尹彩俠，李 前，孔麗麗，侯云鵬，秦裕波，王 蒙，劉志全

(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 東北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,吉林 長(zhǎng)春 130033)

水稻是我國(guó)的主要糧食作物,全國(guó)有近60%的人口以稻米為主食,因此水稻在我國(guó)糧食安全中占有重要的地位[1]。近年來,隨著水稻高產(chǎn)栽培技術(shù)的應(yīng)用與完善,水稻產(chǎn)量呈逐年增加的趨勢(shì),其中化肥養(yǎng)分投入為水稻持續(xù)增產(chǎn)做出了重要貢獻(xiàn)。但是近幾年來,農(nóng)民為了追求高產(chǎn)不斷地增加氮肥的投入量,而氮肥的過量施用已造成了糧食生產(chǎn)成本增高、氮肥利用率降低、田地微量元素缺乏、土壤質(zhì)量退化、農(nóng)業(yè)面源污染等一系列不良的反應(yīng)[2，3]。如何在保持水稻穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)上降低氮肥的施用量,充分發(fā)揮氮肥的作用效率是目前需要解決的問題。鋅是許多酶的組成成分,對(duì)蛋白質(zhì)合成、碳水化合物代謝等具有重要的意義。鋅也是作物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素[4，5]。胡時(shí)友等[6，7]的研究結(jié)果表明中微量元素配合施用既能提高水稻的產(chǎn)量,又能降低氮磷肥的用量,提高肥料利用率。魏義長(zhǎng)等[8-11]研究發(fā)現(xiàn),施鋅可以增加水稻的成穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重,產(chǎn)量較對(duì)照有極顯著的增加。彭文勇等[12，13]的研究表明平衡施用氮、磷、鋅肥可有效緩解水稻幼苗養(yǎng)分缺乏等環(huán)境脅迫,促進(jìn)水稻根系和地上部生長(zhǎng),還可以調(diào)節(jié)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)在水稻籽粒中的積累,提高稻米品質(zhì)。我們?cè)谳^常規(guī)施肥大幅度降低氮肥用量的條件下系統(tǒng)地研究了氮鋅互作對(duì)水稻產(chǎn)量、氮肥效率、氮素吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)以及土壤無(wú)機(jī)氮的影響,旨在為水稻減肥增效工程提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018～2019年在吉林省梅河口市海龍鎮(zhèn)進(jìn)行,該地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,位于吉林省東南部。試驗(yàn)田為水稻連作區(qū),供試土壤為白漿土,0～20 cm耕層土壤的基礎(chǔ)肥力狀況為:堿解氮138.1 mg/kg,速效磷33.4 mg/kg,速效鉀145 mg/kg,有機(jī)質(zhì)33.5 g/kg, pH 6.8,有效鋅0.89 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理,分別為不施氮肥(CK)、常規(guī)施肥(FP)、推薦施氮(OPT,較FP減氮20%)、在推薦施氮的基礎(chǔ)上增施鋅肥(OPT+Zn,施氮量同OPT)。每個(gè)處理3次重復(fù),小區(qū)隨機(jī)排列，小區(qū)面積30 m2。供試水稻品種為東稻3,其種植密度為17萬(wàn)穴/hm2。試驗(yàn)用氮肥為普通尿素(N 46%),磷肥為重過磷酸鈣(P2O546%),鉀肥為硫酸鉀(K2O 50%),鋅肥為農(nóng)用硫酸鋅(ZnO 22%)。

常規(guī)施肥處理(FP)的氮肥施用比例為基肥∶分蘗肥∶抽穗肥=60%∶30%∶10%,磷、鉀肥全部于整地時(shí)一次性施入。推薦施肥各處理的氮肥施用比例為基肥∶分蘗肥∶抽穗肥=50%∶40%∶10%,鉀肥的施用比例為基肥∶抽穗肥=70%∶30%,所有磷肥、鋅肥全部于整地時(shí)一次性施入。具體施肥量見表1。

表1 試驗(yàn)處理及其各肥料的施用量

1.3 樣品采集與分析方法

分別于水稻返青期、分蘗期、抽穗期、灌漿期和成熟期采取植株樣品,每小區(qū)選取有代表性的植株3穴(返青期30穴),并將灌漿期和成熟期的植株樣品分為莖葉和籽粒兩部分。將樣品于105 ℃下殺青30 min后,再在80 ℃下烘干至恒重；將烘干的樣品粉碎后,采用凱氏定氮法測(cè)定植株的全氮含量。在成熟期每個(gè)小區(qū)選取5穴水稻，對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素(有效穗數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率)進(jìn)行調(diào)查,并且各小區(qū)均收獲10 m2水稻進(jìn)行測(cè)產(chǎn),按14.5%水分折算產(chǎn)量。

