氮肥減施對(duì)水稻產(chǎn)量、氮吸收和利用的影響

陳曉萍，曹雪仙，陳文偉，柯楨

(1.天臺(tái)縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，浙江 臺(tái)州 317200；2.三門縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 臺(tái)州 317100)

水稻是中國主要的糧食作物，單產(chǎn)較世界平均水平高60%以上，為中國糧食安全做出了重要貢獻(xiàn)，但隨著社會(huì)的發(fā)展，由于勞動(dòng)力和物化成本的增加，導(dǎo)致中國水稻生產(chǎn)的比較效益較低[1]。中國稻田單季氮肥用量平均為180 kg·hm-2以上，平均吸收利用率33%左右，僅為發(fā)達(dá)國家的50%左右[2-3]，大量氮素通過氨揮發(fā)、硝化與反硝化和淋溶等途徑流失，給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的壓力[4]。而且過量的氮素還會(huì)使水稻籽粒中的蛋白質(zhì)含量增加，造成稻米食味性的下降[5]。因此，減少氮肥不合理投入，既可以節(jié)約生產(chǎn)成本，又可以提高經(jīng)濟(jì)效益。但不同的土壤綜合生產(chǎn)和增產(chǎn)能力不同，減少氮肥投入有可能會(huì)減少土壤中的氮素庫容量[6]，因此，本研究選擇2個(gè)肥力不同的土壤，2個(gè)水稻品種，以高產(chǎn)田所采用的氮肥用量和施肥模式(尿素一基二追)為對(duì)照，研究不同量氮、磷、鉀肥配施對(duì)水稻籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成、地上部氮素累積量和氮肥效率的影響，以期為促進(jìn)水稻生長和減少化學(xué)肥料的施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)在2個(gè)地點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行。天臺(tái)縣龍溪鄉(xiāng)石門村試驗(yàn)田(29°3′38″N，120°47′5″E)為砂性壤土，前茬作物為花生，土壤粒徑≤0.002 mm的占4.19%，耕層土壤(0～20 cm)pH 5.01，EC 40.1 μS·cm-1，有機(jī)質(zhì)32.1 g·kg-1，全氮2.17 g·kg-1，水解性氮179.0 mg·kg-1，速效鉀72.5 mg·kg-1，有效磷34.4 mg·kg-1。街頭鎮(zhèn)湖酋村試驗(yàn)田(29°5′53″N，120°47′20″E)為砂性壤土，為冬閑田，土壤粒徑≤0.002 mm的占4.01%，耕層土壤(0～20 cm)pH 5.61，EC 35.1 μS·cm-1，有機(jī)質(zhì)11.2 g·kg-1，全氮0.89 g·kg-1，水解性氮85.7 mg·kg-1，速效鉀49.0 mg·kg-1，有效磷8.40 mg·kg-1。

供試水稻品種石門為甬優(yōu)1540號(hào)，湖酋為春優(yōu)927號(hào)。肥料用尿素(N 46%)、鈣鎂磷肥(P2O512%)和氯化鉀(K2O 60%)。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：1)常規(guī)無氮區(qū)(常規(guī)PK)，P2O5、K2O施用量分別為72和135 kg·hm-2；2)常規(guī)氮磷鉀區(qū)(常規(guī)NPK)，N、P2O5、K2O施用量分別為240、72和135 kg·hm-2；3)減量無氮區(qū)(減量PK)，P2O5、K2O施用量分別為42和90 kg·hm-2；4)減量氮磷鉀區(qū)(減量NPK)，N、P2O5、K2O施用量分別為225、42和90 kg·hm-2。重復(fù)3次，小區(qū)面積30 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。各小區(qū)間設(shè)置塑料薄膜包裹田埂，單排單灌，避免相互影響，試驗(yàn)區(qū)域外圍設(shè)置保護(hù)行，各小區(qū)其他田間管理措施一致。

磷肥作基肥一次性施入，鉀肥基肥和孕穗肥各占50%，氮肥分3次施用，基肥、分蘗肥、孕穗肥分別占40%、40%和20%。

田間管理按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培措施進(jìn)行。石門試驗(yàn)田水稻于2019年5月24日播種，6月22日移栽，10月3日收獲。湖酋試驗(yàn)田水稻于5月22日播種，6月22日移栽，10月23日收獲。

1.3 取樣與分析

采用手工收獲，籽粒和秸稈產(chǎn)量來源于整個(gè)小區(qū)。收獲的同時(shí)取植株樣品，經(jīng)烘干、粉碎后用于植株養(yǎng)分分析。

土壤、植株中各養(yǎng)分含量都按土壤農(nóng)化常規(guī)分析方法測定[7]。其中：土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法，全氮采用凱氏定氮法，有效磷采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法，電導(dǎo)率采用電位法(水土比例1∶5)，pH采用電位法(水土比例1∶2.5)；植株(籽粒和秸稈)經(jīng)硫酸-過氧化氫消煮，采用凱氏定氮法測全氮。

