陳立強(qiáng),趙海成,赫 臣,周 健,呂艷東,李紅宇,殷大偉,鄭桂萍
(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/黑龍江省教育廳寒地作物遺傳育種與栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 大慶 163319)
現(xiàn)行稻田耕作制度造成土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤板結(jié)[1-2],水整地、攪漿平地導(dǎo)致水資源嚴(yán)重浪費(fèi)[3],全層施肥致使肥料利用率降低[4]。針對(duì)以上問題,黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)水稻研究中心提出水稻旱平壟作雙側(cè)雙深高效栽培新模式[5],并配套研發(fā)了水稻旱起壟分類施肥機(jī)。該模式特點(diǎn):一是由水整地、攪漿平地變?yōu)楹嫡亍⒑灯饓?,免除了水整地、攪漿平地導(dǎo)致的土壤緊實(shí)致密、通透性差、土壤結(jié)構(gòu)破壞等問題,同時(shí)提高了地溫;二是由全層施入基肥變?yōu)閴派厦鐜щp側(cè)、雙深施入基蘗肥,可實(shí)現(xiàn)分層分類、速緩結(jié)合,從而提高利用率、均衡供肥等;三是由早泡田變?yōu)橥砼萏?,可?jié)約泡田用水;四是由多次作業(yè)變?yōu)樯俅巫鳂I(yè),基蘗肥同施、免水整地等減少作業(yè)次數(shù);五是未來將實(shí)現(xiàn)壟上機(jī)插“寬窄行”,有利于實(shí)現(xiàn)高光效。目前,關(guān)于壟作栽培的增產(chǎn)研究較多[6-7],但均為壟體中央一條肥帶而無分層施肥,且多為一年試驗(yàn),涉及的水稻生長(zhǎng)連年動(dòng)態(tài)較少,穩(wěn)產(chǎn)效果沒有體現(xiàn)。此外,稻米品質(zhì)除由遺傳因素控制外,還受栽培環(huán)境、肥水管理、貯藏加工等因素影響[8]。其中,氮肥是影響水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的敏感因素,合理的氮肥運(yùn)籌不僅可以提高水稻產(chǎn)量,而且能夠有效地改善稻米品質(zhì)。關(guān)于氮肥運(yùn)籌對(duì)水稻稻米品質(zhì)的影響,國(guó)內(nèi)外學(xué)者從施氮量和施氮比例等方面做了大量的研究,并提出很多有價(jià)值的理論[9-12]。然而近年來,壟作栽培多數(shù)應(yīng)用于冷浸田[13-15]等土壤狀況較差的田塊,并未在一些土壤肥力較好的白漿土、草甸土等上應(yīng)用;有關(guān)氮肥運(yùn)籌對(duì)水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響研究頗多[16-18],但針對(duì)寒地水稻的研究頗少,且結(jié)論不統(tǒng)一,試驗(yàn)多為人工插秧,不利于大面積推廣。綜合以上情況,從產(chǎn)量與品質(zhì)雙重角度,分析氮肥運(yùn)籌模式下壟作雙深對(duì)水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,以期為壟作雙深栽培模式下合理施用氮肥提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo),進(jìn)一步完善大田栽培管理技術(shù),形成具有寒地特色的壟作雙深高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)。
水稻品種為龍粳43號(hào)。
肥料主要為中化復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=21∶15∶16)、尿素(含N 46%)、磷酸二銨(含N 16%、P2O548%)、硫酸鉀(含K2O 50%)。
于2016年在黑龍江農(nóng)墾八五九農(nóng)場(chǎng)科技園區(qū)進(jìn)行大田試驗(yàn),該地土壤為白漿土,其養(yǎng)分狀況見表1。
表1 供試土壤養(yǎng)分含量及pH值
試驗(yàn)采用耕作方式和氮肥運(yùn)籌二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。耕作方式有2種:旱平壟作雙側(cè)雙深高效栽培模式(簡(jiǎn)稱壟作雙深,L);常規(guī)平作(P,旱旋耕,攪漿平底,全層施肥)。氮肥運(yùn)籌有3種模式,穗氮前移基施(F1)、調(diào)節(jié)氮前移基施(F2)、常規(guī)施肥(F3)。各處理施肥總量及施肥比例(N∶P2O5∶K2O=2∶1.13∶1.83)相同。各處理施肥量如表2所示。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。
