減磷施肥對寒地水稻干物質生產及產量的影響

魏媛媛，司 洋，劉夢紅，張興梅，趙海成，李紅宇*，鄭桂萍，呂艷東

(1黑龍江八一農墾大學， 大慶 163319；2大慶市薩爾圖區(qū)農業(yè)局， 大慶 163319)

磷是水稻生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素之一[1]，對水稻產量有著重要的影響。目前，我國農業(yè)生產中磷肥當季利用效率只有5%—20%，磷肥除大部分被土壤固定外，其余主要通過地表徑流、侵蝕或淋溶而損失[2]。隨著人們對磷肥的重視和施用量的增加，我國農田磷平衡的盈余趨勢不斷擴大，過量施用磷肥使磷肥利用率降低，作物產量下降，導致土壤中磷素大量積累[3-6]，并引發(fā)水體富營養(yǎng)化等嚴重的環(huán)境問題[7-8]。我國北方地區(qū)水稻生長前期土壤溫度較低，限制了土壤中磷素的轉化，使土壤磷素的有效性下降[9]。因此，如何在減少磷肥用量的前提下提高其利用率是當前亟待解決的問題。近年來，國內外學者對減量施肥進行了較多研究，在土壤速效磷含量較高的條件下，減磷的可行性和效果已有一些研究[10-12]。王美娥等[13]研究表明，在一定范圍內，磷肥不同施用量對水稻群體和產量有影響，增施磷肥能顯著增強水稻分蘗能力，提高水稻單株成穗率；水稻穗數(shù)、千粒重及產量也隨磷肥施用量的增加呈先增加后減小的趨勢。付立東等[14]研究表明，適量增施磷肥可以提高耕層土壤中速效磷的含量，增加水稻單位面積有效穗數(shù)、葉面積指數(shù)、高效葉面積率、干物質產量，但增施到一定值時會阻礙水稻的生長發(fā)育，降低水稻產量。段然等[15]研究表明，減量施用磷肥可降低徑流中的磷素流失量，從源頭上減少磷排放，阻止其進入水體，是控制農業(yè)面源污染的關鍵。另外，不同的施肥比例能表現(xiàn)出較高的物質生產能力，有利于提高產量。司洋等[16]研究表明，當鉀肥基穗施肥比例為5∶5時，水稻產量最高，提高了7.9%—8.9%。目前，關于減磷施肥和配比施肥對提高作物產量及磷肥利用率的研究較少。本試驗在減量施磷條件下，通過將部分磷肥前移至苗田水稻移栽前準備期施用，肥料隨插秧過程集中分布于根系附近，增加返青期局部土壤肥料濃度，研究不同施磷量及苗田與本田磷肥分配比例對寒地水稻干物質生產、根部性狀、光合特性及產量的影響，為實現(xiàn)寒地水稻高產、高效、優(yōu)質栽培提供理論依據(jù)與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2017年在大慶市黑龍江八一農墾大學寒地作物遺傳育種與栽培重點實驗室試驗地進行，該地區(qū)屬東北半濕潤-半干旱草原-草甸鹽漬區(qū)，年日照時數(shù)2 726 h，無霜期143 d，年平均氣溫4.2℃，夏季平均氣溫23.3℃，農作物生長發(fā)育期氣溫日差達10℃以上，年降水量 427.5 mm，年蒸發(fā)量1 635 mm。采用盆栽試驗，盆缽高30 cm，上直徑30 cm，下直徑25 cm，每盆裝土12 kg。供試土壤為白漿土，堿解氮含量 200.76mgkg，有效磷含量16.72mgkg，速效鉀含量 112.50 mgkg，有機質含量35.54mgkg，pH 5.785。

供試水稻品種為‘墾粳8’，普通型粳稻，主莖13片葉，株高94.3 cm左右，穗長17.9 cm左右，千粒重23.8g左右，生育期142 d左右，需≥10 ℃活動積溫2 650 ℃左右。供試肥料為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O543%)和硫酸鉀(K2O 50%)。

