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        控釋肥對水稻性狀、產(chǎn)量的影響與最佳施用量研究

        2024-01-13 07:34:50解艷玲馬玲芳羅園園夏學(xué)智馬文禮謝靜波
        農(nóng)業(yè)科學(xué)研究 2023年4期
        關(guān)鍵詞:枝梗施用量分蘗

        解艷玲, 張 騫, 馬玲芳, 羅園園, 陳 萍,夏學(xué)智, 馬文禮, 謝靜波

        (1.寧夏農(nóng)墾農(nóng)林牧技術(shù)推廣服務(wù)中心,寧夏 銀川 750002; 2.寧夏農(nóng)墾靈武農(nóng)場有限公司,寧夏 靈武 751402)

        水稻是我國主要的糧食作物,2019 年的種植面積達(dá)到3 021.32 萬hm2,占糧食種植面積的27%。我國約有65%的人口以稻米為主食,稻米在糧食消費(fèi)中處于主導(dǎo)地位[1]。施肥能有效提高水稻的產(chǎn)量及品質(zhì)[2],合理施用化肥對水稻增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率可達(dá)40%~60%[3]。但隨著化肥施用量的增加,肥料利用率逐漸降低,且過量施肥易造成地下水污染、水體富營養(yǎng)化和溫室氣體排放等問題,嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境和人類健康。保障糧食安全的同時減少因施肥造成的生態(tài)環(huán)境污染已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

        控釋肥以現(xiàn)代植物營養(yǎng)理論和控釋技術(shù)為基礎(chǔ),是一種能夠控制養(yǎng)分釋放,供應(yīng)作物全生育期營養(yǎng)需求的肥料[4]??蒯尫适蔷忈尫蔬M(jìn)一步發(fā)展的研究成果,其作用原理是在性質(zhì)不穩(wěn)定的傳統(tǒng)顆粒化肥中添加分解抑制劑或外包薄膜材料,以達(dá)到減少養(yǎng)分損失,同時能夠精準(zhǔn)釋放養(yǎng)分滿足作物生長發(fā)育需要的目的。它的優(yōu)點(diǎn)是肥效期長、釋放穩(wěn)定,可以有效減少施肥量和施肥次數(shù),降低因過量施肥造成的環(huán)境污染[2],并且可以提高土壤肥力,促進(jìn)作物對養(yǎng)分的吸收,從而提高產(chǎn)量[5]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的用工成本也不斷攀升,建立規(guī)?;?、機(jī)械化的高效施肥模式是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢[3]。

        目前,我國關(guān)于水稻控釋肥的報道大多是水稻控釋肥如何提高產(chǎn)量的試驗,而對控釋肥對產(chǎn)量構(gòu)成因子影響的研究較少。本試驗研究水稻專用控釋肥的最佳施用量以及控釋肥對產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響,以期篩選銀川平原水稻專用控釋肥的最佳施肥量,為水稻綠色高效生產(chǎn)提供試驗依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗地基本情況

        試驗于2021 年在寧夏農(nóng)墾靈武農(nóng)場有限公司一分公司1 號地(38°7′25″N,106°16′32″E)進(jìn)行。試驗地地處銀川平原河?xùn)|灌區(qū),平均海拔1 100 m,屬于典型的溫帶大陸性氣候,全年日照充足,干旱少雨,降水集中,年平均日照時間 2 800~3 000 h,年平均氣溫為8.5 ℃,年平均降水量約 200 mm,無霜期約158 d。試驗地地勢平坦,排灌通暢,適宜水稻種植,前茬作物為苜蓿。試驗前0~20 cm土壤pH=8.14、w(全鹽)=1.58 g/kg、w(有機(jī)質(zhì))=14.37 g/kg、w(全氮)=0.88 g/kg、w(堿解氮)=78.49 mg/kg、w(有效磷)=33.49 mg/kg、w(速效鉀)=149.86 mg/kg,土壤全氮處于中等水平,堿解氮偏高。供試土壤為灌淤土,土質(zhì)為沙壤,灌排方便,鹽堿程度輕,采取漫灌方式。

