控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻甬優(yōu)1540產(chǎn)量及氮肥利用的影響

柯 健 陳婷婷 徐浩聰 朱鐵忠 吳 漢 何海兵 尤翠翠 朱德泉 武立權(quán),2,*

控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻甬優(yōu)1540產(chǎn)量及氮肥利用的影響

柯 健1陳婷婷1徐浩聰1朱鐵忠1吳 漢1何海兵1尤翠翠1朱德泉1武立權(quán)1,2,*

1安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 安徽合肥 230036;2江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心, 江蘇南京 210095

研究秈粳雜交稻缽苗擺栽超高產(chǎn)栽培模式下適宜的控釋氮肥運(yùn)籌。試驗(yàn)于2016—2017年在安徽廬江進(jìn)行, 以當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)秈粳雜交稻甬優(yōu)1540為供試品種, 設(shè)置控釋氮肥一次性基施(single basal application of CRNF, BC)、與尿素分蘗肥配施(basal application of CRNF combined with urea top-dressing at the tillering stage, BC+TU)、與尿素穗肥配施(basal application of CRNF combined with urea top-dressing at panicle initiation, BC+PU)三種運(yùn)籌模式, 以尿素分次施肥(conventional high-yield fertilization, SU)和不施氮肥(0N)為對照, 研究控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻產(chǎn)量、氮肥吸收利用及相關(guān)農(nóng)藝指標(biāo)的影響。結(jié)果表明, 控釋氮肥階段釋放基蘗肥: 穗肥比例為7∶3, 較傳統(tǒng)優(yōu)化氮肥運(yùn)籌SU (6∶4)整體表現(xiàn)基蘗肥冗余, 穗肥不足, 因而BC和BC+TU處理顯著降低了缽苗擺栽秈粳雜交稻產(chǎn)量和氮肥利用效率。與BC和BC+TU處理相比, BC+PU通過基肥減量和尿素穗肥配施, 在保證水稻營養(yǎng)生長期基本氮素供應(yīng)的同時, 顯著增加了穗分化至成熟期氮素吸收, 促進(jìn)了穗分化至成熟期光合物質(zhì)生產(chǎn)能力, 在穩(wěn)定有效穗數(shù)和千粒重的同時, 顯著提高了缽苗擺栽秈粳雜交稻每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量, 很好的匹配了缽苗擺栽秈粳雜交稻全生育期氮素需求。BC+PU兩年的產(chǎn)量和氮肥利用率分別為12.2~13.1 t hm–2和43.8%~44.1%, 分別較BC顯著提高7.4%~9.2%和48.5%~59.9%, 較BC+TU顯著提高8.0%~11.9%和63.9%~74.5%。另外, BC+PU的產(chǎn)量和氮肥利用率與SU無顯著差異, 但由于大幅降低了施氮人工成本, 最終提高凈收益6.5%~12.3%。在秈粳雜交稻缽苗擺栽超高產(chǎn)栽培模式下, 采用70%控釋氮肥+30%尿素穗肥處理可有效取代常規(guī)尿素分次施肥, 獲得無顯著差異的水稻產(chǎn)量和氮肥利用效率, 同時進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。

秈粳雜交稻; 缽苗擺栽; 控釋氮肥運(yùn)籌; 產(chǎn)量; 氮素吸收

我國65%的人口以稻米為主食, 提高水稻產(chǎn)量對保證我國糧食安全具有重要意義[1]。合理施用氮肥是提高水稻產(chǎn)量、減少環(huán)境污染的關(guān)鍵。然而, 傳統(tǒng)的氮肥管理存在施肥量大、施肥次數(shù)多、肥料利用率低和氮素?fù)p失風(fēng)險嚴(yán)重等諸多問題, 難以滿足新形勢下水稻規(guī)模化種植的需要[2-5]。因此, 在勞動力人口老齡化加劇的背景下, 亟需進(jìn)一步發(fā)展精簡高效稻田氮肥施用技術(shù)。

控釋氮肥是目前簡化施肥技術(shù)的主要載體, 隨著廉價、環(huán)保包膜材料的不斷發(fā)展, 進(jìn)一步增加了其生產(chǎn)運(yùn)用前景。然而, 大量研究表明, 一次性施用控釋氮肥下, 由于其“J”或“S”型單峰養(yǎng)分釋放模式, 因而不能同時同步水稻分蘗期和穗分化至成熟期雙峰氮素需求[6-7], 水稻產(chǎn)量和氮肥利用效率難以達(dá)到常規(guī)速效肥料分次施肥水平[8-10]。為此, 進(jìn)一步優(yōu)化控釋氮肥運(yùn)用方式, 精確同步水稻全生育期氮素需求, 是當(dāng)前水稻精簡高效施肥的重要研究課題, 是實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。

