控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻甬優1540產量及氮肥利用的影響

柯 健 陳婷婷 徐浩聰 朱鐵忠 吳 漢 何海兵 尤翠翠 朱德泉 武立權,2,*

控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻甬優1540產量及氮肥利用的影響

柯 健1陳婷婷1徐浩聰1朱鐵忠1吳 漢1何海兵1尤翠翠1朱德泉1武立權1,2,*

1安徽農業大學農學院, 安徽合肥 230036;2江蘇省現代作物生產協同創新中心, 江蘇南京 210095

研究秈粳雜交稻缽苗擺栽超高產栽培模式下適宜的控釋氮肥運籌。試驗于2016—2017年在安徽廬江進行, 以當地高產秈粳雜交稻甬優1540為供試品種, 設置控釋氮肥一次性基施(single basal application of CRNF, BC)、與尿素分蘗肥配施(basal application of CRNF combined with urea top-dressing at the tillering stage, BC+TU)、與尿素穗肥配施(basal application of CRNF combined with urea top-dressing at panicle initiation, BC+PU)三種運籌模式, 以尿素分次施肥(conventional high-yield fertilization, SU)和不施氮肥(0N)為對照, 研究控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻產量、氮肥吸收利用及相關農藝指標的影響。結果表明, 控釋氮肥階段釋放基蘗肥: 穗肥比例為7∶3, 較傳統優化氮肥運籌SU (6∶4)整體表現基蘗肥冗余, 穗肥不足, 因而BC和BC+TU處理顯著降低了缽苗擺栽秈粳雜交稻產量和氮肥利用效率。與BC和BC+TU處理相比, BC+PU通過基肥減量和尿素穗肥配施, 在保證水稻營養生長期基本氮素供應的同時, 顯著增加了穗分化至成熟期氮素吸收, 促進了穗分化至成熟期光合物質生產能力, 在穩定有效穗數和千粒重的同時, 顯著提高了缽苗擺栽秈粳雜交稻每穗粒數、結實率和產量, 很好的匹配了缽苗擺栽秈粳雜交稻全生育期氮素需求。BC+PU兩年的產量和氮肥利用率分別為12.2~13.1 t hm–2和43.8%~44.1%, 分別較BC顯著提高7.4%~9.2%和48.5%~59.9%, 較BC+TU顯著提高8.0%~11.9%和63.9%~74.5%。另外, BC+PU的產量和氮肥利用率與SU無顯著差異, 但由于大幅降低了施氮人工成本, 最終提高凈收益6.5%~12.3%。在秈粳雜交稻缽苗擺栽超高產栽培模式下, 采用70%控釋氮肥+30%尿素穗肥處理可有效取代常規尿素分次施肥, 獲得無顯著差異的水稻產量和氮肥利用效率, 同時進一步提高經濟效益。

秈粳雜交稻; 缽苗擺栽; 控釋氮肥運籌; 產量; 氮素吸收

我國65%的人口以稻米為主食, 提高水稻產量對保證我國糧食安全具有重要意義[1]。合理施用氮肥是提高水稻產量、減少環境污染的關鍵。然而, 傳統的氮肥管理存在施肥量大、施肥次數多、肥料利用率低和氮素損失風險嚴重等諸多問題, 難以滿足新形勢下水稻規模化種植的需要[2-5]。因此, 在勞動力人口老齡化加劇的背景下, 亟需進一步發展精簡高效稻田氮肥施用技術。

控釋氮肥是目前簡化施肥技術的主要載體, 隨著廉價、環保包膜材料的不斷發展, 進一步增加了其生產運用前景。然而, 大量研究表明, 一次性施用控釋氮肥下, 由于其“J”或“S”型單峰養分釋放模式, 因而不能同時同步水稻分蘗期和穗分化至成熟期雙峰氮素需求[6-7], 水稻產量和氮肥利用效率難以達到常規速效肥料分次施肥水平[8-10]。為此, 進一步優化控釋氮肥運用方式, 精確同步水稻全生育期氮素需求, 是當前水稻精簡高效施肥的重要研究課題, 是實現我國農業可持續發展的重要保障。

