鹽脅迫下緩釋肥和氮減量對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量及土壤特性的影響

張 蛟，崔士友，翟彩嬌，陳澎軍，韓繼軍

(1.江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇南通 226012；2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局/地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇南京 210007)

“農(nóng)穩(wěn)社稷，糧安天下”，糧食安全是國(guó)家安全的重要組成部分，是事關(guān)國(guó)計(jì)和社會(huì)穩(wěn)定的首要問題[1-2]。據(jù)報(bào)道，2050年我國(guó)將出現(xiàn)較大的糧食缺口，自給率僅達(dá)到87.56%，到2050年需要增加 1 800萬hm2耕地才可實(shí)現(xiàn)糧食完全自給[2]。在確保中國(guó)糧食安全的大背景下，邊際土地的開發(fā)利用成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)[3-4]。水稻是我國(guó)三大糧食作物之一，由于其特殊的栽培方式，常常作為沿海灘涂鹽堿地改良的首選糧食作物[5-6]。灘涂鹽堿地種植水稻能降低稻田土壤鹽分、改善土壤質(zhì)量、提高土壤肥力，是開發(fā)利用灘涂土地資源的主要技術(shù)之一[7-9]。

氮肥是水稻生產(chǎn)中最重要的肥料，是影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育最敏感的因素之一[10]，對(duì)提高水稻產(chǎn)量發(fā)揮著重要作用[11]。鹽脅迫下氮素吸收量減少可能是導(dǎo)致水稻生長(zhǎng)減緩的原因之一[10]。然而，過量的氮肥投入并不能保證水稻進(jìn)一步增產(chǎn)，還會(huì)降低肥料利用效率，造成資源浪費(fèi)和生產(chǎn)成本增加，加劇農(nóng)業(yè)面源污染[12-13]。緩/控釋肥作為一種新型肥料，有利于水稻生育后期土壤氮素供應(yīng)，有效增加水稻葉片葉綠素含量，提高水稻生育后期的光合功能，延緩葉片衰老，促進(jìn)水稻花后的干物質(zhì)生產(chǎn)[14-15]，可以在不減產(chǎn)甚至增產(chǎn)的前提下減少氮肥用量20%～30%[16-17]，可提高肥料利用率，減少施肥次數(shù)，降低勞動(dòng)成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益[18-21]。目前，鹽堿地水稻生產(chǎn)中有關(guān)緩/控釋肥對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響報(bào)道不多。本研究采用盆栽試驗(yàn)?zāi)M灘涂水稻種植，選用有機(jī)緩釋水稻專用肥和常規(guī)尿素施肥，研究緩釋肥及氮肥減量對(duì)鹽脅迫下水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響，并分析肥料的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力等，明確施肥管理對(duì)鹽堿地水稻的增產(chǎn)增效特點(diǎn)，將為灘涂鹽堿地水稻高產(chǎn)高效栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年6—11月在江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所進(jìn)行。盆栽試驗(yàn)土壤為沿海灘涂圍墾40年以上的農(nóng)田種植土壤，土樣采集后除去雜物、晾干、粉碎、混勻后備用。供試土壤有機(jī)質(zhì)含量為7.36 g/kg，全氮含量0.68 g/kg，pH值8.52，電導(dǎo)率0.15 dS/m，堿解氮含量44.23 mg/kg，有效磷含量11.27 mg/kg，速效鉀含量72.00 mg/kg。供試水稻品種為南粳5055，供試肥料為有機(jī)緩釋水稻專用肥(萬里神農(nóng)好樂耕緩釋肥料，N含量≥18%，P2O5含量≥5%，K2O含量≥10%，有機(jī)質(zhì)含量≥15%)；普通尿素(N含量≥46%)；磷肥(過磷酸鈣，P2O5含量≥12.0%)；鉀肥(氯化鉀，K2O含量≥60%)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽所用塑料桶直徑30.0 cm，高32.8 cm，每盆裝土15 kg，試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)鹽分水平和5個(gè)氮肥處理，完全方案設(shè)計(jì)，共10個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)8次，共80盆，隨機(jī)區(qū)組排列。鹽分處理分別為S0(0 g/kg)和S1(1.5 g/kg)，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的土壤鹽分含量0.15%、0.30%和土的質(zhì)量來計(jì)算NaCl海鹽的質(zhì)量，把干鹽溶解到水中，然后將鹽溶液均勻拌入各塑料桶中，并加水浸泡3次使土壤中的鹽分均勻分布。氮肥處理分別為CF(常規(guī)施肥，270 kg N/hm2)、FS(有機(jī)緩釋水稻專用肥，270 kg N/hm2)、FSA(有機(jī)緩釋水稻專用肥減氮10%，243 kg N/hm2)、FSB(有機(jī)緩釋水稻專用肥減氮20%，216 kg N/hm2)、CK(不施氮肥，0 kg N/hm2)。CF處理氮肥運(yùn)籌為基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶2∶4，分蘗肥分別在移栽后7 d和14 d等量施入，穗肥分別在倒4葉齡和倒2葉齡期等量施入；FS、FSA和FSB處理均采用緩釋肥一次性全量基施+穗期施入尿素施肥方式，氮肥運(yùn)籌為基肥∶穗肥=6∶4，穗肥分別在倒4葉齡和倒2葉齡期等量施入。各施肥處理的鉀肥、磷肥施用量相同，折算為施用磷肥(P2O5)120 kg/hm2，鉀肥(K2O)180 kg/hm2。磷肥作為基肥一次性全量施入，鉀肥分基肥和穗肥2次等量施入。水稻于6月6日落谷，6月28日移栽，每盆3穴，每穴3棵苗，10月26日收獲。盆栽實(shí)施精細(xì)化管理，及時(shí)防治病蟲草害。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 水稻生長(zhǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量測(cè)定 每處理選取水稻長(zhǎng)勢(shì)較一致4盆12穴作為定點(diǎn)調(diào)查對(duì)象，于移栽后每隔7 d調(diào)查莖蘗數(shù)直至分蘗停止發(fā)生，計(jì)算成穗率。成熟期測(cè)定株高，同時(shí)每處理選取整體長(zhǎng)勢(shì)較一致的3盆，取樣測(cè)定穂質(zhì)量、地上生物量、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、空癟粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量等，同時(shí)測(cè)定稻谷水分含量，按照標(biāo)準(zhǔn)含水量14.5%計(jì)算稻谷產(chǎn)量。成穗率=每盆有效穗數(shù)/每盆最高苗(分蘗)數(shù)×100%。

