緩控釋肥與尿素不同組配對南粳系列粳稻產量形成及氮肥利用的影響

張 凱,李 猛,王付娟,劉秋員,季 新

(信陽農林學院 農學院/信陽市水稻遺傳改良與生理生態重點實驗室/信陽市優質稻米工程技術研究中心, 河南 信陽 464000)

0 引言

緩控釋肥是一種能根據植物對養分的需求規律,以受控的、延遲的方式釋放養分的新型肥料,具有養分利用率高、省工節肥、環境友好等特點[1-2]。在水稻的栽培中,需要分次施氮以保證其產量[3],但隨著農村勞動力的大量外流和人工成本的快速增長,水稻分次施肥將難以為繼,亟需推廣使用簡化的施肥方法。因此,積極探索緩控釋肥在水稻栽培上的應用方法,對當前水稻生產簡化施肥、降低施肥勞動強度、提高肥料利用率具有重要意義。

與常規施肥方式相比,一次性基施緩控釋肥可能會造成水稻減產,主要原因是由于緩控釋肥的養分釋放難以滿足水稻全生育期對氮素的需求[4-5]。因此,可以通過緩控釋肥和尿素組配施肥來改善緩控釋肥的養分供應。緩控釋肥配施尿素,能夠改善緩控釋肥前期養分釋放慢的缺點,有效滿足水稻前期養分需求,產量明顯高于單施緩控釋肥處理[6-8]。但相對于大穗型水稻品種來說,緩控釋肥配施尿素中后期釋放的氮素仍不能滿足充實大庫容的需求,致使增產效果不顯著[9]。由此可見,在實際生產中,有必要依據不同類型水稻的高產途徑對緩控釋肥與尿素的組配模式進行調節,以保證水稻高產。

南粳系列品種是由江蘇省農業科學院選育,具有產量高、品質優等特點,在江淮地區廣泛種植。為此,本研究在等量施氮條件下,以南粳系列常規粳稻品種為材料,設置不同的緩控釋肥與普通尿素組配比例,并以常規分次施肥處理為對照,對比分析不同緩控釋肥與尿素組配比例對水稻產量形成及氮素吸收利用的影響,以期明確適宜的緩控釋肥與尿素組配比例。

1 材料與方法

1.1 供試地點與材料

試驗于2021年在信陽市平橋區甘岸鎮二郎村進行,前茬為小麥,土壤有機質含量為16.5 g/kg、全氮0.33 g/kg、速效磷17.5 mg/kg、速效鉀63.8 mg/kg。供試常規尿素,含氮率為46%,緩控釋氮肥為樹脂包膜尿素,含氮率為43.5%,養分釋放期為90 d左右,由山東茂施肥料有限公司提供。供試水稻品種為南粳系列常規粳稻品種南粳9108和南粳5718。

1.2 試驗設計

采用兩因素裂區試驗設計,以不同施肥方法為主區,以品種為副區。試驗純氮用量統一為270 kg/hm2,共設置5個處理。具體為常規分次施肥處理(CK)和4個不同緩控釋肥與尿素組配比例處理,分別為100%緩控釋氮肥(T1)、70%緩控釋氮肥+30%常規尿素(T2)、50%緩控釋氮肥+50%常規尿素(T3)、30%緩控釋氮肥+70%常規尿素(T4)。常規施肥處理(CK)氮肥分做基肥(移栽前1 d施入)、分蘗肥(移栽后7 d施入)和穗肥(倒四葉期施入),施用比例為3.5∶3.5∶3.0。4個不同緩控釋肥與尿素組配比例處理的氮肥全部做基肥于移栽前1 d一次性施入。各處理磷(P2O5)、鉀肥(K2O)施用量分別為135、270 kg/hm2,所用磷肥為過磷酸鈣(含12%P2O5)、鉀肥為氯化鉀(含60%K2O),其中磷肥全部作基肥一次施入,鉀肥分基肥和穗肥(倒四葉期施入)兩次等量施用。試驗于5月20日播種,采用毯苗濕潤育秧,6月12號移栽,每穴栽插4苗,栽插株行距為15 cm×25 cm,每個處理重復3次,每個小區面積15 m2。每個處理之間做埂隔離,田埂用塑料薄膜包裹,以防氮肥互串。水分管理及病蟲草害防治等相關的栽培措施均按照高產栽培要求實施。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 莖蘗動態