1.4 有關(guān)參數(shù)的計(jì)算

收獲指數(shù)是水稻收獲時(shí)籽粒產(chǎn)量與地上部生物量的比值，即作物同化產(chǎn)物在籽粒和營養(yǎng)器官上的分配比例。收獲指數(shù)反映了作物群體光合同化物轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品的能力，是評(píng)價(jià)作物品種產(chǎn)量水平和栽培成效的重要指標(biāo)。氮素表觀利用率是指施氮水稻地上部吸氮量與不施氮肥水稻地上部吸氮量之差占氮肥施入量的百分率[8]，氮素內(nèi)部利用率是指水稻籽粒產(chǎn)量與地上部吸氮量的比值[8]，它表示水稻每吸收單位氮素所獲得的水稻籽粒產(chǎn)量。氮肥偏生產(chǎn)力是指單位投入的氮肥所能生產(chǎn)的水稻籽粒產(chǎn)量[9]。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行整理，并采用SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒產(chǎn)量

表1表明，在湖酋、石門試驗(yàn)，不施氮肥(PK)水稻籽粒產(chǎn)量平均為6 346和8 137 kg·hm-2。施氮肥(NPK)提高了籽粒產(chǎn)量，與PK相比，NPK水稻籽粒產(chǎn)量分別提高51.8%和29.9%。不施氮肥水稻籽粒產(chǎn)量占NPK籽粒產(chǎn)量分別為65.9%和77.0%，這說明，在湖酋和石門兩地氮肥增產(chǎn)貢獻(xiàn)率分別為34.1%和23.0%。在施肥量相同的情況下，造成兩地氮肥貢獻(xiàn)率差異的原因主要是土壤肥力水平不同造成的，石門試驗(yàn)田土壤養(yǎng)分含量遠(yuǎn)高于湖酋，而且前茬作物為綠肥作物，土壤氮素自然供給能力強(qiáng)，施氮增產(chǎn)貢獻(xiàn)率較低。

表1 不同施肥處理對(duì)水稻籽粒產(chǎn)量的影響

在湖酋，常規(guī)施肥氮肥的增產(chǎn)貢獻(xiàn)率為29.7%，比減量施肥的(39.4%)低9.7百分點(diǎn)，這主要是因?yàn)?，常?guī)施肥處理磷鉀施用量高于減量處理。這也說明了磷鉀配施能促進(jìn)水稻對(duì)氮的吸收，從而降低了氮肥的增產(chǎn)貢獻(xiàn)率。而在石門，常規(guī)施肥氮肥的增產(chǎn)貢獻(xiàn)率(23.7%)與減量的(22.3%)相似，這是因?yàn)樵撛囼?yàn)田土壤有效磷、有機(jī)質(zhì)和全氮含量高，土壤供氮磷能力較強(qiáng)之故。

在湖酋減量施肥水稻籽粒產(chǎn)量比常規(guī)施肥的低13.0%；但在石門減量施肥與常規(guī)施肥水稻籽粒產(chǎn)量沒有顯著差異。這說明，在土壤肥力較低的地區(qū)減量施肥會(huì)顯著降低水稻產(chǎn)量，而在土壤肥力較高的地塊，如石門，降低肥料施用量不會(huì)影響當(dāng)季產(chǎn)量。

2.2 收獲指數(shù)

水稻收獲指數(shù)石門試驗(yàn)平均為0.546，比湖酋試驗(yàn)平均高5%(表2)。2個(gè)試驗(yàn)水稻收獲指數(shù)差異的原因主要是供試水稻品種不同造成的。

表2 不同施肥處理對(duì)水稻收獲指數(shù)的影響

盡管從整體上常規(guī)施肥與減量施肥間，以及PK與NPK處理間水稻收獲指數(shù)沒有顯著差異；但在不施氮肥條件下，常規(guī)PK水稻收獲指數(shù)比減量PK高，尤其是在湖酋試驗(yàn)達(dá)到顯著水平。這說明，在不施氮肥條件下，多施磷鉀肥能促進(jìn)水稻將干物質(zhì)向籽粒運(yùn)輸。

2.3 有效穗

由于水稻品種的差異，石門試驗(yàn)田水稻有效穗平均為161萬個(gè)·hm-2，而湖酋僅有134萬·hm-2(表 3)。2個(gè)試驗(yàn)田不施氮肥處理水稻有效穗平均為130萬·hm-2，NPK處理比PK增加27.1%，施氮肥能顯著提高水稻有效穗。與常規(guī)施肥相比，盡管在石門減量施肥沒有顯著影響水稻有效穗數(shù)，但是在湖酋減量施肥水稻有效穗顯著降低11%，這主要是因?yàn)楹跬寥婪柿λ降驮斐傻摹?/p>