1.4 相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算及數(shù)據(jù)分析

氮肥農(nóng)學(xué)利用率=(施氮肥處理的籽粒產(chǎn)量-不施氮肥處理的籽粒產(chǎn)量)/施氮量;

氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量;

氮肥利用率=(施氮肥區(qū)地上部總吸氮量-不施氮肥區(qū)地上部總吸氮量)/施氮量×100;

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量=抽穗期氮素累積量-成熟期營(yíng)養(yǎng)體氮素累積量;

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率=氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/抽穗期營(yíng)養(yǎng)體氮素累積量×100%;

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率=氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒氮素累積量×100%。

采用Microsoft Excel 2010軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖,采用SAS 9.0軟件進(jìn)行方差分析和差異多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

氮肥是影響水稻產(chǎn)量構(gòu)成的主要因素。表2表明,與不施氮肥(CK)相比,施用氮肥可顯著地提高水稻的產(chǎn)量、有效穗數(shù)和穗粒數(shù),且水稻產(chǎn)量在年際和處理間的差異均達(dá)到了顯著水平,水稻產(chǎn)量的年際和處理的交互作用也達(dá)到了顯著水平,這表明產(chǎn)量的變異主要是由年際和施氮處理間的差異造成的。CK的結(jié)實(shí)率顯著高于施氮各處理,這可能是由于不施氮肥造成了有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的減少。推薦施肥各處理的有效穗數(shù)均高于常規(guī)施肥處理(FP)。與FP處理相比,OPT+Zn處理顯著地增加了水稻產(chǎn)量,2018年和2019年的增產(chǎn)率分別為8.6%和6.7%,達(dá)顯著水平；OPT處理的水稻產(chǎn)量次之。可見,在較常規(guī)施肥減少氮肥用量20%的基礎(chǔ)上適當(dāng)增施鋅肥不僅節(jié)省了投入成本,還顯著地增加了水稻產(chǎn)量。

表2 不同施肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

變異來源差異顯著性產(chǎn)量有效穗數(shù)穗粒數(shù)結(jié)實(shí)率千粒重施氮方式??????NS年際??NSNSNS?施氮方式×年際??????

2.2 不同施肥處理對(duì)水稻氮肥利用效率的影響

從表3可以看出,OPT和OPT+Zn處理的水稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥利用率均顯著高于FP處理的(P<0.05),其中以O(shè)PT+Zn處理的提高幅度最顯著。2018年和2019年OPT+Zn處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率分別較FP處理提高了8.7 kg/kg (87.9%)和6.7 kg/kg (56.8%),氮肥偏生產(chǎn)力較FP處理分別提高了14.9 kg/kg (35.8%)和14.6 kg/kg (33.5%),氮肥利用率較FP處理分別提高了13.2和11.5個(gè)百分點(diǎn)。可見,減氮增鋅可以顯著地提高氮肥的利用效率。

表3 不同施肥處理對(duì)氮肥利用效率的影響

2.3 不同施肥處理對(duì)水稻氮素累積的影響

隨著水稻生育時(shí)期的推移,水稻氮素積累量逐漸增加。圖1結(jié)果表明,施肥各處理水稻的氮素積累量顯著高于不施氮肥對(duì)照(CK)。從分蘗期至抽穗期氮素的積累量呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì),隨后緩慢上升,直至成熟期；在年際間各生育期的氮素積累量差異不顯著。2年結(jié)果表明,各生育時(shí)期OPT+Zn處理的氮素積累量趨勢(shì)一致,均呈現(xiàn)出最高值,其中在成熟期的氮素積累量為174.6 kg/hm2,較FP處理增加了4.3%；其次為OPT處理。說明在推薦施氮量的基礎(chǔ)上適量增施鋅肥能夠促進(jìn)水稻對(duì)氮素的吸收與轉(zhuǎn)化,有利于籽粒的形成。

