氮肥不同運籌模式對水稻生產(chǎn)及氮肥利用率的影響

賈東等

摘要：氮肥是作物增產(chǎn)的重要因素。針對水稻氮肥用量過高，前期氮肥比例過大這一突出問題，本試驗選取水稻“前肥后移、精確定量”施肥技術(shù)，對特定生態(tài)區(qū)水稻主栽品種的氮肥運籌進行研究與優(yōu)化。研究氮肥后移對水稻碳氮物質(zhì)積累、運轉(zhuǎn)、分配及品質(zhì)形成的影響，進一步明確不同氮肥運籌下水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的調(diào)控機制，以采取更有效的措施達到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的目的。結(jié)果表明，氮肥后移使分蘗期群體分蘗的發(fā)生受到一定程度的抑制，降低了拔節(jié)前植株的吸氮量。但在氮肥后移之后，拔節(jié)-抽穗階段的植株吸氮量明顯提高，每穗總粒數(shù)顯著增加，在一定程度上表現(xiàn)出了增產(chǎn)的效果；氮肥后移的效果與氮肥施用量有關(guān)，在N15、N18和N21處理下，當(dāng)?shù)蔬\籌比例為5∶5時產(chǎn)量較高。綜合多年的試驗表現(xiàn)，江蘇麥茬單季晚粳稻以N18處理下氮肥運籌比例為5∶5時效果最佳。

關(guān)鍵詞：前氮后移；精確定量；施肥技術(shù)；氮肥利用率；運籌

中圖分類號：S511.062 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）15-3620-05

Abstract： Nitrogen fertilizer is an important factor for crop production. The N application strategies named as former nitrogen moved backward （FNMB） were tested in three ecological regions to optimize the N application in rice. The dry matter accumulation and distribution， yield and quality were studied to understand the formation of yield and quality of rice under different N application strategies. The result indicated that former nitrogen moved backward （FNMB） can inhibit tillering to some extent and reduce nitrogen uptake before jointing stage. But the yield can increase by the augment of total grains per ear and nitrogen uptake at the stage of jointing and booting， the effect of former nitrogen moved backward （FNMB） related to nitrogen application amount， it can achieve higher yield when the ratio of nitrogen application was 5∶5 under the treatment of N15， N18 and N21. According to test showing， the best result can be achieved when the ratio of nitrogen application strategie was 5∶5 under the treatment of N18 in Jiangsu.

Key words： former nitrogen moved backward （FNMB）； exact metering； fertilization technology； fertilizer-N use efficiency；operations research

中國是世界上水稻生產(chǎn)與消費的第一大國，總產(chǎn)占世界第一，種植面積僅次于印度，全國有三分之二以上人口以稻米為主食[1]。隨著耕地面積的減少和人口的不斷增長，中國資源消耗與糧食安全和環(huán)境保護的矛盾日趨突出，究其原因，這與氮肥的不合理運籌和過量施用均有很大的關(guān)系[2]。長時間以來，農(nóng)民形成了施肥越多越增產(chǎn)的錯誤的傳統(tǒng)觀念，導(dǎo)致集約化農(nóng)作區(qū)的氮肥施用量越來越高，從而造成了集約化農(nóng)作區(qū)的作物施肥量超過作物的吸收量[3]。