1.3.2 氮肥利用率指標(biāo) 氮肥農(nóng)學(xué)利用率：施氮肥區(qū)與不施氮肥區(qū)稻谷產(chǎn)量之差與施氮水平之比，即單位施氮量的產(chǎn)量增加量。氮肥農(nóng)學(xué)利用率(NAE)[16]=[施氮區(qū)產(chǎn)量(kg/hm2)-不施氮區(qū)產(chǎn)量(kg/hm2)]/施氮量(kg/hm2)，kg/kg。氮肥偏生產(chǎn)力：施氮肥區(qū)水稻產(chǎn)量與氮肥施用量的比值。氮肥偏生產(chǎn)力(NPFP)[22]=施氮處理產(chǎn)量(kg/hm2)/施氮量(kg/hm2)，kg/kg。

1.3.3 土壤樣品測(cè)定 水稻收獲后，每個(gè)處理取3盆采集土壤樣品，測(cè)定土壤基本理化性質(zhì)，測(cè)定方法具體按照土壤農(nóng)化分析常規(guī)方法進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010和DPS 7.05軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析，采用LSD多重比較法對(duì)不同鹽分水平下，各水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和相關(guān)性分析，顯著水平設(shè)定為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下不同氮肥處理對(duì)水稻莖蘗動(dòng)態(tài)和成穗率的影響

