秸稈還田下氮肥管理對中低產(chǎn)田水稻產(chǎn)量和氮素吸收利用影響的研究

陳海飛， 馮 洋， 徐芳森， 蔡紅梅*， 周 衛(wèi)， 劉 芳， 龐再明， 李登榮

(1 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部長江中下游耕地保育重點實驗室，湖北武漢 430070；2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所， 北京 100081； 3 湖北省崇陽縣土壤肥料工作站， 湖北崇陽 437500)

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗地點選擇在湖北省咸寧市崇陽縣，選擇中低產(chǎn)水稻田開展小區(qū)試驗，2011年實驗地點分別位于咸寧市崇陽縣白霓鎮(zhèn)(114.11°E， 29.54°N)和咸寧市崇陽縣路口鎮(zhèn)(114.27°E， 29.62°N)；2012年選擇試驗地點分別位于咸寧市崇陽縣農(nóng)場(114.05°E，29.55°N)和咸寧市崇陽縣石城鎮(zhèn)(113.44°E， 29.30°N)，分別命名為田塊A、 田塊B、 田塊C和田塊D。供試水稻品種為兩優(yōu)培九。在施用氮(N)肥總量180 kg/hm2和干草3000 kg/hm2的條件下， 2011年設(shè)置三個基-蘗-穗比例為40-30-30、60-20-20、80-0-20， 2012年增加1個比例為50-20-30，成為4個比例。小區(qū)面積20 m2，重復(fù)4次，栽插密度為26 cm × 13 cm。磷肥用量(P2O5)90 kg/hm2，鉀肥用量(K2O)120 kg/hm2。在移栽15 d時施入分蘗肥，移栽45 d時施入穗肥，磷鉀肥和干草均在基肥1次施入。施肥量見表1。

表1 不同氮肥各時期氮肥施用量

實驗前采用五點取樣法采集土壤樣品分析土壤有機質(zhì)、 全氮、 堿解氮、 速效磷、 速效鉀、 機械組成。

1.2 測定項目與方法

葉片SPAD值測定: 在水稻生長分蘗期(分蘗肥施用一星期后)、穗分化期(穗肥施用一星期后)、抽穗期和成熟期均用葉綠素儀(chlorophyll meter，SPAD-502)測定上三葉(功能葉)的相對葉綠素含量，每片葉測定上、中、下部3點，每小區(qū)隨機選定10株。

表2 土壤基本理化性質(zhì)

氮素含量測定: 在水稻生長的分蘗期、穗分化期、抽穗期、成熟期，分小區(qū)取地上部植株樣品5兜，整株烘干稱干重(成熟期的分秸稈和籽粒)， 粉碎后經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，過濾后定容至50 mL，采用流動注射分析儀(FIAstar 5000，Sweden)測定地上部和籽粒氮含量。

測產(chǎn)和考種: 成熟期收獲時，各小區(qū)取樣5株考察產(chǎn)量構(gòu)成因素；分小區(qū)收割測產(chǎn)。

生育期各性狀的調(diào)查: 移栽25 d后取樣調(diào)查分蘗期，移栽50 d后取樣調(diào)查穗分化期數(shù)據(jù)，移栽70 d后取樣調(diào)查抽穗期，收獲前10 d調(diào)查成熟期的SPAD值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基-蘗-穗氮肥施用比例對水稻葉片SPAD值的影響

研究結(jié)果表明，2011年和2012年不同基-蘗-穗肥施用比例對水稻葉片SPAD值的影響相對一致。在分蘗期，田塊A中40-30-30處理下葉片SPAD值顯著高于80-0-20、 50-20-30和60-20-30(2012)處理，而田塊B處理間沒有顯著差異。在穗分化期，田塊A中40-30-30處理顯著高于80-0-20處理，優(yōu)于50-20-30和60-20-20(2012)處理；在抽穗期，只有在2012年田塊C中40-30-30處理顯著高于60-20-20處理；在成熟期， 2011年兩田塊中40-30-30處理都顯著優(yōu)于80-0-20處理(表3，P<0.05)。 由此可見， 基-蘗-穗肥均勻施用對水稻抽穗期后保持葉色，促進葉片光合作用有一定影響，在水稻生育前期集中施用基-蘗肥在葉片SPAD值上并沒有明顯優(yōu)勢。

