氮肥減施對麥茬機插水稻產量及氮肥利用的影響

王瑜 趙慶雷 信彩云 陳博聰 劉奇華 陳靖雨

(山東省農業(yè)科學院濕地農業(yè)與生態(tài)研究所/山東省水稻工程技術研究中心，山東 濟南 250100)

化肥養(yǎng)分投入對糧食增產起到了重要作用，尤其是氮肥的使用。在水稻的實際生產中，農民習慣加大肥料的投入得到更高的產量和經濟效益，造成了肥料資源投入大、利用率低和增產遲緩等問題。我國稻田單季氮肥用量平均已經達到180kg·hm-2以上，平均吸收利用率僅33%左右，為發(fā)達國家的50%左右[1]。粗放管理加上不合理施用氮肥，導致植株群體不合理，營養(yǎng)生長過盛，更易發(fā)生倒伏，病蟲害加重，嚴重影響產量和品質進一步提升[2]。

進行氮肥優(yōu)化管理，提高氮素養(yǎng)分流動和循環(huán)控制，可兼顧作物產量、品質和資源利用效率，是實現(xiàn)水稻產業(yè)綠色發(fā)展的重要途徑。但過量減少肥料養(yǎng)分供應不足，會顯著降低水稻產量，影響氮素吸收利用效率[3,4]。長期定位監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，氮肥過量或不足，水稻產量均存在下降的風險[5]。前人研究表明，水稻產量與施氮量關系表現(xiàn)為開口向下的拋物線，即隨著施氮量增加水稻產量呈先上升后下降的趨勢[6]。水稻施氮量定位試驗的結果表明，氮肥施用量減少25%的處理產量可以持平常規(guī)施氮量處理，說明氮肥具有較大的減量空間[7]。

因此，本研究主要通過開展氮肥減施對麥茬機插水稻產量和氮肥利用的研究，以明確氮肥合理減施范圍，為麥茬機插水稻生產科學減肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在山東省水稻研究所濟寧試驗站連續(xù)2a進行。試驗地0～20cm土壤養(yǎng)分情況：全氮2.44g·kg-1、堿解氮145.95mg·kg-1、速效磷46.92mg·kg-1、速效鉀270mg·kg-1。

氮肥、磷肥和鉀肥分別為尿素(含N46%)、過磷酸鈣(含P2O514%)和氯化鉀(含K2O60%)。

1.2 試驗設計

設置N0、N1、N2和N3共4個氮肥處理氮肥用量分別為0kg·hm-2、180kg·hm-2、210kg·hm-2、300kg·hm-2，氮肥追肥比例為2∶1∶1，分別在分蘗期、孕穗期追肥。磷肥P2O560kg·hm-2和鉀肥K2O 165kg·hm-2，作為基肥施入。

供試水稻品種為“津稻263”和“圣稻19”。

采用機插秧，行株距為25cm×16cm。每個處理3次重復，小區(qū)面積為24m2(4m×6m)。病蟲害防治、田間除草和水管理等遵循試驗基地常用的栽培管理方法。

1.3 測定項目與方法

產量及其構成因素：成熟期水稻各小區(qū)隨機選擇30穴，測定植株的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重等。取3m2樣方測定水稻實際產量。

1.4 肥料利用率計算方法

氮肥農學利用率(kg·kg-1)=(施氮區(qū)產量-空白

區(qū)產量)/施氮量

氮肥偏生產力(kg·kg-1)=施氮區(qū)產量/施氮量

氮肥偏生產力(kg·kg-1)=施氮區(qū)籽粒產量/施

氮量

氮肥貢獻率(%)=(施氮區(qū)籽粒產量-空白區(qū)籽粒

產量)/施氮區(qū)籽粒產量×100

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)為2a的平均值，數(shù)據(jù)采用Excel、SPSS相關分析軟件進行。

2 結果分析

2.1 氮肥減施對麥茬機插水稻產量構成的影響

單位面積的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)與千粒重是水稻產量構成的三要素。減施氮肥顯著影響產量構成，2個品種變化規(guī)律基本一致。單位面積有效穗數(shù)隨氮肥施用量增加而增加，穗粒數(shù)和千粒重變化規(guī)律是隨氮肥用量的增加而降低。如表1所示，不施氮處理(N0)有效穗數(shù)顯著低于施氮處理(N1～N3)；施氮處理間，隨著施氮量的增加，穗數(shù)顯著增加。穗粒數(shù)隨著施氮量的增加，先升高后降低；N0處理穗粒數(shù)最高，而N3處理為最低。不施氮處理(N0)千粒重顯著高于施氮處理(N1～N3)，施氮處理間差異不顯著。這可能是因為在氮素缺乏時，水稻主要進行生殖生長，促進主莖成穗；當?shù)剡^量時，水稻主要進行營養(yǎng)生長，產生較多無效分蘗。

表1 不同氮肥用量對水稻產量構成因素的影響

綜合各處理單位面積的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重，氮肥用量在N2～N3處理之間能夠獲得較高的籽粒產量。

