控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻甬优1540产量及氮肥利用的影响

柯 健 陈婷婷 徐浩聪 朱铁忠 吴 汉 何海兵 尤翠翠 朱德泉 武立权,2,*

控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻甬优1540产量及氮肥利用的影响

柯 健1陈婷婷1徐浩聪1朱铁忠1吴 汉1何海兵1尤翠翠1朱德泉1武立权1,2,*

1安徽农业大学农学院, 安徽合肥 230036;2江苏省现代作物生产协同创新中心, 江苏南京 210095

研究籼粳杂交稻钵苗摆栽超高产栽培模式下适宜的控释氮肥运筹。试验于2016—2017年在安徽庐江进行, 以当地高产籼粳杂交稻甬优1540为供试品种, 设置控释氮肥一次性基施(single basal application of CRNF, BC)、与尿素分蘖肥配施(basal application of CRNF combined with urea top-dressing at the tillering stage, BC+TU)、与尿素穗肥配施(basal application of CRNF combined with urea top-dressing at panicle initiation, BC+PU)三种运筹模式, 以尿素分次施肥(conventional high-yield fertilization, SU)和不施氮肥(0N)为对照, 研究控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻产量、氮肥吸收利用及相关农艺指标的影响。结果表明, 控释氮肥阶段释放基蘖肥: 穗肥比例为7∶3, 较传统优化氮肥运筹SU (6∶4)整体表现基蘖肥冗余, 穗肥不足, 因而BC和BC+TU处理显著降低了钵苗摆栽籼粳杂交稻产量和氮肥利用效率。与BC和BC+TU处理相比, BC+PU通过基肥减量和尿素穗肥配施, 在保证水稻营养生长期基本氮素供应的同时, 显著增加了穗分化至成熟期氮素吸收, 促进了穗分化至成熟期光合物质生产能力, 在稳定有效穗数和千粒重的同时, 显著提高了钵苗摆栽籼粳杂交稻每穗粒数、结实率和产量, 很好的匹配了钵苗摆栽籼粳杂交稻全生育期氮素需求。BC+PU两年的产量和氮肥利用率分别为12.2~13.1 t hm–2和43.8%~44.1%, 分别较BC显著提高7.4%~9.2%和48.5%~59.9%, 较BC+TU显著提高8.0%~11.9%和63.9%~74.5%。另外, BC+PU的产量和氮肥利用率与SU无显著差异, 但由于大幅降低了施氮人工成本, 最终提高净收益6.5%~12.3%。在籼粳杂交稻钵苗摆栽超高产栽培模式下, 采用70%控释氮肥+30%尿素穗肥处理可有效取代常规尿素分次施肥, 获得无显著差异的水稻产量和氮肥利用效率, 同时进一步提高经济效益。

籼粳杂交稻; 钵苗摆栽; 控释氮肥运筹; 产量; 氮素吸收

我国65%的人口以稻米为主食, 提高水稻产量对保证我国粮食安全具有重要意义[1]。合理施用氮肥是提高水稻产量、减少环境污染的关键。然而, 传统的氮肥管理存在施肥量大、施肥次数多、肥料利用率低和氮素损失风险严重等诸多问题, 难以满足新形势下水稻规模化种植的需要[2-5]。因此, 在劳动力人口老龄化加剧的背景下, 亟需进一步发展精简高效稻田氮肥施用技术。

控释氮肥是目前简化施肥技术的主要载体, 随着廉价、环保包膜材料的不断发展, 进一步增加了其生产运用前景。然而, 大量研究表明, 一次性施用控释氮肥下, 由于其“J”或“S”型单峰养分释放模式, 因而不能同时同步水稻分蘖期和穗分化至成熟期双峰氮素需求[6-7], 水稻产量和氮肥利用效率难以达到常规速效肥料分次施肥水平[8-10]。为此, 进一步优化控释氮肥运用方式, 精确同步水稻全生育期氮素需求, 是当前水稻精简高效施肥的重要研究课题, 是实现我国农业可持续发展的重要保障。