采用控釋氮肥和尿素配施, 在實(shí)現(xiàn)多級供氮的基礎(chǔ)上, 有利于進(jìn)一步減少控釋氮肥使用成本, 是當(dāng)前優(yōu)化控釋氮肥運(yùn)用的主要方式。然而, 不同類型水稻分蘗期和穗分化至成熟期氮素吸收比例差異顯著[11-12], 因而對應(yīng)的尿素配施時間有所不同。Miao等[9]、邢曉鳴等[13]和魏海燕等[6]研究表明, 通過控釋氮肥基肥配合尿素分蘗肥配施的“一基一蘗”施肥方式較單一控釋氮肥顯著提高了常規(guī)粳稻有效穗數(shù)、產(chǎn)量和氮肥利用效率。與常規(guī)粳稻相比, 超高產(chǎn)品種秈粳雜交稻的高產(chǎn)形成機(jī)制主要是由于拔節(jié)期以后更高的氮素吸收, 促進(jìn)穎花發(fā)育、防止灌漿期葉片早衰, 提高源庫平衡關(guān)系。因而, 進(jìn)一步的氮肥后移有利于提高秈粳雜交稻產(chǎn)量[14-16]。因此, 上述“一基一蘗”控釋氮肥施肥方式勢必難以滿足秈粳雜交稻超高產(chǎn)氮素需要[6]。然而, 目前基于秈粳雜交稻的優(yōu)化控釋氮肥運(yùn)用方式并不明確, 需要進(jìn)一步研究。

此外, 缽苗擺栽技術(shù)由于顯著地增加了水稻穗分化期以后的氮素吸收, 有利于進(jìn)一步發(fā)揮秈粳雜交稻增產(chǎn)潛力, 是當(dāng)前秈粳雜交稻超高產(chǎn)栽培的主要配套栽植技術(shù)[17-18]。因而, 在控釋氮肥一次性施用下, 缽苗擺栽秈粳雜交稻生育中后期氮素供應(yīng)問題更為突出。因此, 我們擬采用控釋氮肥基肥與尿素穗肥配施方式, 重點(diǎn)增加生育中后期氮素供應(yīng), 以同步一次性施肥下缽苗擺栽秈粳雜交稻全生育期氮素需求。為此, 本研究設(shè)置控釋氮肥的3種運(yùn)籌模式, 以尿素常規(guī)分次施肥和不施氮肥為對照, 研究控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻產(chǎn)量、氮素吸收利用及相關(guān)農(nóng)藝性狀的影響, 以期探索缽苗擺栽秈粳雜交稻適宜的控釋氮肥運(yùn)用方式, 為稻田簡化施肥技術(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐, 對穩(wěn)定糧食產(chǎn)量、提高稻田氮素利用效率具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

于2016—2017年, 在安徽省廬江縣郭河現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)(31.48°N, 117.23°E)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)土壤為黏壤土, 移栽前0~20 cm土壤主要理化參數(shù)為, 有機(jī)質(zhì)34.4 g kg–1、全氮2.3 g kg–1、有效磷14.7 mg kg–1、速效鉀82.8 mg kg–1。試驗(yàn)期間的氣象數(shù)據(jù)由基地安裝的小型氣象站提供, 2016年和2017年水稻營養(yǎng)生長期降雨量分別為773.8 mm和129.4 mm, 平均溫度分別為26.4℃和27.8℃; 生殖生長和灌漿期降雨量分別為366.8 mm和523.2 mm, 平均溫度分別為20.5℃和19.5℃(圖1)。

供試品種為甬優(yōu)1540, 由寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育, 是當(dāng)?shù)卮竺娣e種植的秈粳雜交稻品種, 在本地區(qū)連續(xù)3年產(chǎn)量均達(dá)到12 t hm–2以上。采用樹脂包膜尿素(45.0% N)為供試控釋氮源, 田間80%養(yǎng)分釋放期為100 d, 由安徽茂施農(nóng)業(yè)科技股份有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 包括不施氮肥(0N)、尿素分次施肥(SU)、一次性基施控釋氮肥(BC)、基施控釋氮肥與分蘗肥尿素配施(BC+TU, 8∶2)和基施控釋氮肥與穗肥尿素配施(BC+PU, 7∶3) 5個處理, 3次重復(fù), 共15個處理, 單個小區(qū)面積4 m × 15 m。除0N外, 所有處理的總施氮量均為280 kg hm–2, 氮肥運(yùn)籌方式如表1。各處理P、K肥用量相同, 分別為P2O575 kg hm–2、K2O 255 kg hm–2, 均一次性基施。采用缽苗育秧, 分別于2016年6月16日和2017年6月18日, 使用亞美柯2ZB-6A (RXA-60T)型缽苗擺栽機(jī)進(jìn)行機(jī)械擺栽, 移栽行株距為33.0 cm × 12.4 cm, 每穴2~3株苗。采用干濕交替水分管理, 分蘗期保持5 cm ± 2 cm田面水層, 夠苗期排水曬田, 之后干濕交替灌溉, 在抽穗期建立淺水層, 于成熟前一周排水、自然落干。田間其他栽培管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培, 及時控制和防治病蟲害。

