水旱輪作下穗肥氮用量對機插粳稻生長特性及經(jīng)濟效益分析

龍瑞平 張朝鐘 戈芹英 萬衛(wèi)東 王 勤李貴勇 夏瓊梅 朱海平 楊從黨

（1云南省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所，650205，云南昆明；2云南省保山市隆陽區(qū)農(nóng)業(yè)技術推廣所，678000，云南保山）

氮素是作物生長不可缺少的大量元素之一，我國擁有世界10%的耕地，每年作物生產(chǎn)消耗了全球約40%的氮肥[1]，水稻是我國主要的糧食作物，也是氮肥消耗量較大的作物之一。研究[2-3]表明，我國稻田氮肥利用效率只有28.3%，流失率高達50%以上，氮肥利用效率遠低于國際水平。過量施用氮肥是造成氮素流失和環(huán)境污染的主要原因[4-5]，同時還增加了種植成本。目前，在水稻種植過程中，氮肥大多采用重施基蘗肥和輕施穗肥[6-7]的方式，大量氮肥在水稻分蘗前施入稻田中，而此時水稻還沒有形成龐大的根系群體，不能大量吸收稻田土壤和灌溉水中的氮肥，導致氮肥流失加劇[8-9]。為了減少氮肥用量和提高氮肥利用效率，不少學者[10-11]開展了水稻氮肥后移的研究，結果表明，在適宜的總施氮量情況下，增加中、后期氮肥比例，能夠提高水稻群體成穗率，改善抽穗期葉面積組成，提高群體穎花量和粒葉比，改善水稻群體源庫質(zhì)量[12-14]。水旱輪作模式是在同一塊農(nóng)田，輪換種植水稻和不同旱作作物的種植方式[15]，是云南稻區(qū)主要的種植模式。研究[16-17]發(fā)現(xiàn)，水旱輪作模式中，旱作種植后土壤中會殘留一定的肥力，水稻茬能夠充分利用殘留肥效，對水稻具有較好的增產(chǎn)效果。本團隊在前期的研究[18]中提出，在云南水旱輪作稻區(qū)，將氮肥全部后移至穗肥中，可以實現(xiàn)大幅減少氮肥投入同時保證了水稻不減產(chǎn)。此前研究分析了水稻的產(chǎn)量及其構成因素和氮肥的吸收利用情況，沒有對水稻的群體生長特性和經(jīng)濟效益進行分析。本研究重點分析小麥―水稻和蠶豆―水稻模式下，不施基蘗氮肥，只施穗肥氮對水稻群體生長特性和經(jīng)濟效益的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年在云南省保山市隆陽區(qū)金雞鄉(xiāng)進行，該地海拔 1650m。以當?shù)刂魍凭尽奥】?6”為試驗材料，氮肥為普通尿素（N 46%），田塊為連續(xù)5年以上小麥―水稻（以下簡稱麥―稻）和蠶豆―水稻（以下簡稱豆―稻）模式田塊。供試田塊水稻移栽前土壤肥力水平：麥―稻田塊有機質(zhì)68.70g/kg、全氮 3.24g/kg、全磷 0.87g/kg、全鉀8.30g/kg、水解性氮236mg/kg、有效磷45.3mg/kg、有效鉀171mg/kg；豆―稻田塊有機質(zhì)60.00g/kg、全氮3.06g/kg、全磷0.85g/kg、全鉀9.96g/kg、水解性氮 196mg/kg、有效磷 83.7mg/kg、有效鉀167mg/kg。試驗于4月下旬育秧，5月下旬移栽，10月上旬收獲。

1.2 試驗設計

在不施基蘗氮肥的基礎上，設置純氮0、90、120、150、180和210kg/hm26個水平的穗肥處理，分別用N0、N90、N120、N150、N180和N210表示，按促花肥:保花肥=6:4施用，促花肥在水稻倒4葉剛抽出葉尖時施入，保花肥在水稻倒2葉剛抽出葉尖時施入。對照為當?shù)馗弋a(chǎn)施氮技術（CK），氮肥用量為N 285kg/hm2，等量分為基肥、分蘗肥、促花肥和保花肥，基肥于整田時施入，分蘗肥于移栽后15d施入，促花肥和保花肥施入時間同不施基蘗氮肥處理。所有處理基施P2O590kg/hm2和K2O 75kg/hm2，等量分為基肥和促花肥。各處理隨機區(qū)組排列，3次重復。小區(qū)面積20m2（4m×5m），小區(qū)間用塑料隔水板隔開。統(tǒng)一采用機插方式進行水稻移栽，株行距為30cm×15cm，移栽密度為22.2萬蔸/hm2。

