不同施氮水平下緩釋氮肥配施對機插稻氮素利用特征及產(chǎn)量的影響

王海月李玥孫永健,?李應(yīng)洪蔣明金王春雨趙建紅孫園園徐徽嚴奉君馬均,?

(1四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所/農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室,四川溫江611130;2中國氣象局成都高原氣象研究所,成都610072;?通訊聯(lián)系人,E-mail:yongjians1980＠163．com)

不同施氮水平下緩釋氮肥配施對機插稻氮素利用特征及產(chǎn)量的影響

王海月1李玥1孫永健1,?李應(yīng)洪1蔣明金1王春雨1趙建紅1孫園園2徐徽1嚴奉君1馬均1,?

(1四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所/農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室,四川溫江611130;2中國氣象局成都高原氣象研究所,成都610072;?通訊聯(lián)系人,E-mail:yongjians1980＠163．com)

【目的】在高施氮水平和常規(guī)施氮水平下,研究緩釋氮肥配施對機插稻氮素利用和產(chǎn)量的影響及其生理機制,為機插稻的氮肥高效利用提供依據(jù)?！痉椒ā恳灾羞t熟雜交秈稻川谷優(yōu)7329為材料,采用二因素裂區(qū)設(shè)計,設(shè)置不同的施氮水平及5種緩釋氮肥與常規(guī)氮肥(尿素)配施處理,并設(shè)置不施氮處理,分析不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻氮素利用和產(chǎn)量的影響及其生理機制,并探討氮素利用和產(chǎn)量與生理響應(yīng)之間的關(guān)系。【結(jié)果】結(jié)果表明,施氮水平、緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻氮素利用特征及產(chǎn)量均存在顯著或極顯著的影響,機插稻拔節(jié)、抽穗及結(jié)實期對氮素的吸收利用以及結(jié)實期莖鞘的氮素轉(zhuǎn)運量與干物質(zhì)量、氮素積累量、氮肥表觀利用率、每穗實粒數(shù)及最終產(chǎn)量顯著或極顯著正相關(guān)(r＝0.38?～0．69??)。與常規(guī)氮肥運籌相比,緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施、全緩釋氮肥施用處理的機插稻成熟期干物質(zhì)積累量、氮素積累總量、光合勢、葉面積指數(shù)、氮肥表觀利用率及穗部氮素增加量均顯著提高,進而促進增產(chǎn)。【結(jié)論】據(jù)產(chǎn)量及氮素利用效率表現(xiàn),機插稻產(chǎn)量在180 kg/hm2施氮水平下較高,且在緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施比例為7∶3一次性施用時產(chǎn)量最高,較其他氮肥運籌產(chǎn)量高0．84%～26．59%,氮肥表觀利用率高0．28%～47．02%,為最優(yōu)氮肥運籌模式。但不同施氮水平下,隨著緩釋氮肥配施比例的降低,群體葉面積指數(shù)、光合勢及物質(zhì)積累等指標也降低,且在施氮處理為全常規(guī)氮肥時最低,均不利于機插稻氮肥利用效率及最終產(chǎn)量的提高。

緩釋氮肥;機插稻;氮素利用;產(chǎn)量

水稻是世界上單產(chǎn)最高、總產(chǎn)最多的糧食作物。隨著人口增長和經(jīng)濟發(fā)展,據(jù)估計,到2030年世界水稻總產(chǎn)須較目前增加60%才能滿足需求,我國則須在現(xiàn)有水平上提高20%[1]。此外,面對農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移的現(xiàn)狀,急需水稻輕簡化栽培技術(shù)。近幾年,水稻機械化種植技術(shù)水平明顯提高[2],機插秧技術(shù)[3,4]是推動水稻機械化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一,而與之配套的肥料施用、栽插密度、水分管理等配套栽培技術(shù)[5,6]是發(fā)展機械化生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。

對于肥料的施用,尤其是氮肥的施用成為提高水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一。為了實現(xiàn)高產(chǎn),肥料的施用量大幅提高,但氮肥的利用率卻降低,目前世界平均氮肥利用率約為46%,而我國氮肥利用率僅為30%～35%[7]。為此,眾多學(xué)者在氮肥運籌[8]、測土配方施肥[9]、葉色診斷[10,11]等方面探索提高氮肥利用率的方法。隨著研究的深入,緩釋氮肥養(yǎng)分釋放與調(diào)控,能滿足作物整個生育期對氮肥的需求,以及省肥省工等特點,已成為增加糧食產(chǎn)量、節(jié)約氮肥的另一有效途徑[12,13],但對緩控釋氮肥的種類[15]、配套施用技術(shù)[15,16]的研究以及水稻品種對緩控釋氮肥的響應(yīng)[17]也存在一定爭議。邢曉鳴等[7]、李貴勇等[14]、彭玉等[15]研究表明,緩釋氮肥“一道清”釋放速率基本能與水稻生長發(fā)育的需肥規(guī)律同步,提高了氮素利用效率,并達到了增產(chǎn)的效果;也有研究表明雜交稻后期物質(zhì)生產(chǎn)量大,需肥量也大,單靠緩釋氮肥配施“一道清”的施肥方法無法滿足其所需[16]。緩控釋肥制作工藝復(fù)雜、價格高,某些緩控釋肥前期釋放速率慢,難以滿足水稻前期對養(yǎng)分的需求;且目前針對緩釋氮肥的研究主要集中于手插稻,對機插稻的研究及報道較少;緩釋氮肥能否進一步提高機插稻產(chǎn)量及氮肥利用效率、常規(guī)氮肥能否以適宜比例替代緩釋氮肥降低生產(chǎn)成本,以及緩釋氮肥養(yǎng)分的釋放是否符合機插稻的生長發(fā)育特性仍有待進一步研究。