1.3 測定內(nèi)容與方法

1.3.1 肥料田間釋放的測定 采用埋藏法測定控釋氮肥田間養(yǎng)分釋放[8], 將控釋氮肥樣品(10 ± 0.01) g放入孔徑為1.0 mm的尼龍網(wǎng)袋(長12 cm × 寬8 cm)中, 于施肥當(dāng)天同時埋入小區(qū)田頭土壤以下1~2 cm處。分別于水稻穗分化期、抽穗期和成熟期取樣, 重復(fù)4次, 肥料顆粒用蒸餾水小心沖洗干凈后, 使用冷凍風(fēng)干機(jī)凍干(Heto-Holten, France), 稱重。采用重量差減法計(jì)算肥料階段積累釋放量。

1.3.2 植株采樣與測定 于穗分化期、抽穗期和成熟期, 根據(jù)平均莖蘗數(shù), 各小區(qū)取代表性植株5穴, 使用Li-3000型自動葉面積儀(LI-COR, USA)測定植株葉面積, 計(jì)算葉面積指數(shù)(leaf area index, LAI)。將樣品分為莖鞘、葉、穗(抽穗期、成熟期), 之后105℃殺青30 min, 80℃烘干至恒重, 稱取地上干重。將獲得的樣品粉碎過0.5 mm篩, 采用凱氏定氮法測定各組織中氮含量, 計(jì)算各時期植株地上部吸氮量。

表1 氮肥運(yùn)籌方式

0N: 不施氮肥; SU: 尿素分次施肥; BC: 一次性基施控釋氮肥; BC+TU: 基施控釋氮肥與分蘗肥尿素配施(8:2); BC+PU: 基施控釋氮肥與穗肥尿素配施(7:3)。Urea-N表示氮素來源于尿素; CRNF-N表示氮素來源于控釋氮肥。

0N: no nitrogen application; SU: spilt application of urea; BC: basal application of CRNF; BC+TU: combined basal application of CRNF and tillering fertilizer application of urea (8:2); BC+PU: combined basal application of CRNF and panicle initiation fertilizer application of urea (7:3). Urea-N indicates that nitrogen derives from urea; CRNF-N indicates that nitrogen derives from polymer-coated urea.

1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定 收割前每小區(qū)選取5個連續(xù)20穴計(jì)算有效穗數(shù), 各小區(qū)取代表性植株5穴進(jìn)行室內(nèi)考種, 統(tǒng)計(jì)穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重, 并實(shí)收記產(chǎn)(含水量計(jì)14%)。

1.4 相關(guān)計(jì)算公式

收獲指數(shù)(%) = GY/DMA × 100, 式中, GY為實(shí)收產(chǎn)量(含水量計(jì)14%), DMA為成熟期地上部干重(含水量計(jì)14%)。光合勢(m2m–2d) = 1/2 (L1+ L2) × (t2– t1), 式中, L1和L2為前后2次測定的單位土地面積上葉面積, t1和t2為前后2次測定的時間。氮素利用效率(%) = (UN– U0)/FN× 100, 式中UN和U0分別表示成熟期施氮區(qū)和不施氮區(qū)水稻地上部氮吸收量, FN表示施氮量。

經(jīng)濟(jì)效益分析如下:

總收入(Yuan hm–2) ＝籽粒產(chǎn)量×水稻價格;

凈收入(Yuan hm–2) ＝總收入-氮肥支出-施氮工費(fèi)-其他成本。

其中, 2015年和2016年水稻的平均價格是2.6元kg–1。氮肥的價格分別為: 尿素, 2.1元 kg–1; 控釋氮肥, 2.7元 kg–1。施氮工費(fèi)分別為: 撒施尿素4次共1500元 hm–2(其中基肥、分蘗肥、促花肥和?；ǚ史謩e為300、400、400和400元 hm–2); 控釋氮肥(機(jī)械)基施300元 hm–2; 控釋氮肥與尿素配施為900元 hm–2。其他費(fèi)用主要包括: 磷、鉀肥的成本和施肥費(fèi)用, 田間管理、植保費(fèi)用、機(jī)械整地、收割費(fèi)用等。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

