點深施肥對寒地水稻產(chǎn)量品質(zhì)及氮肥利用率的影響

李紅宇,李 逸,趙海成,劉夢紅,鄭桂萍,呂艷東,范名宇

(1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,黑龍江 大慶 163319;2. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 黑龍江省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點實驗室,黑龍江 大慶 163319)

氮素是影響水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量、品質(zhì)最敏感的因素之一[1]。中國水稻生產(chǎn)的氮肥消耗量約占世界水稻氮肥總消耗量的37%[2],但氮肥吸收利用率只有30%～35%[3-4]。黑龍江省水稻種植面積達5.33×105hm2,氮肥吸收利用率為20%左右,農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力分別約為10,40 kg/kg[5]。合理施氮是實現(xiàn)水稻優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和高效利用的關(guān)鍵措施[6-7]。氮肥的盲目性增施、運籌不合理及施用方式不當(dāng)是當(dāng)前氮肥利用效率低下的主要原因,并引起一系列環(huán)境問題,嚴(yán)重影響農(nóng)田的可持續(xù)利用[8]。研究建立水稻科學(xué)高效施肥技術(shù)對于節(jié)約養(yǎng)分資源、保護生態(tài)環(huán)境與促進水稻可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。“育苗移栽”是當(dāng)前寒地水稻的主要栽培模式[9-10],其基肥施用方式為全層施肥,分蘗肥施用方式為表施。但以上施肥方法通過淋洗、土壤固定、氨揮發(fā)和移栽前排水往往造成肥料損失嚴(yán)重。為了克服全層施肥的缺陷,學(xué)者們做了諸多有益的探索,如近年來黑龍江墾區(qū)推廣的“水稻側(cè)深施肥”技術(shù),其基肥隨移栽作業(yè)同步進行,肥料施于苗帶側(cè)3 cm,深度5 cm的土壤中,呈線條分布。相對全層施肥,側(cè)深施肥能夠減少氮素的損失,在根系周圍形成濃度較高的肥區(qū),一定程度上實現(xiàn)了根區(qū)施肥的要求,產(chǎn)量和肥料利用率均有所提高[11]。鄭桂萍等[12]比較了水稻“旱平壟作雙側(cè)雙深栽培模式”與常規(guī)全層施肥的實施效果,認(rèn)為壟上苗帶雙側(cè)雙深分層施肥可減少施肥量5%～10%,增產(chǎn)5%以上,肥料利用率顯著提高。李金峰等[13]對水稻條帶旋耕、苗帶集中施肥的研究結(jié)果表明,苗帶不同耕層土壤的速效養(yǎng)分含量均高于常規(guī)栽培,尤以中下層更為明顯,能夠顯著提高肥料利用率和稻谷產(chǎn)量,穗數(shù)與穗粒數(shù)協(xié)同增加是其獲得高產(chǎn)的主要原因。徐萬里等[14]的研究結(jié)果也顯示,深施肥可以顯著降低氮肥的氨揮發(fā)損失速率和損失量,氨揮發(fā)的持續(xù)時間也相應(yīng)縮短,其原因是土壤膠體富含陰離子,深施的銨態(tài)氮肥通過土壤膠體的吸附作用以及土壤的陽離子交換能力被土壤固定,以降低土壤水中銨態(tài)氮濃度來減少氨揮發(fā)損失量。以農(nóng)民常用的氮肥碳銨和尿素作水稻基肥為例,表施時氮肥利用率只有20%～30%,氮揮發(fā)及流失損失卻高達50%～70%,氮肥深施能有效提高氮肥利用率至26%～38%,減少損失至38%～51%[15]。莫釗文等[16]通過大田試驗研究也認(rèn)為,肥料深施可以顯著提高作物對養(yǎng)分的吸收量,改善稻米品質(zhì)。隨著秧苗移栽同步進行深施肥,可以通過縮小肥料在土壤的分布空間,來提高秧苗周邊土壤肥料濃度,從而提高肥料利用率。本研究設(shè)計了一種水稻肥料高效施用的方法,將傳統(tǒng)的全層施肥改為點深施肥,基肥、分蘗肥分別施用變?yōu)楹喜⒒?施肥作業(yè)與移栽作業(yè)同步,相對縮小肥料在耕層中的分布空間,進而實現(xiàn)集中深施肥。點深施肥提高局部肥料濃度,減少了淋溶、揮發(fā)和移栽前排水造成的養(yǎng)分損失。本研究比較了全層施肥、側(cè)深施肥和點深施肥的產(chǎn)量品質(zhì)效應(yīng)及氮肥利用率的差異,以期為寒地水稻高效施肥提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地點及材料