為此,本研究在我們前期研究的基礎(chǔ)上,進一步在機插秧條件下,明確施氮水平和緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻光合生產(chǎn)、氮素利用特征和產(chǎn)量的影響及其生理機制,探索機插稻緩控釋氮肥配施的最優(yōu)管理模式,從而達到節(jié)約勞動力、減少生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)量和氮肥利用效率的目的,為雜交稻機械化育、插秧配套技術(shù)的應(yīng)用提供理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗設(shè)計

在2014年研究[17]的基礎(chǔ)上,于2015年在成都市溫江區(qū)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所試驗農(nóng)場(30° 70′N,103°83′E)進行完善和深入。試驗田土壤質(zhì)地為砂壤土,0-20 cm土層有機質(zhì)含量為23．65 g/ kg,全氮1．62 g/kg,堿解氮105．75 mg/kg,速效磷62．54 mg/kg,速效鉀95．58 mg/kg。供試品種為中遲熟雜交秈稻川谷優(yōu)7329(生育期156～165 d)。3月29日播種,以缽體毯狀秧盤(中國水稻研究所研制)旱育秧,每盤播量75．0 g,5月8日,秧齡4葉1心,用久保田SPU-48C插秧機進行機插,行距×株距為30 cm×16．5 cm。二因素裂區(qū)設(shè)計,施氮水平為主區(qū):設(shè)150 kg/hm2和180 kg/hm22個水平,分別記為N1、N2;緩釋氮肥(金正大樹脂包膜緩釋氮肥,含氮44%)與常規(guī)氮肥(尿素)配施處理為副區(qū):設(shè)5個配施比例,分別為10∶0、7∶3、5∶5、3∶7、0∶10,分別記為R1、R2、R3、R4、R5,并設(shè)不施氮(R0)處理。R1～R4處理氮肥運籌均作底肥一次性施入, R5按m底肥∶m蘗肥為7∶3分次施用,蘗肥于機插后7 d施用。磷肥(過磷酸鈣)施用量(折合P2O5)75 kg/hm2,鉀肥(氯化鉀)施用量(折合K2O)150 kg/ hm2,磷鉀肥均作底肥一次性施入。田間小區(qū)計產(chǎn)面積45．5 m2,重復(fù)3次,不同肥料處理小區(qū)間筑埂(寬40 cm,高30 cm)并用塑料薄膜包裹,以防肥水互滲,其他田間管理按當?shù)卮竺娣e生產(chǎn)田進行。

1．2 測定項目和方法

1．2．1 分蘗動態(tài)

各小區(qū)定點20穴稻株,自返青后至齊穗期每隔7 d調(diào)查分蘗數(shù)。

1．2．2 植株氮含量

于拔節(jié)期、齊穗及成熟期,按各小區(qū)平均莖蘗數(shù)取代表性植株5穴,分莖鞘、葉片、穗3部分烘至恒重并粉碎(過80目篩),用濃H2SO4消煮,FOSS-8400凱氏定氮儀測定各器官氮含量。

莖鞘(葉片)氮素轉(zhuǎn)運量(kg)＝齊穗期莖鞘(葉片)氮積累量-成熟期(莖鞘)葉片氮積累量;

莖鞘(葉片)氮素轉(zhuǎn)運率(%)＝[莖鞘(葉片)氮轉(zhuǎn)運量/齊穗期莖鞘(葉片)氮積累量]×100%;

莖鞘(葉片)氮素貢獻率(%)＝[莖鞘(葉片)氮轉(zhuǎn)運量/成熟期穗氮積累量]×100%;

氮素收獲指數(shù)(%)＝(穗粒氮積累量/地上部分氮積累量)×100%;

氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率(kg/kg)＝成熟期單位面積植株干物質(zhì)量/地上部分氮積累量;

氮素稻谷生產(chǎn)效率(kg/kg)＝實際產(chǎn)量/地上部分氮積累量;

氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)＝施氮區(qū)實際產(chǎn)量/施氮量;

氮肥表觀利用率(%)＝[(施氮區(qū)地上部氮積累量-空白區(qū)地上部氮積累量)/施氮量]×100%;

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)＝(施氮區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量)/施氮量。

1．2．3 葉面積

將1．2．2中葉片用美國生產(chǎn)的CID-203葉面積儀測定綠葉面積,計算葉面積指數(shù),其中高效葉面積為有效莖蘗上3葉總?cè)~面積。

1．2．4 群體生長率及光合勢

依據(jù)1．2．3的數(shù)據(jù),按照李杰等[18]方法,計算拔節(jié)至齊穗期群體生長率及光合勢。

1．2．5 光合特性

于齊穗后0 d、15 d和30 d,用美國生產(chǎn)的Li-6400便攜式光合儀,測定劍葉凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(GS)、胞間CO2濃度(Ci);并根據(jù)Fisher等[19]方法,計算表觀葉肉導(dǎo)度(AMC)?？刂茥l件如下:CO2濃度400μmol/mol,溫度30℃,光照1200μmol/(m2·s)。各小區(qū)測定5片具代表性的主莖劍葉的中部,每葉重復(fù)測定3次。

