水肥一體化條件下氮肥類型對水稻生理指標(biāo)及產(chǎn)量的影響

葉振威，竇超銀，劉 健，曹 亮，周明耀

(1.揚(yáng)州大學(xué) 水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院， 江蘇 揚(yáng)州 225009；2.泰州市姜堰區(qū)水利局， 江蘇 泰州 225500)

水肥一體化技術(shù)可根據(jù)作物對水肥的需求，借助管道灌溉系統(tǒng)將易被作物吸收利用的養(yǎng)分適時(shí)適量地輸送到作物根系附近，具有節(jié)水、節(jié)肥、省工、高效的優(yōu)點(diǎn)，能夠顯著提高作物產(chǎn)量并改善品質(zhì)[1]，已成為國家推動(dòng)實(shí)施化肥施用量零增長行動(dòng)，提高水肥資源利用效率的主要技術(shù)措施。研究者們通過水肥一體化技術(shù)試驗(yàn)示范，在不同區(qū)域、不同作物開展系列試驗(yàn)研究。然而，目前關(guān)于水肥一體化的研究主要集中于經(jīng)濟(jì)作物并建立在滴灌系統(tǒng)上，研究方向包括水肥一體化與傳統(tǒng)施肥方式的比較[2]、水肥一體化技術(shù)對經(jīng)濟(jì)作物生長及品質(zhì)的影響[3-4]、滴灌水肥一體化設(shè)備的開發(fā)[5]。以往由于稻田管網(wǎng)化程度相對較低，缺乏水肥一體化必要的硬件條件，因此，關(guān)于稻田水肥一體化技術(shù)研究較少。近年來，隨著高效節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展，尤其是國家“十三五”期間進(jìn)一步新增6.667×106ha高效節(jié)水灌溉面積，管道輸水灌溉技術(shù)在稻田地區(qū)得到大力推廣，為水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件，與之配套的水稻水肥一體化技術(shù)缺乏則成為迫切需要解決的問題。

水肥一體化技術(shù)不是單一的肥料制度或者灌溉制度，而是灌溉與施肥統(tǒng)一起來的水肥制度。其中氮肥對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)有著重要影響，本文首先對水肥一體化氮肥類型展開研究。目前稻田使用氮肥類型比較單一，主要是尿素和碳酸氫銨，硫酸銨的施用比例較低[6]，少部分地區(qū)也有施用氯化銨、脲銨等。傳統(tǒng)施肥以人工撒施為主，容易造成施肥不均勻，水肥一體化改變了氮素在田間的濃度、溫度、遷移、轉(zhuǎn)化條件，影響到氮素存在形式和活度等，從而影響水稻對氮素的吸收和生長，因此，氮肥類型的選擇是水稻水肥一體化合理應(yīng)用的關(guān)鍵之一。本文以江蘇地區(qū)中稻為對象，研究水肥一體化條件下氮肥類型對水稻生理指標(biāo)以及產(chǎn)量的影響，為水稻水肥一體化適宜氮肥類型的選擇提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于江蘇省泰州市沈高鎮(zhèn)河橫生態(tài)園，試驗(yàn)土壤為潴育型水稻土，壤質(zhì)粘性。0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量32.13 g/kg、全氮0.98 g/kg、速效磷61.54 mg/kg、速效鉀164.27 mg/kg，pH為6.72。當(dāng)?shù)厮A(chǔ)設(shè)施完善，作物種植以稻麥輪作為主，在江蘇地區(qū)具有一定代表性。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年和2017年進(jìn)行，供試水稻品種為寧粳7號，采用盆栽試驗(yàn)，試驗(yàn)盆缽規(guī)格25 cm(內(nèi)徑)×32 cm(高)，每盆裝10 kg過篩耕層土，盆栽每桶用苗3穴，每穴2株。試驗(yàn)以當(dāng)?shù)爻Ｓ玫暑愋蜑樵囼?yàn)因素，設(shè)4個(gè)肥料類型處理(見表1)，其中氯化銨和硫酸銨為銨態(tài)氮肥，尿素為酰胺態(tài)氮肥，脲銨同時(shí)含有銨態(tài)氮和酰胺態(tài)氮?？紤]到部分測定內(nèi)容為破壞性取樣，每個(gè)處理設(shè)置6次重復(fù)，由于本次試驗(yàn)優(yōu)先對肥料類型展開研究，所以氮肥用量和施肥比例暫時(shí)參照當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施肥水平，各處理純氮量一致，折施純氮270 kg/hm2，純鉀和純磷為100 kg/hm2，氮肥施肥比例為基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶2∶3，鉀肥和磷肥作基肥一次性施入。追肥方式采用人工模擬水肥一體化，將肥與水按照1∶100比例充分溶解隨灌溉水施入；試驗(yàn)管理同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)田間管理一致。

