Application Effect of Organic-inorganic Compound Fertilizer on the Reduction of Fertilizer Application on Double Cropping Rice in Tropical Regions

YANG Xu; LIN Qinghuo; SHI Dongmei; HUANG Yanyan; LIU Hailin; YANG Hongzhu

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2021.01.013

2021 , Vol. 42 >Issue 1: 85 - 91

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2021.01.013

Plant Cultivation, Physiology & Biochemistry

Application Effect of Organic-inorganic Compound Fertilizer on the Reduction of Fertilizer Application on Double Cropping Rice in Tropical Regions

YANG Xu ¹^,² ,
LIN Qinghuo ^,²^,^* ,
SHI Dongmei ¹ ,
HUANG Yanyan ² ,
LIU Hailin ² ,
YANG Hongzhu ²

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1. College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400716, China
2. Rubber Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / State Key Laboratory Incubation Base for Cultivation & Physiology of Tropical Crops, Haikou, Hainan 571101, China

*LIN Qinghuo,E-mail : qinghuol@163.com。

Received date: 2020-03-02

Request revised date: 2020-04-22

Online published: 2021-01-25

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Abstract

In this paper, the typical acidic paddy soil in the tropics was used as the carrier to study the effects of chemical fertilizer, organic-inorganic compound fertilizer and reduced application on the yield, nutrient accumulation, fertilizer utilization rate of double-season rice and soil chemical properties in Hainan Province of the tropical regions through the application of no fertilization treatment (CK), conventional fertilizer (T), organic-inorganic compound fertilizer (OF), organic-inorganic compound fertilizer reduction 10% (10%OF) and organic-inorganic compound fertilizer reduction of 20% (20%OF). All fertilization treatment could significantly increase rice grain yield compared to CK. OF treatment could significantly increase the effective panicle number of late rice compared with conventional chemical fertilizer, with an increase of 29.79%. At the same time, OF treatment could significantly increase the accumulation of nitrogen and phosphorus in early rice compared with conventional chemical fertilizer treatment, with an increase of 19.31% and 27.94%, respectively. 20%OF treatment can significantly improve the agronomic efficiency of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers in early rice; Organic-inorganic compound fertilizer treatment had no significant difference in soil nutrients compared to conventional chemical fertilizers.

Key words： organic-inorganic compound fertilizer; rice; yield; nitrogen use efficiency; tropical paddy soil

Cite this article

YANG Xu , LIN Qinghuo , SHI Dongmei , HUANG Yanyan , LIU Hailin , YANG Hongzhu . Application Effect of Organic-inorganic Compound Fertilizer on the Reduction of Fertilizer Application on Double Cropping Rice in Tropical Regions[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2021 , 42(1) : 85 -91 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.01.013

水稻作为中国主要的粮食作物,在保障人民正常生活方面具有重要意义。随着经济水平的提高,人们对稻米品质和口味的要求正在逐年提高,因此推广优质水稻种植是当今水稻发展的主要方向^[1]。虽然水稻品种选优方面取得显著成效^[2,3],但土壤肥力已成为制约水稻品质和产量的重要因素之一^[3,4]。大量研究表明,长期使用化肥造成土壤养分失衡、质量下降以及环境污染等诸多问题,因此制作肥效高且肥力持久,具有改善土壤质量并能显著改善水稻品质已成为当今肥料工业发展的首要任务^[5]。有机肥替代部分化肥可以改良土壤理化性质、提高作物品质以及提高养分利用率^[6];研究表明,有机无机复混肥能显著提高水稻、番茄、辣椒等作物的产量,同时能改善土壤结构及酶活性,减少对化肥的需求,对我国农业持续发展具有重要意义^{[7,8,9,10,11]};马二登等^[12]通过设置减施试验表明,有机无机复混肥能提高烟叶产值并有较大的节肥潜力;刘彦伶等^[13]通过设计不同施肥模式研究表明,适当降低施肥比例能提高作物产量并能避免因施肥过多而造成的环境问题。