采用控釋氮肥和尿素配施, 在實現多級供氮的基礎上, 有利于進一步減少控釋氮肥使用成本, 是當前優化控釋氮肥運用的主要方式。然而, 不同類型水稻分蘗期和穗分化至成熟期氮素吸收比例差異顯著[11-12], 因而對應的尿素配施時間有所不同。Miao等[9]、邢曉鳴等[13]和魏海燕等[6]研究表明, 通過控釋氮肥基肥配合尿素分蘗肥配施的“一基一蘗”施肥方式較單一控釋氮肥顯著提高了常規粳稻有效穗數、產量和氮肥利用效率。與常規粳稻相比, 超高產品種秈粳雜交稻的高產形成機制主要是由于拔節期以后更高的氮素吸收, 促進穎花發育、防止灌漿期葉片早衰, 提高源庫平衡關系。因而, 進一步的氮肥后移有利于提高秈粳雜交稻產量[14-16]。因此, 上述“一基一蘗”控釋氮肥施肥方式勢必難以滿足秈粳雜交稻超高產氮素需要[6]。然而, 目前基于秈粳雜交稻的優化控釋氮肥運用方式并不明確, 需要進一步研究。

此外, 缽苗擺栽技術由于顯著地增加了水稻穗分化期以后的氮素吸收, 有利于進一步發揮秈粳雜交稻增產潛力, 是當前秈粳雜交稻超高產栽培的主要配套栽植技術[17-18]。因而, 在控釋氮肥一次性施用下, 缽苗擺栽秈粳雜交稻生育中后期氮素供應問題更為突出。因此, 我們擬采用控釋氮肥基肥與尿素穗肥配施方式, 重點增加生育中后期氮素供應, 以同步一次性施肥下缽苗擺栽秈粳雜交稻全生育期氮素需求。為此, 本研究設置控釋氮肥的3種運籌模式, 以尿素常規分次施肥和不施氮肥為對照, 研究控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻產量、氮素吸收利用及相關農藝性狀的影響, 以期探索缽苗擺栽秈粳雜交稻適宜的控釋氮肥運用方式, 為稻田簡化施肥技術提供理論依據和技術支撐, 對穩定糧食產量、提高稻田氮素利用效率具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

于2016—2017年, 在安徽省廬江縣郭河現代農業示范區(31.48°N, 117.23°E)進行試驗。試驗土壤為黏壤土, 移栽前0~20 cm土壤主要理化參數為, 有機質34.4 g kg–1、全氮2.3 g kg–1、有效磷14.7 mg kg–1、速效鉀82.8 mg kg–1。試驗期間的氣象數據由基地安裝的小型氣象站提供, 2016年和2017年水稻營養生長期降雨量分別為773.8 mm和129.4 mm, 平均溫度分別為26.4℃和27.8℃; 生殖生長和灌漿期降雨量分別為366.8 mm和523.2 mm, 平均溫度分別為20.5℃和19.5℃(圖1)。

供試品種為甬優1540, 由寧波市農業科學研究院選育, 是當地大面積種植的秈粳雜交稻品種, 在本地區連續3年產量均達到12 t hm–2以上。采用樹脂包膜尿素(45.0% N)為供試控釋氮源, 田間80%養分釋放期為100 d, 由安徽茂施農業科技股份有限公司提供。

