周 旋, 吳良?xì)g**, 戴 鋒

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生化抑制劑組合與施肥模式對黃泥田水稻養(yǎng)分累積及利用率的影響*

周 旋1,2, 吳良?xì)g1,2**, 戴 鋒3

(1. 教育部環(huán)境修復(fù)與生態(tài)健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 杭州 310058; 2. 浙江省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 杭州 310058; 3. 浙江奧復(fù)托化工有限公司 上虞 312300)

添加生化抑制劑是提高水稻肥料利用率的有效途徑之一, 本研究結(jié)合不同施肥模式探討其節(jié)肥增效的養(yǎng)分利用特征, 以期尋找適合黃泥田地區(qū)水稻高產(chǎn)高效的施用方式。采用二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 研究生化抑制劑[脲酶抑制劑N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和N-丙基硫代磷酰三胺(NPPT)及硝化抑制劑2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(CP)]組合與施肥模式(一次性和分次施肥)互作對黃泥田水稻養(yǎng)分吸收、利用和分配的影響, 并探討各養(yǎng)分間及其與產(chǎn)量的相互關(guān)系。結(jié)果表明: 生化抑制劑組合和施肥模式對水稻主要生育期N、P、K累積、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配的影響均存在一定的互作效應(yīng), 互作條件下各生育期養(yǎng)分間吸收存在協(xié)同效應(yīng)。尿素分次施用處理水稻成熟期N、P、K吸收量較一次性施用處理分別提高11.0%、0.9%、4.2%; 氮肥吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率分別顯著提高27.5%、70.8%。不同施肥模式下, 配施抑制劑組合(NBPT、NPPT/+CP)顯著增加水稻N、P、K吸收量, 促進(jìn)抽穗后干物質(zhì)生產(chǎn)和N素積累, 提高籽粒中的養(yǎng)分分配及N素利用效率。新型脲酶抑制劑NPPT單獨(dú)施用及與CP配施的水稻養(yǎng)分吸收和利用與NBPT相似。相關(guān)分析表明, 不同施肥模式下水稻成熟期N、P、K吸收量與籽粒產(chǎn)量均呈極顯著正相關(guān)?？傊? 通過施肥技術(shù)和抑制劑配施的集成與優(yōu)化, 有利于抽穗后N、P、K的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn), 促進(jìn)養(yǎng)分積累, 大幅度同步提高黃泥田水稻的產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率。

脲酶抑制劑; 硝化抑制劑; 施肥模式; 黃泥田; 養(yǎng)分累積; 養(yǎng)分利用率

我國是世界上氮肥消耗量最多的國家, 占世界氮肥消耗量的30%左右, 其中稻田氮肥用量約占我國氮肥總消費(fèi)量的24%, 主要是尿素[1], 而氮肥當(dāng)季利用率僅為30%~35%[2], 甚至更低[3]。尿素是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的氮肥品種, 其含氮(N)量高、價(jià)格便宜、使用方便, 但利用率低、肥效短[4]。因此, 如何有效提高氮肥利用率、保證作物高產(chǎn)并降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn), 是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)迫切需要解決的問題[5]。

脲酶抑制劑與尿素一起施用可以延緩酰胺態(tài)氮向銨態(tài)氮(NH4+-N)的轉(zhuǎn)化7~14 d, 減少N素?fù)p失, 提高氮肥利用率[6-7]。研究表明, 在熱帶淹水稻田等地區(qū), N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)可以有效提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率[8]。從氮肥施用后在土壤中的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過程入手, 通過硝化抑制劑調(diào)控N素轉(zhuǎn)化, 也是實(shí)現(xiàn)N素高效利用并減緩氮肥污染的有效措施[9-10]。大量研究表明, 尿素結(jié)合抑制劑研制緩/控釋肥料, 對其水解及N素轉(zhuǎn)化形態(tài)、速率進(jìn)行控制, 可以延長肥效期, 減少氮肥損失, 提高水稻(L.)對氮肥的利用效率[11]。但抑制效果同時(shí)受到土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、溫度、水分、pH、氮肥種類和耕作制度等影響[12-14]。

黃泥田是廣泛分布于南方省份的一種典型滲育型水稻土[15], 通常水分供應(yīng)不足, 磷(P)、鉀(K)養(yǎng)分缺乏, 屬于中低產(chǎn)水稻田[16]。黃泥田施用磷肥易被鐵、鋁固定, 氮肥、鉀肥易流失, 有效性低[17], 而添加硝化抑制劑氯甲基吡啶(CP)結(jié)合尿素能促進(jìn)早、晚稻生長, 增產(chǎn)增收, 提高氮肥利用率[18]。孫海軍等[19]研究認(rèn)為, 施用CP增加水稻秸稈與籽粒中含N量, 減少N素經(jīng)硝化反硝化、徑流等途徑損失, 從而提高作物N素吸收與利用效率。

