南四湖水稻化肥減施對(duì)產(chǎn)量及氮素吸收的影響

程　倩，諸葛玉平

(1.濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院　山東濟(jì)寧　272000； 2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院　山東泰安　271018)

水稻是人類重要的糧食來(lái)源之一，為確保糧食安全，各國(guó)都在不遺余力地提高水稻產(chǎn)量。除了對(duì)雜交水稻、轉(zhuǎn)基因水稻等技術(shù)研究外，提高水稻產(chǎn)量最直接的措施就是施用化肥及噴灑高效農(nóng)藥。不同水稻品種及水稻不同生長(zhǎng)階段對(duì)養(yǎng)分的需求是不同的，合理施肥既有利于提高水稻產(chǎn)量，又可減少肥料的浪費(fèi)和防止農(nóng)業(yè)的面源污染[1- 3]。

在水稻田系統(tǒng)中，氮磷鉀是影響水稻產(chǎn)量的主要因素之一。目前，氮肥的過(guò)量施用已成為我國(guó)水稻施肥的一大主要問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)水稻種植中氮肥的消費(fèi)量高達(dá)5 700 kt，位居世界第1位，占我國(guó)氮肥消費(fèi)總量的24%，占世界水稻氮肥消費(fèi)總量的37%[4]。我國(guó)單季水稻氮肥平均用量為180 kg/hm2(高產(chǎn)地區(qū)高達(dá)280 kg/hm2)，與世界稻田單位面積氮肥用量相比，高出了75%，而我國(guó)氮肥的吸收利用率和農(nóng)學(xué)利用率均低于世界平均水平[5]。氮肥投入的不合理已經(jīng)成為制約水稻生產(chǎn)的重要因素，不但導(dǎo)致氮肥利用率的大幅下降，而且未被作物吸收的過(guò)量氮素流入水體，造成水體環(huán)境惡化[6- 8]。因此，在高產(chǎn)的情況下促進(jìn)肥料高效利用成為研究熱點(diǎn)。

21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者從各個(gè)方面對(duì)水稻施肥開展了大量研究，如氮肥的品種研究(普通尿素與控釋尿素間的效應(yīng)研究、不同控釋尿素類型之間的效應(yīng)研究)、氮肥優(yōu)化施用量的研究、肥料施用方式的研究等，并取得了很多成效[9- 12]。研究表明，在紅壤地區(qū)，磷肥是限制水稻生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，而且鉀肥的缺失會(huì)造成土壤中鉀的失衡，故氮磷鉀肥的平衡施用才能保證雙季水稻的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。南四湖水稻施肥不僅氮肥投入量過(guò)多，而且磷肥和鉀肥投入量也高于經(jīng)驗(yàn)值，但水稻產(chǎn)量并沒(méi)有顯著提高；同時(shí)，高氮磷鉀肥的施用降低了肥料的利用率，加劇了農(nóng)業(yè)面源污染，故南四湖水稻施肥亟需優(yōu)化。

1　材料和方法

試驗(yàn)設(shè)在山東省魚臺(tái)縣古亭鎮(zhèn)雙韓村(北緯34°53′～35°10′，東經(jīng)116°23′～116°49′)，年降水量為697 mm，夏季降水最多，達(dá)410 mm，占全年降水量的58.9%，秋季降水量占年降水總量的20.5%，春冬季降水量占年降水總量的20.6%。因降水集中，容易內(nèi)澇。

1.1　供試材料

供試土壤：土壤類型為潮土(淡色潮濕雛形土)，質(zhì)地為重壤和黏土，其基本理化性狀如表1所示。

表1供試土壤基本理化性狀

土層深度/cm堿解氮/(mg·kg-1)有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)有效磷/(mg·kg-1)速效鉀/(mg·kg-1)pH土壤電導(dǎo)率/(μS·cm-1)容重/(g·cm-3)0～20135.8025.8325.83191.117.6398.331.4120～4078.1210.258.25148.727.2287.331.32

供試作物：水稻，品種為圣稻13。

供試肥料：普通尿素，w(N)為46%，山東華魯恒升化工股份有限公司；重鈣，w(P2O5)為44%，湖北宜都興發(fā)化工有限公司；氯化鉀，w(K2O)為60%，國(guó)投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司；控釋尿素(樹脂包膜尿素)，w(N)為42%，山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司。

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)7個(gè)施肥模式，具體施肥種類和施肥量如表2所示。