1.3 測定項目和方法

在每個小區(qū)的對角線上定3個點，每個點取20穴，返青后每隔7d調(diào)查1次莖蘗數(shù)，直至齊穗期，記錄水稻的莖蘗動態(tài)。分別于水稻倒4葉期、抽穗期及成熟期在各小區(qū)隨機取3個點，每個點調(diào)查20穴，計算出平均莖蘗數(shù)，取代表性植株3穴，分莖鞘、葉片和穗3部分，于105℃烘箱殺青30min，80℃下烘干至恒重后，測定干物質(zhì)量，同時將成熟期的 3叢穗子脫粒，調(diào)查穗粒數(shù)、結實率和千粒重。成熟期實收各小區(qū)進行稱重，用谷物水分測量儀（PM-8188 New）測定谷物水分含量，折算成14.5%標準含水量，計算各小區(qū)的實際產(chǎn)量。

成穗率（%）=有效穗數(shù)/高峰苗×100；表觀輸出量（t/hm2）＝抽穗期葉（鞘、莖）干重-成熟期葉（鞘、莖）干重；表觀輸出率（%）=表觀輸出量/抽穗期葉（鞘、莖）干重；群體生長率[g/(m2·d)]=(W2-Wl)/(t2-t1)。式中，W1和W2分別為前后2次測定的干物質(zhì)重，t1和t2分別為前后2次測定的時間。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理；運用SPSS 19.0的Pearson法進行相關性分析，用Duncan法進行數(shù)據(jù)的方差分析，對干物質(zhì)積累量、干物質(zhì)階段增量、群體生長率、表觀輸出量和表觀輸出率進行穗肥用量和輪作模式的二因素方差分析，其余指標均為穗肥用量的單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 穗肥氮用量對機插粳稻產(chǎn)量的影響

從圖1可以看出，麥―稻輪作模式中，N0處理產(chǎn)量最低，CK處理產(chǎn)量最高，只施穗肥氮處理間產(chǎn)量差異不顯著，N0、N90和N120處理水稻產(chǎn)量顯著低于CK，N180和N210處理產(chǎn)量與CK差異不顯著；豆―稻輪作模式中，產(chǎn)量最高為 N180處理，最低為N0處理，N180處理產(chǎn)量顯著高于N0和N210處理，與其他處理差異不顯著。在2種輪作模式中，穗肥氮用量在180kg/hm2以內(nèi)水稻產(chǎn)量隨穗肥氮用量增加呈增加趨勢，超過此施氮量后產(chǎn)量則下降。表明不施基肥氮和分蘗肥氮，只施用適量（180kg/hm2）穗肥氮，水稻產(chǎn)量與CK持平。

圖1 不同穗肥氮用量對水稻產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of different panicle N application rate on rice yield

從產(chǎn)量構成因素相關系數(shù)（表 1）來看，2種輪作模式中，產(chǎn)量與有效穗數(shù)和總穎花量的相關性達到了極顯著水平，與實粒數(shù)相關性不顯著，有效穗數(shù)與總穎花量相關性達到極顯著水平。

表1 產(chǎn)量及其構成因素的Pearson相關系數(shù)Table 1 Pearson correlation coefficients between yield and its components