測得數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0軟件進(jìn)行分析與處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 控釋氮肥田間養(yǎng)分釋放特征

2016年和2017年控釋氮肥田間總釋放率分別為88.7%和82.3% (圖2), 2016年顯著高于2017年, 這主要是與2016年中后期高溫顯著增加了氮素階段累計(jì)釋放有關(guān)(圖1)。水稻不同生育期氮素累計(jì)釋放具有明顯差異, 移栽(transplanting stage, TS)至穗分化期(panicle initiation stage, PI)累計(jì)釋放量最高, 穗分化期至抽穗期(heading stage, HS)次之, 抽穗期至成熟期(maturity stage, MS)最低, 整體隨生育進(jìn)程逐漸降低, 2年趨勢一致。2016—2017年控釋氮肥在TS—PI、PI—HS和HS—MS平均累計(jì)釋放率分別為62.0%、19.9%和5.6%, 基蘗肥﹕穗肥階段釋放比例約為7∶3。

TS代表移栽, PI代表穗分化期, HS代表抽穗期, MS代表成熟期。圖柱上的不同小寫字母表示年際間差異顯著(< 0.05)。

TS: transplanting stage, PI: panicle initiation stage, HS: heading stage, MS: mature stage. Different lowercase letters on the columns indicate significant differences in different years at< 0.05.

2.2 控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

年份與氮肥運(yùn)籌模式顯著影響水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素, 二者的交互作用僅對結(jié)實(shí)率有顯著影響(表2)。2016年的水稻產(chǎn)量顯著高于2017年, 這主要是由于2016年具有更高的每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率, 這可能與其更高的生殖生長和灌漿期溫度有關(guān)。與不施氮相比, 氮肥施用2年顯著增產(chǎn)13.1%~22.3%。

SU處理2年, 實(shí)產(chǎn)分別為13.1 t hm–2和12.0 t hm–2, 均達(dá)到水稻超高產(chǎn)水平?？蒯尩侍幚碇? BC+PU產(chǎn)量最高, 顯著高于BC和BC+TU, 主要是由于更高的每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率。BC+PU兩年水稻產(chǎn)量為12.2~13.1 t hm–2, 分別較BC和BC+TU高出7.4%~ 9.2%和8.0%~11.9%。另外, BC+PU處理的水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素與SU均無顯著差異, 2年表現(xiàn)一致。

2.3 控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻群體生產(chǎn)的影響

2.3.1 控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻地上部干物質(zhì)積累的影響 年份與氮肥運(yùn)籌模式顯著影響水稻各關(guān)鍵生育期干物質(zhì)積累, 二者對收獲指數(shù)均無顯著影響(表3)。因而, 本研究中干物質(zhì)積累是影響水稻產(chǎn)量的主要因素。2016年的干物質(zhì)積累顯著高于2017年, 這與其更高的穗分化至抽穗期干物質(zhì)積累有關(guān)(圖3)。

表2 控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響(2016–2017)

處理同表1。數(shù)據(jù)后的小寫字母表示同一年份不同處理在0.05水平差異顯著;**、*和ns分別表示處理在0.01、0.05水平差異顯著和差異不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level among the different treatments in the same year;**and*indicate significant differences at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively;nsindicates no significant differences.

表3 控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻干物質(zhì)積累和收獲指數(shù)的影響(2016–2017)

處理同表1。數(shù)據(jù)后的小寫字母表示同一年份不同處理在0.05水平差異顯著;**、*和ns分別表示處理在0.01、0.05水平差異顯著和差異不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level in the different treatments in the same year;**and*indicate significant differences at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively;nsindicate no significant differences. PI: panicle initiation stage; HS: heading stage; MS: mature stage.