每個處理確定3個觀測點,每個觀察點選定連續10穴作為調查群體,在拔節期、抽穗期和成熟期調查莖蘗數,計算單位面積莖蘗數和成穗率(R1)。

(1)

式中:a為成熟期有效穗數,b為拔節期莖蘗數。

1.3.2 干物質積累量、葉面積指數和干物質積累量含氮率

分別于拔節期、抽穗期、成熟期以各處理的平均莖蘗數為標準,取代表性植株3叢,植株連根拔出,清洗,去根。采用葉比重法測定葉面積,得到葉面積指數(I),并計算葉面積衰減率(R2)。

(2)

式中:t為抽穗期至成熟期天數。

將植株樣品按照莖、葉、穗分開裝在牛皮紙袋中,在105 ℃下殺青30 min,80 ℃下烘干至恒重,測定莖、葉、穗各部位干物質量,總干物質積累量為莖、葉、穗干物質質量之和。

1.3.3 器官含氮率和吸氮量

將拔節期、抽穗期、成熟期所取的干物質樣品粉碎,采用H2SO4-H2O2消化,半微量凱氏定氮法測定植株各器官含氮率。各器官氮素積累量為各器官干物質質量×各器官含氮率,總吸氮量為莖、葉、穗氮素積累量之和。

1.3.4 產量及其構成因素

成熟期每小區調查60穴,計算有效穗數,各小區按每穴平均穗數取5穴調查每穗粒數、結實率、千粒重。每個小區割取60穴,脫粒、去雜后晾曬3 d,測定水分含量并稱質量,計算實際產量。

1.4 數據計算與統計分析

依據公式(3)計算氮肥偏生產力:

(3)

依據公式(4)計算氮素干物質生產效率:

(4)

依據公式(5)計算氮素籽粒生產效率:

(5)

使用Microsoft Excel 2010處理數據和繪制表格,SPSS 22.0軟件進行數據統計分析。

2 結果分析

2.1 緩控釋肥與尿素不同組配對莖蘗數及成穗率的影響

由表1可得,在拔節期,2個供試品種的莖蘗數均以T4處理最高,T1處理最低,其中4個不同緩控釋肥與尿素組配比例處理的莖蘗數隨著尿素比例的增加而增加,說明添加尿素可以增強生育前期的供肥特性,利于有效分蘗的形成。在抽穗期,2個供試品種的莖蘗數均以T1處理最低,T3處理最高,進一步說明前期過高的緩控釋肥比例不利于水稻莖蘗的發生。但到了成熟期,2個供試品種的莖蘗數則以T4處理最低,且顯著低于其他各處理。從莖蘗成穗率大小來看,2個供試品種均以T3處理最高,其中南粳5718的T3處理要顯著高于CK處理,T4處理最低,說明適宜的緩控釋肥與尿素組配比例能夠保障水稻全過程的養分供給,進而提高莖蘗成穗率。

表1 緩控釋肥與尿素不同組配對莖蘗數及成穗率的影響Tab. 1 Effects of different proportions of slow controlled release fertilizer and urea on tiller number and productive tiller rate

2.2 緩控釋肥與尿素不同組配對干物質積累的影響

由表2可知,2個供試品種的總干物質積累量均是以T3處理最高,且顯著高于其他處理,T4處理最低。從主要生育階段干物質積累量大小來看,播種至拔節以T4處理的干物質積累量以及積累比例最高,且顯著高于其他處理,但在拔節至抽穗、抽穗至成熟兩個階段,2個供試品種的階段干物質積累量均以T3處理最高,T4處理最低。