采用控释氮肥和尿素配施, 在实现多级供氮的基础上, 有利于进一步减少控释氮肥使用成本, 是当前优化控释氮肥运用的主要方式。然而, 不同类型水稻分蘖期和穗分化至成熟期氮素吸收比例差异显著[11-12], 因而对应的尿素配施时间有所不同。Miao等[9]、邢晓鸣等[13]和魏海燕等[6]研究表明, 通过控释氮肥基肥配合尿素分蘖肥配施的“一基一蘖”施肥方式较单一控释氮肥显著提高了常规粳稻有效穗数、产量和氮肥利用效率。与常规粳稻相比, 超高产品种籼粳杂交稻的高产形成机制主要是由于拔节期以后更高的氮素吸收, 促进颖花发育、防止灌浆期叶片早衰, 提高源库平衡关系。因而, 进一步的氮肥后移有利于提高籼粳杂交稻产量[14-16]。因此, 上述“一基一蘖”控释氮肥施肥方式势必难以满足籼粳杂交稻超高产氮素需要[6]。然而, 目前基于籼粳杂交稻的优化控释氮肥运用方式并不明确, 需要进一步研究。

此外, 钵苗摆栽技术由于显著地增加了水稻穗分化期以后的氮素吸收, 有利于进一步发挥籼粳杂交稻增产潜力, 是当前籼粳杂交稻超高产栽培的主要配套栽植技术[17-18]。因而, 在控释氮肥一次性施用下, 钵苗摆栽籼粳杂交稻生育中后期氮素供应问题更为突出。因此, 我们拟采用控释氮肥基肥与尿素穗肥配施方式, 重点增加生育中后期氮素供应, 以同步一次性施肥下钵苗摆栽籼粳杂交稻全生育期氮素需求。为此, 本研究设置控释氮肥的3种运筹模式, 以尿素常规分次施肥和不施氮肥为对照, 研究控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻产量、氮素吸收利用及相关农艺性状的影响, 以期探索钵苗摆栽籼粳杂交稻适宜的控释氮肥运用方式, 为稻田简化施肥技术提供理论依据和技术支撑, 对稳定粮食产量、提高稻田氮素利用效率具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

于2016—2017年, 在安徽省庐江县郭河现代农业示范区(31.48°N, 117.23°E)进行试验。试验土壤为黏壤土, 移栽前0~20 cm土壤主要理化参数为, 有机质34.4 g kg–1、全氮2.3 g kg–1、有效磷14.7 mg kg–1、速效钾82.8 mg kg–1。试验期间的气象数据由基地安装的小型气象站提供, 2016年和2017年水稻营养生长期降雨量分别为773.8 mm和129.4 mm, 平均温度分别为26.4℃和27.8℃; 生殖生长和灌浆期降雨量分别为366.8 mm和523.2 mm, 平均温度分别为20.5℃和19.5℃(图1)。

供试品种为甬优1540, 由宁波市农业科学研究院选育, 是当地大面积种植的籼粳杂交稻品种, 在本地区连续3年产量均达到12 t hm–2以上。采用树脂包膜尿素(45.0% N)为供试控释氮源, 田间80%养分释放期为100 d, 由安徽茂施农业科技股份有限公司提供。