不同控釋氮肥處理間的干物質(zhì)規(guī)律具有明顯的生育階段差異。在穗分化期, BC+TU處理干物質(zhì)積累明顯高于其他處理, 且2016年均達(dá)到顯著水平。然而, 在抽穗和成熟期, BC+PU則表現(xiàn)最高的干物質(zhì)積累, 且與SU無顯著差異。BC+PU兩年成熟期干重為20.7~23.6 t hm–2, 分別較BC和BC+TU顯著提高8.9%~14.6%和10.1%~12.9%。

相關(guān)性分析顯示, 水稻穗分化至抽穗期以及抽穗至成熟期干物質(zhì)積累分別與每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率呈極顯著正相關(guān)。然而, 結(jié)實(shí)率對抽穗至成熟期干物質(zhì)積累的響應(yīng)具有明顯的年際差異, 其中, 2016表現(xiàn)更高的響應(yīng)效率。這可能與2016年灌漿結(jié)實(shí)期更適宜的溫度有關(guān)。

縮寫同圖2。**表示在0.01水平顯著相關(guān)。

Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.**means significant correlation at< 0.01.

2.3.2 控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻葉面積指數(shù)和光合勢的影響 年份與氮肥運(yùn)籌模式顯著影響水稻各關(guān)鍵生育期葉面積指數(shù)和階段光合勢(表4)。除穗分化期以外, 水稻各階段葉面積指數(shù)和光合勢均表現(xiàn)2016年顯著高于2017年, 這主要是由于2016年具有更適宜的水稻生殖生長和灌漿期溫度。

與干物質(zhì)積累規(guī)律類似(表3), 不同控釋氮肥處理間的葉面積指數(shù)和光合勢規(guī)律具有明顯的生育階段差異。在穗分化期, BC+PU處理具有最高的葉面積指數(shù)。在此之后, BC+PU較其他控釋肥處理顯著增加了抽穗期和成熟期葉面積指數(shù)、穗分化–抽穗期和抽穗–成熟期光合勢, 表現(xiàn)了生育中后期最高的光合生產(chǎn)能力。另外, BC+TU處理各時期的葉面積指數(shù)和光合勢均與SU無顯著差異, 2年趨勢一致。

2.4 控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻氮素吸收和利用的影響

年份與氮肥運(yùn)籌模式顯著影響水稻各關(guān)鍵生育期氮素吸收, 氮肥運(yùn)籌模式顯著影響水稻氮素利用效率(表5)。除穗分化期以外, 2016年各生育期氮素積累均顯著高于2017年, 這與2016年水稻生殖生長和灌漿期更高的平均溫度有關(guān)。與不施氮相比, 氮肥施用2年增加水稻植株氮素吸收38.6%~71.6%。

與干物質(zhì)積累規(guī)律一致, 不同控釋氮肥處理間的植株氮積累規(guī)律具有明顯的生育期差異。在穗分化期, BC+TU處理氮積累量顯著高于其他處理。然而, 在抽穗和成熟期, BC+PU則表現(xiàn)最高的氮積累量和氮素利用效率, 且均達(dá)到顯著水平。BC+PU兩年成熟期植株氮積累量和氮素利用效率分別為293.5~318.7 kg hm–2和43.8%~44.1%, 較BC分別提高14.6%~18.5%和48.5%~59.9%, 較BC+TU分別高出17.9%~21.6%和63.9%~74.5%。另外, BC+PU處理各階段的氮素積累量和氮素利用效率與SU均無顯著差異。

相關(guān)性分析顯示, 水稻穗分化至抽穗期以及抽穗至成熟期氮素積累分別與對應(yīng)時期干物質(zhì)積累呈極顯著正相關(guān)(圖4), 表明生育中后期促進(jìn)氮素吸收是提高缽苗擺栽秈粳雜交稻階段干物質(zhì)積累的主要原因。然而, 水稻抽穗至成熟期干物質(zhì)積累對階段氮積累的響應(yīng)具有明顯的年際差異, 且2016表現(xiàn)更低的響應(yīng)效率。這可能由于2016年抽穗期葉面積指數(shù)(10.3~12.2)過高, 顯著降低了冠層中下部光截獲和利用效率(表4)。

表4 控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻葉面積指數(shù)和光合勢的影響(2016–2017)

處理同表1。數(shù)據(jù)后的小寫字母表示同一年份不同處理在0.05 水平差異顯著;**、*和ns分別表示處理在0.01、0.05水平差異顯著和差異不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level in the different treatments in the same year;**and*indicate significant differences at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively;nsindicates no significant differences. TS: transplanting stage; PI: panicle initiation stage; HS: heading stage; MS: mature stage.

表5 控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻氮素吸收和利用的影響(2016–2017)

處理同表1。數(shù)據(jù)后的小寫字母表示同一年份不同處理在0.05 水平差異顯著;**、*和ns分別表示處理在0.01、0.05水平差異顯著和差異不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase within a column represent significant difference at the 0.05 probability level of different treatments in the same year.**indicates significant differences at the 0.01 probability level;nsindicates no significant differences. PI: panicle initiation stage; HS: heading stage; MS: mature stage.

