氮硫互作對五常香稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

陽樹英，王浩，鄒應斌，李奎，靳國靖，呂廣動

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學生物科學技術(shù)學院，湖南 長沙 410128；2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410128)

黑龍江省五常市傳統(tǒng)稻花香品種‘稻花香2號’，具有香氣濃郁、抗病害等特點，且營養(yǎng)品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)優(yōu)良，深受消費者的青睞。稻花香2號種植的氣候條件、地理條件和生態(tài)條件獨特，晝夜溫差大，有利于稻谷香味積累。目前，五常市稻花香2號種植面積約8.0萬hm2，且逐年增長。由于農(nóng)戶生產(chǎn)上盲目追求產(chǎn)量，不合理的大量增施氮、磷、鉀肥，導致其產(chǎn)量逐年下降；因此，尋求合理的肥料運籌模式是目前五常市水稻生產(chǎn)面臨的重要問題之一。

孫冬梅等[1]發(fā)現(xiàn)，黑龍江省土壤有機質(zhì)與全氮存在極顯著的相關(guān)關(guān)系，而氮素營養(yǎng)狀況與水稻產(chǎn)量形成關(guān)系密切[2–6]。水稻的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和單位面積粒數(shù)都隨著施氮量的增加而增加，并且表現(xiàn)為二次回歸方程關(guān)系[7–10]；但氮肥施用量過高，會使植株增高、倒伏率提高，造成減產(chǎn)；過量施用氮肥還將導致溫室氣體 N2O的急劇增加和水體富營養(yǎng)化的加?。灰虼?，如何在保證五常香稻高產(chǎn)的同時提高氮素增產(chǎn)效應和氮素利用效率，降低氮素損失是農(nóng)業(yè)生態(tài)研究的重要內(nèi)容之一。

張永春等[11]研究發(fā)現(xiàn)，硫包衣尿素較普通尿素增產(chǎn)明顯；趙洪濤等[12]研究認為，同等氮肥施用量下，施用硫肥可明顯提高氮肥利用率；李娟等[13]研究認為，硫有利于水稻結(jié)實率和千粒質(zhì)量的提高；王旭等[14]也認為，適度增施硫肥可加快水稻返青、分蘗、抽穗和成熟，可增加株高，提高分蘗率；也有研究[15–16]表明，單施硫或者單施氮均能顯著增加水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和實粒數(shù)，提高水稻產(chǎn)量，但氮硫互作增產(chǎn)效應不顯著；TSUJIMOTO等[17]研究發(fā)現(xiàn)，硫能放大增施氮肥所帶來的增產(chǎn)效應，同時提高氮肥利用率?？梢?，氮、硫的施肥效果與氮硫互作效果與所處地區(qū)的環(huán)境、施肥水平等有關(guān)。本研究中，以五常地方香稻品種‘稻花香2號’為供試材料，比較分析不同氮、硫及其組合對五常香稻產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成及氮肥利用率的影響，以期找到理想的氮硫互作組合，提高五常香稻的產(chǎn)量和氮肥利用效率。

1 試驗地基本概況

試驗于2017年5—10月在黑龍江省五常市杜家鎮(zhèn)樊家屯水稻田進行。土壤類型為沙壤土。土壤基礎(chǔ)肥力：有機質(zhì)、全氮含量分別為 59.87、1.85 g/kg，速效氮、速效磷、有效鉀含量分別為15.00、24.00、97.00 mg/kg。pH值6.32。

2 材料與方法

2.1 材料

供試材料為五常市傳統(tǒng)地方香稻品種‘稻花香2 號’。

2.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè) 3個氮水平，即折合純氮為 0 kg/hm2(N1)、90 kg/hm2(N2)和 180 kg/hm2(N3)；3 個硫水平，即折合純硫為 0 kg/hm2(S1)、45 kg/hm2(S2)和 90 kg/hm2(S3)。共9個處理，其中N1S1為空白對照。每個處理1個小區(qū)，每個小區(qū)40 m2。氮肥為尿素(含氮46.67%)，硫肥為硫磺粉(含硫99.0%)。硫肥在移栽前一次性施入。氮肥中基肥、分蘗肥、孕穗肥的施用比例為5∶3∶2，分蘗肥在移栽后7 d施用，孕穗肥在穗分化期(枝梗分化期)施用；磷肥(P2O5)施用量90 kg/hm2，鉀肥(K2O)施用量180 kg/hm2，全部作基肥施用。小區(qū)間筑埂(寬40 cm)，并用塑料薄膜包裹，以防串水串肥。

2.3 測定項目與方法

水稻收獲前，每個小區(qū)隨機選取3個1 m2，并在其中隨機選取 10穴植株，記錄每穴的穗數(shù)，得到每平方米范圍內(nèi)的有效穗數(shù)；水稻收獲時，每個小區(qū)任意選取3個1 m2，并隨機選取10穴植株，帶回實驗室，統(tǒng)計結(jié)實率和千粒質(zhì)量，計算理論產(chǎn)量；水稻收獲時，分小區(qū)測定實際產(chǎn)量。根據(jù)公式A=(Y1－Y0)/Y0×100%和B=(Y1－Y0)/C×100%分別計算氮肥增產(chǎn)效益和氮肥利用率。式中：A為氮肥增產(chǎn)效益；Y1為施氮肥處理的實際產(chǎn)量；Y0為未施氮肥處理的實際產(chǎn)量；B為氮肥利用率；C為施氮肥量。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用IBM SPSS 19.0X進行雙因素方差分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 氮、硫?qū)ο愕井a(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由圖1可知，所有施肥處理的有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)均顯著高于空白對照，且隨著施氮水平的增加，有效穗數(shù)和每穗總粒數(shù)顯著增加(P<0.05)。結(jié)實率和千粒質(zhì)量隨施硫量的增加而增加。

