量（P2O5）和施鉀量（K2O）與N0相一致。在水稻機(jī)插前基施45%復(fù)合肥450.0 kg/hm2和尿素112.5 kg/hm2；分蘗肥于機(jī)插后5～7 d 和 10～12 d 分別施用尿素 75.0、97.5 kg/hm2；穗肥分2 次施用，促花肥于倒3.5 葉期施用40%摻混肥283.4 kg/hm2，保花肥于倒1.5 葉期施用尿素112.5 kg/hm2。

T1處理：有機(jī)肥等氮量替代化肥。總施氮量為330.0 kg/hm2，其中化肥氮為 247.5 kg/hm2，有機(jī)氮為82.5 kg/hm（2替代25%化肥氮）。在水稻機(jī)插前基施45%復(fù)合肥300.0 kg/hm2、尿素75.0 kg/hm2和有機(jī)肥4 125.0 kg/hm2；分蘗肥施用尿素 150.0 kg/hm2，分 2 次等量施用；穗肥于倒3.5 葉施用40%摻混肥353.6 kg/hm2。

T2處理：緩混肥一次性基施?？偸┑繛?47.5 kg/hm2。在水稻機(jī)插前基施 46%緩混肥825.0 kg/hm2，不再追肥。

T3處理：緩混肥與常規(guī)氮肥一基一追配施。總施氮量為247.5 kg/hm2。水稻機(jī)插前基施46%緩混肥600.0 kg/hm2，穗肥于倒3.5 葉施用40%摻混肥240.0 kg/hm2。

采取隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，每個(gè)小區(qū)面積200 m2，3 次重復(fù)。試驗(yàn)小區(qū)四周作埂，并用塑料膜包埂，防止肥水串灌。各處理水漿管理、病蟲害防治與常規(guī)稻田管理一致。

1.4 測定項(xiàng)目與分析方法

1.4.1 莖蘗動(dòng)態(tài)。每個(gè)小區(qū)定點(diǎn)10 穴，3 次重復(fù)，分別在移栽期（栽后5 d）、分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期觀察莖蘗發(fā)生動(dòng)態(tài)。

1.4.2 干物質(zhì)質(zhì)量。分別于抽穗期和成熟期每小區(qū)隨機(jī)選取10 穴具有代表性的水稻植株，去除地下部后按葉、莖、穗分裝，經(jīng) 105 ℃殺青 0.5 h，75 ℃烘干、稱質(zhì)量。保留樣品測定氮含量。

1.4.3 考種與計(jì)產(chǎn)。于收割前2 d，每小區(qū)按平均穗數(shù)取12 穴，脫?？挤N。成熟期各小區(qū)實(shí)收5 m2計(jì)產(chǎn)。

1.4.4 氮含量。采用凱氏定氮法測定植株全氮含量[20]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)方法

采用Office 2016 軟件處理數(shù)據(jù)、表格及文字，用SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)分析，用α=0.05 最小顯著差異法（LSD0.05）進(jìn)行平均數(shù)顯著性檢驗(yàn)。相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法如下：

花后干物質(zhì)積累量=成熟期干物質(zhì)積累量-開花期干物質(zhì)積累量；

花前干物質(zhì)積累率=開花期干物質(zhì)積累量/成熟期干物質(zhì)積累量×100%；

花后干物質(zhì)積累率=花后干物質(zhì)積累量/成熟期干物質(zhì)積累量×100%；

氮肥吸收利用率=（施氮區(qū)氮素積累量- 未施氮區(qū)氮素積累量）/施氮量×100%；

氮肥農(nóng)學(xué)效率=（施氮區(qū)產(chǎn)量- 未施氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/施氮量；

作物產(chǎn)值=作物產(chǎn)量×作物價(jià)格；

凈效益=作物產(chǎn)值- 肥料成本- 追肥勞動(dòng)力投入- 其他成本投入。

水稻價(jià)格按江蘇省2021年下半年各地平均價(jià)格計(jì)算，肥料價(jià)格按市場價(jià)計(jì)算：小麥價(jià)格為3.0 元/kg，45%復(fù)合肥為 2 900 元 /t，普通尿素為 3 100 元 /t，46%緩混肥為3 800 元/t，40%摻混肥為3 000 元/t，有機(jī)肥為4 125 元/t；追肥勞動(dòng)力投入一次按150 元/hm2計(jì)算；其他成本投入包括：農(nóng)藥2 100 元/hm2，水稻機(jī)插及秧盤 3 000 元 /hm2，機(jī)械及灌溉 4 050 元 /hm2，除追肥外人工 540 元 /hm2，共計(jì) 9 690 元 /hm2。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同化肥減施模式對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表1 可以看出，各施肥處理的水稻產(chǎn)量均顯著高于未施氮，其中：T1處理的產(chǎn)量最高，較CK 增產(chǎn)3.90%；T2處理的產(chǎn)量最低，較CK 減產(chǎn)4.09%；而T3處理與CK 產(chǎn)量相近，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，T1處理的單位面積總穎花數(shù)（單位面積穗數(shù)×穗粒數(shù)）和結(jié)實(shí)率均較CK 略有增加；T2和T3處理雖保持較高的單位面積穗數(shù)，但穗粒數(shù)均較CK 有所減少，兩者的總穎花數(shù)也分別較CK（47 550.00 萬個(gè)/hm2）減少了 10.04%和 4.37%，其中T2處理的總穎花數(shù)顯著降低，是造成水稻較大幅度減產(chǎn)的主要原因。