2017,2018年分別在大慶試驗基地和方正試驗基地進行。2017年供試土壤為輕度蘇打鹽堿土,堿解氮含量92.8 mg/kg、有效磷含量36.2 mg/kg、速效鉀含量156.0 mg/kg、有機質(zhì)含量27.4 g/kg、pH值7.2。2018年供試土壤為黑鈣土,堿解氮含量198 mg/kg、有效磷含量42.3 mg/kg、速效鉀含量165.0 mg/kg、有機質(zhì)含量3.19 g/kg、pH值6.1。

試驗品種為墾粳8號,主莖13片葉,株高94.3 cm左右,生育期142 d左右,需≥10 ℃活動積溫2 650 ℃左右。

1.2 試驗設(shè)計

單因素隨機區(qū)組設(shè)計,3水平,氮肥全層施肥(Whole layer fertilization,WLF)、側(cè)深施肥(Side deep fertilization,SDF)和點深施肥(Point deep fertilization,PDF),同時設(shè)置無氮區(qū),5次重復(fù)。全層施肥處理的基肥在整地后立即撒施,然后使用電動攪漿機將肥料混拌入15 cm耕層,分蘗肥在水稻返青后表面撒施。側(cè)深施肥的基肥和分蘗肥的氮肥合并,隨移栽作業(yè)同步施用,肥料在苗帶一側(cè)3 cm,深5 cm處呈線條分布。插秧施肥前,排干小區(qū)水層,通過人工開溝、溝內(nèi)人工拌土撒肥、覆土等步驟實現(xiàn)側(cè)深施肥。點深施肥的基肥和分蘗肥的氮肥合并,隨移栽作業(yè)同步施用,將預(yù)制的肥丸置于苗帶側(cè)面3 cm,距泥面5 cm的位置,每穴秧苗對應(yīng)一顆肥丸,施肥作業(yè)方向平行于苗帶延伸方向。點深施肥肥丸的制作方法為將尿素粉碎,與風(fēng)干細(xì)土混拌均勻后加水適量,制作成直徑0.7 cm的肥丸,每顆肥丸含有基肥總施氮量的3%,肥丸邊制作、邊施用,防止肥料析出。

參試肥料為尿素(N 46.4%)、重過磷酸鈣(P2O543.0%)和硫酸鉀(K2O 50.0%)。3個處理施肥量、肥料種類及配比相同,N∶P2O5∶K2O=2∶1∶1,磷肥一次性基施,鉀肥按基肥∶穗肥=6∶4分配。全層施肥的氮肥分配比例按基肥∶分蘗肥∶調(diào)節(jié)肥∶穗肥=4∶3∶1∶2,側(cè)深施肥和點深施肥的氮肥分配比例按基肥∶分蘗肥∶調(diào)節(jié)肥∶穗肥=7∶0∶1∶2。插秧規(guī)格為行距30 cm×穴距10 cm,每穴4苗。2017，2018年分別在4月12日和4月13日浸種,4月20日和4月18日播種,5月22日和5月25日人工移栽,9月25日和9月28日收獲。分蘗肥于返青期表面撒施,調(diào)節(jié)肥和穗肥分別于倒4葉露尖和倒2葉露尖撒施,具體施肥量及施用時期如表1。

表1 施肥量及時期Tab.1 Fertilizer application and period kg/hm2

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的測定 成熟期每個小區(qū)按平均穗數(shù)取代表性植株2穴,懸掛在陰涼通風(fēng)處風(fēng)干后,分為莖鞘和穗,稱量穗質(zhì)量和莖鞘質(zhì)量。穗部用于考種,考察項目包括穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量。