1.2 试验设计

采用随机区组设计, 包括不施氮肥(0N)、尿素分次施肥(SU)、一次性基施控释氮肥(BC)、基施控释氮肥与分蘖肥尿素配施(BC+TU, 8∶2)和基施控释氮肥与穗肥尿素配施(BC+PU, 7∶3) 5个处理, 3次重复, 共15个处理, 单个小区面积4 m × 15 m。除0N外, 所有处理的总施氮量均为280 kg hm–2, 氮肥运筹方式如表1。各处理P、K肥用量相同, 分别为P2O575 kg hm–2、K2O 255 kg hm–2, 均一次性基施。采用钵苗育秧, 分别于2016年6月16日和2017年6月18日, 使用亚美柯2ZB-6A (RXA-60T)型钵苗摆栽机进行机械摆栽, 移栽行株距为33.0 cm × 12.4 cm, 每穴2~3株苗。采用干湿交替水分管理, 分蘖期保持5 cm ± 2 cm田面水层, 够苗期排水晒田, 之后干湿交替灌溉, 在抽穗期建立浅水层, 于成熟前一周排水、自然落干。田间其他栽培管理同当地高产栽培, 及时控制和防治病虫害。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 肥料田间释放的测定 采用埋藏法测定控释氮肥田间养分释放[8], 将控释氮肥样品(10 ± 0.01) g放入孔径为1.0 mm的尼龙网袋(长12 cm × 宽8 cm)中, 于施肥当天同时埋入小区田头土壤以下1~2 cm处。分别于水稻穗分化期、抽穗期和成熟期取样, 重复4次, 肥料颗粒用蒸馏水小心冲洗干净后, 使用冷冻风干机冻干(Heto-Holten, France), 称重。采用重量差减法计算肥料阶段积累释放量。

1.3.2 植株采样与测定 于穗分化期、抽穗期和成熟期, 根据平均茎蘖数, 各小区取代表性植株5穴, 使用Li-3000型自动叶面积仪(LI-COR, USA)测定植株叶面积, 计算叶面积指数(leaf area index, LAI)。将样品分为茎鞘、叶、穗(抽穗期、成熟期), 之后105℃杀青30 min, 80℃烘干至恒重, 称取地上干重。将获得的样品粉碎过0.5 mm筛, 采用凯氏定氮法测定各组织中氮含量, 计算各时期植株地上部吸氮量。

表1 氮肥运筹方式

0N: 不施氮肥; SU: 尿素分次施肥; BC: 一次性基施控释氮肥; BC+TU: 基施控释氮肥与分蘖肥尿素配施(8:2); BC+PU: 基施控释氮肥与穗肥尿素配施(7:3)。Urea-N表示氮素来源于尿素; CRNF-N表示氮素来源于控释氮肥。

0N: no nitrogen application; SU: spilt application of urea; BC: basal application of CRNF; BC+TU: combined basal application of CRNF and tillering fertilizer application of urea (8:2); BC+PU: combined basal application of CRNF and panicle initiation fertilizer application of urea (7:3). Urea-N indicates that nitrogen derives from urea; CRNF-N indicates that nitrogen derives from polymer-coated urea.

1.3.3 产量及其构成因素测定 收割前每小区选取5个连续20穴计算有效穗数, 各小区取代表性植株5穴进行室内考种, 统计穗粒数、结实率和千粒重, 并实收记产(含水量计14%)。

1.4 相关计算公式

收获指数(%) = GY/DMA × 100, 式中, GY为实收产量(含水量计14%), DMA为成熟期地上部干重(含水量计14%)。光合势(m2m–2d) = 1/2 (L1+ L2) × (t2– t1), 式中, L1和L2为前后2次测定的单位土地面积上叶面积, t1和t2为前后2次测定的时间。氮素利用效率(%) = (UN– U0)/FN× 100, 式中UN和U0分别表示成熟期施氮区和不施氮区水稻地上部氮吸收量, FN表示施氮量。

经济效益分析如下:

总收入(Yuan hm–2) ＝籽粒产量×水稻价格;

净收入(Yuan hm–2) ＝总收入-氮肥支出-施氮工费-其他成本。

其中, 2015年和2016年水稻的平均价格是2.6元kg–1。氮肥的价格分别为: 尿素, 2.1元 kg–1; 控释氮肥, 2.7元 kg–1。施氮工费分别为: 撒施尿素4次共1500元 hm–2(其中基肥、分蘖肥、促花肥和保花肥分别为300、400、400和400元 hm–2); 控释氮肥(机械)基施300元 hm–2; 控释氮肥与尿素配施为900元 hm–2。其他费用主要包括: 磷、钾肥的成本和施肥费用, 田间管理、植保费用、机械整地、收割费用等。