國內(nèi)外許多學(xué)者對如何提高肥料效率進行了深入的研究，并且取得了相應(yīng)的研究成果。一般認(rèn)為，氮肥利用率隨著施氮量的增加會呈現(xiàn)出顯著降低的趨勢，不合理的氮肥運籌方式也會導(dǎo)致田間生產(chǎn)力和氮肥利用率的降低[4]。在稻田生態(tài)系統(tǒng)中，氮素是水稻產(chǎn)量提高的巨大動力，對水稻生產(chǎn)的影響很大，如何合理施用氮肥一直是水稻栽培體系中的重要的研究課題[5]。因此，合理運籌氮肥，在保證一定產(chǎn)量的前提下提高氮肥利用率是科技工作者需要研究的重大課題[6]。資料顯示，中國水稻種植面積占世界水稻種植面積的20%，但水稻氮肥用量卻占全球水稻氮肥總用量的37%，長期以來農(nóng)民形成了施肥越多越增產(chǎn)的錯誤的傳統(tǒng)觀念以期獲得高產(chǎn)，另一方面，氮肥價格的相對偏低也導(dǎo)致了氮肥的過量施用[7]?；诖?，使我國化肥投入的增加與糧食產(chǎn)出的比例遠遠高于世界平均水平，成為世界氮肥第一消費大國[8]。中國肥料利用率低下的主要原因包括：①忽視土壤養(yǎng)分資源的利用；②施肥過量；③作物增產(chǎn)潛力未得到充分挖掘；④環(huán)境養(yǎng)分來源多，數(shù)量大[9]?？萍既藛T針對不同施肥方法體系來指導(dǎo)水稻生產(chǎn)，取得了一定的效果[10]。鑒于目前氮肥的不同施用習(xí)慣，如何建立水稻氮肥高產(chǎn)高效的管理模式，根據(jù)水稻的氮肥適宜施用方法和施用量，在保證現(xiàn)有水稻產(chǎn)量的同時，降低病蟲害發(fā)生、提高稻米品質(zhì)，從而降低農(nóng)藥等生產(chǎn)資料的投入，減輕因氮肥揮發(fā)和淋失對環(huán)境造成的威脅，提高氮肥利用率[11]，是擺在水稻科研工作者面前的亟須解決的問題，對提高水稻生產(chǎn)的競爭力、保障國家糧食安全具有重要的戰(zhàn)略意義[12]。

氮是作物生長必需的三大元素之一，對作物生長效果明顯[13]，傳統(tǒng)的施肥理念由于偏愛施用氮肥而又缺乏環(huán)境保護意識和平衡施肥的技術(shù)，盲目的追求經(jīng)濟效益而重施氮肥，這不僅造成了作物生產(chǎn)成本的增加、肥料的浪費，而且因地表徑流、氨揮發(fā)、排水導(dǎo)致地表水體和地下水污染、富營養(yǎng)化和溫室氣體N2O的排放等一系列的負(fù)面的環(huán)境效應(yīng)[14]。因此，在保證水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的前提下，如何保護環(huán)境，提高水稻的氮素利用率是目前我國水稻生產(chǎn)上有待解決的科學(xué)問題，對于水稻生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義[15]。

1 材料與方法

1.1 試驗基本情況

試驗地土壤質(zhì)地為黏土，土壤0～15 cm有機質(zhì)含量為10.77 g/kg，有效氮、磷和鉀含量分別為164.0、14.3和146.0 mg/kg（2013年測定結(jié)果），總氮、磷和鉀含量分別為1.44、0.55和45.94 g/kg。供試品種為鎮(zhèn)稻16（常規(guī)粳稻品種），試驗于2014年在江蘇省南京農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗地進行，5月23日播種，6月21日移栽，9月14齊穗，11月6日成熟。

1.2 試驗方法

試驗采用肥床旱地育秧方式育秧，于秧苗的6葉1心期移栽，插秧規(guī)格30.0 cm×13.3 cm，每穴插2苗。所有小區(qū)（包括N0）均施用17%過磷酸鈣53 kg/667 m2和60%氯化鉀24 kg/667 m2，折合成P2O5和K2O分別為9 kg/667 m2和14.5 kg/667 m2，符合當(dāng)?shù)厥┓逝浔攘?xí)慣。氯化鉀做基肥和穗肥各施50%，過磷酸鈣在基肥100%一次性施用。氮肥做基蘗肥按基肥∶蘗肥=7∶3的比例施用，穗肥氮肥按促花肥（倒4葉）50%、?；ǚ剩ǖ?葉）50%的比例施用，施氮肥統(tǒng)一用46%的尿素。水分管理及病蟲草害防治方法與常規(guī)水稻生產(chǎn)田相同。

