王瑜 趙慶雷 信彩云 陳博聰 劉奇華 陳靖雨

(山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院濕地農(nóng)業(yè)與生態(tài)研究所/山東省水稻工程技術(shù)研究中心，山東 濟南 250100)

化肥養(yǎng)分投入對糧食增產(chǎn)起到了重要作用，尤其是氮肥的使用。在水稻的實際生產(chǎn)中，農(nóng)民習(xí)慣加大肥料的投入得到更高的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，造成了肥料資源投入大、利用率低和增產(chǎn)遲緩等問題。我國稻田單季氮肥用量平均已經(jīng)達到180kg·hm-2以上，平均吸收利用率僅33%左右，為發(fā)達國家的50%左右[1]。粗放管理加上不合理施用氮肥，導(dǎo)致植株群體不合理，營養(yǎng)生長過盛，更易發(fā)生倒伏，病蟲害加重，嚴(yán)重影響產(chǎn)量和品質(zhì)進一步提升[2]。

進行氮肥優(yōu)化管理，提高氮素養(yǎng)分流動和循環(huán)控制，可兼顧作物產(chǎn)量、品質(zhì)和資源利用效率，是實現(xiàn)水稻產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的重要途徑。但過量減少肥料養(yǎng)分供應(yīng)不足，會顯著降低水稻產(chǎn)量，影響氮素吸收利用效率[3,4]。長期定位監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，氮肥過量或不足，水稻產(chǎn)量均存在下降的風(fēng)險[5]。前人研究表明，水稻產(chǎn)量與施氮量關(guān)系表現(xiàn)為開口向下的拋物線，即隨著施氮量增加水稻產(chǎn)量呈先上升后下降的趨勢[6]。水稻施氮量定位試驗的結(jié)果表明，氮肥施用量減少25%的處理產(chǎn)量可以持平常規(guī)施氮量處理，說明氮肥具有較大的減量空間[7]。

因此，本研究主要通過開展氮肥減施對麥茬機插水稻產(chǎn)量和氮肥利用的研究，以明確氮肥合理減施范圍，為麥茬機插水稻生產(chǎn)科學(xué)減肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在山東省水稻研究所濟寧試驗站連續(xù)2a進行。試驗地0～20cm土壤養(yǎng)分情況：全氮2.44g·kg-1、堿解氮145.95mg·kg-1、速效磷46.92mg·kg-1、速效鉀270mg·kg-1。

氮肥、磷肥和鉀肥分別為尿素(含N46%)、過磷酸鈣(含P2O514%)和氯化鉀(含K2O60%)。

1.2 試驗設(shè)計

設(shè)置N0、N1、N2和N3共4個氮肥處理氮肥用量分別為0kg·hm-2、180kg·hm-2、210kg·hm-2、300kg·hm-2，氮肥追肥比例為2∶1∶1，分別在分蘗期、孕穗期追肥。磷肥P2O560kg·hm-2和鉀肥K2O 165kg·hm-2，作為基肥施入。

供試水稻品種為“津稻263”和“圣稻19”。

采用機插秧，行株距為25cm×16cm。每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為24m2(4m×6m)。病蟲害防治、田間除草和水管理等遵循試驗基地常用的栽培管理方法。

1.3 測定項目與方法

產(chǎn)量及其構(gòu)成因素：成熟期水稻各小區(qū)隨機選擇30穴，測定植株的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重等。取3m2樣方測定水稻實際產(chǎn)量。

1.4 肥料利用率計算方法

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg·kg-1)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-空白

區(qū)產(chǎn)量)/施氮量

氮肥偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量

氮肥偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/施

氮量

氮肥貢獻率(%)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-空白區(qū)籽粒

產(chǎn)量)/施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量×100

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)為2a的平均值，數(shù)據(jù)采用Excel、SPSS相關(guān)分析軟件進行。

2 結(jié)果分析

2.1 氮肥減施對麥茬機插水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響

單位面積的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)與千粒重是水稻產(chǎn)量構(gòu)成的三要素。減施氮肥顯著影響產(chǎn)量構(gòu)成，2個品種變化規(guī)律基本一致。單位面積有效穗數(shù)隨氮肥施用量增加而增加，穗粒數(shù)和千粒重變化規(guī)律是隨氮肥用量的增加而降低。如表1所示，不施氮處理(N0)有效穗數(shù)顯著低于施氮處理(N1～N3)；施氮處理間，隨著施氮量的增加，穗數(shù)顯著增加。穗粒數(shù)隨著施氮量的增加，先升高后降低；N0處理穗粒數(shù)最高，而N3處理為最低。不施氮處理(N0)千粒重顯著高于施氮處理(N1～N3)，施氮處理間差異不顯著。這可能是因為在氮素缺乏時，水稻主要進行生殖生長，促進主莖成穗；當(dāng)?shù)剡^量時，水稻主要進行營養(yǎng)生長，產(chǎn)生較多無效分蘗。

表1 不同氮肥用量對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

綜合各處理單位面積的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重，氮肥用量在N2～N3處理之間能夠獲得較高的籽粒產(chǎn)量。

2.2 氮肥減施對麥茬機插水稻產(chǎn)量的影響

氮肥施用顯著影響麥茬機插水稻產(chǎn)量，2個品種變化規(guī)律基本一致。圖1表明，隨氮肥用量的增加，施氮肥處理(N1～N3)水稻籽粒產(chǎn)量均比不施氮處理(N0)增加顯著，表明氮肥施用顯著增加水稻籽粒產(chǎn)量；隨著氮肥用量的增加，麥茬機插水稻產(chǎn)量變化規(guī)律是先增加后降低；當(dāng)?shù)视昧窟_300kg·hm-2(N3)時，其產(chǎn)量未得到進一步提高，顯著低于N2(210kg·hm-2)處理，因此在常規(guī)施氮量的基礎(chǔ)上減少30%以內(nèi)的使用量可保證穩(wěn)產(chǎn)。

