鹽堿地水稻最佳生長狀態(tài)及產(chǎn)量的氮肥比例研究

齊國峰 ，于亞輝 ，劉中卓 ，孫 杰 ，張 戰(zhàn) ，付雪蛟 ,鐘順成 ，王詩宇 , 李 楠 ,王立飛

（1 遼寧省鹽堿地利用研究所，遼寧 盤錦 124010；2 遼寧省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地建設(shè)工程中心，沈陽 110000）

水稻是我國第二大糧食作物， 在我國的種植面積可以達(dá)到3 000 萬公頃以上， 總產(chǎn)量可以達(dá)到2.1 億t 以上， 占據(jù)我國糧食總產(chǎn)量的1/3 以上。 所以保證水稻的高產(chǎn)對我國糧食安全的維持起著重要的作用［1］。 在水稻的生長過程中，需要多種元素的攝入， 其中對水稻的生長發(fā)育和產(chǎn)量具有關(guān)鍵作用的是氮素， 氮素也是一種極為敏感的元素，氮元素與水稻對磷元素、鉀元素的吸收存在著密切地聯(lián)系［2］。 但是在水稻生產(chǎn)的過程中，存在一些不合理以及盲目使用氮肥的情況， 在很大程度上降低了水稻的產(chǎn)量， 同時水稻的品質(zhì)以及對氮肥的利用效率產(chǎn)生大幅度的下降，除此之外，氮素的不合理使用使土壤的質(zhì)量出現(xiàn)退化、 地表水和地下的水體內(nèi)的硝酸鹽的含量出現(xiàn)嚴(yán)重的超標(biāo)等一系列的問題， 這將在很大程度上影響到水稻農(nóng)田的可持續(xù)利用［3］。 針對目前水稻田種植過程中出現(xiàn)的一系列的問題，例如氮肥的攝入量過多、氮肥的利用率相對較低等問題。 開展氮肥對水稻生長發(fā)育以及產(chǎn)量的影響， 旨為探究鹽堿地水稻對氮肥的最有效吸收含量以及對水稻的攝入比例進行分析，探究鹽堿地水稻最佳的氮肥比例，形成一種可以量化的氮肥高效運籌技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況概述

試驗于2018 年和2019 年在遼寧省盤錦市某牧場的鹽堿地進行水稻的種植研究 （121°34’E、40°41N），該地區(qū)位于遼寧省的西南部，氣候區(qū)域?qū)儆跍貛Ъ撅L(fēng)性氣候，四季分明，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶窒嚓P(guān)資料顯示，2018 年前盤錦市的水稻生長區(qū)內(nèi)超過10 ℃的積溫可以達(dá)到3 519 ℃， 降水量為650.22 mm，2019 年前盤錦市的水稻生長區(qū)內(nèi)超過10℃的積溫可以達(dá)到3 619 ℃， 降水量為672.45 mm， 對該牧場水稻種植區(qū)域的0～20 cm的土壤層的基本養(yǎng)分進行研究分析， 具體情況詳見表1。

表1 試驗土壤養(yǎng)分的基本情況

1.2 試驗方法

試驗設(shè)5 個氮含量的處理， 即氮用量分別為0、60、120、180、240 kg/hm2， 并將其分別表示為N0、N60、N120、N180、N240。 使用的肥料比例為基肥：分蘗肥：孕穗肥=0.3:0.4:0.3，在水稻進行移栽前3 d對其進行基肥的攝入，移栽后的20 d，攝入分蘗肥；移栽后的70 d 左右，攝入孕穗肥。同時對水稻進行P2O5和K2O 的攝入。 氮肥為尿素，氮含量為47.5%， 使用的磷肥為磷酸鈣，P2O5含量為46%，使用的鉀肥為氯化鉀，K2O 含量為60%。水稻的移栽日期為5 月25 日，收獲日期為9 月29 日。2018年使用的水稻品種為遼粳294、2019 年使用的水稻品種為遼粳454。 水稻的栽培密度為21 萬株/hm2， 各個水稻田區(qū)間設(shè)有塑料薄膜進行包裹，為將各個水稻田之間的相互影響減少， 其他的田間管理模式按照正常的生產(chǎn)田進行。

1.3 研究樣本的確定及檢測

水稻在種植前和收獲后， 采取其0～100 cm的土壤樣品，將其分為5 層，采用環(huán)刀法的方式對土壤的容重進行測量，每20 cm 為一層。 每個區(qū)域測量的點為5 個，將土壤的樣品進行混合，再將其置于零下20 ℃的冷凍內(nèi)進行保存。 待進行試驗時，將樣品進行解凍處理，隨后使用2 mm 的篩子對樣品進行混勻過篩，并稱取5 g 的土壤樣品，將其加入CaCl2溶液對其進行浸泡、 提取，CaCl2溶液加入的含量為100 ml 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01 mol/L，再將樣品進行震蕩，震蕩的時間保持在1 h 左右， 再將其進行過濾， 浸提液采用的是丹麥Foss流動注射分析儀， 使用該分析儀對樣品中的銨態(tài)氮以及硝態(tài)氮的含量進行測量， 并根據(jù)0～20 cm層面中的土壤容重和其含有的氮含量換算成0～100 cm 中的氮累積含量。