田間小區(qū)長(zhǎng)×寬=10 m×5 m，保護(hù)行長(zhǎng)×寬=2 m×5 m。

尿素分基肥、2次追肥3個(gè)施肥時(shí)期，其他肥料全部一次性基施。水稻于4月20日進(jìn)行插秧，10月13日收獲；水稻植株于7月7日(水稻秧苗期)、7月29日(水稻分蘗期)、8月19日(水稻拔節(jié)期)、9月16日(水稻抽穗期)和10月11日(水稻成熟期)進(jìn)行樣品采集。

1.3　測(cè)定項(xiàng)目和方法

干物質(zhì)積累：從返青開始，每隔20 d在小區(qū)取樣行取樣0.5 m，將植株置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘干至恒重，在電子天平上稱干重。

表2施肥模式

代號(hào)施肥模式施肥量/(kg·hm-2)氮(N)磷(P2O5)鉀(K2O)有機(jī)肥(豬糞)T1CK0.00.00T2FP345.0(尿素)172.3135T3OPT234.5(尿素)96.445T4OPT-PK96.445T5CRN+OPT-PK234.5(控釋尿素)96.445T680%CRN+OPT-PK187.5(控釋尿素)96.445T780%CRN+OPT-PK+M187.5(尿素)80.73630 000

注：1)CK為對(duì)照(不施肥)，F(xiàn)P為習(xí)慣施肥，OPT為推薦施肥，OPT- PK為推薦磷鉀處理，CRN+OPT- PK為控氮+推薦磷鉀處理，80%CRN+OPT- PK為控減氮+推薦磷鉀處理，80%CRN+OPT- PK+M為控減氮+推薦磷鉀+有機(jī)肥處理

產(chǎn)量：選取3個(gè)1 m×1 m樣方，測(cè)定樣方產(chǎn)量，換算為單位面積產(chǎn)量。

植株全氮含量：采用H2SO4- H2O2消煮，凱氏定氮法測(cè)定

1.4　統(tǒng)計(jì)分析

田間調(diào)查和室內(nèi)測(cè)定數(shù)據(jù)采用Excel和SAS程序軟件(SAS Institute，1999)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果和分析

2.1　不同施肥模式對(duì)水稻各生育期地上部干重的影響

水稻地上部干重反映了水稻在一個(gè)時(shí)期內(nèi)的長(zhǎng)勢(shì)，能夠指示水稻的健壯程度，故監(jiān)測(cè)水稻地上部干重對(duì)了解施肥效果具有重要意義。不同施肥模式對(duì)水稻各生育期地上部干重的影響見圖1。

圖1　不同施肥模式對(duì)水稻各生育期地上部干重的影響

在返青期，除FP模式外，其他各施肥模式的水稻地上部干重均高于CK模式4.52%～13.53%，其中CRN+OPT- PK模式的水稻地上部干重最大，比其他施肥模式高4.30%～8.60%，OPT次之，而有機(jī)肥施用并沒(méi)有顯著提高返青期水稻地上部干重。

在分蘗期，除OPT- PK模式的水稻地上部干重與CK模式無(wú)差異外，其他各施肥模式的水稻地上部干重均高于CK模式32.47%～58.66%，即不施氮肥會(huì)減緩水稻的生長(zhǎng)，施肥促進(jìn)水稻生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)較返青期更加明顯。與FP模式相比，減少氮磷鉀肥的施用并不影響水稻的生長(zhǎng)；與OPT模式相比，CRN+OPT- PK和80%CRN+OPT- PK模式的水稻地上部干重均較高，即控釋尿素較普通尿素更符合水稻的生長(zhǎng)需求?？蒯屇蛩厝渴┯玫乃镜厣喜扛芍厣愿哂?0%控釋尿素施用，而增施有機(jī)肥可彌補(bǔ)控釋尿素減量的劣勢(shì)，達(dá)到與控釋尿素全量的效果。

在孕穗期，除OPT- PK模式的水稻地上部干重與CK模式無(wú)差異外，其他各施肥模式的水稻地上部干重均高于CK模式32.47%～43.05%，不施氮肥減緩水稻生長(zhǎng)趨勢(shì)的弊端繼續(xù)凸顯。在此時(shí)期，F(xiàn)P模式與OPT模式間水稻地上部干重?zé)o顯著差異，即降低肥料的投入量對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響較??；與OPT模式相比，80%CRN+OPT- PK模式的水稻地上部干重較高，CRN+OPT- PK模式和80%CRN+OPT- PK+M模式的水稻地上部干重稍有所降低。由此可見，80%控釋尿素配合推薦使用的磷鉀量可取得較好的肥料效應(yīng)。