從表2可知，施氮處理顯著提高麥茬機插水稻籽粒產(chǎn)量，較不施氮處理(N0)增產(chǎn)5.38%～20.0%。在施氮處理間，籽粒產(chǎn)量也存在差異，其中N2(210kg·hm-2)處理的產(chǎn)量顯著高于其他處理(N1、N3)，N3處理與N1處理差異不顯著。

圖1 氮肥施用量與水稻產(chǎn)量的關(guān)系

2.3 氮肥減施對麥茬機插水稻氮肥利用的影響

不同品種的氮肥增產(chǎn)率有差異，這與品種間的氮肥利用效率相關(guān)，但變化規(guī)律基本一致。由表2可知，水稻氮肥貢獻率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率變化趨勢呈現(xiàn)為下口的拋物線即先增加后降低；隨著氮肥施用量的增加，氮偏生產(chǎn)力顯著降低；當(dāng)?shù)视昧窟_300kg·hm-2(N3)時，其氮偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用率均顯著低于其他處理。說明過量施用氮肥降低了氮肥的利用效率，而且增加環(huán)境污染風(fēng)險。

綜合產(chǎn)量、氮肥利用效率表現(xiàn)，N2處理在穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)基礎(chǔ)上可顯著提高水稻氮肥利用率，降低氮肥環(huán)境損失。說明合理確定氮肥適宜施用量，有利于保障水稻產(chǎn)量，發(fā)揮資源有效利用。

表2 不同氮肥用量對水稻氮肥利用效率的影響

3 討論

在水稻生產(chǎn)中，要想得到較高的產(chǎn)量，必須建立合理的植株群體結(jié)構(gòu)。合理的氮肥管理措施能夠改善植株群體結(jié)構(gòu)，減少無效分蘗，增加有效穗，提高生育后期光合生產(chǎn)能力和物質(zhì)轉(zhuǎn)運效率，從而獲得較高產(chǎn)量[8]。在水稻的生產(chǎn)中，優(yōu)化氮肥運籌，合理的施用量和時期，復(fù)合植株對養(yǎng)分的需求規(guī)律，才能最大限度發(fā)揮氮肥的增產(chǎn)效應(yīng)[9]。

施氮水平對水稻產(chǎn)量構(gòu)成也有直接的調(diào)控作用，從而決定了產(chǎn)量的高低。朱勇勇等[10]研究表明，減氮會顯著減少水稻分蘗數(shù)，隨著減氮比例的提升分蘗數(shù)逐漸下降。王道中等[11]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)處理相比，減氮處理會顯著增加水稻結(jié)實率、每穗粒數(shù)和千粒重，從而維持與習(xí)慣施氮處理持平的產(chǎn)量。本研究表明氮肥減施后，有效穗數(shù)增加，而千粒重、穗粒數(shù)、結(jié)實率呈遞下降趨勢，合理的氮肥施用量能減緩結(jié)實率和千粒重的下降趨勢，以保證產(chǎn)量。這可能與植株源庫關(guān)系有關(guān)，合理減氮促進了葉源、根源和莖源質(zhì)量的同步改善，促進群體源庫質(zhì)量提升，通暢的轉(zhuǎn)運渠道，促進籽粒灌漿，從而提高產(chǎn)量形成[12]。本研究表明，氮肥可以顯著增加麥茬機插水稻的籽粒產(chǎn)量；但過量施用氮肥后，籽粒產(chǎn)量及部分產(chǎn)量構(gòu)成因子呈現(xiàn)下降的趨勢，從而降低了氮肥的增產(chǎn)效應(yīng)。

作物對氮肥的吸收利用能力主要通過氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率等指標(biāo)體現(xiàn)[13]。目前，我國水稻氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥吸收利用效率僅為30%～35%和10kg·kg-1[13,14]，遠遠達不到世界農(nóng)業(yè)發(fā)達國家水平，還有很大的提高空間。有研究表明，在合理范圍內(nèi)減施氮肥不但能提高氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥吸收利用率，同時可以提高產(chǎn)量[14]。有研究通過2005—2015年開展的3300個水稻田間試驗分析，證明了減氮14.7%～18.1%，不僅可以實現(xiàn)增產(chǎn)，而且可以顯著提高氮素利用率。也有研究認(rèn)為，應(yīng)該在232～257kg·hm-2基礎(chǔ)上削減施氮量以提高氮素利用率[15]。本研究表明在常規(guī)施氮量(300kg·hm-2)基礎(chǔ)上減氮30%，氮素偏生產(chǎn)力、氮素農(nóng)學(xué)利用率均顯著提高，與前人結(jié)論一致，這主要是由于施氮量過多會造成水稻營養(yǎng)吸收過剩會造成大量無效分蘗形成，并引發(fā)稻田氮素失衡、氮素嚴(yán)重流失等問題。

綜上，氮肥用量在180～210kg·hm-2范圍內(nèi)能夠獲得較高的產(chǎn)量；以210kg·hm-2為界限，過量施用氮肥會降低氮肥的增產(chǎn)效應(yīng)，當(dāng)?shù)视昧窟_300kg·hm-2時，其氮肥利用顯著低于其他處理，不僅無益于產(chǎn)量的提高，而且會造成生態(tài)污染。綜合考慮籽粒產(chǎn)量、氮肥效率，210kg·hm-2施氮水平為試驗條件下的最佳氮肥施用量，保證水稻的籽粒產(chǎn)量下顯著提高氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率。