施用氨基酸水溶肥对于水稻生理生长及产量的影响

戴惠东，李 帅，周姣艳，陆 韬，黄玉龙，徐俊增*

(1.昆山市城市水系调度与信息管理处，江苏 苏州 215300；2.河海大学 农业科学与工程学院，江苏 南京 210098；3.昆山市花桥水利(水务)站，江苏 苏州 215300；4.昆山市水务局，江苏 苏州 215300)

作为一个农业大国，我国农业生产对氮肥的需求极大。据统计，我国目前现有水稻种植面积约3.07×107hm2，位居世界第二[1]。在我国粮食结构组成中，水稻约占32.15%[2]，施用氮肥能够有效地提高水稻产量。我国氮肥施用量自20世纪80年代以来增幅巨大，目前我国太湖流域高产稻田纯氮消耗量为270～300 kg/hm2[3-6]。

氨基酸水溶肥作为一种便捷、高效的水溶肥，能够有效提高作物产量、提升肥料利用率，同时也能够改善作物土壤环境[7]。贾娟等[8]分析比较了施用氨基酸水溶肥与施用常规肥的松花菜生物产量，发现施用氨基酸水溶肥使松花菜生物产量提高了17.62%。王兰天[9]分析了施用氨基酸水溶肥后玉米和白菜产量的变化情况，试验结果表明，施用氨基酸水溶肥后玉米和白菜分别增产5.3%和6.5%。Zhu等[10]研究结果表明，氨基酸水溶肥促进番茄对养分的吸收利用，在最佳氨基酸水溶肥施用量下茎干重增加较常规施肥增加了285.62%。许会会等[11]研究施用氨基酸水溶肥对葡萄品质的影响后发现，较对照处理葡萄糖可溶性糖和糖酸比增加，葡萄品质得到改善。相较于传统稻田施肥，氨基酸水溶肥一般施用方式为与灌溉过程同步进行，可根据作物不同生育阶段的养分需求，实现“少量多次”的施肥模式，在减少氮肥、灌溉用水投入的前提下，保证作物的正常生长与收获[12]。考虑到我国农业农村部于2016年提出关于大力推行水肥一体化施肥方式的实施方案，可以看出氨基酸水溶肥在后续农业生产中将具有广泛的应用空间。

1 数据与方法

1.1 试验区概况

试验于2018年在河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室昆山市排灌试验基地(34°63′21″N，121°05′22″E)开展。试验区气候为亚热带季风，年平均气温15.5℃，年降水量1 097.1 mm，年蒸发量1 375.9 mm，日照时数2 085.9 h，平均无霜期234 d。当地采用稻麦轮作方式，土壤为潴育型黄泥土，耕层土壤为重壤土，土壤基本理化性质如下：土壤有机质质量比为21.88g·kg-1，全氮质量比为1.08 g·kg-1，全磷质量比为1.35 g·kg-1，全钾质量比为20.86 g·kg-1，pH值为7.4，0～30 cm土壤容重为1.32 g/cm3。

1.2 试验设计

试验设置2种肥料类型：农民习惯施肥(Farmer’s fertilization practice)，记为FF，氨基酸水溶肥(Water-soluble fertilizer containing amino acids)，记为WSF。其中，农民习惯施肥施氮量为278.88 kg/hm2，而氨基酸水溶肥按稻季生育期全部施氮量设置高中低3种水平(244 kg/hm2，214 kg/hm2和184 kg/hm2)，分别记为WSF244，WSF214以及WSF184。所有试验均采用控制灌溉(Controlled irrigation)，记为C，4个处理分别为CF(C和FF)、CWSF244(C和WSF244)、CWSF214(C和WSF214)和CWSF184(C和WSF184)，其中CF设3个重复，而CWSF244、CWSF214与CWSF184均设置3个田内重复，另外在控制灌溉方式下设置一个氮空白处理，各处理保持磷肥与钾肥施用量保持一致。每个小区面积为150 m2(15 m×10 m)，各小区之间均采用防渗措施，防止小区之间水分交换。

农民习惯施肥是根据当地农民的习惯施肥方式和施肥量进行施肥。本研究采用的氨基酸水溶肥，产品名称为施旺宝，其生产是以味精母液进行深加工，经过发酵提取氨基酸，再通过加热、浓缩以及鳌和而成。该肥料富含氨基酸和植物需要的各项微量元素，肥料氮、磷、钾含量分别为0.08 kg/L、0.07 kg/L和0.1 kg/L，氨基酸含量为0.1 kg/L，pH值为6.5，产品由内蒙古阜丰生物科技有限公司提供。