1.3.2 干物質(zhì)積累、葉面積指數(shù)、根系形態(tài)的測定 分蘗期每處理在2個小區(qū)中各取長勢一致的水稻植株4穴,每穴以植株為中心,取行向10 cm×垂直行向30 cm×深30 cm的土塊,置于尼龍網(wǎng)袋中,先用水管粗洗,再用電動噴霧器沖至干凈,盡量保持根系完整。將根系切下,用根系形態(tài)專用掃描儀(Microtek Scan Makeri 800)數(shù)字化掃描,LA-S植物根系分析系統(tǒng)分析總根長、總根面積、總根體積和根系平均直徑。切下根系后的地上部分用于分蘗期干物質(zhì)和葉面積測定,葉片、莖鞘和根系3部分,分別包裝,105 ℃殺青30 min,80 ℃烘干至恒質(zhì)量。直尺量上3葉的長度和寬度,采用長寬系數(shù)(0.75)法計算葉面積采用干質(zhì)量法計算葉面積指數(shù)。齊穗期和灌漿期每處理分別在3個小區(qū)各取長勢均勻植株4穴,分為上3葉、余下葉片、穗和莖鞘四部分,分別包裝,105 ℃殺青30 min,80 ℃烘干至恒質(zhì)量。直尺量上3葉的長度和寬度,采用長寬系數(shù)(0.75)法計算葉面積和高效葉面積,采用干質(zhì)量法計算葉面積指數(shù)和高效葉面積指數(shù)。

1.3.3 生理指標(biāo)的測定 每處理分別在分蘗期、齊穗期和灌漿期測定15片功能葉的SPAD值,分蘗期功能葉為倒3葉,齊穗期和灌漿期功能葉為劍葉,使用日本柯尼卡美能達葉綠素SPAD-502儀測定。測定時注意避開葉脈和有損傷的葉片。于分蘗期、齊穗期和灌漿期,選擇晴朗無風(fēng)的天氣,09:00-11:00,采用美國PPSYSTEMS公司生產(chǎn)的CIRAS-3型便攜式光合測定系統(tǒng)測定功能葉的光合速率,每處理測定4片葉。參數(shù)設(shè)定為葉室CO2濃度為380 μmol/mol,固定紅藍光源1 500 μmol/(m2·s)。為避免環(huán)境CO2濃度波動的干擾,將進氣口與裝有恒定CO2濃度的塑料瓶相接。于齊穗期每處理取功能葉12片,液氮固定,-80 ℃超低溫冰箱保存。采用北京索萊寶科技有限公司的生化試劑盒測定硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT),3次重復(fù)。

1.3.4 植株氮含量及氮肥利用率的測定 成熟期每小區(qū)按照平均穗數(shù)取代表性植株2穴,去除根系,105 ℃下殺青30 min,80 ℃下烘干至恒質(zhì)量,稱取整株干質(zhì)量。整株磨碎粉,并過0.18 mm孔徑篩,用于植株含氮量測定。采用H2SO4-H2O2消煮,凱氏定氮儀(FOSS-8400)測定植株含氮量。依據(jù)以下公式計算氮肥農(nóng)學(xué)利用率、吸收利用率、生理利用率和偏生產(chǎn)力[17]。

氮肥農(nóng)學(xué)利用率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量;

氮肥吸收利用率=(施氮區(qū)地上部植株吸氮量-不施氮區(qū)地上部植株吸氮量)/施氮量×100%;

氮肥生理利用率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)地上部植株吸氮量-不施氮區(qū)地上部植株吸氮量);

氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量。

1.3.5 稻米品質(zhì)測定 稻谷室內(nèi)儲存3個月后用于品質(zhì)測定。按照《優(yōu)質(zhì)稻谷(GB/T 17891-2017)》的要求測定稻谷的加工,外觀及營養(yǎng)品質(zhì)。采用米飯食味計(STA1A)測定米飯的食味評分。使用日本靜岡制機株式會社生產(chǎn)的ES-1000型大米外觀品質(zhì)判別儀測定精米堊白粒率和堊白度;參照李軍等[18]的方法測定糙米直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理和描述性分析采用 Microsoft Excel 2010進行,方差分析SPSS Statistics V21.0進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥方式對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

