硅基包膜控釋肥對(duì)水稻產(chǎn)量形成、氮素吸收及氮肥利用率的影響

馮兆濱,冀建華,侯紅乾,王 萍,劉益仁,劉光榮,劉秀梅*

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,江西 南昌 330200;2.國(guó)家紅壤改良工程技術(shù)研究中心,江西 南昌 330200;3.農(nóng)業(yè)部 長(zhǎng)江中下游作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 南昌 330200)

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硅基包膜控釋肥對(duì)水稻產(chǎn)量形成、氮素吸收及氮肥利用率的影響

馮兆濱1,2,3,冀建華1,2,3,侯紅乾1,2,3,王 萍1,2,3,劉益仁1,2,3,劉光榮1,2,3,劉秀梅1,2,3*

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,江西 南昌 330200;2.國(guó)家紅壤改良工程技術(shù)研究中心,江西 南昌 330200;3.農(nóng)業(yè)部 長(zhǎng)江中下游作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 南昌 330200)

摘要：通過(guò)連續(xù)2年早、晚雙季稻的大田試驗(yàn),研究了硅基包膜控釋肥對(duì)水稻產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素、籽粒和秸稈氮素吸收及氮肥利用率的影響,并分析了水稻產(chǎn)量、含氮量、吸氮量和氮素收獲指數(shù)之間的關(guān)系。結(jié)果表明:一次性施用硅基包膜控釋肥的效果較好,特別是施用80%量控釋肥處理的水稻年均產(chǎn)量最高,達(dá)到16661 kg/hm2,與分次施肥(優(yōu)化施肥和當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥)處理的產(chǎn)量差異不顯著;與優(yōu)化施肥處理相比，施用控釋肥能顯著提高水稻的表觀氮素利用率;水稻籽粒吸氮量與產(chǎn)量呈正相關(guān),籽粒含氮量與產(chǎn)量無(wú)相關(guān)性,氮收獲指數(shù)隨著秸稈產(chǎn)量、秸稈吸氮量、總吸氮量的增加而顯著減小。

關(guān)鍵詞：控釋肥;水稻;產(chǎn)量形成;氮素吸收；氮肥利用率

南方紅壤稻田水稻生產(chǎn)在我國(guó)糧食生產(chǎn)中占有重要地位[1-2]。該地區(qū)傳統(tǒng)水稻生產(chǎn)主要依靠大量施用化肥來(lái)獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),大量化肥的濫用導(dǎo)致土壤板結(jié)、地力水平下降、環(huán)境污染等問(wèn)題,而施氮過(guò)量是氮肥利用率低和損失率高的重要原因[3-5]。隨著勞動(dòng)力成本的持續(xù)上升,紅壤區(qū)水稻種植的比較效益不斷下降,因此,減少施氮量和勞動(dòng)力成本,提高肥料利用率和水稻產(chǎn)量是本地區(qū)目前和將來(lái)亟待解決的問(wèn)題之一[6]。基于此,我們利用硅基膜材包膜控釋肥料,重點(diǎn)從減少施肥次數(shù)和施肥量出發(fā),研究了減施肥料對(duì)水稻產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素、秸稈和籽粒吸收氮素、氮肥利用率等的影響，以期優(yōu)化篩選出最佳的減施模式，達(dá)到減少水稻施肥次數(shù)和施肥量、節(jié)約勞動(dòng)力和肥料資源的目的。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)基本概況

連續(xù)2年(2012～2013年)在江西省南昌縣岡上鎮(zhèn)(高肥力田)、江西省興國(guó)縣高興鎮(zhèn)(低肥力田)進(jìn)行定位試驗(yàn)。兩地土壤類型均為第四紀(jì)紅壤發(fā)育的潴育性水稻土，試驗(yàn)前土壤樣品的基本理化性狀見表1。

注：測(cè)定土壤pH值時(shí),水土比例為2.5∶1。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

