氮肥分配比例對滴灌旱稻產(chǎn)量及氮肥利用率的影響

褚 璇，索常凱，王露霞，冶 軍，閔 偉，侯振安

(1.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832000；2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團自然資源國土整治中心，烏魯木齊 830000)

0 引 言

【研究意義】旱稻是水稻的一種旱生類型。通常在旱地或干濕地直播，一生旱管旱長，勿需水層[1]。新疆旱稻種植采用直播技術(shù)，不需要育苗、插秧，種植成本低，用水量比普通水稻用水量減少一半以上。而氮肥投入在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著不可或缺的作用[2]，也存在不合理施用氮肥現(xiàn)象[3]。在提高水稻產(chǎn)量的調(diào)控措施中，科學(xué)氮肥運籌可以有效提高水稻產(chǎn)量及品質(zhì)[4]，在施氮量和基蘗肥與穗肥對水稻產(chǎn)量和氮素利用率的影響的研究中，水稻生育后期提高氮肥施用比例可以顯著提高產(chǎn)量[5]。氮肥合理施用對于水稻產(chǎn)量等構(gòu)成因素影響尤為重要?！厩叭搜芯窟M展】不同氮肥運籌處理對作物產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響各異[6]。單位面積有效穗數(shù)是影響稻類產(chǎn)量的一個重要因素，而適當?shù)牡屎笠颇芴岣邌挝幻娣e有效穗數(shù)從而提高產(chǎn)量[7]。適當提高分蘗至拔節(jié)所占肥料比例可以加大水稻分蘗，顯著促進有效分蘗，提高水稻產(chǎn)量[8,9]。當?shù)滋Y肥與拔節(jié)肥的比例為8∶2時，可以顯著提高水稻基本苗、每穗粒數(shù)和產(chǎn)量[10]?；Y肥占總肥量的70%易獲得高產(chǎn)，氮肥運籌處理影響直播稻“庫”容量，從結(jié)實率、每穗粒數(shù)、成穗率等構(gòu)成因素方面影響水稻產(chǎn)量。適當?shù)屎笠瓶墒棺蚜９酀{充分從而獲得高產(chǎn)[11]?！颈狙芯壳腥朦c】前人關(guān)于氮肥分配比例對作物生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響多集中于水稻，而氮肥施用比例對旱稻產(chǎn)量、品質(zhì)及氮肥利用率等因素的影響少有相關(guān)詳細的報道。需研究氮肥分配比例對滴灌旱稻產(chǎn)量及氮肥利用率的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】設(shè)計不同氮肥分配比例的田間小區(qū)試驗，研究氮肥分配比例對旱稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，分析氮肥不同分配比例對旱稻氮肥利用率的影響，為旱稻在新疆區(qū)域的種植提供一定的理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗設(shè)在石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗站土壤類型為灰漠土，年平均降水量210 mm，年平均蒸發(fā)量1 600 mm。耕層土壤基本性狀：有機質(zhì)18.66 g/kg，堿解氮22.73 mg/kg，速效磷19.64 mg/kg，速效鉀294.82 mg/kg。旱稻品種為旱香1號。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

采用小區(qū)試驗，設(shè)4個處理，分別為：(1)對照(CK，不施用氮肥)；(2)蘗肥∶穗肥=N(2∶8)；(3)蘗肥∶穗肥=N(6∶4)；(4)蘗肥∶穗肥=N(8∶2)。施氮量均為純氮120 kg/hm2。每個處理重復(fù)3次，共12個試驗小區(qū)，小區(qū)面積15 m2。

旱稻種植采用覆膜栽培，1膜2管4行，膜寬70 cm，膜間距30 cm，行距配置為(10+20+10)cm，旱稻植株間距10 cm。灌溉方式為膜下滴灌，全生育期灌水500 m3。其中磷肥為重過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀，磷鉀肥作為基肥播種前1次性施用，施用量為P2O536 kg/hm2；K2O 76.5 kg/hm2，氮肥使用尿素(含氮量46%)，施肥方式為滴灌施肥，其中蘗肥于6月11日至7月8日均分5次施入；穗肥于7月15日至8月5日均分3次施入。表1

表1 氮肥施用比例及時期Table 1 Proportion and period of application of nitrogen fertilizer

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 植株生物量

在旱稻的苗期、分蘗初期、齊穗期、灌漿期、成熟期取樣，每個處理取連續(xù)10穴，每個處理3個重復(fù)，于105℃下殺青30 min，80℃下烘干至恒重，測定干物質(zhì)重。

1.2.2.2 植株養(yǎng)分

將采集的各生育期旱稻樣品按莖鞘、葉、穗等器官分別烘干、稱重，粉碎后過1 mm篩，經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后，采用凱氏定氮法測定全氮含量。

1.2.2.3 產(chǎn)量

旱稻成熟后每個處理取連續(xù)10穴，每個處理3個重復(fù)。取樣后調(diào)查其產(chǎn)量構(gòu)成因素包括每個處理小區(qū)的穗數(shù)、穗粒數(shù)、成穗率、結(jié)實率、千粒重計算產(chǎn)量。

