王 飛，林 誠，李清華，何春梅，林新堅

(福建省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所，福州 350013)

不同氮肥用量與施肥時期對冷浸田單季稻生長及農(nóng)學效率的影響①

王 飛，林 誠，李清華，何春梅，林新堅

(福建省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所，福州 350013)

冷浸田為福建省主要低產(chǎn)田類型之一。基于福建省淺腳爛泥田、青泥田與銹水田主要冷浸田類型，通過田間3個點試驗研究不同氮肥用量(105、150與195 kg/hm2)與施用時期(基蘗肥∶穗肥 = 10∶0與基蘗肥∶穗肥 = 7∶3) 運籌組合對單季稻生長的影響。結(jié)果表明，增施氮肥促進了各類型冷浸田水稻分蘗期分蘗生長速率。不同氮肥組合的銹水田、青泥田與淺腳爛泥田水稻籽粒產(chǎn)量分別較不施肥(CK)增幅14.5% ～ 45.5%、9.4% ～ 13.5% 和10.4% ～ 15.9%，但在105 kg/hm2用量基礎(chǔ)上再進一步增施氮肥，籽粒增產(chǎn)效果明顯放緩。施用氮肥顯著增加了成熟期水稻有效穗數(shù)，但對每穗實粒數(shù)及千粒重影響不明顯。105、150、195 kg/hm23種氮肥用量下各類型冷浸田的農(nóng)學效率均值分別為17.4、13.3與12.8 kg/kg。除淺腳爛泥田施用穗肥的秸稈產(chǎn)量有顯著差異外，其余氮肥不同施肥時期的籽粒與秸稈產(chǎn)量均無顯著差異。增施氮肥有提高籽粒氮的趨勢，但同時降低了籽粒鉀含量。鑒于冷浸田土壤氮素水平較高，單季稻氮肥經(jīng)濟用量宜控制在105 ～ 150 kg/hm2中低水平，超過150 kg/hm2，農(nóng)學效率遞減，且無明顯增產(chǎn)效果。另從人工成本及效益考慮，宜選擇基蘗肥∶穗肥=10∶0的施氮方式。

冷浸田；水稻；氮肥；農(nóng)學效率；推薦施肥

江南冷浸田是一類特殊的中低產(chǎn)田，主要分布在山丘谷地、平原湖沼低洼地帶，以地下水位高、還原性有毒物質(zhì)多、有效養(yǎng)分低、土體構(gòu)型發(fā)育不良等為主要特征[1]，其面積在200萬hm2以上, 以贛、湘、閩、云、貴、川、粵、桂等省(自治區(qū))面積較大, 浙、鄂、皖、蘇和臺灣等地也有分布[2]。冷浸田土壤有機質(zhì)含量高，增產(chǎn)潛力巨大，故對其改造治理對保證國家糧食安全意義重大。養(yǎng)分供應是制約冷浸田水稻產(chǎn)量的重要因子，以往對冷浸田施肥多集中于土壤磷素與鉀素研究，由于冷浸田土壤有效磷、鉀水平普遍較低，增施磷鉀肥增產(chǎn)效果明顯[3-5]，但對冷浸田氮肥如何施用以提高產(chǎn)量與效益尚鮮見報道。氮肥對提高農(nóng)作物的產(chǎn)量具有重要作用，但過量施氮不僅會影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)，還會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負面影響，而適當減量施氮，既能保證作物產(chǎn)量、提高肥料利用率，又能減少對環(huán)境的危害[6]。與非冷浸田相比，冷浸田土壤有機質(zhì)含量較高，其相應的氮素也處于較高水平[7]。目前我國正在推進化肥使用零增長的落實，冷浸田在土壤氮素水平較高的情況下，其與常規(guī)稻田氮肥施用有何區(qū)別？可否達到減氮控肥的目標？為此，本研究于2014—2015年以福建主要類型冷浸田為研究對象，研究冷浸田單季稻不同氮肥用量及施肥時期運籌的施肥效應，以期為冷浸田配方施肥及輕簡化改良技術(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