試驗設(shè)2個處理（氮肥總量和氮肥運籌），采用二因子裂區(qū)設(shè)計，將氮肥總量作為主區(qū)，氮肥運籌作為副區(qū)。主區(qū)的處理設(shè)3個水平，分別為N1：純氮15 kg/667 m2，比當(dāng)?shù)貙嶋H水稻生產(chǎn)施氮肥水平降低17%；N2：純氮18 kg/667 m2，與當(dāng)?shù)貙嶋H水稻生產(chǎn)施氮肥水平相同；N3：純氮21 kg/667 m2，比當(dāng)?shù)貙嶋H水稻生產(chǎn)施氮肥水平提高17%[8]。氮肥運籌處理設(shè)3個基蘗肥與穗肥比例分別為F1：基蘗肥∶穗肥=7∶3；F2：基蘗肥∶穗肥=6∶4；F3：基蘗肥：穗肥=5∶5。氮肥總量×氮肥運籌共9個處理組合，裂區(qū)面積31.5 m2（4.5 m×7.0 m），設(shè)3次重復(fù)。此外，在每個重復(fù)中設(shè)一個無氮肥區(qū)N0作為空白對照。試驗共計30個小區(qū)，小區(qū)間塑料薄膜包埂，單獨灌排水。

1.3 調(diào)查項目

試驗過程中主要調(diào)查莖蘗動態(tài)、吸氮量、植株干重、主要生育時期LAI及其產(chǎn)量。

莖蘗動態(tài)調(diào)查：移栽后每小區(qū)定點20株（對角線上取2個點，每點定10株）跟蹤調(diào)查單株莖蘗數(shù)，在抽穗前每隔7天調(diào)查一次。

植株吸氮量、LAI和植株干重：于有效分蘗末期、拔節(jié)期、齊穗期和成熟期在每小區(qū)普查250株（用“X”法隨機采樣5個點，每點取50株），莖蘗數(shù)以平均莖蘗（穗）數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，取有代表性植株5株，將植株連根拔出，去根，清洗。取下綠色葉片，用葉面積儀測定葉面積后再與穗、莖、鞘混合裝入樣品袋，置于鼓風(fēng)烘箱中設(shè)定105 ℃殺青30 min，再設(shè)定80 ℃烘至恒重后稱其干重。保留測定樣本，以待后期用凱氏定氮法測定含氮量。

實測產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素：在每小區(qū)去掉5個邊株和2個邊行后，進行人工收割，用脫粒機脫粒后實測產(chǎn)量，曬干后折合成標(biāo)準(zhǔn)含水量計算產(chǎn)量。在小區(qū)收割時求取單株產(chǎn)量，按栽插株數(shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)的667 m2產(chǎn)量。在成熟期以平均穗數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，每小區(qū)取有代表性的穗型、株高的植株10叢，測定其結(jié)實率、千粒重、每穗粒數(shù)等性狀。

2 結(jié)果與分析

2.1 群體莖蘗數(shù)的發(fā)展動態(tài)

氮肥的不同施用量對水稻群體莖蘗發(fā)展有顯著影響。除移栽時的基本苗數(shù)相同外，不同施氮量處理的莖蘗數(shù)（3種氮肥運籌處理的平均）在各個觀察時間點上均隨施氮量提高而增多（圖1）。高峰苗數(shù)出現(xiàn)的時間也有隨施氮量提高而推遲的趨勢。如，N1（純氮15 kg/667 m2）高峰苗數(shù)出現(xiàn)的時間在移栽后42 d左右，N2（純氮18 kg/667 m2）高峰苗數(shù)出現(xiàn)的時間在移栽后42 d左右，N3（純氮21 kg/667 m2）高峰苗數(shù)出現(xiàn)的時間在移栽后49 d左右，N0高峰苗數(shù)出現(xiàn)的時間則在移栽后35 d左右。這一結(jié)論與2013年的試驗結(jié)果基本上一致。

氮肥運籌不同的比例對水稻群體莖蘗發(fā)展也有一定程度的影響，群體莖蘗（各個觀察時間點）表現(xiàn)為隨氮肥的后移而呈現(xiàn)出降低的趨勢（圖2）。這一結(jié)論與2013年的結(jié)果也基本一致。

