不同輪作制度下不同氮肥運(yùn)籌對水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的影響

彭明健 龔明強(qiáng) 易 峰 楊 景 周定邦 王 爽 李進(jìn)前

(1上海光明長江現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司，上海市崇明區(qū) 202178;2光明米業(yè)（集團(tuán)）有限公司，上海市崇明區(qū) 202171)

近年來，光明米業(yè)（集團(tuán)）有限公司陸續(xù)優(yōu)化水旱輪作制度，在冬季種植油菜、蠶豆、紫云英，并實(shí)現(xiàn)秸稈全量還田。在此基礎(chǔ)上，為減少肥料投入量和施肥次數(shù)，改善土壤理化性狀，提高肥料利用率，促進(jìn)水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，筆者開展了不同輪作制度下不同氮肥運(yùn)籌對水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)體系的研究。現(xiàn)將相關(guān)試驗(yàn)研究情況報道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2016年10月—2017年10月在上海市崇明區(qū)躍進(jìn)農(nóng)場進(jìn)行，供試田塊為砂壤土。供試水稻品種為早熟晚粳“銀香38”，采用精量穴播機(jī)播種，保證各試驗(yàn)處理區(qū)的基本苗數(shù)一致。供試肥料為綠先機(jī)復(fù)合肥（氮∶磷∶鉀為12∶10∶14）和尿素（含氮46.2%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)采用雙因素設(shè)計，其中，L為輪作制度，設(shè)稻-麥（L1）、稻-油(L2)、稻-蠶豆(L3)3個輪作處理，在2016年水稻收割后，在試驗(yàn)田分別種植小麥、油菜、蠶豆（綠肥），翌年5月中旬小麥、油菜收獲后秸稈全量還田，蠶豆作為綠肥在5月初進(jìn)行翻耕漚肥處理，5月下旬種植水稻；依據(jù)氮肥運(yùn)籌不同設(shè)5個氮肥施用處理（N），見表1。N1、N2、N3、N4處理的小區(qū)面積均為1 334 m2，不設(shè)重復(fù)；N5處理（空白對照）的小區(qū)面積為12 m2，重復(fù)3次。各小區(qū)間筑田埂隔離，獨(dú)立進(jìn)排水。

表1 不同處理肥料運(yùn)籌情況 （單位：kg）

1.3 測定內(nèi)容與方法

土壤養(yǎng)分含量測定：分別于輪作作物種植前、水稻播種前、水稻成熟期，在各小區(qū)取土樣，測定土壤速效氮含量、速效鉀含量、速效磷含量、有機(jī)質(zhì)含量、pH等。

水稻干物質(zhì)積累量測定：分別在水稻分蘗高峰期、拔節(jié)期、孕穗期、齊穗期、成熟期，每小區(qū)取5穴具有代表性的植株，去掉根部，將穗部和植株部分分開，然后放入烤箱，105 ℃殺青，70 ℃烘至恒重，測定水稻植株各器官干物質(zhì)重。

水稻莖蘗動態(tài)調(diào)查：自水稻4葉期開始，每隔7 d調(diào)查1次苗情。

水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定：于水稻成熟期，各處理采用3點(diǎn)取樣法，每個點(diǎn)取有代表性的植株100穴，從中選取具有平均穗數(shù)的植株10穴，測定水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素；在水稻收割前，每小區(qū)框取12 m2左右的植株，測定各處理的實(shí)際產(chǎn)量。

稻米品質(zhì)測定：采用實(shí)驗(yàn)室用的谷物脫殼機(jī)與JMJ-100精米機(jī)，測定糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白面積、堊白度等，測定方法參照NY/T 593-2013標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 莖蘗動態(tài)分析

由表2可知，各處理的高峰苗數(shù)均出現(xiàn)在7月12日，其中L3N4處理的高峰苗數(shù)最高，比其他處理每667 m2高0.2萬～16.26萬苗。在不同輪作制度下，均以N4處理的高峰苗數(shù)最高，N5處理的高峰苗數(shù)最少，說明水稻莖蘗動態(tài)受氮肥運(yùn)籌的影響較大。L3處理的平均最高苗數(shù)高于其他兩個輪作制度，說明稻-蠶豆輪作的田間速效氮供應(yīng)最為充足。