表1 不同處理對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.2 不同化肥減施模式對水稻莖蘗動(dòng)態(tài)和莖蘗成穗率的影響

由圖1-A 可知，各處理的莖蘗數(shù)均表現(xiàn)為隨著生育進(jìn)程逐步增加，在拔節(jié)期達(dá)到高峰值，隨后逐步降低，并在抽穗期趨于穩(wěn)定，與成熟期有效分蘗數(shù)無明顯差異。T1處理的莖蘗數(shù)在分蘗中期至拔節(jié)期均要低于CK，但差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，在拔節(jié)后莖蘗數(shù)則下降較緩，其成熟期有效分蘗數(shù)甚至略高于CK。T2和T3處理在生育前期分蘗發(fā)生較慢，兩者的高峰苗莖蘗數(shù)均顯著低于CK，但成熟期有效分蘗數(shù)則與CK 無明顯差異，并且兩者的莖蘗成穗率均達(dá)到70%以上，雖高于CK 的63.20%，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（圖1-B）。

圖1 不同處理的莖蘗動(dòng)態(tài)（A）和莖蘗成穗率（B）

2.3 不同化肥減施模式對水稻干物質(zhì)積累的影響

由表2 可知，不同施肥處理的水稻干物質(zhì)總積累量表現(xiàn)為 T1處理最高，T3處理和 CK 其次，T2處理最低；CK 和T1處理均有較高的花前干物質(zhì)積累量，而T2和T3處理較低。但CK 和T2處理的花前干物質(zhì)積累率均超過60%，表現(xiàn)為有利于花前干物質(zhì)積累；T1和T3處理的花后干物質(zhì)積累量均超過8 t/hm2，其占總積累量比例也均超過40%，表現(xiàn)為更有利于花后干物質(zhì)的積累。

表2 不同處理對水稻干物質(zhì)積累的影響

2.4 不同化肥減施模式對水稻氮素的吸收與利用

由表3 可以看出，各處理的水稻吸氮量表現(xiàn)為T1>CK>T3>T2，其中：T1和 T3處理均與 CK 之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，T2處理則較CK 減少了8.48%。與CK 相比，T1處理的氮肥吸收利用率、氮肥偏生產(chǎn)力增加均不顯著，僅氮肥農(nóng)學(xué)效率明顯提高，T2和T3處理的氮肥吸收利用率、農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力較CK均有提高，其中：T2處理分別提高13.58%、18.41%、28.02%，T3處理分別提高 29.06%、31.15%、32.54%，與CK 之間的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義?？梢?，T3處理在減氮25%的條件下不僅能保持較高的氮素吸收，也能顯著提高氮肥的利用效率。

表3 不同處理對水稻氮素吸收及利用效率的影響

2.5 不同化肥減施模式對水稻經(jīng)濟(jì)效益的影響

從表4 可以看出，各處理的水稻產(chǎn)值表現(xiàn)為T1>CK>T3>T2。與CK 相比，T1處理的水稻產(chǎn)值增加了 1 235.8 元 /hm2，T2和 T3處理分別減少了 1 256.1、186.7 元 /hm2。從投入成本來看，CK、T1、T2和 T3處理分別為 13 827.5、14 774.4、12 975、12 990 元 /hm2，其中T1處理最高，T2和T3處理均較CK 有所減少。因此，T1和T3處理的凈效益均高于CK，分別增加了1.63%和3.68%，而T2處理由于產(chǎn)值較低，盡管減少了投入成本，但凈效益仍然低于CK。