兩地試驗(yàn)采用相同的方案。早、晚稻大田試驗(yàn)均設(shè)5個(gè)處理,分別為: (1)不施肥,即CK;(2)傳統(tǒng)分2次施肥,即CF;(3)推薦分3次施肥,即OF;(4)一次性基施控釋配方肥,即100CRF;(5)一次性基施80%控釋配方肥,即80CRF。對(duì)處理3和處理4采用等養(yǎng)分設(shè)計(jì),對(duì)處理2、處理3、處理4采用等氮設(shè)計(jì)。每個(gè)處理重復(fù)3次,共15個(gè)小區(qū),小區(qū)面積30 m2,區(qū)組隨機(jī)排列。

早稻以每公頃施純N 150 kg、P2O575 kg、K2O 135 kg為基礎(chǔ)。晚稻以每公頃施純N 180 kg、P2O554 kg、K2O 165 kg為基礎(chǔ)。對(duì)于習(xí)慣施肥，是在調(diào)查當(dāng)?shù)厥┓柿亢褪┓史绞胶?確定施用復(fù)合肥(N-P2O5-K2O含量為15-15-15),養(yǎng)分不足部分用尿素做穗肥補(bǔ)充；其施肥方法:早稻基肥∶穗肥=3∶2(氮素),晚稻基肥∶穗肥=1∶1(氮素)。就推薦施肥而言,氮肥用尿素(N,46.3%),磷肥用鈣鎂磷肥(P2O5,12%),鉀肥用氯化鉀(K2O,60%)；其早、晚稻施肥方法：氮、鉀肥料基肥∶分蘗肥∶穗肥為5∶2.5∶2.5,磷肥全部基施。試驗(yàn)用控釋配方肥由江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所研制生產(chǎn)(專利號(hào)ZL2009101151756)[7],包衣材料為硅基膜材,釋放期100 d(25 ℃ ,靜水)；早稻控釋配方肥(N-P2O5-K2O含量為21-10-14)、晚稻控釋配方肥(N-P2O5-K2O含量為20-6-19)均一次性施用,養(yǎng)分不足部分用氯化鉀補(bǔ)充。

2結(jié)果與分析

2.1對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由表2可以看出:(1)在高肥力田(南昌縣),所有施肥處理的水稻產(chǎn)量均高于CK(不施肥)處理的(P<0.05),在各施肥處理之間2年年均產(chǎn)量無(wú)顯著差異；2012年施肥處理較CK的增產(chǎn)幅度在12.5%～14.5%之間,年產(chǎn)量表現(xiàn)為100CRF> OF(推薦施肥)>80CRF>CF(傳統(tǒng)施肥)>CK; 2013年的增產(chǎn)幅度為33.0%～39.5%，年產(chǎn)量表現(xiàn)為80CRF>OF>100CRF>CF>CK;2年年均產(chǎn)量表現(xiàn)為80CRF>OF>100CRF>CF>CK，表明施用控釋肥處理的水稻產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到推薦施肥處理的產(chǎn)量水平,而80%控釋肥處理的產(chǎn)量達(dá)到最高;(2)在低肥力田(興國(guó)縣),所有施肥處理的水稻產(chǎn)量均高于CK(不施肥)處理的(P<0.05)；2012年增產(chǎn)幅度在9.6%～13.4%之間,年產(chǎn)量表現(xiàn)為100CRF> OF>80CRF>CF>CK,其中100CRF處理顯著高于OF、CF、80CRF處理(P<0.05)；2013年增產(chǎn)幅度在42.7%～66.2%之間,各施肥處理間無(wú)顯著差異；2年年均產(chǎn)量表現(xiàn)為100CRF >OF>80CRF>CF>CK，其中100CRF處理、OF處理均顯著高于CF、80CRF處理，顯示施用控釋肥處理的水稻產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到推薦施肥處理的產(chǎn)量水平,顯著高于傳統(tǒng)施肥處理的產(chǎn)量水平,且100%控釋肥處理的產(chǎn)量達(dá)到最高。

綜上所述,無(wú)論是在高肥力地區(qū)還是在低肥力地區(qū),施用控釋肥的水稻產(chǎn)量均達(dá)到了推薦優(yōu)化施肥的產(chǎn)量水平;在低肥力田施用控釋肥的水稻產(chǎn)量顯著高于傳統(tǒng)施肥的產(chǎn)量水平;在高肥力田宜施用80%量的控釋肥,在低肥力田宜全量施用。