氨基酸水溶肥CWSF处理基肥的施氮量与施肥日期与CF处理相同，追肥的肥料类型采用氨基酸水溶肥。CWSF处理改变传统一次性施肥的方式，将追肥分多次施入。返青肥、分蘖肥以及穗肥分别分2次、3次、2次施入，保持追肥的第一次施肥时间与CF处理保持一致，其余次数的施肥均与灌水同步进行，即当现场观测的根层土壤含水率达到灌水下限时，氨基酸水溶肥随着灌溉水冲施到田间，施入时间设置在灌水后半段，即灌水使田间保持薄水层后进行氨基酸水溶肥的施入。如遇大雨，随雨水进行施肥。当施肥次数达到设置的次数时，即完成所有施肥任务后，如需灌水则按照正常的灌水过程进行。除草以及防治病虫害等生产用水尽量与CF处理保持同步。

1.3 水稻茎糵株高数据采集方法

在不同处理的各小区内选取连续的15穴水稻植株，观测每穴苗数及株高数据，观测频率为5 d/次，直至所测得茎蘖、株高数据稳定。

1.4 水稻干物质积累量观测方法

在不同处理的各小区内选取具有代表性的3株水稻植株(代表性植株即根据最近一次观测的茎蘖与株高，在田内进行选择)，分别测定地上植株(茎、叶片、叶鞘、穗)、根系和总干物质。

表1 2018年农民习惯施肥管理氮肥(以纯氮计)施用量及施用时间

表2 2018年氨基酸水溶肥(以纯氮计)施用量及施用时间

1.5 水稻叶片叶绿素含量(SPAD)观测方法

采用SPAD-502叶绿素测定仪测定叶片叶绿素含量。每片测定上、中、下部3点，取平均值为该穴的SPAD值。每个小区每次测定20个叶片，取平均值为该小区的SPAD值。

1.6 水稻植株吸氮量观测方法

稻季末各小区分别取3株有代表性的植株，分别测定地上植株(叶、茎鞘、穗)总吸氮量。植株样品经过浓H2SO4-H2O2消煮后，全氮采用半微量开氏法测定。

1.7 水稻产量观测方法

水稻收割前5 d左右，在各小区考察有效穗数、穗长、每穗粒数、实粒数和千粒重，计算样方产量和理论产量。收割时在各小区1m2计产，做好标签，晒干后测定重量。理论产量=有效穗数×每穗粒数×结实率×千粒重×10-2。

2 结果与分析

2.1 不同处理水稻茎蘖、株高数据分析

分析不同处理下水稻植株的茎蘖、株高数据，能够看出(图1)，CF处理与CWSF处理水稻植株的株高指标变化规律基本一致：进入水稻分蘖期后株高会迅速增加，至抽穗开花期株高基本不再变化。以水稻移栽23 d时株高数据为例：CF处理株高为49.7 cm，CWSF244处理株高为214 cm，CWSF214处理株高为43.4 cm，CWSF184处理株高为42.9 cm，CWSF各处理相较于CF处理株高分别降低了12.68%、13.25%和13.68%，原因为该时期的CWSF处理施氮量低于CF处理，导致株高受到一定的抑制。CF处理与CWSF各处理的水稻茎蘖变化趋势基本一致，同时在移栽后40 d与55 d达到2次峰值。在整个水稻生育期内，CWSF处理与CF处理的株高、茎蘖数据变化规律基本一致且相差幅度较小，说明氨基酸水溶肥能在较低的施氮量下，达到使用较高量氮肥(尿素)的效果。