相關(guān)研究指出，氮肥吸收利用效率受施N水平、施肥方法、土壤性狀、氣候條件和品種類型等因素的影響而存在較大差異[20-22]。確定合理的施N水平和施肥比例, 可以滿足水稻不同生育期對N素的需求, 有效降低N素?fù)p失, 提高利用效率[23-26]。研究表明, 適當(dāng)增加穗粒肥比率, 可以提高氮肥的吸收利用率與生產(chǎn)效率[27-28]。目前, 缺乏抑制劑配施與施肥模式互作對水稻養(yǎng)分吸收利用、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配特征影響的研究。確立合理的施N量后, 如何結(jié)合不同的抑制劑組合進(jìn)行適宜的氮肥運(yùn)籌管理, 調(diào)控水稻主要生育期N、P、K的吸收利用及其與產(chǎn)量間的相關(guān)關(guān)系, 尚不明確。浙江奧復(fù)托化工公司經(jīng)多次篩選發(fā)現(xiàn)一款有良好應(yīng)用前景的脲酶抑制劑—N-丙基硫代磷酰三胺(NPPT)[29]。為此, 在前期試驗(yàn)[18,30]的基礎(chǔ)上, 本文進(jìn)一步研究抑制劑與施肥模式互作條件下水稻對N、P、K吸收利用的特點(diǎn), 并探討各養(yǎng)分吸收、分配及其與產(chǎn)量間的關(guān)系, 尋找適合該地區(qū)水稻高產(chǎn)高效的施用方式, 為黃泥田生化抑制劑直接配施農(nóng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年5—10月在浙江省金華市婺城區(qū)瑯琊鎮(zhèn)金朱村(29°01￠192N, 119°27￠962E)進(jìn)行。該區(qū)地處金衢盆地東緣, 屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候, 海拔86 m, 年均降雨量1 424 mm, 年均氣溫17.5 ℃。供試土壤為黃泥田水稻土, 前茬為冬閑田。耕層土壤基本理化性狀為pH(H2O)5.31(土∶水=1∶1), 有機(jī)質(zhì)25.60 g?kg-1, 全氮1.87 g?kg-1, 堿解氮118.40 mg?kg-1, 有效磷7.21 mg?kg-1, 速效鉀93.00 mg?kg-1。

1.2 供試材料

供試水稻品種為雜交秈稻‘兩優(yōu)培九’。供試肥料品種氮肥為尿素(含N 46%), 磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%), 鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)。脲酶抑制劑N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、N-丙基硫代磷酰三胺(NPPT)和硝化抑制劑2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(CP)24%乳油劑型為分析純, 由浙江奧復(fù)托化工有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用生化抑制劑組合×施N模式兩因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 設(shè)置2種施N模式(一次性和分次施肥)和6種生化抑制劑組合及不施N處理(CK), 共13個(gè)處理(表1)。氮肥與抑制劑配施前將兩者混合均勻。磷(P2O5)、鉀(K2O)用量分別為90 kg?hm-2和120 kg?hm-2。磷肥和鉀肥全部用作基肥于移栽前一次性施入。栽插密度為19.8 cm×19.8 cm, 25萬穴?hm-2, 每穴2苗。單季稻于2015年5月28日播種, 6月21日移栽, 10月14日收獲。小區(qū)面積30 m2(5 m×6 m), 重復(fù)3次。每小區(qū)之間筑埂并用塑料薄膜包裹, 區(qū)組間設(shè)排灌溝, 單灌單排。田間其他管理按常規(guī)進(jìn)行。

表1 不同處理氮肥施用方式

NBPT: N-丁基硫代磷酰三胺; NPPT: N-丙基硫代磷酰三胺; CP: 2-氯-6-(三氯甲基)吡啶。分次施肥(基肥、分蘗肥、穗肥)時(shí)間分別為6月21日、7月8日、8月10日。NBPT: N-(n-butyl) thiophosphoric triamide; NPPT: N-(n-propyl) thiophosphoric triamide; CP: 2-chloro-6(trichloromethyl) pyridine. The time of split fertilization (base, tillering and earing fertilizer) were 21 June, 8 July, and 10 August, respectively.

水稻生育期(6—10月)氣象溫度數(shù)據(jù)由浙江省金華市氣象站提供(圖1), 最高氣溫、最低氣溫及平均氣溫分別為29.9 ℃、22.6 ℃、26.2 ℃。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

分別于水稻分蘗盛期、孕穗期、抽穗期及成熟期, 按各小區(qū)平均莖蘗數(shù)各取代表性稻株5穴, 剪去根后, 分莖鞘、葉和穗3部分烘干稱重并粉碎, 測定各器官中養(yǎng)分含量, 用H2SO4-H2O2消煮, 凱氏定氮法測N含量, 釩鉬黃比色法測P含量, 火焰光度法測K含量。成熟期各小區(qū)單收, 按實(shí)收株數(shù)計(jì)產(chǎn)。

氮肥吸收利用效率計(jì)算方法如下:

