秸稈還田下氮肥管理對中低產田水稻產量和氮素吸收利用影響的研究

陳海飛， 馮 洋， 徐芳森， 蔡紅梅*， 周 衛， 劉 芳， 龐再明， 李登榮

(1 華中農業大學農業部長江中下游耕地保育重點實驗室，湖北武漢 430070；2 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所， 北京 100081； 3 湖北省崇陽縣土壤肥料工作站， 湖北崇陽 437500)

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗地點選擇在湖北省咸寧市崇陽縣，選擇中低產水稻田開展小區試驗，2011年實驗地點分別位于咸寧市崇陽縣白霓鎮(114.11°E， 29.54°N)和咸寧市崇陽縣路口鎮(114.27°E， 29.62°N)；2012年選擇試驗地點分別位于咸寧市崇陽縣農場(114.05°E，29.55°N)和咸寧市崇陽縣石城鎮(113.44°E， 29.30°N)，分別命名為田塊A、 田塊B、 田塊C和田塊D。供試水稻品種為兩優培九。在施用氮(N)肥總量180 kg/hm2和干草3000 kg/hm2的條件下， 2011年設置三個基-蘗-穗比例為40-30-30、60-20-20、80-0-20， 2012年增加1個比例為50-20-30，成為4個比例。小區面積20 m2，重復4次，栽插密度為26 cm × 13 cm。磷肥用量(P2O5)90 kg/hm2，鉀肥用量(K2O)120 kg/hm2。在移栽15 d時施入分蘗肥，移栽45 d時施入穗肥，磷鉀肥和干草均在基肥1次施入。施肥量見表1。

表1 不同氮肥各時期氮肥施用量

實驗前采用五點取樣法采集土壤樣品分析土壤有機質、 全氮、 堿解氮、 速效磷、 速效鉀、 機械組成。

1.2 測定項目與方法

葉片SPAD值測定: 在水稻生長分蘗期(分蘗肥施用一星期后)、穗分化期(穗肥施用一星期后)、抽穗期和成熟期均用葉綠素儀(chlorophyll meter，SPAD-502)測定上三葉(功能葉)的相對葉綠素含量，每片葉測定上、中、下部3點，每小區隨機選定10株。

表2 土壤基本理化性質

氮素含量測定: 在水稻生長的分蘗期、穗分化期、抽穗期、成熟期，分小區取地上部植株樣品5兜，整株烘干稱干重(成熟期的分秸稈和籽粒)， 粉碎后經H2SO4-H2O2消煮，過濾后定容至50 mL，采用流動注射分析儀(FIAstar 5000，Sweden)測定地上部和籽粒氮含量。

測產和考種: 成熟期收獲時，各小區取樣5株考察產量構成因素；分小區收割測產。

生育期各性狀的調查: 移栽25 d后取樣調查分蘗期，移栽50 d后取樣調查穗分化期數據，移栽70 d后取樣調查抽穗期，收獲前10 d調查成熟期的SPAD值。

2 結果與分析

2.1 不同基-蘗-穗氮肥施用比例對水稻葉片SPAD值的影響

研究結果表明，2011年和2012年不同基-蘗-穗肥施用比例對水稻葉片SPAD值的影響相對一致。在分蘗期，田塊A中40-30-30處理下葉片SPAD值顯著高于80-0-20、 50-20-30和60-20-30(2012)處理，而田塊B處理間沒有顯著差異。在穗分化期，田塊A中40-30-30處理顯著高于80-0-20處理，優于50-20-30和60-20-20(2012)處理；在抽穗期，只有在2012年田塊C中40-30-30處理顯著高于60-20-20處理；在成熟期， 2011年兩田塊中40-30-30處理都顯著優于80-0-20處理(表3，P<0.05)。 由此可見， 基-蘗-穗肥均勻施用對水稻抽穗期后保持葉色，促進葉片光合作用有一定影響，在水稻生育前期集中施用基-蘗肥在葉片SPAD值上并沒有明顯優勢。