表1 盆栽試驗(yàn)肥料類型設(shè)計(jì)

1.3 測定內(nèi)容與方法

株高、分蘗數(shù)：對每個(gè)處理選定代表性植株用標(biāo)牌做標(biāo)記，在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期用直尺量取株高；分蘗數(shù)每隔5 d統(tǒng)計(jì)一次。

葉綠素含量(SPAD)：測試期下午3∶00～4∶00對每個(gè)處理選定植株采用日本產(chǎn)SPAD-502 PLUS便攜式葉綠素計(jì)定期測定葉片葉綠素含量。

葉面積指數(shù)：分別在分蘗中期、分蘗末期、拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期采用長寬法觀測。

干物質(zhì)量：在不同生育期取整株水稻，洗凈后將葉、莖鞘、穗分裝，于105℃烘箱中殺青30 min再降溫至75℃恒溫烘48 h后稱取干物質(zhì)量。

產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素：成熟期統(tǒng)計(jì)穗長、穗重、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量。

數(shù)據(jù)分析方法：采用Excel 2003以及SPSS19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥類型對水稻莖蘗消長的影響

不同氮肥處理對水稻分蘗期莖蘗數(shù)影響如表2所示，分蘗初期，氯化銨(F1)、硫酸銨(F2)以及尿素(F3)處理組莖蘗數(shù)差異不顯著，三個(gè)處理莖蘗數(shù)均高于脲銨(F4)處理組，且與脲銨處理組差異達(dá)顯著水平；分蘗中期尿素(F3)處理組莖蘗數(shù)最少，為17個(gè)，氯化銨(F1)處理組莖蘗數(shù)最多，達(dá)到21個(gè)，高出尿素處理組24%，差異顯著，硫酸銨(F2)處理組與氯化銨處理組莖蘗數(shù)接近，顯著高于脲銨(F4)處理組；分蘗末期，氯化銨(F1)和硫酸銨(F2)處理組莖蘗數(shù)均為20個(gè)，尿素(F3)和脲銨(F4)處理莖蘗數(shù)接近，較氯化銨和硫酸銨處理組少10%，且差異達(dá)到顯著水平。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，不同形態(tài)氮肥對水稻莖蘗數(shù)能產(chǎn)生顯著影響，銨態(tài)氮肥相較于酰胺態(tài)氮肥更能夠促進(jìn)水稻分蘗，可能的原因在于銨態(tài)氮肥相較于其他類型肥料更有利于水稻根系的吸收，利于分蘗數(shù)的形成。

表2 氮肥類型對水稻分蘗期莖蘗數(shù)的影響

2.2 氮肥類型對水稻株高的影響

從圖1可以看出，各處理組株高增長先快后慢，于抽穗期(9/21)達(dá)到最大，最大株高為F1處理組，株高為92.7 cm，最小株高為F4處理組，株高為82.3 cm。不同處理間，返青期株高差異不大，隨著作物生長，在拔節(jié)期和抽穗期，氯化銨(F1)和硫酸銨(F2)處理組株高相近，始終大于尿素(F3)和脲銨(F4)處理，且差異顯著，脲銨處理株高最小。試驗(yàn)結(jié)果表明銨態(tài)氮肥(氯化銨、硫酸銨)有利于株高生長，因?yàn)椴煌螒B(tài)氮肥在土壤中的轉(zhuǎn)化過程存在差異，氮肥中的陰離子會在一定程度上影響氮肥的轉(zhuǎn)化過程，從而影響作物對氮素的吸收利用。以往的研究結(jié)果已經(jīng)表明，適當(dāng)?shù)脑黾铀局旮呖梢蕴岣咚镜挠行霐?shù)、穗粒數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)和產(chǎn)量[7]，在水肥一體化條件下，施用銨態(tài)氮肥有利于獲得較高植株，為生長打下基礎(chǔ)。

