氮肥分配比例对滴灌旱稻产量及氮肥利用率的影响

褚 璇，索常凯，王露霞，冶 军，闵 伟，侯振安

(1.石河子大学农学院，新疆石河子 832000；2.新疆生产建设兵团自然资源国土整治中心，乌鲁木齐 830000)

0 引 言

【研究意义】旱稻是水稻的一种旱生类型。通常在旱地或干湿地直播，一生旱管旱长，勿需水层[1]。新疆旱稻种植采用直播技术，不需要育苗、插秧，种植成本低，用水量比普通水稻用水量减少一半以上。而氮肥投入在农业生产中起着不可或缺的作用[2]，也存在不合理施用氮肥现象[3]。在提高水稻产量的调控措施中，科学氮肥运筹可以有效提高水稻产量及品质[4]，在施氮量和基蘖肥与穗肥对水稻产量和氮素利用率的影响的研究中，水稻生育后期提高氮肥施用比例可以显著提高产量[5]。氮肥合理施用对于水稻产量等构成因素影响尤为重要。【前人研究进展】不同氮肥运筹处理对作物产量及其构成因素的影响各异[6]。单位面积有效穗数是影响稻类产量的一个重要因素，而适当的氮肥后移能提高单位面积有效穗数从而提高产量[7]。适当提高分蘖至拔节所占肥料比例可以加大水稻分蘖，显著促进有效分蘖，提高水稻产量[8,9]。当底蘖肥与拔节肥的比例为8∶2时，可以显著提高水稻基本苗、每穗粒数和产量[10]。基蘖肥占总肥量的70%易获得高产，氮肥运筹处理影响直播稻“库”容量，从结实率、每穗粒数、成穗率等构成因素方面影响水稻产量。适当氮肥后移可使籽粒灌浆充分从而获得高产[11]。【本研究切入点】前人关于氮肥分配比例对作物生长发育、产量及品质的影响多集中于水稻，而氮肥施用比例对旱稻产量、品质及氮肥利用率等因素的影响少有相关详细的报道。需研究氮肥分配比例对滴灌旱稻产量及氮肥利用率的影响。【拟解决的关键问题】设计不同氮肥分配比例的田间小区试验，研究氮肥分配比例对旱稻产量及品质的影响，分析氮肥不同分配比例对旱稻氮肥利用率的影响，为旱稻在新疆区域的种植提供一定的理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验设在石河子农业科学研究院试验站土壤类型为灰漠土，年平均降水量210 mm，年平均蒸发量1 600 mm。耕层土壤基本性状：有机质18.66 g/kg，碱解氮22.73 mg/kg，速效磷19.64 mg/kg，速效钾294.82 mg/kg。旱稻品种为旱香1号。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用小区试验，设4个处理，分别为：(1)对照(CK，不施用氮肥)；(2)蘖肥∶穗肥=N(2∶8)；(3)蘖肥∶穗肥=N(6∶4)；(4)蘖肥∶穗肥=N(8∶2)。施氮量均为纯氮120 kg/hm2。每个处理重复3次，共12个试验小区，小区面积15 m2。

旱稻种植采用覆膜栽培，1膜2管4行，膜宽70 cm，膜间距30 cm，行距配置为(10+20+10)cm，旱稻植株间距10 cm。灌溉方式为膜下滴灌，全生育期灌水500 m3。其中磷肥为重过磷酸钙，钾肥为硫酸钾，磷钾肥作为基肥播种前1次性施用，施用量为P2O536 kg/hm2；K2O 76.5 kg/hm2，氮肥使用尿素(含氮量46%)，施肥方式为滴灌施肥，其中蘖肥于6月11日至7月8日均分5次施入；穗肥于7月15日至8月5日均分3次施入。表1

表1 氮肥施用比例及时期Table 1 Proportion and period of application of nitrogen fertilizer

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 植株生物量

在旱稻的苗期、分蘖初期、齐穗期、灌浆期、成熟期取样，每个处理取连续10穴，每个处理3个重复，于105℃下杀青30 min，80℃下烘干至恒重，测定干物质重。

1.2.2.2 植株养分

将采集的各生育期旱稻样品按茎鞘、叶、穗等器官分别烘干、称重，粉碎后过1 mm筛，经H2SO4-H2O2消煮后，采用凯氏定氮法测定全氮含量。

1.2.2.3 产量

旱稻成熟后每个处理取连续10穴，每个处理3个重复。取样后调查其产量构成因素包括每个处理小区的穗数、穗粒数、成穗率、结实率、千粒重计算产量。

1.2.2.4 氮素相关转化率[12,13]