2.2 穗肥氮用量對機插粳稻莖蘗數(shù)的影響

由表2可以看出，有效分蘗臨界葉齡期無氮處理間莖蘗數(shù)差異不顯著，但顯著低于 CK。麥―稻和豆―稻模式不施基蘗氮肥處理，水稻的分蘗能力分別為91.09%～95.05%和87.62%～91.11%，各處理間的分蘗能力差異不顯著；施用穗肥氮后，有效穗數(shù)隨穗肥氮用量的增加而增加。麥―稻輪作中，CK處理水稻成熟期有效穗數(shù)最高，N0處理最低，隨著穗肥氮用量的增加有效穗數(shù)顯著增加，而豆―稻輪作中N150、N180和N210處理有效穗數(shù)高于CK處理。除CK處理外，2種模式下成穗率均隨著穗肥氮用量的增加呈先增加后降低再增加最后又降低的趨勢，且均高于CK處理，N210和N180處理達到顯著水平。

表2 不同穗肥氮用量對水稻莖蘗數(shù)與成穗率的影響Table 2 Effects of different panicle N application rate on tillers number and percentage of productive tiller of rice

2.3 穗肥氮用量對機插粳稻群體生長及干物質(zhì)積累的影響

由表3可知，穗肥氮用量對機插粳稻的干物質(zhì)積累量、干物質(zhì)階段增量、群體生長率和表觀輸出量（率）的影響都達到了顯著或極顯著水平，輪作模式及其二者互作效應對水稻抽穗期以前的干物質(zhì)積累量、干物質(zhì)階段增量和群體生長率的影響達到顯著或極顯著水平，對成熟期的影響不顯著。與不施肥相比，施穗肥氮后，增加了水稻抽穗期和成熟期干物質(zhì)積累量、干物質(zhì)階段增量和群體生長率。2種模式下，N180處理抽穗至成熟期的干物質(zhì)階段增量和群體生長率最高，均超過了CK處理，但差異不顯著；而表觀輸出量（率）則最低，豆―稻模式差異達顯著水平。

表3 不同穗肥氮用量對水稻群體生長特性的影響Table 3 Effects of different panicle N application rate on population growth characteristics of rice

2.4 不同穗肥氮用量下機插粳稻經(jīng)濟效益分析

從表 4可以看出，麥―稻和豆―稻模式均表現(xiàn)出穗肥氮用量為180kg/hm2時，水稻經(jīng)濟效益和新增經(jīng)濟效益最高，新增經(jīng)濟效益分別為 564.04和526.43元/hm2，比CK處理高241.10和1352.39元/hm2，表明僅施適宜的穗肥氮可以降低水稻生產(chǎn)成本，增加產(chǎn)量，提高經(jīng)濟效益。

表4 不同穗肥氮用量下水稻經(jīng)濟效益分析Table 4 Analysis on economic benefits of rice with different panicle N application rate 元/hm2 yuan/hm2

3 討論

3.1 水旱輪作下穗肥氮用量對水稻群體生長特征的影響

健康的群體指標是水稻獲得高產(chǎn)的基礎，合理的氮肥運籌不僅能夠構建出健康的水稻群體，還能 協(xié)調(diào)氮肥的農(nóng)學效應、社會效益和環(huán)境效益，減少

氮肥的損失和對環(huán)境的不良影響[19]。基蘗氮肥對水稻的緩苗及分蘗發(fā)生具有促進作用[20]，其目的是讓水稻在有效分蘗臨界葉齡期夠苗，從而保證水稻高產(chǎn)[21]。但隨著基蘗肥用量的增加，前期群體較大，無效分蘗較多，不利于整個生育期的氮素基蘗肥利用率和總氮肥利用率的提高[22]，同時還造成氮肥浪費和環(huán)境污染等問題。本研究結果中，2種模式下，N180處理有效分蘗臨界葉齡期水稻的莖蘗數(shù)分別達到CK的95.05%和87.62%，基本夠苗，施用穗肥氮可以增加水稻有效穗數(shù)，提高成穗率。表明在麥―稻和豆―稻輪作模式中，田間的肥力基本滿足了水稻前期的生長，通過穗肥氮提高了有效穗數(shù)，可以彌補前期分蘗不足的問題。水稻產(chǎn)量的形成是植株群體干物質(zhì)積累、分配、運輸與轉化的結果[23]。合理的群體應當在抽穗期具有適宜的穗數(shù)和干物質(zhì)積累量，形成巨大庫容；抽穗―成熟階段平穩(wěn)消退高光合系統(tǒng)最大限度充實庫容[24]。本研究表明，基蘗肥能夠顯著增加水稻倒 4葉期的干物質(zhì)積累量，但在抽穗至成熟期，N180處理提高了水稻的干物質(zhì)階段增量與群體生長率，與CK處理差異不顯著。同時，由于施適宜穗肥氮提高了水稻光合系統(tǒng)的效率，莖鞘和葉片干物質(zhì)在輸出后能有較強的二次增重能力[24]，導致莖鞘和葉片的表觀輸出量和表觀輸率較低，從而實現(xiàn)了水稻的增產(chǎn)，這與張軍等[25]的研究結果相似。