1．2．6 考種與計產(chǎn)

收獲時各處理調(diào)查具代表性稻株60穴,計數(shù)有效穗數(shù)并計算平均值。再分別取代表性稻株5穴,考查實粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重等性狀。其中,千粒重測定方法如下:每穴稻穗脫粒陰干后,用我國生產(chǎn)的小型種子風(fēng)選機(CFY-11)除去雜質(zhì)和秕谷,用微電腦自動數(shù)粒儀計數(shù)籽粒(SLY-A),然后再用日本生產(chǎn)的谷物水分測量儀(PM-8188 New)測定各處理稻谷含水量,折算成13．5%標準含水量)。各小區(qū)按實收株數(shù)計產(chǎn)。

1．3 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel、Origin 9．0及DPS 6．5處理系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)及繪圖。本研究就2015年數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

由表1可見,施氮水平和氮肥配施對機插稻產(chǎn)量的影響均達極顯著水平,互作效應(yīng)也達到顯著水平。不同施氮水平下,施氮量為180 kg/hm2水稻產(chǎn)量顯著高于150 kg/hm2。同一施氮水平下,水稻產(chǎn)量均表現(xiàn)為緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配比為7∶3 (R2)＞10∶0(R1)＞5∶5(R3)＞3∶7(R4)＞0∶10 (R5)＞不施氮肥(R0),且R1、R2顯著高于其他處理。表明在施氮水平為180 kg/hm2下,緩釋氮肥配施比例為7∶3有利于提高水稻產(chǎn)量,并可以替換30%的緩控氮肥達到節(jié)本高效目的。

由表1還可看出,除施氮水平對結(jié)實率以及氮肥配施對千粒重影響不顯著外,施氮水平和氮肥配施對機插稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響均達顯著或極顯著水平。緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施處理對有效穗數(shù)、每穗實粒數(shù)和結(jié)實率的影響顯著高于施氮水平,而千粒重表現(xiàn)相反。整體來看,不同施氮水平下,R2處理有較高的有效穗數(shù)、每穗實粒數(shù),同時具有較好的結(jié)實率,最終獲得較高產(chǎn)量。進一步優(yōu)化計算,緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施與產(chǎn)量呈極顯著開口向下的二次線性關(guān)系(圖1),不同施氮水平下,緩釋氮肥配施與產(chǎn)量之間存在適宜值。在N1、N2處理下,產(chǎn)量達到最高時緩釋氮肥比例分別為81．65%與80.65%。

2．2 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻分蘗動態(tài)的影響

由圖2可見,N1施氮水平下,分蘗盛期出現(xiàn)在返青后25 d,施氮水平為N2時,分蘗盛期出現(xiàn)在返青后35 d,N1和N2處理間莖蘗數(shù)差異不顯著。從緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施來看,在拔節(jié)期間(返青后30～40d)莖蘗數(shù)表現(xiàn)為緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施處理(R2、R3和R4)＞緩釋氮肥單施(R1)＞常規(guī)氮肥處理(R5)＞R0,其中,在N1處理下R2、R3和R4較R5處理分別增加了10．91%、4．09%、6．36%,在N2處理下較R5分別增加了17．79%、9．14%、15．86%; R1與R5差異不顯著。從圖2還可看出,R5處理于返青后30 d左右莖蘗數(shù)達到最高;緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施及緩釋氮肥單施于返青后40 d左右達到高峰,之后降幅較R5處理大。

表1 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 1．Effects of slow-release urea combined with conventional urea on yield and its components in mechanically-transplanted rice under different N application rates．

圖1 不同施氮水平下緩釋肥與常規(guī)氮肥配施比例對機插稻產(chǎn)量的影響Fig．1．Effects of ratios of slow-release urea to conventional urea on yield in mechanically-transplanted rice under different N application rates．

2．3 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻光合特性的影響

圖2 不同施氮量下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻分蘗動態(tài)的影響Fig．2．Effects of slow-release urea combined with conventional urea on the dynamic changes of stem and tiller numbers in mechanically-transplanted rice under different N application rates．

施氮水平、緩釋氮肥配施,以及它們間的互作效應(yīng)對機插稻劍葉光合特性的影響整體達到顯著或極顯著水平(表2),尤其緩釋氮肥配施對光合特性各指標的影響均達顯著水平。在不同施氮水平下,劍葉凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、表觀葉肉導(dǎo)度(AMC)均在齊穗后隨生育進程呈減小趨勢,胞間CO2濃度(Ci)整體變化與之相反。從相同施氮水平下不同緩釋氮肥配施來看,N1處理下,劍葉Pn、Gs和AMC整體上均表現(xiàn)為R2＞R1＞R4＞R3＞R5＞R0,而Ci則在R0處理下最高,R2處理下最低;在N2施氮水平下,Pn整體上和N1施氮水平下一致;Gs則在不同緩釋氮肥配施下表現(xiàn)差異較大,Ci在齊穗期和齊穗后15 d均表現(xiàn)為R0＞R3＞R4＞R2＞R1＞R5,而在齊穗后30 d,Ci分別在R0和R2時最高和最低。