表2結(jié)果表明,穗數(shù)呈點深施肥>側(cè)深施肥>全層施肥,點深施肥較側(cè)深施2 a平均提高10.15%,較全層施肥提高13.76%,增幅顯著或極顯著;穗粒數(shù)和結(jié)實率處理間差異不顯著;大慶基地點深施肥處理的千粒質(zhì)量極顯著高于側(cè)深施肥和全層施肥,分別高3.09%,3.33%,側(cè)深施肥與全層施肥處理間差異則不顯著,方正基地不同施肥處理間的千粒質(zhì)量差異不顯著;最終產(chǎn)量呈點深施肥>側(cè)深施肥>全層施肥,其中大慶基地處理間產(chǎn)量差異達極顯著或顯著水平,方正基地處理間點深施肥與全層施肥差異顯著,兩區(qū)域點深施肥處理較側(cè)深施肥和全層施肥平均增產(chǎn)10.20%，15.12%,側(cè)深施肥較全層施肥平均增產(chǎn)4.47%。

表2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的比較Tab.2 Comparison of yield and its components

2.2 施肥方式對地上部干物質(zhì)積累量及葉面積指數(shù)的影響

表3結(jié)果表明,除分蘗期大慶干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為測深施肥>點深施肥>全層施肥外,不同生育時期地上部分干物質(zhì)積累量均呈點深施肥>側(cè)深施肥>全層施肥,但不同生育時期在不同處理間的差異不同。在分蘗期,大慶點深施肥與側(cè)深施肥處理的地上部干物質(zhì)積累量差異不顯著,但均極顯著高于全層施肥,方正點深施肥極顯著高于側(cè)深施肥和全層施肥,側(cè)深施肥與全層施肥處理間差異則不顯著,2 a平均后點深施肥較側(cè)深施肥和全層施肥分別提高13.46%，72.65%。在齊穗期,大慶點深施肥處理地上部干物質(zhì)積累量與側(cè)深施肥差異不顯著,但均顯著高于全層施肥,方正基地各施肥處理間差異不顯著,2 a平均后點深施肥較側(cè)深施肥和全層施肥分別提高3.27%，9.90%。在灌漿期,大慶基地不同施肥處理間地上部干物質(zhì)積累量差異不顯著,方正基地則表現(xiàn)為點深施肥顯著高于側(cè)深施肥和全層施肥,而后兩者差異不顯著,2 a平均后點深施肥較側(cè)深施肥和全層施肥分別提高18.90%，25.21%。在成熟期,大慶基地不同施肥處理地上部干物質(zhì)積累量差異不顯著,方正基地則表現(xiàn)為點深施肥與側(cè)深施肥差異不顯著,顯著高于全層施肥處理,2 a總體表現(xiàn)為點深施肥較側(cè)深施肥和全層施肥分別平均提高5.09%，12.10%。

表4結(jié)果表明,不同生育時期葉面積指數(shù)也呈點深施肥>側(cè)深施肥>全層施肥(灌漿期大慶除外),但不同生育時期處理間的差異不同。其中點深施肥處理的分蘗期、齊穗期和灌漿期葉面積指數(shù)均顯著或極顯著高于全層施肥,2 a平均提高69.98%,14.93%,10.75%。大慶點深施肥的分蘗期、齊穗期和灌漿期葉面積指數(shù)均顯著或極顯著高于側(cè)深施肥;方正點深施肥齊穗期葉面積指數(shù)與側(cè)深施肥差異不顯著,分蘗期和灌漿期葉面積指數(shù)均極顯著高于側(cè)深施肥;2 a平均后點深施肥分蘗期、齊穗期和灌漿期葉面積指數(shù)分別較側(cè)深施肥提高28.42%,9.32%,8.29%。點深施肥的齊穗期和灌漿期高效葉面積指數(shù)顯著或極顯著高于側(cè)深施肥和點深施肥,2 a平均較側(cè)深施肥提高11.20%,11.97%,較全層施肥提高16.48%,14.96%。