海南省地处热带,土壤有机质含量低,酸化板结现象较为严重。相关研究表明,海南省2017年单位播种面积化肥施用量614.4 kg/hm²,远高于全国平均值,减少化肥施用能缓解土壤酸化,却导致水稻减产^[14,15],科学配施养分^[16]、施用新型缓释肥料^[17]以及有机无机肥料配施^[18]在一定程度上能实现土壤改良和提升水稻品质。本研究以常规施肥、有机无机复混肥以及减施等作为施肥处理,以双季水稻为研究对象,研究化肥、有机无机复混肥和减量施用对海南省双季稻的产量、养分积累和肥料利用率的影响,评估有机无机复混肥及其减量施用对热带地区土壤化学性质的影响,以期为有机无机复混肥在南方酸性水稻土施用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验区概况试验布置于海南省儋州市东成镇周坊村（19°33′2″ N,109°33′36″ E）,该地区属于热带季风气候,年均温度为21~26 ℃,>10 ℃年活动积温为8430~8690 ℃,年降雨量1500~ 2000 mm,月降雨量>100 mm集中在6—9月。土壤为砖红壤性水稻土,质地较黏重,耕层土壤的理化性状为：全氮0.96 g/kg,有效磷19.84 mg/kg,速效钾16.91 mg/kg,有机质18.15 g/kg,pH为5.6。

1.1.2 供试水稻品种早稻和晚稻品种均为‘特优808’。

1.2 方法

1.2.1 试验设计试验于2018年间进行,早稻试验于2018年3月30日插秧,2018年7月3日收获;晚稻试验于2018年8月20日插秧,2018年11月5日收获。早稻和晚稻株行距均采用20 cm× 20 cm。试验共设5个处理,分别为不施肥处理CK、常规化肥T、有机无机复混肥OF（养分含量与T处理等量）、有机无机复混肥10%OF（较OF减施10%）、有机无机复混肥20%OF（较OF减施20%）。供试常规肥料为尿素（含氮46%）、过磷酸钙（P₂O₅ 12%）、氯化钾（K₂O 60%）,单季用量为N 187.5 kg/hm²、P₂O₅ 93.75 kg/hm²、K₂O 159 kg/hm²,分3次施用（基肥∶蘖肥∶穗肥=5∶3∶2）。有机无机复混肥（N∶P₂O₅∶K₂O=11∶5∶9）及减施处理均作为基肥一次性施用。每个小区面积为54 m²,每个处理重复3次,随机区组排列。

1.2.2 样品采集与测定生物量测定及植株养分测定：水稻收获时同时在每个试验小区随机采集10株水稻样品进行产量构成因子分析,稻谷产量每个小区单打单晒,分别进行测产。样品采集后立即洗净、擦干,将稻草与稻谷分开,在105 ℃下杀青30 min,在75 ℃下烘干至恒重,粉碎测氮、磷、钾含量。

土壤样品测定：水稻收获时同时采集土壤样品,采集深度0~20 cm,按照五角星形状在每个小区采集5个样品进行混合均匀,带回室内自然风干后过筛,全氮用凯氏定氮法测定,有效磷采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定,速效钾用醋酸铵浸提-火焰光度法测定,有机质采用重铬酸钾滴定法。

1.2.3 相关指标计算相关指标计算参照相关文献^[19],公式如下：

地上部氮（磷/钾）素积累量=地上部干物重×地上部干物质含氮（磷/钾）率;

氮（磷/钾）肥农学效率=[施氮（磷/钾）区籽粒产量-对照区籽粒产量]/施氮（磷/钾）量;

氮（磷/钾）肥利用率=[施氮（磷/钾）区地上部吸氮（磷/钾）量-对照区地上部吸氮（磷/钾）量]/施氮（磷/钾）量。

以上参数计算对照区为不施肥处理。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据统计和整理,用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析和相关性分析,用Microsoft Excel 2010软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对水稻产量及构成要素的影响

由表1可知,早稻各施肥处理与CK间籽粒产量无显著差异,晚稻各施肥处理较CK均能显著增加水稻籽粒产量,增产幅度为58.33%~ 93.59%。早、晚稻籽粒产量各施肥处理间差异不显著。