1.5 数据处理与分析

测得数据用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0软件进行分析与处理。

2 结果与分析

2.1 控释氮肥田间养分释放特征

2016年和2017年控释氮肥田间总释放率分别为88.7%和82.3% (图2), 2016年显著高于2017年, 这主要是与2016年中后期高温显著增加了氮素阶段累计释放有关(图1)。水稻不同生育期氮素累计释放具有明显差异, 移栽(transplanting stage, TS)至穗分化期(panicle initiation stage, PI)累计释放量最高, 穗分化期至抽穗期(heading stage, HS)次之, 抽穗期至成熟期(maturity stage, MS)最低, 整体随生育进程逐渐降低, 2年趋势一致。2016—2017年控释氮肥在TS—PI、PI—HS和HS—MS平均累计释放率分别为62.0%、19.9%和5.6%, 基蘖肥﹕穗肥阶段释放比例约为7∶3。

TS代表移栽, PI代表穗分化期, HS代表抽穗期, MS代表成熟期。图柱上的不同小写字母表示年际间差异显著(< 0.05)。

TS: transplanting stage, PI: panicle initiation stage, HS: heading stage, MS: mature stage. Different lowercase letters on the columns indicate significant differences in different years at< 0.05.

2.2 控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻产量及其构成因素的影响

年份与氮肥运筹模式显著影响水稻产量及其构成因素, 二者的交互作用仅对结实率有显著影响(表2)。2016年的水稻产量显著高于2017年, 这主要是由于2016年具有更高的每穗粒数和结实率, 这可能与其更高的生殖生长和灌浆期温度有关。与不施氮相比, 氮肥施用2年显著增产13.1%~22.3%。

SU处理2年, 实产分别为13.1 t hm–2和12.0 t hm–2, 均达到水稻超高产水平。控释氮肥处理中, BC+PU产量最高, 显著高于BC和BC+TU, 主要是由于更高的每穗粒数和结实率。BC+PU两年水稻产量为12.2~13.1 t hm–2, 分别较BC和BC+TU高出7.4%~ 9.2%和8.0%~11.9%。另外, BC+PU处理的水稻产量及构成因素与SU均无显著差异, 2年表现一致。

2.3 控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻群体生产的影响

2.3.1 控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻地上部干物质积累的影响 年份与氮肥运筹模式显著影响水稻各关键生育期干物质积累, 二者对收获指数均无显著影响(表3)。因而, 本研究中干物质积累是影响水稻产量的主要因素。2016年的干物质积累显著高于2017年, 这与其更高的穗分化至抽穗期干物质积累有关(图3)。

表2 控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻产量及其构成因素的影响(2016–2017)

处理同表1。数据后的小写字母表示同一年份不同处理在0.05水平差异显著;**、*和ns分别表示处理在0.01、0.05水平差异显著和差异不显著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level among the different treatments in the same year;**and*indicate significant differences at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively;nsindicates no significant differences.

表3 控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻干物质积累和收获指数的影响(2016–2017)

处理同表1。数据后的小写字母表示同一年份不同处理在0.05水平差异显著;**、*和ns分别表示处理在0.01、0.05水平差异显著和差异不显著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level in the different treatments in the same year;**and*indicate significant differences at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively;nsindicate no significant differences. PI: panicle initiation stage; HS: heading stage; MS: mature stage.

不同控释氮肥处理间的干物质规律具有明显的生育阶段差异。在穗分化期, BC+TU处理干物质积累明显高于其他处理, 且2016年均达到显著水平。然而, 在抽穗和成熟期, BC+PU则表现最高的干物质积累, 且与SU无显著差异。BC+PU两年成熟期干重为20.7~23.6 t hm–2, 分别较BC和BC+TU显著提高8.9%~14.6%和10.1%~12.9%。

相关性分析显示, 水稻穗分化至抽穗期以及抽穗至成熟期干物质积累分别与每穗粒数和结实率呈极显著正相关。然而, 结实率对抽穗至成熟期干物质积累的响应具有明显的年际差异, 其中, 2016表现更高的响应效率。这可能与2016年灌浆结实期更适宜的温度有关。

缩写同图2。**表示在0.01水平显著相关。

Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.**means significant correlation at< 0.01.