2.2對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素如表3所示:水稻產(chǎn)量由有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重共同決定。

在高肥力田,所有施肥處理的理論產(chǎn)量均高于CK的(P<0.05),各施肥處理間無(wú)顯著差異。CF處理(傳統(tǒng)施肥)具有較多的有效穗數(shù),但是每穗粒數(shù)較少,在2012、2013年早稻季均顯著低于OF處理(推薦施肥)、控釋配方肥處理的，但在晚稻季無(wú)顯著差異;推薦施肥處理與控釋配方肥處理在有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、穎花數(shù)、理論產(chǎn)量方面均無(wú)顯著差異,但每穗粒數(shù)在2012年晚稻季要顯著低于控釋配方肥處理100CRF的。對(duì)于兩個(gè)控釋配方肥處理而言,100CRF第一季的理論產(chǎn)量高于80CRF的,以后的產(chǎn)量均低于80CRF的,原因是100CRF處理第一季以后的結(jié)實(shí)率均低于80CRF的,低的結(jié)實(shí)率造成實(shí)粒數(shù)減少、空粒數(shù)增多,因此影響了產(chǎn)量；同時(shí)也說(shuō)明控釋配方肥的過(guò)量施用會(huì)造成養(yǎng)分的浪費(fèi),導(dǎo)致水稻貪青晚熟,因此應(yīng)減少控釋配方肥的施用量。

在低肥力田,所有施肥處理的理論產(chǎn)量均顯著高于CK的,施肥處理間差異顯著,其中在2012年晚稻季CF處理的理論產(chǎn)量要顯著低于其他施肥處理的。100CRF處理在兩年4季水稻種植中,有3季產(chǎn)量最高;其次是 OF處理,有3季產(chǎn)量高于80CRF處理;最后一季的理論產(chǎn)量表現(xiàn)為80CRF>CF>CK,與實(shí)測(cè)產(chǎn)量的變化規(guī)律基本一致。說(shuō)明在低肥力田當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥方法不能帶來(lái)水稻增產(chǎn),應(yīng)全量施用控釋配方肥。

表2不同施肥處理早、晚稻籽粒產(chǎn)量分析

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間產(chǎn)量差異達(dá)到5%顯著水平。下同。

2.3對(duì)水稻籽粒和秸稈含氮量及氮肥利用率的影響

綜合分析2年早、晚稻籽粒、秸稈的含氮量(見表4),可以看出:施氮處理的水稻籽粒、秸稈含氮量顯著高于不施氮處理的；在各施氮處理之間100CRF處理與CF無(wú)顯著差異,CF、100CRF處理顯著高于OF處理,80CRF處理與OF無(wú)顯著差異。早稻秸稈的含氮量表現(xiàn)出與籽粒含氮量同樣的規(guī)律。晚稻秸稈的含氮量以100CRF處理最高,顯著高于其他施肥處理的。因此可以認(rèn)為：水稻傳統(tǒng)施肥與控釋肥處理100CRF的水稻籽粒氮素含量處于同一水平,其氮素含量高于優(yōu)化施肥OF處理的；優(yōu)化施肥與施控釋肥處理80CRF的水稻籽粒氮素含量處于同一水平；秸稈的氮素含量規(guī)律與籽粒的基本相同。

由表4還可以看出:水稻氮素收獲指數(shù)以不施肥處理最高,顯著高于其他施肥處理的；其次是80CRF處理；其余施肥處理間無(wú)顯著差異。對(duì)于氮肥吸收利用率而言，2012年早稻以80CRF最高,顯著高于其他施肥處理的,晚稻以CF傳統(tǒng)施肥處理最高；2013年以施控釋肥處理最高,傳統(tǒng)施肥處理CF的氮肥利用率在42.87%～48.77%之間，控釋肥處理在37.28%～57.85%之間,在控釋肥處理100CRF與傳統(tǒng)施肥CF之間無(wú)顯著差異；優(yōu)化施肥處理OF的氮肥利用率在23.98%～34.50%之間，控釋肥處理顯著高于優(yōu)化施肥處理OF。氮肥農(nóng)學(xué)利用率以控釋肥處理80CRF最高,顯著高于其他施肥處理；其他施肥處理間無(wú)顯著差異。氮肥生理利用率除2012年晚稻季外,其余各季均以優(yōu)化施肥處理最高,顯著高于不施肥處理的。氮肥偏生產(chǎn)力以控釋肥處理80CRF最高，顯著高于其他施肥處理的；其他施肥處理間無(wú)顯著差異。土壤氮素依存率在不同年份有所不同,在2012年晚稻季以80CRF最高,顯著高于其他施肥處理；在其他季均以O(shè)F處理最高，顯著高于100CRF、CF處理的。

