氮肥運(yùn)籌對(duì)直播水稻營養(yǎng)元素利用及產(chǎn)質(zhì)量的影響

陳家武，盧以群，單武雄

（1.湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院環(huán)境工程系，湖南 長沙 410127；2.中南大學(xué)研究生院隆平分院，湖南 長沙 410125）

隨著育種技術(shù)的提高，高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)水稻品種涌現(xiàn)，水稻單產(chǎn)從20世紀(jì)60年代的3 000 kg/hm2到20世紀(jì)90年代的6 000 kg/hm2，目前超級(jí)稻產(chǎn)量可達(dá)9 700 kg/hm2以上。在湖南湘西地區(qū)，由于種植水稻單位面積的效益不高，農(nóng)戶為了減少勞動(dòng)力投入，簡(jiǎn)化種植過程，水稻栽培模式從水田育秧人工插秧轉(zhuǎn)為免育秧直播。在這種新種植模式下高產(chǎn)水稻對(duì)肥料管理要求較為精細(xì)，如果施肥不當(dāng)，會(huì)引起水稻減產(chǎn)、環(huán)境污染等問題。因此，需要研究合理的施肥模式來指導(dǎo)水稻種植。測(cè)土配方施肥工作自開展以來，技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，在指導(dǎo)水稻施肥上取得了良好的效果，水稻普遍增產(chǎn)5%以上，肥料利用率提高3%以上[1]。目前對(duì)水稻施肥種類及總量的研究較多，但在測(cè)土配方施肥基礎(chǔ)之上如何進(jìn)一步提高肥料利用率，減少勞動(dòng)力投入，促進(jìn)水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的研究還較少。在湖南湘西自治州地區(qū)水稻測(cè)土配方施肥試驗(yàn)基礎(chǔ)之上，保持氮肥總量一致，研究了氮肥分次施用對(duì)于水稻養(yǎng)分吸收利用、產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)效益的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

晚稻品種為秀水134，播種方式為免育秧直播，稻種播種量67.5 kg/hm2。浸種露白后7月16日播種，11月18日收獲。試驗(yàn)地土壤質(zhì)地為沙壤土，pH值6.38，有機(jī)質(zhì)25.6 g/kg，全氮2.27 g/kg，堿解氮181 mg/kg，有效磷15.3 mg/kg，速效鉀138 mg/kg。試驗(yàn)用化肥為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）和氯化鉀（含K2O 60%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2011年在湖南吉首市馬頸坳團(tuán)結(jié)村稻田進(jìn)行。單個(gè)小區(qū)寬10 m，長60 m，面積600 m2。試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理：一基一追（YJYZ）；一基二追（YJEZ）；一基三追（Y JSZ）；零基三追（LJSZ）；無肥料（LJLZ），每處理3次重復(fù)，具體施肥方案見表1。施肥總量參考當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)部門水稻測(cè)土配方施肥推薦量，且總量一致，尿素472.5 kg/hm2，過磷酸鈣175.05 kg/hm2，氯化鉀112.50 kg/hm2。其中磷肥作為基肥一次施入；鉀肥一半用作基肥施入，一半用作穗肥施入；氮肥分次施用：基肥在整田時(shí)施入，分蘗肥在水稻4葉一心至剛開始分蘗時(shí)施入，促花肥在倒四葉時(shí)施入，?；ǚ试诘苟~時(shí)施入，穗肥在孕穗初期施入，苗肥在2葉一心時(shí)施入。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在苗期（三葉期）、分蘗盛期、灌漿期、蠟熟期采集水稻樣品進(jìn)行分析，考察植株養(yǎng)分含量、氮肥利用率、稻米品質(zhì)、產(chǎn)量、效益等指標(biāo)。水稻收割后按小區(qū)隨機(jī)選取5株，用于測(cè)定有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重、秕谷率，稻米產(chǎn)量用機(jī)械收割機(jī)全部收割后，稱重實(shí)測(cè)。植株養(yǎng)分測(cè)定部位為水稻地上部分莖葉，隨機(jī)選取5株，用硫酸-雙氧水消煮后，用凱氏定氮法測(cè)定全氮，火焰光度法測(cè)定全鉀含量，釩鉬黃法測(cè)定全磷[2]，稻米品質(zhì)測(cè)定選用成熟后糙米，采用NIRSystems5000型近紅外儀分析，前處理分析方法參照文獻(xiàn)[3]。