縮寫同圖2。**表示在0.01水平上顯著相關(guān)。

Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.**means significant correlation at< 0.01.

2.5 控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻經(jīng)濟(jì)效益的影響

年份與氮肥運(yùn)籌模式顯著影響缽苗擺栽秈粳雜交稻總收入和凈收益(表6)。在控釋氮肥處理中, BC+PU表現(xiàn)最高凈收益, 2年趨勢一致。BC+PU兩年的凈收益為9214~11,554元hm–2, 較SU提高了6.5%~12.3%, 這主要是由于在總收入穩(wěn)定的基礎(chǔ)上, 同時大幅降低了施氮人工費(fèi)用。因而, 缽苗擺栽秈粳雜交稻下, 采用控釋氮肥基施配合尿素穗肥方式較常規(guī)尿素分次施肥, 具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。

表6 控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻氮素經(jīng)濟(jì)效益的影響(2016–2017)

處理同表1。數(shù)據(jù)后的小寫字母表示同一年份不同處理在0.05水平差異顯著;**和ns分別表示處理在0.01水平差異顯著和不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level in different treatments in the same year.**indicates significant differences at the 0.01 probability level;nsindicates no significant differences.

3 討論

3.1 控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻產(chǎn)量的影響

本研究表明, 控釋氮肥運(yùn)籌方式顯著影響缽苗擺栽秈粳雜交稻產(chǎn)量, 其中BC+PU兩年的產(chǎn)量為12.2~13.1 t hm–2, 顯著高于BC和BC+TU, 且與尿素分次施肥SU無顯著差異。采用控釋氮肥基肥與尿素穗肥配施方式是缽苗擺栽秈粳雜交稻優(yōu)化的控釋氮肥運(yùn)籌模式, 可有效取代常規(guī)尿素分次施肥, 實(shí)現(xiàn)超高產(chǎn)(>12 t hm–2)。

本研究中, 常規(guī)分次施肥的基蘗肥﹕穗肥比例約為6∶4, 與張軍等[19]和胡群等[20]提出缽苗擺栽秈粳雜交稻適宜氮肥運(yùn)籌基本一致, 其中, 60%的基蘗肥施用比例有利于充足穗數(shù), 而40%的穗肥施用比例則有利于維持后期群體較高葉面積指數(shù), 促進(jìn)大穗和穩(wěn)定結(jié)實(shí)灌漿[21]。在該氮肥運(yùn)籌理論指導(dǎo)下, 本課題組2019年缽苗擺栽秈粳雜交稻實(shí)收產(chǎn)量達(dá)到15.8 t hm–2。另外, 控釋氮肥基蘗肥∶穗肥比例約為7∶3, 因而較上述優(yōu)化氮肥運(yùn)籌整體表現(xiàn)基蘗肥冗余, 穗肥不足。因而, BC處理顯著降低了每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率, 最終導(dǎo)致產(chǎn)量不足; 同時, BC+PU處理盡管基蘗肥減量30%, 并沒有顯著降低水稻有效穗數(shù), 也較好的證明了這一點(diǎn)。另外, BC+TU盡管促進(jìn)了水稻前期生長, 但并沒有顯著增加有效穗數(shù), 這可能是與缽苗擺栽“前穩(wěn)、中控、促后”的群體形成規(guī)律和大穗型甬優(yōu)1540較弱的分蘗能力有關(guān)。與之不同的是, BC+PU處理通過基蘗肥減施和尿素穗肥配施, 有效促進(jìn)水稻穗分化期以后光合生產(chǎn)和干物質(zhì)積累能力, 在穩(wěn)定有效穗數(shù)的同時, 提高了每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量, 較好地同步了缽苗擺栽秈粳雜交稻雙峰氮素吸收規(guī)律。此外, 本研究中缽苗擺栽秈粳雜交稻穗分化至抽穗期以及抽穗至成熟期干物質(zhì)積累分別與每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率呈極顯著正相關(guān), 且與對應(yīng)時期氮階段積累量密切相關(guān)。因而, 可以認(rèn)為, 控釋氮肥運(yùn)用下缽苗擺栽秈粳雜交稻超高產(chǎn)形成機(jī)制為穗分化期以后更高的氮素吸收, 促進(jìn)穗分化至成熟期干物質(zhì)積累, 進(jìn)而增加每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率, 提高產(chǎn)量。這與前人提出的, 秈粳雜交稻氮肥后移增產(chǎn)機(jī)制基本一致[16,21-23], 與Miao等[9]在控釋氮肥下缽苗擺栽常規(guī)粳稻全生育期更為平衡的“一基一蘗”氮素需求結(jié)果不盡相同。因而, 在控釋氮肥使用上要充分考慮品種類型和栽插方式[21-24]?？偟膩碚f, 本研究提出的“一基一穗”控釋氮肥運(yùn)籌方式有利于發(fā)展缽苗擺栽秈粳雜交稻精簡高效施肥技術(shù), 對未來大穗型、長生育期水稻生產(chǎn)中控釋氮肥運(yùn)籌的優(yōu)化也具有一定的指導(dǎo)意義。