1.2.2.4 氮素相關(guān)轉(zhuǎn)化率[12,13]

氮肥農(nóng)學(xué)利用效率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-未施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量× 100%；

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

氮肥生理利用率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮產(chǎn)量)/(施氮區(qū)地上部分吸氮量-不施氮區(qū)地上部分吸氮量)；

氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=籽粒產(chǎn)量/施氮量。

1.2.2.5 品質(zhì)

稻米直鏈淀粉含量采用NY/T 2639-2014法。

精米率=精米重量(g)/稻谷試樣重量(g)×100%；

整精米率=整粒精米重量(g)/稻谷試樣重量(g)×100%；

堊白粒率=堊白米粒數(shù)/試樣總粒數(shù)×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行整理，SPSS21.0軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下旱稻生育種干物質(zhì)積累動態(tài)變化

研究表明，與CK處理相比較，N(2∶8)、N(6∶4)和N(8∶2)處理總干物重顯著增加了41%、58%和60%。除苗期外，旱稻各生育期N(8∶2)處理莖鞘干物重均顯著高于其他處理，成熟期較CK、N(2∶8)和N(6∶4)處理分別增加了47.0%、30.4%和6.8%。除葉片部位與穗部干物重顯著高于CK處理外，氮肥分配比例各處理之間無顯著差異。N(2∶8)、N(6∶4)和N(8∶2)處理成熟期總干物質(zhì)重分別較CK處理增加了40.1%、58.4%和59.4%，N(6∶4)與N(8∶2)處理間干物質(zhì)重?zé)o顯著差異，但分別較N (2∶8)處理顯著增加了12.3%和13.1%。圖1

圖1 旱稻不同生育期各器官干物重變化Fig.1 Biomass of abovementional organs in upland rice at different growth stages

2.2 成熟期旱稻各器官氮素積累變化

研究表明，與CK處理相比較，N(2∶8)、N(6∶4)和N(8∶2)處理氮素吸收總量分別增加了40.8%、59.5%和66.3%。N(6∶4)、N(8∶2)處理吸氮量顯著高于N(2∶8)處理，但N(6∶4)、N(8∶2)處理間無顯著差異。

各器官氮素積累，莖鞘部位N(8∶2)較N(2∶8)和CK處理顯著增加了42.8%和50.5%，較N(6∶4)處理增加了15.7%，但沒有顯著差異。穎殼部位N(8∶2)處理顯著高于其他處理。葉片和籽粒部位氮素積累受氮肥分配比例影響差異不顯著。表2

表2 成熟期旱稻各器官吸氮量變化Table 2 Nitrogen uptake by each organ in the mature stage of upland rice(kg/hm2)

2.3 不同處理下產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的變化

研究表明，與CK處理相比較，N(2∶8)、N(6∶4)和N(8∶2)處理產(chǎn)量顯著增加了47%、73%和52%(表3)。N(6∶4)處理的產(chǎn)量顯著高于其余各處理，N(2∶8)與N(8∶2)處理間無顯著差異。N(6∶4)處理的產(chǎn)量較N(2∶8)與N(8∶2)處理分別提高了17.2%和13.7%。

各處理千粒重與產(chǎn)量呈現(xiàn)相同趨勢，N(6∶4)處理顯著高于各處理，較N(2∶8)與N(8∶2)處理增加28.4%和15.7%。單位面積穗數(shù)N(6∶4)處理較N(2∶8)與N(8∶2)處理增加3.5%和12.7%，但與N(2∶8)處理間差異不顯著。結(jié)實率和每穗粒數(shù)各氮肥分配比例處理間差異不顯著。表3

表3 不同施氮比例下產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的差異Table 3 Yield and its constituent factors under different n application rates

2.4 不同處理下旱稻氮肥利用率變化

研究表明，N(6∶4)處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于N(2∶8)和N(8∶2)處理，農(nóng)學(xué)利用效率分別增加了31.9%和23.4%，氮肥偏生產(chǎn)力分別增加了17.2%和13.7%。氮肥的吸收利用效率隨著蘗肥比例的增大而減小，但N(6∶4)和N(8∶2)處理間差異不顯著。當蘗肥比例增大時氮肥生理利用率增高，但N(2∶8)與N(6∶4)處理間差異不顯著。表4

表4 旱稻氮素利用效率Table 4 Efficiency of nitrogen use in upland rice

2.5 不同處理下品質(zhì)因素變化

研究表明，施氮顯著降低了稻米的精米率與整精米率，但增加了糙米率。N(6∶4)處理的糙米率、精米率和整精米率均顯著高于N(2∶8)和N(8∶2)處理。N(8∶2)處理的堊白粒率高于其它處理，但與N(2∶8)處理間差異不顯著，N(2∶8)處理的堊白度與N(6∶4)和N(8∶2)處理比較，分別增加了28.2%和11.2%。蛋白質(zhì)含量與直鏈淀粉含量呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，N(8∶2)處理的直鏈淀粉含量顯著高于N(6∶4)和N(8∶2)處理，但N(6∶4)和N(8∶2)處理無顯著差異。表5