表1 水稻施氮模式設(shè)計(jì) （kg/hm 2）Table 1 Experim ental design of nitrogenous fertilizer application

氮素利用率（%）=100×（施氮區(qū)莖葉吸氮量－空白區(qū)莖葉吸氮量）/施氮量

水稻種植收益=稻米售價(jià)－種子投入－收割費(fèi)用－農(nóng)藥投入－化肥投入－人工投入＋秸稈還田補(bǔ)貼。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPASS15.0進(jìn)行分析，LSD法檢驗(yàn)差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮模式對(duì)不同生育期水稻莖葉全氮含量變化的影響

從圖1中可知，水稻生長期，水稻莖葉對(duì)氮的吸收呈現(xiàn)先升高后緩慢降低的趨勢(shì)，莖葉在分蘗期對(duì)氮素的吸收達(dá)到峰值，LJSZ處理中水稻莖葉全氮達(dá)到19.1 g/kg（圖1）。這一時(shí)期水稻對(duì)氮素的需求量很大，若不施氮肥，土壤所供應(yīng)的氮素不能滿足水稻生長發(fā)育的需要。而在蠟熟期，不施肥區(qū)域水稻氮素明顯下降，表明氮肥分次施用后對(duì)水稻生育后期延緩衰老，具有非常明顯的促進(jìn)作用。氮肥分次施用后，隨著氮肥施用次數(shù)增加，水稻各生育期莖葉全氮含量相應(yīng)增加，在蠟熟期水稻莖葉全氮含量與其他各處理差異達(dá)到5%，但除無肥處理其余差異均不顯著。

圖1 氮肥分次施用條件下水稻莖葉全氮含量變化Fig.1 Changes in nitrogen content of rice plants after phase application of nitrogenous fertilizer

2.2 施氮模式對(duì)不同生育期水稻磷和鉀養(yǎng)分含量變化的影響

從圖2可知，水稻莖葉中全磷含量在分蘗期和灌漿期較高，5處理中，以YJEZ處理全磷含量為最高，都為2.8 g/kg。水稻莖葉的全鉀含量在灌漿期達(dá)到整個(gè)生育期的高峰，最高為LJSZ處理，莖葉全鉀含量達(dá)到29.3 g/kg（圖3）；在蠟熟期，水稻莖葉全鉀含量又急劇下降，此時(shí)LJSZ處理水稻莖葉的全鉀含量僅5.3 g/kg；4種施肥模式下，莖葉對(duì)磷、鉀的吸收差異都未達(dá)顯著水平。

圖2 氮肥分次施用條件下水稻莖葉全磷含量變化Fig.2 Changes in total phosphorus content of rice after phase application of nitrogenous fertilizer

圖3 氮肥分次施用條件下水稻莖葉全鉀含量變化Fig.3 Changes in potassium content of plants after phase application of nitrogenous fertilizer

2.3 施氮模式對(duì)稻米中氮磷鉀養(yǎng)分積累的影響

稻米中氮磷鉀養(yǎng)分可以反映稻米的營養(yǎng)品質(zhì)，同時(shí)也可以為合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。圖4表明，氮肥分次施用模式中，LJSZ處理稻米全氮含量最高，達(dá)到10.6 g/kg，顯著高于其他試驗(yàn)處理，說明氮肥分次施用且后移能促進(jìn)氮素在谷物中的積累，胡啟燦等[4]的研究也證實(shí)了這點(diǎn)；4種施肥模式下，稻米磷鉀養(yǎng)分差異均未達(dá)顯著水平。

圖4 氮肥分次施用對(duì)稻米氮磷鉀含量的影響Fig.4 Influence of each application of nitrogenous fertilizer on the presence of nutrients in rice