表3 地上部干物質(zhì)積累量的比較Tab.3 Comparison of the total aboveground dry matter accumulation g/m2

表4 葉面積指數(shù)的比較Tab.4 Comparison of leaf area index

2.3 施肥方式對分蘗期根部性狀的影響

表5結(jié)果表明,根總長度呈點深施肥>側(cè)深施肥>全層施肥的趨勢,大慶處理間差異達到極顯著水平,方正處理間差異不顯著,2 a平均后點深施肥根總長度較側(cè)深施肥提高22.07%,較全層施肥提高54.91%;點深施肥根平均直徑與側(cè)深施肥差異不顯著,顯著或極顯著高于全層施肥,2 a平均較全層施肥提高25.00%;點深施肥根總表面積和根總體積與側(cè)深施肥差異不顯著,二者顯著或極顯著高于全層施肥,2 a平均后點深施肥根總表面積較側(cè)深施肥和全層施肥分別提高21.36%，55.27%,根總體積分別提高28.92%,119.52%;根干質(zhì)量處理間差異不顯著。

表5 分蘗期根部性狀的比較Tab.5 Comparison of root traits at tillering stage

2.4 施肥方式對生理指標(biāo)的影響

2.4.1 功能葉SPAD值及凈光合速率的比較 圖1，2結(jié)果表明,功能葉SPAD值和凈光合速率不同時期的變化趨勢基本一致。除大慶灌漿期SPAD值處理間差異不顯著外,其他各時期點深施肥均極顯著高于全層施肥,側(cè)深施肥SPAD值與全層施肥差異均不顯著;2 a平均后點深施肥分蘗期、齊穗期和灌漿期的SPAD值較側(cè)深施肥分別提高4.91%,8.95%,7.66%,較全層施肥分別提高5.95%,9.05%,7.16%。大慶分蘗期和齊穗期功能葉凈光合速率處理間差異不顯著,灌漿期點深施肥極顯著高于側(cè)深施肥和全層施肥,后兩者差異不顯著;方正點深施肥分蘗期、齊穗期和灌漿期的功能葉凈光合速率顯著或極顯著高于全層施肥,分蘗期和齊穗期側(cè)深施肥功能葉凈光合速率與全層施肥差異不顯著,灌漿期側(cè)深施肥的功能葉凈光合速率極顯著高于全層施肥;2 a平均后點深施肥分蘗期、齊穗期和灌漿期的凈光合速率較側(cè)深施肥平均提高6.70%,8.43%,17.70%,較全層施肥平均提高13.30%,3.64%,25.84%。

2.4.2 齊穗期劍葉氮代謝關(guān)鍵酶活性的比較 表6結(jié)果表明,大慶齊穗期點深施肥和側(cè)深施肥劍葉谷氨酸合成酶(以鮮質(zhì)量計)差異不顯著,二者顯著或極顯著高于全層施肥;方正點深施肥極顯著高于側(cè)深施肥和全層施肥,后兩者差異不顯著;2 a平均后點深施肥較側(cè)深施肥和全層施肥提高24.32%,14.04%。點深施肥的谷氨酰胺合成酶和硝酸還原酶(以鮮質(zhì)量計)均顯著或極顯著高于側(cè)深施肥和全層施肥,后兩者差異不顯著;2 a平均后點深施肥的谷氨酰胺合成酶較側(cè)深施肥和全層施肥提高93.89%,138.19%,硝酸還原酶提高43.34%,57.84%。

表6 齊穗期劍葉氮代謝關(guān)鍵酶活性的比較Tab.6 Comparison of nitrogen metabolism key enzymes activities of flag leaves at full heading stage