由表2可知，在N1、N2、N3、N4處理中，成穗率隨著分蘗期氮肥施用量的增加，大體呈降低的趨勢，這可能是因?yàn)榉痔Y期氮肥施用過多會導(dǎo)致水稻無效分蘗增加，進(jìn)而影響水稻群體質(zhì)量；同時，在相同輪作制度下，施用2次穗肥的成穗率高于施用1次穗肥的。因此，在水稻生產(chǎn)上，需在保證群體穗數(shù)充足的條件下，適量前氮后移或提早擱田，以提高水稻成穗率和群體光合生產(chǎn)能力。

表2 各處理莖蘗動態(tài)

2.2 水稻生長不同時期干物質(zhì)積累量變化

由表3可知，水稻抽穗前干物質(zhì)積累量隨分蘗肥施用量的增加而增加；齊穗后增加穗肥施用量，干物質(zhì)積累量無顯著變化；成熟期干物質(zhì)積累量以L3N1處理最高，每667 m2為1 310.27 kg；在L1和L2輪作制度中均以N2處理的干物質(zhì)積累量最高，每667 m2分別為1 176.70 kg和1 261.79 kg；比較兩個相同純氮施用量處理（N1與N3），L1、L2兩種輪作制度下均是N1處理的干物質(zhì)積累量低于N3處理，說明前期氮肥施用較少，不僅會影響水稻群體結(jié)構(gòu)，也會減少成熟期干物質(zhì)積累量；不施肥處理的干物質(zhì)積累量遠(yuǎn)低于其他施肥處理，但由于L3N5處理在成熟期的干物質(zhì)積累量比L1N5、L2N5處理高，說明L3輪作制度更能提升土壤肥力，優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)。

2.3 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素分析

由表4可知，在相同輪作制度、相同純氮總施用量條件下，隨著前期氮肥施用量的增加，水稻每穗總粒數(shù)和結(jié)實(shí)率呈減少的趨勢；而比較后期穗肥施用量相同的N1與N2處理，前期氮肥施用量增加的N2處理的每穗總粒數(shù)和結(jié)實(shí)率均低于N1處理。從千粒重看，在氮肥施用總量相同的條件下，穗肥施用2次處理的千粒重較高，而在穗肥施用一致的條件下，基蘗肥施用量的增加也會導(dǎo)致千粒重下降。從理論產(chǎn)量看，L3N1處理的產(chǎn)量最高，每667 m2達(dá)635.02 kg，比同一輪作制度下其他施肥處理的產(chǎn)量分別高0.65%、2.11%、4.01%、65.58%，比其他輪作制度的最高產(chǎn)量處理（L1N2、L2N2處理）分別高5.96%和3.57%。從不施肥處理計算，L1、L2、L3輪作制度的土壤生產(chǎn)力分別是57.53%、58.57%、60.40%，說明L3輪作制度的土壤生產(chǎn)力最高。從經(jīng)濟(jì)系數(shù)看，氮肥施用量越大，經(jīng)濟(jì)系數(shù)越低，在氮肥施用總量相同的條件下，氮肥后移能提高經(jīng)濟(jì)系數(shù)。

表3 各處理水稻生長不同時期的干物質(zhì)積累量(單位：kg)

表4 各處理水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.4 稻米品質(zhì)分析

由表5可知，在氮肥施用總量相同的條件下，氮肥后移會導(dǎo)致稻米的糙米率、精米率和整精米率下降；在穗肥施用一致的條件下，L1、L2輪作制度的稻米糙米率、精米率和整精米率均隨分蘗肥施用量的增加而增加，而L3輪作制度的稻米糙米率、精米率和整精米率隨分蘗肥施用量的增加而降低，這可能與L3輪作制度的氮肥供應(yīng)較高、水稻無效分蘗增加有關(guān)。在不同輪作制度下，N5處理（不施肥）的稻米糙米率、精米率和整精米率均低于其他施肥處理，說明氮肥施用過高或過低均對稻米品質(zhì)有影響。從堊白度看，隨穗肥氮肥施用量的增加，堊白度增加；在穗肥施用一致的條件下，堊白度隨分蘗期氮肥施用量的增加而增加；在不同輪作制度下，均是N5處理的堊白度最低。以上結(jié)果說明，氮肥施用量的增加，會使稻米外觀品質(zhì)下降。