        1.2 試驗設(shè)計

        供試水稻品種:寧粳43。供試肥料:水稻專用控釋肥(32-13-6),由寧夏榮和綠色科技有限公司生產(chǎn),控氮比24%,肥料w(養(yǎng)分)=51%,常規(guī)施用尿素(wN=46%)、重過磷酸鈣(wP2O5=46%)、硫酸鉀(wK2O=52%)。試驗設(shè)5個處理:CK為常規(guī)測土配方施肥,N、P2O5、K2O施用量分別為16.1、7.1、3.0 kg/667 m2;K1為控釋肥,用量為35 kg/667 m2;K2 為控釋肥,用量為40 kg/667 m2;K3 為控釋肥,用量45 kg/667 m2;K4為控釋肥,用量50 kg/667m2。各處理施肥情況見表1、表2。隨機(jī)區(qū)組排列,小區(qū)面積172 m2,小區(qū)間筑埂覆膜防滲,獨(dú)立灌排。將水稻專用控釋肥(32-13-6)作為基肥一次性施入;CK 的磷、鉀肥全部基施,氮肥基施40%,追施60%,追肥分別在斷乳期(10%)、分蘗期(25%)、有效分蘗終止期(15%)、孕穗期(10%)施入。水稻為播后上水,4 月30 日劃分小區(qū)并打隔離埂作水渠,5月7日施肥、播種,5月10日初灌上水,10 月1 日收獲。成熟期每個小區(qū)取3 m的水稻植株進(jìn)行考種,小區(qū)單打單收測定產(chǎn)量。各處理除施肥外,其他農(nóng)事操作相同。

        表1 各處理純養(yǎng)分施用量kg/667 m2

        表2 各處理施肥量及時間 kg/667 m2

        1.3 測定項目與方法

        1)土壤基本理化性狀的測定方法。土壤pH 采用電位法,土壤水溶性鹽分總量采用電導(dǎo)泥漿法,土壤有機(jī)質(zhì)采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化容量法,土壤全氮采用凱氏蒸餾法,土壤水解性氮采用堿解擴(kuò)散法,土壤有效磷采用碳酸氫鈉提取鉬銻抗比色法,土壤速效鉀采用乙酸銨浸提火焰光度計或原子吸收分光光度計法[6]。

        農(nóng)藝指標(biāo)的測定方法。從返青后到分蘗前,每個處理選擇有代表性的3 個點(diǎn)作為3 次重復(fù),每個點(diǎn)測定1 m2稻苗數(shù)量,從分蘗開始,每2周測定1次。返青后每月測定1次株高。

        產(chǎn)量的測定方法。成熟收獲前,每小區(qū)隨機(jī)選取3 行各1 m 植株,從地面處刈割、扎捆、取回。每處理隨機(jī)取30 株統(tǒng)計株高(cm)、穗長(cm)、枝梗數(shù)、飽粒數(shù)、秕粒數(shù)、結(jié)實(shí)率(%)、穗數(shù)(萬/667 m2)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量(g)、理論產(chǎn)量等農(nóng)藝指標(biāo)。

        1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

        利用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和制表、制圖,采用DPS-Duncan’s 法進(jìn)行統(tǒng)計和差異顯著性分析,利用SPSS 22.0進(jìn)行主成分及相關(guān)性分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響

        由表3 可知,除K4 處理外,其他控釋肥處理的水稻產(chǎn)量均高于CK,水稻增產(chǎn)幅度為0.82%~6.58%,其中K2 處理的水稻產(chǎn)量最高,增產(chǎn)幅度為6.58%。可見,在該地塊地力水平下,控釋肥用量為35~50 kg/667 m2,適當(dāng)減少控釋肥用量對水稻產(chǎn)量的影響比較明顯(P<0.01),更有利于水稻產(chǎn)量增長。

        表3 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響

        2.2 不同處理對水稻分蘗消長變化的影響

        由圖1 可知,水稻在6 月4 日進(jìn)入分蘗期,K2、CK、K4 處理分蘗較快且分蘗數(shù)量較多,K1、K3 處理的分蘗數(shù)量較少。CK 的分蘗高峰期出現(xiàn)在6 月28日前后,K2處理的分蘗高峰期出現(xiàn)在7月5日前后,這與蔡玉金等[11]的研究結(jié)果不相符。緩/控釋肥料養(yǎng)分釋放緩慢、均衡,水稻分蘗期植株得到的營養(yǎng)較少,特別是氮素營養(yǎng)相對較少,因此分蘗延緩[7]。

        圖1 不同處理水稻分蘗消長變化

        2.3 最佳施肥量分析

        將不同施肥水平與水稻產(chǎn)量進(jìn)行回歸擬合得出一元二次方程:y=-0.863 4x2+70.819x-669.16,R2=0.932 9,x為控釋肥施肥水平,y為產(chǎn)量(kg/667 m2),求極值x=41.0 kg,產(chǎn)量達(dá)到最大值y=783.1 kg/667 m2(圖2)。

