全量秸秆还田条件下播种量和施氮量对直播稻生长及氮肥利用率的影响

潘锦勇,孙义祥

(1.霍邱县种植业发展中心,安徽霍邱 237400;2.安徽省农业科学院土壤肥料研究所,安徽合肥 230031)

直播稻因具有适宜机械化操作、省工省时等优势,近年来种植面积不断扩大[1]。但当前直播稻生产中还存在由于播种量控制不当导致水稻生育前期群体过大,降低了水稻抗倒伏能力,后期产量低以及施肥不合理造成的肥料利用效率低、环境污染严重等问题[2]。

播种量是影响直播稻产量最重要的因素之一[3]。研究表明,播量过低会导致光温资源不能被充分利用,群体有效穗数达不到高产要求,难以实现水稻高产;农户因担心缺苗而通过提高播种量,基本苗普遍过大,从而造成群体量过大,引起田间封闭,通风、透光性差,导致植株生长瘦弱,易诱发病虫草害[4-6]。不同学者对不同种植区、不同品种对直播稻适宜播种量的研究结果差异巨大。李木英等[7]通过田间试验发现,杂交稻直播条件下,播种量为35～45 kg/hm2时,水稻可以实现高产。李宗泽等[8]在宁夏的研究则认为播种量为300 kg/hm2时,水稻的产量较高。袁嫚嫚等[9]研究了直播籼稻和直播粳稻的适宜播种量分别为45、120 kg/hm2。这说明直播稻适宜的播种量还有待进一步探讨。

氮肥是作物产量另一个最重要的限制因子,氮肥用量与水稻分蘖呈显著正相关,适宜水稻分蘖的土壤溶液铵态氮浓度为30～70 mg/L,在此范围内,浓度越高,水稻分蘖能力越强[10]。农户沿袭插秧水稻高氮肥用量促分蘖的习惯,基蘖肥用量大,在基本苗过大的情况下,又因过量施氮导致水稻群体过大,无效分蘖多。施氮可以大幅度增加农作物产量,但氮肥的过量投入会造成作物减产,同时引起环境污染、资源浪费等不良后果[11]。直播稻生产中,前人对氮肥适宜量的研究也做了大量工作。陈军等[12]研究表明,施氮量为180 kg/hm2时,直播稻可实现高产。吴培等[13]研究表明,直播稻的适宜施氮量与播种量之间关系密切,低施氮量情况下水稻产量随着播种量的增加呈先增加后降低的规律,而高施氮量情况下,水稻产量则随着播种量的增加而降低。这说明播种量和施氮量共同影响水稻的产量。

因此,如何通过优化播种量以及氮肥用量来提高直播水稻的生产效率十分必要。笔者通过大田裂区试验,探讨播种量及氮肥用量对直播水稻产量和产量构成以及氮肥利用效率的影响,明确不同施氮量下直播稻的适宜播种量,以期为保障直播稻稳产和实现直播稻绿色提质增效提供理论支撑和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料选择隆两优8612为供试水稻品种,该品种为籼型两系杂交水稻品种,属当地主栽水稻品种。

1.2 试验地概况试验于2022年6—10月在安徽省六安市霍邱县城西湖乡进行,该区域种植模式为稻-麦轮作。土壤类型为潴育型水稻土,土体无明显障碍层,地势平坦,排灌设施齐全,肥力均匀。耕层土壤基本理化性质:有机质20.47 g/kg,pH 5.60,全氮1.14 g/kg,有效磷12.95 mg/kg,速效钾102.92 mg/kg。

1.3 试验设计采用裂区设计,主因素设置4个氮水平:不施氮肥(N0)、136.5 kg/hm2(N1)、195 kg/hm2(N2)、253.5 kg/hm2(N3)。副因素设置3个播种密度:75.0 kg/hm2(S1)、112.5 kg/hm2(S2)、150.0 kg/hm2(S3)。共12个处理。于2022年6月1日,小麦收获前,将已催芽的水稻种子均匀播撒,小麦收获后秸秆全量还田并灌水,保持薄水层2 d后排水。水稻出苗后10 d左右施40%氮肥和全部磷钾肥,孕穗期施入60%氮肥。磷肥用量75 kg P2O5/hm2,钾肥用量90 kg K2O/hm2,氮磷钾肥料分别选用市售普通尿素(46% N)、重过磷酸钙(45% P2O5)、氯化钾(60% K2O)。每个处理重复3 次,共有60 个小区,每小区面积为24 m2。主区间修埂隔离,埂上覆膜,防止窜水窜肥,各小区单排单灌。

1.4 测定项目与方法

1.4.1水稻产量及其构成因素。各小区水稻单打单收,人工脱粒,测定实产,并根据实际含水量,全部折算为13.5%含水量作为水稻最终产量。在水稻成熟期,各小区选取1 m2有代表性且长势一致的植株样,实验室常规考种,测定有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重。

1.4.2植株养分。收获期,每小区分别采集水稻籽粒、秸秆样品,测定样品氮素含量。植物样品采用H2SO4-H2O2消煮,待测液中氮采用凯氏定氮法测定[14]。

植株地上部分氮素吸收量与养分收获指数采用以下公示计算:

籽粒氮素吸收量(kg/hm2)=籽粒氮素浓度(g/kg)×籽粒产量(kg/hm2)/1 000

秸秆氮素吸收量(kg/hm2)=秸秆氮素浓度(g/kg)×秸秆产量(kg/hm2)/1 000

地上部氮素吸收量(kg/hm2)=籽粒氮素吸收量(kg/hm2)+秸秆氮素吸收量(kg/hm2)