供試冷浸田為福建省主要的冷浸田類型，分別為銹水田、青泥田與淺腳爛泥田，試驗地點與土壤理化性質(zhì)見表1。土地利用模式為單季稻制。氮肥運籌管理設(shè)施氮量與施氮時期2個因子。施氮量設(shè)3個水平，分別為105、150、195 kg/hm2(分別用A1、A2、A3 代號表示，代表低、中、高施氮水平)；氮肥施肥時期設(shè)2個水平，分別為基蘗肥∶穗肥=10∶0與基蘗肥∶穗肥=7∶3(分別用B1、B2代號表示)，二者因子完全組合，另設(shè)不施氮肥處理，分別為：①0氮區(qū)(CK)、②A1B1、③A1B2、④A2B1、⑤A2B2、⑥A3B1、⑦A3B2共7個處理，每處理3次重復，共21個小區(qū)，隨機區(qū)組排列。每小區(qū)面積12 m2。上述基蘗肥為基肥∶分蘗肥=2∶1，穗肥在促花肥或?；ǚ适┯?。每處理配施磷肥 (P2O5) 90 kg/hm2，鉀肥(K2O) 135kg/hm2,磷肥作基肥一次性施用，鉀肥按基肥∶穗肥=5∶5施用。單季稻7月上旬插秧，10月中旬收割。收獲期各小區(qū)單打單收計產(chǎn)。

表1 供試土壤基本性狀與供試水稻品種Table 1 Basic properties of tested soil and rice varieties

1.2 指標測定及計算方法

收獲期采集小區(qū)水稻進行考種，選取有代表性的水稻5穴，調(diào)查測定有效穗數(shù)、每穗實粒數(shù)以及千粒重，并采集土壤進行氮素養(yǎng)分分析，另采集水稻籽粒樣品分析氮磷鉀養(yǎng)分含量。土壤理化指標與籽粒氮磷鉀養(yǎng)分按常規(guī)方法分析[8]。

氮肥農(nóng)學效率(kg/kg)=(施氮肥處理產(chǎn)量-未施氮肥處理產(chǎn)量)/施氮肥量

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 7.05軟件和Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)分析，不同處理采用LSD法進行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥用量與施肥時期運籌組合對水稻分蘗期生長的影響

圖1顯示，不同氮肥運籌管理均提高了水稻分蘗期生長速度，其中銹水田(SC)點4次觀測分蘗數(shù)均值較CK增幅37.2% ～ 71.4%，青泥田(MH1)點5次均值增幅21.4% ～35.8%，淺腳爛泥田(MH2)點5次均值增幅28.2% ～ 35.9%，差異均顯著，其中SC點與MH2點均以A3B2處理最高，而MH1點以A2B1處理最高，其次為A3B2處理。說明增施氮肥促進了冷浸田分蘗期分蘗生長速率。

2.2 不同氮肥用量與施肥時期運籌組合對水稻產(chǎn)量及經(jīng)濟性狀的影響

表2顯示，氮肥運籌管理施肥不同程度地提高了成熟期水稻籽粒產(chǎn)量，與CK相比，不同氮肥用量與施肥時期運籌組合的銹水田點(SC)增幅14.5% ～45.5%，青泥田點(MH1)增幅9.4% ～ 13.5%，淺腳爛泥田點(MH2)增幅10.4% ～ 15.9%，其中MH2點施肥處理與CK差異均顯著。相應各點的秸稈產(chǎn)量較CK增幅為30.5% ～ 65.0%、48.8% ～ 86.6%、7.3% ～ 27.0%，其中MH1、SC點不同氮肥組合與CK差異均顯著。