巨曉棠等[26]指出，合理施氮是要獲得較高的目標產(chǎn)量、相應品質(zhì)和經(jīng)濟效益并維持或提高土壤肥力。而從本研究結果看，水稻前期消耗了前茬作物殘留在土壤中的氮肥，這種消耗是否能維持該水旱輪作系統(tǒng)土壤的肥力，以及能維持多長時間還有待進一步研究。

3.2 水旱輪作下穗肥氮用量對水稻經(jīng)濟效益的影響

不合理的施氮導致氮肥用量過大、利用率低，造成巨大的資源浪費，增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。一項好的施肥技術，不僅能獲得較高的產(chǎn)量，還應考慮其經(jīng)濟效益。肥料成本和人工成本是影響經(jīng)濟效益的重要因素，協(xié)調(diào)好肥料和人工成本與水稻產(chǎn)量之間的關系，是獲得較高經(jīng)濟效益的重要手段。丁武漢等[27]研究表明，與優(yōu)化施肥技術（基肥50%+分蘗肥25%+穗肥25%）相比，一次性基施尿素和控釋肥技術在水稻季經(jīng)濟效益分別提高了3162和2220元/hm2。周雯雯等[28]運用木質(zhì)素緩釋肥一基一追（5.5:4.5）施肥模式，與CK（基肥:分蘗肥:保花肥:促花肥=4:2:2:2）相比，水稻年產(chǎn)量提高9.23%，經(jīng)濟效益增加8578.42元/hm2，增幅為51.6%。這表明用緩/控釋肥替代尿素能減少施肥次數(shù)，從而降低人工成本，但緩/控釋肥的價格往往高于尿素，所以肥料成本有所增加。本研究中N180處理與CK處理相比，減少了2次施肥，人工成本減少了100元/hm2，減少了36.84%的氮肥投入，氮肥成本減少了567元/hm2，雖然麥―稻模式中CK處理的產(chǎn)量高于N180處理，但2種輪作模式的經(jīng)濟效益和新增經(jīng)濟效益都是N180處理最高。說明氮肥減量后移的施肥方式能夠節(jié)約肥料和勞動力成本、簡化農(nóng)業(yè)操作環(huán)節(jié)，從而提高經(jīng)濟效益。綜合考慮環(huán)境、產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，在麥―稻和豆―稻輪作系統(tǒng)中，水稻不施基蘗肥，只施180kg/hm2純氮作穗肥（促花肥:保花肥=6:4）的施肥技術優(yōu)于傳統(tǒng)分次施肥技術。

4 結論

在麥―稻和豆―稻輪作模式中，不施基蘗氮肥水稻在有效分蘗臨界葉齡期的分蘗數(shù)已經(jīng)基本夠苗，通過施用適量穗氮肥能促進分蘗的發(fā)生與成穗，提高成穗率，穩(wěn)定穗數(shù)，促進抽穗至成熟期干物質(zhì)積累量的增加，穩(wěn)定產(chǎn)量。在麥―稻和豆―稻輪作模式中，N180處理與CK處理相比減少了36.84%的氮肥投入，產(chǎn)量差異不顯著；經(jīng)濟效益分別增加564.04和526.43元/hm2。因此，在 2種輪作模式中，不施基蘗肥，只施180kg/hm2純氮作穗肥，可以實現(xiàn)水稻節(jié)本增效的目的。但本結果的前提是田間土壤肥力基本滿足水稻前期生長的高肥力小麥和蠶豆茬口田塊，有關中低肥力茬口田塊是否適合該施肥措施以及該施肥技術的可持續(xù)時間尚待進一步研究。