表3 不同基-蘗-穗氮肥比例下葉片不同生育期SPAD值

2.2 不同基-蘗-穗氮肥施用比例對水稻產量及產量構成因素的影響

在2011和2012年兩年試驗中，基-蘗-穗氮肥配比為40-30-30處理下的水稻產量最高，田塊A與田塊B中分別比80-0-20處理高15.9%和8.6%；田塊C和田塊D中比60-20-20處理的產量高6.7%和5.5%。這說明單純重視基肥而忽略穗肥在水稻生產實踐中并不能獲得最高產量。從產量構成因素上來看，2011年田塊A中40-30-30處理下每穗粒數最高，與80-0-20處理相比達到了顯著差異；2012年各處理間產量構成因素之間沒有明顯優勢，結實率和每平方米穗數之間在各處理之間差異不顯著(表4，P>0.05)。比較2012年田塊C和田塊D每平方米穗數與粒數，結果顯示二者之間恰好相反，田塊D的每平米穗數明顯大于田塊C，而田塊C的穗粒數又高于田塊D。

表4 不同基-蘗-穗氮肥施用比例下的水稻產量及其構成因素

2.3 不同基-蘗-穗氮肥施用比例對水稻地上部氮含量的影響

比較不同時期水稻地上部氮含量發現，氮含量在分蘗期最高隨后逐漸降低，成熟期葉片氮含量最低，除在抽穗期時與SPAD值相反外，這一趨勢與SPAD值大致相同(圖1)。各處理間氮含量差異并不大，田塊A中40-30-30處理在穗分化期和成熟期都顯著高于80-0-20處理，田塊B中只有在穗分化期氮含量顯著高于80-20-20處理(圖1，P<0.05)，其他時期處理間沒有顯著差異。2012年將80-0-20優化為50-20-30后，田塊C在分蘗期和穗分化期40-30-30與60-20-20、 50-20-30處理均達到了顯著差異(圖1，P<0.05)，而田塊D各處理間氮含量沒有顯著差異。這些結果與SPAD值所反映情況相吻合，不施分蘗肥的80-0-20處理氮含量在幾個主要時期都較低，而基-蘗-穗肥比例為40-30-30處理下氮含量相對較高。

圖1 不同基-蘗-穗肥施用比例下水稻地上部氮含量Fig.1 The N concentrations of shoot under different fertilization methods

2.4 不同基-蘗-穗氮肥施用比例對水稻地上部氮累積量及利用率的影響

與氮含量變化規律相反，水稻植株氮累積量隨著生育期增加，其中變化最快的時期是從分蘗期到穗分化期。在田塊A與田塊C中，前期的氮積累速率明顯低于田塊B和田塊D，穗分化期以后仍然有大量的氮素吸收累積到水稻體內；抽穗灌漿后水稻地上部總氮量趨于穩定(表4)。氮素累積主要在抽穗以前，而灌漿后水稻氮素積累較少，水稻生育后期地上部存在氨揮發的現象，因此成熟期的氮累積量會低于抽穗期或者基本無差別。在分蘗期，2012年田塊C中40-30-30處理下水稻地上部氮累積量顯著高于其他兩個處理；在穗分化期，2011年田塊A中40-30-30處理下水稻地上部氮累積量顯著高于80-0-20處理；在抽穗期，所有田塊兩年試驗中均是40-30-30處理下水稻地上部氮積累量最高；在成熟期，水稻地上部總氮累積量與抽穗期情況基本一致，有的略微減小，2011年田塊B與2012年田塊D中40-30-30處理氮累積量最高(表4)。比較處理間氮收獲指數(NHI)與偏生產力(PFPN)可見，田塊B和田塊D中的NHI與PFPN要高于田塊A和田塊C，而所有試驗點中40-30-30處理下水稻NHI與PFPN顯著高于其他兩個處理(表4，P<0.05)，這說明中低產田均勻的基-蘗-穗肥比例對提高氮肥利用率有促進作用。