因此,在本試驗(yàn)條件下,施用控釋肥能提高水稻的表觀氮素利用率，無(wú)論是全量還是80%用量控釋肥處理均顯著高于優(yōu)化施肥處理的。傳統(tǒng)施肥也能獲得較高的氮肥利用率,這可能與傳統(tǒng)施肥不同養(yǎng)分形態(tài)供應(yīng)有關(guān)。

2.4水稻產(chǎn)量、含氮量、吸氮量和氮素收獲指數(shù)之間關(guān)系分析

表5是連續(xù)2年四季水稻產(chǎn)量、含氮量、吸氮量間關(guān)系分析結(jié)果，從中可以看出：無(wú)論早稻還是晚稻,籽粒產(chǎn)量與籽粒吸氮量、總吸氮量呈極顯著正相關(guān),而籽粒含氮量與產(chǎn)量無(wú)相關(guān)性;秸稈產(chǎn)量與秸稈吸氮量、總吸氮量呈極顯著正相關(guān),而秸稈含氮量與秸稈產(chǎn)量無(wú)相關(guān)性。說(shuō)明水稻吸氮量對(duì)產(chǎn)量影響顯著,含氮量對(duì)產(chǎn)量無(wú)顯著影響。

另外，籽粒含氮量與秸稈含氮量間、籽粒吸氮量與秸稈吸氮量間均存在顯著正相關(guān)關(guān)系;氮收獲指數(shù)與秸稈產(chǎn)量、秸稈吸氮量、總吸氮量呈極顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明水稻籽粒與秸稈間氮素分配相關(guān)聯(lián)。氮收獲指數(shù)則隨著秸稈產(chǎn)量、秸稈吸氮量、總吸氮量的增加而顯著減小。

3結(jié)論

3.1施用控釋肥可提高水稻產(chǎn)量，減少肥料用量

對(duì)于雙季稻區(qū)的高肥力田,經(jīng)連續(xù)2年的試驗(yàn)后,一次性施用硅基包膜控釋肥的效果較好,特別是施用80%控釋肥的水稻年均產(chǎn)量最高,達(dá)到16661 kg/hm2;而施用100%控釋肥的年均產(chǎn)量為16478 kg/hm2,與推薦施肥處理的產(chǎn)量16511 kg/hm2相當(dāng)。在低肥力田,全量控釋肥處理(100CRF)的年均產(chǎn)量最高,為16287 kg/hm2；其次是推薦施肥處理(OF)，年均產(chǎn)量為16150 kg/hm2；100CRF和OF處理的年均產(chǎn)量均顯著高于習(xí)慣施肥(CF)和80%控釋肥(80CRF)處理的。可見施用控釋肥的水稻產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到推薦施肥處理的產(chǎn)量水平,且顯著高于傳統(tǒng)施肥處理的。綜上可知,無(wú)論是在高肥力田還是在低肥力田,施用控釋肥的雙季稻產(chǎn)量均達(dá)到了推薦優(yōu)化施肥處理的產(chǎn)量水平;在低肥力田，施用控釋肥的雙季稻產(chǎn)量顯著高于傳統(tǒng)施肥處理的,在高肥力田可以減少控釋肥用量20%。

3.2施用控釋肥可提高水稻的每穗粒數(shù)

本研究結(jié)果表明：不論是在高肥力田還是在低肥力田,推薦施肥處理(OF)與80%控釋配方肥處理(80CRF)在有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、穎花數(shù)、理論產(chǎn)量方面均無(wú)顯著差異,但每穗粒數(shù)在2012年晚稻季要顯著低于控釋配方肥處理的。