在抽穗期，除OPT- PK模式的水稻地上部干重與CK模式無(wú)差異外，其他各施肥模式的水稻地上部干重均高于CK模式14.25%～53.64%，表明施肥能夠明顯促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，且氮肥對(duì)水稻生長(zhǎng)的貢獻(xiàn)較大。與FP模式相比，減少氮磷鉀肥的施用量降低了水稻抽穗期地上部干重，而CRN+OPT- PK模式和80%CRN+OPT- PK模式均能提高水稻地上部干重，而增施有機(jī)肥對(duì)水稻地上部干重的影響較小。

2.2　不同施肥模式減施對(duì)水稻成熟期生物量的影響

成熟期作物生物量是表征不同施肥模式肥力效果的重要指標(biāo)，不同施肥模式對(duì)水稻成熟期生物量的影響如圖2所示。

圖2　不同施肥模式對(duì)水稻成熟期生物量的影響

與CK模式相比，各施肥模式的水稻成熟期生物量提高7.09%～84.40%，其中FP與OPT模式的水稻成熟期生物量無(wú)差異，表明盲目采用高氮磷鉀施肥并未提高水稻的生物量，而根據(jù)水稻的需肥規(guī)律減少肥料投入量能夠在保證獲得較高水稻生物量的同時(shí)降低了肥料投入成本，并且降低了污染風(fēng)險(xiǎn)。OPT與OPT- PK模式相比，不施氮肥降低了水稻成熟期的生物量，降幅達(dá)37.08%，表明氮素是水稻正常生長(zhǎng)的關(guān)鍵因子。CRN+OPT- PK模式與80%CRN+OPT- PK模式的水稻成熟期生物量分別比OPT模式提高8.33%和5.42%，說(shuō)明控釋尿素比普通尿素更有利于提高水稻的生物量。而100%CRN與80%CRN之間的水稻成熟期生物量差異較小，即減少20%控釋尿素施用量也能滿足水稻對(duì)氮素的需求，從降低肥料投入成本和預(yù)防氮素污染的角度考慮，應(yīng)選擇控釋尿素減量下的推薦磷鉀施肥模式。OPT與80%CRN+OPT- PK+M模式相比，水稻生物量無(wú)顯著差異，表明減少化肥用量的情況下增施有機(jī)肥具有一定的效果。

由此可見，控釋尿素配合推薦磷鉀處理能顯著提高水稻成熟期生物量，并且控釋尿素減少20%施用量是產(chǎn)出與投入比最優(yōu)的施肥模式。

2.3　不同施肥模式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

作物產(chǎn)量是衡量不同施肥模式優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一，不同施肥模式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響如圖3所示。

圖3　不同施肥模式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

與CK處理相比，各施肥模式的水稻產(chǎn)量提高9.25%～72.32%，其中FP與OPT模式的水稻產(chǎn)量無(wú)差異，表明高氮磷鉀施肥不但沒(méi)有達(dá)到增產(chǎn)的效果，反而存在加劇肥料污染的風(fēng)險(xiǎn)。OPT與OPT- PK模式相比，不施氮肥造成水稻減產(chǎn)31.06%，表明氮素對(duì)水稻不可或缺，故水稻種植可降低氮肥施用量，但不能零施用。與OPT模式相比，CRN+OPT- PK模式與80%CRN+OPT- PK模式的水稻產(chǎn)量分別提高8.75%和8.70%，說(shuō)明控釋尿素比普通尿素更適合水稻的種植，有利于提高水稻的產(chǎn)量，這是由于控釋尿素的氮素控制釋放更符合水稻的需肥規(guī)律，滿足水稻各生育期對(duì)養(yǎng)分的需求。而100%CRN與80%CRN模式的水稻產(chǎn)量無(wú)差異，從降低肥料投入成本和預(yù)防氮素污染的角度考慮，應(yīng)選擇控釋尿素減量下的推薦磷鉀施肥模式。OPT與80%CRN+OPT- PK+M模式相比，水稻產(chǎn)量無(wú)顯著差異，減少化肥用量的情況下增施有機(jī)肥能起到一定的增產(chǎn)效果，但與控釋肥的施用相比，增施有機(jī)肥的產(chǎn)量效應(yīng)優(yōu)勢(shì)不明顯。