3 討論

根據各試驗點土壤的物理化學特征(表2)，田塊A與田塊C中有機質、全氮、堿解氮含量明顯高于田塊B與田塊D，與此同時粉粒含量也高于田塊B與田塊D。根據機械組成特點初步劃分田塊A與田塊C為粘質土，而田塊A與田塊C為低洼的漬水田，對氮肥的吸附能力強，雖然總量多，但難以被作物吸收的養分也多，土壤長期處于還原條件，使得土壤品質差，好氣型微生物活性受到抑制，有機質分解緩慢，易造成水稻僵苗、爛根等問題[16-17]，不利于根系對養分的吸收。所以田塊A與田塊C的氮素收獲指數(NHI)與氮肥偏生產力(PFPN)低于另外兩處試驗點，田塊A與田塊C平均產量較田塊D高，這說明對部分中低產田而言，土壤質地、土壤通氣性可能是其產量的主要限制因素。 但是基-蘗-穗肥比例為40-30-30處理的氮收獲指數(NHI)與氮肥偏生產力(PFPN)都明顯高于其他幾個處理，基肥比重較少而中后期追施較多，有利于水稻對氮素的吸收。根據表4不同時期地上部氮積累量規律，氮素積累主要在分蘗期以后，所以集中施用基、蘗肥與水稻需肥規律不一致，中低產田中合適的基蘗穗肥比可以減少氮肥的損失。

表5 不同基-蘗-穗氮肥施用比例下的水稻地上部氮累積量及氮利用率

葉片SPAD值可以間接反映水稻體內氮素盈缺，但是并不能準確指示出水稻葉片中的氮素濃度，通過比較表2和圖1，在穗分化期葉片SPAD值較高而氮濃度并不高，因此用葉綠素儀指導施肥時需要找出各個水稻生育時期的閾值而不能一概而論[9]。本試驗田塊A與田塊C中偏重基肥或蘗肥處理的水稻SPAD值在分蘗期低于40-30-30處理，這是由于另外3個處理施用蘗肥少或者不施，結合前面分析的兩處試驗點土壤理化性質特點，氮肥有效性低，因此更加佐證了中低產田氮肥均勻施用具有更大的優勢。而基-蘗-穗肥比例均勻的40-30-30處理在生育后期SPAD值較大，這說明增施穗肥減緩了功能葉片的衰老，對水稻后期的同化功能起到促進作用，從而有利于產量的提高[18-19]。

水稻產量與庫容量(總穎花數、粒重)密切相關。擴大庫容量增產主要是通過保證足夠有效穗數，盡可能提高每穗粒數來達到總穎花數增加的目的[17-18]。本試驗條件下的產量構成因素中千粒重和結實率處理間變化不顯著，說明對產量構成影響的主要是穗數和穗粒數。由于基蘗肥施用間隔時間短，移栽密度小，水稻有足夠的空間和養分形成分蘗，因而處理間穗數的差異不大；而穗肥與蘗肥時間間隔較長，適當增加穗肥比例可以壯桿，攻取大穗[20]，所以基-蘗-穗肥比例為40-30-30處理的穗粒數要高于80-0-20和60-20-20處理，最終的產量也是一致的。

水稻在分蘗盛期時含氮量達到最高峰，其后隨生育期推移而逐漸下降。含氮量與施氮水平有一定關系，施氮量多時，氮含量相對也大，所以基-蘗-穗肥比例為40-30-30處理的氮含量在分蘗期、穗分化期相對較高。地上部氮含量在各個時期維持在一定的水平，供氮充足時植株生長快，生物量快速增加，氮累積量增大而氮濃度變異不大，這就是為什么處理之間氮含量無差異，但是氮累積量有差異的原因。

4 結論

通過兩年試驗發現，2011年田塊A與田塊B中40-30-30處理的水稻產量比80-0-20處理高15.9%和8.6%，在2012年田塊C與田塊D中比60-20-20處理高6.7%和5.5%。各處理間產量大小關系依次為40-30-30 > 50-20-30 > 60-20-20 > 80-0-20。

優化基-蘗-穗肥比例可以提高氮素收獲指數(NHI)與氮肥偏生產力(PFPN)，并且氮素收獲指數(NHI)和氮肥偏生產力(PFPN)與土壤機械組成關系密切。

對于部分中低產田，土壤養分含量并不是限制水稻產量提升的關鍵因素，相反物理性質，環境因子可能是主要的限制因子。

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