從不同氮肥用量單因素來看，各類型冷浸田籽粒產(chǎn)量總體隨著施氮量的增加而增加，與不施氮比較，SC點增幅26.7% ～ 46.9%，MH1點增幅9.0% ～ 12.7%，MH2點增幅10.9% ～ 14.1%，但高、中、低不同氮肥用量間差異未達到顯著水平。施氮肥也均顯著提高了秸稈產(chǎn)量，MH2點氮肥150 kg/hm2與195 kg/hm2用量水平的產(chǎn)量要顯著高于105 kg/hm2用量。另從施氮時期單因素來看，氮肥不同施肥時期施用方法對籽粒產(chǎn)量影響不大，但MH2點的基蘗肥∶穗肥=7∶3的秸稈產(chǎn)量較基蘗肥∶穗肥=10∶0的增產(chǎn)5.2%，差異顯著。

表2 不同氮肥用量與施肥時期運籌組合對水稻產(chǎn)量的影響Table 2 Effects of different combinations of nitrogen application rates and fertilizing time on rice yields

從施肥對水稻產(chǎn)量經(jīng)濟性狀影響來看(表3)，不同氮肥用量與施肥時期運籌組合均顯著提高了各試驗點成熟期有效穗數(shù)，SC、MH1與MH2各冷浸田類型分別比CK增幅27.9% ～ 41.3%、23.7% ～41.3%、37.9% ～ 60.2%。而對每穗實粒數(shù)、千粒重影響不大(除了MH1 點千粒重)。具體對不同施氮量而言，低、中、高氮肥用量有效穗均顯著高于CK，其中SC點增幅29.8% ～ 40.4%，MH1點增幅30.1% ～ 45.2%，MH2點增幅40.8% ～ 57.3%；而不同氮肥用量下水稻每穗實粒數(shù)、千粒重與CK均無顯著差異。氮肥不同施肥時期組合對水稻經(jīng)濟性狀無明顯影響。

表3 不同氮肥用量與施肥時期運籌組合對水稻產(chǎn)量經(jīng)濟性狀的影響Table 3 Effects of different combinations of nitrogen application rates and fertilizing time on economic traits of rice yields

上述結(jié)果說明，冷浸田施氮肥提高了水稻籽粒與秸稈產(chǎn)量，但中、高用量的氮肥用量，無論是籽粒產(chǎn)量還是秸稈產(chǎn)量，均無顯著差異，故冷浸田施氮量應控制在150 kg/hm2以內(nèi)。另除淺腳爛泥田(MH2)點不同施肥時期的秸稈產(chǎn)量有顯著差異外，其余氮肥不同施肥時期的籽粒與秸稈產(chǎn)量均無顯著差異，故從人工成本及效益考慮，應選擇基蘗肥∶穗肥 = 10∶0的施氮方式。

2.3 不同施氮量對水稻籽粒相對產(chǎn)量及農(nóng)學效率的影響

從不同施氮量對水稻籽粒相對產(chǎn)量的影響來看(表4)，0、105、150、195 kg/hm2氮肥用量下各類型冷浸田相對產(chǎn)量均值分別為0.78、0.89、0.92、0.95。一般而言，0.90以上可視為施肥與最高產(chǎn)量(1.00)較為接近，說明冷浸田施用氮肥有明顯的增產(chǎn)效果。但在105 kg/hm2用量基礎(chǔ)上再進一步增施氮肥，增產(chǎn)效果明顯放緩。另從施氮肥籽粒農(nóng)學效率來看，各類型冷浸田施用105、150、195 kg/hm2氮肥的農(nóng)學效率均值分別為17.4、13.3與12.8 kg/kg，說明隨著氮肥用量的增加，氮肥農(nóng)學效率逐漸降低，氮肥中、高用量分別比低用量降低4.1與4.6 kg/kg。從中也可看出，同一區(qū)域淺腳爛泥田(MH2)相對青泥田(MH1)有較高的氮肥農(nóng)學效率。

表4 不同施氮量對水稻籽粒相對產(chǎn)量及農(nóng)學效率的影響Table 4 Effects of different combinations of nitrogen application rates on relative yields and agronomic efficiencies of rice grains