N、P、K素積累總量(total N, P, K accumulation, TNA, TPA, TKA): 成熟期單位面積植株(莖、葉和穗)N、P、K積累量的總和。

收獲指數(shù)(harvest index, HI)=成熟期籽粒干重/成熟期植株總干重 (1)

N、P、K收獲指數(shù)(N, P, Kharvest index, N, P, K HI)=成熟期單位面積植株籽粒N、P、K素積累量/植株該元素總積累量 (2)

氮肥吸收利用率(N recovery efficiency, NRE) (%)=(施N區(qū)地上部植株吸N量-空白區(qū)地上部植株吸N量)/施N量×100% (3)

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(N agronomic efficiency, NAE)(kg?kg-1)=(施N區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量)/施N量 (4)

氮肥生理利用率(N physiological efficiency, NPE)(kg?kg-1)=(施N區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量)/(施N區(qū)地上部植株吸N量-空白區(qū)地上部植株吸N量) (5)

氮肥偏生產(chǎn)力(N partial factor productivity, NPFP)(kg?kg-1)=施N處理產(chǎn)量/施N量 (6)

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003和SPSS17.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生化抑制劑組合與施肥模式對水稻干物質(zhì)積累的影響

由表2可知, 施肥模式對水稻分蘗盛期、成熟期干物質(zhì)累積量及收獲指數(shù)(HI)效應(yīng)顯著或極顯著(0.05~0.001), 生化抑制劑組合對分蘗盛期、成熟期干物質(zhì)累積量效應(yīng)極顯著(<0.01~0.001), 兩者交互效應(yīng)對分蘗盛期干物質(zhì)累積量效應(yīng)顯著(<0.05)。整個(gè)生育期水稻干物質(zhì)累積量呈上升趨勢, 各生育期均以CK處理最低。說明氮肥施用有利于水稻干物質(zhì)的積累。分蘗盛期干物質(zhì)累積量以U、U3處理最高, 其他處理間差異不大。孕穗期和抽穗期施N處理間差異不大。

U3處理水稻成熟期干物質(zhì)累積量較U處理提高3.0%。一次性施用中, 施N處理較CK處理增幅為33.8%~48.5%。與U處理相比, U+NBPT、U+NPPT、U+CP、U+NBPT+CP和U+NPPT+CP處理成熟期干物質(zhì)累積量分別提高1.3%、5.3%、11.0%、7.7%和9.3%。分次施用中, 施N處理較CK處理增幅為37.8%~55.3%。與U3處理相比, U3+NBPT、U3+NPPT、U3+CP、U3+NBPT+CP和U3+NPPT+CP處理成熟期干物質(zhì)累積量分別提高4.6%、3.3%、10.9%、10.1%和12.7%。說明施用尿素添加抑制劑土壤供N能力持續(xù)時(shí)間長, 能顯著提高水稻成熟期干物質(zhì)積累, 為高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。U3處理水稻HI較U處理提高9.2%。一次性施用中, 各抑制劑處理HI較U處理增幅為5.1%~10.3%; 分次施用中, 各抑制劑處理HI較U3處理增幅為1.0%~6.2%。

2.2 生化抑制劑組合與施肥模式對N素吸收、分配與利用率的影響

2.2.1 N素吸收

由表3可知, 施肥模式對水稻孕穗期、抽穗期、成熟期N素累積量(TNA)和抽穗后N素積累比例效應(yīng)極顯著(<0.001), 生化抑制劑組合對N素吸收指標(biāo)(抽穗期TNA除外)效應(yīng)顯著或極顯著(<0.05或0.001), 兩者交互效應(yīng)對分蘗盛期、孕穗期TNA和抽穗后N素積累顯著(<0.05)。整個(gè)生育期水稻TNA呈上升趨勢, 各生育期均以CK處理最低。說明氮肥施用有利于水稻TNA的積累。分蘗盛期TNA以U、U3處理最高, 其他處理間差異不大。孕穗期施N處理間差異不大。抽穗期尿素分次施用均顯著高于一次性施用。

U3處理水稻成熟期TNA較U處理顯著提高11.0%。說明分次施肥有利于滿足水稻的N素需求, 可以顯著增加水稻成熟期TNA累積。一次性施用中, 施N處理較CK處理增幅為67.0%~98.8%。與U處理相比, U+NBPT、U+NPPT、U+CP、U+NBPT+CP和U+NPPT+CP處理成熟期TNA分別提高9.2%、11.1%、19.0%、18.6%和18.6%。分次施用中, 施N處理較CK處理增幅為85.4%~120.8%。與U3處理相比, U3+NBPT、U3+NPPT、U3+CP、U3+NBPT+CP和U3+NPPT+CP處理成熟期TNA分別提高3.8%、4.8%、13.6%、15.8%和19.1%。說明施用尿素添加抑制劑土壤供N能力持續(xù)時(shí)間長, 能顯著提高水稻成熟期TNA, 為高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