2．4 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻光合生產(chǎn)的影響

由表3可見,施氮水平對齊穗期葉面積指數(shù)(LAI)、高效葉面積率和拔節(jié)到齊穗光合勢的影響達顯著水平,施氮水平與緩釋氮肥配施互作效應(yīng)對拔節(jié)期與齊穗期的LAI、高效LAI、齊穗期高效葉面積率、光合勢和群體生長率的影響均達顯著或極顯著水平。從施氮水平來看,拔節(jié)期與齊穗期LAI、齊穗期高效LAI和光合勢均在N2水平下相對較好,而齊穗期高效葉面積率和拔節(jié)-齊穗期群體生長率則在N1水平下相對較優(yōu)。從相同施氮水平下緩釋氮肥配施來看,N1施氮水平下齊穗期LAI與高效LAI、拔節(jié)-齊穗期光合勢和群體生長率均在R2下相對較優(yōu),在R5下相對較差,拔節(jié)期LAI則在R3下最優(yōu);N2施氮水平下拔節(jié)期LAI、齊穗期與齊穗期高效LAI,以及拔節(jié)-齊穗期光合勢與N1水平下表現(xiàn)相似。

2．5 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻干物質(zhì)積累的影響

由表4可見,施氮水平對拔節(jié)期各器官干物質(zhì)積累量、成熟期穗重及干物質(zhì)積累總量的影響均達顯著水平,緩釋氮肥配施對不同生育期各器官干物質(zhì)積累量均達顯著或極顯著水平,施氮水平與緩釋氮肥配施的互作僅對齊穗期莖鞘干物質(zhì)積累量、成熟期穗重以及齊穗期稻株干物質(zhì)積累量的影響達顯著水平。從不同施氮水平來看,除齊穗期穗重在N1下略高外,不同生育時期各器官干物質(zhì)積累量均表現(xiàn)為N2＞N1。同一施氮水平下,緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對水稻不同生育期各器官的干物質(zhì)積累量也有顯著影響。當施氮水平為N1時,拔節(jié)期莖鞘、葉片、植株總干物質(zhì)積累量均在R5下最低,顯著低于R1、R2、R3和R4,齊穗期莖鞘、葉片、植株總干物質(zhì)積累量和成熟期莖鞘干物質(zhì)積累量在R2和R1處理下相對較高,R5和R0下最低,差異達到顯著水平。施氮水平為N2時,拔節(jié)期葉片與植株總干物質(zhì)積累量和齊穗期葉片、穗及植株干物質(zhì)積累量均在R1時最大,成熟期葉片、穗及植株干物質(zhì)積累總量均在R2時最大。

2．6 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻氮素積累、轉(zhuǎn)運與分配的影響

施氮水平、緩釋氮肥配施以及它們之間的互作對機插稻拔節(jié)期、齊穗期的莖鞘與成熟期穗、植株的氮素積累量達到顯著或極顯著水平(表5)。從不同施氮水平看,除齊穗期穗部氮素積累量表現(xiàn)為N1＞N2外,其余各器官在不同生育期氮素積累量均表現(xiàn)為N2＞N1。就緩釋氮肥配施而言,當施氮水平為N1時,拔節(jié)期莖鞘和葉片氮素積累量,以及該時期植株總氮素積累量均表現(xiàn)為R1＞R4＞R2＞R3＞R5＞R0;齊穗和成熟期各器官氮素積累量和相應(yīng)時期植株總氮素積累量整體上表現(xiàn)為R2＞R1＞R4＞R3＞R5＞R0。當施氮水平為N2時,除成熟期莖鞘、穗和植株氮素積累量分別在R2時最高外,機插稻在不同生育時期各器官氮素積累量均以R1最高,R5和R0處理相對較低。

表2 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻光合特性的影響Table 2．Effects of slow-release urea combined with conventional urea on photosynthetic characteristics in mechanically-transplanted rice under different N application rates．

表3 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻光合物質(zhì)生產(chǎn)的影響Table 3．Effects of slow-release urea combined with conventional urea on photosynthetic production in mechanically-transplanted rice under different N application rates．

由表6可見,施氮水平僅對穗部氮素增加量的影響達到極顯著水平,緩釋氮肥配施及其與施氮水平的互作效應(yīng)除對葉片氮素轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率與氮素貢獻率的影響未達顯著水平外,對其余氮素轉(zhuǎn)運與氮素分配指標的影響均達到顯著水平。從施氮水平看,葉片的氮素轉(zhuǎn)運率和貢獻率均在N2時較低,且氮素轉(zhuǎn)運率顯著低于N1,而莖鞘氮素轉(zhuǎn)運量、氮素轉(zhuǎn)運率、氮素貢獻率和穗部氮素增加量表現(xiàn)與之相反,在N2時則增加,較N1各指標分別增加35.62%、12.79%、13.37%和26.05%。

從緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施來看,當施氮水平為N1時,葉片氮素轉(zhuǎn)運率在R0時最大,R5時最小,葉片氮素貢獻率在各配施比例下差異不顯著,莖鞘和葉片及其他氮素轉(zhuǎn)運與分配指標均在R2配施比例下表現(xiàn)較好。當施氮水平為N2時,莖鞘氮素轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率及貢獻率均在R1配施比例下最大,葉片氮素轉(zhuǎn)運率及貢獻率則在R0配施比例下最大,而穗部氮素增加量則以緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配比為7∶3處理最優(yōu)。