2.5 施肥方式對氮肥利用率的影響

地上部分含氮量呈點深施肥>側(cè)深施肥>全層施肥的趨勢,其中點深施肥與側(cè)深施肥差異不顯著,點深施肥顯著高于全層施肥,2 a平均后點深施肥較側(cè)深施肥和全層施肥分別提高7.46%,10.83%;點深施肥氮肥農(nóng)學(xué)利用率和吸收利用率顯著或極顯著高于側(cè)深施肥和全層施肥,2 a平均后較側(cè)深施肥提高26.74%，29.92%,較全層施肥提高46.18%，56.50%;氮肥生理利用率處理間差異不顯著;點深施肥氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于全層施肥,2 a平均提高14.96%,大慶點深施肥與側(cè)深施肥偏生產(chǎn)力差異不顯著,方正點深施肥偏生產(chǎn)力顯著高于側(cè)深施肥,點深施肥偏生產(chǎn)力較側(cè)深施肥2 a平均提高10.02%(表7)。

表7 氮肥利用效率的比較Tab.7 Comparison of nitrogen utilization efficiency

2.6 施肥方式對稻米品質(zhì)的影響

表8結(jié)果表明,不同施肥處理對糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度和直鏈淀粉含量具有一定的影響,但處理間差異不顯著。大慶點深施肥的蛋白質(zhì)含量極顯著低于側(cè)深施肥和全層施肥,分別降低5.15%，5.27%,后兩者差異不顯著;方正點深施肥與側(cè)深施肥蛋白質(zhì)含量差異不顯著,兩者極顯著低于全層施肥,分別降低8.74%,7.90%,2 a平均點深施肥和側(cè)深施肥蛋白質(zhì)含量較全層施肥分別降低6.95%，3.89%。食味評分與蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)出相反的變化趨勢,大慶點深施肥食味評分分別極顯著高于側(cè)深施肥和全層施肥1.14，1.31分,方正點深施肥和側(cè)深施肥的食味評分差異不顯著,二者分別較全層施肥提高1.95，1.85分,2 a平均點深施肥和側(cè)深施肥的食味評分較全層施肥分別平均提高1.63，1.01分。

表8 主要品質(zhì)指標(biāo)的比較Tab.8 Comparison of main quality index

3 討論與結(jié)論

3.1 肥料利用率的提高途徑

作物肥料利用率是養(yǎng)分高效作物品種利用、新型肥料開發(fā)、肥料運籌、施肥方式、水分管理、環(huán)境等因素及其互作的綜合表現(xiàn)。在施肥方式方面,通過側(cè)深施肥、局部條帶施肥、壟體夾肥等集中深施肥方式來提高水稻基肥的利用率已經(jīng)基本達成共識,如黑龍江墾區(qū)近十年的生產(chǎn)實踐和諸多學(xué)者的研究結(jié)果[19-20]均表明,寒地水稻實施側(cè)深施肥可以明顯提高水稻前期的抗逆性,促進早生快發(fā),實現(xiàn)增產(chǎn)5%以上,肥料利用率提高10%以上,而壟作和側(cè)深施肥相結(jié)合的“旱平壟作,雙側(cè)雙深”技術(shù)[12,21],除具備以上特征外,對改良土壤理化性質(zhì)方面也表現(xiàn)出較好效果。究其原因是集中和深施既利于提高局部土壤肥料濃度、減少土壤固定,又利于減少揮發(fā)損失。全層-局部條帶-側(cè)深施肥是由肥料全耕層分布到“線”形分布的演變過程,進一步壓縮肥料在土壤中的分布空間,集中為一“點”,能否繼續(xù)提高肥料利用率是值得探討的問題。