2.3.2 控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻叶面积指数和光合势的影响 年份与氮肥运筹模式显著影响水稻各关键生育期叶面积指数和阶段光合势(表4)。除穗分化期以外, 水稻各阶段叶面积指数和光合势均表现2016年显著高于2017年, 这主要是由于2016年具有更适宜的水稻生殖生长和灌浆期温度。

与干物质积累规律类似(表3), 不同控释氮肥处理间的叶面积指数和光合势规律具有明显的生育阶段差异。在穗分化期, BC+PU处理具有最高的叶面积指数。在此之后, BC+PU较其他控释肥处理显著增加了抽穗期和成熟期叶面积指数、穗分化–抽穗期和抽穗–成熟期光合势, 表现了生育中后期最高的光合生产能力。另外, BC+TU处理各时期的叶面积指数和光合势均与SU无显著差异, 2年趋势一致。

2.4 控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻氮素吸收和利用的影响

年份与氮肥运筹模式显著影响水稻各关键生育期氮素吸收, 氮肥运筹模式显著影响水稻氮素利用效率(表5)。除穗分化期以外, 2016年各生育期氮素积累均显著高于2017年, 这与2016年水稻生殖生长和灌浆期更高的平均温度有关。与不施氮相比, 氮肥施用2年增加水稻植株氮素吸收38.6%~71.6%。

与干物质积累规律一致, 不同控释氮肥处理间的植株氮积累规律具有明显的生育期差异。在穗分化期, BC+TU处理氮积累量显著高于其他处理。然而, 在抽穗和成熟期, BC+PU则表现最高的氮积累量和氮素利用效率, 且均达到显著水平。BC+PU两年成熟期植株氮积累量和氮素利用效率分别为293.5~318.7 kg hm–2和43.8%~44.1%, 较BC分别提高14.6%~18.5%和48.5%~59.9%, 较BC+TU分别高出17.9%~21.6%和63.9%~74.5%。另外, BC+PU处理各阶段的氮素积累量和氮素利用效率与SU均无显著差异。

相关性分析显示, 水稻穗分化至抽穗期以及抽穗至成熟期氮素积累分别与对应时期干物质积累呈极显著正相关(图4), 表明生育中后期促进氮素吸收是提高钵苗摆栽籼粳杂交稻阶段干物质积累的主要原因。然而, 水稻抽穗至成熟期干物质积累对阶段氮积累的响应具有明显的年际差异, 且2016表现更低的响应效率。这可能由于2016年抽穗期叶面积指数(10.3~12.2)过高, 显著降低了冠层中下部光截获和利用效率(表4)。

表4 控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻叶面积指数和光合势的影响(2016–2017)

处理同表1。数据后的小写字母表示同一年份不同处理在0.05 水平差异显著;**、*和ns分别表示处理在0.01、0.05水平差异显著和差异不显著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level in the different treatments in the same year;**and*indicate significant differences at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively;nsindicates no significant differences. TS: transplanting stage; PI: panicle initiation stage; HS: heading stage; MS: mature stage.

表5 控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻氮素吸收和利用的影响(2016–2017)

处理同表1。数据后的小写字母表示同一年份不同处理在0.05 水平差异显著;**、*和ns分别表示处理在0.01、0.05水平差异显著和差异不显著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase within a column represent significant difference at the 0.05 probability level of different treatments in the same year.**indicates significant differences at the 0.01 probability level;nsindicates no significant differences. PI: panicle initiation stage; HS: heading stage; MS: mature stage.

缩写同图2。**表示在0.01水平上显著相关。

Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.**means significant correlation at< 0.01.