表1 不同施肥处理水稻产量及构成要素

Tab. 1 Yield and components of rice under different fertilization treatments

造次 Crop	处理 Treatment	籽粒产量 Yield/(kg·hm^-2)	稻秆产量 Rice stalk yield /(kg·hm^-2)	每公顷有效穗数 Effective panicles per hectare	每穗实粒数 Number of real grains	千粒重 1000-grain weight/g	结实率 Seed rate/%
早稻	CK	6388.90±34.07^a	5411.40±102.11^b	96.00±0.72^b	180.00±8.00^a	24.7±1.37^a	80.6±3.10^a
	T	6514.00±17.42^a	7147.50±10.27^a	130.05±0.57^a	178.00±15.52^a	23.9±0.80^a	75.3±8.80^a
	OF	6594.50±4.40^a	6844.95±33.13^ab	121.05±0.67^a	179.67±12.90^a	24.1±0.73^a	81.6±2.70^a
	10%OF	6765.60±3.33^a	6392.40±48.98^ab	127.50±1.28^a	175.33±4.16^a	23.9±0.50^a	84.1±8.30^a
	20%OF	6441.00±59.50^a	6933.15±8.54^ab	128.55±0.25^a	180.00±17.35^a	24.4±0.40^a	80.5±4.70^a
晚稻	CK	2300.70±37.80^b	2694.30±35.22^b	85.50±1.00^c	182.00±7.81^b	21.0±0.15^a	86.4±5.90^a
	T	4163.40±32.60^a	5400.30±60.35^a	141.00±1.60^b	222.33±9.07^a	20.4±0.80^ab	87.7±2.20^a
	OF	4405.00±24.90^a	6094.95±9.29^a	183.00±0.50^a	210.00±12.17^a	19.9±0.30^b	83.2±3.30^a
	10%OF	4453.90±26.40^a	5495.55±29.71^a	151.50±1.30^ab	227.00±1.73^a	20.3±0.01^ab	88.8±3.20^a
	20%OF	3642.70±46.30^a	5519.10±34.75^a	153.00±1.20^ab	213.00±24.27^a	20.4±0.16^ab	84.4±6.70^a

	注：同一列中不同小写字母表示方差分析在0.05水平上达到显著差异（P<0.05）。
	Note: Different lowercase letters in the same column indicate variance analysis reached significant difference at the 0.05 level (P<0.05).

从水稻产量构成来看,针对早稻而言,各施肥处理能显著提高水稻有效穗数,每兜分别平均增加2.05穗,不同施肥处理对水稻实粒数、千粒重和结实率没有显著影响。而对于晚稻而言,各施肥处理较CK能显著提高有效穗数,每兜平均增加4.80穗;与施化肥相比,OF能增加晚稻的有效穗数,增幅为29.79%。不同施肥处理对水稻结实率均没有显著影响。

2.2 不同施肥处理对地上部水稻氮、磷、钾养分含量的影响

不同施肥处理对水稻地上部稻谷和稻秆氮、磷、钾含量影响见图1。与CK相比,施肥处理均能显著提高稻秆和稻谷氮含量。与T处理相比,OF处理显著提高了早稻稻秆氮和稻谷氮含量,增幅分别为27.80%和12.02%,10%OF和20%OF处理对早、晚稻稻秆和稻谷氮含量均无显著差异。与T处理相比,OF处理能显著提高早稻稻秆磷含量,有机无机复混肥减施处理对水稻地上部分磷、钾含量没有显著影响。

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图1 不同施肥处理间水稻地上部养分含量

不同小写字母表示不同处理间方差分析在0.05水平上达到显著差异（P<0.05）。

Fig. 1 Nutrient content in rice shoots under different fertilization treatments

Different lowercase letters indicated significant differences in ANOVA between different treatments at the 0.05 level (P<0.05).

2.3 不同施肥处理对水稻干物质累积量以及养分积累的影响

从图2可见,施肥处理与CK相比能显著提高早、晚稻干物质累积量与地上部水稻养分累积量。与CK相比,T、OF、10%OF、20%OF处理早、晚稻干物质累积量平均提高了53.69%、64.58%、70.03%、64.92%,地上部氮素累积量平均提高了168.81%、231.98%、191.82%、143.13%,磷累积量平均提高了70.46%、90.78%、63.81%、70.03%,钾素累积量平均提高了121.38%、110.33%、120.92%、116.41%。与T处理相比,OF、10%OF、20%OF处理对水稻干物质累积量、晚稻磷累积量和早稻钾累积量差异性不显著,但OF处理能显著提高早稻氮、磷累积量,增加幅度分别为19.31%和27.94%。

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图2 不同施肥处理对水稻干物质累积量和氮、磷、钾积累的影响

不同小写字母表示不同处理间方差分析在0.05水平上达到显著差异（P<0.05）。

Fig. 2 Biomass and nitrogen, phosphorus, and potassium accumulation of rice between different fertilization treatments

Different lowercase letters indicated significant differences in ANOVA between different treatments at the 0.05 level (P< 0.05).