為此,本研究提出了一種點深施肥方法,其基本實施過程為:水稻移栽前不施基肥,正常水整地;基肥的施氮量為常規(guī)施肥基肥施氮量和分蘗肥施氮量之和,不再施用分蘗肥,調(diào)節(jié)肥和穗肥正常施用;基肥施用采用點深施肥方式,與水稻插秧作業(yè)過程同步進行;肥料位于苗帶一側(cè),沿水平面垂直苗帶方向3 cm,距泥面5 cm處,分布于直徑0.7 cm的球體空間;施肥作業(yè)方向平行于苗帶延伸方向,保證每穴植株側(cè)面均有一顆肥丸。本技術(shù)改全層施肥為點深施肥,縮小了肥料在土壤中的分布空間,增加了局部肥料濃度;施肥作業(yè)隨秧苗移栽同步深施,減少了肥料的淋溶、固定和揮發(fā)損失,避免了插秧前排水造成的徑流損失;分蘗肥和基肥合并施用,減少了分蘗肥表施的揮發(fā)損失,并且省去了施用分蘗肥的農(nóng)藝環(huán)節(jié)。結(jié)果表明,點深施肥能夠促進水稻根系和分蘗生長,提高氮代謝關(guān)鍵酶谷氨酸合成酶、谷氨酰胺合成酶和硝酸還原酶活性,增加葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量,增產(chǎn)顯著;并且點深施肥植株地上部氮含量、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、吸收利用率和偏生產(chǎn)力顯著或極顯著優(yōu)于全層施肥,氮肥農(nóng)學(xué)利用率和吸收利用率顯著優(yōu)于側(cè)深施肥。另外,本研究僅從物質(zhì)生產(chǎn)、肥料利用、生理效應(yīng)等方面對點深施肥的技術(shù)效果進行了評價,其實際應(yīng)用還需研發(fā)、配套點深施肥插秧機,其研制的難度在于高速插秧時施肥和插秧位置能否同步、施肥深度能否一致、施肥量能否精準(zhǔn)等問題。因此,下一步要對排肥器進行改進設(shè)計,并開展排肥器的充肥、攜肥、清肥和排肥的機理探究,優(yōu)化結(jié)構(gòu)和運動參數(shù),使其達到高效、精準(zhǔn)的點深施肥之效。

3.2 點深施肥對稻米品質(zhì)的影響

稻米品質(zhì)主要受品種遺傳和栽培措施以及環(huán)境條件等多種因素的影響[22-23],而氮素調(diào)控是影響水稻生長發(fā)育的重要措施[24]。一般認(rèn)為稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)隨施氮量增加而呈現(xiàn)變劣的趨勢[25]。蛋白質(zhì)含量隨施氮量的增加而增加,并且對堊白度、直鏈淀粉含量和蒸煮食味等主要品質(zhì)指標(biāo)有負(fù)面效應(yīng)[26-27]。本研究結(jié)果表明,盡管點深施肥植株氮素含量和肥料利用率較高,但是其加工品質(zhì)、堊白性狀和直鏈淀粉含量與側(cè)深施肥和全層施肥無顯著差異,并且蛋白質(zhì)含量較全層施肥則極顯著降低,食味評分顯著或極顯著提高。其原因可能是由于氮肥集中施用,氨揮發(fā)及徑流損失少,植株氮素高效利用,分蘗期營養(yǎng)生長更為旺盛,而進入灌漿盛期后,碳水化合物積累迅速,籽粒的氮素代謝相對較弱,至灌漿中后期營養(yǎng)器官開始衰老,盡管植株氮含量較高,但其籽粒蛋白質(zhì)含量相對較低。

在“育苗移栽”栽培模式下,采用點深施肥方式,水稻植株地上部氮含量、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、吸收利用率和偏生產(chǎn)力分別較全層施肥提高10.83%,46.18%,56.50%,14.96%,氮肥農(nóng)學(xué)利用率、吸收利用率和偏生產(chǎn)力分別較側(cè)深施肥提高26.74%,29.92%,10.02%;點深施肥利于生育前期的根系發(fā)育,齊穗期劍葉谷氨酸合成酶、谷氨酰胺合成酶和硝酸還原酶活性,各生育時期的高效葉面積指數(shù)和葉面積指數(shù),干物質(zhì)積累量等相對較高,產(chǎn)量比側(cè)深施肥和全層施肥分別增產(chǎn)10.20%,15.12%;食味評分較側(cè)深施肥和全層施肥分別提高1.63,1.01分。綜上,點深施肥是提高水稻產(chǎn)量與氮肥利用效率的高效施肥方式之一。