全量秸稈還田條件下播種量和施氮量對直播稻生長及氮肥利用率的影響

潘錦勇,孫義祥

(1.霍邱縣種植業(yè)發(fā)展中心,安徽霍邱 237400;2.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所,安徽合肥 230031)

直播稻因具有適宜機械化操作、省工省時等優(yōu)勢,近年來種植面積不斷擴大[1]。但當(dāng)前直播稻生產(chǎn)中還存在由于播種量控制不當(dāng)導(dǎo)致水稻生育前期群體過大,降低了水稻抗倒伏能力,后期產(chǎn)量低以及施肥不合理造成的肥料利用效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題[2]。

播種量是影響直播稻產(chǎn)量最重要的因素之一[3]。研究表明,播量過低會導(dǎo)致光溫資源不能被充分利用,群體有效穗數(shù)達不到高產(chǎn)要求,難以實現(xiàn)水稻高產(chǎn);農(nóng)戶因擔(dān)心缺苗而通過提高播種量,基本苗普遍過大,從而造成群體量過大,引起田間封閉,通風(fēng)、透光性差,導(dǎo)致植株生長瘦弱,易誘發(fā)病蟲草害[4-6]。不同學(xué)者對不同種植區(qū)、不同品種對直播稻適宜播種量的研究結(jié)果差異巨大。李木英等[7]通過田間試驗發(fā)現(xiàn),雜交稻直播條件下,播種量為35～45 kg/hm2時,水稻可以實現(xiàn)高產(chǎn)。李宗澤等[8]在寧夏的研究則認為播種量為300 kg/hm2時,水稻的產(chǎn)量較高。袁嫚嫚等[9]研究了直播秈稻和直播粳稻的適宜播種量分別為45、120 kg/hm2。這說明直播稻適宜的播種量還有待進一步探討。

氮肥是作物產(chǎn)量另一個最重要的限制因子,氮肥用量與水稻分蘗呈顯著正相關(guān),適宜水稻分蘗的土壤溶液銨態(tài)氮濃度為30～70 mg/L,在此范圍內(nèi),濃度越高,水稻分蘗能力越強[10]。農(nóng)戶沿襲插秧水稻高氮肥用量促分蘗的習(xí)慣,基蘗肥用量大,在基本苗過大的情況下,又因過量施氮導(dǎo)致水稻群體過大,無效分蘗多。施氮可以大幅度增加農(nóng)作物產(chǎn)量,但氮肥的過量投入會造成作物減產(chǎn),同時引起環(huán)境污染、資源浪費等不良后果[11]。直播稻生產(chǎn)中,前人對氮肥適宜量的研究也做了大量工作。陳軍等[12]研究表明,施氮量為180 kg/hm2時,直播稻可實現(xiàn)高產(chǎn)。吳培等[13]研究表明,直播稻的適宜施氮量與播種量之間關(guān)系密切,低施氮量情況下水稻產(chǎn)量隨著播種量的增加呈先增加后降低的規(guī)律,而高施氮量情況下,水稻產(chǎn)量則隨著播種量的增加而降低。這說明播種量和施氮量共同影響水稻的產(chǎn)量。

因此,如何通過優(yōu)化播種量以及氮肥用量來提高直播水稻的生產(chǎn)效率十分必要。筆者通過大田裂區(qū)試驗,探討播種量及氮肥用量對直播水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成以及氮肥利用效率的影響,明確不同施氮量下直播稻的適宜播種量,以期為保障直播稻穩(wěn)產(chǎn)和實現(xiàn)直播稻綠色提質(zhì)增效提供理論支撐和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料選擇隆兩優(yōu)8612為供試水稻品種,該品種為秈型兩系雜交水稻品種,屬當(dāng)?shù)刂髟运酒贩N。

1.2 試驗地概況試驗于2022年6—10月在安徽省六安市霍邱縣城西湖鄉(xiāng)進行,該區(qū)域種植模式為稻-麥輪作。土壤類型為潴育型水稻土,土體無明顯障礙層,地勢平坦,排灌設(shè)施齊全,肥力均勻。耕層土壤基本理化性質(zhì):有機質(zhì)20.47 g/kg,pH 5.60,全氮1.14 g/kg,有效磷12.95 mg/kg,速效鉀102.92 mg/kg。