采用水田旱起壟雙側(cè)雙深分類施肥機(jī)進(jìn)行起壟施肥。當(dāng)土壤墑情適宜(土壤水分含量不宜過大,否則壟體不能形成)時(shí)進(jìn)行秋起壟,同時(shí)施肥和鎮(zhèn)壓,要求壟底寬60 cm(寬窄行插秧機(jī)要求50~60 cm),壟面寬40 cm(寬窄行插秧機(jī)要求30~40 cm),鎮(zhèn)壓后壟高達(dá)到10 cm以上。
旱起壟的同時(shí),將基肥分層深施于壟中形成一深二淺共3條肥帶,深肥帶位于壟正中央,將肥施入距壟面6~8 cm深處,選擇含緩效氮的肥料(中化復(fù)合肥),2條淺肥帶分別位于深肥帶兩側(cè)水平距離10.5 ~18 cm(根據(jù)插秧機(jī)類型確定)處,將肥施入距壟面2~3 cm深處,選擇常規(guī)化肥,這樣就形成了一壟三肥帶,即實(shí)現(xiàn)了苗帶雙側(cè)雙深、分層分類、速緩結(jié)合的立體施肥效果(圖1)。
表2 2016年施肥種類及施用量 kg/hm2
圖1 水稻壟作雙深栽培模式的壟型施肥布局
1.4.1 SPAD值 在分蘗盛期、灌漿期和成熟期,每個(gè)處理選有代表性的植株10穴,用日本柯尼卡美能達(dá)SPAD-502葉綠素測(cè)定儀測(cè)定倒三葉SPAD值(抽穗后測(cè)定劍葉),測(cè)定部位為葉片中部,測(cè)定時(shí)避開葉脈和有損傷的葉片。
1.4.2 地上部質(zhì)量及葉面積指數(shù) 在分蘗盛期、灌漿期和成熟期,每小區(qū)分3點(diǎn)取樣,每點(diǎn)連續(xù)數(shù)20穴,取平均莖數(shù)的2穴,測(cè)量綠葉葉長(zhǎng)與葉寬,計(jì)算葉面積指數(shù),葉面積指數(shù)=測(cè)定株數(shù)×平均單株綠葉面積/取樣的土地面積;分蘗盛期分葉片、莖鞘兩部分,灌漿期和成熟期分葉片、莖鞘、穗3部分,采用烘干法測(cè)定地上部干質(zhì)量。
1.4.3 產(chǎn)量及穗部性狀 水稻成熟時(shí),每個(gè)處理選取有代表性的植株6穴,帶回室內(nèi)考察農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀,測(cè)定指標(biāo)主要有穗數(shù)、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、實(shí)粒數(shù)、空秕粒數(shù),并稱取粒質(zhì)量,計(jì)算結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量。
1.4.4 稻米品質(zhì) 收獲后,風(fēng)干2~3個(gè)月,用FC-2 K型實(shí)驗(yàn)礱谷機(jī)(YAMAMOTO,離心式)將稻米加工成糙米,計(jì)算糙米率;用日本YAMAMOTO公司生產(chǎn)的VP-32型實(shí)驗(yàn)?zāi)朊讬C(jī)(直立式)加工成精米,計(jì)算精米率、整精米率;用日本靜岡機(jī)械株式會(huì)社生產(chǎn)的ES-1000便攜式品質(zhì)分析儀測(cè)定精米的堊白粒率、堊白度;用FOSS 1241近紅外谷物分析儀測(cè)定糙米的直鏈淀粉、蛋白質(zhì)含量;用日本佐竹公司(SATAKE)生產(chǎn)的米飯食味計(jì)(STA1A)測(cè)定精米食味品質(zhì),主要指標(biāo)包括香氣、光澤、完整性、味道、口感。
分別采用SPSS 20.0、Excel 2010進(jìn)行方差分析和制圖,用LSD法進(jìn)行多重比較。
由表3可知,耕作方式對(duì)水稻穗數(shù)、產(chǎn)量的影響均達(dá)到極顯著水平;氮肥運(yùn)籌對(duì)千粒質(zhì)量的影響達(dá)到顯著水平;兩因素互作對(duì)結(jié)實(shí)率的影響達(dá)到極顯著水平。
在3種不同氮肥運(yùn)籌模式下,L處理產(chǎn)量均較P處理增加,平均增產(chǎn)幅度達(dá)19.66%。在P方式下,產(chǎn)量最高的為F3處理,其次為F1處理,兩者差異不顯著;在L方式下,F(xiàn)1處理產(chǎn)量最高,其次為F3處理,兩者差異不顯著??傮w來看,以LF1處理產(chǎn)量最高,LF3處理次之,PF2處理最低,LF1處理較PF2處理增產(chǎn)40.56%。因此,為確保產(chǎn)量不推薦調(diào)節(jié)氮前移基施,壟作雙深配合穗氮前移基施的效果最佳。