1.2 試驗設計

采用隨機區組設計, 包括不施氮肥(0N)、尿素分次施肥(SU)、一次性基施控釋氮肥(BC)、基施控釋氮肥與分蘗肥尿素配施(BC+TU, 8∶2)和基施控釋氮肥與穗肥尿素配施(BC+PU, 7∶3) 5個處理, 3次重復, 共15個處理, 單個小區面積4 m × 15 m。除0N外, 所有處理的總施氮量均為280 kg hm–2, 氮肥運籌方式如表1。各處理P、K肥用量相同, 分別為P2O575 kg hm–2、K2O 255 kg hm–2, 均一次性基施。采用缽苗育秧, 分別于2016年6月16日和2017年6月18日, 使用亞美柯2ZB-6A (RXA-60T)型缽苗擺栽機進行機械擺栽, 移栽行株距為33.0 cm × 12.4 cm, 每穴2~3株苗。采用干濕交替水分管理, 分蘗期保持5 cm ± 2 cm田面水層, 夠苗期排水曬田, 之后干濕交替灌溉, 在抽穗期建立淺水層, 于成熟前一周排水、自然落干。田間其他栽培管理同當地高產栽培, 及時控制和防治病蟲害。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 肥料田間釋放的測定 采用埋藏法測定控釋氮肥田間養分釋放[8], 將控釋氮肥樣品(10 ± 0.01) g放入孔徑為1.0 mm的尼龍網袋(長12 cm × 寬8 cm)中, 于施肥當天同時埋入小區田頭土壤以下1~2 cm處。分別于水稻穗分化期、抽穗期和成熟期取樣, 重復4次, 肥料顆粒用蒸餾水小心沖洗干凈后, 使用冷凍風干機凍干(Heto-Holten, France), 稱重。采用重量差減法計算肥料階段積累釋放量。

1.3.2 植株采樣與測定 于穗分化期、抽穗期和成熟期, 根據平均莖蘗數, 各小區取代表性植株5穴, 使用Li-3000型自動葉面積儀(LI-COR, USA)測定植株葉面積, 計算葉面積指數(leaf area index, LAI)。將樣品分為莖鞘、葉、穗(抽穗期、成熟期), 之后105℃殺青30 min, 80℃烘干至恒重, 稱取地上干重。將獲得的樣品粉碎過0.5 mm篩, 采用凱氏定氮法測定各組織中氮含量, 計算各時期植株地上部吸氮量。

表1 氮肥運籌方式

0N: 不施氮肥; SU: 尿素分次施肥; BC: 一次性基施控釋氮肥; BC+TU: 基施控釋氮肥與分蘗肥尿素配施(8:2); BC+PU: 基施控釋氮肥與穗肥尿素配施(7:3)。Urea-N表示氮素來源于尿素; CRNF-N表示氮素來源于控釋氮肥。

0N: no nitrogen application; SU: spilt application of urea; BC: basal application of CRNF; BC+TU: combined basal application of CRNF and tillering fertilizer application of urea (8:2); BC+PU: combined basal application of CRNF and panicle initiation fertilizer application of urea (7:3). Urea-N indicates that nitrogen derives from urea; CRNF-N indicates that nitrogen derives from polymer-coated urea.

1.3.3 產量及其構成因素測定 收割前每小區選取5個連續20穴計算有效穗數, 各小區取代表性植株5穴進行室內考種, 統計穗粒數、結實率和千粒重, 并實收記產(含水量計14%)。

1.4 相關計算公式

收獲指數(%) = GY/DMA × 100, 式中, GY為實收產量(含水量計14%), DMA為成熟期地上部干重(含水量計14%)。光合勢(m2m–2d) = 1/2 (L1+ L2) × (t2– t1), 式中, L1和L2為前后2次測定的單位土地面積上葉面積, t1和t2為前后2次測定的時間。氮素利用效率(%) = (UN– U0)/FN× 100, 式中UN和U0分別表示成熟期施氮區和不施氮區水稻地上部氮吸收量, FN表示施氮量。

經濟效益分析如下:

總收入(Yuan hm–2) ＝籽粒產量×水稻價格;

凈收入(Yuan hm–2) ＝總收入-氮肥支出-施氮工費-其他成本。

其中, 2015年和2016年水稻的平均價格是2.6元kg–1。氮肥的價格分別為: 尿素, 2.1元 kg–1; 控釋氮肥, 2.7元 kg–1。施氮工費分別為: 撒施尿素4次共1500元 hm–2(其中基肥、分蘗肥、促花肥和保花肥分別為300、400、400和400元 hm–2); 控釋氮肥(機械)基施300元 hm–2; 控釋氮肥與尿素配施為900元 hm–2。其他費用主要包括: 磷、鉀肥的成本和施肥費用, 田間管理、植保費用、機械整地、收割費用等。

