缓控释肥与尿素不同组配对南粳系列粳稻产量形成及氮肥利用的影响

张 凯,李 猛,王付娟,刘秋员,季 新

(信阳农林学院 农学院/信阳市水稻遗传改良与生理生态重点实验室/信阳市优质稻米工程技术研究中心, 河南 信阳 464000)

0 引言

缓控释肥是一种能根据植物对养分的需求规律,以受控的、延迟的方式释放养分的新型肥料,具有养分利用率高、省工节肥、环境友好等特点[1-2]。在水稻的栽培中,需要分次施氮以保证其产量[3],但随着农村劳动力的大量外流和人工成本的快速增长,水稻分次施肥将难以为继,亟需推广使用简化的施肥方法。因此,积极探索缓控释肥在水稻栽培上的应用方法,对当前水稻生产简化施肥、降低施肥劳动强度、提高肥料利用率具有重要意义。

与常规施肥方式相比,一次性基施缓控释肥可能会造成水稻减产,主要原因是由于缓控释肥的养分释放难以满足水稻全生育期对氮素的需求[4-5]。因此,可以通过缓控释肥和尿素组配施肥来改善缓控释肥的养分供应。缓控释肥配施尿素,能够改善缓控释肥前期养分释放慢的缺点,有效满足水稻前期养分需求,产量明显高于单施缓控释肥处理[6-8]。但相对于大穗型水稻品种来说,缓控释肥配施尿素中后期释放的氮素仍不能满足充实大库容的需求,致使增产效果不显著[9]。由此可见,在实际生产中,有必要依据不同类型水稻的高产途径对缓控释肥与尿素的组配模式进行调节,以保证水稻高产。

南粳系列品种是由江苏省农业科学院选育,具有产量高、品质优等特点,在江淮地区广泛种植。为此,本研究在等量施氮条件下,以南粳系列常规粳稻品种为材料,设置不同的缓控释肥与普通尿素组配比例,并以常规分次施肥处理为对照,对比分析不同缓控释肥与尿素组配比例对水稻产量形成及氮素吸收利用的影响,以期明确适宜的缓控释肥与尿素组配比例。

1 材料与方法

1.1 供试地点与材料

试验于2021年在信阳市平桥区甘岸镇二郎村进行,前茬为小麦,土壤有机质含量为16.5 g/kg、全氮0.33 g/kg、速效磷17.5 mg/kg、速效钾63.8 mg/kg。供试常规尿素,含氮率为46%,缓控释氮肥为树脂包膜尿素,含氮率为43.5%,养分释放期为90 d左右,由山东茂施肥料有限公司提供。供试水稻品种为南粳系列常规粳稻品种南粳9108和南粳5718。

1.2 试验设计

采用两因素裂区试验设计,以不同施肥方法为主区,以品种为副区。试验纯氮用量统一为270 kg/hm2,共设置5个处理。具体为常规分次施肥处理(CK)和4个不同缓控释肥与尿素组配比例处理,分别为100%缓控释氮肥(T1)、70%缓控释氮肥+30%常规尿素(T2)、50%缓控释氮肥+50%常规尿素(T3)、30%缓控释氮肥+70%常规尿素(T4)。常规施肥处理(CK)氮肥分做基肥(移栽前1 d施入)、分蘖肥(移栽后7 d施入)和穗肥(倒四叶期施入),施用比例为3.5∶3.5∶3.0。4个不同缓控释肥与尿素组配比例处理的氮肥全部做基肥于移栽前1 d一次性施入。各处理磷(P2O5)、钾肥(K2O)施用量分别为135、270 kg/hm2,所用磷肥为过磷酸钙(含12%P2O5)、钾肥为氯化钾(含60%K2O),其中磷肥全部作基肥一次施入,钾肥分基肥和穗肥(倒四叶期施入)两次等量施用。试验于5月20日播种,采用毯苗湿润育秧,6月12号移栽,每穴栽插4苗,栽插株行距为15 cm×25 cm,每个处理重复3次,每个小区面积15 m2。每个处理之间做埂隔离,田埂用塑料薄膜包裹,以防氮肥互串。水分管理及病虫草害防治等相关的栽培措施均按照高产栽培要求实施。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 茎蘖动态

每个处理确定3个观测点,每个观察点选定连续10穴作为调查群体,在拔节期、抽穗期和成熟期调查茎蘖数,计算单位面积茎蘖数和成穗率(R1)。

(1)

式中:a为成熟期有效穗数,b为拔节期茎蘖数。

1.3.2 干物质积累量、叶面积指数和干物质积累量含氮率

分别于拔节期、抽穗期、成熟期以各处理的平均茎蘖数为标准,取代表性植株3丛,植株连根拔出,清洗,去根。采用叶比重法测定叶面积,得到叶面积指数(I),并计算叶面积衰减率(R2)。

(2)

式中:t为抽穗期至成熟期天数。

将植株样品按照茎、叶、穗分开装在牛皮纸袋中,在105 ℃下杀青30 min,80 ℃下烘干至恒重,测定茎、叶、穗各部位干物质量,总干物质积累量为茎、叶、穗干物质质量之和。