比較不同氮肥水平下氮肥運籌比例之間的差異可以看出（圖3），氮肥運籌不同的比例對水稻群體莖蘗數(shù)的影響程度因氮肥總水平的不同而存在差異。在N15條件下氮肥運籌為6∶4和5∶5的處理在各個觀察時間點的平均莖蘗數(shù)較7∶3處理下都分別降低了9.3%和13.0%，而在N21條件下分別降低了19.6%和25.4%。在N21條件下氮肥后移而導(dǎo)致的群體莖蘗數(shù)效應(yīng)降低明顯高于N15條件下的效應(yīng)。

2.2 主要生育時期的LAI和干物質(zhì)積累量

有效分蘗末期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的植株干重和LAI隨施氮量的增加而呈現(xiàn)出增加或顯著增加趨勢（表1）。在同一施氮水平下，有效分蘗末期和拔節(jié)期的植株干重及LAI隨氮肥施用時間的后移呈現(xiàn)出下降或顯著下降趨勢，而抽穗期和成熟期的植株干重和LAI則呈現(xiàn)出增加或顯著增加的趨勢。總體上看，隨氮肥后移，拔節(jié)前干物質(zhì)積累量和LAI減小，拔節(jié)后的干物質(zhì)生產(chǎn)量和LAI增加，在適宜的氮水平下有利于提高水稻中期和后期的干物質(zhì)生產(chǎn)積累。

2.3 不同生育時期的氮肥利用率和氮吸收

從表2分析可得，同一施氮水平下，全生育期總吸N量隨氮肥后移而呈顯著增加趨勢，氮肥利用率顯著提高；全生育期總吸N量隨施氮水平的提高而呈現(xiàn)出顯著增加趨勢，氮肥利用率也有提高的趨勢。從各生育時期吸氮量來看，隨著施氮量的增加拔節(jié)前、拔節(jié)-抽穗和抽穗后3個生育時期的吸氮量均呈現(xiàn)增加趨勢，其中以拔節(jié)前和抽穗后的吸氮量增加較為顯著，而階段吸氮量占總吸N量的比例在這3個不同生育時期的表現(xiàn)則不同，拔節(jié)-抽穗階段的吸氮比例表現(xiàn)為隨施氮量增加而下降，拔節(jié)前和抽穗后的階段吸氮比例表現(xiàn)為隨施氮量的增加而提高。氮肥后移主要降低了拔節(jié)前的吸氮量和吸N比例，提高了拔節(jié)-抽穗階段的吸氮量和吸N比例，抽穗后吸氮量總體上表現(xiàn)為隨氮肥后移而增加，但通常增加不顯著。

2.4 氮肥不同施用量處理下的產(chǎn)量

隨施N量增加與氮肥后移，收獲指數(shù)有提高的趨勢，但多數(shù)情況下差異不顯著；產(chǎn)量方面在不同施N量下均以運籌比例5∶5最高；總粒數(shù)隨施N量增加呈現(xiàn)出先顯著增加，隨后顯著減少的趨勢；有效穗數(shù)隨施N量增加而呈顯著增多趨勢；產(chǎn)量顯著提高（2013年N18和N21兩處理差異不顯著，但顯著高于N15處理）；每穗總粒數(shù)顯著增加；結(jié)實率和粒重有下降趨勢，但多數(shù)情況下下降不顯著；有效穗數(shù)隨著氮肥的后移而呈現(xiàn)出下降或顯著下降趨勢。

3 結(jié)論

1）根據(jù)調(diào)查的結(jié)果及分析可以得出，氮肥后移使分蘗期群體分蘗的發(fā)生受到一定程度的抑制，穗數(shù)減少，干物質(zhì)積累減少，LAI下降，降低了拔節(jié)前植株的吸氮量。但在氮肥后移之后，拔節(jié)-抽穗階段的植株吸氮量明顯提高，每穗總粒數(shù)顯著增加，除彌補結(jié)實率、粒重和有效穗數(shù)下降的效應(yīng)外，還在一定程度上表現(xiàn)出了增產(chǎn)的效果。

2）氮肥后移的效果與氮肥施用量有關(guān)，在N15、N18和N21處理下，當(dāng)?shù)蔬\籌比例為5∶5時產(chǎn)量較高。綜合多年的試驗表現(xiàn)，江蘇麥茬單季晚粳稻以N18處理下氮肥運籌比例為5∶5時效果最佳。

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