1.5 數據處理與分析

測得數據用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0軟件進行分析與處理。

2 結果與分析

2.1 控釋氮肥田間養分釋放特征

2016年和2017年控釋氮肥田間總釋放率分別為88.7%和82.3% (圖2), 2016年顯著高于2017年, 這主要是與2016年中后期高溫顯著增加了氮素階段累計釋放有關(圖1)。水稻不同生育期氮素累計釋放具有明顯差異, 移栽(transplanting stage, TS)至穗分化期(panicle initiation stage, PI)累計釋放量最高, 穗分化期至抽穗期(heading stage, HS)次之, 抽穗期至成熟期(maturity stage, MS)最低, 整體隨生育進程逐漸降低, 2年趨勢一致。2016—2017年控釋氮肥在TS—PI、PI—HS和HS—MS平均累計釋放率分別為62.0%、19.9%和5.6%, 基蘗肥﹕穗肥階段釋放比例約為7∶3。

TS代表移栽, PI代表穗分化期, HS代表抽穗期, MS代表成熟期。圖柱上的不同小寫字母表示年際間差異顯著(< 0.05)。

TS: transplanting stage, PI: panicle initiation stage, HS: heading stage, MS: mature stage. Different lowercase letters on the columns indicate significant differences in different years at< 0.05.

2.2 控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻產量及其構成因素的影響

年份與氮肥運籌模式顯著影響水稻產量及其構成因素, 二者的交互作用僅對結實率有顯著影響(表2)。2016年的水稻產量顯著高于2017年, 這主要是由于2016年具有更高的每穗粒數和結實率, 這可能與其更高的生殖生長和灌漿期溫度有關。與不施氮相比, 氮肥施用2年顯著增產13.1%~22.3%。

SU處理2年, 實產分別為13.1 t hm–2和12.0 t hm–2, 均達到水稻超高產水平。控釋氮肥處理中, BC+PU產量最高, 顯著高于BC和BC+TU, 主要是由于更高的每穗粒數和結實率。BC+PU兩年水稻產量為12.2~13.1 t hm–2, 分別較BC和BC+TU高出7.4%~ 9.2%和8.0%~11.9%。另外, BC+PU處理的水稻產量及構成因素與SU均無顯著差異, 2年表現一致。

2.3 控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻群體生產的影響

2.3.1 控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻地上部干物質積累的影響 年份與氮肥運籌模式顯著影響水稻各關鍵生育期干物質積累, 二者對收獲指數均無顯著影響(表3)。因而, 本研究中干物質積累是影響水稻產量的主要因素。2016年的干物質積累顯著高于2017年, 這與其更高的穗分化至抽穗期干物質積累有關(圖3)。

表2 控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻產量及其構成因素的影響(2016–2017)

處理同表1。數據后的小寫字母表示同一年份不同處理在0.05水平差異顯著;**、*和ns分別表示處理在0.01、0.05水平差異顯著和差異不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level among the different treatments in the same year;**and*indicate significant differences at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively;nsindicates no significant differences.

表3 控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻干物質積累和收獲指數的影響(2016–2017)

處理同表1。數據后的小寫字母表示同一年份不同處理在0.05水平差異顯著;**、*和ns分別表示處理在0.01、0.05水平差異顯著和差異不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level in the different treatments in the same year;**and*indicate significant differences at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively;nsindicate no significant differences. PI: panicle initiation stage; HS: heading stage; MS: mature stage.

不同控釋氮肥處理間的干物質規律具有明顯的生育階段差異。在穗分化期, BC+TU處理干物質積累明顯高于其他處理, 且2016年均達到顯著水平。然而, 在抽穗和成熟期, BC+PU則表現最高的干物質積累, 且與SU無顯著差異。BC+PU兩年成熟期干重為20.7~23.6 t hm–2, 分別較BC和BC+TU顯著提高8.9%~14.6%和10.1%~12.9%。

相關性分析顯示, 水稻穗分化至抽穗期以及抽穗至成熟期干物質積累分別與每穗粒數和結實率呈極顯著正相關。然而, 結實率對抽穗至成熟期干物質積累的響應具有明顯的年際差異, 其中, 2016表現更高的響應效率。這可能與2016年灌漿結實期更適宜的溫度有關。

縮寫同圖2。**表示在0.01水平顯著相關。

Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.**means significant correlation at< 0.01.