從水稻產(chǎn)量、產(chǎn)出與投入比、防治氮素污染等方面綜合效果分析來(lái)看，80%CRN+OPT- PK是最佳的施肥模式。

2.4　不同施肥模式對(duì)水稻植株和籽粒中氮素含量的影響

2.4.1不同施肥模式對(duì)水稻不同生育期植株含氮量的影響

如圖4所示，水稻植株含氮量隨水稻生育期的推進(jìn)大致呈逐漸降低的趨勢(shì)，在水稻成熟期氮素大都向籽粒積聚，致使植株氮素含量較低。

圖4　水稻不同生育期植株含氮量

在返青期，除OPT- PK模式與CK模式的水稻植株含氮量無(wú)差異外，其他各施肥模式的水稻植株含氮量高于CK模式25.43%～58.77%，說(shuō)明氮肥的施用有助于提高水稻植株吸氮量。在氮肥投入的情況下，水稻返青期植株中的氮素含量由高到低依次為FP模式、CRN+OPT- PK模式、80%CRN+OPT- PK+M模式、80%CRN+OPT- PK模式和OPT模式。高氮磷鉀施肥模式在水稻返青期顯著提高了植株氮素含量，等施氮量下控釋尿素較普通尿素更符合水稻返青期對(duì)氮素吸收的要求。此外，增施有機(jī)肥在降低氮肥投入的情況下能提高水稻植株的氮素累積。

在分蘗期，除OPT- PK模式與CK模式的水稻植株含氮量無(wú)差異外，其他各施肥模式的水稻植株含氮量比CK模式高25.27%～45.75%。在氮肥投入的情況下，水稻分蘗期植株的氮素含量由高到低依次為CRN+OPT- PK模式、FP模式、OPT模式、80%CRN+OPT- PK模式和80%CRN+OPT- PK+M模式?？蒯屇蛩氐姆柿闲?yīng)不僅優(yōu)于同等氮肥水平下的普通尿素，還優(yōu)于高量普通尿素和磷鉀同時(shí)投入的效果，表明控釋尿素更符合水稻分蘗期對(duì)氮素吸收的要求，而減氮下增施有機(jī)肥在此時(shí)期的肥料效應(yīng)不明顯。

在孕穗期，F(xiàn)P模式、OPT- PK模式以及80%CRN+OPT- PK+M模式的植株含氮量低于CK模式2.30%～22.53%，普通尿素不能滿足水稻對(duì)氮素的需求，會(huì)制約水稻的高產(chǎn)。在氮肥投入的情況下，水稻孕穗期植株氮素含量由高到低依次為80%CRN+OPT- PK模式、OPT模式、CRN+OPT- PK模式、FP模式和80%CRN+OPT- PK+M模式。減少控釋尿素投入反而增加了水稻孕穗期植株的氮素累積量，減少尿素而增施有機(jī)肥的肥料效應(yīng)不明顯。

在抽穗期，各施肥模式的水稻植株含氮量高于CK模式16.33%～72.29%。在氮肥投入的情況下，水稻抽穗期植株氮素含量由高到低依次為FP模式、CRN+OPT- PK模式、80%CRN+OPT- PK模式、80%CRN+OPT- PK+M模式和OPT模式。高量普通尿素和磷鉀肥的投入造成了水稻的旺長(zhǎng)，不利于氮素向籽粒的遷移與累積。在推薦施肥模式下，控釋尿素的肥料效應(yīng)不僅優(yōu)于同等氮肥水平下的普通尿素，且減少控釋尿素的投入對(duì)水稻植株氮素含量影響不大，增施有機(jī)肥能夠彌補(bǔ)普通尿素減量的劣勢(shì)。

綜上所述，高氮肥施用量?jī)H在返青期提高了水稻植株含氮量；在水稻整個(gè)生育期中，從水稻植株含氮量層面上看，控釋尿素的肥料效應(yīng)優(yōu)于同等氮肥水平下的普通尿素，且降低控釋尿素用量并不影響水稻植株的氮素累積；在降低氮肥施用量的情況下，增施有機(jī)肥在水稻生育期后期可達(dá)到氮肥全量時(shí)的效果。