        圖2 最佳施肥量線性方程

        2.4 不同處理對水稻經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

        由表4 可知,施用控釋肥可以使水稻的株高、穗長、枝梗數(shù)、穗粒數(shù)、飽粒數(shù)增加,這與苗得雨等[8]在寒地水稻上施用榮和大三元高效控釋肥的試驗結(jié)果相符。收獲時,各處理株高均高于CK,其中K1、K2、K4 處理與CK 間的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05);K1—K4 處理的穗長平均值均大于CK,其中K3 處理的穗長平均值最大,K3、K4 處理與CK 的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05);各處理間枝梗數(shù)的差異均不顯著(P<0.05);K1—K4 處理的飽粒數(shù)均多于CK,平均每穗比CK 多29.1、5.3、5.8、11.4 粒,K1和CK 的差異顯著(P<0.05),K2、K3、K4 與CK 的差異不顯著(P>0.05);K2 處理的空秕率最低,K4 的空秕率最高,K3、K4 與CK 的差異極顯著(P<0.01),CK 與K1、K2 的差異不顯著;千粒質(zhì)量以K2 處理最大,比CK 高0.42 g,且差異極顯著(P<0.01),其他處理均小于CK。

        表4 不同控釋肥用量對水稻經(jīng)濟(jì)性狀及構(gòu)產(chǎn)因子的影響

        2.5 各處理水稻農(nóng)藝指標(biāo)對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率

        水稻產(chǎn)量是多項農(nóng)藝指標(biāo)的綜合表現(xiàn),為了解各指標(biāo)對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率,對各指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,結(jié)果見表5。前3 個主成分解釋了全部方差的83.551%,說明提取的這3 個主成分能夠代表8 個產(chǎn)量構(gòu)產(chǎn)因子的83.551%,因此能夠以這3個主成分評價水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的貢獻(xiàn)率。

        表5 主成分分析結(jié)果

        由表6可知,第1主成分主要受株高(0.960)、穗粒數(shù)(0.959)、飽粒數(shù)(0.820)、枝梗數(shù)(0.809)、穗長(0.744)支配,全部為正相關(guān),說明這幾項對水稻產(chǎn)量有促進(jìn)作用。第2主成分主要受秕粒數(shù)(-0.759),667 m2穗數(shù)(0.668)支配,秕粒數(shù)與水稻產(chǎn)量為負(fù)相關(guān),667 m2穗數(shù)與水稻產(chǎn)量為正相關(guān),對產(chǎn)量有促進(jìn)作用。第3 主成分主要受千粒質(zhì)量(0.844)支配,為正相關(guān),對產(chǎn)量有促進(jìn)作用。

        表6 3個主成分的各特征向量、特征值、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率

        由表7 可知,主成分Y1得分較高的是667 m2穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗長、枝梗數(shù),主成分Y2得分較高的是667 m2穗數(shù)、穗粒數(shù)、飽粒數(shù)、株高。從綜合得分看,對水稻產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大的是667 m2穗數(shù),其次是穗粒數(shù),第3是枝梗數(shù),第4是穗長,這4個因子對水稻產(chǎn)量貢獻(xiàn)較大。

        表7 主成分得分和綜合得分

        2.6 不同處理對土壤養(yǎng)分質(zhì)量比的影響

        水稻收獲期土壤養(yǎng)分質(zhì)量比變化趨勢見圖3。不同處理的土壤養(yǎng)分質(zhì)量比變化較大。隨控釋肥使用量的增加土壤養(yǎng)分質(zhì)量比有所提高,各控釋肥處理的養(yǎng)分施用量均低于CK,而土壤養(yǎng)分質(zhì)量比均高于CK。

        圖3 土壤養(yǎng)分質(zhì)量比與施用量變化趨勢

        高水平氮素養(yǎng)分供應(yīng)是水稻增產(chǎn)的營養(yǎng)基礎(chǔ)。4 個處理土壤堿解氮質(zhì)量比分別比CK 高7.32%、9.76%、17.07%、24.39%,而4個處理的氮素投入量比CK 分別少30.44%、20.50%、10.56%、0.62%。這說明控釋肥在水稻生長期間提供了適宜的氮素營養(yǎng),保障了水稻的正常生長。據(jù)研究[3],控釋氮肥能促進(jìn)水稻生育中、后期葉片中硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶的活性,進(jìn)而促進(jìn)水稻孕穗后體內(nèi)氮素的吸收與同化,增加水稻的吸氮量,達(dá)到提高氮素利用效率的目的;同時,控釋氮肥還可以增強(qiáng)水稻生育后期葉片中蛋白水解酶的活性,促進(jìn)葉片中蛋白質(zhì)降解,有利于葉片中的氮素向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn),從而提高水稻氮肥農(nóng)學(xué)效率或生理效率。