2.3.2 控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻葉面積指數和光合勢的影響 年份與氮肥運籌模式顯著影響水稻各關鍵生育期葉面積指數和階段光合勢(表4)。除穗分化期以外, 水稻各階段葉面積指數和光合勢均表現2016年顯著高于2017年, 這主要是由于2016年具有更適宜的水稻生殖生長和灌漿期溫度。

與干物質積累規律類似(表3), 不同控釋氮肥處理間的葉面積指數和光合勢規律具有明顯的生育階段差異。在穗分化期, BC+PU處理具有最高的葉面積指數。在此之后, BC+PU較其他控釋肥處理顯著增加了抽穗期和成熟期葉面積指數、穗分化–抽穗期和抽穗–成熟期光合勢, 表現了生育中后期最高的光合生產能力。另外, BC+TU處理各時期的葉面積指數和光合勢均與SU無顯著差異, 2年趨勢一致。

2.4 控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻氮素吸收和利用的影響

年份與氮肥運籌模式顯著影響水稻各關鍵生育期氮素吸收, 氮肥運籌模式顯著影響水稻氮素利用效率(表5)。除穗分化期以外, 2016年各生育期氮素積累均顯著高于2017年, 這與2016年水稻生殖生長和灌漿期更高的平均溫度有關。與不施氮相比, 氮肥施用2年增加水稻植株氮素吸收38.6%~71.6%。

與干物質積累規律一致, 不同控釋氮肥處理間的植株氮積累規律具有明顯的生育期差異。在穗分化期, BC+TU處理氮積累量顯著高于其他處理。然而, 在抽穗和成熟期, BC+PU則表現最高的氮積累量和氮素利用效率, 且均達到顯著水平。BC+PU兩年成熟期植株氮積累量和氮素利用效率分別為293.5~318.7 kg hm–2和43.8%~44.1%, 較BC分別提高14.6%~18.5%和48.5%~59.9%, 較BC+TU分別高出17.9%~21.6%和63.9%~74.5%。另外, BC+PU處理各階段的氮素積累量和氮素利用效率與SU均無顯著差異。

相關性分析顯示, 水稻穗分化至抽穗期以及抽穗至成熟期氮素積累分別與對應時期干物質積累呈極顯著正相關(圖4), 表明生育中后期促進氮素吸收是提高缽苗擺栽秈粳雜交稻階段干物質積累的主要原因。然而, 水稻抽穗至成熟期干物質積累對階段氮積累的響應具有明顯的年際差異, 且2016表現更低的響應效率。這可能由于2016年抽穗期葉面積指數(10.3~12.2)過高, 顯著降低了冠層中下部光截獲和利用效率(表4)。

表4 控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻葉面積指數和光合勢的影響(2016–2017)

處理同表1。數據后的小寫字母表示同一年份不同處理在0.05 水平差異顯著;**、*和ns分別表示處理在0.01、0.05水平差異顯著和差異不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level in the different treatments in the same year;**and*indicate significant differences at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively;nsindicates no significant differences. TS: transplanting stage; PI: panicle initiation stage; HS: heading stage; MS: mature stage.

表5 控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻氮素吸收和利用的影響(2016–2017)

處理同表1。數據后的小寫字母表示同一年份不同處理在0.05 水平差異顯著;**、*和ns分別表示處理在0.01、0.05水平差異顯著和差異不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase within a column represent significant difference at the 0.05 probability level of different treatments in the same year.**indicates significant differences at the 0.01 probability level;nsindicates no significant differences. PI: panicle initiation stage; HS: heading stage; MS: mature stage.

縮寫同圖2。**表示在0.01水平上顯著相關。

Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.**means significant correlation at< 0.01.

