王 燚 長(zhǎng)江中游濕地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心,湖北荊州434025;長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院,湖北荊州43402

王小燕長(zhǎng)江中游濕地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心,湖北荊州434025 國(guó)家雜交水稻工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心,湖南長(zhǎng)沙410125

黃 斌,宋登蓉,何 潔鄭成法,田小海 長(zhǎng)江中游濕地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心,湖北荊州434025 長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院,湖北荊州434025

水稻是我國(guó)的第一大糧食作物,但隨著水稻產(chǎn)量的提高,氮肥用量逐年增加,殘留在土壤中的氮不但降低了肥料利用率,同時(shí)又給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)污染[1～5]。因此,有必要研發(fā)新型氮肥,在不降低水稻產(chǎn)量的前提下,提高氮素利用率,減少過(guò)量施用氮肥給環(huán)境帶來(lái)的污染。納米材料具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),可以改善土壤環(huán)境,促進(jìn)作物生長(zhǎng)代謝[6,7]。有研究表明,納米觸媒處理水后,可提高水的細(xì)胞生物透性[6],促進(jìn)作物的生長(zhǎng)[8～10]。但關(guān)于添加納米材料的新型肥料納米增效尿素對(duì)水稻產(chǎn)量及肥料利用率的研究尚鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究在前人研究基礎(chǔ)上進(jìn)行,以中稻品種皖稻153為試驗(yàn)品種,以北京華龍肥料有限公司提供的納米增效尿素為試驗(yàn)材料,系統(tǒng)研究了不同施氮量條件下,納米增效尿素對(duì)產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力的影響,以期為進(jìn)一步明確納米材料對(duì)作物產(chǎn)量影響機(jī)理及建立高產(chǎn)、高效、安全的水稻栽培體系提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2009年水稻生長(zhǎng)季在湖北松滋市 “種三產(chǎn)四”項(xiàng)目基地進(jìn)行,試驗(yàn)點(diǎn)年均降雨量為1 200 mm,2009年中稻生育期間總降雨量為307.1 mm。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以高產(chǎn)品種皖稻153為試驗(yàn)材料,由安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育,已通過(guò)品種審定。播種前0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)11.00 g/kg、全氮1.00 g/kg、速效氮82.03 mg/kg、速效磷33.25 mg/kg、速效鉀57.11 mg/kg。試驗(yàn)中2種肥料類型均設(shè)置6個(gè)施氮量處理:0、90、135、180、225、270 kg/hm2,分別記為N0、N1、N2、N3、N4、N5。

納米增效尿素由北京華龍肥料技術(shù)有限公司提供。配制過(guò)程如下:先將普通尿素磨成直徑為≤0.2 mm粉狀,然后按1 000∶3的重量比與納米碳混合均勻,并制成與普通尿素大小一致的顆粒。成份組成為:納米碳0.3%,N≥46%,縮二脲≤1.4%,H2O≤0.3%。普通尿素成分組成為:N≥46%,縮二脲≤1.4%,H2O≤0.3%。

各處理磷肥用過(guò)磷酸鈣,其P2O5含量為14%,施用量P2O5為90 kg/hm2;鉀肥用氯化鉀,K2O含量為47%,施用量K2O為144 kg/hm2。氮肥、磷肥和鉀肥均于插秧前一天作基肥施入,施入后,立即用鐵齒耙耖入5 cm深的土層內(nèi)。

小區(qū)面積為3.5×8=28 m2,裂區(qū)設(shè)計(jì),重復(fù)3次,肥料類型為主區(qū),施氮量為副區(qū)。小區(qū)間用塑料農(nóng)膜包埂,埂高20 cm,小區(qū)間隔35 cm,重復(fù)間相隔60 cm。5月20號(hào)播種育秧,6月7號(hào)移栽,移栽密度為23.3 cm×23.3 cm,雙株。移栽3～4 d查缺補(bǔ)苗,保證全苗。其他管理同當(dāng)?shù)厮靖弋a(chǎn)田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

(1)分蘗數(shù) 每一重復(fù)選擇與插秧方向垂直 (小區(qū)為南北走向,插秧方向與小區(qū)走向一致)、長(zhǎng)勢(shì)一致的10蔸秧苗,定點(diǎn),于插秧后每隔7 d調(diào)查分蘗數(shù)。

(2)干物質(zhì)積累量 移栽后將小區(qū)劃分為面積相等的兩部分,即取樣區(qū)和測(cè)產(chǎn)區(qū)。在取樣區(qū)內(nèi)分別于分蘗盛期、孕穗期、乳熟期、成熟期取樣。所取樣品洗凈后在室內(nèi)去掉地下部分,調(diào)查分蘗數(shù),并將地上部分在105℃恒溫下殺青20 min,再在80℃恒溫下烘至恒重,稱取干重即為所求干物質(zhì)積累量。