1.3 試驗設(shè)計采用裂區(qū)設(shè)計,主因素設(shè)置4個氮水平:不施氮肥(N0)、136.5 kg/hm2(N1)、195 kg/hm2(N2)、253.5 kg/hm2(N3)。副因素設(shè)置3個播種密度:75.0 kg/hm2(S1)、112.5 kg/hm2(S2)、150.0 kg/hm2(S3)。共12個處理。于2022年6月1日,小麥?zhǔn)斋@前,將已催芽的水稻種子均勻播撒,小麥?zhǔn)斋@后秸稈全量還田并灌水,保持薄水層2 d后排水。水稻出苗后10 d左右施40%氮肥和全部磷鉀肥,孕穗期施入60%氮肥。磷肥用量75 kg P2O5/hm2,鉀肥用量90 kg K2O/hm2,氮磷鉀肥料分別選用市售普通尿素(46% N)、重過磷酸鈣(45% P2O5)、氯化鉀(60% K2O)。每個處理重復(fù)3 次,共有60 個小區(qū),每小區(qū)面積為24 m2。主區(qū)間修埂隔離,埂上覆膜,防止竄水竄肥,各小區(qū)單排單灌。

1.4 測定項目與方法

1.4.1水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。各小區(qū)水稻單打單收,人工脫粒,測定實產(chǎn),并根據(jù)實際含水量,全部折算為13.5%含水量作為水稻最終產(chǎn)量。在水稻成熟期,各小區(qū)選取1 m2有代表性且長勢一致的植株樣,實驗室常規(guī)考種,測定有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重。

1.4.2植株養(yǎng)分。收獲期,每小區(qū)分別采集水稻籽粒、秸稈樣品,測定樣品氮素含量。植物樣品采用H2SO4-H2O2消煮,待測液中氮采用凱氏定氮法測定[14]。

植株地上部分氮素吸收量與養(yǎng)分收獲指數(shù)采用以下公示計算:

籽粒氮素吸收量(kg/hm2)=籽粒氮素濃度(g/kg)×籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)/1 000

秸稈氮素吸收量(kg/hm2)=秸稈氮素濃度(g/kg)×秸稈產(chǎn)量(kg/hm2)/1 000

地上部氮素吸收量(kg/hm2)=籽粒氮素吸收量(kg/hm2)+秸稈氮素吸收量(kg/hm2)

氮素當(dāng)季回收率(REN,%)=(收獲期施氮區(qū)地上部氮素積累量-收獲期不施氮區(qū)地上部氮素積累量)/施氮量×100%

氮素農(nóng)學(xué)利用率(AEN,kg/kg)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮量

氮素偏生產(chǎn)力(PFPN,kg/kg)=施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/施氮量

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010進行處理。采用SPSS 22.0軟件的廣義線性模型(General Linear Models)進行統(tǒng)計分析。雙因素方差分析模型為施氮量(N)、播種量(S),以及施氮量×播種量(N×S)的交互作用。用LSD法在P=0.05水平下進行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量和播種量對直播稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響不同施氮量和播種量交互作用下,直播稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素差異較大。由表1可知,施氮可以極顯著影響水稻產(chǎn)量,施氮處理水稻平均產(chǎn)量比N0增產(chǎn)達46.3%。播種量對水稻產(chǎn)量的影響也達顯著水平,但二者交互效應(yīng)對水稻產(chǎn)量無顯著影響。在相同播種量的處理中,水稻產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的規(guī)律;施氮量較低時,水稻產(chǎn)量隨著播種量的升高而升高(N0、N1、N2),但當(dāng)施氮量較高時(N3),水稻產(chǎn)量則隨著播種量增加呈先上升后下降的規(guī)律,這說明在氮素供應(yīng)有限的情況下,適當(dāng)增加播種量可以提高水稻產(chǎn)量,N2S3水稻產(chǎn)量最高,達8 832.41 kg/hm2。

表1 不同施氮量和播種量對直播稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

進一步分析施氮量和播種量對直播稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響。施氮及播種量均極顯著影響水稻有效穗數(shù),但二者互作效應(yīng)對水稻有效穗數(shù)影響不顯著,N0、N1、N2條件下,水稻有效穗數(shù)均隨著播種量的增加而增加,但N3條件下,水稻有效穗數(shù)隨著播種量增加表現(xiàn)出先增加后降低的規(guī)律;施氮對水稻每穗實粒數(shù)影響極顯著,但播種量及二者交互作用對每穗實粒數(shù)影響不顯著;施氮及播種量均不能顯著影響水稻千粒重,但二者交互效應(yīng)對水稻千粒重影響顯著。