由圖1和圖2可知，鹽分處理和氮肥處理對(duì)水稻莖蘗增長(zhǎng)動(dòng)態(tài)和成穗率有明顯影響。與S0條件相比，在S1條件下常規(guī)施肥(CF)處理、有機(jī)緩釋水稻專用肥(FS)處理、有機(jī)緩釋水稻專用肥氮肥減量10%(FSA)處理和有機(jī)緩釋水稻專用肥氮肥減量10%(FSB)處理的最大莖蘗數(shù)分別平均減少了11.86%、17.39%、14.14%和8.43%，然而CK在S1條件下最大莖蘗數(shù)增加了14.29%；同時(shí)，在S1條件下各氮肥處理的水稻達(dá)到分蘗盛期的時(shí)間相比S0條件下晚10～14 d(圖1)；與S0條件相比，CK在S1條件下水稻成穗率顯著降低(P<0.05)，但氮肥處理(CF、FS、FSA和FSB)均沒有顯著差異。各氮肥處理間，S0和S1條件下FS處理的最大莖蘗數(shù)最高，水稻的莖蘗成穗率表現(xiàn)為S0條件下CF處理最高，且CF處理與CK、FS、FSA處理間沒有顯著差異；水稻成穗率在S1條件下表現(xiàn)為FS處理最高，且CF、FS、FSA和FSB處理均顯著高于CK。可以看出，不施氮肥下鹽脅迫對(duì)水稻莖蘗成穗率有明顯不利影響，且合理的施肥可以有效緩解鹽脅迫對(duì)水稻莖蘗成穗率的不利影響。

2.2 鹽脅迫下不同氮肥處理對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可知，鹽分處理對(duì)水稻株高、生物量、穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量均有顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)的影響。與S0條件相比，在S1條件下CF、FS、FSA和FSB處理的水稻株高、生物量、穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量及產(chǎn)量均顯著降低，且水稻株高分別降低了7.88%、10.36%、11.93%和13.98%，生物量分別降低了19.53%、19.36%、22.30%和23.05%，穗數(shù)分別減少了13.71%、16.15%、16.80%和9.17%，每穗粒數(shù)分別減少了9.32%、10.73%、9.75%和15.17%，千粒質(zhì)量分別降低了2.13%、6.57%、7.24%和7.91%，產(chǎn)量分別減少了18.98%、18.21%、18.19%和22.86%；同時(shí)，CK在S1條件下的水稻株高、生物量、每盆穗數(shù)、產(chǎn)量與在S0條件下相比均沒有顯著差異，穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量分別減少了12.30%和7.70%。從表1還可以看出，施肥處理對(duì)水稻株高、生物量、收獲指數(shù)、每盆穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量均有極顯著影響。在S0和S1條件下，CF、FS、FSA和FSB處理的水稻株高、生物量、收獲指數(shù)、穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率及產(chǎn)量與CK相比均顯著提高；同時(shí)，S0條件下的每穗粒數(shù)和產(chǎn)量在CF、FS、FSA和FSB處理之間均沒有顯著差異，S1條件下每穗粒數(shù)和產(chǎn)量表現(xiàn)為CF、FS、FSA處理均顯著高于FSB處理。同時(shí)，在等氮施肥條件下，水稻穗粒數(shù)和產(chǎn)量在CF處理和FS處理間沒有顯著差異；在化肥氮減量條件下，氮肥減量20%(FSB)處理的水稻每穗粒數(shù)和產(chǎn)量較FS和CF處理均顯著降低，而氮肥減量10%(FSA)處理與FS和CF處理沒有顯著差異。方差分析結(jié)果顯示，土壤鹽分和氮肥處理在株高、生物量、穗數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量方面均表現(xiàn)出顯著或極顯著的互作效應(yīng)。

表1 鹽脅迫下不同氮肥處理對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.3 鹽脅迫下不同氮肥處理對(duì)氮素農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力的影響

由表2可知，鹽分處理對(duì)氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均有極顯著影響。與S0條件相比，在S1條件下CF、FS、FSA和FSB處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率分別顯著降低了32.08%、30.70%、30.85%和38.71%，氮肥偏生產(chǎn)力分別顯著降低了18.98%、18.22%、18.20%和22.87%。不同氮肥處理下，在S0條件下FSA和FSB處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均顯著高于CF和FS處理，且氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為FSB處理最高，F(xiàn)SA處理次之；在S1條件下FSA和FSB處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均高于CF和FS處理，且氮肥農(nóng)學(xué)利用率表現(xiàn)為FSA處理最高，F(xiàn)SB處理次之，氮肥偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為FSB處理最高，F(xiàn)SA處理次之?？梢姡}脅迫下同等肥力條件下FS處理比CF處理肥料利用率更好，且化肥氮減量條件下，氮減量10%和氮減量20%均有助于提高化肥利用效率。