表2 緩控釋肥與尿素不同組配對干物質積累的影響Tab. 2 Effects of different proportions of slow controlled release fertilizer and urea on dry matter accumulation

2.3 緩控釋肥與尿素不同組配對葉面積的影響

由表3可知,各處理在拔節期的葉面積指數無顯著性差異,2個供試品種規律一致。但在抽穗期和成熟期,2個供試品種的葉面積指數均以T1處理最低,且與其他處理差異顯著,而一次性施肥處理中的T2、T3、T4的葉面積指數均能與常規分次施肥處理(CK)保持相當。對于葉面積衰減率,各處理之間均無顯著性差異,2個供試品種規律一致。

表3 緩控釋肥與尿素不同組配對葉面積指數的影響Tab. 3 Effects of different proportions of slow controlled release fertilizer and urea on leaf area index

2.4 緩控釋肥與尿素不同組配對水稻產量及構成因素的影響

由表4可知,與常規分次施肥處理(CK)相比,一次性施肥處理中只有T3處理的產量顯著高于CK處理,其中南粳9108和南粳5718分別比CK處理高7.59%和6.92%。T2處理與CK處理的產量相當,無顯著性差異,而T1處理和T4處理的產量都要低于CK處理,且差異顯著,2個供試品種的規律基本一致。從各產量構成因素看,有效穗數和每穗粒數均是以T3處理最高,且顯著高于其他處理。結實率和千粒重與所有施肥處理均無顯著性差異。

表4 緩控釋肥與尿素不同組配對產量及構成因素的影響Tab. 4 Effects of different proportions of slow controlled release fertilizer and urea on yield and its component factors

2.5 緩控釋肥與尿素不同組配對氮素吸收的影響

由表5可知,2個供試品種的總吸氮量均是以T3處理最高,其次為CK處理,T4處理最低。分階段來看,在播種至拔節階段,吸氮量以T1處理最低,且顯著低于CK處理,T2處理與CK處理無顯著性差異,而T3處理和T4處理均要顯著高于CK處理。拔節至抽穗階段,吸氮量仍以T1處理最低,且顯著低于CK處理,以T3處理最高,且與其他處理差異顯著。抽穗至成熟階段,吸氮量則以T4處理最低,T1處理最高。

表5 緩控釋肥與尿素不同組配對水稻氮素吸收的影響Tab. 5 Effects of different proportions of slow controlled release fertilizer and urea on nitrogen uptake

2.6 緩控釋肥與尿素不同組配對氮素利用效率的影響

由表6可知,氮肥偏生產力、氮素籽粒生產效率、氮素干物質生產效率均是以T3處理最高,2個供試品種規律一致。與常規分次施肥處理(CK)相比,一次性施肥處理中的T1處理和T4處理的氮肥偏生產力、氮素籽粒、氮素干物質生產效率均要低于CK處理。

表6 緩控釋肥與尿素不同組配對氮素利用效率的影響Tab. 6 Effects of different proportions of slow controlled release fertilizer and urea on nitrogen use efficiency

3 討論

近年來,緩控釋肥與尿素作為基肥的復合施用已成為一種較好的施肥模式,理想的緩控釋肥施肥策略是一次性施用緩控釋肥,可以滿足在水稻生長過程中各生育期內水稻總的需肥量,又能通過控制各生育時期的水稻對氮肥的需求量,充分保證肥料養分的有效性,從而提高水稻籽粒的產量。但也應注意到,由于緩控釋肥的養分釋放受環境影響較大,所以全部替代速效氮肥基施并不能起到很好的增產作用,甚至可能還會引起減產[10]。本研究結果