從不同產(chǎn)量構(gòu)成因素來看,在3種不同氮肥運(yùn)籌模式下,總體上L處理較P處理增加了水稻穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率,從而增加了產(chǎn)量。在L方式下,與F3處理相比, F1處理提高了穗粒數(shù)與千粒質(zhì)量,F(xiàn)2處理提高了穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率。在P方式下,F(xiàn)1處理提高了結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量,降低了穗數(shù)和穗粒數(shù);F2處理降低了穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率,提高了穗數(shù)和千粒質(zhì)量??傮w來看,LF1處理增加了穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量是其增產(chǎn)的主要原因。結(jié)實(shí)率在不同耕作方式下表現(xiàn)趨勢(shì)相反,在L方式下表現(xiàn)為F2>F3>F1,而在P方式下表現(xiàn)為F1>F3>F2。
表3 不同處理水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的比較
注:同列數(shù)據(jù)后不同小、大寫字母分別表示處理間差異顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01),*、**分別表示影響顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01),下同。
由表4可知,耕作方式對(duì)一次枝梗結(jié)實(shí)率和二次枝梗千粒質(zhì)量的影響均達(dá)到極顯著水平,對(duì)一次枝梗數(shù)與二次枝梗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率的影響均達(dá)到顯著水平;氮肥運(yùn)籌對(duì)一次枝梗結(jié)實(shí)率和二次枝梗千粒質(zhì)量的影響均達(dá)到極顯著水平;兩因素互作對(duì)二次枝梗結(jié)實(shí)率的影響達(dá)到極顯著水平,對(duì)一次枝梗結(jié)實(shí)率、二次枝梗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的影響均達(dá)到顯著水平。
在3種不同氮肥運(yùn)籌模式下,總體上L處理較P處理主要提高了二次枝梗的各項(xiàng)指標(biāo)及一次枝梗結(jié)實(shí)率。在L 方式下,與F3處理相比,F(xiàn)1處理提高了一次枝梗千粒質(zhì)量及二次枝梗數(shù)、粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量,F(xiàn)2處理提高了一次枝梗千粒質(zhì)量及二次枝梗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量;在P方式下,與F3處理相比,F(xiàn)1處理提高了一次枝梗結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量及二次枝梗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量,F(xiàn)2處理提高了二次枝梗數(shù)和千粒質(zhì)量,顯著降低了一、二次枝梗的結(jié)實(shí)率。總體來看,LF1處理提高了一、二次枝梗千粒質(zhì)量,二次枝梗數(shù)、粒數(shù),且其一次枝梗結(jié)實(shí)率也較高,從而提高了產(chǎn)量。
表4 不同處理水稻穗部性狀的比較
由表5可知,3個(gè)生育時(shí)期,耕作方式、氮肥運(yùn)籌及兩因素互作對(duì)水稻地上部干質(zhì)量的影響均不顯著。對(duì)于葉面積指數(shù)來說,灌漿期、成熟期,耕作方式分別對(duì)其影響極顯著、顯著;氮肥運(yùn)籌及兩因素互作分別對(duì)分蘗盛期、成熟期葉面積指數(shù)影響顯著、極顯著。