表2 鹽脅迫下不同氮肥處理對(duì)氮素農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力的影響

2.4 鹽脅迫下不同氮肥處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由表3可知，盆栽試驗(yàn)條件下，鹽分處理對(duì)稻田土壤pH值、電導(dǎo)率(EC)、有效磷含量、速效鉀含量均有顯著或極顯著影響。與S0條件相比，在S1條件下CK、CF、FS、FSA和FSB處理的EC分別顯著增加了119.05%、61.36%、90.00%、69.23%和63.41%，有效磷含量分別減少了15.85%、16.36%、16.28%、11.69%和13.21%，速效鉀含量分別增加了7.85%、43.01%、53.89%、30.96%、44.24%。就不同氮肥處理間而言，施肥處理對(duì)土壤pH值、電導(dǎo)率、有效磷含量、速效鉀含量和有機(jī)碳含量均有顯著影響。與CK相比，CF、FS、FSA和FSB處理在S0條件下的有效磷含量分別增加了23.44%、27.37%、23.98%和13.82%，在S1條件下分別增加了22.71%、26.73%、30.11%和17.39%；CF、FS、FSA和FSB處理在S0條件下EC分別顯著增加了109.52%、90.48%、85.71%和95.24%，在S1條件下分別顯著增加了54.35%、65.22%、43.48%和45.65%；CF、FS、FSA和FSB處理在S0條件下速效鉀含量沒有顯著的變化，但在S1條件下分別顯著增加了22.60%、39.57%、26.05%和31.53%；在S0和S1條件下各施氮肥處理pH值均顯著低于CK，各施肥處理的有機(jī)碳含量均有不同程度的提高。另外，鹽分和施肥處理對(duì)全氮含量和水溶性有機(jī)碳含量沒有顯著影響。

表3 鹽脅迫下不同氮肥處理對(duì)土壤基本理化性質(zhì)的影響

3 討論與結(jié)論

水稻是不僅是重要的糧食作物，也是鹽堿地改良利用的先鋒作物[7-9]。大量研究表明，鹽分脅迫會(huì)嚴(yán)重影響水稻的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程，造成水稻株高下降，分蘗發(fā)生速率減慢，高峰期分蘗數(shù)和莖蘗成穗率明顯降低，抑制水稻單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量增加，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，但造成產(chǎn)量下降的主要原因卻有所差異[8，10，23-25]。楊福等在吉林鹽堿地的研究發(fā)現(xiàn)，鹽堿環(huán)境對(duì)水稻單位面積的有效穗數(shù)影響不顯著，但鹽堿環(huán)境使水稻每穗實(shí)粒數(shù)顯著減少，千粒質(zhì)量減輕，從而降低了水稻的產(chǎn)量[26]。周根友等利用鹽池設(shè)施研究了鹽脅迫對(duì)不同品種水稻產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，鹽逆境下水稻單位面積穗數(shù)略有下降，每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量則顯著下降，其中每穗粒數(shù)降幅達(dá)49.1%，是鹽逆境下水稻減產(chǎn)的主導(dǎo)因素[24]。韋還和等在盆栽模擬不同鹽分水平下種稻的研究表明，中鹽(0.15%)和高鹽(0.30%)處理的產(chǎn)量降幅分別為 23.7%和 56.7%，且中鹽條件下的穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量分別下降6.4%、14.8%和4.8%，高鹽條件下則分別下降18.8%、36.0%和11.0%，說明每穗粒數(shù)是鹽逆境下水稻減產(chǎn)的主導(dǎo)原因[25]。本研究發(fā)現(xiàn)，與無鹽條件相比，鹽脅迫S1條件下施氮肥處理的水稻最大分蘗數(shù)、株高和地上部生物量均顯著降低，但不施氮肥處理水稻株高和生物量沒有明顯差異，而最大分蘗數(shù)還有所增加；同時(shí)，本研究也發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫S1條件下，水稻達(dá)到分蘗盛期的時(shí)間較無鹽條件S0滯后10～14 d；另外，本研究中產(chǎn)量及其構(gòu)成因素而言，與S0條件相比，鹽脅迫下施肥處理的穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量及產(chǎn)量均顯著降低，而不施氮肥處理下穗數(shù)和產(chǎn)量沒有明顯差異，然而每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量顯著降低，以上這些與前人的研究結(jié)果[10，24-25]相似?？梢姡}分脅迫下施用氮肥處理和不施氮肥處理間的水稻生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素指標(biāo)均表現(xiàn)出明顯的差異，水稻的產(chǎn)量不僅僅受到鹽分脅迫的影響，還會(huì)受到施肥量、施肥方式等的影響[27]。