氮肥农学利用效率=(施氮区产量-未施氮区产量)/施氮量× 100%；

氮肥吸收利用率=(施氮区植株吸氮量-未施氮区植株吸氮量)/施氮量×100%；

氮肥生理利用率=(施氮区产量-不施氮产量)/(施氮区地上部分吸氮量-不施氮区地上部分吸氮量)；

氮肥偏生产力(kg/kg)=籽粒产量/施氮量。

1.2.2.5 品质

稻米直链淀粉含量采用NY/T 2639-2014法。

精米率=精米重量(g)/稻谷试样重量(g)×100%；

整精米率=整粒精米重量(g)/稻谷试样重量(g)×100%；

垩白粒率=垩白米粒数/试样总粒数×100%。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2010进行整理，SPSS21.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理下旱稻生育种干物质积累动态变化

研究表明，与CK处理相比较，N(2∶8)、N(6∶4)和N(8∶2)处理总干物重显著增加了41%、58%和60%。除苗期外，旱稻各生育期N(8∶2)处理茎鞘干物重均显著高于其他处理，成熟期较CK、N(2∶8)和N(6∶4)处理分别增加了47.0%、30.4%和6.8%。除叶片部位与穗部干物重显著高于CK处理外，氮肥分配比例各处理之间无显著差异。N(2∶8)、N(6∶4)和N(8∶2)处理成熟期总干物质重分别较CK处理增加了40.1%、58.4%和59.4%，N(6∶4)与N(8∶2)处理间干物质重无显著差异，但分别较N (2∶8)处理显著增加了12.3%和13.1%。图1

图1 旱稻不同生育期各器官干物重变化Fig.1 Biomass of abovementional organs in upland rice at different growth stages

2.2 成熟期旱稻各器官氮素积累变化

研究表明，与CK处理相比较，N(2∶8)、N(6∶4)和N(8∶2)处理氮素吸收总量分别增加了40.8%、59.5%和66.3%。N(6∶4)、N(8∶2)处理吸氮量显著高于N(2∶8)处理，但N(6∶4)、N(8∶2)处理间无显著差异。

各器官氮素积累，茎鞘部位N(8∶2)较N(2∶8)和CK处理显著增加了42.8%和50.5%，较N(6∶4)处理增加了15.7%，但没有显著差异。颖壳部位N(8∶2)处理显著高于其他处理。叶片和籽粒部位氮素积累受氮肥分配比例影响差异不显著。表2

表2 成熟期旱稻各器官吸氮量变化Table 2 Nitrogen uptake by each organ in the mature stage of upland rice(kg/hm2)

2.3 不同处理下产量及其构成因素的变化

研究表明，与CK处理相比较，N(2∶8)、N(6∶4)和N(8∶2)处理产量显著增加了47%、73%和52%(表3)。N(6∶4)处理的产量显著高于其余各处理，N(2∶8)与N(8∶2)处理间无显著差异。N(6∶4)处理的产量较N(2∶8)与N(8∶2)处理分别提高了17.2%和13.7%。

各处理千粒重与产量呈现相同趋势，N(6∶4)处理显著高于各处理，较N(2∶8)与N(8∶2)处理增加28.4%和15.7%。单位面积穗数N(6∶4)处理较N(2∶8)与N(8∶2)处理增加3.5%和12.7%，但与N(2∶8)处理间差异不显著。结实率和每穗粒数各氮肥分配比例处理间差异不显著。表3

表3 不同施氮比例下产量及其构成因素的差异Table 3 Yield and its constituent factors under different n application rates

2.4 不同处理下旱稻氮肥利用率变化

研究表明，N(6∶4)处理的氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力显著高于N(2∶8)和N(8∶2)处理，农学利用效率分别增加了31.9%和23.4%，氮肥偏生产力分别增加了17.2%和13.7%。氮肥的吸收利用效率随着蘖肥比例的增大而减小，但N(6∶4)和N(8∶2)处理间差异不显著。当蘖肥比例增大时氮肥生理利用率增高，但N(2∶8)与N(6∶4)处理间差异不显著。表4