在3種不同氮肥運(yùn)籌模式下,除分蘗盛期外,L處理水稻地上部干質(zhì)量和葉面積指數(shù)總體上均較P處理增加,成熟期地上部干質(zhì)量增幅最大,為12.22%;灌漿期葉面積指數(shù)增幅最大,達(dá)35.65%。在F1模式下,灌漿期和成熟期L處理的葉面積指數(shù)顯著高于P處理,其他時(shí)期兩處理地上部干質(zhì)量和葉面積指數(shù)的差異均不顯著;在F2模式下,分蘗盛期L處理地上部干質(zhì)量、葉面積指數(shù)均顯著低于P處理,成熟期L 處理的葉面積指數(shù)極顯著低于P處理。在不同耕作方式下,灌漿期不同氮肥運(yùn)籌處理地上部干質(zhì)量的排序相同,均為F1>F2>F3,其他時(shí)期不同處理之間的排序均有所不同。在L方式下,分蘗盛期葉面積指數(shù)表現(xiàn)為F2>F3>F1,灌漿期表現(xiàn)為F1>F3>F2,而成熟期表現(xiàn)為F1>F3>F2;在P方式下,灌漿期和成熟期均表現(xiàn)為F3>F2>F1,而分蘗盛期表現(xiàn)為F2>F1>F3。整體來看,分蘗盛期,PF2處理地上部干質(zhì)量和葉面積指數(shù)最大。灌漿期,LF1處理地上部干質(zhì)量和葉面積指數(shù)最大。成熟期,LF3處理地上部干質(zhì)量最大,隨后依次為PF3、LF1處理;LF1處理葉面積指數(shù)最大,其次為L(zhǎng)F處理。LF1處理雖在分蘗盛期降低了葉面積指數(shù),但其葉面積增長(zhǎng)率最高,灌漿期葉面積指數(shù)達(dá)到最高,為7.08,良好的葉面積指數(shù)使其灌漿期干物質(zhì)積累量達(dá)到最高,進(jìn)而為齊穗期提供更多養(yǎng)分,為籽粒形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。
表5 不同處理水稻地上部干質(zhì)量和葉面積指數(shù)的比較
由表6可知,除分蘗盛期外,其余生育時(shí)期耕作方式對(duì)水稻葉片SPAD值的影響均達(dá)到極顯著水平;除灌漿期外,其余生育時(shí)期氮肥運(yùn)籌對(duì)水稻葉片SPAD值的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平;灌漿期,兩因素互作對(duì)水稻葉片SPAD值的影響達(dá)到極顯著水平。
表6 不同處理水稻葉片SPAD值的比較
在3種不同氮肥運(yùn)籌模式下,除分蘗盛期外,L處理水稻葉片SPAD值總體均較P處理增加,灌漿期、成熟期分別平均增加2.79、1.56。在F1模式下,分蘗盛期L處理顯著低于P處理,灌漿期和成熟期顯著高于P處理;在F3模式下,僅成熟期L處理顯著高于P處理,其他時(shí)期差異均不顯著;在F2模式下,L處理與P處理之間的差異不顯著。在不同耕作方式下,不同氮肥運(yùn)籌處理之間的SPAD值排序不同。在L方式下,分蘗盛期和灌漿期均表現(xiàn)為F1>F2>F3;在P方式下,灌漿期和成熟期均表現(xiàn)為F2>F3>F1,而分蘗盛期表現(xiàn)為F1>F2>F3??傮w來看,分蘗盛期,PF1處理水稻葉片SPAD值最大,隨后依次為L(zhǎng)F1、PF2處理;灌漿期,LF1處理最大,隨后依次為L(zhǎng)F2、PF2處理;成熟期,LF3處理最大,隨后依次為PF2、LF2處理。
由表7可知,耕作方式對(duì)稻米整精米率的影響達(dá)到極顯著水平;氮肥運(yùn)籌及兩因素互作對(duì)稻米的加工、外觀、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響均沒有達(dá)到顯著水平。
在3種不同氮肥運(yùn)籌模式下,與P處理相比,L處理總體提高了稻米糙米率、精米率、整精米率,進(jìn)而提高了稻米的加工品質(zhì)。在L方式下,與F3處理相比,F(xiàn)1處理增加了稻米糙米率、精米率、整精米率,降低了堊白度、堊白粒率、直鏈淀粉與蛋白質(zhì)含量,F(xiàn)2處理除降低了糙米率外,整體規(guī)律同F(xiàn)1處理;在P方式下,F(xiàn)1處理提高了稻米精米率、蛋白質(zhì)含量及堊白度、堊白粒率,降低了糙米率、整精米率、直鏈淀粉含量,F(xiàn)2處理降低了堊白度、堊白粒率,提高了直鏈淀粉、蛋白質(zhì)含量??傮w來看,LF1處理提高了糙米率、精米率、整精米率,降低了堊白度、堊白粒率,為最優(yōu)處理。
由表8可知,耕作方式對(duì)綜合評(píng)分的影響達(dá)到顯著水平;氮肥運(yùn)籌對(duì)食味品質(zhì)指標(biāo)的影響均未達(dá)到顯著水平;兩因素互作對(duì)綜合評(píng)分的影響達(dá)到顯著水平。
在3種不同氮肥運(yùn)籌模式下,總體上L處理較P處理提高了稻米的香氣、光澤、完整性、味道、口感及綜合評(píng)分。在L方式下,與F3處理相比,F(xiàn)1處理提高了稻米的香氣、光澤、味道、口感及綜合評(píng)分,其中綜合評(píng)分提高了3.63分;F2處理規(guī)律同F(xiàn)1處理,但綜合評(píng)分較F3處理提高了2.30分。在P方式下,與F3處理相比,F(xiàn)1處理提高了稻米的完整性,但綜合評(píng)分較F3處理低1.33分;F2處理提高了香氣、光澤及綜合評(píng)分,其中綜合評(píng)分較F3處理提高1.94分??傮w來看,LF1處理的綜合評(píng)分最高,達(dá)到82.53分,隨后依次為L(zhǎng)F2、PF2處理,PF1處理最低。