3 結(jié)論與討論

合理的水旱輪作，能改變土壤環(huán)境，增加土壤養(yǎng)分積累，為作物生長創(chuàng)造有利的條件；不斷調(diào)整和改善施肥結(jié)構(gòu)，可提高水稻單產(chǎn)；在水稻群體莖蘗動態(tài)合理的基礎(chǔ)上，穩(wěn)定有效穗數(shù)，控制無效分蘗產(chǎn)生，提高莖蘗成穗率，構(gòu)建適宜的葉面積指數(shù)，是水稻高產(chǎn)栽培的必要手段。

表5 各處理的稻米品質(zhì)分析 （單位：%）

本試驗(yàn)結(jié)果表明，以稻-蠶豆（L3）輪作制度的土壤速效氮供應(yīng)最為充足，水稻分蘗能力最高；同時，施用2次穗肥處理的水稻成穗率高于施用1次穗肥處理。從干物質(zhì)積累量看，稻-蠶豆（L3）輪作制度下，N1處理比其他3個施肥處理的成熟期干物質(zhì)積累量多，這可能是因?yàn)槠渌┓侍幚淼姆痔Y期施氮量過大，使水稻群體生長過于旺盛，無效分蘗增多，田間透光性差，影響了水稻后期干物質(zhì)積累；在稻-麥（L1）、稻-油（L2）兩個輪作制度下，由于N1處理的前期施氮量較小，造成水稻群體過小，從而降低了成熟期水稻的干物質(zhì)積累量；在稻-蠶豆（L3）輪作制度下，不施肥處理的成熟期干物質(zhì)積累量比其他兩個輪作制度高，說明稻-蠶豆輪作可顯著提升土壤肥力。從理論產(chǎn)量看，L3N1處理的產(chǎn)量最高，每667 m2達(dá)635.02 kg，比同一輪作制度下其他施肥處理的產(chǎn)量分別高0.65%、2.11%、4.01%、65.58%，比其他輪作制度（L1N2、L2N2處理）的最高產(chǎn)量分別高5.96%和3.57%。L1、L2、L3輪作制度的土壤生產(chǎn)力分別是57.53%、58.57%、60.40%，以L3輪作制度的土壤生產(chǎn)力最高。由于抽穗期干物質(zhì)積累量和成熟期產(chǎn)量變化保持一致，所以提高成熟期干物質(zhì)積累，擴(kuò)庫強(qiáng)源是增加水稻單產(chǎn)的重要調(diào)控手段。氮肥施用量越多，經(jīng)濟(jì)系數(shù)越低，在純氮總施用量相同的條件下，氮肥后移能提高水稻經(jīng)濟(jì)系數(shù)，這主要是減少了分蘗肥氮肥施用量，從而減少了無效分蘗的產(chǎn)生，且增加了穗期的氮肥施用量，有利于維持抽穗期水稻的根系活力和葉片光合能力，從而提高了水稻千粒重、成熟度和耐貯能力。穗肥中氮肥施用量和全生育期的氮肥施用量過高或過低均會對稻米碾磨品質(zhì)和外觀品質(zhì)有一定影響。綜上，建議采用L3輪作制度、N3氮肥運(yùn)籌方式，其水稻產(chǎn)量最高，土壤生產(chǎn)力最高，每667 m2純氮總施用量降低1.15 kg，稻米精米率高，堊白度低。

稻-綠肥輪作雖能有效提高水稻產(chǎn)量，增加土壤肥力，減少肥料使用量，從而減少對環(huán)境的污染，但對田塊的周年效益和土壤理化性狀的影響還需進(jìn)一步研究。