2.2 氮肥減施對麥茬機插水稻產量的影響

氮肥施用顯著影響麥茬機插水稻產量，2個品種變化規(guī)律基本一致。圖1表明，隨氮肥用量的增加，施氮肥處理(N1～N3)水稻籽粒產量均比不施氮處理(N0)增加顯著，表明氮肥施用顯著增加水稻籽粒產量；隨著氮肥用量的增加，麥茬機插水稻產量變化規(guī)律是先增加后降低；當?shù)视昧窟_300kg·hm-2(N3)時，其產量未得到進一步提高，顯著低于N2(210kg·hm-2)處理，因此在常規(guī)施氮量的基礎上減少30%以內的使用量可保證穩(wěn)產。

從表2可知，施氮處理顯著提高麥茬機插水稻籽粒產量，較不施氮處理(N0)增產5.38%～20.0%。在施氮處理間，籽粒產量也存在差異，其中N2(210kg·hm-2)處理的產量顯著高于其他處理(N1、N3)，N3處理與N1處理差異不顯著。

圖1 氮肥施用量與水稻產量的關系

2.3 氮肥減施對麥茬機插水稻氮肥利用的影響

不同品種的氮肥增產率有差異，這與品種間的氮肥利用效率相關，但變化規(guī)律基本一致。由表2可知，水稻氮肥貢獻率、氮肥農學利用率變化趨勢呈現(xiàn)為下口的拋物線即先增加后降低；隨著氮肥施用量的增加，氮偏生產力顯著降低；當?shù)视昧窟_300kg·hm-2(N3)時，其氮偏生產力和氮肥農學利用率均顯著低于其他處理。說明過量施用氮肥降低了氮肥的利用效率，而且增加環(huán)境污染風險。

綜合產量、氮肥利用效率表現(xiàn)，N2處理在穩(wěn)產增產基礎上可顯著提高水稻氮肥利用率，降低氮肥環(huán)境損失。說明合理確定氮肥適宜施用量，有利于保障水稻產量，發(fā)揮資源有效利用。

表2 不同氮肥用量對水稻氮肥利用效率的影響

3 討論

在水稻生產中，要想得到較高的產量，必須建立合理的植株群體結構。合理的氮肥管理措施能夠改善植株群體結構，減少無效分蘗，增加有效穗，提高生育后期光合生產能力和物質轉運效率，從而獲得較高產量[8]。在水稻的生產中，優(yōu)化氮肥運籌，合理的施用量和時期，復合植株對養(yǎng)分的需求規(guī)律，才能最大限度發(fā)揮氮肥的增產效應[9]。

施氮水平對水稻產量構成也有直接的調控作用，從而決定了產量的高低。朱勇勇等[10]研究表明，減氮會顯著減少水稻分蘗數(shù)，隨著減氮比例的提升分蘗數(shù)逐漸下降。王道中等[11]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)處理相比，減氮處理會顯著增加水稻結實率、每穗粒數(shù)和千粒重，從而維持與習慣施氮處理持平的產量。本研究表明氮肥減施后，有效穗數(shù)增加，而千粒重、穗粒數(shù)、結實率呈遞下降趨勢，合理的氮肥施用量能減緩結實率和千粒重的下降趨勢，以保證產量。這可能與植株源庫關系有關，合理減氮促進了葉源、根源和莖源質量的同步改善，促進群體源庫質量提升，通暢的轉運渠道，促進籽粒灌漿，從而提高產量形成[12]。本研究表明，氮肥可以顯著增加麥茬機插水稻的籽粒產量；但過量施用氮肥后，籽粒產量及部分產量構成因子呈現(xiàn)下降的趨勢，從而降低了氮肥的增產效應。

作物對氮肥的吸收利用能力主要通過氮肥農學效率、氮肥偏生產力、氮肥農學利用效率等指標體現(xiàn)[13]。目前，我國水稻氮肥農學效率和氮肥吸收利用效率僅為30%～35%和10kg·kg-1[13,14]，遠遠達不到世界農業(yè)發(fā)達國家水平，還有很大的提高空間。有研究表明，在合理范圍內減施氮肥不但能提高氮肥偏生產力和氮肥吸收利用率，同時可以提高產量[14]。有研究通過2005—2015年開展的3300個水稻田間試驗分析，證明了減氮14.7%～18.1%，不僅可以實現(xiàn)增產，而且可以顯著提高氮素利用率。也有研究認為，應該在232～257kg·hm-2基礎上削減施氮量以提高氮素利用率[15]。本研究表明在常規(guī)施氮量(300kg·hm-2)基礎上減氮30%，氮素偏生產力、氮素農學利用率均顯著提高，與前人結論一致，這主要是由于施氮量過多會造成水稻營養(yǎng)吸收過剩會造成大量無效分蘗形成，并引發(fā)稻田氮素失衡、氮素嚴重流失等問題。

綜上，氮肥用量在180～210kg·hm-2范圍內能夠獲得較高的產量；以210kg·hm-2為界限，過量施用氮肥會降低氮肥的增產效應，當?shù)视昧窟_300kg·hm-2時，其氮肥利用顯著低于其他處理，不僅無益于產量的提高，而且會造成生態(tài)污染。綜合考慮籽粒產量、氮肥效率，210kg·hm-2施氮水平為試驗條件下的最佳氮肥施用量，保證水稻的籽粒產量下顯著提高氮肥偏生產力、氮肥農學效率。