1.2 試驗設計

采用磷肥量、苗田與本田磷肥分配比例二因素完全隨機試驗設計。施磷量設置3個處理水平，A1(常規(guī)施磷)、A2(減磷15%)、A3(減磷30%)；苗田與本田磷肥分配比例設置3個處理水平，B1：0∶100、B2：20∶80、B3：40∶60。4月17日播種，5月25日移栽，共9個處理，各處理磷肥用量及苗田與本田磷肥分配比例見表2。磷肥在移栽前4 d均勻撒施在秧盤上，施后適量澆水，使得肥料黏于土面，施磷量以用苗量540盤hm2計算；本田部分50%作為基肥，50%作穗肥。

表1 試驗因素及水平

1.3 測定項目及方法

干物質與葉面積：于齊穗期取樣，根據(jù)平均莖數(shù)每處理取3穴， 即3次重復，采用長寬系數(shù)法測定植株葉面積，將樣品置于105 ℃殺青30min，80 ℃烘干至恒重，考察植株各部分干重。

根系形態(tài)參數(shù)及根系活力：于水稻分蘗盛期取長勢一致的水稻植株，用于根系形態(tài)參數(shù)的測定。新鮮水稻根系先用蒸餾水沖洗干凈，將根系平鋪在根系專用放置盤中，加水使水層保持在5—6mm，用牙簽將每條不定根單獨分開，用根系形態(tài)專用掃描儀(Microtek ScanMaker i800)數(shù)字化掃描，用根系形態(tài)分析專用軟件(WinRHIZO_Pro V2007d，Regent Instrument Inc.,Canada)分析總根長、總根面積、總根體積、平均根系直徑、根尖數(shù)、交叉數(shù)等根系形態(tài)參數(shù)，取3次重復試驗的平均值。

光合指標：于水稻分蘗期選擇晴朗無風的天氣，在上午09：00—11：00每處理測定3片倒二葉。使用美國PPSYSTEMS公司生產的CIRAS-3型號便攜式光合測定系統(tǒng)測定水稻劍葉的凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導度(Gs)等光合作用指標。 測定時葉片溫度為(25.5±2.0)℃，空氣相對濕度維持在45%左右。光強設置為1 500μmol(m2·s)的固定紅藍光源，為避免測定時環(huán)境CO2濃度變化對測定結果產生干擾，將儀器的進氣口與裝有恒定CO2濃度的鋼瓶相接。

產量及其構成因素：于水稻成熟期連續(xù)調查10穴，計算平均莖數(shù)，每處理按照平均穗數(shù)取4穴，進行考種?？挤N項目包括：每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結實率和千粒重等。將各處理水稻植株收獲后自然陰干(不要暴曬)至恒重后，將莖葉及籽粒分開后稱重，計算理論產量。

1.4 統(tǒng)計分析

運用Excel 2003軟件錄入數(shù)據(jù)并計算，采用DPS 7.05軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 干物質生產的比較

由表2可見，齊穗期水稻葉面積和高效葉面積在不同施磷量處理間差異顯著(F=5.03*、F=5.23*)，呈A1>A2>A3的趨勢，其中A1處理顯著或極顯著高于A3處理，增幅分別為10.74%和12.66%，而干物重在不同施磷量處理間差異不顯著。水稻葉面積在不同苗田與本田磷肥分配比例處理間差異極顯著(F=10.26**)，B3處理極顯著高于B1處理，增幅為15.98%，B2與B3處理間差異不顯著。施磷量和磷肥分配比例處理間二因素互作的干物重差異極顯著(F=6.26**)，水稻齊穗期的干物重在A1處理中以B1處理最高，顯著高于B3處理，增幅為13.75%；A2施磷量處理下，干物重B2和B3處理顯著高于B1處理，增幅14.32%；干物重在A3處理中以B3處理最高，B3處理顯著高于B1處理，增幅為23.15%(圖1)。