2.2 不同施氮量和播種量對直播稻氮素吸收及利用效率的影響由表2可知,施氮和播種量均能顯著影響水稻對氮素的吸收,且施氮的影響達極顯著水平。各施氮處理氮素吸收量均顯著高于不施氮處理,施氮處理平均氮素吸收量比不施氮處理高70.29 kg/hm2。但隨著施氮量的增加,直播稻氮素吸收量先增加后降低,N2水平下,施氮量達到最高,平均為181.63 kg/hm2,分別比N1和N3平均氮素吸收量高14.40%和0.54%,同一施氮量下,隨著播種量的增加,直播稻氮素的吸收量呈增加趨勢。施氮顯著影響直播稻REN,極顯著影響AEN和PFPN,播種量顯著影響AEN和PFPN,但二者交互作用對上述指標(biāo)影響不顯著。隨著施氮量的增加,直播稻氮素利用效率均呈降低趨勢,REN、AEN和PFPN最高的處理分別為N2S3、N1S2和N1S3,分別達到42.45%、20.71 kg/kg和62.18 kg/kg。

表2 不同施氮量和播種量對直播稻氮素吸收量及利用效率的影響

2.3 不同施氮量和播種量對直播稻經(jīng)濟效益的影響由表3可知,施氮可以增加直播稻純收益,這說明雖然施用肥料會增加農(nóng)資以及人工成本,但施肥可以通過提高水稻產(chǎn)值來增加水稻凈收益,從而提高水稻經(jīng)濟效益。但同一施氮量下,提高播種量則對經(jīng)濟效益提升不明顯,甚至?xí)档徒?jīng)濟效益。經(jīng)濟效益最高和最低的處理分別為N2S2和N0S3,二者相差7 224.5元/hm2。隨著施氮量的升高,直播稻經(jīng)濟效益先增加后降低,在N2水平下,直播稻平均經(jīng)濟效益最高,為11 437.8元/hm2。

表3 不同施氮量和播種量對直播稻經(jīng)濟效益的影響

3 結(jié)論與討論

施氮量和播種量主要通過影響直播稻有效穗數(shù)及穗粒數(shù)來影響其產(chǎn)量[15]。該研究中,施氮量及播種量均極顯著影響直播稻有效穗數(shù),但播種量對每穗實粒數(shù)影響不顯著,這可能是由于水稻品種以及后期干物質(zhì)分配等造成[16]。在施氮量較低的情況下,適當(dāng)提高水稻播種量,可以增加水稻有效穗數(shù),從而提高產(chǎn)量,但在氮肥施用量繼續(xù)提高情況下,再加大播種量,往往造成水稻群體過大、個體間競爭加劇,導(dǎo)致無效分蘗增加,水稻難以實現(xiàn)高產(chǎn)[17]。該研究表明,在中低施氮量下,提高播種量有利于水稻產(chǎn)量的提升,但在高施氮量條件下,提高播種量則會使得水稻產(chǎn)量降低。在各施氮量和播種量組合中,N2S2和N2S3水稻產(chǎn)量較高,是比較適宜的施氮量和播種量組合。

除考慮產(chǎn)量外,提高氮素效率以及增加凈經(jīng)濟收益也是水稻生產(chǎn)中重點關(guān)注的問題。在一定施氮量范圍內(nèi),作物氮素吸收量越高,其利用效率也越高[18],播種量的提升也會增加水稻對氮素的吸收量,但如果施氮過量,不利于水稻高產(chǎn),播種量的提升對促進氮素吸收的貢獻就會隨之降低。該研究中,N2S3、N1S2和N1S33個施氮量和播種量的組合,氮素利用效率較高。不同處理間的凈經(jīng)濟收益差別很大,適宜的施肥量和播種量不僅可以通過提高水稻養(yǎng)分利用效率來增加經(jīng)濟效益,同時還能通過減少人工、農(nóng)資等的投入實現(xiàn)較高的經(jīng)濟收益。該研究中,N2S2的凈經(jīng)濟收益達12 451.7元/hm2,在各處理中最高。

綜合分析產(chǎn)量、經(jīng)濟效益及資源利用的因素,該研究表明施氮195.0 kg/hm2、播種量為112.5 kg/ hm2(N2S2)時,是實現(xiàn)直播稻高產(chǎn)高效的較優(yōu)組合。