2.4 施氮模式對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響

從表2中可知，在試驗(yàn)各處理中，每穗粒數(shù)中YJEZ處理最多，達(dá)到100粒。但是，千粒重、秕谷率差異不顯著。其中YJYZ處理的千粒重最大，為28.7 g，其次為YJSZ處理（28.4 g）；秕谷率在8.77%～11.03%之間，4個(gè)施肥處理中，以YJSZ和LJSZ處理較低?？梢?，氮肥施入總量一致的條件下，氮肥多次施用可以增加千粒重、降低秕谷率，但是各施肥處理間差異不顯著。YJEZ處理小區(qū)稻米產(chǎn)量最高，達(dá)9 002 kg/hm2。對(duì)比YJYZ處理稻米產(chǎn)量，YJEZ處理增產(chǎn)15.2%，YJSZ處理增產(chǎn)13.6%，LJSZ處理增產(chǎn)8.2%。

表2 氮肥分次施用對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響Table 2 Influence of the phase application of nitrogenous fertilizer on the quality of commodity rice

2.5 施氮模式對(duì)稻米品質(zhì)的影響

供氮模式會(huì)對(duì)稻谷的品質(zhì)產(chǎn)生影響[5]。稻米中蛋白質(zhì)是評(píng)價(jià)稻米品質(zhì)的重要營養(yǎng)指標(biāo)之一，蛋白質(zhì)含量高，其營養(yǎng)品質(zhì)就好。從表3中可知，各處理蛋白質(zhì)含量均大于8%，根據(jù)國家《優(yōu)質(zhì)稻谷》（GB/T17891-1999）可以評(píng)價(jià)為一級(jí)。不同處理稻米蛋白質(zhì)含量略有差異，其中LJSZ處理稻米中蛋白質(zhì)含量最高，達(dá)到10.48%。

據(jù)研究，不同供氮方式會(huì)影響稻米中蛋白質(zhì)及直鏈淀粉的含量，增加供氮次數(shù)能提高稻米蛋白質(zhì)含量并降低直鏈淀粉的含量[6-7]。稻米中直鏈淀粉含量高低與米飯的粘性、柔軟性、光澤度等食味品質(zhì)呈顯著或極顯著的負(fù)相關(guān)性，即直鏈淀粉含量越低，稻米淀粉的粘度越好，其食用和加工品質(zhì)越高。試驗(yàn)結(jié)果（表3）表明，各處理中直鏈淀粉的含量均低于25%，但高于20%，為中直鏈淀粉稻米，品質(zhì)相對(duì)較好；其中YJEZ處理直鏈淀粉含量最低，為22.0%，但是各處理間差異不顯著。膠稠度可以表征稻米的蒸煮品質(zhì)，試驗(yàn)各處理稻米膠稠度均大于50 mm但小于80 mm，稻米蒸煮后較軟，評(píng)價(jià)為二級(jí)。堿消值在試驗(yàn)各個(gè)處理之間差異不顯著。灰分以YJSZ和LJSZ處理最低?？梢?，氮肥分次施用可以提高稻米蛋白質(zhì)含量，降低灰分含量。

表3 氮肥分次施用對(duì)稻米品質(zhì)的影響稻米Table 3 Changes in rice quality in different scenarios

稻米中微量元素跟人體營養(yǎng)平衡密切相關(guān)，因?yàn)榈久资俏覀內(nèi)梭w攝入中微量元素的主要途徑之一。從表4中可知，氮肥分次施用，可以促進(jìn)稻米對(duì)Mg、Ca等元素的吸收，這與Thuy N H等[8]的研究吻合，LJSZ處理稻米Mg、Ca含量分別達(dá)到1021 mg/kg和412 mg/kg，但是各施肥處理間差異不顯著。

表4 氮肥分次施用對(duì)稻米中微量元素的影響 （m g/kg）Table 4 Changes in mineral elements in different scenarios（mg/kg）

2.6 施氮模式對(duì)水稻氮素利用和種植效益的影響

從表5中可知，不同施氮模式下水稻對(duì)氮肥的利用率，以氮肥多次施用的處理高，其中YJSZ處理最高。對(duì)比YJYZ，YJEZ、YJSZ和LJSZ處理水稻氮肥利用率分別提高12.5，22.4和16.9個(gè)百分點(diǎn)。由此可知，氮肥分次施用且后移可有效提高氮肥利用率，這與鄭圣先等[9]的研究結(jié)果一致。