表2 水稻齊穗期葉面積和干物質積累量的比較

2.2 根部性狀的比較

由表3可見，分蘗盛期水稻根長在不同施磷量處理間差異顯著(F=3.70*)，呈A1>A3>A2的趨勢，A1處理顯著高于A2處理，增幅為15.66%；根長在不同苗田與本田磷肥分配比例處理間差異不顯著。水稻根表面積在不同施磷量處理間差異顯著(F=3.67*)，呈A1>A2>A3的趨勢，A1處理顯著高于A3處理，增幅為15.65%；根表面積在不同苗田與本田磷肥分配比例處理間差異顯著(F=5.80*)，呈B2>B3>B1的趨勢，B2處理顯著高于B1處理，增幅為23.56%。水稻根尖數(shù)在不同施磷量處理間差異顯著(F=3.99*)，呈A1>A3>A2的趨勢，A1處理顯著高于A2處理，增幅為16.14%。水稻根分叉數(shù)在不同施磷量處理間差異顯著(F=4.07*)，呈A1>A3>A2的趨勢，A1處理顯著高于A2處理，增幅為21.25%。由圖2可見，施磷量和磷肥分配比例處理間二因素互作的根長差異顯著(F=3.87*)，根長在A1處理中差異不顯著，在A2處理中以B3處理最高，顯著高于B1處理，增幅為34.86%，根長在A3處理中以B2處理最高，顯著高于B3處理，增幅為31.95%。施磷量和磷肥分配比例處理間二因素互作的根尖數(shù)差異極顯著(F=5.22**)，在A1處理中差異不顯著，在A2處理中以B3處理最高，顯著高于B1處理，增幅為30.21%，根尖數(shù)在A3處理中以B2處理最高，極顯著高于B3處理，增幅為43.32%。施磷量和磷肥分配比例處理間二因素互作的根分叉數(shù)差異顯著(F=4.46*)，在A1處理中差異不顯著，在A2處理中以B3處理最高，顯著高于B1處理，增幅為41.32%，根分叉數(shù)在A3處理中以B2處理最高，顯著高于B3處理，增幅為40.59%。

表3 水稻分蘗盛期各處理根系性狀特征比較

2.3 光合特性的比較

由表4可見，水稻分蘗期凈光合速率、胞間CO2濃度和氣孔導度在不同施磷量處理間差異均不顯著(F=1.88、F=1.15、F=0.39)；凈光合速率、胞間CO2濃度和氣孔導度在不同磷肥分配比例處理間差異均不顯著(F=1.60、F=3.02、F=2.55)。

表4 水稻分蘗期各處理光合作用的比較

2.4 產量及其構成因素的比較

由表5可見，水稻穗數(shù)在不同施磷量處理間差異顯著(F=3.83*)，呈A2>A1>A3的趨勢，A2處理顯著高于 A3處理，增幅為5.03%；穗數(shù)在不同磷肥分配比例處理間差異極顯著(F=15.05**)，呈B3>B2>B1趨勢，B3處理極顯著高于B1處理，增幅為9.76%。水稻穗粒數(shù)在不同施磷量處理間差異極顯著(F=8.99**)，呈A1>A2 >A3的趨勢，A1處理極顯著高于 A3處理，增幅為6.49%；穗粒數(shù)在不同磷肥分配比例處理間差異極顯著(F=30.22**)，呈B3>B2>B1趨勢，B3處理極顯著高于B1處理，增幅為12.13%。水稻結實率在不同施磷量處理間差異不顯著；結實率在不同磷肥分配比例處理間差異極顯著(F=8.88**)，呈B3>B2>B1趨勢，B3處理極顯著高于B1處理，增幅為2.63%。水稻千粒重在不同施磷量和磷肥分配比例處理間差異不顯著。水稻產量在不同施磷量處理間差異顯著(F=5.47*)，呈A1>A2>A3的趨勢，A1處理顯著高于A3處理，增幅為8.26%；產量在不同磷肥分配比例處理間差異極顯著(F=43.79**)，呈B3>B2>B1趨勢，B3處理極顯著高于B1處理，增幅為27.47%(圖3)。