2.4 不同施肥处理对水稻肥料利用效率的影响

从表2可见,与T处理相比,20%OF处理能显著提高早稻肥料农学效率,而在晚稻各处理间没有显著差异,氮、磷、钾肥农学效率在早稻中随着有机无机复混肥减施比例增加而增大,而在晚稻中则呈现先增加后降低趋势。OF处理较T处理能显著提高早稻氮肥和磷肥利用率。而对于晚稻而言,各处理间肥料利用率无显著差异。

表2 不同施肥处理水稻肥料利用效率

Tab. 2 Fertilizer use efficiency of rice

造次 Crop	处理 Treatment	氮肥农学效率 Agronomic efficiency of nitrogen /(kg·kg^-1)	氮肥利用率 Nitrogen use efficiency /(kg·kg^-1)	磷肥农学效率 Phosphate agronomic efficiency /(kg·kg^-1)	磷肥利用率 Phosphate use efficiency /(kg·kg^-1)	钾肥农学效率 Potash agronomic efficiency /(kg·kg^-1)	钾肥利用率 Potash use efficiency /(kg·kg^-1)
早稻	CK
	T	1.44±0.52^b	0.16±0.01^b	8.43±3.03^b	0.14±0.01^b	2.05±0.74^b	0.49±0.03^a
	OF	0.43±0.03^b	0.27±0.28^a	2.50±0.03^b	0.43±0.08^a	0.62±0.06^b	0.24±0.09^b
	10%OF	2.23±0.30^ab	0.25±0.04^ab	13.01±1.73^ab	0.05±0.09^b	3.17±0.42^ab	0.40±0.17^ab
	20%OF	3.69±1.92^a	0.22±0.05^b	21.59±11.20^a	0.18±0.11^b	5.25±2.72^a	0.58±0.00^a
晚稻	CK
	T	9.93±2.61^a	0.57±0.15^a	58.04±15.24^a	0.47±0.15^a	14.11±3.70^a	0.11±0.04^a
	OF	11.22±1.99^a	0.75±0.05^a	65.57±11.63^a	0.46±0.45^a	15.94±2.83^a	0.13±0.01^a
	10%OF	12.75±2.35^a	0.77±0.02^a	74.38±13.68^a	0.49±0.18^a	18.13±3.33^a	0.14±0.00^a
	20%OF	8.95±4.64^a	0.58±0.13^a	52.32±27.10^a	0.47±0.13^a	12.71±6.58^a	0.14±0.04^a

	注：同一列中不同小写字母表示方差分析在0.05水平上达到显著差异（P<0.05）。
	Note: Different lowercase letters in the same column indicate variance analysis reached significant difference at the 0.05 level (P<0.05).

2.5 不同施肥处理对土壤化学性质的影响

由表3可知,与不施肥处理相比,不同施肥处理均能增加土壤养分含量,其中晚稻种植后土壤有机质、有效磷和速效钾含量都比对照显著增加,但早稻收获后除了土壤有效磷,其他养分并无显著差别;与T处理相比,不同有机无机复混肥处理对土壤养分含量无明显差异。

表3 不同施肥处理对水稻收获后土壤养分影响

Tab. 3 Effects of soil nutrient content between different fertilization treatments after rice harvest

造次 Crop	处理 Treatment	全氮 Total nitrogen/(g·kg^-1)	有效磷 Available phosphorus /(mg·kg^-1)	速效钾 Available potassium /(mg·kg^-1)	有机质 Organic matter /(g·kg^-1)
早稻	CK	0.75±0.13^a	6.86±1.70^b	18.25±4.97^b	15.76±2.42^a
	T	0.92±0.24^a	18.41±6.85^a	23.62±10.72^ab	16.10±1.69^a
	OF	0.78±0.08^a	13.94±2.73^ab	30.51±4.00^ab	16.49±3.00^a
	10%OF	0.71±0.02^a	15.24±1.14^a	31.14±5.72^ab	16.17±0.43^a
	20%OF	0.73±0.07^a	21.00±4.53^a	34.93±8.42^a	16.43±1.44^a
晚稻	CK	0.86±0.15^b	7.66±2.42^c	18.64±2.58^c	14.88±1.95^b
	T	1.01±0.06^ab	22.64±5.31^ab	41.46±0.48^b	15.86±1.25^a
	OF	0.91±0.07^ab	27.64±5.88^a	44.65±2.45^ab	15.92±1.70^a
	10%OF	1.10±0.17^a	18.39±2.23^b	42.66±1.19^b	16.15±0.97^a
	20%OF	0.99±0.09^ab	18.02±3.90^b	52.28±8.91^a	16.36±1.71^a

	注：同一列中不同小写字母表示方差分析在0.05水平上达到显著差异（P<0.05）。
	Note: Different lowercase letters in the same column indicate variance analysis reached significant difference at the 0.05 level (P<0.05).