取水稻返青期、分蘗期、抽穗期、灌漿期以及成熟期的植株作為樣品的樣本進行相關(guān)的試驗，在試驗中的每個小區(qū)內(nèi)采取5 棵植株作為實驗樣品， 將植株的根部進行剪除， 再將植株放入105℃的溫度下進行殺青處理， 處理的時間為30 min， 再將其使用75 ℃的溫度進行烘干處理，稱重并計算地上部分的干物重。 使用0.5 mm 的過篩對樣品進行粉碎過篩，將其中含有的氮、磷、鉀含量進行測量。 對三種元素的含量進行分析過程中均采用的是H2SO4－H2O2法，其中氮元素含量的測定方式為凱氏定氮法， 磷元素含量的測定方式為釩鉬黃比色法， 鉀元素含量的測定方式為火焰光度法。

1.4 計算標(biāo)準(zhǔn)

氮收獲指數(shù)(%)=成熟期水稻籽粒氮吸收量/水稻植株氮總吸收量×100；

氮肥當(dāng)季回收率(%)=(收獲期施氮區(qū)地上部水稻的總吸氮量－收獲期不施氮區(qū)地上部水稻的總吸氮量)/氮肥施用量×100；

氮肥農(nóng)學(xué)效率(kg/kg)=(施氮區(qū)的水稻產(chǎn)量－不施氮區(qū)的水稻產(chǎn)量)/氮肥施用量；

氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施氮區(qū)的水稻產(chǎn)量/氮肥施用量；

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

本次試驗的數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2020和SPSS23.0 軟件進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 對比不同氮肥比例對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因子的影響

從試驗結(jié)果來看，2018 年和2019 年的水稻產(chǎn)量基本一致，且和不進行施氮肥的水稻相比，進行氮肥攝入的水稻產(chǎn)量明顯較高，P＜0.05；對水稻進行不同比例氮肥的處理下， 水稻的產(chǎn)量出現(xiàn)較為明顯的差異， 水稻的產(chǎn)量隨著氮肥的增加而增加（氮肥在60～180 kg/hm2之間），當(dāng)?shù)蔬_(dá)到180 kg/hm2時，水稻產(chǎn)量達(dá)到了最大值，當(dāng)對水稻的施氮肥達(dá)到240 kg/hm2時，水稻的產(chǎn)量降低；從水稻構(gòu)成因子角度呈現(xiàn)的結(jié)果來看， 和水稻產(chǎn)量的變化基本一致， 水稻的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)也隨著氮肥比例的增加而增加， 當(dāng)?shù)试?80～240 kg/hm2時，水稻的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)減少，且水稻的千粒數(shù)隨著對水稻施氮肥量增加而降低。 所以對水稻進行適宜氮肥的攝入可以將水稻的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)進行增加，從而將水稻的產(chǎn)量進行提升。詳見表2。

表2 不同處理對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

2.2 對比不同氮肥比例對水稻養(yǎng)分吸收動態(tài)的影響

從不同施氮比例對水稻養(yǎng)分吸收的動態(tài)結(jié)果可以看出，從水稻的返青期起至水稻的分蘗期，水稻的生長較為緩慢，從而導(dǎo)致水稻對氮、磷、鉀的吸收相對較少； 但是從水稻的分蘗期到水稻的灌漿期，水稻的生長會逐漸加快，從而對氮、磷、鉀的吸收量逐漸增多；同時可以發(fā)現(xiàn)，對水稻進行氮肥的攝入，可以將水稻各個時期對氮、磷、鉀的吸收量增加。和不攝入氮肥的試驗水稻相比，進行氮肥攝入的水稻各個生長時期的氮、磷、鉀吸收量明顯增高，增高的效果較為顯著，P＜0.05；在對水稻進行比例不同的氮肥處理下， 水稻對氮磷鉀的吸收隨著氮肥比例的增加而增加， 但是在水稻的生長期內(nèi)的表現(xiàn)存在一定的差異， 從水稻的返青期至水稻的抽穗期， 在氮肥比例達(dá)到180 kg/hm2時，水稻對氮、磷的吸收量最高，和氮磷的吸收情況不同， 鉀元素的吸收量在氮肥比例達(dá)到240 kg/hm2時最高， 主要的原因是鉀元素在營養(yǎng)體內(nèi)的所占比例較大，但是在籽粒中的含量較少。所以對水稻進行比例較大的氮肥供應(yīng)， 可以將水稻植株中的養(yǎng)分總積累量進行提升，但是對水稻生長發(fā)育過程中的籽粒養(yǎng)分積累十分不利，從而導(dǎo)致水稻灌漿期到水稻成熟期養(yǎng)分積累的總量下降，詳見表3。

表3 不同氮肥比例對水稻養(yǎng)分吸收動態(tài)的影響(kg/hm2)

