干旱脅迫下不同施肥處理對水稻產量和養分吸收量的影響

陳競天,余 瑞,黎 博,唐仕姍

(1.四川省內江市市中區農業農村局,四川 內江 641000;2.四川省內江市農業科學院,四川 內江 641000)

氮、磷、鉀作為植物生長必需的3大營養元素,是影響植物生長的主要因素,也會對水稻產量產生影響[1]。氮、磷、鉀對水稻產量存在復雜的互作關系[2],其中氮元素主要影響水稻有效穗數和結實率,磷元素主要影響穗粒數,鉀元素主要影響千粒重[3]。極端高溫干旱天氣是農業生產中的嚴重氣象災害,對水稻的正常生長和灌漿產生不利影響,從而導致水稻減產。旨在分析四川省內江市市中區2022年7～9月極端高溫干旱氣候條件下不同施肥處理水稻產量和養分吸收量的差異,以期為盡量避免未來極端干旱天氣造成水稻減產提供施肥理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地

試驗地點位于內江市市中區書房灣村水稻田內,水稻田為同一農戶長期耕種,肥力均勻。供試水稻田前茬作物為油菜。土壤pH 6.79,有機質19.89 g/kg,土壤全氮1.26 g/kg,土壤速效鉀176.34 mg/kg,土壤有效磷為12.53 mg/kg。

1.2 供試材料

供試水稻品種為“川優6203”。試驗所需新型肥料為復合微生物肥料,其養分含量為N+P2O5+K2O=25% (15-4-6),有效活菌數≥0.2 億/g,有機質≥20%,由成都若爾蓋司生物科技有限公司生產。

1.3 試驗設計

試驗設置5個處理,3次重復。處理1為對照,不施肥;處理2為施氮肥、磷肥,不施鉀肥;處理3為施磷肥、鉀肥,不施氮肥;處理4為施氮肥、鉀肥,不施磷肥;處理5施復合微生物肥料。試驗各處理具體施肥量見表1。

表1 試驗處理施肥量 單位：kg/667m2

1.4 大田試驗管理措施

試驗小區長6m、寬3m,小區面積18m2。各小區單獨起寬30cm、高40cm隔離壟并利用農用薄膜隔離,小區間間隔40cm。小區單獨灌水、排水、施肥等,避免串灌串排。周圍設置保護行,其他田間管理方式按照當地常規方式進行。2022年5月23日進行水稻插秧、同時施底肥,7月20日進行尿素追肥,9月10日收獲。水稻測產為各小區單收單測。

1.5 干旱脅迫

根據內江市氣象局公布數據,2022年7～8月中旬,四川省內江市出現極端高溫干旱氣候,降雨量較常年減少80%左右,最高溫度達42℃,全市范圍內出現伏旱,持續時間達30d。干旱脅迫出現時間正處于水稻拔節期到孕穗期。

1.6 數據分析

以SPSS24.0和Excel為工具進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對水稻莖葉產量的影響

水稻收割去除稻谷后,測定曬干后地上部分莖葉重量(表2)。莖葉產量除處理3增加了25.95kg/667m2以外,其他處理相比對照有所降低,其中處理4降低最多、達70.41kg。處理2和處理5分別降低了66.7、51.88kg/667m2。由表3可知,水稻莖葉產量與氮肥施用成顯著負相關(p<0.01),相關系數r=-0.964。結果表明,氮肥在干旱條件下抑制莖葉生物量積累中可能起到關鍵作用。稻谷產量和莖葉產量呈顯著性負相關(p<0.05),相關系數r=-0.914。結果表明,此品種稻谷產量越高,莖葉產量越低,經濟產量占總生物量比重越高。

表2 各處理對水稻莖葉產量的影響 單位：kg/667m2

表3 各處理水稻稻谷產量 單位：kg/667m2

2.2 不同施肥處理對水稻稻谷產量的影響

稻谷收獲曬干后分別測定重量(表3)。各施肥處理稻谷產量均高于對照處理,其中處理2相比對照增產最高,達131.18kg/667m2;處理4相比對照增產103.02kg/667m2;處理5相比對照增產55.57kg/667m2;處理3相比對照增產最少,僅2.97kg/667m2。