U3處理水稻抽穗后N素積累較U處理提高8.2%。說明分次施肥有利于滿足水稻的N素需求, 可以增加水稻抽穗后N素累積。一次性施用中, 施N處理較CK處理增幅為54.5%~129.8%。與U處理相比, U+NBPT、U+NPPT、U+CP、U+NBPT+CP和U+NPPT+CP處理抽穗后N素積累分別提高27.0%、30.5%、48.0%、44.5%和48.8%。分次施用中, 施N處理較CK處理增幅為67.2%~145.0%。與U3處理相比, U3+NBPT、U3+NPPT、U3+CP、U3+NBPT+CP和U3+NPPT+CP處理抽穗后N素積累分別提高9.3%、11.9%、25.8%、34.3%和46.5%。說明施用尿素添加抑制劑能提高水稻抽穗后N素累積, 有利于保持抽穗后N素同化能力和吸收能力。U3處理水稻N素收獲指數(shù)(NHI)較U處理提高1.7%。一次性施用中, 各抑制劑處理NHI較U處理增幅為1.9%~10.0%; 分次施用中, 各抑制劑處理NHI較U3處理增幅為4.2%~11.0%。

表2 不同生化抑制劑組合與施肥模式處理下水稻各生育期生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)

F: 施肥模式; I: 抑制劑組合; F×I: 施肥模式×抑制劑組合。表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(=3)。同列不同字母表示處理間0.05水平差異顯著(LSD檢驗(yàn))。*, **和***分別表示在0.05、0.01和0.001水平上差異顯著。F: fertilizer model; I: inhibitor combination; F×I: fertilizer model × inhibitor combination. Data in the table are Mean ± SE(=3). Values followed by different letters are significantly different at< 0.05 (LSD). *, ** and *** mean significant differences at 0.05, 0.01 and 0.001 probability levels, respectively.

表3 不同生化抑制劑組合與施肥模式處理下水稻各生育期N素吸收和N收獲指數(shù)

F: 施肥模式; I: 抑制劑組合; F×I: 施肥模式×抑制劑組合。表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(=3)。同列不同字母表示處理間0.05水平差異顯著(LSD檢驗(yàn))。*, **和***分別表示在0.05、0.01和0.001水平上差異顯著。F: fertilizer model; I: inhibitor combination; F×I: fertilizer model × inhibitor combination. Data in the table are Mean ± SE(=3). Values followed by different letters are significantly different at< 0.05 (LSD). *, ** and *** mean significant differences at 0.05, 0.01 and 0.001 probability levels, respectively.

2.2.2 氮肥利用率

由表4可知, 施肥模式對水稻NRE、NAE和NPFP效應(yīng)極顯著(<0.01~0.001), 生化抑制劑組合對氮肥利用率指標(biāo)效應(yīng)均極顯著(<0.001), 兩者交互效應(yīng)對NAE和NPE極顯著(<0.01~0.001)。

U3處理水稻NRE、NAE和NPFP較U處理顯著提高27.5%、70.8%和14.2%。說明分次施肥有利于滿足水稻的N素需求, 可以顯著增加水稻NRE、NAE和NPFP。與U處理相比, U+NBPT、U+NPPT、U+CP、U+NBPT+CP和U+NPPT+CP處理NRE分別提高22.8%、27.6%、47.4%、46.4%和46.4%; NAE分別提高113.7%、111.1%、100.2%、120.3%和128.7%; NPFP分別提高22.8%、22.2%、20.1%、24.1%和25.8%。與U3處理相比, U3+NBPT、U3+NPPT、U3+CP、U3+NBPT+CP和U3+NPPT+CP處理NRE分別提高8.3%、10.4%、29.4%、34.3%和41.4%; NAE分別提高36.0%、45.0%、42.7%、40.1%和52.6%; NPFP分別提高10.8%、13.5%、12.8%、12.0%和15.8%。說明施用尿素添加抑制劑土壤供N能力持續(xù)時(shí)間長, 能提高水稻NRE、NAE和NPFP, 為高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

2.2.3 N素分配

由圖2可知, 成熟期N素在水稻植株中的分配大小表現(xiàn)為穗>莖>葉。分次施用水稻穗和葉中N素累積量較一次性施用高, 莖中則相反。說明分次施肥有利于滿足水稻的N素需求, 促進(jìn)莖中N素轉(zhuǎn)運(yùn), 增加穗中N素積累。

2.3 生化抑制劑組合與施肥模式對P素吸收與分配的影響

2.3.1 P素吸收

由表5可知, 施肥模式對水稻分蘗盛期、孕穗期P素累積量(TPA)和P收獲指數(shù)(PHI)效應(yīng)顯著或極顯著(<0.05或0.001), 生化抑制劑組合對P素吸收指標(biāo)(PHI除外)效應(yīng)顯著或極顯著(<0.05或0.001), 兩者交互效應(yīng)對分蘗盛期TPA顯著(<0.05)。整個(gè)生育期水稻TPA呈上升趨勢, 各生育期均以CK處理最低。說明氮肥施用有利于水稻TPA的積累。分蘗盛期TPA以U、U3處理最高, 其他處理間差異不大。孕穗期、抽穗期施N處理間TPA差異不大。