表3 不同施肥處理對(duì)水稻有效穗的影響

2.4 千粒重

在湖酋和石門水稻千粒重平均為24.6 g和24.0 g(表 4)。盡管NPK處理的水稻千粒重在數(shù)值上比PK的高，但兩處理間沒有顯著差異。而且無論是在常規(guī)施肥還是減量施肥下，趨勢都相似。在常規(guī)施肥與減量施肥情況下，水稻千粒重也沒有顯著差異。

表4 不同施肥處理對(duì)水稻千粒重的影響

2.5 穗粒數(shù)

施氮肥顯著提高了水稻穗粒數(shù)(表5)，NPK處理的水稻穗粒數(shù)比PK的高10.9%。同樣常規(guī)施肥處理也比減量施肥處理的高8.1%。但是在平衡施肥條件下，在石門，常規(guī)施肥處理與減量施肥處理水稻穗粒數(shù)沒有顯著差異。而在湖酋，常規(guī)施肥處理比減量施肥處理水稻穗粒數(shù)高8.0%。在不施氮肥條件下，2個(gè)試驗(yàn)田常規(guī)施肥處理穗粒數(shù)顯著高于減量施肥。

表5 不同施肥處理對(duì)穗粒數(shù)的影響

2.6 吸氮量

不施氮水稻籽粒和秸稈吸氮量平均為68.5和28.6 kg·hm-2，施氮肥顯著提高土壤供氮能力，促進(jìn)水稻對(duì)氮的吸收和累積(表 6)。施氮肥處理水稻籽粒和秸稈吸氮量比不施肥的高53.3%和53.7%。在減量條件下，施氮的優(yōu)勢明顯。減量施肥顯著降低了湖酋籽粒和秸稈吸氮量，但對(duì)石門秸稈吸氮量沒有顯著影響。

表6 不同施肥處理對(duì)籽粒和秸稈吸氮量的影響

在湖酋和石門，不施氮肥水稻平均每季可吸收氮90和104 kg·hm-2，增施氮肥顯著提高地上部吸氮量，分別提高了67%和53.3%。水稻所吸收的氮平均70.6%被儲(chǔ)存在籽粒中。如果秸稈全部還田，在常規(guī)磷鉀施用量下至少施氮122.8 kg·hm-2才能維持稻田土壤大致平衡。而在減量條件下也要施氮107.6 kg·hm-2。

2.7 氮素表觀利用率

氮素表觀利用率在23.9%～28.1%(表7)。在石門，減量施肥處理的表觀利用率略高于常規(guī)施肥，而在湖酋，常規(guī)施肥水稻氮素表觀利用率比減量施肥的高4.2百分點(diǎn)。

表7 不同施肥處理對(duì)氮吸收和利用的影響

造成氮素表觀利用率差異的原因可能是由于湖酋土壤肥力水平比較低，高量磷鉀肥的施用促進(jìn)水稻對(duì)氮素的吸收之故。盡管氮素表觀利用率最高的只有28.1%，但水稻所吸收的氮占施氮量的58.5%～71.0%，平均67.1%，這說明，施入的氮肥絕大部分是可以被根系吸收利用的。

2.8 氮素偏生產(chǎn)力

無論在湖酋還是在石門，盡管常規(guī)施肥條件下氮素偏生產(chǎn)力在數(shù)值上比減量施肥的略高，但差異并不顯著。在本試驗(yàn)條件下，湖酋和石門分別可生產(chǎn)水稻籽粒41.4和45.5 kg·kg-1。

2.9 氮素內(nèi)部利用率

不施氮肥水稻氮素內(nèi)部利用率為71.6 kg·kg-1；而在施氮肥條件下，水稻氮素內(nèi)部利用率降低到63.3 kg·kg-1，降低13.1%。盡管減量的氮素內(nèi)部利用率在數(shù)值上高于常規(guī)，但并沒有達(dá)到顯著差異(表8)。

表8 不同施肥處理對(duì)氮素內(nèi)部利用率的影響

3 小結(jié)

在本試驗(yàn)條件下，施氮肥均能提高水稻籽粒產(chǎn)量，主要是因?yàn)槭┑茱@著提高水稻穗粒數(shù)和有效穗，但對(duì)收獲指數(shù)、千粒重沒有顯著影響。由于氮磷鉀施肥量同時(shí)降低，常規(guī)施肥水稻產(chǎn)量略高于減量施肥處理。在土壤肥力比較高的耕地可以降低肥料施用量，但對(duì)于土壤肥料較低的稻田，降低肥料施用量，尤其是氮肥，能顯著降低水稻產(chǎn)量。盡管氮素表觀利用率只有23.9%～28.1%，但水稻當(dāng)季所吸收的氮占施氮量的67.1%，這說明，施入的氮肥絕大部分可以被根系吸收利用。