2.5 控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻經濟效益的影響

年份與氮肥運籌模式顯著影響缽苗擺栽秈粳雜交稻總收入和凈收益(表6)。在控釋氮肥處理中, BC+PU表現最高凈收益, 2年趨勢一致。BC+PU兩年的凈收益為9214~11,554元hm–2, 較SU提高了6.5%~12.3%, 這主要是由于在總收入穩定的基礎上, 同時大幅降低了施氮人工費用。因而, 缽苗擺栽秈粳雜交稻下, 采用控釋氮肥基施配合尿素穗肥方式較常規尿素分次施肥, 具有更高的經濟效益。

表6 控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻氮素經濟效益的影響(2016–2017)

處理同表1。數據后的小寫字母表示同一年份不同處理在0.05水平差異顯著;**和ns分別表示處理在0.01水平差異顯著和不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters within a column represent significant differences at the 0.05 probability level in different treatments in the same year.**indicates significant differences at the 0.01 probability level;nsindicates no significant differences.

3 討論

3.1 控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻產量的影響

本研究表明, 控釋氮肥運籌方式顯著影響缽苗擺栽秈粳雜交稻產量, 其中BC+PU兩年的產量為12.2~13.1 t hm–2, 顯著高于BC和BC+TU, 且與尿素分次施肥SU無顯著差異。采用控釋氮肥基肥與尿素穗肥配施方式是缽苗擺栽秈粳雜交稻優化的控釋氮肥運籌模式, 可有效取代常規尿素分次施肥, 實現超高產(>12 t hm–2)。

本研究中, 常規分次施肥的基蘗肥﹕穗肥比例約為6∶4, 與張軍等[19]和胡群等[20]提出缽苗擺栽秈粳雜交稻適宜氮肥運籌基本一致, 其中, 60%的基蘗肥施用比例有利于充足穗數, 而40%的穗肥施用比例則有利于維持后期群體較高葉面積指數, 促進大穗和穩定結實灌漿[21]。在該氮肥運籌理論指導下, 本課題組2019年缽苗擺栽秈粳雜交稻實收產量達到15.8 t hm–2。另外, 控釋氮肥基蘗肥∶穗肥比例約為7∶3, 因而較上述優化氮肥運籌整體表現基蘗肥冗余, 穗肥不足。因而, BC處理顯著降低了每穗粒數和結實率, 最終導致產量不足; 同時, BC+PU處理盡管基蘗肥減量30%, 并沒有顯著降低水稻有效穗數, 也較好的證明了這一點。另外, BC+TU盡管促進了水稻前期生長, 但并沒有顯著增加有效穗數, 這可能是與缽苗擺栽“前穩、中控、促后”的群體形成規律和大穗型甬優1540較弱的分蘗能力有關。與之不同的是, BC+PU處理通過基蘗肥減施和尿素穗肥配施, 有效促進水稻穗分化期以后光合生產和干物質積累能力, 在穩定有效穗數的同時, 提高了每穗粒數、結實率和產量, 較好地同步了缽苗擺栽秈粳雜交稻雙峰氮素吸收規律。此外, 本研究中缽苗擺栽秈粳雜交稻穗分化至抽穗期以及抽穗至成熟期干物質積累分別與每穗粒數和結實率呈極顯著正相關, 且與對應時期氮階段積累量密切相關。因而, 可以認為, 控釋氮肥運用下缽苗擺栽秈粳雜交稻超高產形成機制為穗分化期以后更高的氮素吸收, 促進穗分化至成熟期干物質積累, 進而增加每穗粒數和結實率, 提高產量。這與前人提出的, 秈粳雜交稻氮肥后移增產機制基本一致[16,21-23], 與Miao等[9]在控釋氮肥下缽苗擺栽常規粳稻全生育期更為平衡的“一基一蘗”氮素需求結果不盡相同。因而, 在控釋氮肥使用上要充分考慮品種類型和栽插方式[21-24]。總的來說, 本研究提出的“一基一穗”控釋氮肥運籌方式有利于發展缽苗擺栽秈粳雜交稻精簡高效施肥技術, 對未來大穗型、長生育期水稻生產中控釋氮肥運籌的優化也具有一定的指導意義。