處理5較處理2稻谷產量減少75.61kg/667m2,表明在施用氮磷肥相同的情況下,施用鉀肥減少了稻谷產量;處理5較處理4減少了47.45kg/667m2,表明在氮、鉀肥施用相同的情況下,減少磷肥施用會增加稻谷產量;處理5較處理3增產52.6kg/667m2,結果表明在磷、鉀肥相同施用的情況下,施加氮肥增加了稻谷產量。

由表4可知,稻谷產量與氮肥的施用呈顯著正相關(p<0.05),相關系數r=0.888;稻谷產量與磷肥施用呈正相關,與鉀肥施用呈負相關,相關系數分別為r=0.109和r=-0.110。結果表明,氮肥在干旱脅迫下對稻谷產量的增長起決定性作用,磷肥施用為促進作用,鉀肥施用為抑制作用。

表4 稻谷產量、莖葉產量和N、P、K肥施用量的相關性分析

2.3 不同施肥處理對水稻養分吸收的影響

由表5可知,水稻吸收的磷主要集中在籽粒中,鉀主要集中在莖葉中,而氮在籽粒和莖葉中呈現均勻分布的趨勢。各處理間籽粒磷含量無顯著差異,但處理4籽粒磷含量最高,達2.46g/kg。處理1籽粒鉀含量最高,達2.36g/kg,與處理2、處理5差異顯著;處理5籽粒鉀含量最低,為2.09g/kg,與其他4個處理差異顯著。處理4籽粒氮含量最高,與處理1、處理2和處理3差異顯著,達9.27g/kg;處理1全氮含量最低,為8.70g/kg。

表5 各處理籽粒和莖葉養分含量

對莖葉而言,處理3磷含量最高,達1.87g/kg,與其他4個處理差異顯著;其次為處理4,為1.26g/kg。莖葉中鉀含量最高為處理3(21.78g/kg),其次為處理1(20.99g/kg),二者無顯著性差異,但處理3和處理1與其他處理均呈顯著性差異;處理5莖葉鉀含量最低,為17.79g/kg,與其他處理均呈顯著性差異。處理3中莖葉氮含量最高,達9.30g/kg;處理1中莖葉氮含量最低,為8.95g/kg,且與處理3呈顯著性差異水平。

由表6可知,氮肥施用量與籽粒氮含量呈顯著正相關,相關系數r=0.918;與莖葉鉀含量呈顯著負相關,相關系數r=-0.912;與籽粒鉀含量呈負相關,相關系數r=-0.783;與莖葉磷含量呈負相關,相關系數r=-0.545。磷肥施用量與籽粒磷含量和籽粒鉀含量呈負相關,相關系數分別為r=-0.509和r=-0.694。鉀肥施用量與籽粒和莖葉鉀含量均呈負相關,相關系數分別為r=-0.338和r=-0.309;與莖葉氮含量成顯著正相關,r=-0.948。

表6 籽粒和莖葉養分含量與施肥的相關性分析

結果表明,干旱條件下施用磷肥抑制水稻籽粒磷養分和鉀養分吸收;施用氮肥對水稻籽粒氮養分吸收有決定性的促進作用,但對莖葉的鉀養分吸收有顯著的抑制作用;施用鉀肥對莖葉氮養分吸收有明顯促進作用,但對莖葉和籽粒鉀養分吸收有抑制作用。

2.4 不同施肥處理對水稻養分吸收量的影響

由表7可知,處理4、處理2籽粒磷養分吸收量均顯著高于其他處理,分別為1.30kg/667m2和1.28kg/667m2;處理1和處理3籽粒磷養分吸收量顯著低于其他處理,分別為1.02kg/667m2和1.01kg/667m2。處理2、處理4籽粒鉀養分吸收量顯著高于其他處理,分別為1.19kg/667m2和1.18kg/667m2;處理3最低,為0.96kg/667m2。處理2籽粒氮養分吸收量最高,為5.02kg/667m2;其次為處理4和處理5,分別為4.86kg/667m2和4.38kg/667m2;處理1和處理3籽粒氮含量最低,且和其他處理呈顯著性差異,分別為3.67kg/667m2和3.75kg/667m2。