表5 不同施氮比例下品質(zhì)因素的差異Table 5 Differences of quality factors under different nitrogen application rates

3 討 論

合理施用氮肥是作物高產(chǎn)的一個重要因素[14]。作物各器官干物質(zhì)積累受施肥水平及氮肥運籌影響顯著[15]。研究發(fā)現(xiàn)，當蘗肥施用比例過大時可以顯著增加旱稻莖鞘部干物重，但會降低有效穗數(shù)和產(chǎn)量。范立慧等[16]研究也發(fā)現(xiàn)，隨著前期施氮量的增加，促進了水稻無效分蘗，降低單位面積有效穗數(shù)，從而降低產(chǎn)量。單位面積有效穗數(shù)、結(jié)實率和千粒重是限制產(chǎn)量重要的構(gòu)成因素，研究發(fā)現(xiàn)適當增加穗肥比例可以有效增加旱稻單位面積的有效穗數(shù)，王曉燕等[17]，胡雅杰等[18]通過研究也發(fā)現(xiàn)，適當?shù)脑黾铀敕时壤?，可以有效減少無效分蘗的發(fā)生，提高單位面積有效穗數(shù)。但當穗肥比例過高時也會減少單位面積有效穗數(shù)，而千粒重也是限制旱稻產(chǎn)量的一個重要因素，研究中N(6∶4)處理千粒重顯著高于其他處理，提高產(chǎn)量，與花勁等[19]的研究結(jié)果較為一致，實現(xiàn)稻米從高產(chǎn)到超高產(chǎn)在于保持較高的千粒重。適當增加穗肥比例可以通過提高氮素的積累和單位面積有效穗數(shù)從而提高產(chǎn)量，王艷等[20]研究表明，氮肥后移對于產(chǎn)量的提高起著促進作用，與研究結(jié)果基本一致。

合理施用氮肥不僅能促進水稻生長、提高水稻產(chǎn)量還能有效提高稻米品質(zhì)[21,22]。研究表明，適當增加穗肥比例可以有效的提高稻米加工品質(zhì)，但對其外觀品質(zhì)呈負相關(guān)影響[23]，與研究適當增加穗肥既提高了稻米的加工品質(zhì)同時又提高了外觀品質(zhì)的結(jié)果有所差異，可能受灌溉方式和種植方式的不同所影響，但當穗肥比例增加過大時N(2∶8)處理的結(jié)果與其一致。劉代銀等[24]研究發(fā)現(xiàn)，堊白度與蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與研究結(jié)果基本一致。在營養(yǎng)品質(zhì)方面，蛋白質(zhì)與稻米的食味品質(zhì)呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系[25]，而作為產(chǎn)量最優(yōu)的N(6∶4)處理，食味品質(zhì)并不能達到最優(yōu)當穗肥所占比例大于60%時會降低稻米品質(zhì)[26]，與研究結(jié)果基本一致。氮肥利用率、生理利用率及偏生產(chǎn)力等相關(guān)氮素指標從不同的方面表示了作物對氮素的利用情況[27]。研究發(fā)現(xiàn)，氮肥的后移可以顯著提高氮肥的農(nóng)學(xué)利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力，當蘗肥比例過高時，由于促進分蘗使得莖鞘部生物量的增加，提高了氮肥吸收利用率，但是對氮肥偏生產(chǎn)力及農(nóng)學(xué)利用效率呈顯著負相關(guān)影響，與汪峰等[28]研究結(jié)果較為一致。

4 結(jié) 論

4.1當?shù)史峙浔壤秊榛剩禾Y肥=6∶4時，較N(2∶8)與N(8∶2)處理產(chǎn)量顯著提高了17.2%和13.7%。千粒重各處理呈現(xiàn)與產(chǎn)量相同的趨勢，當?shù)史峙浔壤秊榛剩禾Y肥=6∶4時，較N(2∶8)與N(8∶2)處理顯著增加了28.4%和15.7%。合理的氮肥分配比例可以增加旱稻產(chǎn)量，適當?shù)脑黾铀敕实谋壤欣诤档旧锪康姆e累，可以提高產(chǎn)量、氮素利用率和品質(zhì)。新疆滴灌旱稻的種植中，基肥∶蘗肥為6∶4可顯著增加旱稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)。

4.2適當?shù)牡屎笠瓶梢燥@著增加氮肥的農(nóng)學(xué)利用效率和偏生產(chǎn)力，與N(2∶8)、N(8∶2)處理相比較N(6∶4)處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和偏生產(chǎn)力顯著增加了31.9%、23.4%和17.2%、13.7%。

4.3適當?shù)屎笠圃谔岣吆档炯庸て焚|(zhì)的同時又提高了外觀品質(zhì)，旱稻蛋白質(zhì)含量與直鏈淀粉含量呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系。