表3 不同基-蘗-穗氮肥比例下葉片不同生育期SPAD值

2.2 不同基-蘗-穗氮肥施用比例對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

在2011和2012年兩年試驗中，基-蘗-穗氮肥配比為40-30-30處理下的水稻產(chǎn)量最高，田塊A與田塊B中分別比80-0-20處理高15.9%和8.6%；田塊C和田塊D中比60-20-20處理的產(chǎn)量高6.7%和5.5%。這說明單純重視基肥而忽略穗肥在水稻生產(chǎn)實踐中并不能獲得最高產(chǎn)量。從產(chǎn)量構(gòu)成因素上來看，2011年田塊A中40-30-30處理下每穗粒數(shù)最高，與80-0-20處理相比達到了顯著差異；2012年各處理間產(chǎn)量構(gòu)成因素之間沒有明顯優(yōu)勢，結(jié)實率和每平方米穗數(shù)之間在各處理之間差異不顯著(表4，P>0.05)。比較2012年田塊C和田塊D每平方米穗數(shù)與粒數(shù)，結(jié)果顯示二者之間恰好相反，田塊D的每平米穗數(shù)明顯大于田塊C，而田塊C的穗粒數(shù)又高于田塊D。

表4 不同基-蘗-穗氮肥施用比例下的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.3 不同基-蘗-穗氮肥施用比例對水稻地上部氮含量的影響

比較不同時期水稻地上部氮含量發(fā)現(xiàn)，氮含量在分蘗期最高隨后逐漸降低，成熟期葉片氮含量最低，除在抽穗期時與SPAD值相反外，這一趨勢與SPAD值大致相同(圖1)。各處理間氮含量差異并不大，田塊A中40-30-30處理在穗分化期和成熟期都顯著高于80-0-20處理，田塊B中只有在穗分化期氮含量顯著高于80-20-20處理(圖1，P<0.05)，其他時期處理間沒有顯著差異。2012年將80-0-20優(yōu)化為50-20-30后，田塊C在分蘗期和穗分化期40-30-30與60-20-20、 50-20-30處理均達到了顯著差異(圖1，P<0.05)，而田塊D各處理間氮含量沒有顯著差異。這些結(jié)果與SPAD值所反映情況相吻合，不施分蘗肥的80-0-20處理氮含量在幾個主要時期都較低，而基-蘗-穗肥比例為40-30-30處理下氮含量相對較高。

圖1 不同基-蘗-穗肥施用比例下水稻地上部氮含量Fig.1 The N concentrations of shoot under different fertilization methods

2.4 不同基-蘗-穗氮肥施用比例對水稻地上部氮累積量及利用率的影響

與氮含量變化規(guī)律相反，水稻植株氮累積量隨著生育期增加，其中變化最快的時期是從分蘗期到穗分化期。在田塊A與田塊C中，前期的氮積累速率明顯低于田塊B和田塊D，穗分化期以后仍然有大量的氮素吸收累積到水稻體內(nèi)；抽穗灌漿后水稻地上部總氮量趨于穩(wěn)定(表4)。氮素累積主要在抽穗以前，而灌漿后水稻氮素積累較少，水稻生育后期地上部存在氨揮發(fā)的現(xiàn)象，因此成熟期的氮累積量會低于抽穗期或者基本無差別。在分蘗期，2012年田塊C中40-30-30處理下水稻地上部氮累積量顯著高于其他兩個處理；在穗分化期，2011年田塊A中40-30-30處理下水稻地上部氮累積量顯著高于80-0-20處理；在抽穗期，所有田塊兩年試驗中均是40-30-30處理下水稻地上部氮積累量最高；在成熟期，水稻地上部總氮累積量與抽穗期情況基本一致，有的略微減小，2011年田塊B與2012年田塊D中40-30-30處理氮累積量最高(表4)。比較處理間氮收獲指數(shù)(NHI)與偏生產(chǎn)力(PFPN)可見，田塊B和田塊D中的NHI與PFPN要高于田塊A和田塊C，而所有試驗點中40-30-30處理下水稻NHI與PFPN顯著高于其他兩個處理(表4，P<0.05)，這說明中低產(chǎn)田均勻的基-蘗-穗肥比例對提高氮肥利用率有促進作用。