1.3.3 器官含氮率和吸氮量

将拔节期、抽穗期、成熟期所取的干物质样品粉碎,采用H2SO4-H2O2消化,半微量凯氏定氮法测定植株各器官含氮率。各器官氮素积累量为各器官干物质质量×各器官含氮率,总吸氮量为茎、叶、穗氮素积累量之和。

1.3.4 产量及其构成因素

成熟期每小区调查60穴,计算有效穗数,各小区按每穴平均穗数取5穴调查每穗粒数、结实率、千粒重。每个小区割取60穴,脱粒、去杂后晾晒3 d,测定水分含量并称质量,计算实际产量。

1.4 数据计算与统计分析

依据公式(3)计算氮肥偏生产力:

(3)

依据公式(4)计算氮素干物质生产效率:

(4)

依据公式(5)计算氮素籽粒生产效率:

(5)

使用Microsoft Excel 2010处理数据和绘制表格,SPSS 22.0软件进行数据统计分析。

2 结果分析

2.1 缓控释肥与尿素不同组配对茎蘖数及成穗率的影响

由表1可得,在拔节期,2个供试品种的茎蘖数均以T4处理最高,T1处理最低,其中4个不同缓控释肥与尿素组配比例处理的茎蘖数随着尿素比例的增加而增加,说明添加尿素可以增强生育前期的供肥特性,利于有效分蘖的形成。在抽穗期,2个供试品种的茎蘖数均以T1处理最低,T3处理最高,进一步说明前期过高的缓控释肥比例不利于水稻茎蘖的发生。但到了成熟期,2个供试品种的茎蘖数则以T4处理最低,且显著低于其他各处理。从茎蘖成穗率大小来看,2个供试品种均以T3处理最高,其中南粳5718的T3处理要显著高于CK处理,T4处理最低,说明适宜的缓控释肥与尿素组配比例能够保障水稻全过程的养分供给,进而提高茎蘖成穗率。

表1 缓控释肥与尿素不同组配对茎蘖数及成穗率的影响Tab. 1 Effects of different proportions of slow controlled release fertilizer and urea on tiller number and productive tiller rate

2.2 缓控释肥与尿素不同组配对干物质积累的影响

由表2可知,2个供试品种的总干物质积累量均是以T3处理最高,且显著高于其他处理,T4处理最低。从主要生育阶段干物质积累量大小来看,播种至拔节以T4处理的干物质积累量以及积累比例最高,且显著高于其他处理,但在拔节至抽穗、抽穗至成熟两个阶段,2个供试品种的阶段干物质积累量均以T3处理最高,T4处理最低。

表2 缓控释肥与尿素不同组配对干物质积累的影响Tab. 2 Effects of different proportions of slow controlled release fertilizer and urea on dry matter accumulation

2.3 缓控释肥与尿素不同组配对叶面积的影响

由表3可知,各处理在拔节期的叶面积指数无显著性差异,2个供试品种规律一致。但在抽穗期和成熟期,2个供试品种的叶面积指数均以T1处理最低,且与其他处理差异显著,而一次性施肥处理中的T2、T3、T4的叶面积指数均能与常规分次施肥处理(CK)保持相当。对于叶面积衰减率,各处理之间均无显著性差异,2个供试品种规律一致。

表3 缓控释肥与尿素不同组配对叶面积指数的影响Tab. 3 Effects of different proportions of slow controlled release fertilizer and urea on leaf area index

2.4 缓控释肥与尿素不同组配对水稻产量及构成因素的影响

由表4可知,与常规分次施肥处理(CK)相比,一次性施肥处理中只有T3处理的产量显著高于CK处理,其中南粳9108和南粳5718分别比CK处理高7.59%和6.92%。T2处理与CK处理的产量相当,无显著性差异,而T1处理和T4处理的产量都要低于CK处理,且差异显著,2个供试品种的规律基本一致。从各产量构成因素看,有效穗数和每穗粒数均是以T3处理最高,且显著高于其他处理。结实率和千粒重与所有施肥处理均无显著性差异。

表4 缓控释肥与尿素不同组配对产量及构成因素的影响Tab. 4 Effects of different proportions of slow controlled release fertilizer and urea on yield and its component factors

2.5 缓控释肥与尿素不同组配对氮素吸收的影响

由表5可知,2个供试品种的总吸氮量均是以T3处理最高,其次为CK处理,T4处理最低。分阶段来看,在播种至拔节阶段,吸氮量以T1处理最低,且显著低于CK处理,T2处理与CK处理无显著性差异,而T3处理和T4处理均要显著高于CK处理。拔节至抽穗阶段,吸氮量仍以T1处理最低,且显著低于CK处理,以T3处理最高,且与其他处理差异显著。抽穗至成熟阶段,吸氮量则以T4处理最低,T1处理最高。

表5 缓控释肥与尿素不同组配对水稻氮素吸收的影响Tab. 5 Effects of different proportions of slow controlled release fertilizer and urea on nitrogen uptake