表7 不同處理稻米加工、外觀與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的比較 %
表8 不同處理稻米食味評(píng)分的比較 分
鄭華斌等[19]研究表明,水稻壟作栽培總干質(zhì)量比傳統(tǒng)栽培高16.00%,尤其以齊穗后期的干質(zhì)量差距最大。本研究結(jié)果表明,除分蘗盛期外,壟作雙深處理水稻地上部干質(zhì)量和葉面積指數(shù)總體上均較常規(guī)平作處理增加,成熟期地上部干質(zhì)量增幅最大,為12.22%;灌漿期葉面積指數(shù)增幅最大,達(dá)35.65%。壟作雙深模式可提高肥料利用率,促進(jìn)植株干物質(zhì)積累,在水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)至生殖生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期,提供了更多的養(yǎng)分。胡雅杰等[20]研究表明,在不增加氮肥用量的前提下,通過適當(dāng)提高基肥比例(基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶3∶3),可提高干物質(zhì)積累量、氮素積累量和氮肥利用效率。蔣明金等[21]也得到了相似的結(jié)果。本研究中穗氮前移基施和調(diào)節(jié)氮前移基施均為提高基肥比例的方法,得出的結(jié)果與前人研究結(jié)果基本一致。
高明等[22]研究表明,稻田長(zhǎng)期免耕較常規(guī)平作可增產(chǎn)10.30%。鄭華斌等[19]研究表明,壟作梯式下水稻有效穗數(shù)較傳統(tǒng)稻作提高12.00%~20.00%,穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量的差異不顯著,產(chǎn)量提高24.20%。本研究中壟作雙深處理較常規(guī)平作處理對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響結(jié)果與前人一致,但增產(chǎn)幅度稍有不同,增產(chǎn)幅度為19.66%。氮肥運(yùn)籌在特定的比例下可以達(dá)到增產(chǎn)的效果,但對(duì)施氮比例的研究結(jié)果卻不盡一致。劉紅江等[23]研究表明,前氮后移與常規(guī)氮肥運(yùn)籌相比,對(duì)水稻產(chǎn)量、氮素累積量和氮素籽粒生產(chǎn)效率的影響不大。本研究結(jié)果表明,與常規(guī)施肥相比,穗氮前移基施與調(diào)節(jié)氮前移基施總體上均降低了產(chǎn)量,但差異不顯著,有待進(jìn)行深入研究分析。
張自常等[24]研究表明,畦溝灌溉和干濕交替灌溉不僅可提高水稻產(chǎn)量,而且可提高稻米的加工品質(zhì),降低堊白度與堊白粒率。本研究結(jié)果表明,與常規(guī)平作處理相比,總體上壟作雙深處理提高了稻米的加工和食味品質(zhì),但對(duì)外觀和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響不大。李廣宇[25]研究表明,前氮后移處理提高了抽穗后干物質(zhì)積累量,降低了干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率,因此,整精米率比常規(guī)施肥處理提高了4.4%~9.9%;前氮后移處理主要增加了抽穗后的氮積累量,對(duì)抽穗前氮的同化量、轉(zhuǎn)運(yùn)量影響不顯著,所以蛋白質(zhì)含量并沒有顯著增加;前氮后移對(duì)堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉含量、食味品質(zhì)的影響也不顯著。本研究結(jié)果表明,調(diào)節(jié)氮前移基施處理降低了稻米的加工品質(zhì),同時(shí)降低了堊白度及堊白粒率,提高了食味品質(zhì),對(duì)前人研究進(jìn)行了補(bǔ)充。胡群等[26]研究表明,稻米的糙米率、精米率和整精米率均隨著基蘗肥比例的降低而逐漸增加;直鏈淀粉含量和膠稠度均隨著基蘗肥比例的降低而逐漸減小,但蛋白質(zhì)含量變化趨勢(shì)相反,后期施氮量大時(shí)蛋白質(zhì)含量增大;堊白粒率和堊白度均隨著基蘗肥比例的降低呈先增加后減小的趨勢(shì)。本研究結(jié)果表明,稻米的糙米率、精米率和整精米率隨著基蘗肥比例的升高表現(xiàn)不一,調(diào)節(jié)氮前移基施處理與前人研究結(jié)果一致,但穗氮前移基施處理相反,說明影響加工品質(zhì)的因素不僅是基蘗肥比例,還應(yīng)注重在水稻生育關(guān)鍵時(shí)期的追肥。