水稻種植成本構(gòu)成具體為：種子成本（包括播種人工成本）67.5 kg/hm2×5.2元/kg，肥料成本1 875元/hm2，當(dāng)?shù)赜糜诓∠x害防治費(fèi)用1 800元/hm2，收割費(fèi)用1 350元/hm2；施肥成本包括當(dāng)?shù)厝斯べM(fèi)75元/d，每天施肥0.4 hm2，平均199.5元/（次·hm2）。稻米售價(jià)2.4元/kg，秸稈還田補(bǔ)貼1 350元/hm2。從表5中可知，收益以YJEZ處理最高，達(dá)16 979元/hm2；凈收益以YJEZ處理最高，達(dá)14 505元/hm2（收益－成本）。對(duì)比YJYZ處理，YJEZ、YJSZ和LJSZ處理凈增收2 451、1 761和1 143元/hm2。

表5 不同施氮模式對(duì)氮素利用及效益的影響Table 5 Analysis of benefits from rice plantation

3 小結(jié)與討論

水稻在生長旺盛時(shí)期對(duì)氮肥的需求量最大，因此在水稻的分蘗期、灌漿期應(yīng)該補(bǔ)施氮以求高產(chǎn)。適量適時(shí)施用氮肥能提高水稻產(chǎn)量[10]，水稻在施氮總量一致的條件下，隨著氮肥施用次數(shù)的增加，水稻產(chǎn)量及氮肥利用率均呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)?shù)厮臼┓手饕獮橐换蛔纺Ｊ?，一基二追、一基三追和零基三追模式，水稻產(chǎn)量比一基一追模式分別增產(chǎn)15.2%、13.7%和8.2%，隨著氮肥施用次數(shù)的增加，水稻的增產(chǎn)率逐漸降低；肥料利用率提高，水稻一基三追模式下，氮肥的利用率最高，達(dá)到38.6%，比一基一追模式提高了22.4個(gè)百分點(diǎn)，減小了農(nóng)田氮肥面源污染的風(fēng)險(xiǎn)，但是零基三追模式下，氮肥的利用率只有33.1%，這可能是沒有施用基肥導(dǎo)致利用率降低。因此，氮肥分次施用時(shí)，隨著施用次數(shù)的增加，水稻產(chǎn)量及氮肥利用率提高，尤其在水稻氮素敏感時(shí)期如苗期的基肥、分蘗期的分蘗肥應(yīng)及時(shí)適量施用，否則將引起水稻減產(chǎn)，這與李忠芳[11]的研究基本一致。

氮肥分次施用，可提高稻米中蛋白質(zhì)的含量，同時(shí)降低灰分，并且能降低直鏈淀粉的含量，這可能是因?yàn)樗局仓甑啬芴岣吖δ苋~中相關(guān)蛋白酶的活性，促進(jìn)氮素轉(zhuǎn)移[12-13]。試驗(yàn)所設(shè)不同施肥處理，稻米的品質(zhì)都能達(dá)到粳米二級(jí)。另外，氮肥分次施用，稻米中的中微量元素含量也會(huì)隨著施氮次數(shù)的增加呈增加趨勢(shì)，這與Good A G等[14-15]的研究結(jié)果類似，可能是由于氮素能促進(jìn)相關(guān)中微量元素吸收轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白酶的合成。可見氮肥分次施用能改善水稻的營養(yǎng)品質(zhì)。本試驗(yàn)條件下，隨著氮肥施用次數(shù)的增加，種植單季水稻收益也呈現(xiàn)先增加又降低的趨勢(shì)，其中收益最高的為一基二追處理，達(dá)到16 979元/hm2，比一基一追處理凈增收2 451元/hm2。因此，在水稻需肥敏感時(shí)期保證氮肥供應(yīng)，并且適當(dāng)分次施用，不僅能增加水稻產(chǎn)量，改善稻米品質(zhì)，而且還能提高肥料利用率，降低農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)，真正做到經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益最優(yōu)。在本試驗(yàn)條件下，氮肥一基二追模式（基肥∶分蘗肥∶穗肥=3∶4∶3），可以發(fā)揮當(dāng)?shù)厮緶y(cè)土配方施肥推薦量的最大效益。

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