表4 不同生化抑制劑組合與施肥模式處理下水稻氮肥利用率

F: 施肥模式; I: 抑制劑組合; F×I: 施肥模式×抑制劑組合。表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(=3)。同列不同字母表示處理間0.05水平差異顯著(LSD檢驗(yàn))。*, **和***分別表示在0.05、0.01和0.001水平上差異顯著。F: fertilizer model; I: inhibitor combination; F×I: fertilizer model × inhibitor combination. Data in the table are Mean ± SE(=3). Values followed by different letters are significantly different at< 0.05 (LSD). *, ** and *** mean significant differences at 0.05, 0.01 and 0.001 probability levels, respectively.

柱上不同小寫字母表示處理間差異在5%水平顯著(LSD檢驗(yàn))。圖中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(=3)。Different small letters above the bars mean significant differences among treatments at 5% level (LSD). Data in the figure are Mean ± SE (=3).

U3處理水稻成熟期TPA較U處理提高0.9%。說明分次施肥有利于滿足水稻的P素需求, 可以增加成熟期TPA累積。一次性施用中, 施N處理較CK處理增幅為54.8%~68.7%。與U處理相比, U+NBPT、U+NPPT、U+CP、U+NBPT+CP和U+NPPT+CP處理成熟期TPA分別提高6.7%、6.1%、9.0%、8.9%和8.5%。分次施用中, 施N處理較CK處理增幅為56.2%~77.0%。與U3處理相比, U3+NBPT、U3+NPPT、U3+CP、U3+NBPT+CP和U3+NPPT+CP處理成熟期TPA分別提高6.7%、6.1%、13.3%、8.7%和10.6%。說明施用尿素添加抑制劑土壤供N能力持續(xù)時(shí)間長, 能提高水稻成熟期TPA, 為高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

2.3.2 P素分配

由圖3可知, 成熟期P素在水稻植株中的分配大小表現(xiàn)為穗>莖>葉。尿素分次施用水稻穗中P素累積量較一次性施用高, 莖中則相反; 葉中抑制劑處理低于一次性施用。說明分次施肥配施抑制劑有利于滿足水稻的P素需求, 降低莖葉中P素分配, 提高穗中P素積累。

2.4 生化抑制劑組合與施肥模式對K素吸收與分配的影響

2.4.1 K素吸收

由表6可知, 施肥模式對水稻各生育期K素累積量(TKA)(孕穗期除外)和K收獲指數(shù)(KHI)效應(yīng)顯著或極顯著(<0.05或0.001), 生化抑制劑組合對分蘗盛期、孕穗期TKA和KHI效應(yīng)顯著或極顯著(<0.05或0.001), 兩者交互效應(yīng)對KHI極顯著(<0.01)。整個(gè)生育期水稻TKA呈S型曲線, 于抽穗期達(dá)到峰值, 各生育期均以CK處理最低。說明氮肥施用有利于水稻TKA的積累。分蘗盛期以U、U3處理最高, 其他處理間差異不大。孕穗期、抽穗期施N處理間TKA差異不大。

U3處理水稻成熟期TKA較U處理提高4.2%。說明分次施肥有利于滿足水稻的K素需求, 可以增加成熟期TKA累積。一次性施用中, 施N處理成熟期TKA較CK處理增幅為50.8%~63.5%。與U處理相比, U+NBPT、U+NPPT、U+CP、U+NBPT+CP和U+NPPT+CP處理分別提高8.1%、8.2%、8.4%、6.8%和5.6%。分次施用中, 施N處理成熟期TKA較CK處理增幅為57.1%~73.0%。與U3處理相比, U3+NBPT、U3+NPPT、U3+CP、U3+NBPT+CP和U3+NPPT+CP處理分別提高5.9%、6.5%、8.0%、4.8%和10.1%。說明施用尿素添加抑制劑土壤供N能力持續(xù)時(shí)間長, 能提高水稻TKA, 為高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

2.4.2 K素分配

由圖4可知, 成熟期K素在水稻植株中的分配大小表現(xiàn)為莖和葉>穗。尿素分次施用穗和葉中K素累積量較一次性施用高, 莖中則相反。說明分次施肥有利于滿足水稻的K素需求, 促進(jìn)莖中K素轉(zhuǎn)運(yùn), 提高穗中K素積累。

表5 不同生化抑制劑組合與施肥模式處理下水稻各生育期P素吸收和P收獲指數(shù)

F: 施肥模式; I: 抑制劑組合; F×I: 施肥模式×抑制劑組合。表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(=3)。同列不同字母表示處理間0.05水平差異顯著(LSD檢驗(yàn))。*, **和***分別表示在0.05、0.01和0.001水平上差異顯著。F: fertilizer model; I: inhibitor combination; F×I: fertilizer model ×inhibitor combination. Data in the table are Mean ± SE(=3). Values followed by different letters are significantly different at< 0.05 (LSD). *, ** and *** mean significant differences at 0.05, 0.01 and 0.001 probability levels, respectively.