3.2 控釋氮肥運(yùn)籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻氮肥利用的影響

我們前期通過15N示蹤技術(shù)分別研究了水稻對基肥、分蘗肥和穗肥氮的利用效率, 結(jié)果表明, 基肥氮的回收利用效率為9.1%~22.8%, 分蘗肥為17%~34%, 穗肥為54.0%~82.1%, 且粳稻對穗肥的響應(yīng)高于秈稻[25]。因此, 水稻對穗肥的利用效率遠(yuǎn)高于基、蘗肥, 這可能是由于水稻分蘗期低的吸氮能力和高的氮徑流和揮發(fā)損失風(fēng)險[22,26]。此外, 大穗型秈粳雜交稻由于中后期吸氮能力更高, 這種更高的穗肥利用效率可能更加明顯。綜上, BC一次性施肥下肥料供氮主要在水稻分蘗期, 而穗分化期以后氮素供應(yīng)明顯不足, 因此氮肥利用率不高, 僅為27.4%~29.7%, 顯著低于常規(guī)尿素分次施肥SU。這較我們之前運(yùn)用相同肥料在機(jī)插常規(guī)粳稻上的利用效率(39.0%~41.4%)有所減少[27], 這可能是由于受長生育期品種和缽苗栽植模式影響, 進(jìn)一步降低了分蘗中期至穗分化期的氮吸收量和比例[17,28]。與BC相比, BC+TU由于尿素分蘗肥的添加, 顯著增加了水稻穗分化期的干物質(zhì)積累和氮素吸收, 但不足以彌補(bǔ)中后期氮素的進(jìn)一步虧缺造成的穗分化至抽穗期和抽穗至成熟期干物質(zhì)積累和氮素吸收降低, 最終氮素吸收和氮肥利用效率與BC無顯著差異, 且2年均顯著低于常規(guī)分次施肥處理。

在本研究中, BC+PU處理通過基蘗肥減施和尿素穗肥配施, 在保證水稻營養(yǎng)生長期基本氮素供應(yīng)的同時, 顯著增加了穗肥期氮的供應(yīng), 使得各時期氮素吸收量與SU無顯著差異, 很好地同步了缽苗擺栽秈粳雜交稻全生育期氮素需求, 2年氮素吸收利用率達(dá)到43.8%~44.1%。此外, BC+PU處理較其他控釋氮肥處理顯著提高了凈收益, 且較尿素分次施肥SU提高了6.5%~12.3%。綜上所述, 在缽苗擺栽秈粳雜交稻種植模式中, 采用70%控釋氮肥基蘗肥減施和30%尿素穗肥配施的BC+PU處理可有效取代常規(guī)尿素分次施肥, 具有明顯的穩(wěn)產(chǎn)、增效、節(jié)本特點(diǎn)。

然而, 值得注意的是, 本研究中提出的BC+PU優(yōu)化控釋氮肥管理模式, 一定程度上減少了施肥次數(shù), 同時降低了分蘗期速效肥料使用, 稻田氮徑流、揮發(fā)損失風(fēng)險小, 因而具有一定的高效、省工和節(jié)本效應(yīng)。同時, 采用難溶顆粒型控釋氮肥, 有利于機(jī)械化深施肥, 對發(fā)展水稻規(guī)?；a(chǎn)具有重要意義[27]。然而, BC+PU模式中由于仍然存在速效穗肥適時、適量施用問題, 因而限制了本技術(shù)在當(dāng)前規(guī)?；N植背景下的大面積推廣, 因此缽苗擺栽秈粳雜交稻的控釋氮肥運(yùn)籌技術(shù)仍有待進(jìn)一步完善。此外, 由于控釋氮肥的“穩(wěn)定、長效”供氮特點(diǎn), 筆者認(rèn)為在今后的研究中, 可采用于水稻分蘗期和穗分化至成熟期分別穩(wěn)定供氮的控釋氮肥按照一定的比例混合, 以靶向同步缽苗擺栽秈粳雜交稻上述吸氮特點(diǎn), 可有望突破缽苗擺栽秈粳雜交稻一次性施肥技術(shù)難題。