氮素当季回收率(REN,%)=(收获期施氮区地上部氮素积累量-收获期不施氮区地上部氮素积累量)/施氮量×100%

氮素农学利用率(AEN,kg/kg)=(施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量)/施氮量

氮素偏生产力(PFPN,kg/kg)=施氮区籽粒产量/施氮量

1.5 数据处理与统计分析试验数据用Excel 2010进行处理。采用SPSS 22.0软件的广义线性模型(General Linear Models)进行统计分析。双因素方差分析模型为施氮量(N)、播种量(S),以及施氮量×播种量(N×S)的交互作用。用LSD法在P=0.05水平下进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量和播种量对直播稻产量及产量构成因素的影响不同施氮量和播种量交互作用下,直播稻产量及产量构成因素差异较大。由表1可知,施氮可以极显著影响水稻产量,施氮处理水稻平均产量比N0增产达46.3%。播种量对水稻产量的影响也达显著水平,但二者交互效应对水稻产量无显著影响。在相同播种量的处理中,水稻产量随着施氮量的增加呈先增加后降低的规律;施氮量较低时,水稻产量随着播种量的升高而升高(N0、N1、N2),但当施氮量较高时(N3),水稻产量则随着播种量增加呈先上升后下降的规律,这说明在氮素供应有限的情况下,适当增加播种量可以提高水稻产量,N2S3水稻产量最高,达8 832.41 kg/hm2。

表1 不同施氮量和播种量对直播稻产量及产量构成因素的影响

进一步分析施氮量和播种量对直播稻产量构成因素的影响。施氮及播种量均极显著影响水稻有效穗数,但二者互作效应对水稻有效穗数影响不显著,N0、N1、N2条件下,水稻有效穗数均随着播种量的增加而增加,但N3条件下,水稻有效穗数随着播种量增加表现出先增加后降低的规律;施氮对水稻每穗实粒数影响极显著,但播种量及二者交互作用对每穗实粒数影响不显著;施氮及播种量均不能显著影响水稻千粒重,但二者交互效应对水稻千粒重影响显著。

2.2 不同施氮量和播种量对直播稻氮素吸收及利用效率的影响由表2可知,施氮和播种量均能显著影响水稻对氮素的吸收,且施氮的影响达极显著水平。各施氮处理氮素吸收量均显著高于不施氮处理,施氮处理平均氮素吸收量比不施氮处理高70.29 kg/hm2。但随着施氮量的增加,直播稻氮素吸收量先增加后降低,N2水平下,施氮量达到最高,平均为181.63 kg/hm2,分别比N1和N3平均氮素吸收量高14.40%和0.54%,同一施氮量下,随着播种量的增加,直播稻氮素的吸收量呈增加趋势。施氮显著影响直播稻REN,极显著影响AEN和PFPN,播种量显著影响AEN和PFPN,但二者交互作用对上述指标影响不显著。随着施氮量的增加,直播稻氮素利用效率均呈降低趋势,REN、AEN和PFPN最高的处理分别为N2S3、N1S2和N1S3,分别达到42.45%、20.71 kg/kg和62.18 kg/kg。

表2 不同施氮量和播种量对直播稻氮素吸收量及利用效率的影响

2.3 不同施氮量和播种量对直播稻经济效益的影响由表3可知,施氮可以增加直播稻纯收益,这说明虽然施用肥料会增加农资以及人工成本,但施肥可以通过提高水稻产值来增加水稻净收益,从而提高水稻经济效益。但同一施氮量下,提高播种量则对经济效益提升不明显,甚至会降低经济效益。经济效益最高和最低的处理分别为N2S2和N0S3,二者相差7 224.5元/hm2。随着施氮量的升高,直播稻经济效益先增加后降低,在N2水平下,直播稻平均经济效益最高,为11 437.8元/hm2。

表3 不同施氮量和播种量对直播稻经济效益的影响

3 结论与讨论

施氮量和播种量主要通过影响直播稻有效穗数及穗粒数来影响其产量[15]。该研究中,施氮量及播种量均极显著影响直播稻有效穗数,但播种量对每穗实粒数影响不显著,这可能是由于水稻品种以及后期干物质分配等造成[16]。在施氮量较低的情况下,适当提高水稻播种量,可以增加水稻有效穗数,从而提高产量,但在氮肥施用量继续提高情况下,再加大播种量,往往造成水稻群体过大、个体间竞争加剧,导致无效分蘖增加,水稻难以实现高产[17]。该研究表明,在中低施氮量下,提高播种量有利于水稻产量的提升,但在高施氮量条件下,提高播种量则会使得水稻产量降低。在各施氮量和播种量组合中,N2S2和N2S3水稻产量较高,是比较适宜的施氮量和播种量组合。

除考虑产量外,提高氮素效率以及增加净经济收益也是水稻生产中重点关注的问题。在一定施氮量范围内,作物氮素吸收量越高,其利用效率也越高[18],播种量的提升也会增加水稻对氮素的吸收量,但如果施氮过量,不利于水稻高产,播种量的提升对促进氮素吸收的贡献就会随之降低。该研究中,N2S3、N1S2和N1S33个施氮量和播种量的组合,氮素利用效率较高。不同处理间的净经济收益差别很大,适宜的施肥量和播种量不仅可以通过提高水稻养分利用效率来增加经济效益,同时还能通过减少人工、农资等的投入实现较高的经济收益。该研究中,N2S2的净经济收益达12 451.7元/hm2,在各处理中最高。

综合分析产量、经济效益及资源利用的因素,该研究表明施氮195.0 kg/hm2、播种量为112.5 kg/ hm2(N2S2)时,是实现直播稻高产高效的较优组合。