2．7 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻氮素利用的影響

除氮素收獲指數(shù)和氮肥農(nóng)學(xué)利用率外,施氮水平對機插稻氮素利用的影響均達顯著或極顯著水平,緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻氮素利用的影響整體均達極顯著水平(表7)。從施氮水平看,氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素稻谷生產(chǎn)效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率均隨施氮量的增加而降低,氮素收獲指數(shù)和氮肥表觀利用率卻與之相反。從緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施看,施氮水平N1處理下,氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素稻谷生產(chǎn)效率均表現(xiàn)R0＞R5＞R3＞R4＞R1＞R2,且R3與R4、R1與R2差異不顯著,氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)及表觀利用率均表現(xiàn)為緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配比為7∶3處理最優(yōu),尤其在氮肥表觀利用率方面R2較R5處理高67．42%;當施氮量為N2時,氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素稻谷生產(chǎn)效率均在R0時最高,R1時最低,R0比R1分別高56.61%、53．37%,而氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥表觀利用率均以緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配比為7∶3最優(yōu),且均表現(xiàn)為R2＞R1＞R3＞R4＞R5。

表4 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻干物質(zhì)積累的影響Table 4．Effects of slow-release urea combined with conventional urea on biomass accumulation in mechanically-transplanted rice under different N application rates．t/hm2

表5 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻氮素積累的影響Table 5．Effects of slow-release urea combined with conventional urea on N accumulation in mechanically-transplanted rice under different N application rates．kg/hm2

表6 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻氮素轉(zhuǎn)運的影響Table 6．Effects of slow-release urea combined with conventional urea on N translocation in mechanically-transplanted rice under different N application rates．

2．8 氮素利用特征與物質(zhì)積累、產(chǎn)量的關(guān)系

由表8可見,不同生育時期稻株氮素積累量及結(jié)實期莖鞘氮素轉(zhuǎn)運量與總干物質(zhì)量、氮素積累量、氮肥表觀利用率、每穗實粒數(shù)和產(chǎn)量均呈極顯著正相關(guān)。結(jié)實期凈光合速率、拔節(jié)-齊穗期光合勢整體上與總干物質(zhì)量、總氮素積累量、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥表觀利用率、每穗實粒數(shù)及產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),而拔節(jié)-齊穗期群體生長率與各指標均未達到顯著水平。表明緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施下利于提高機插稻氮素的利用及結(jié)實期的光合性能,能促進物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運,增加每穗實粒數(shù)及物質(zhì)累積量,進而提高產(chǎn)量及氮肥利用效率。

3 討論

3．1 施氮水平和緩釋氮肥配施對機插稻產(chǎn)量形成的影響

水稻產(chǎn)量的形成與群體莖蘗動態(tài)、光合特性、物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運能力和產(chǎn)量構(gòu)成因素等密切相關(guān)。楊建昌等[20]指出超高產(chǎn)水稻生育前期莖蘗數(shù)較少,但分蘗成穗率較高;前期LAI、干物質(zhì)累積等表現(xiàn)為前期生長較慢,抽穗期適中,抽穗后顯著增加。李剛?cè)A等[21]指出常規(guī)超級粳稻高產(chǎn)群體在抽穗期具有適宜LAI和較好株型,抽穗后群體生長率高,生育后期干物質(zhì)量占籽粒產(chǎn)量70%～80%。本研究表明,隨著施氮量的增加,群體莖蘗數(shù)達到分蘗盛期時間提前,而拔節(jié)期緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施處理的有效莖蘗數(shù)明顯大于全常規(guī)氮肥處理。這可能是因不同施肥水平下,分蘗盛期緩釋氮肥肥力釋放速度慢,優(yōu)勢不明顯,且前期過多的速效氮肥供應(yīng)也不利于稻株的利用,易滲漏流失,導(dǎo)致不同施肥水平下前期莖蘗數(shù)差異不顯著;而拔節(jié)期前后緩釋氮肥緩慢釋放,植株對氮素的吸收利用率高,有效莖蘗數(shù)有所提高。本研究還表明,植株光合特性、LAI和干物質(zhì)積累量等整體上均在高施氮水平下表現(xiàn)較優(yōu),且緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施優(yōu)于全常規(guī)氮肥處理;原因可能是隨生育期的推移,緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施、氮肥的分解和釋放與機插稻需肥關(guān)鍵期契合,提高了氮素的利用效率,有利于植株光合生產(chǎn)和干物質(zhì)積累,增加了稻谷產(chǎn)量;這與前人研究[22]提出的以足量大穗形成高群體質(zhì)量是實現(xiàn)水稻高產(chǎn)的基礎(chǔ)是相似的,這也進一步證實了緩控釋氮肥配施有利于機插稻高產(chǎn)的形成。前人研究認為增加穗數(shù)和每穗粒數(shù)或兩者均提高水稻群體穎花量[23-24];韋還和等[25]研究表明,雜交稻形成高產(chǎn)需要提高穗數(shù)和每穗粒數(shù)的協(xié)同作用來提高群體穎花量;張洪程等[26]研究指出,雜交粳稻超高產(chǎn)需要以足量的穗數(shù)與較大的穗型協(xié)調(diào)出較高的群體總穎花量。本研究表明,在不同施氮量和緩釋氮肥與常規(guī)肥配施均為7∶3下,機插稻產(chǎn)量相對于其他處理均顯著增產(chǎn),但實現(xiàn)高產(chǎn)的途徑不同:在施氮量為150 kg/hm2緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施比例為7∶3時,主要是通過增加有效穗數(shù)和千粒重來平衡產(chǎn)量構(gòu)成因素從而獲得高產(chǎn);而在施氮水平為180 kg/hm2緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施比例為7∶3時,每穗實粒數(shù)則成為保證產(chǎn)量的主要因素。雖然機插稻在施氮量為180 kg/hm2時的產(chǎn)量高于施氮量150 kg/hm2,但是每穗實粒數(shù)和千粒重卻有較大的差異,每穗實粒數(shù)在180 kg/hm2時更高,千粒重則相反,因此在保證足夠庫容的基礎(chǔ)上,千粒重成為增產(chǎn)的主要限制因素,還應(yīng)進一步保證緩控釋氮肥配施對機插稻后期灌漿的養(yǎng)分供應(yīng)。此外,本研究參考前期研究[15],以及近年對研究區(qū)域73個縣(市)水稻示范區(qū)、輻射區(qū)生產(chǎn)肥料用量的調(diào)查結(jié)果,高產(chǎn)平均施氮量均為180 kg/hm2,而本研究設(shè)想通過緩控釋肥的配施達到減氮增產(chǎn)的效果,但施氮量150 kg/hm2下,減氮增產(chǎn)效果尚不明顯,而通過本研究緩控釋氮肥配施,達到了在平均施氮量下,進一步提高機插稻氮肥利用效率及產(chǎn)量的效果,可為中遲熟雜交稻機械化育插秧配套技術(shù)的優(yōu)化集成提供理論和實踐依據(jù)。而今后是否可通過提高機插密度和氮肥減量下緩控釋氮肥配施,進一步提高產(chǎn)量的同時降低施氮量,還有待于進一步研究。同時,本研究將緩釋氮肥處理運籌均是作底肥一次性施入,與目前常規(guī)施肥處理(R5)對比研究,結(jié)果也可以看出中遲熟品種在施氮量180 kg/hm2緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施比例為7∶3時,其結(jié)實率和千粒重相對其他處理較低,仍有提升的可能,是否與緩釋肥后期脫氮有關(guān)?在今后研究中,應(yīng)進一步開展緩釋氮肥與常規(guī)速效氮肥配施與分期施用,以及不同熟期品種需氮特征來進行配施比例的研究。