以往的研究表明，施用緩控釋肥是緩解我國(guó)水稻生產(chǎn)中施氮量高、氮肥利用率低的有效措施，且緩控釋肥施用量、施肥方式及組配均會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)量造成諸多影響[28]。曾建華等的研究表明，與常規(guī)施肥處理相比，等養(yǎng)分控釋摻混肥水稻產(chǎn)量增加了7.1%，氮肥減量10%能夠保證水稻產(chǎn)量，而減量20%時(shí)水稻有明顯減產(chǎn)[29]。黃思怡等在雙季稻種植試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥相比，控釋尿素在減氮10%～20%條件下，仍可保證水稻產(chǎn)量甚至增產(chǎn)[30]。本研究也表明，與常規(guī)施肥處理相比，鹽脅迫下施用有機(jī)緩釋肥等氮肥和減氮10%條件下，水稻產(chǎn)量和每穗粒數(shù)均有一定程度提高，但未達(dá)到顯著差異水平，而減氮20%條件下水稻產(chǎn)量和每穗粒數(shù)均有顯著降低。說明鹽脅迫下有機(jī)緩釋肥專用肥在減氮10%條件下可以保證水稻的正常產(chǎn)量，減氮20%會(huì)有明顯減產(chǎn)現(xiàn)象，這與前人的結(jié)果[29]相似。

緩控釋肥可以根據(jù)作物不同生育期需肥特點(diǎn)進(jìn)行配方設(shè)計(jì)和控制釋放，在生長(zhǎng)關(guān)鍵階段持續(xù)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，利于高產(chǎn)[31]。氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力是衡量氮素利用效率的重要指標(biāo)，可以一定程度反映肥料投入與作物產(chǎn)量輸出的關(guān)系[17，22，32]。本研究中，與S0條件相比，在鹽脅迫S1條件下CF、FS、FSA和FSB處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率分別顯著降低了32.08%、30.70%、30.85%和38.71%，氮肥偏生產(chǎn)力分別顯著降低了18.98%、18.22%、18.20%和22.87%；同時(shí)，鹽脅迫下同等肥力條件下有機(jī)緩釋肥處理的肥料利用率比常規(guī)施肥處理更高，且化肥氮減量條件下，緩釋肥氮減量10%和氮減量20%均有助于提高氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力。王小燕等的研究也有類似的結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)施用摻混尿素比施用常規(guī)尿素可顯著提高水稻籽粒產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力[22]。由此可見，鹽脅迫下施用有機(jī)緩釋肥在減氮10%條件下可以保證常規(guī)施氮量時(shí)水稻的正常產(chǎn)量，可能要?dú)w因于施用有機(jī)緩釋肥提高了氮肥的農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力，至少氮肥利用率改變是部分原因。同時(shí)考慮到施用緩釋肥采用“基肥+穗肥”一基一追的模式，相比常規(guī)施肥“基肥+蘗肥(2次)+穗肥(2次)”的多次施肥模式，在保證水稻產(chǎn)量基礎(chǔ)上減少緩釋肥用量可以兼顧節(jié)氮省工省力的多重效益。另外需要注意，鹽脅迫下施用化肥處理均會(huì)對(duì)土壤鹽分積累有一定的促進(jìn)作用(表3)。因此，今后在灘涂鹽堿地種植水稻或其他作物時(shí)，合理施用緩釋肥并配施有機(jī)肥或通過綠肥輪作等方式可能是緩解水稻生長(zhǎng)不利影響及土壤鹽分積累的重要途徑。