圖1 不同施肥處理水稻各生育期氮素積累的動(dòng)態(tài)變化

2.4 不同施肥處理對(duì)水稻營(yíng)養(yǎng)器官養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)效率是營(yíng)養(yǎng)體養(yǎng)分向籽粒轉(zhuǎn)移量的重要指標(biāo)。表4結(jié)果表明,施氮各處理水稻的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率均顯著高于不施氮肥對(duì)照，其中2018年OPT+Zn處理的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及其對(duì)籽粒氮的貢獻(xiàn)率均最高,分別較FP處理提高了20.9%和13.5個(gè)百分點(diǎn),差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)；其次為OPT處理,但與FP處理間的差異不顯著?？梢?減氮增鋅可以促進(jìn)氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移,起到增加水稻產(chǎn)量的作用。

表4 不同施氮處理水稻植株的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)特征

2.5 不同施肥處理對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮含量的影響

由圖2可知,在水稻收獲期,稻田土壤無(wú)機(jī)氮含量因不同施肥方式而存在差異,各處理均以60～90 cm土層土壤的無(wú)機(jī)氮含量最低,以0～30 cm土層的含量最高,其中OPT和OPT+Zn處理土壤的無(wú)機(jī)氮含量均較FP處理有所降低,在2018、2019年,0～30 cm土層土壤的無(wú)機(jī)氮含量分別降低了16.3%、19.8%和8.1%、18.2%;30～60 cm土層土壤的無(wú)機(jī)氮含量分別降低了11.9%、28.2%和9.4%、28.6%;60～90 cm土層土壤的無(wú)機(jī)氮含量分別降低了12.5%、24.8%和20.5%、35.4%。OPT+Zn處理各土層土壤的無(wú)機(jī)氮含量均為最低,說明降低氮肥用量并適量配施鋅肥可以促進(jìn)水稻對(duì)土壤氮素的吸收利用,減少無(wú)機(jī)氮向土壤下層的淋溶遷移,有利于控制農(nóng)業(yè)的面源污染。

圖2 不同施肥處理稻田土壤無(wú)機(jī)氮含量的動(dòng)態(tài)變化

3 小結(jié)

氮是影響水稻產(chǎn)量的主要養(yǎng)分限制因子,鋅也是潛在的養(yǎng)分限制因子[14-17]。因此,在鋅有效含量較低的土壤上合理地增施鋅肥可以促進(jìn)水稻對(duì)氮、磷等大量元素的吸收利用,有效地增加水稻產(chǎn)量。王曉波[18-20]等研究發(fā)現(xiàn),鋅對(duì)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育起著至關(guān)重要的作用,它與氮磷配施可以增強(qiáng)水稻的光合作用,增加株高、單株分蘗數(shù)和葉片數(shù),顯著地提高水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗(yàn)結(jié)果表明：推薦施肥各處理水稻的有效穗數(shù)均高于常規(guī)施肥(FP)處理；水稻產(chǎn)量在年際和處理間的差異均達(dá)到了顯著水平；與FP相比,OPT+Zn處理顯著增加了水稻產(chǎn)量(平均增產(chǎn)7.7%),氮肥農(nóng)學(xué)利用率提高72.4%,氮肥偏生產(chǎn)力提高34.7%,氮肥利用率提高12.4個(gè)百分點(diǎn)；與常規(guī)施肥相比,在推薦施氮量的基礎(chǔ)上適量地增施鋅肥增加了水稻的氮素積累量,促進(jìn)了水稻對(duì)氮素的吸收與轉(zhuǎn)化,有利于水稻籽粒的形成。

土壤養(yǎng)分含量是評(píng)價(jià)土壤供肥能力的主要指標(biāo),其在很大程度上決定著作物對(duì)養(yǎng)分的吸收情況以及作物的產(chǎn)量和品質(zhì),但過量施用某種養(yǎng)分也會(huì)引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化等農(nóng)業(yè)面源污染,從而給生態(tài)環(huán)境帶來安全隱患[21-23],因此更應(yīng)該關(guān)注肥料養(yǎng)分在土壤中的殘留。本研究結(jié)果顯示,氮肥與鋅肥合理配施能有效降低0～90 cm土壤無(wú)機(jī)氮的含量,相較于常規(guī)施氮,0～30 cm、30～60 cm、60～90 cm土層土壤的無(wú)機(jī)氮含量分別降低了28.2%、28.6%和35.4%,大大降低了無(wú)機(jī)氮向下層淋溶的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述,在本試驗(yàn)條件下,在較常規(guī)施肥減少氮肥用量20%的基礎(chǔ)上適量地配施鋅肥,不僅可以增加水稻產(chǎn)量，提高氮肥利用效率,還可以增強(qiáng)水稻的氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)效率,減輕水稻收獲后的土壤氮?dú)埩粑廴尽?/p>