圖1氮肥類型對水稻株高的影響

2.3 氮肥類型對葉片葉綠素含量的影響

由表3可知，拔節(jié)期尿素(F3)處理組植株葉片葉綠素含量最高，脲銨(F4)處理組葉片葉綠素含量最低，尿素和脲銨處理組之間差異顯著；抽穗期氯化銨(F1)處理組葉綠素含量最低，脲銨(F4)處理組葉綠素含量最高，氯化銨處理組葉綠素含量比脲銨處理組葉綠素含量低6.19%，兩個(gè)處理之間差異達(dá)顯著水平；成熟期硫酸銨(F2)處理組葉綠素含量最高，氯化銨(F1)處理組葉綠素含量最低，各處理葉片葉綠素含量差異不顯著。在不同生育期，硫酸銨處理組葉綠素含量均高于氯化銨處理組，說明硫酸銨比氯化銨更有利于水稻葉綠素的合成。

表3 氮肥類型對水稻葉片葉綠素含量的影響

注：同列不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)；下同。

2.4 氮肥類型對水稻葉面積指數(shù)的影響

不同處理葉面積指數(shù)如圖2所示，各處理組葉面積指數(shù)從分蘗中期開始逐漸增大，到分蘗末期出現(xiàn)明顯分化，說明不同肥料對水稻植株生長的影響開始表現(xiàn)出來；從分蘗末期到抽穗期，植株葉面積指數(shù)的分化加劇，銨態(tài)氮肥處理組葉面積指數(shù)顯著高于其他處理組，這種分化是由于不同氮肥造成的水稻植株株型的差異產(chǎn)生的，水稻株高越高，分蘗數(shù)越多，株型越大，越易獲得較高的葉面積。葉面積指數(shù)在抽穗期達(dá)到最大，抽穗期各處理葉面積指數(shù)大小關(guān)系為氯化銨(F1)>硫酸銨(F2)>尿素(F3)>脲銨(F4)，氯化銨和硫酸銨處理之間差異不明顯，但顯著高于尿素和脲銨處理組。

圖2氮肥類型對水稻葉面積指數(shù)的影響

2.5 氮肥類型對水稻地上部分干物質(zhì)量的影響

從表4可以看出，水稻干物質(zhì)的積累主要在抽穗期之后完成，分蘗期和拔節(jié)期尿素(F3)處理組干物質(zhì)量最小，其他處理組干物質(zhì)量接近；抽穗期干物質(zhì)量氯化銨(F1)>硫酸銨(F2)>尿素(F3)>脲銨(F4)且這種大小關(guān)系延續(xù)到成熟期，成熟期氯化銨處理組干物質(zhì)量為152.9 g/穴，脲銨處理組干物質(zhì)量為127.6 g/穴，氯化銨處理組干物質(zhì)量比脲銨處理組高19.8%，差異顯著。銨態(tài)氮肥在不同生育階段均表現(xiàn)出較高的干物質(zhì)積累，原因在于水稻對不同氮肥的吸收存在差異，銨態(tài)氮肥促進(jìn)了水稻分蘗和植株生長，水稻植株同化的物質(zhì)多。