也表明,100%緩控釋肥的處理(T1)產量較低,顯示出全部施用緩控釋肥一次性施用并不能有效滿足水稻整個生育期內對養分的需求。已有研究結果表明,緩控釋肥基施后追施一定的分蘗肥(尿素)能夠顯著增加群體莖蘗數和每穗粒數,從而增加產量[8]。本研究也發現,在一次性施肥處理中,拔節期的群體莖蘗數隨著尿素的比例增加呈現升高的趨勢。但也注意到,在抽穗期和成熟期,群體莖蘗數卻以30%緩控釋肥+70%尿素的處理(T4)最低,反而均是以50%緩控釋肥+50%尿素的處理(T3)最高。50%緩控釋肥+50%尿素處理(T3)的產量均超過常規分次施肥處理(CK),其高產的原因主要與其較高的穗數和每穗粒數有關。由此,在一次性施肥操作中,需要注意緩控釋肥與尿素的配合比例,以提升莖蘗成穗率,從而促進產量的提升。

水稻光合物質生產是產量形成的基礎,葉面積指數、光合效率和干物質積累量等都是反映群體物質生產能力的重要指標[11]。在前期適宜的干物質生產的基礎上增加中后期干物質積累,能夠有效促進水稻產量的增加[12]。本研究中,T4處理由于其尿素占比達到70%,其前期養分釋放較多,致使其在播種至拔節階段的干物質積累量最多,反而降低了其生育后期的干物質積累,不利于高產的形成。100%緩控釋肥的處理(T1)由于其前期養分釋放速度較慢,難以滿足水稻早生快發的需要,致使其后期葉面積指數不高,干物質積累量不足,最終產量降低。由此可見,在一次性施肥操作中,前期需要充足的速效養分,促進水稻早生快發,以彌補緩控釋肥前期肥效不足的缺點,同時在生育中后期,依靠緩控釋肥的養分供應,以保持較高的葉面積指數和較低的葉面積衰減率,促進光合物質生產[13],這可能是試驗中50%緩控釋肥+50%尿素的處理(T3)能夠形成較大的生物量,并取得高產的主要原因所在。

氮素除了是影響水稻產量和稻米品質的主要元素外,也是引起環境污染的主要來源之一。因此,提高水稻氮素吸收利用效率,對促進水稻產業可持續發展具有重要意義。有研究表明,緩控釋肥無論是單施還是與尿素配施,都能夠顯著提高氮肥表觀利用率、氮素生理效率和氮肥農學利用率[14-16]。但也有研究表明,與常規分次施肥相比,緩控釋肥與尿素摻混一次性基施能夠較為顯著提高氮肥表觀利用率,而氮肥農學利用率增幅相對較小[17]。本試驗結果表明,一次性施肥處理的氮肥偏生產力、氮素籽粒生產效率、氮素干物質生產效率均是以50%緩控釋肥+50%尿素處理(T3)最高,且顯著高于常規分次施肥處理(CK)。說明合適的緩控釋肥與尿素組配比例不僅有利于提高產量,還能有效提升氮素吸收利用效率。此外,試驗結果還表明,100%緩控釋肥處理(T1)和30%緩控釋肥+70%尿素處理(T4)的氮素吸收利用效率基本上都要低于常規分次施肥處理(CK),這也進一步說明水稻全生育期平衡的氮素供應,才能促進水稻產量與氮素吸收利用的協同提升。

4 結論

與常規分次施肥處理相比,50%緩控釋肥+50%尿素處理能夠顯著提高群體有效穗數和穗粒數,增加干物質和氮素積累量,進而提高水稻產量和氮素利用效率。100%緩控釋肥處理以及30%緩控釋肥+70%尿素處理的產量均要顯著低于常規分次施肥處理,不建議作為南粳系列粳稻品種一次性施肥方法。綜上,在施氮量為270 kg/hm2的條件下,采用50%緩控釋肥+50%尿素一次性基施,不但能獲得較高產量,還能降低緩控釋肥的施用成本,這一研究結果對今后緩控釋肥的推廣應用具有一定的參考價值。當然,該方法對稻米品質的影響尚不清晰,能否實現高產優質需要進一步深入研究。