2.4.2不同施肥模式對(duì)水稻籽粒吸氮量的影響

不同施肥模式對(duì)水稻籽粒吸氮量影響差異顯著(圖5)。與CK模式相比，各施肥模式的水稻籽粒吸氮量提高3.61%～89.61%，其中FP與OPT模式的水稻籽粒吸氮量無(wú)差異，表明高氮施肥并沒(méi)有顯著增加水稻籽粒的吸氮量。與OPT模式相比，OPT- PK模式的水稻籽粒吸氮量降低35.79%，即施氮肥是提高水稻籽粒吸氮量的基礎(chǔ)與保障，水稻種植可降低氮肥施用量但不能零施用。

圖5　不同施肥模式對(duì)水稻籽粒吸氮量的影響

與OPT模式相比，CRN+OPT- PK模式與80%CRN+OPT- PK模式的水稻籽粒吸氮量分別提高16.12%和15.54%，控釋尿素比普通尿素有利于氮素在籽粒中的累積，表明控釋尿素更能滿足水稻的需氮要求，促進(jìn)氮素向籽粒中遷移。而100%CRN模式與80%CRN模式的水稻籽粒吸氮量無(wú)差異，從降低肥料投入成本和預(yù)防氮素污染的角度考慮，應(yīng)選擇控釋尿素減量下的推薦磷鉀施肥模式。OPT與80%CRN+OPT- PK+M模式相比，水稻籽粒吸氮量無(wú)顯著差異，減少化肥用量下增施有機(jī)肥對(duì)氮素向籽粒中遷移起到一定的促進(jìn)作用，但與等量控釋尿素的促進(jìn)作用相比，有機(jī)肥作用較小。

2.4.3不同施肥模式對(duì)水稻氮素利用率的影響

氮肥農(nóng)學(xué)利用率是衡量不同施肥模式下氮素利用效率的主要指標(biāo)，不同施肥模式下水稻的氮素利用效率差異非常明顯(圖6)。

圖6　不同施肥模式對(duì)水稻氮素利用率的影響

各施氮模式的氮素利用率由大到小依次為80%CRN+OPT- PK模式、CRN+OPT- PK模式、80%CRN+OPT- PK+M模式、OPT模式和FP模式。OPT模式與FP模式相比，水稻氮素利用率提高48.82%，即氮肥施用量由345.0 kg/hm2減少至234.6 kg/hm2，能顯著提高氮素利用率，同時(shí)降低了因氮肥施入量過(guò)多而造成肥料污染的風(fēng)險(xiǎn)。

在等施氮量的情況下，CRN+OPT- PK模式的水稻氮素利用率比OPT模式提高22.29%，即控釋尿素較普通尿素能顯著提高氮素利用率。與CRN+OPT- PK模式相比，80%CRN+OPT- PK模式的水稻氮素利用率提高21.40%，即降低控釋尿素的投入量能提高水稻對(duì)氮素的利用效率。OPT模式與80%CRN+OPT- PK+M模式相比，80%CRN+OPT- PK+M模式的水稻氮素利用率較高，即在減少化肥用量下增施有機(jī)肥能起到一定的提高氮素利用率的效果，但與等施氮量下的控釋尿素相比，氮素利用率仍較低。

綜上所述，80%CRN+OPT- PK模式能顯著提高水稻對(duì)氮素的利用率；在降低尿素用量、增施有機(jī)肥的情況下，氮素利用率有所提高。

3　結(jié)語(yǔ)

(1) 控釋尿素比普通尿素更符合水稻生長(zhǎng)特性，施用控釋尿素處理的水稻地上部干重均優(yōu)于普通尿素處理，水稻籽粒吸氮量增加15.83%。降低化肥施用量、增施有機(jī)肥，可提高水稻對(duì)養(yǎng)分的吸收和促進(jìn)養(yǎng)分向籽粒中的遷移。

(2) 在等氮磷鉀量的情況下，控釋尿素和20%減量控釋尿素配施推薦磷鉀肥的水稻產(chǎn)量較普通尿素分別提高8.75%和8.70%，控釋尿素配施推薦磷鉀肥顯著提高了氮素利用率，20%減量控釋尿素配施推薦磷鉀肥的施肥處理可提高氮素利用率21.40%。

(3) 從降低施肥成本、提高肥料利用率和控制面源污染角度出發(fā)，減少20%控釋尿素配施推薦磷鉀肥為最優(yōu)施肥模式，此外還應(yīng)注重增施有機(jī)肥。