表7 不同施氮水平下緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻氮素利用的影響Table 7．Effects of slow-release urea combined with conventional urea on N use efficiency in mechanically-transplanted rice under different N application rates．

表8 氮素積累轉(zhuǎn)運、光合生產(chǎn)與干物質(zhì)量、氮素利用特征及產(chǎn)量的相關(guān)性Table 8．Correlation coefficients between N accumulation translocation,photosynthetic production and N use efficiency,dry matter,and yield．

3．2 機插稻氮素利用特征與產(chǎn)量形成指標之間的關(guān)系

胡春華等[27]研究表明,在相同施氮量下,不同緩釋材料研制的緩釋氮肥對水稻增產(chǎn)效果和氮素利用率不同,這主要是由于施肥方法、肥料品種、土壤性狀、氣候條件等多種因素的影響。彭玉等[15]認為,施用緩控釋氮肥能有效促進水稻對氮素的吸收與利用,提高花后根系活力及成穗率,使植株中的氮素轉(zhuǎn)運暢通。本研究表明,在施氮水平為180 kg/ hm2時中遲熟雜交稻氮素積累、莖鞘氮素轉(zhuǎn)運和貢獻及穗部氮素增加量較施氮水平為150 kg/hm2高,氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素稻谷生產(chǎn)效率、氮肥偏生產(chǎn)力及氮肥農(nóng)學(xué)利用率均隨施氮水平的升高而降低,這與前人研究結(jié)果一致[28],而氮素收獲指數(shù)和氮肥表觀利用率則表現(xiàn)相反。這可能是由于成熟期植株氮素的吸收、轉(zhuǎn)運、分配降低所致。在不同施氮水平和緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施比例下,機插稻因環(huán)境和土壤所含微生物及養(yǎng)分不同對氮素的吸收、轉(zhuǎn)運和分配利用也會有所差異。成熟期氮素積累量、穗部氮素增加量、氮肥偏生產(chǎn)力及氮肥農(nóng)學(xué)利用率均在緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施比例為7∶3時表現(xiàn)最優(yōu);而葉片氮素轉(zhuǎn)運率、貢獻率均在不施氮肥時表現(xiàn)最高,在全緩釋氮肥最低。其原因可能是水稻的群體質(zhì)量發(fā)生了變化、對溫光的利用效率不同,促使葉片對氮素吸收利用率的變化,導(dǎo)致生育期植株的各器官氮素積累、分配、轉(zhuǎn)運及生產(chǎn)效率的差異。