表4 旱稻氮素利用效率Table 4 Efficiency of nitrogen use in upland rice

2.5 不同处理下品质因素变化

研究表明，施氮显著降低了稻米的精米率与整精米率，但增加了糙米率。N(6∶4)处理的糙米率、精米率和整精米率均显著高于N(2∶8)和N(8∶2)处理。N(8∶2)处理的垩白粒率高于其它处理，但与N(2∶8)处理间差异不显著，N(2∶8)处理的垩白度与N(6∶4)和N(8∶2)处理比较，分别增加了28.2%和11.2%。蛋白质含量与直链淀粉含量呈现负相关关系，N(8∶2)处理的直链淀粉含量显著高于N(6∶4)和N(8∶2)处理，但N(6∶4)和N(8∶2)处理无显著差异。表5

表5 不同施氮比例下品质因素的差异Table 5 Differences of quality factors under different nitrogen application rates

3 讨 论

合理施用氮肥是作物高产的一个重要因素[14]。作物各器官干物质积累受施肥水平及氮肥运筹影响显著[15]。研究发现，当蘖肥施用比例过大时可以显著增加旱稻茎鞘部干物重，但会降低有效穗数和产量。范立慧等[16]研究也发现，随着前期施氮量的增加，促进了水稻无效分蘖，降低单位面积有效穗数，从而降低产量。单位面积有效穗数、结实率和千粒重是限制产量重要的构成因素，研究发现适当增加穗肥比例可以有效增加旱稻单位面积的有效穗数，王晓燕等[17]，胡雅杰等[18]通过研究也发现，适当的增加穗肥比例，可以有效减少无效分蘖的发生，提高单位面积有效穗数。但当穗肥比例过高时也会减少单位面积有效穗数，而千粒重也是限制旱稻产量的一个重要因素，研究中N(6∶4)处理千粒重显著高于其他处理，提高产量，与花劲等[19]的研究结果较为一致，实现稻米从高产到超高产在于保持较高的千粒重。适当增加穗肥比例可以通过提高氮素的积累和单位面积有效穗数从而提高产量，王艳等[20]研究表明，氮肥后移对于产量的提高起着促进作用，与研究结果基本一致。

合理施用氮肥不仅能促进水稻生长、提高水稻产量还能有效提高稻米品质[21,22]。研究表明，适当增加穗肥比例可以有效的提高稻米加工品质，但对其外观品质呈负相关影响[23]，与研究适当增加穗肥既提高了稻米的加工品质同时又提高了外观品质的结果有所差异，可能受灌溉方式和种植方式的不同所影响，但当穗肥比例增加过大时N(2∶8)处理的结果与其一致。刘代银等[24]研究发现，垩白度与蛋白质含量呈显著正相关关系，与研究结果基本一致。在营养品质方面，蛋白质与稻米的食味品质呈现负相关关系[25]，而作为产量最优的N(6∶4)处理，食味品质并不能达到最优当穗肥所占比例大于60%时会降低稻米品质[26]，与研究结果基本一致。氮肥利用率、生理利用率及偏生产力等相关氮素指标从不同的方面表示了作物对氮素的利用情况[27]。研究发现，氮肥的后移可以显著提高氮肥的农学利用效率和氮肥偏生产力，当蘖肥比例过高时，由于促进分蘖使得茎鞘部生物量的增加，提高了氮肥吸收利用率，但是对氮肥偏生产力及农学利用效率呈显著负相关影响，与汪峰等[28]研究结果较为一致。

4 结 论

4.1当氮肥分配比例为基肥：蘖肥=6∶4时，较N(2∶8)与N(8∶2)处理产量显著提高了17.2%和13.7%。千粒重各处理呈现与产量相同的趋势，当氮肥分配比例为基肥：蘖肥=6∶4时，较N(2∶8)与N(8∶2)处理显著增加了28.4%和15.7%。合理的氮肥分配比例可以增加旱稻产量，适当的增加穗肥的比例有利于旱稻生物量的积累，可以提高产量、氮素利用率和品质。新疆滴灌旱稻的种植中，基肥∶蘖肥为6∶4可显著增加旱稻产量及稻米品质。

4.2适当的氮肥后移可以显著增加氮肥的农学利用效率和偏生产力，与N(2∶8)、N(8∶2)处理相比较N(6∶4)处理的氮肥农学利用效率和偏生产力显著增加了31.9%、23.4%和17.2%、13.7%。

4.3适当氮肥后移在提高旱稻加工品质的同时又提高了外观品质，旱稻蛋白质含量与直链淀粉含量呈现负相关关系。