(3)葉片SPAD值 于分蘗盛期、孕穗期、乳熟期、成熟期用SPAD葉綠素測(cè)定儀測(cè)最后一片完全展開(kāi)葉SPAD值,每小區(qū)測(cè)15個(gè)葉片,取其平均值。

(4)有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重 于成熟期在測(cè)產(chǎn)區(qū)調(diào)查各處理有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重,調(diào)查方法為:隨機(jī)調(diào)查20蔸求平均有效穗數(shù),隨機(jī)調(diào)查5蔸求平均每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重。

(5)產(chǎn)量 成熟期在測(cè)產(chǎn)區(qū)測(cè)產(chǎn),脫粒后稱濕重并測(cè)子粒含水量,根據(jù)含水量換算實(shí)際產(chǎn)量。

(6)子粒含水量 子粒含水量采用德國(guó)產(chǎn)Sartorius MA35型紅外水分測(cè)定儀測(cè)定。

(7)氮肥偏生產(chǎn)力 按如下公式計(jì)算[11]:

氮肥偏生產(chǎn)力 (kg/kg)=施氮處理產(chǎn)量 (kg/hm2)/施氮量 (kg/hm2)

(8)數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)用EXCEL和DPS 2 000數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 納米增效尿素對(duì)分蘗動(dòng)態(tài)的影響

由表1可以看出,自插秧后,各處理分蘗數(shù)不斷增加,至6月28日達(dá)最大,之后又逐漸降低,并最終趨于穩(wěn)定。

同一施氮量水平,納米增效尿素處理與普通尿素處理間比較,納米增效尿素處理各時(shí)期分蘗數(shù)顯著大于普通肥料處理,表明納米增效尿素有利于提高分蘗數(shù),這是獲得較高干物質(zhì)積累量進(jìn)而獲得高產(chǎn)的生理基礎(chǔ)。

表1 不同生育時(shí)期不同處理分蘗動(dòng)態(tài) 104/hm2

2.2 納米增效尿素對(duì)葉片SPAD值的影響

SPAD是衡量葉片當(dāng)前葉綠素的相對(duì)數(shù)量的指標(biāo),能有效衡量葉片光合速率。由表2可以看出,自分蘗盛期至成熟期,所測(cè)葉片SP AD值呈先增加后降低趨勢(shì),其中峰值出現(xiàn)在乳熟期。由表2同時(shí)可以看出,隨施氮量的增加,葉片SPAD值逐漸增加,表明增施氮肥有利于增加葉片葉綠素?cái)?shù)量,這為提高光合物質(zhì)生產(chǎn)效率奠定基礎(chǔ)。同一施氮量水平,普通尿素處理與納米增效尿素處理間比較,均表現(xiàn)為NMUrea＞Urea,其中施氮量越高,NMUrea與Urea葉片SPAD值差異越大。表明施用納米增效尿素可提高葉片SPAD值,為提高子粒產(chǎn)量奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

表2 不同處理對(duì)劍葉SPAD值的影響

2.3 納米增效尿素對(duì)干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)的影響

由表3可以看出,從分蘗盛期至成熟期,水稻干物質(zhì)積累量逐漸增加,并在成熟期達(dá)最大值。不施氮處理與各施氮處理間比較,各時(shí)期干物質(zhì)積累量顯著低于施氮處理。各施氮量處理間比較,納米增效尿素和普通尿素均表現(xiàn)為:隨施氮量增加,干物質(zhì)積累量顯著增加。以上結(jié)果表明增施氮肥有利于獲得較高的干物質(zhì)積累量。

同一施氮量水平,納米增效尿素處理與普通尿素處理間比,納米增效尿素各處理干物質(zhì)積累量顯著大于普通尿素處理,表明施用納米增效尿素比普通尿素更有利于水稻植株干物質(zhì)的積累。

表3 不同處理對(duì)干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)的影響 kg/hm2

2.4 納米增效尿素對(duì)產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及氮肥偏生產(chǎn)力的影響

由表4可以看出,隨施氮量的增加,納米增效尿素處理及普通尿素處理子粒產(chǎn)量均呈先增加后降低趨勢(shì),其中施氮量為225 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量最高。同一施氮量水平,納米增效尿素處理與普通尿素處理間比較,施純氮90 kg/hm2時(shí),納米增效尿素處理產(chǎn)量與普通尿素處理間差異不顯著;隨施氮量增加,納米增效尿素處理與普通尿素處理間差異達(dá)顯著水平,納米增效尿素最高增產(chǎn)幅度達(dá)10.2%,此時(shí)施氮量為225 kg/hm2。納米增效尿素處理有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)均顯著大于普通尿素處理。