2.5 N、P、K吸收量與籽粒產(chǎn)量的關(guān)系

由圖5可知, 不同施肥模式下水稻植株對N、P、K的吸收量與籽粒產(chǎn)量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系, 且隨著籽粒產(chǎn)量的增加而增加。說明充足的N、P、K肥供應(yīng)是水稻高產(chǎn)栽培的基礎(chǔ)。尿素分次施用N、P、K吸收量與籽粒產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)(N=0.972**、P=0.985**、K=0.988**)均較一次性施肥(N=0.951**、P=0.936**、K=0.929**)高。說明分次施肥有利于滿足水稻的N、P、K需求, 提高養(yǎng)分吸收累積, 從而達(dá)到高產(chǎn)。

3 討論

3.1 施肥模式對水稻氮肥吸收利用的影響

庫容量大和生物產(chǎn)量高是超級雜交稻高產(chǎn)的決定因素[31-33], 理想栽培技術(shù)是在碳水化合物的運(yùn)輸與分配上形成“源”至“庫”的暢流。穗肥N作為水稻高產(chǎn)的后期生殖生長需要, 其準(zhǔn)確比例依賴于超級稻栽培的土壤理化性質(zhì)、緩釋性化肥或緩效性有機(jī)肥等肥料類型、影響肥料損失的立地氣候條件和超級稻品種等作用因子[34]。彭顯龍等[35-36]研究表明, 寒地水稻吸N高峰出現(xiàn)在幼穗分化始期; 在穗分化期到減數(shù)分裂期, 以及減數(shù)分裂期到抽穗期吸收N速度較快, 吸N量大。敖和軍等[37]研究得出, 超級雜交稻在其生育后期(抽穗至成熟)的N素吸收量高, 有利于充實(shí)籽粒, 提高結(jié)實(shí)率和NHI。本研究結(jié)果表明, 分次施肥處理水稻抽穗后N素積累較一次性施肥處理提高8.2%, 有效增加生育后期N素儲(chǔ)量。成熟期N素吸收量與籽粒產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)(一次性:N=0.972**; 分次:N=0.951**), 為水稻高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。水稻生長前期根系不發(fā)達(dá), 對N素吸收能力較弱, 積累量較少, 不同的N素比例對水稻TNA影響差異不明顯。隨著植株的長大, 對養(yǎng)分需求迅速增多, 而增加中后期氮肥施用量, 從而把施N量與水稻對N素的大量需求相結(jié)合, 增加N素積累吸收, 與相關(guān)研究一致[38-39]。

實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)是培養(yǎng)技能型人才的重要環(huán)節(jié)，作為職業(yè)學(xué)校，應(yīng)該以實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)為依托，提升學(xué)校整體辦學(xué)實(shí)力，它不僅為學(xué)生還原企業(yè)現(xiàn)場模擬訓(xùn)練環(huán)境、程序，也是提升學(xué)生技能水平的有效途徑。學(xué)生在實(shí)踐教師的指導(dǎo)下，利用實(shí)訓(xùn)基地的設(shè)備優(yōu)勢，通過實(shí)際動(dòng)手操作和訓(xùn)練，熟悉企業(yè)的生產(chǎn)、技術(shù)流程，了解行業(yè)主要設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律，掌握企業(yè)生產(chǎn)工藝、基本技能和專業(yè)要求，為學(xué)生專業(yè)技能的提高打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，積蓄了充足的實(shí)力。如藥學(xué)專業(yè)利用仿真實(shí)訓(xùn)室，模擬藥房、醫(yī)院藥房調(diào)劑、用藥指導(dǎo)、中藥調(diào)配、西藥處方調(diào)劑、問病薦藥等技能訓(xùn)練，使學(xué)生的藥學(xué)綜合實(shí)踐技能得到了較大的提高。

江立庚等[40]研究發(fā)現(xiàn), 相同施N水平下提高穗肥比率可增加N素回收效率、積累總量和運(yùn)轉(zhuǎn)效率, 降低N素生產(chǎn)效率。吳文革等[26]研究發(fā)現(xiàn), 前N后移增施穗肥為水稻整個(gè)生育期提供比較平衡的N素供應(yīng), 可促進(jìn)N素吸收, 當(dāng)季利用率隨穗肥比例提高而增加。薛利紅等[41]研究發(fā)現(xiàn), 基肥用量增加降低水稻生育后期功能葉的葉片含N量, 從而降低成熟期植株N積累量及穗部N分配系數(shù), NAE和NRE明顯降低, N素轉(zhuǎn)運(yùn)率與基肥用量呈二次曲線關(guān)系。林忠成等[42]研究發(fā)現(xiàn), 基蘗肥占總施N量60%~70%時(shí), 雙季稻具有較高的干物質(zhì)積累量、N素積累量、NRE、NAE, 群體碳氮代謝也比較協(xié)調(diào)。李木英等[43]研究發(fā)現(xiàn), 適量增施穗肥可提高N素的物質(zhì)生產(chǎn)力和稻谷生產(chǎn)力, 提高N素吸施比和TNA。本研究結(jié)果表明, 分次施肥較一次性施肥水稻成熟期N、P、K吸收量, 及NRE、NAE和NPFP顯著增加。N素前期供應(yīng)過多, 基蘗肥占比大, 植株容易奢侈吸收, 產(chǎn)生大量無效分蘗, 增加拔節(jié)期吸N量及無效分蘗吸N量, 拔節(jié)前群體增加, 群體過大, 無效生長增加, 有效的莖蘗個(gè)體弱小, 穎花數(shù)不足, 庫容縮小, 從而降低后期的吸N量導(dǎo)致減產(chǎn), 與相關(guān)研究一致[35,43-44]。