3 討論

根據(jù)各試驗點土壤的物理化學(xué)特征(表2)，田塊A與田塊C中有機質(zhì)、全氮、堿解氮含量明顯高于田塊B與田塊D，與此同時粉粒含量也高于田塊B與田塊D。根據(jù)機械組成特點初步劃分田塊A與田塊C為粘質(zhì)土，而田塊A與田塊C為低洼的漬水田，對氮肥的吸附能力強，雖然總量多，但難以被作物吸收的養(yǎng)分也多，土壤長期處于還原條件，使得土壤品質(zhì)差，好氣型微生物活性受到抑制，有機質(zhì)分解緩慢，易造成水稻僵苗、爛根等問題[16-17]，不利于根系對養(yǎng)分的吸收。所以田塊A與田塊C的氮素收獲指數(shù)(NHI)與氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)低于另外兩處試驗點，田塊A與田塊C平均產(chǎn)量較田塊D高，這說明對部分中低產(chǎn)田而言，土壤質(zhì)地、土壤通氣性可能是其產(chǎn)量的主要限制因素。 但是基-蘗-穗肥比例為40-30-30處理的氮收獲指數(shù)(NHI)與氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)都明顯高于其他幾個處理，基肥比重較少而中后期追施較多，有利于水稻對氮素的吸收。根據(jù)表4不同時期地上部氮積累量規(guī)律，氮素積累主要在分蘗期以后，所以集中施用基、蘗肥與水稻需肥規(guī)律不一致，中低產(chǎn)田中合適的基蘗穗肥比可以減少氮肥的損失。

表5 不同基-蘗-穗氮肥施用比例下的水稻地上部氮累積量及氮利用率

葉片SPAD值可以間接反映水稻體內(nèi)氮素盈缺，但是并不能準確指示出水稻葉片中的氮素濃度，通過比較表2和圖1，在穗分化期葉片SPAD值較高而氮濃度并不高，因此用葉綠素儀指導(dǎo)施肥時需要找出各個水稻生育時期的閾值而不能一概而論[9]。本試驗田塊A與田塊C中偏重基肥或蘗肥處理的水稻SPAD值在分蘗期低于40-30-30處理，這是由于另外3個處理施用蘗肥少或者不施，結(jié)合前面分析的兩處試驗點土壤理化性質(zhì)特點，氮肥有效性低，因此更加佐證了中低產(chǎn)田氮肥均勻施用具有更大的優(yōu)勢。而基-蘗-穗肥比例均勻的40-30-30處理在生育后期SPAD值較大，這說明增施穗肥減緩了功能葉片的衰老，對水稻后期的同化功能起到促進作用，從而有利于產(chǎn)量的提高[18-19]。

水稻產(chǎn)量與庫容量(總穎花數(shù)、粒重)密切相關(guān)。擴大庫容量增產(chǎn)主要是通過保證足夠有效穗數(shù)，盡可能提高每穗粒數(shù)來達到總穎花數(shù)增加的目的[17-18]。本試驗條件下的產(chǎn)量構(gòu)成因素中千粒重和結(jié)實率處理間變化不顯著，說明對產(chǎn)量構(gòu)成影響的主要是穗數(shù)和穗粒數(shù)。由于基蘗肥施用間隔時間短，移栽密度小，水稻有足夠的空間和養(yǎng)分形成分蘗，因而處理間穗數(shù)的差異不大；而穗肥與蘗肥時間間隔較長，適當增加穗肥比例可以壯桿，攻取大穗[20]，所以基-蘗-穗肥比例為40-30-30處理的穗粒數(shù)要高于80-0-20和60-20-20處理，最終的產(chǎn)量也是一致的。

水稻在分蘗盛期時含氮量達到最高峰，其后隨生育期推移而逐漸下降。含氮量與施氮水平有一定關(guān)系，施氮量多時，氮含量相對也大，所以基-蘗-穗肥比例為40-30-30處理的氮含量在分蘗期、穗分化期相對較高。地上部氮含量在各個時期維持在一定的水平，供氮充足時植株生長快，生物量快速增加，氮累積量增大而氮濃度變異不大，這就是為什么處理之間氮含量無差異，但是氮累積量有差異的原因。

4 結(jié)論

通過兩年試驗發(fā)現(xiàn)，2011年田塊A與田塊B中40-30-30處理的水稻產(chǎn)量比80-0-20處理高15.9%和8.6%，在2012年田塊C與田塊D中比60-20-20處理高6.7%和5.5%。各處理間產(chǎn)量大小關(guān)系依次為40-30-30 > 50-20-30 > 60-20-20 > 80-0-20。

優(yōu)化基-蘗-穗肥比例可以提高氮素收獲指數(shù)(NHI)與氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)，并且氮素收獲指數(shù)(NHI)和氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)與土壤機械組成關(guān)系密切。

對于部分中低產(chǎn)田，土壤養(yǎng)分含量并不是限制水稻產(chǎn)量提升的關(guān)鍵因素，相反物理性質(zhì)，環(huán)境因子可能是主要的限制因子。

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