3.2 控釋氮肥運籌對缽苗擺栽秈粳雜交稻氮肥利用的影響

我們前期通過15N示蹤技術分別研究了水稻對基肥、分蘗肥和穗肥氮的利用效率, 結果表明, 基肥氮的回收利用效率為9.1%~22.8%, 分蘗肥為17%~34%, 穗肥為54.0%~82.1%, 且粳稻對穗肥的響應高于秈稻[25]。因此, 水稻對穗肥的利用效率遠高于基、蘗肥, 這可能是由于水稻分蘗期低的吸氮能力和高的氮徑流和揮發損失風險[22,26]。此外, 大穗型秈粳雜交稻由于中后期吸氮能力更高, 這種更高的穗肥利用效率可能更加明顯。綜上, BC一次性施肥下肥料供氮主要在水稻分蘗期, 而穗分化期以后氮素供應明顯不足, 因此氮肥利用率不高, 僅為27.4%~29.7%, 顯著低于常規尿素分次施肥SU。這較我們之前運用相同肥料在機插常規粳稻上的利用效率(39.0%~41.4%)有所減少[27], 這可能是由于受長生育期品種和缽苗栽植模式影響, 進一步降低了分蘗中期至穗分化期的氮吸收量和比例[17,28]。與BC相比, BC+TU由于尿素分蘗肥的添加, 顯著增加了水稻穗分化期的干物質積累和氮素吸收, 但不足以彌補中后期氮素的進一步虧缺造成的穗分化至抽穗期和抽穗至成熟期干物質積累和氮素吸收降低, 最終氮素吸收和氮肥利用效率與BC無顯著差異, 且2年均顯著低于常規分次施肥處理。

在本研究中, BC+PU處理通過基蘗肥減施和尿素穗肥配施, 在保證水稻營養生長期基本氮素供應的同時, 顯著增加了穗肥期氮的供應, 使得各時期氮素吸收量與SU無顯著差異, 很好地同步了缽苗擺栽秈粳雜交稻全生育期氮素需求, 2年氮素吸收利用率達到43.8%~44.1%。此外, BC+PU處理較其他控釋氮肥處理顯著提高了凈收益, 且較尿素分次施肥SU提高了6.5%~12.3%。綜上所述, 在缽苗擺栽秈粳雜交稻種植模式中, 采用70%控釋氮肥基蘗肥減施和30%尿素穗肥配施的BC+PU處理可有效取代常規尿素分次施肥, 具有明顯的穩產、增效、節本特點。

然而, 值得注意的是, 本研究中提出的BC+PU優化控釋氮肥管理模式, 一定程度上減少了施肥次數, 同時降低了分蘗期速效肥料使用, 稻田氮徑流、揮發損失風險小, 因而具有一定的高效、省工和節本效應。同時, 采用難溶顆粒型控釋氮肥, 有利于機械化深施肥, 對發展水稻規模化生產具有重要意義[27]。然而, BC+PU模式中由于仍然存在速效穗肥適時、適量施用問題, 因而限制了本技術在當前規模化種植背景下的大面積推廣, 因此缽苗擺栽秈粳雜交稻的控釋氮肥運籌技術仍有待進一步完善。此外, 由于控釋氮肥的“穩定、長效”供氮特點, 筆者認為在今后的研究中, 可采用于水稻分蘗期和穗分化至成熟期分別穩定供氮的控釋氮肥按照一定的比例混合, 以靶向同步缽苗擺栽秈粳雜交稻上述吸氮特點, 可有望突破缽苗擺栽秈粳雜交稻一次性施肥技術難題。