表4 氮肥類型對水稻干物質(zhì)量的影響

2.6 不同氮肥處理對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

測產(chǎn)結(jié)果如表5所示，可以看出：不同處理產(chǎn)量大小關(guān)系為硫酸銨(F2)>氯化銨(F1)>尿素(F3)>脲銨(F4)，硫酸銨處理組產(chǎn)量最高，為95.6 g/盆，比氯化銨、尿素和脲銨處理組產(chǎn)量分別高1.92%、26.3%和26.5%，銨態(tài)氮肥和酰胺態(tài)氮肥產(chǎn)量差異顯著。不同氮肥處理通過對水稻生理形態(tài)的影響來影響水稻產(chǎn)量構(gòu)成最終會影響水稻的產(chǎn)量,其中穗粒數(shù)對產(chǎn)量直接作用最大，其次為有效穗數(shù)[8]，銨態(tài)氮肥處理組(氯化銨、硫酸銨)有效穗數(shù)、穗長、穗粒數(shù)均高于尿素(F3)和脲銨(F4)處理組，所以銨態(tài)氮肥處理組產(chǎn)量高于尿素和脲銨處理組；氯化銨處理有效穗數(shù)和穗長均優(yōu)于硫酸銨處理，穗重和穗粒數(shù)低于硫酸銨處理組，但差異都不顯著，硫酸銨處理組結(jié)實(shí)率顯著高于氯化銨處理組，直接造成硫酸銨處理產(chǎn)量高于氯化銨處理。氯化銨處理組分蘗數(shù)、葉面積指數(shù)以及干物質(zhì)量均高于硫酸銨處理組，產(chǎn)量卻低于硫酸銨處理組，原因在于水稻產(chǎn)量不僅僅取決于植株光合作用積累的干物質(zhì)量，還得看光合產(chǎn)物分配到籽粒中的比例，氯化銨處理組葉面積過大，植株本身生長吸收的營養(yǎng)較多，灌漿期葉綠素含量較低，造成灌漿不充分，結(jié)實(shí)率低于硫酸銨處理組，從而產(chǎn)量低于硫酸銨處理組。尿素處理組有效穗數(shù)多于脲銨處理組，但脲銨處理組在穗重和千粒重上均優(yōu)于尿素處理組，這與前人的研究結(jié)果一致[9],說明脲銨氮肥相對于尿素有助于改善水稻穗粒結(jié)構(gòu)。

表5 盆栽試驗(yàn)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

3 討 論

農(nóng)田中氮肥損失主要途徑有氨揮發(fā)、硝化-反硝化、淋洗和徑流，其中氨揮發(fā)損失可以達(dá)到施氮總量的40%，水稻田間試驗(yàn)得到的表觀硝化-反硝化損失率為16%～41%[10]。試驗(yàn)追肥過程主要在7、8月份進(jìn)行，溫度較高，脲酶活性強(qiáng)，尿素分子能夠快速轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化的過程中，會有更多氨的揮發(fā)損失和硝化反應(yīng)損失，因此尿素處理能被植株吸收利用的氮素并不多，從而造成處理生理指標(biāo)及產(chǎn)量在所有處理中表現(xiàn)較差。有研究表明，不同氮肥在土壤中硝化作用大小為：尿素>硫酸銨>氯化銨[11]，氯化銨和硫酸銨對農(nóng)田硝化作用的抑制強(qiáng)于尿素，氮源能長時(shí)間以NH4+-N的形式存在，在農(nóng)田水面形成較高的氮素濃度，有利于作物吸收利用。脲銨既包含酰胺態(tài)氮肥也含有銨態(tài)氮肥，肥效介于兩種形態(tài)氮肥之間。值得重視的是，長期施用單一類型氮肥如氯化銨或硫酸銨，對土壤理化性質(zhì)造成的影響。

4 結(jié)論與展望

氯化銨和硫酸銨能夠改善水稻植株形態(tài)，有助于促進(jìn)水稻分蘗和株高生長，使得植株葉面積增大，有利于干物質(zhì)的積累，為植株生長和產(chǎn)量形成打下良好基礎(chǔ)，相較于氯化銨，硫酸銨有利于水稻植株葉綠素的合成，提升結(jié)實(shí)率。氯化銨和硫酸銨在有效穗數(shù)、穗長、穗粒數(shù)均高于尿素和脲銨處理組，有利于水稻穗粒結(jié)構(gòu)的改善；硫酸銨處理組在穗粒結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量上均優(yōu)于其他處理組，綜合考慮產(chǎn)量和外在形態(tài)，硫酸銨是實(shí)施水稻水肥一體化技術(shù)的理想氮肥品種。

南方平原地區(qū)勞動(dòng)力緊張，傳統(tǒng)水稻肥料投放方案均以減少投放次數(shù)，節(jié)省人工為出發(fā)點(diǎn)，水肥一體化改變了傳統(tǒng)的施肥方式，采用水肥一體化，并不會增加額外的勞動(dòng)力，在研究稻田水肥一體化時(shí)，可以結(jié)合水稻營養(yǎng)需求規(guī)律，改變傳統(tǒng)的施肥次數(shù)和施肥比例，在水肥一體化的肥料用量上也可做進(jìn)一步研究，這些方面也是筆者接下來的研究方向。