注：r0.05=0.361,r0.01=0.463,n=30;“*”表示顯著相關(guān),“**”表示極顯著相關(guān)。

3.3施用控釋肥可提高水稻的表觀氮素利用率

傳統(tǒng)施肥(CF)處理雙季稻的籽粒氮素含量與施控釋肥處理(100CRF)相當(dāng),均高于優(yōu)化施肥處理(OF)的,后者的籽粒氮素含量又與80CRF處理相當(dāng)。秸稈氮素含量的規(guī)律與籽粒氮素含量基本相同。水稻氮素收獲指數(shù)以不施肥處理最高,顯著高于其他施肥處理的。對(duì)于氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力來(lái)說(shuō),80CRF處理最高,顯著高于其它施肥處理的。因此,施用控釋肥能提高水稻的表觀氮素利用率。

3.4水稻籽粒吸氮量與產(chǎn)量呈正相關(guān),籽粒含氮量與產(chǎn)量無(wú)相關(guān)性

相關(guān)分析結(jié)果表明：無(wú)論早稻還是晚稻,其籽粒產(chǎn)量與籽粒吸氮量、總吸氮量均呈極顯著正相關(guān),而籽粒含氮量與產(chǎn)量無(wú)相關(guān)性;秸稈產(chǎn)量與秸稈吸氮量、總吸氮量呈極顯著正相關(guān),而秸稈含氮量與秸稈產(chǎn)量無(wú)相關(guān)性；籽粒含氮量與秸稈含氮量、籽粒吸氮量與秸稈吸氮量均呈顯著正相關(guān);氮收獲指數(shù)與秸稈產(chǎn)量、秸稈吸氮量、總吸氮量呈極顯著負(fù)相關(guān)。

由此可見,包膜控釋肥在南方水稻上完全可以替代分次施肥,并且在減少20%肥料用量的情況下仍然等效,達(dá)到了減施增效、節(jié)本省工的目的。此結(jié)論同于秦道珠、成艷紅等的研究結(jié)果[8-10]。

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(責(zé)任編輯:黃榮華)

Effects of Controlled-release Fertilizers Coated by Silic-based Material on Yield Components, Nitrogen Absorption and Nitrogen Use Efficiency of Rice

FENG Zhao-bin1,2,3, JI Jian-hua1,2,3, HOU Hong-qian1,2,3, WANG Ping1,2,3,LIU Yi-ren1,2,3, LIU Guang-rong1,2,3, LIU Xiu-mei1,2,3*

(1. Jiangxi Academy of Agricultural sciences, Nanchang 330200, China; 2. National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement, Nanchang 330200, China; 3. Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Farming System for Middle and Lower Reaches of the Yangtze River, Ministry of Agriculture, Nanchang 330200, China)

Abstract：One continuous two-year field trial was conducted to study the effects of controlled-release fertilizers coated by silic-based materials on the yield components, nitrogen absorption and nitrogen use efficiency of rice, and analyzed the relationships of N harvest index with the yield, nitrogen content and nitrogen adsorption. The results showed that one-time basal application of controlled-release fertilizers coated by silic-based materials could get better effect, the rice yield was the highest in the treatment of applying 80% controlled-release fertilizer, the rice yields were 16661 kg/hm2, the yield difference was not significant with time fertilization(the optimal application treatment and the local conventional application treatment). Compared with the optimal application fertilization treatment, application of coated urea could significantly improve the apparent nitrogen use efficiency of rice. The rice nitrogen absorption had a positive relationship to the rice yield, there didn’t exist obvious relationship between grain yield and nitrogen content, the N harvest index significantly decreased with the increasing of the biomass of rice straw, the N adsorption of rice straw and the total N adsorption.

Key words：Controlled-release fertilizer; Rice; Yield components; Nitrogen absorption; Nitrogen use efficiency

收稿日期：2015-12-29

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31101603);國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAD41B01);江西省學(xué)科帶頭人培養(yǎng)計(jì)劃；贛鄱555工程人選資助項(xiàng)目。

作者簡(jiǎn)介：馮兆濱(1974─),男,山東泰安人,副研究員,碩士,主要從事新型肥料的研究和開發(fā)工作。*通訊作者:劉秀梅。

中圖分類號(hào)：S511.062

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-8581(2016)05-0031-05