通过生物量、养分积累与土壤养分之间的相关性分析表明（表4）,针对早稻而言,土壤有效磷与生物量、钾积累量呈显著正相关;而对于晚稻而言,土壤有机质与生物量、磷钾积累量呈显著正相关;土壤速效钾与氮、磷、钾养分积累量呈显著或极显著正相关。

表4 生物量、养分积累与土壤养分相关性分析

Tab. 4 Correlation analysis of biomass, nutrient accumulation and soil nutrients

指标 Index	早稻 Early rice				晚稻 Late rice
指标 Index	生物量Biomass	氮 Nitrogen	磷Phosphorus	钾 Potassium	生物量Biomass	氮Nitrogen	磷Phosphorus	钾Potassium
有机质	0.723	0.717	0.851	0.455	0.955^*	0.782	0.915^*	0.916^*
全氮	0.238	0.055	0.192	0.095	0.759	0.549	0.646	0.703
有效磷	0.879^*	0.660	0.175	0.930^*	0.687	0.903^*	0.857	0.823
速效钾	0.786	0.803	0.342	0.798	0.876	0.905^*	0.980^**	0.977^**

	注：^表示显著相关（P<0.05）,^*表示极显著相关（P<0.01）。
	Note: ^* indicates significant correlation (P<0.05), ^** indicates extremely significant correlation (P<0.01).

3 讨论

3.1 不同施肥处理对水稻产量的影响

研究表明,施肥能显著提高水稻产量,尤其是无机肥配施有机肥相比单施化肥效果更加显著^[19,20]。本研究结果表明,施用等量有机无机复混肥较单施化肥对水稻产量均有不同程度的增加,且晚稻增加幅度高于早稻,这是因为化肥施入土壤增加的是速效态养分,较短时间能够发挥效果,而有机肥矿化需要一定的时间才能够被植物吸收利用,这与相关文献研究结果相同^[20,21,22]。海南省土壤较为瘠薄,有机质含量低^[22],有机无机复混肥施用能显著提高水稻中后期有效穗数和干物质的积累^[23]。本试验中,有机无机复混肥处理显著增加植物氮的积累,其中与化肥等量施用效果最为显著,这与前人研究结果相似^[24]。早稻各处理产量显著高于晚稻,这是因为晚稻种植期间为海南省雨季,高频次降雨会造成水稻光合作用降低影响水稻抽穗时的开花、授粉和结实^[25,26],同时夏季高温多雨水稻易发生病虫害,进而影响到产量。

3.2 不同施肥处理对水稻养分吸收与肥料利用率的影响

本研究结果表明,与T处理相比,OF处理能显著提高早稻氮、磷养分累积量,增加幅度分别为19.31%和27.94%,这可能是由于有机无机复混肥具有一定的缓释功能,能够持续供应养分,使养分释放速率与水稻养分需求更为匹配,从而减少养分的淋溶损失,提高养分在作物上的积累。同时OF处理较T处理能显著提高早稻氮肥和磷肥利用率,这是因为施用有机肥一方面能直接增加土壤中的中微量元素^[27],另一方面有机肥能降低土壤容重,增加土壤孔隙度,使土壤变得疏松多孔,利于作物根系生长及养分的吸收^[28]。海南省早晚稻种植期间气候条件差异较大,晚稻种植期间高温多雨,有机肥分解速度快,从而导致晚稻各施肥处理间差异不显著。

3.3 不同施肥处理对土壤养分影响

农田土壤退化是农业发展面临的严峻问题,合理施用有机肥是提高土壤质量的重要措施之一^[29,30]。一般认为,长期配施有机肥,可以促进土壤有机碳的快速积累^[31]。本试验结果表明（表4）,针对早稻而言,土壤有效磷与生物量、钾积累量呈显著正相关;而对于晚稻而言,土壤有机质与生物量、磷钾积累量呈显著正相关;土壤速效钾与氮、磷、钾养分积累量成显著或极显著正相关,这是因为南方土壤有效钾含量较低且钾素在土壤中以无机离子存在,易随土壤水移动,造成钾素水平较低,不能满足作物生长需要。因此在实际生产中,需要注意钾肥的合理施用^[27]。

4 结论

（1）与CK相比,施肥处理均能增加水稻有效穗数;与常规化肥相比,OF能显著增加晚稻的有效穗数,增幅为29.79%。

（2）有机无机复混肥相比单施化肥能提高水稻干物质累积量以及稻谷氮、磷、钾养分积累,OF处理能显著提高早稻氮、磷累积量,增加幅度分别为19.31%和27.94%。

（3）施用有机无机复混肥和化肥较CK均能显著提高晚稻收获后土壤速效磷、有效钾和有机质含量;与常规化肥处理相比,不同有机无机复混肥处理对土壤养分含量无显著性差异。

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