2.3 對比不同氮肥比例對水稻氮肥利用率的影響

試驗中對水稻氮肥利用率進行分析， 結(jié)果顯示，對水稻進行不同比例的氮肥處理，隨著氮肥比例的增加， 水稻的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥的偏向生產(chǎn)力逐漸下降， 氮肥比例從60～240 kg/hm2，水稻的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥的偏向生產(chǎn)力從26.12 kg/kg、153.21 kg/kg 下降至14.15 kg/kg、44.53 kg/kg；但氮肥的當(dāng)季回收率不同，隨著氮肥使用比例的增加，在60～180 kg/hm2內(nèi)，氮肥的當(dāng)季回收率隨著氮肥的使用量增加而增加， 當(dāng)?shù)实氖褂帽壤?80～240 kg/hm2時，氮肥的當(dāng)季回收率會出現(xiàn)下降； 同時可以發(fā)現(xiàn)水稻的收獲指數(shù)隨著氮肥攝入比例的增加而增加， 和水稻的當(dāng)季回收率基本一致， 說明氮肥比例的增加可以將水稻秸稈中的氮元素比例進行提升， 使得水稻植株對氮元素的吸收成為過度吸收，詳見表4。

表4 不同施氮比例對水稻氮肥利用率的影響

3 討論

鹽堿地在我國的分布較為廣泛， 從南到北均有分布。鹽堿地的分布地區(qū)大多較為集中，且面積正逐漸地擴大，同時由于鹽堿地地區(qū)的雨熱同季。雨量也較為豐沛， 一直是我國水稻開發(fā)的重點區(qū)域［4］。 但是鹽堿地的土壤含鹽量較高，土壤較為貧瘠，所以如果栽培不當(dāng)，往往不會增加作物的產(chǎn)量［5］。 對于水稻而言，氮肥的使用會影響水稻的農(nóng)學(xué)效應(yīng)、品質(zhì)以及產(chǎn)量［6］。 在不同比例的氮肥使用下， 施氮水平對水稻的產(chǎn)量和水稻對氮元素的吸收產(chǎn)生重要的作用， 但是氮肥的比例卻無法很好的調(diào)節(jié)，若對水稻進行過量氮肥的使用，不僅不會增加水稻的產(chǎn)量， 同時氮肥將以硝態(tài)氮的形式殘留在土壤中，并隨著雨水和灌溉水源沖置地下，污染環(huán)境， 所以對氮肥的使用比例進行調(diào)節(jié)對水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)是極為重要的［7－8］。

iaohui F［9］學(xué)者指出，一般情況下，農(nóng)作物的產(chǎn)量和對氮元素的吸收量會隨著氮肥用量的增加而增加， 但是對氮肥的利用效率會相對較低。Sultana R F 等［10］學(xué)者指出，對農(nóng)作物進行適量氮肥的攝入，而不是過量的氮肥，可以保證農(nóng)作物產(chǎn)量的同時提高對氮素的利用效率。在本次研究中，水稻的產(chǎn)量隨著氮肥的增加而增加 （氮肥在60～180 kg/hm2之間）， 隨后當(dāng)?shù)蔬_(dá)到180 kg/hm2時，水稻產(chǎn)量達(dá)到了最大值，當(dāng)對水稻的施氮肥達(dá)到240 kg/hm2時，水稻的產(chǎn)量降低；從水稻構(gòu)成因子角度呈現(xiàn)的結(jié)果來看， 和水稻產(chǎn)量的變化基本一致， 所以對水稻進行適宜氮肥的攝入可以將水稻的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)進行增加， 從而將水稻的產(chǎn)量進行提升。

萬淑紅［11］的研究結(jié)果顯示，對水稻進行氮肥的使用， 可以增加水稻對氮磷鉀的吸收總量。Gerard[12]學(xué)者的研究表明，水稻處于成熟期對氮的吸收總量與磷鉀的吸收總量存在正相關(guān)。 在本次研究中，和不攝入氮肥的試驗水稻相比，進行氮肥攝入的水稻各個生長時期的氮、磷、鉀吸收量明顯增高，增高的效果較為顯著，P＜0.05；且水稻對氮磷鉀的吸收隨著氮肥比例的增加而增加， 但是在水稻的生長期內(nèi)的表現(xiàn)存在一定的差異， 從水稻的返青期至水稻的抽穗期， 在氮肥達(dá)到180 kg/hm2時，水稻對氮磷的吸收量最高，和氮磷的吸收情況不同， 鉀元素的吸收量在氮肥達(dá)到240 kg/hm2時最高， 主要的原因是鉀元素在營養(yǎng)體內(nèi)的所占比例較大，但是在籽粒中的含量較少。所以對水稻進行不同比例的氮肥供應(yīng)， 會影響水稻對其他養(yǎng)分元素的攝入，同時影響水稻的產(chǎn)量。

總之， 在水稻生長的各個時期進行氮肥的攝入可以將其對氮磷鉀的吸收量和產(chǎn)量進行增加，同時對水稻進行適宜氮肥的攝入， 可以提高水稻植株的養(yǎng)分吸收總量， 并增加抽穗期至成熟期的養(yǎng)分含量，從而增加水稻的產(chǎn)量，減少土壤中氮元素的殘留和損失，降低了對環(huán)境造成地污染，具有較高的推廣價值。