柱上不同小寫字母表示處理間差異在5%水平顯著(LSD檢驗(yàn))。圖中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(=3)。Different small letters above the bars mean significant differences among treatments at 5% level (LSD). Data in the figure are Mean ± SE (=3).

3.2 抑制劑對水稻氮肥吸收利用的影響

稻田土壤施用硝化抑制劑后使田面水中N素更多地以NH4+-N形式存在[45]。水稻作為喜NH4+-N作物, 足量NH4+-N的存在促進(jìn)其對N素的吸收和利用[13,46]。脲酶/硝化抑制劑[氫醌(HQ)/雙氰胺(DCD)]配施提高土壤中NH4+-N濃度, 植株以NH4+-N形式吸收N同時(shí)增加對P的吸收, 促進(jìn)作物生長[47]。許超等[13]研究發(fā)現(xiàn), 尿素中添加3,4-二甲基吡唑磷酸鹽(DMPP)能提高水稻植株地上部及籽粒的吸N量, 促進(jìn)水稻N素營養(yǎng), 提高產(chǎn)量。劉彥伶等[18]研究發(fā)現(xiàn), 100% CP處理早稻和晚稻NRE顯著提高27.3%和78.3%。彭玉凈等[48]研究發(fā)現(xiàn), NBPT減緩稻田尿素水解, 顯著降低氨揮發(fā), 且水稻產(chǎn)量和吸N量有所提高, 肥料N的土壤殘留量增加。葉會(huì)財(cái)?shù)萚49]研究發(fā)現(xiàn), 添加0.75%NBPT紅壤雙季稻增產(chǎn)14.75%, NAE提高18.41%。本研究結(jié)果表明, 生化抑制劑組合結(jié)合施肥模式提高抽穗后干物質(zhì)和N素積累及其占總干物質(zhì)和總N素積累的比例, 有利于保持抽穗后N素同化和吸收能力。一次性施用中，各抑制劑處理NRE、NAE和NPFP較U處理分別提高22.8%~47.4%、100.2%~128.7%和20.1%~25.8%; 分次施用中，各抑制劑處理NRE、NAE和NPFP較U3處理分別提高8.3%~41.4%、36.0%~52.6%和10.8%~ 15.8%。

脲酶抑制劑減緩水稻分蘗期尿素水解和N素?fù)p失, 提高孕穗期土壤NH4+-N含量, 顯著增加水稻產(chǎn)量和氮肥利用率[50]。硝化抑制劑能夠抑制NH4+-N向硝態(tài)氮(NO3--N)轉(zhuǎn)化來降低N素?fù)p失, 減少氮氧化物排放量[51]。脲酶和硝化抑制劑存在一定的協(xié)同作用[52], 配合施用較單獨(dú)施用能更有效提高氮肥回收率和降低稻株根際土壤N素?fù)p失[53]。孫海軍等[19]研究發(fā)現(xiàn), 添加CP分別提高25.0%[180 kg(N)?hm-2]和12.1%[240 kg(N)?hm-2]的15N吸收利用率。張文學(xué)等[50]研究發(fā)現(xiàn), 與傳統(tǒng)施N[180 kg(N)?hm-2]處理相比, 減25%N+NBPT早、晚稻氮肥當(dāng)季利用率分別提高6.78%和9.46%。李敏等[54]研究發(fā)現(xiàn), 等N施用穩(wěn)定氮肥(HQ+DCD)較農(nóng)民習(xí)慣施肥促進(jìn)水稻對N素的吸收累積, 分次施用差異顯著。本研究結(jié)果表明, 不同施肥模式下配施抑制劑組合(NBPT、NPPT/+CP)顯著增加水稻N、P、K吸收量, 促進(jìn)抽穗后干物質(zhì)生產(chǎn)和N素積累, 提高籽粒中的養(yǎng)分分配及N素利用效率。