图1 不同施肥处理水稻植株高度以及茎蘖变化

2.2 不同处理水稻干物质累积变化分析

分析不同处理下水稻干物质累计变化数据，能够看出，CF处理与CWSF处理不同生育时期干物质增长速度为：中期>后期>前期(图2)。原因为：水稻植株在生育中期(即拔节孕穗期)水稻分蘖与拔节生长迅速，使得干物质增长幅度较大。CF处理与CWSF244处理、CWSF214处理、CWSF184处理之间无明显差异。以拔节孕穗期(8月12日)数据为例：CF处理干物质量为12.57 t·hm-2，CWSF244处理干物质量为11.47 t·hm-2、10.36 t·hm-2、9.39 t·hm-2，CF处理干物质量大于CWSF处理及CWSF3个处理之间数据存在大小差异的原因分析为：CF处理施氮量大于CWSF；而CWSF244、CWSF214、CWSF1843个处理间施氮量依次减少。整个水稻生育期内，CWSF处理的干物质量由拔节孕穗前期小于CF处理，再到拔节孕穗后期至乳熟期CWSF处理干物质量大于CF处理，表明氨基酸水溶肥的多次施用能够避免氮肥过多的消耗在水稻生育前期，而在水稻生育后期对植株进行一定的干物质积累补偿，促进光合产物转移至水稻穗部。

图2 不同施肥处理水稻干物质积累变化

2.3 不同处理全生育期水稻叶片SPAD数据分析

通过对不同处理的全生育期水稻叶片SPAD观测结果进行分析(图3)，可以看出，CWSF处理与CF处理水稻叶片SPAD值在整个生育期内变化趋势基本一致。CF处理的水稻叶片全生育期SPAD均值为44.0，而不同施氮水平下的3个处理CWSF244、CWSF214、CWSF184，其SPAD均值依次为43.7、43.3和43.1，相较于CF处理，有所下降但不显著。自分蘖末期至拔节前期，由于施用氮肥，各处理SPAD值均上升，而CF处理施氮量大于CWSF处理，所以CF处理SPAD值上升幅度大于CWSF处理。在乳熟期，CWSF处理中CWSF244由于较高的施氮量，该处理水稻叶片SPAD值下降速度小于CF处理，减缓了水稻叶片的衰老，为后期光合产物的累积提供了一定的帮助。

图3 不同施肥处理水稻叶片SPAD值变化

2.4 不同处理水稻植株吸氮量分析

分析不同施肥处理成熟期水稻植株地上部分总吸氮量与各器官吸氮量(表3)，能够看出CF处理与CWSF处理之间差异不大：地上部分，相较于CF处理CWSF244、CWSF214以及CWSF184分别显著增加了2.60%、5.10%以及10.53%；植株秸秆部分，CF处理吸氮量相较CWSF244、CWSF244、CWSF244分别显著增加了16.93%、28.34%和37.19%；植株籽粒部分，CWSF244、CWSF214、CWSF184分别比CF处理增加了15.08%、12.02%和7.40%。

表3 不同施肥处理成熟期水稻植株吸氮量

2.5 不同处理水稻产量数据分析

不同处理的水稻产量及其构成因素见表4。CF、CWSF244、CWSF214、CWSF184各处理的产量分别为：8 542.07 kg·hm-2、8 865.67 kg·hm-2、8 655.55 kg·hm-2、8 468.07 kg·hm-2。分析得出，CWSF244和CWSF214两处理相较于CF处理，产量增长了3.79%、1.33%，差异不够显著；CWSF184处理相较于CF处理产量降低了0.87%，差异不够显著。对产量构成因素进行分析能够看出，CWSF处理3个不同施氮量(184 kg·hm-2、214 kg·hm-2、244 kg·hm-2)有效穗数较CF分别降低了9.55万穗·hm-2、5.92万穗·hm-2和4.34万穗·hm-2，结实率相较CF处理分别增加2.41%、2.68%和3.50%，千粒重分别增加0.25g、0.35g、0.39g，穗粒数分别降低5.00粒·穗-1、4.04粒·穗-1和3.72粒·穗-1，降低幅度为4.14%、3.34%和3.08%。分析不同处理产量构成因素之间的差异可以发现，施用氨基酸水溶肥的稻田，其水稻结实率与千粒重优于农民习惯施肥，提高幅度分别为2.70%～3.92%和0.98%～1.53%，在施用较少肥量时，CWSF244、CWSF214较CF处理实现了一定程度的增产。试验结果表明，合理施用氨基酸水溶肥可以在减少氮肥投入的同时，实现水稻增产。

表4 不同施肥处理水稻产量及产量构成因素

3 结 论

1)稻田合理施用氨基酸水溶肥，能够在减少氮肥投入的前提下，实现增产。

2)稻田合理施用氨基酸水溶肥，能够保证水稻生长指标正常增长。

3)稻田多次施用氨基酸水溶肥，能够避免氮肥过多的消耗在水稻生育前期，而在水稻生育后期对植株进行一定的干物质积累补偿，促进光合产物转移至水稻穗部。