2.5 控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻经济效益的影响

年份与氮肥运筹模式显著影响钵苗摆栽籼粳杂交稻总收入和净收益(表6)。在控释氮肥处理中, BC+PU表现最高净收益, 2年趋势一致。BC+PU两年的净收益为9214~11,554元hm–2, 较SU提高了6.5%~12.3%, 这主要是由于在总收入稳定的基础上, 同时大幅降低了施氮人工费用。因而, 钵苗摆栽籼粳杂交稻下, 采用控释氮肥基施配合尿素穗肥方式较常规尿素分次施肥, 具有更高的经济效益。

表6 控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻氮素经济效益的影响(2016–2017)

处理同表1。数据后的小写字母表示同一年份不同处理在0.05水平差异显著;**和ns分别表示处理在0.01水平差异显著和不显著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level in different treatments in the same year.**indicates significant differences at the 0.01 probability level;nsindicates no significant differences.

3 讨论

3.1 控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻产量的影响

本研究表明, 控释氮肥运筹方式显著影响钵苗摆栽籼粳杂交稻产量, 其中BC+PU两年的产量为12.2~13.1 t hm–2, 显著高于BC和BC+TU, 且与尿素分次施肥SU无显著差异。采用控释氮肥基肥与尿素穗肥配施方式是钵苗摆栽籼粳杂交稻优化的控释氮肥运筹模式, 可有效取代常规尿素分次施肥, 实现超高产(>12 t hm–2)。

本研究中, 常规分次施肥的基蘖肥﹕穗肥比例约为6∶4, 与张军等[19]和胡群等[20]提出钵苗摆栽籼粳杂交稻适宜氮肥运筹基本一致, 其中, 60%的基蘖肥施用比例有利于充足穗数, 而40%的穗肥施用比例则有利于维持后期群体较高叶面积指数, 促进大穗和稳定结实灌浆[21]。在该氮肥运筹理论指导下, 本课题组2019年钵苗摆栽籼粳杂交稻实收产量达到15.8 t hm–2。另外, 控释氮肥基蘖肥∶穗肥比例约为7∶3, 因而较上述优化氮肥运筹整体表现基蘖肥冗余, 穗肥不足。因而, BC处理显著降低了每穗粒数和结实率, 最终导致产量不足; 同时, BC+PU处理尽管基蘖肥减量30%, 并没有显著降低水稻有效穗数, 也较好的证明了这一点。另外, BC+TU尽管促进了水稻前期生长, 但并没有显著增加有效穗数, 这可能是与钵苗摆栽“前稳、中控、促后”的群体形成规律和大穗型甬优1540较弱的分蘖能力有关。与之不同的是, BC+PU处理通过基蘖肥减施和尿素穗肥配施, 有效促进水稻穗分化期以后光合生产和干物质积累能力, 在稳定有效穗数的同时, 提高了每穗粒数、结实率和产量, 较好地同步了钵苗摆栽籼粳杂交稻双峰氮素吸收规律。此外, 本研究中钵苗摆栽籼粳杂交稻穗分化至抽穗期以及抽穗至成熟期干物质积累分别与每穗粒数和结实率呈极显著正相关, 且与对应时期氮阶段积累量密切相关。因而, 可以认为, 控释氮肥运用下钵苗摆栽籼粳杂交稻超高产形成机制为穗分化期以后更高的氮素吸收, 促进穗分化至成熟期干物质积累, 进而增加每穗粒数和结实率, 提高产量。这与前人提出的, 籼粳杂交稻氮肥后移增产机制基本一致[16,21-23], 与Miao等[9]在控释氮肥下钵苗摆栽常规粳稻全生育期更为平衡的“一基一蘖”氮素需求结果不尽相同。因而, 在控释氮肥使用上要充分考虑品种类型和栽插方式[21-24]。总的来说, 本研究提出的“一基一穗”控释氮肥运筹方式有利于发展钵苗摆栽籼粳杂交稻精简高效施肥技术, 对未来大穗型、长生育期水稻生产中控释氮肥运筹的优化也具有一定的指导意义。