表5 水稻產量及其構成因素的比較

3 討論與結論

關于水稻減磷施肥方面已有大量研究。李武等[18]研究表明，減量施磷處理可以提高華南早晚兼用型水稻的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結實率，進而增加產量。龔海青等[19]研究表明，磷肥后移及減量30%處理不僅能降低磷肥投入量，還有助于提高磷肥的利用率，減量施肥對水稻產量無顯著影響，適當減少磷肥使用量并且在孕穗期適當追施磷肥可維持水稻正常產量。易均等[20]研究表明，磷肥施用量降低30%時會導致水稻減產。林曉穎等[21]研究表明，隨著磷肥施用量的增加，水稻有效分蘗數(shù)量和結實率均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，說明過量施用磷肥不利于水稻的生長；從千粒重上看，增施磷肥能促進干物質的積累，但過多施用效果不佳。本研究表明，減磷15%和減磷30%處理，水稻葉面積、高效葉面積、干物重及根部性狀顯著低于常規(guī)施磷，在減磷15%處理下穗數(shù)明顯增加，減磷30%處理下穗粒數(shù)和產量極顯著或顯著降低，但可以有效增加結實率，穗數(shù)、結實率的增加是增產的主要原因。這表明減磷量小于15%，磷素的供應仍能滿足群體生產需求，實現(xiàn)不減產，該結果部分與前人研究結果不同，可能與試驗地的基礎條件和參試品種的肥料利用特性有關，尚需進一步研究。

基蘗肥隨插秧過程集中施肥或同步施入是提高肥料利用率的重要途徑。龍繼銳等[22]研究表明，機械精量穴直播和定位條施肥均有利于水稻穩(wěn)健生長，增加有效穗和每穗粒數(shù)，提高產量。楊成林等[23]研究表明，在減氮小于10%條件下，寒地水稻產量顯著高于常規(guī)栽培，較高的穗數(shù)和穗粒數(shù)是其增產的主要原因，減氮后水稻氮素籽粒生產效率、氮素干物質生產效率和氮肥的偏生產力均有所提高。白雪等[24]研究表明，側深施肥可以有效增加水稻穗數(shù)，且對于每穗粒數(shù)、結實率和千粒重無不利影響，從而增加產量。本研究將部分磷肥由大田前移至苗田，隨插秧過程進入田間，集中分布于根系附近，增加局部土壤肥料濃度，結果表明：水稻葉片光合特性在苗田與本田磷肥分配比例20∶80處理間無顯著差異，根長、根表面積、根體積及根直徑在磷肥分配比例20∶80處理間最佳，葉面積、高效葉面積、干物重、穗數(shù)、穗粒數(shù)、結實率、千粒重及產量極顯著高于磷肥分配比例0∶100處理。即在苗田與本田磷肥分配比例40∶60處理下，水稻干物質生產及產量達到最高水平，具有明顯的增產效果。常規(guī)施磷配比苗田與本田磷肥分配比例40∶60下集中施用磷肥有利于產量構成因素的協(xié)調發(fā)展，使水稻產量明顯提高，進而提高肥料利用率。

綜上，施磷量和苗田與本田磷肥分配比例二因素互作的水稻葉面積、高效葉面積、根表面積、根體積、根直徑、光合特性及產量構成因素均不顯著；干物重、根長、根尖數(shù)及根分叉數(shù)互作顯著或極顯著。減磷15%和減磷30%處理下，采用苗田與本田磷肥分配比例20∶80或40∶60，可獲得較高的干物重；常規(guī)施磷條件下，采用苗田與本田磷肥分配比例40∶60，可獲得較高的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及產量，較高的穗數(shù)、穗粒數(shù)以及干物質積累量是增產的主要原因。