2.4 不同氮肥用量與施肥時期對水稻籽粒養(yǎng)分含量的影響

表5顯示，施用氮肥均有提高籽粒氮含量的趨勢。不同施氮水平與施氮時期組合中， 青泥田點(MH1)與淺腳爛泥田點(MH2)的A2B2、A3B1、A3B2處理的籽粒氮素含量均較CK顯著提高，其中MH1點上述3處理較CK增幅14.0% ～ 17.6%，MH2點增幅5.9% ～ 9.7%。從施氮肥對籽粒磷鉀養(yǎng)分的影響來看，不同氮肥組合對籽粒磷素含量無明顯影響，但隨著施氮量的增加，籽粒鉀含量有降低的趨勢。從施氮量單因素來看，隨著施肥量的增加，籽粒氮素含量有提高的趨勢。施用195 kg/hm2氮肥的籽粒氮含量均顯著高于CK，而在該高量用肥下，MH1的籽粒鉀含量較CK顯著降低。表5同時可看出，氮肥不同施肥時期單因素對籽粒氮、磷、鉀養(yǎng)分含量均無明顯影響。

3 討論

3.1 冷浸田氮素營養(yǎng)供給特性及不同施氮方式效果評價

本研究表明，冷浸田水稻分蘗期，其高氮用量的水稻分蘗速率要明顯高于無氮與低氮處理，到收獲期，105、150與195 kg/hm2氮肥用量下水稻籽粒產(chǎn)量均顯著高于CK，但3種氮肥用量的籽粒產(chǎn)量并無明顯差異；不同氮肥用量下的秸稈產(chǎn)量，除了淺腳爛泥田(MH2)有顯著差異外，其余差異均不顯著。說明冷浸田在低氮用量基礎(chǔ)上再增施氮肥對增產(chǎn)并不明顯，這與增施磷鉀肥促進冷浸田水稻增產(chǎn)規(guī)律并不一致。其主要原因與土壤有機質(zhì)類似，冷浸田土壤累積的氮素較豐富，豐富的氮素通過長期礦化保證了水稻生育期大部分的營養(yǎng)需求，本研究條件下，淺腳爛泥田(MH2)點收獲期各處理土壤全氮與堿解氮處于較高水平且無顯著差異進一步證實了這一點(表6)。冷浸田在適宜用量基礎(chǔ)上增施的氮肥一部分可能通過營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)移到秸稈中，另一部分，冷浸田在長期浸水環(huán)境下也容易通過地表徑流而損失。故對冷浸田氮素管理應采取控制策略，氮肥經(jīng)濟用肥量控制在105 ～ 150 kg/hm2范圍較適宜，超過150 kg/hm2，農(nóng)學效率遞減，既達不到明顯增產(chǎn)效果，又浪費養(yǎng)分資源，并可能造成環(huán)境風險。此外，高氮用量一定程度上提高了籽粒氮素營養(yǎng)，但可造成籽粒鉀素含量降低，從而影響籽粒營養(yǎng)品質(zhì)。以往研究表明，福建區(qū)域常規(guī)稻田單季稻氮肥推薦用量為160 kg/hm2左右[9]，從中比較可看出，冷浸田氮肥推薦用量要比常規(guī)稻田的用量低10%以上。與近年農(nóng)業(yè)部推薦的江南華南單雙季稻區(qū)(中稻)氮肥用量140 ～ 206 kg/hm2相比，冷浸田氮肥推薦用量屬于低限范圍[10]。這主要是由于常規(guī)稻田的產(chǎn)量比冷浸田水稻產(chǎn)量高20% 以上，且稻田土壤氮素含量普遍低于冷浸田[1,5]。另外，本研究表明不同氮肥用量條件下各類冷浸田農(nóng)學效率平均為14.5 kg/kg，而目前全國水稻氮肥農(nóng)學效率為12.7 kg/kg[10]，這一方面固然與常規(guī)稻田的施氮量較高有關(guān)，但一定程度上也反映冷浸田的氮肥農(nóng)學效率要高于常規(guī)稻田。本課題組研究也表明，冷浸田基礎(chǔ)地力貢獻率比相應的非冷浸田低6.8 ～ 7.0個百分點，但施肥農(nóng)學效率比相應的非冷浸田每千克肥料提高0.1 ～ 3.2 kg籽粒產(chǎn)量[11]。這進一步佐證了冷浸田通過施肥農(nóng)藝措施提升產(chǎn)量潛力巨大。