表7 不同處理的養分吸收量

處理3中莖葉磷養分吸收量顯著高于其他處理,達1.62kg/667m2;處理2中莖養分吸收量最低,為0.83kg/667m2。莖葉鉀養分吸收量最高的為處理3,達18.9kg/667m2;其次為處理1,為17.81kg/667m2。對莖葉氮養分吸收量而言,處理3最高,達8.07kg/667m2;其次為處理1和處理5,分別為7.52kg/667m2和7.35kg/667m2。

對全株養分吸收量而言,處理3的磷和鉀養分吸收量最高,分別為2.64kg/667m2和19.86kg/667m2。各處理的全株氮養分吸收量均無顯著差異,其中處理4和處理3全株氮養分吸收量最高,分別為11.84kg/667m2和11.82kg/667m2。

綜上,處理2籽粒氮、磷、鉀養分吸收量顯著高于其他處理,同時莖葉氮、磷、鉀養分吸收量均在較低水平。結果表明,施加氮、磷肥而不施加鉀肥的施肥處理對水稻籽粒中氮、磷、鉀養分吸收有促進作用。

3 討論

根據全國第二次土壤普查養分分級標準,速效鉀含量150.00～200mg/kg為Ⅱ級土壤,鉀含量豐富[4]。本試驗土壤速效鉀含量為176.34mg/kg,比西南地區水稻土壤速效鉀平均含量(89.84mg/kg)高86.5mg/kg[5],土壤速效鉀含量在較高水平。因此,在土壤速效鉀含量偏高的情況下,施用鉀肥會造成土壤鉀含量過高,

根據相關性分析可知,施加過量的鉀肥對稻谷的產量有抑制作用。土壤鉀含量過高是導致未施加鉀肥的處理2(553.61kg/667m2)相比處理5稻谷產量增加28.16kg/667m2的主要原因,但是過量的鉀元素會對水稻稻谷的氮、磷、鉀養分吸收量有抑制作用。施加鉀肥可以減少因干旱脅迫所造成的稻谷減產[6]。本試驗正常施氮肥的處理2和處理4的稻谷平均產量相比農戶常規施肥的稻谷產量(524kg/667m2)差異不明顯,可能是由于土壤自身速效鉀含量處于較高水平,提高了水稻的抗旱性。而土壤速效鉀含量高可能是由于前茬作物油菜秸稈還田造成的。

在正常生長條件下,適量施用氮肥可以促進稻谷的產量增長[7]。此外,水稻也存在一定的“以氮調水”效應,施用氮肥能夠減少因干旱導致的產量損失[8]。處理1和處理3的稻谷產量顯著低于其他處理可能是由于氮肥施用量不足所引起的。同樣地,處理5的稻谷產量相對于未施加氮肥的處理1和處理3更高,但相對于施氮的處理2和處理4則降低,這可能是由于氮、磷、鉀元素在干旱條件下復雜的相互作用所致。

4 結論

土壤速效鉀含量偏高時,施用鉀肥會造成土壤鉀含量過高,而過量的鉀元素會對水稻稻谷的氮、磷、鉀養分吸收量有抑制作用。所以,在土壤速效鉀含量偏高時,應減少鉀肥施用量,以避免土壤鉀含量過高導致水稻減少。適宜的鉀肥可以提高水稻的抗旱性。正常施氮肥可以促進稻谷產量增長,施用氮肥能夠減少因干旱導致的產量損失。此外,對該試驗地后續種植作物可減少鉀肥施用量,降低化肥施用的同時可提高水稻產量,也為后續修正水稻測土配方施肥建議卡提供一定的理論依據。