3.2 控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻氮肥利用的影响

我们前期通过15N示踪技术分别研究了水稻对基肥、分蘖肥和穗肥氮的利用效率, 结果表明, 基肥氮的回收利用效率为9.1%~22.8%, 分蘖肥为17%~34%, 穗肥为54.0%~82.1%, 且粳稻对穗肥的响应高于籼稻[25]。因此, 水稻对穗肥的利用效率远高于基、蘖肥, 这可能是由于水稻分蘖期低的吸氮能力和高的氮径流和挥发损失风险[22,26]。此外, 大穗型籼粳杂交稻由于中后期吸氮能力更高, 这种更高的穗肥利用效率可能更加明显。综上, BC一次性施肥下肥料供氮主要在水稻分蘖期, 而穗分化期以后氮素供应明显不足, 因此氮肥利用率不高, 仅为27.4%~29.7%, 显著低于常规尿素分次施肥SU。这较我们之前运用相同肥料在机插常规粳稻上的利用效率(39.0%~41.4%)有所减少[27], 这可能是由于受长生育期品种和钵苗栽植模式影响, 进一步降低了分蘖中期至穗分化期的氮吸收量和比例[17,28]。与BC相比, BC+TU由于尿素分蘖肥的添加, 显著增加了水稻穗分化期的干物质积累和氮素吸收, 但不足以弥补中后期氮素的进一步亏缺造成的穗分化至抽穗期和抽穗至成熟期干物质积累和氮素吸收降低, 最终氮素吸收和氮肥利用效率与BC无显著差异, 且2年均显著低于常规分次施肥处理。

在本研究中, BC+PU处理通过基蘖肥减施和尿素穗肥配施, 在保证水稻营养生长期基本氮素供应的同时, 显著增加了穗肥期氮的供应, 使得各时期氮素吸收量与SU无显著差异, 很好地同步了钵苗摆栽籼粳杂交稻全生育期氮素需求, 2年氮素吸收利用率达到43.8%~44.1%。此外, BC+PU处理较其他控释氮肥处理显著提高了净收益, 且较尿素分次施肥SU提高了6.5%~12.3%。综上所述, 在钵苗摆栽籼粳杂交稻种植模式中, 采用70%控释氮肥基蘖肥减施和30%尿素穗肥配施的BC+PU处理可有效取代常规尿素分次施肥, 具有明显的稳产、增效、节本特点。

然而, 值得注意的是, 本研究中提出的BC+PU优化控释氮肥管理模式, 一定程度上减少了施肥次数, 同时降低了分蘖期速效肥料使用, 稻田氮径流、挥发损失风险小, 因而具有一定的高效、省工和节本效应。同时, 采用难溶颗粒型控释氮肥, 有利于机械化深施肥, 对发展水稻规模化生产具有重要意义[27]。然而, BC+PU模式中由于仍然存在速效穗肥适时、适量施用问题, 因而限制了本技术在当前规模化种植背景下的大面积推广, 因此钵苗摆栽籼粳杂交稻的控释氮肥运筹技术仍有待进一步完善。此外, 由于控释氮肥的“稳定、长效”供氮特点, 笔者认为在今后的研究中, 可采用于水稻分蘖期和穗分化至成熟期分别稳定供氮的控释氮肥按照一定的比例混合, 以靶向同步钵苗摆栽籼粳杂交稻上述吸氮特点, 可有望突破钵苗摆栽籼粳杂交稻一次性施肥技术难题。