        有效磷質(zhì)量比的變化與堿解氮的變化規(guī)律一致。各控釋肥處理的土壤有效磷質(zhì)量比較CK 分別高0.84%、2.69%、8.79%、11.44%,而磷肥施用量較CK 少35.92%、26.76%、17.60%、8.45%。水稻施用磷肥后,植株生長良好,分孽正常,提早成熟,產(chǎn)量提高[9]。研究表明,植株葉片細(xì)胞質(zhì)中的無機(jī)磷酸鹽通過葉綠體膜上的“磷酸運(yùn)轉(zhuǎn)器”控制光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)。

        鉀對增進(jìn)水稻代謝功能及增強(qiáng)水稻抗逆性十分重要,特別是在增施氮肥和磷肥時,施用鉀肥的作用更顯得重要。但隨著產(chǎn)量的不斷提高,水稻從土壤中所攝取的養(yǎng)分也隨之增加。在水稻種植過程中,往往只重視氮肥和磷肥的施用,而忽視了鉀肥的施用,以致大多數(shù)地區(qū)土壤中的鉀元素已不能滿足水稻高產(chǎn)的需求,成為水稻高產(chǎn)的限制因素。試驗中各處理的土壤速效鉀質(zhì)量比較CK 分別高6.77%、4.10%、8.83%、0.41%,而鉀肥施用量比CK 少30%、20%、10%、0??梢姡蒯尫誓軈f(xié)同提高土壤速效鉀含量,為水稻對鉀素的需求提供保障。

        不同控釋肥處理的土壤全鹽質(zhì)量比均小于CK,降幅達(dá)16.67%~75.00%,這與控釋肥對養(yǎng)分的有效控釋作用有關(guān),在一定階段使土壤離子含量相對較低,從而使離子導(dǎo)電率降低。何帥等[10]的研究表明,控釋尿素的氮素在初期養(yǎng)分釋放量較少,氮素養(yǎng)分濃度較低,不會超過水稻的耐鹽閾值。

        3 討論與結(jié)論

        3.1 討論

        控釋肥處理除了50 kg/667 m2的用量外,35、40、45 kg/667 m2用量的產(chǎn)量均高于常規(guī)測土配方施肥,增產(chǎn)率分別為0.82%、6.58%、2.34%,化肥總用量為56.2 kg/667 m2,節(jié)肥率分別為37.72%、28.83%、19.93%。這說明施用控釋肥不僅可以提高水稻產(chǎn)量,還可以減少化肥投入,這與前人的研究結(jié)果相符[9-12]。

        施肥水平與產(chǎn)量回歸擬合得出的一元二次方程表明,水稻控釋肥最佳施肥量為41.0 kg/667m2。陳天欽等[13]研究表明,與當(dāng)?shù)爻R?guī)分次施肥相比,一次性基施控釋肥40 kg/hm2即可滿足水稻本田期的營養(yǎng)需求。范大泳等[12]研究表明,早稻的控釋肥用量以42.4 kg/667 m2為宜。

        3.2 結(jié)論

        1)在本試驗條件下,控釋肥推薦用量為41.0 kg/667 m2,對應(yīng)產(chǎn)量為783.12 kg/667 m2,相比常規(guī)施用化肥增產(chǎn)40.46 kg/667 m2。

        2)施用控釋肥處理的水稻分蘗高峰期較常規(guī)施肥推遲7 d左右。

        3)水稻空秕率、穗粒數(shù)、株高、穗長與施肥量的相關(guān)性較大,且成正相關(guān),667 m2穗數(shù)、千粒質(zhì)量與施肥量的相關(guān)性較小。產(chǎn)量構(gòu)成因子中對水稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率大小依次為667 m2穗數(shù)、穗粒數(shù)、枝梗數(shù)、穗長。

        4)與常規(guī)施肥相比,不同控釋肥處理的氮素投入量少0.62%~30.44%,而土壤堿解氮質(zhì)量比提高7.32%~24.39%(成熟期);磷素投入量少8.45%~35.92%,而土壤有效磷質(zhì)量比提高0.84%~11.44%;鉀素投入量少0~30.0%,而土壤速效鉀質(zhì)量比提高0.41%~8.83%。施用控釋肥對土壤肥力的提高產(chǎn)生正效應(yīng)。

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