2.6 缓控释肥与尿素不同组配对氮素利用效率的影响

由表6可知,氮肥偏生产力、氮素籽粒生产效率、氮素干物质生产效率均是以T3处理最高,2个供试品种规律一致。与常规分次施肥处理(CK)相比,一次性施肥处理中的T1处理和T4处理的氮肥偏生产力、氮素籽粒、氮素干物质生产效率均要低于CK处理。

表6 缓控释肥与尿素不同组配对氮素利用效率的影响Tab. 6 Effects of different proportions of slow controlled release fertilizer and urea on nitrogen use efficiency

3 讨论

近年来,缓控释肥与尿素作为基肥的复合施用已成为一种较好的施肥模式,理想的缓控释肥施肥策略是一次性施用缓控释肥,可以满足在水稻生长过程中各生育期内水稻总的需肥量,又能通过控制各生育时期的水稻对氮肥的需求量,充分保证肥料养分的有效性,从而提高水稻籽粒的产量。但也应注意到,由于缓控释肥的养分释放受环境影响较大,所以全部替代速效氮肥基施并不能起到很好的增产作用,甚至可能还会引起减产[10]。本研究结果

也表明,100%缓控释肥的处理(T1)产量较低,显示出全部施用缓控释肥一次性施用并不能有效满足水稻整个生育期内对养分的需求。已有研究结果表明,缓控释肥基施后追施一定的分蘖肥(尿素)能够显著增加群体茎蘖数和每穗粒数,从而增加产量[8]。本研究也发现,在一次性施肥处理中,拔节期的群体茎蘖数随着尿素的比例增加呈现升高的趋势。但也注意到,在抽穗期和成熟期,群体茎蘖数却以30%缓控释肥+70%尿素的处理(T4)最低,反而均是以50%缓控释肥+50%尿素的处理(T3)最高。50%缓控释肥+50%尿素处理(T3)的产量均超过常规分次施肥处理(CK),其高产的原因主要与其较高的穗数和每穗粒数有关。由此,在一次性施肥操作中,需要注意缓控释肥与尿素的配合比例,以提升茎蘖成穗率,从而促进产量的提升。

水稻光合物质生产是产量形成的基础,叶面积指数、光合效率和干物质积累量等都是反映群体物质生产能力的重要指标[11]。在前期适宜的干物质生产的基础上增加中后期干物质积累,能够有效促进水稻产量的增加[12]。本研究中,T4处理由于其尿素占比达到70%,其前期养分释放较多,致使其在播种至拔节阶段的干物质积累量最多,反而降低了其生育后期的干物质积累,不利于高产的形成。100%缓控释肥的处理(T1)由于其前期养分释放速度较慢,难以满足水稻早生快发的需要,致使其后期叶面积指数不高,干物质积累量不足,最终产量降低。由此可见,在一次性施肥操作中,前期需要充足的速效养分,促进水稻早生快发,以弥补缓控释肥前期肥效不足的缺点,同时在生育中后期,依靠缓控释肥的养分供应,以保持较高的叶面积指数和较低的叶面积衰减率,促进光合物质生产[13],这可能是试验中50%缓控释肥+50%尿素的处理(T3)能够形成较大的生物量,并取得高产的主要原因所在。

氮素除了是影响水稻产量和稻米品质的主要元素外,也是引起环境污染的主要来源之一。因此,提高水稻氮素吸收利用效率,对促进水稻产业可持续发展具有重要意义。有研究表明,缓控释肥无论是单施还是与尿素配施,都能够显著提高氮肥表观利用率、氮素生理效率和氮肥农学利用率[14-16]。但也有研究表明,与常规分次施肥相比,缓控释肥与尿素掺混一次性基施能够较为显著提高氮肥表观利用率,而氮肥农学利用率增幅相对较小[17]。本试验结果表明,一次性施肥处理的氮肥偏生产力、氮素籽粒生产效率、氮素干物质生产效率均是以50%缓控释肥+50%尿素处理(T3)最高,且显著高于常规分次施肥处理(CK)。说明合适的缓控释肥与尿素组配比例不仅有利于提高产量,还能有效提升氮素吸收利用效率。此外,试验结果还表明,100%缓控释肥处理(T1)和30%缓控释肥+70%尿素处理(T4)的氮素吸收利用效率基本上都要低于常规分次施肥处理(CK),这也进一步说明水稻全生育期平衡的氮素供应,才能促进水稻产量与氮素吸收利用的协同提升。

4 结论

与常规分次施肥处理相比,50%缓控释肥+50%尿素处理能够显著提高群体有效穗数和穗粒数,增加干物质和氮素积累量,进而提高水稻产量和氮素利用效率。100%缓控释肥处理以及30%缓控释肥+70%尿素处理的产量均要显著低于常规分次施肥处理,不建议作为南粳系列粳稻品种一次性施肥方法。综上,在施氮量为270 kg/hm2的条件下,采用50%缓控释肥+50%尿素一次性基施,不但能获得较高产量,还能降低缓控释肥的施用成本,这一研究结果对今后缓控释肥的推广应用具有一定的参考价值。当然,该方法对稻米品质的影响尚不清晰,能否实现高产优质需要进一步深入研究。