4 结论

控释氮肥阶段释放(基蘖肥∶穗肥)比例约为7∶3, 较传统优化氮肥运筹(6∶4)整体表现基蘖肥冗余, 穗肥不足, 因而难以同步钵苗摆栽籼粳杂交稻全生育期氮素需求。通过基蘖肥减施和尿素穗肥配施, 在保证水稻营养生长期基本氮素供应的同时, 显著增加了穗分化以后氮素吸收, 促进了穗分化至成熟期光合物质生产能力, 在稳定有效穗数和千粒重的同时, 显著提高了钵苗摆栽籼粳杂交稻每穗粒数、结实率和产量。在施氮量为280 kg hm–2下, 采用70%控释氮肥+30%尿素穗肥处理, 水稻产量和氮肥利用率可达到尿素常规分次施肥水平, 同时进一步提高经济效益。

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Effects of different application methods of controlled-release nitrogen fertilizer on grain yield and nitrogen utilization ofhybrid rice in pot-seedling mechanically transplanted

KE Jian1, CHEN Ting-Ting1, XU Hao-Cong1, ZHU Tie-Zhong1, WU Han1, HE Hai-Bing1, YOU Cui-Cui1, ZHU De-Quan1, and WU Li-Quan1,2,*

1College of Agronomy, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, Anhui, China;2Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production, Nanjing 210095, Jiangsu, China

To investigate the optimal application of controlled-release nitrogen fertilizer (CRNF) under the super-high-yield cultivation of-hybrid rice in pot-seedling mechanically transplanted, the field experiments were carried out to investigate the effects of three application methods of CRNF [one-time basal application of polymer-coated urea (BC), basal application of polymer-coated urea combined with urea top-dressing at the tillering stage (BC+TU, 8:2), and basal application of polymer-coated urea combined with urea top-dressing at panicle initiation (BC+PU, 7:3)] on grain yield, nitrogen utilization (NRE), and agronomic traits of Yongyou 1540, a high-yieldhybrid rice variety, with the pot-seedling mechanically transplanted in 2016 and 2017. Conventional high-yield fertilization of urea at 280 kg hm–2(SU) and 0 N treatments were set as the controls. The cumulative release ratio of basal tiller fertilizer to panicle fertilizer for CRNF was 7:3, which was higher than that of SCU (6:4), leading to N redundancy at tillering stage and deficit during the following growth stages. Therefore, BC and BC+TU presented lower rice yields and NRE compared with SU. In comparison with BC and BC+TU, BC+PU was applied in combination with CRNF basal fertilizer reduction and urea fertilizer application at panicle initiation stage, and increased N uptake and photosynthetic capacity from panicle initiation stage to maturity stage ensured the basic N supply during the vegetative growth period in rice, leading to significantly higher spikelets per panicle, grain filling percentage, and grain yield while an equal panicles per m2and 1000-grain weight. Meanwhile, N application rates can be well matched with rice N uptake patterns during the whole growth period. The grain yield of BC+PU was 12.2–13.1 t hm–2in 2016 and 2017, which were 7.4%–9.2% and 8.0%–11.9% higher than those of BC and BC+TU, respectively. Moreover, the NRE of BC+PU were 43.8%–44.1%in 2016–2017, which were 48.5%–59.9% and 63.9%–74.5% higher than those of BC and BC+TU, respectively. In addition, compared with SU, there was not significant differences of grain yield and NRE in BC+PU, and net income was higher by 6.5%–12.3% due to the significant reduction of labor cost of N application. In conclusion, the basal application of CRNF combined with urea top-dressing at panicle initiation stage at ratios of 7:3 was the simplified fertilization method that could effectively replace conventional simplified fractional fertilization, and exhibit no significant differences in rice yield, NRE, and higher economic benefits.

hybrid rice; pot-seedling mechanically transplanted; controlled-release nitrogen fertilizer; grain yield; nitrogen uptake

10.3724/SP.J.1006.2021.02055

本研究由国家重点研发计划项目(2016YFD0300608, 2018YFD0300904)和安徽省教育厅重点项目(KJ2019A0176)资助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300608, 2018YFD0300904) and the Key Research Fund of the Education Department of Anhui Province (KJ2019A0176).

武立权, E-mail: Wlq-001@163.com

E-mail: Kej@ahau.edu.cn

2020-08-15;

2020-12-01;

2021-01-05.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210105.1451.002.html