4 結論

控釋氮肥階段釋放(基蘗肥∶穗肥)比例約為7∶3, 較傳統優化氮肥運籌(6∶4)整體表現基蘗肥冗余, 穗肥不足, 因而難以同步缽苗擺栽秈粳雜交稻全生育期氮素需求。通過基蘗肥減施和尿素穗肥配施, 在保證水稻營養生長期基本氮素供應的同時, 顯著增加了穗分化以后氮素吸收, 促進了穗分化至成熟期光合物質生產能力, 在穩定有效穗數和千粒重的同時, 顯著提高了缽苗擺栽秈粳雜交稻每穗粒數、結實率和產量。在施氮量為280 kg hm–2下, 采用70%控釋氮肥+30%尿素穗肥處理, 水稻產量和氮肥利用率可達到尿素常規分次施肥水平, 同時進一步提高經濟效益。

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Effects of different application methods of controlled-release nitrogen fertilizer on grain yield and nitrogen utilization ofhybrid rice in pot-seedling mechanically transplanted

KE Jian1, CHEN Ting-Ting1, XU Hao-Cong1, ZHU Tie-Zhong1, WU Han1, HE Hai-Bing1, YOU Cui-Cui1, ZHU De-Quan1, and WU Li-Quan1,2,*

1College of Agronomy, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, Anhui, China;2Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production, Nanjing 210095, Jiangsu, China

To investigate the optimal application of controlled-release nitrogen fertilizer (CRNF) under the super-high-yield cultivation of-hybrid rice in pot-seedling mechanically transplanted, the field experiments were carried out to investigate the effects of three application methods of CRNF [one-time basal application of polymer-coated urea (BC), basal application of polymer-coated urea combined with urea top-dressing at the tillering stage (BC+TU, 8:2), and basal application of polymer-coated urea combined with urea top-dressing at panicle initiation (BC+PU, 7:3)] on grain yield, nitrogen utilization (NRE), and agronomic traits of Yongyou 1540, a high-yieldhybrid rice variety, with the pot-seedling mechanically transplanted in 2016 and 2017. Conventional high-yield fertilization of urea at 280 kg hm–2(SU) and 0 N treatments were set as the controls. The cumulative release ratio of basal tiller fertilizer to panicle fertilizer for CRNF was 7:3, which was higher than that of SCU (6:4), leading to N redundancy at tillering stage and deficit during the following growth stages. Therefore, BC and BC+TU presented lower rice yields and NRE compared with SU. In comparison with BC and BC+TU, BC+PU was applied in combination with CRNF basal fertilizer reduction and urea fertilizer application at panicle initiation stage, and increased N uptake and photosynthetic capacity from panicle initiation stage to maturity stage ensured the basic N supply during the vegetative growth period in rice, leading to significantly higher spikelets per panicle, grain filling percentage, and grain yield while an equal panicles per m2and 1000-grain weight. Meanwhile, N application rates can be well matched with rice N uptake patterns during the whole growth period. The grain yield of BC+PU was 12.2–13.1 t hm–2in 2016 and 2017, which were 7.4%–9.2% and 8.0%–11.9% higher than those of BC and BC+TU, respectively. Moreover, the NRE of BC+PU were 43.8%–44.1%in 2016–2017, which were 48.5%–59.9% and 63.9%–74.5% higher than those of BC and BC+TU, respectively. In addition, compared with SU, there was not significant differences of grain yield and NRE in BC+PU, and net income was higher by 6.5%–12.3% due to the significant reduction of labor cost of N application. In conclusion, the basal application of CRNF combined with urea top-dressing at panicle initiation stage at ratios of 7:3 was the simplified fertilization method that could effectively replace conventional simplified fractional fertilization, and exhibit no significant differences in rice yield, NRE, and higher economic benefits.

hybrid rice; pot-seedling mechanically transplanted; controlled-release nitrogen fertilizer; grain yield; nitrogen uptake

10.3724/SP.J.1006.2021.02055

本研究由國家重點研發計劃項目(2016YFD0300608, 2018YFD0300904)和安徽省教育廳重點項目(KJ2019A0176)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300608, 2018YFD0300904) and the Key Research Fund of the Education Department of Anhui Province (KJ2019A0176).

武立權, E-mail: Wlq-001@163.com

E-mail: Kej@ahau.edu.cn

2020-08-15;

2020-12-01;

2021-01-05.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210105.1451.002.html