彭玉等[15]研究表明,在不同的灌水與緩控釋氮肥管理模式下,人工栽插稻氮素吸收、轉(zhuǎn)運及氮效率與干物質(zhì)及產(chǎn)量密切相關(guān)。李玥等[17]研究也表明,在不同的機插稻品種與緩控釋氮肥運籌模式下,機插稻氮素的吸收、轉(zhuǎn)運及氮素的利用與干物質(zhì)量、產(chǎn)量及構(gòu)成因素關(guān)系密切。前人研究[29-31]表明,產(chǎn)量與結(jié)實期干物質(zhì)積累量呈極顯著正相關(guān)。本研究進一步證明,在不同的施氮水平和緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施下機插雜交稻氮素吸收、轉(zhuǎn)運與干物質(zhì)量、氮肥利用率、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素緊密相關(guān);但結(jié)實期群體生長率與氮素積累量、轉(zhuǎn)運量與干物質(zhì)量、氮肥表觀利用率、每穗實粒數(shù)和產(chǎn)量均未達到顯著水平,這可能與本研究以結(jié)實期作為一個整體時間段來計算,而結(jié)實期間群體生長速率不同階段可能不太一致有關(guān),后續(xù)研究應(yīng)進一步細化明確結(jié)實期間不同階段的群體生長特性,明確對產(chǎn)量影響顯著的群體生長關(guān)鍵階段。此外,霍中洋等[32]研究指出,在保持莖鞘氮素積累量的基礎(chǔ)上,提高葉片和穗部氮素積累量,有利于獲得高產(chǎn)。本研究相關(guān)分析還表明,緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻氮素的吸收及轉(zhuǎn)運均具有重要作用,而氮素的吸收、莖鞘氮素轉(zhuǎn)運及結(jié)實期光合速率、光合勢又與氮肥表觀利用率、每穗實粒數(shù)和產(chǎn)量極顯著正相關(guān),因此緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對提高水稻產(chǎn)量有很大潛力。施用全緩釋氮肥,前期養(yǎng)分釋放慢,導(dǎo)致分蘗不足或無效分蘗增多,影響干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的提高;施用全常規(guī)氮肥,營養(yǎng)生長前期氮素過多無效分蘗多,導(dǎo)致氮素在葉和莖鞘的無效固定和過度消耗,而后期氮肥嚴重缺乏,使植株的光合作用及氮素的吸收、運轉(zhuǎn)和分配不協(xié)調(diào),莖葉轉(zhuǎn)運速率降低,大量的氮素滯留在營養(yǎng)器官致使氮素利用效率降低,對群體干物質(zhì)量和產(chǎn)量均造成不利影響。根據(jù)本研究結(jié)果,機插條件下,適宜比例緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施優(yōu)勢可能的生理機制如下:前期適量的常規(guī)速效氮肥彌補了緩釋氮肥的不足,促進了稻株的返青、分蘗及干物質(zhì)的積累,拔節(jié)期、結(jié)實期緩釋氮肥的釋放進一步促進機插稻的光合作用,提高了群體光合速率和光合勢,更利于氮素轉(zhuǎn)運、再分配到籽粒中,在保證千粒重及結(jié)實率的基礎(chǔ)上,顯著提高了每穗實粒數(shù),形成“源庫流”協(xié)調(diào)的高產(chǎn)群體,因而提高稻谷生產(chǎn)效率、產(chǎn)量及氮肥利用率,是利用緩控釋氮肥進一步提高機插雜交稻高產(chǎn)、氮高效利用的重要途徑。

4 結(jié)論

施氮水平和緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施對機插稻氮素利用特征、產(chǎn)量及生理特性的影響均達顯著或極顯著水平,且存在顯著的互作效應(yīng)。本研究中,以180 kg/hm2施氮量耦合緩釋氮肥與常規(guī)氮肥配施比例為7∶3一次性配施為最優(yōu)氮肥運籌模式,能進一步提高機插稻的氮肥利用效率及最終產(chǎn)量,可實現(xiàn)機插稻產(chǎn)量和氮肥利用率的同步提高。機插雜交稻主要生育時期對氮素的吸收利用,以及結(jié)實期莖鞘的氮素轉(zhuǎn)運量與機插稻干物質(zhì)量、氮素積累量、氮肥表觀利用率、每穗實粒數(shù)及最終產(chǎn)量間存在顯著或極顯著正相關(guān)性;尤其結(jié)實期機插雜交稻更利于氮素轉(zhuǎn)運、再分配到籽粒中,能顯著提高每穗實粒數(shù)、提高稻谷生產(chǎn)效率及氮肥利用效率,是利用緩控釋氮肥進一步提高機插雜交稻高產(chǎn)、氮高效利用的重要途徑。

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[27]胡春花,羅革彬,曾建華,潘孝忠．不同類型緩釋氮肥對水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響．中國農(nóng)學(xué)通報,2011,27(15): 174-177．Hu C H,Luo G B,Ceng J H,Pan X Z．Influence of different types of slow-release nitrogen fertilizer on rice yield and nitrogen fertilizer use efficiency．Chin Agric Sci Bull,2011,27 (15):174-177．(in Chinese with English abstract)

[28]李華,徐長青,李世峰,錢宗華．不同氮肥管理對機插水稻產(chǎn)量及氮肥利用的影響．貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(5):39-41．Li H,Xu Z Q,Li S F,Qian Z H．Effects of different nitrogen management on yield and nitrogen utilization of machine-transplanted rice．Guizhou Agric Sci,2008,36(5):39-41．(in Chinese with English abstract)