表5 不同氮肥用量與施肥時期運籌組合對水稻籽粒養(yǎng)分含量的影響Table 5 Effects of different combinations of nitrogen application rates and fertilizing time on nutrient contents of rice grains

此外，本研究表明，除淺腳爛泥田的秸稈外，氮肥不同施肥時期的籽粒與秸稈產(chǎn)量均無顯著差異，故從人工成本及效益考慮，宜采用基蘗肥∶穗肥=10∶0的施氮方式。一般而言，水稻在幼穗分化發(fā)育期(水稻分蘗末期葉色褪淡之后)施肥，為促花肥、促粒肥，可促使穗大、增加穎花數(shù)量，退化枝梗和穎花減少[12]。以超級稻品種為材料的氮肥不同施肥時期效應表明，氮肥后移中后期干物質(zhì)積累顯著增加，兩個品種均是基肥：分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ省昧７蕿?3∶1∶1∶1∶0的處理產(chǎn)量最高[13]。而冷浸田施用穗肥增產(chǎn)不明顯可能是由于冷浸田氮素豐富，供肥穩(wěn)長，相對常規(guī)稻田而言，后期不易脫肥，故施用穗肥增產(chǎn)不明顯。從本研究中可看出，冷浸田不同氮肥組合產(chǎn)量性狀差異主要體現(xiàn)在有效穗因子，而有效穗主要由分蘗期決定，因而提高冷浸田產(chǎn)量的途徑是保證分蘗期有足夠的氮素營養(yǎng)，并合理配施磷、鉀養(yǎng)分，以發(fā)育形成足夠的有效分蘗數(shù)。

表6 不同氮肥用量與施肥時期運籌組合對水稻收獲期土壤氮素養(yǎng)分的影響(MH2)Table 6 Effects of different combinations of nitrogen application rates and fertilizing time on soil nutrient contents in rice harvest stage

3.2 冷浸田單季稻氮、磷、鉀配方施肥探討

冷浸田為福建省主要低產(chǎn)田類型之一，約占低產(chǎn)水稻土的33%[14]。合理施肥是提高冷浸田生產(chǎn)力的重要途徑之一，如增施鉀肥可緩解冷浸田鐵毒等障礙因子而獲得高產(chǎn)[4]。但長期以來，冷浸田氮、磷、鉀如何配施仍較為盲目。隨著我國對氣候變化及生態(tài)環(huán)境保護的關(guān)注與重視，對冷浸田水稻施肥，要協(xié)同考慮提高產(chǎn)量、經(jīng)濟效益與生態(tài)效益。由于冷浸田多分布于偏遠山區(qū)與山壟谷地，自然條件相對優(yōu)越，稻田生產(chǎn)應因地制宜，以綠色生態(tài)高值大米為目標。過高的施氮量可能對環(huán)境造成威脅，甚至氮累積導致的負面效應要高于產(chǎn)量增益[15]。鑒于冷浸田氮素水平較高，對冷浸田氮素施用應采取控制的管理策略，即氮肥經(jīng)濟用肥量控制在105 ～ 150 kg/hm2范圍。結(jié)合冷浸田土壤磷、鉀養(yǎng)分調(diào)查及水稻磷、鉀肥施肥效應研究成果[3-5]，提出冷浸田水稻施肥推薦比例：N∶P2O5∶K2O = 1∶(0.5 ～ 0.7) ∶(1.0 ～ 1.2)，從中可看出，冷浸田磷鉀施肥比例要比一般常規(guī)稻田1∶0.4∶0.8高[9]。如以氮肥120 kg/hm2計算，需施磷肥60 ～ 84 kg，鉀肥120 ～ 144 kg。以這樣的施肥配方連續(xù)進行3 ～ 5年的監(jiān)測，再根據(jù)耕層養(yǎng)分作適當調(diào)整。