圖1 不同氮、硫施肥水平水稻的產(chǎn)量構(gòu)成因素Fig.1 The yield components of rice under different nitrogen and sulfur application rates

3.2 氮、硫?qū)ο愕井a(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表1可知，水稻的有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)和理論產(chǎn)量均與氮肥的施用量呈顯著正相關(guān)；水稻的有效穗數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量與硫肥施用量呈顯著正相關(guān)；氮肥和硫肥的交互作用主要影響水稻的有效穗數(shù)和千粒質(zhì)量。鑒于雙因素分析結(jié)果理論產(chǎn)量與氮元素呈極顯著關(guān)系，而實際產(chǎn)量只與硫元素極顯著相關(guān)；因此，有必要進一步對9個氮硫互作的處理進行完全隨機比較分析，以明確氮硫互作對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響。

表1 氮、硫及氮硫互作與產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的方差顯著性分析結(jié)果Table 1 Results of variance analysis of nitrogen and surlfur and interactive effects of nitrogen × sulfur to the yield and yield components of rice

3.3 不同氮硫施肥組合對香稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

從表2可以看出，與 N1S1比較，N3S2顯著提高了稻花香2號的有效穗數(shù)和每穗總粒數(shù)，N2S2則顯著提高了稻花香2號的千粒質(zhì)量、理論產(chǎn)量和實際產(chǎn)量，說明施用氮肥和硫肥對香稻均有顯著增產(chǎn)作用。與N1S1的實際產(chǎn)量比較，N1S2、N1S3分別增產(chǎn) 3.6%和 28.7%，N2S1、N3S1分別增產(chǎn) 7.9%和30.0%，說明不施氮肥下，產(chǎn)量隨硫肥的增加而顯著增產(chǎn)；不施硫肥下，實際產(chǎn)量均隨施氮量的增加而顯著增加。氮硫中等施肥處理(N2S2)的實際產(chǎn)量最高(7 583 kg/hm2)，顯著高于其他處理；單施最高水平的氮肥(N3S1)或硫肥(N1S3)或高氮高硫配施處理(N3S3)的實際產(chǎn)量也較高，分別達6 087、6 026和6 105 kg/hm2。

表2 不同施肥處理的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 2 Yield and yield components of rice under different treatments

3.4 不同氮硫施肥組合的增產(chǎn)效應與氮肥利用率的比較

由表2可知，以N1S1為對照，N2S1的增產(chǎn)率為7.9%；以N2S1為對照，N3S1的增產(chǎn)率20.5%；以N1S2為對照，N2S2的增產(chǎn)率56.3%；以N2S2為對照，N3S2的增產(chǎn)率–27.0%；以N1S3為對照，N2S3的增產(chǎn)率–12.9%；以 N2S3為對照，N3S3的增產(chǎn)率16.3%；可見，施硫90 kg/hm2，需要高氮水平(N3)才能增產(chǎn)。

由圖2可知，以N1S1為對照，N2S1的氮肥利用率8.22 kg/kg，N3S1的氮肥利用率11.5 kg/kg，N2S2的氮肥利用率60.0 kg/kg；N2S3和N3S2的氮肥利用率均為負值。

圖2 氮硫互作處理的氮肥利用率Fig.2 The nitrogen utilization effeciency among the treatments of N×S interactions

4 結(jié)論與討論

本研究中，增施氮肥能顯著提高有效穗數(shù)和每穗總粒數(shù)，這與前人的研究結(jié)果[7–8,14–18]基本一致。雖然增施氮肥可提高營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移量，但轉(zhuǎn)移率會降低，過多的氮素滯留在營養(yǎng)器官中，導致氮素收獲系數(shù)降低，氮素利用率偏低[19–21]。李貴勇等[22]認為，減少施氮量可以提高氮肥利用率，但氮肥用量太少，不利于產(chǎn)量的提高。S素是植物的必需營養(yǎng)元素之一，不僅能改善水稻營養(yǎng)狀況，對水稻重金屬和P吸收也有重要調(diào)控作用[23]；有利于千粒質(zhì)量的增加、產(chǎn)量的提升和氮肥利用率的提高[24–25]。本研究結(jié)果表明，施硫能顯著增加水稻的結(jié)實率和千粒質(zhì)量。

本研究的9個處理中，N2S2的實際產(chǎn)量最高，為7 583 kg/hm2，增產(chǎn)率最高，達56.3%，且氮肥利用率也最高，達60.0 kg/kg；低氮高硫的N2S3和高氮低硫的N3S2處理雖然產(chǎn)量較高，但均造成氮肥浪費，增加水稻生產(chǎn)成本，增加環(huán)境污染風險；因此，N2S2是五常香稻生產(chǎn)較理想的氮硫互作施肥模式。