4 結(jié)論

黃泥田地區(qū)生化抑制劑組合與施肥模式結(jié)合, 能為水稻整個(gè)生育期提供比較平衡的N素供應(yīng), 促進(jìn)水稻生長, 有利于N、P、K的吸收和利用及抽穗后N素積累, 提高穗中N、P、K養(yǎng)分累積和氮肥當(dāng)季利用效率(NRE、NAE和NPFP), 增加植株生物量, 顯著提高產(chǎn)量。

表6 不同生化抑制劑組合與施肥模式處理下水稻各生育期K素吸收和K收獲指數(shù)的影響

F: 施肥模式; I: 抑制劑組合; F×I: 施肥模式×抑制劑組合。表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(=3)。同列不同字母表示處理間0.05水平差異顯著(LSD檢驗(yàn))。*, **和***分別表示在0.05、0.01和0.001水平上差異顯著。F: fertilizer model; I: inhibitor combination; F×I: fertilizer model × inhibitor combination. Data in the table are Mean ± SE(=3). Values followed by different letters are significantly different at< 0.05 (LSD). *, ** and *** mean significant differences at 0.05, 0.01 and 0.001 probability levels, respectively.

柱上不同小寫字母表示處理間差異在5%水平顯著(LSD檢驗(yàn))。圖中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(=3)。Different small letters above the bars mean significant differences among treatments at 5% level (LSD). Data in the figure are Mean ± SE (=3).

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Effects of combined biochemical inhibitors and fertilization models on nutrient uptake and use efficiency of rice in yellow clayey field*

ZHOU Xuan1,2, WU Lianghuan1,2**, DAI Feng3

(1. Key Laboratory of Environmental Remediation and Ecosystem Health, Ministry of Education / College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Agricultural Resources and Environment / College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 3. Zhejiang Aofutuo Chemical Limited Company, Shangyu 312300, China)

Application of biochemical inhibitors for urease and nitrification is an effective way of improving fertilizer use efficiency of rice. The objective of this study was to determine the characteristics of nutrient use of rice as affected by biochemical inhibitors and fertilization models, and find the optimal yield and efficient application method in rice growing region in yellow clayey soils. It analyzed the interaction effects of biochemical inhibitors [urease inhibitors N-(n-butyl) thiophosphoric triamide (NBPT] and N-(n-propyl) thiophosphoric triamide(NPPT), and nitrification inhibitor 2-chloro-6-(trichloromethyl) pyridine (CP)] with fertilization models (one-off and three-time fertilizations) on nutrient absorption, utilization and distribution of rice, and the relationship between nutrient uptake and grain yield using two factor randomized block design. Results showed that certain interaction effects was observed between inhibitor combination and fertilization model on the uptake, utilization and distributionof nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) at the main growth periods of rice. The three times urea fertilization treatment significantly increased N, P and K uptake (respectively by 11.0%, 0.9% and 4.2%) at maturity, and N recovery efficiency and N agronomic efficiency(respectivelyby 27.5% and 70.8%) over those of one-off urea fertilization treatment. The addition of inhibitors (NBPT, NPPT/+CP) significantly increased N, P and K uptakes of rice, dry matter production and N accumulation after heading stage. It also improved the allocation of nutrients in grain and N use efficiency under different fertilization models. The application of new urease inhibitor NPPT alone or combined with CP had the similar effect on nutrient uptake and use in paddy fields with NBPT. The uptake of N, P and K of rice at maturity had significant positive correlation with grain yield under different fertilization models. In conclusion, the integration and optimization of fertilization techniques combined with inhibitors enhanced the uptake and transport of N, P and K after heading stage. It also promoted nutrient accumulation and at the same time significantly improved rice yield and nutrient use efficiency in yellow clayey fields.

Urease inhibitor; Nitrification inhibitor; Fertilization model; Yellow clayey field; Nutrient uptake; Nutrient use efficiency

Apr. 5, 2017; accepted May 17, 2017

10.13930/j.cnki.cjea.170292

S143.1

A

1671-3990(2017)10-1495-13

2017-04-05

2017-05-17

* 苕溪流域農(nóng)村污染治理技術(shù)集成與規(guī)?；こ淌痉?2014ZX07101-012)、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2015CB150502)、浙江省“三農(nóng)六方”科研協(xié)作計(jì)劃項(xiàng)目和浙江大學(xué)-浙江奧復(fù)托化工有限公司合作項(xiàng)目資助

* This paper was supported by the Rural Non-point Pollution Control Technology Integration and Scale Demonstration Project of Tiaoxi Catchment of Zhejiang Province, China (2014ZX07101-012), the National Key Basic Research Program (2015CB150502), “San Nong Liu Fang” Research Plan of Zhejiang Province and the Cooperation Project of Zhejiang University-Zhejiang Aofutuo Chemical Limited Company.

** Corresponding author, E-mail: finm@zju.edu.cn

**通訊作者:吳良?xì)g, 主要從事有機(jī)營養(yǎng)與養(yǎng)分綜合管理研究。E-mail: finm@zju.edu.cn 周旋, 主要從事肥料與養(yǎng)分資源管理研究。E-mail: zhouxuan_123@126.com