4 結(jié)論

控釋氮肥階段釋放(基蘗肥∶穗肥)比例約為7∶3, 較傳統(tǒng)優(yōu)化氮肥運(yùn)籌(6∶4)整體表現(xiàn)基蘗肥冗余, 穗肥不足, 因而難以同步缽苗擺栽秈粳雜交稻全生育期氮素需求。通過基蘗肥減施和尿素穗肥配施, 在保證水稻營養(yǎng)生長期基本氮素供應(yīng)的同時, 顯著增加了穗分化以后氮素吸收, 促進(jìn)了穗分化至成熟期光合物質(zhì)生產(chǎn)能力, 在穩(wěn)定有效穗數(shù)和千粒重的同時, 顯著提高了缽苗擺栽秈粳雜交稻每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量。在施氮量為280 kg hm–2下, 采用70%控釋氮肥+30%尿素穗肥處理, 水稻產(chǎn)量和氮肥利用率可達(dá)到尿素常規(guī)分次施肥水平, 同時進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。

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Effects of different application methods of controlled-release nitrogen fertilizer on grain yield and nitrogen utilization ofhybrid rice in pot-seedling mechanically transplanted

KE Jian1, CHEN Ting-Ting1, XU Hao-Cong1, ZHU Tie-Zhong1, WU Han1, HE Hai-Bing1, YOU Cui-Cui1, ZHU De-Quan1, and WU Li-Quan1,2,*

1College of Agronomy, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, Anhui, China;2Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production, Nanjing 210095, Jiangsu, China

To investigate the optimal application of controlled-release nitrogen fertilizer (CRNF) under the super-high-yield cultivation of-hybrid rice in pot-seedling mechanically transplanted, the field experiments were carried out to investigate the effects of three application methods of CRNF [one-time basal application of polymer-coated urea (BC), basal application of polymer-coated urea combined with urea top-dressing at the tillering stage (BC+TU, 8:2), and basal application of polymer-coated urea combined with urea top-dressing at panicle initiation (BC+PU, 7:3)] on grain yield, nitrogen utilization (NRE), and agronomic traits of Yongyou 1540, a high-yieldhybrid rice variety, with the pot-seedling mechanically transplanted in 2016 and 2017. Conventional high-yield fertilization of urea at 280 kg hm–2(SU) and 0 N treatments were set as the controls. The cumulative release ratio of basal tiller fertilizer to panicle fertilizer for CRNF was 7:3, which was higher than that of SCU (6:4), leading to N redundancy at tillering stage and deficit during the following growth stages. Therefore, BC and BC+TU presented lower rice yields and NRE compared with SU. In comparison with BC and BC+TU, BC+PU was applied in combination with CRNF basal fertilizer reduction and urea fertilizer application at panicle initiation stage, and increased N uptake and photosynthetic capacity from panicle initiation stage to maturity stage ensured the basic N supply during the vegetative growth period in rice, leading to significantly higher spikelets per panicle, grain filling percentage, and grain yield while an equal panicles per m2and 1000-grain weight. Meanwhile, N application rates can be well matched with rice N uptake patterns during the whole growth period. The grain yield of BC+PU was 12.2–13.1 t hm–2in 2016 and 2017, which were 7.4%–9.2% and 8.0%–11.9% higher than those of BC and BC+TU, respectively. Moreover, the NRE of BC+PU were 43.8%–44.1%in 2016–2017, which were 48.5%–59.9% and 63.9%–74.5% higher than those of BC and BC+TU, respectively. In addition, compared with SU, there was not significant differences of grain yield and NRE in BC+PU, and net income was higher by 6.5%–12.3% due to the significant reduction of labor cost of N application. In conclusion, the basal application of CRNF combined with urea top-dressing at panicle initiation stage at ratios of 7:3 was the simplified fertilization method that could effectively replace conventional simplified fractional fertilization, and exhibit no significant differences in rice yield, NRE, and higher economic benefits.

hybrid rice; pot-seedling mechanically transplanted; controlled-release nitrogen fertilizer; grain yield; nitrogen uptake

10.3724/SP.J.1006.2021.02055

本研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300608, 2018YFD0300904)和安徽省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(KJ2019A0176)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300608, 2018YFD0300904) and the Key Research Fund of the Education Department of Anhui Province (KJ2019A0176).

武立權(quán), E-mail: Wlq-001@163.com

E-mail: Kej@ahau.edu.cn

2020-08-15;

2020-12-01;

2021-01-05.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210105.1451.002.html