4 結(jié)論

本研究表明，福建主要類型冷浸田施氮肥105 ～195 kg/hm2均顯著提高了籽粒產(chǎn)量。0、105、150、195 kg/hm2氮肥用量下各冷浸田類型的相對產(chǎn)量均值分別為0.78、0.89、0.92、0.95，說明在105 kg/hm2用量基礎(chǔ)上再進一步增施氮肥，籽粒增產(chǎn)效果明顯放緩。從施氮肥籽粒農(nóng)學效率來看，105、150、195 kg/hm2氮肥用量下各冷浸田類型均值分別為17.4、13.3與12.8 kg/kg。增施氮肥有提高籽粒氮含量的趨勢，但籽粒鉀含量呈降低的趨勢。故從冷浸田改良治理提升綜合生產(chǎn)力及經(jīng)濟、生態(tài)效益綜合考慮，冷浸田以105 ～ 150 kg/hm2的氮肥中低水平用量與基蘗肥∶穗肥=10∶0的施肥時期較為適宜。

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Effects of Different Combinations of Nitrogen Applying Rates and Fertilizing Time on Single Cropping Rice Growth and Agronomic Efficiency in Cold-waterlogged Paddy Field

WANG Fei, LIN Cheng, LI Qinghua, HE Chunmei, LIN Xinjian
(Institute of Soil and Fertilizer, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350013, China)

Cold-waterlogged (CW) paddy fields are low-yield paddy fields in Fujian Province. Based on main CW paddy field types (including shallow-foot mud paddy field, blue mud field and paddy field with rust) in Fujian Province, the effects of different combinations of nitrogen applying rates (105, 150 and 195 kg/hm2) and fertilizing time (base and tillering fertilizer：earing fertilizer=10：0; base and tillering fertilizer： earing fertilizer=7：3) on single cropping rice growth and agronomic efficiency were investigated by field experiments conducted in three sites. The results showed that increasing nitrogen applying rate improved rice growth rate at the tillering stage. Compared to CK, nitrogen combination treatments increased rice grain yields by 14.5%—45.5%, 9.4%—13.5% and 10.4%—15.9% for paddy field with rust, blue mud field and shallow-foot mud paddy field,respectively, but the yield increasing effect significantly slowed down when nitrogen applying rate was over 105 kg/hm2.Applying nitrogen fertilizer significantly increased the effective panicles of rice in the harvest stage, but there was no significant difference in the grain number per panicle and 1 000-grain weight for all treatments. The agronomic efficiencies of different CW paddy field types were 17.4, 13.3 and 12.8 kg/kg respectively under the 105, 150 and 195 kg/hm2of nitrogen applying rates.Except for the shallow-foot mud paddy field in which the straw yield showed significant differences with earing fertilizer, the yields of rice grains and straws had no significant difference between other different fertilizing time treatments. Increasing nitrogen applying rate had tended to improve nitrogen content but decreased potassium content of rice grains. Given the higher nitrogen levels of CW paddy fields, the suitable nitrogen applying rate should be controlled within 105—150 kg/hm2, otherwise the agronomic efficiency will diminish and the yield-increasing effect is little when it is over 150 kg/hm2. In addition, considering labour cost and economic benefit, all the nitrogen fertilizer should be used as of base and tillering fertilizer.

Cold-waterlogged paddy field; Rice; Nitrogen fertilizer; Agronomic efficiency; Fertilizer recommendation

S156.8；S143.1

A

10.13758/j.cnki.tr.2017.05.004

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201003059-08)和福建省農(nóng)科院PI創(chuàng)新團隊項目(2016PI-31)資助。

王飛(1976—)，男，福建福州人，副研究員，主要從事土壤資源評價與持續(xù)利用研究。E-mail： fjwangfei@163.com