表4 各處理產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及氮肥偏生產(chǎn)力

氮肥偏生產(chǎn)力是衡量氮肥利用率的重要指標(biāo)。如表4所示,隨施氮量的增加,納米增效尿素處理及普通尿素處理氮肥偏生產(chǎn)力均呈逐漸降低趨勢(shì)。同一施氮量水平,納米增效尿素處理與普通尿素處理間比較,較低施氮量范圍內(nèi),即施氮量為90 kg/hm2,納米增效尿素處理與普通尿素處理間氮肥偏生產(chǎn)力顯著不顯著,當(dāng)施氮量增至135～270 kg/hm2范圍時(shí),納米增效尿素處理氮肥偏生產(chǎn)力顯著大于普通尿素處理,表明在施氮量較高條件下,納米增效尿素有利于獲得較高氮肥利用率。

總之,在超級(jí)稻創(chuàng)高產(chǎn)更高產(chǎn)創(chuàng)建過(guò)程中,對(duì)地力水平和施氮量水平均要求較高,因此,可用納米增效尿素代替普通尿素,以在相同施氮量條件下,更有效的提高有效分蘗和干物質(zhì)積累量,最終獲得較高子粒產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力。

3 討論

前人研究結(jié)果表明,隨施氮量的增加,水稻產(chǎn)量逐漸增加,當(dāng)施氮量達(dá)150 kg/hm2時(shí),產(chǎn)量最高,再增加施氮量,產(chǎn)量降低[14,15]。本研究結(jié)果表明,施氮量增加,產(chǎn)量先增加后降低,這與前人研究結(jié)果一致。本研究同時(shí)表明,在相同施氮量條件下,納米增效尿素可顯著提高分蘗數(shù),為促進(jìn)干物質(zhì)積累奠定基礎(chǔ)。

目前,納米材料因?yàn)槠洫?dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),越來(lái)越多的應(yīng)用在生物領(lǐng)域及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。有研究表明,用納米陶瓷進(jìn)行豇豆和蘿卜浸種,可顯著提高發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、幼苗鮮種[16];提高大豆根系活力和吸水能力,增加體內(nèi)抗氧化酶活性和植物的抗逆能力[10]。曾昭華[8]在水稻栽培中使用由南昌納米高新技術(shù)開(kāi)發(fā)公司研制的強(qiáng)的納米863生物助長(zhǎng)器浸種,結(jié)果表明,早稻增產(chǎn)9.0%,連晚稻增產(chǎn)8.3%以上。劉安勛等[6]研究表明,納米材料可促進(jìn)水稻種子和幼苗的代謝,使其早發(fā)、早生根、多生根,但納米復(fù)合材料對(duì)水稻植株的影響在分蘗期最為明顯,隨著水稻生長(zhǎng)時(shí)期的推進(jìn),納米材料處理與對(duì)照間差異變小。本研究結(jié)果則表明,納米增效尿素與普通尿素相比,不僅可以促進(jìn)苗期分蘗,提高分蘗數(shù),同時(shí)可以提高葉片SPAD值,進(jìn)而提高分蘗盛期至成熟期干物質(zhì)積累量,增加每穗實(shí)粒數(shù),最終顯著提高子粒產(chǎn)量。本研究進(jìn)一步表明,納米增效尿素與普通尿素相比,可提高肥料利用率,且在較低施氮量范圍內(nèi),其氮肥偏生產(chǎn)力增加不顯著,但施氮量在135～270 kg/hm2范圍內(nèi),差異均達(dá)顯著水平?？傊?本試驗(yàn)條件下,納米增效尿素與普通尿素相比,可顯著提高分蘗數(shù),增加葉片SPAD值,促進(jìn)干物質(zhì)積累,最終可獲得較高子粒產(chǎn)量和較高肥料利用率,是超級(jí)雜交稻的超高產(chǎn)栽培的適宜肥料品種,其中施氮量為225 kg/hm2條件下子粒產(chǎn)量最高,達(dá)11 546.7 kg/hm2,氮肥偏生產(chǎn)力為51.3 kg/kg,是最超高產(chǎn)運(yùn)籌模式;施氮量為135 kg/hm2條件下,子粒產(chǎn)量較高,氮肥偏生產(chǎn)力達(dá)為76.5 kg/kg,是納米增效尿素安全、節(jié)氮運(yùn)籌模式。

由本研究結(jié)果可以得出,納米增效尿素可顯著提高產(chǎn)量,具有廣泛的應(yīng)用前景,但其促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)制尚需要進(jìn)一步研究。

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