表4 不同處理對水稻產(chǎn)值、投入成本及凈效益的影響 元/hm2

3 討論

前人研究表明，有機(jī)肥與化肥合理配施對水稻的生長有調(diào)控作用，有利于水稻的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，還能調(diào)控氮素養(yǎng)分供應(yīng)狀況，改善土壤供氮能力[17,21]。周運(yùn)陸等研究發(fā)現(xiàn)，25%有機(jī)肥氮替代化肥氮水稻產(chǎn)量最高，顯著高于50%、75%和100%有機(jī)肥氮替代化肥氮以及單施化肥處理[22]；此時(shí)土壤氮素養(yǎng)分釋放比較穩(wěn)定，土壤礦質(zhì)氮含量在比較高的水平，水稻氮素積累量最大，因此顯著提高水稻產(chǎn)量[23]。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，在化肥氮減施25%的條件下，各處理中以有機(jī)肥等氮量替代化肥的水稻產(chǎn)量和氮素積累量最高，分別較常規(guī)化肥施用（對照）增加3.90%和2.37%。但緩混肥一次性基施和緩混肥與常規(guī)氮肥一基一追配施2 處理的水稻增產(chǎn)效果均不明顯，其中緩混肥一次性基施較對照減產(chǎn)4.09%。這可能與氮肥減量幅度相對較大有關(guān)。曾建華等研究發(fā)現(xiàn)，緩控釋肥氮肥減量10%能夠保證水稻產(chǎn)量，但當(dāng)減量20%時(shí)，水稻明顯減產(chǎn)[24]。劉紅江等研究發(fā)現(xiàn)，在緩控釋氮肥減量18.2%條件下，水稻產(chǎn)量顯著降低[25]。但也有研究認(rèn)為，分蘗期和孕穗期是水稻的吸氮高峰期，而緩控釋肥一次性基施供氮曲線并不能完全協(xié)同滿足水稻的吸氮曲線，也可能造成水稻后期生長潛力不足，對水稻有減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)[26]。因此，有學(xué)者提出通過緩控釋肥配施尿素能夠彌補(bǔ)緩控釋肥供氮量不足的缺點(diǎn)，保證產(chǎn)量[27-29]。本研究也發(fā)現(xiàn)，緩混肥一次性基施模式下水稻單位面積總穎花數(shù)的顯著下降是其明顯減產(chǎn)的主要原因，緩混肥與常規(guī)氮肥一基一追配施模式下水稻的總穎花數(shù)雖較對照略有降低，但較高的結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量保證其與對照產(chǎn)量相近且差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。相較于緩混肥一次性基施處理，緩混肥與常規(guī)氮肥一基一追配施后期因追施穗肥，氮肥的分解釋放與機(jī)插稻需肥關(guān)鍵期相契合，有利于防止葉片早衰[30]，促進(jìn)了花后光合同化產(chǎn)物的積累，提高了總干物質(zhì)積累量和氮素積累量，更有利于水稻的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

本研究也發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥等氮量替代化肥處理雖然有較高的氮素積累量，但在相同施氮水平下，其氮素的吸收利用率以及偏生產(chǎn)力均與對照之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，僅顯著提高了氮肥農(nóng)學(xué)效率。這與前人的研究結(jié)果[22,31]不相一致，可能與試驗(yàn)?zāi)晗?、作物種類、試驗(yàn)地點(diǎn)或土壤肥力等因素有關(guān)。而在總氮量減施25%的情況下，緩混肥一次性基施和緩混肥與常規(guī)氮肥一基一追配施2個(gè)處理的氮肥吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力分別較對照提高了13.58%和29.06%（氮肥吸收利用率）、18.41%和31.15%（農(nóng)學(xué)利用率）、28.02%和32.54%（偏生產(chǎn)力），表明2種緩混肥施用方式均有助于水稻氮素的高效利用。但與緩混肥一次性基施相比，緩混肥與常規(guī)氮肥一基一追處理更有利于后期氮素的積累、灌漿結(jié)實(shí)期莖葉氮素轉(zhuǎn)移量的增加[32]，以及更高的氮肥農(nóng)學(xué)效率和吸收利用率，表現(xiàn)出更佳的減肥增效作用。

另外，本試驗(yàn)表明，有機(jī)肥等氮量替代化肥和緩混肥與常規(guī)氮肥一基一追2 處理均較對照增加了凈效益。水稻凈效益主要由產(chǎn)值和投入成本2 部分決定。有機(jī)肥等氮量替代化肥處理的產(chǎn)值最高，較對照增加1 235.8 元/hm2，但由于較高的有機(jī)肥使用成本，其凈效益僅較對照增加288.9 元/hm2。緩混肥與常規(guī)氮肥一基一追配施的產(chǎn)值則與對照的相近，但由于減少了總施氮量以及施肥次數(shù)，其肥料的使用成本大幅降低，其凈效益較對照增加了650.8 元/hm2。因此，相較于有機(jī)肥等氮量替代化肥處理的高產(chǎn)值高效益，緩混肥與常規(guī)氮肥一基一追配施處理的節(jié)本增效模式更適宜于當(dāng)?shù)氐耐茝V應(yīng)用。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)表明，相較于常規(guī)化肥施用，化肥氮減施25%條件下，有機(jī)肥等氮量替代化肥一定程度上能提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用效率，但由于有機(jī)肥使用成本較高，其凈效益的增加更多是來源于產(chǎn)值的增加；而采用緩混肥基施與速效氮肥追施這種方式既使水稻無明顯減產(chǎn)，又大幅降低人工和氮肥成本投入，顯著提高了氮肥的利用效率和經(jīng)濟(jì)效益，更有利于水稻的節(jié)本增效。