[29]馬均,朱慶森,馬文波,田彥華,楊建昌,周開達．重穗型水稻光合作用、物質(zhì)積累與運轉(zhuǎn)的研究．中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2003,36 (4):375-381．Ma J,Zhu Q S,Ma W B,Tian Y H,Yang J C,Zhou K D．Studies on the photosynthetic characteristics and accumulation and transformation of assimilation product in heavy panicle type of rice．Sci Agric Sin,2003,36(4):375-381．(in Chinese with English abstract)

[30]吳文革,張洪程,錢銀飛,陳燁,徐軍,吳桂成,翟超群,霍中洋,戴其根．超級雜交中秈水稻物質(zhì)生產(chǎn)特性分析．中國水稻科學(xué),2007,21(3):287-293．Wu W G,Zhang H C,Qian Y F,Chen Y,Xu J,Wu G C, Zhai C Q,Huo Z Y,Dai Q G．Analysis on dry matter production characteristics of middle-season indica super hybrid rice．Chin J Rice Sci,2007,21(3):287-293．(in Chinese with English abstract)

[31]李敏,張洪程,楊雄,葛夢婕,馬群,魏海燕,戴其根,霍中洋,許軻．水稻高產(chǎn)氮高效型品種的物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運特性．作物學(xué)報,2013,39(1):101-109．Li M,Zhang H C,Yang X,Ge M J,Ma Q,Wei H Y,Dai Q G,Huo Z Y,Xu K．Characteristics of dry matter accumulation and translocation in rice cultivars with high yield and high nitrogen use efficiency．Acta Agron Sin,2013,39(1):101-109．(in Chinese with English abstract)

[32]霍中洋,楊雄,張洪程,葛夢婕,馬群,李敏,戴其根,許軻,魏海燕,李國業(yè),朱聰聰,王亞江,顏希亭．不同氮肥群體最高生產(chǎn)力水稻品種各器官的干物質(zhì)和氮素的積累與轉(zhuǎn)運．植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2012,18(5):1035-1045．Huo Z Y,Yang X,Zhang H C,Ge M J,Ma Q,Li M,Dai Q G,Xu K,Wei H Y,Li G Y,Zhu C C,Wang Y J,Yan X T．Accumulation and translocation of dry matter and nitrogen nutrition in organs of rice cultivars with different productivity levels．Plant Nutr Fert Sci,2012,18(5):1035-1045．(in Chinese with English abstract)

Effects of Slow-release Urea on Nitrogen Utilization and Yield in Mechanicallytransplanted Rice under Different Nitrogen Application Rates

WANG Haiyue1,LI Yue1,SUN Yongjian1,?,LI Yinghong1,JIANG Mingjin1,WANG Chunyu1, ZHAO Jianhong1,SUN Yuanyuan2,XU Hui1,YAN Fengjun1,MA Jun1,?
(1 Rice Research Institute,Sichuan Agricultural University/Key Laboratory of Crop Physiology,Ecology,and Cultivation in Southwest China,Ministry of Agriculture,Wenjiang 611130,China;2 Institute of Plateau Meteorology,China Meteorological Administration,Chengdu 610072,China;?Corresponding author,E-mail:yongjians1980＠163．com)

【Objective】Effects of different nitrogen(N)application rates(150 kg/hm2and 180 kg/hm2)and slow-release urea on N utilization and grain yield and its physiological characteristics in mechanical transplanted rice were studied to lay a scientific base for high-efficient N utilization in mechanical transplanted rice．【Method】Hybrid rice Chuanguyou 7329 was used to investigate the effects of nitrogen(N)application rates and various slow-release urea ratios to conventional urea,(10∶0,7∶3,5∶5,3∶7 and 0∶10,respectively)on N utilization efficiency(NUE),grain yield and its physiological characteristics of mechanical-transplanted rice,as well as the correlation between N utilization, grain yield and physiological characteristics．【Result】The results showed that N application rates and slow-release urea combined with conventional urea had significant effects on NUE and grain yield．The N utilization at jointing,heading, and filling stage,and the N translation amount of stem-sheath during filling stage had a significant positive correlation with dry matter weight,N accumulation,N apparent use efficiency,spikelet number per panicle and grain yield．Compared with conventional urea,slow-release urea or slow-release urea combined with conventional urea could significantly increase dry matter accumulation,N accumulation,photosynthetic potential,leaf area index(LAI),N apparent use efficiency,and N increment of panicle in mechanical-transplanted rice．【Conclusion】According to grain yield and NUE, the higher grain yield and NUE were obtained at the N application rate of 180 kg/hm2,especially at the ratio of slowrelease urea to conventional urea 7∶3,0．84%-26．59%and 0．28%-47．02%higher than that of other treatments, respectively．This treatment could also enhance the NUE and grain yield,which was the optimum N management in this experiment．Moreover,LAI,photosynthetic potential and dry matter accumulation decreased with the decline of the proportion of slow-release urea,and these indexes were the lowest in the treatment of whole conventional urea, which were not conducive to NUE and grain yield of mechanical-transplanted rice．

slow-release N fertilizer;mechanical-transplanted rice;N utilization;yield

S143.1;S511.062

A

1001-7216(2017)01-0050-15

2016-05-02;修改稿收到日期:2016-07-28。

國家科技支撐計劃資助項目(2013BAD07B13);四川省教育廳重點項目(16ZA0044);四川省科技支撐計劃資助項目(2014NZ0040,2014NZ0041,2014NZ0047)。