納米增效尿素對雜交水稻產量及氮肥偏生產力的影響

王 燚 長江中游濕地農業教育部工程研究中心,湖北荊州434025;長江大學農學院,湖北荊州43402

王小燕長江中游濕地農業教育部工程研究中心,湖北荊州434025 國家雜交水稻工程技術研究開發中心,湖南長沙410125

黃 斌,宋登蓉,何 潔鄭成法,田小海 長江中游濕地農業教育部工程研究中心,湖北荊州434025 長江大學農學院,湖北荊州434025

水稻是我國的第一大糧食作物,但隨著水稻產量的提高,氮肥用量逐年增加,殘留在土壤中的氮不但降低了肥料利用率,同時又給生態環境帶來污染[1～5]。因此,有必要研發新型氮肥,在不降低水稻產量的前提下,提高氮素利用率,減少過量施用氮肥給環境帶來的污染。納米材料具有獨特的物理化學性質,可以改善土壤環境,促進作物生長代謝[6,7]。有研究表明,納米觸媒處理水后,可提高水的細胞生物透性[6],促進作物的生長[8～10]。但關于添加納米材料的新型肥料納米增效尿素對水稻產量及肥料利用率的研究尚鮮見報道。本研究在前人研究基礎上進行,以中稻品種皖稻153為試驗品種,以北京華龍肥料有限公司提供的納米增效尿素為試驗材料,系統研究了不同施氮量條件下,納米增效尿素對產量和氮肥偏生產力的影響,以期為進一步明確納米材料對作物產量影響機理及建立高產、高效、安全的水稻栽培體系提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2009年水稻生長季在湖北松滋市 “種三產四”項目基地進行,試驗點年均降雨量為1 200 mm,2009年中稻生育期間總降雨量為307.1 mm。

1.2 試驗材料與設計

試驗以高產品種皖稻153為試驗材料,由安徽農業科學研究院選育,已通過品種審定。播種前0～20 cm土層含有機質11.00 g/kg、全氮1.00 g/kg、速效氮82.03 mg/kg、速效磷33.25 mg/kg、速效鉀57.11 mg/kg。試驗中2種肥料類型均設置6個施氮量處理:0、90、135、180、225、270 kg/hm2,分別記為N0、N1、N2、N3、N4、N5。

納米增效尿素由北京華龍肥料技術有限公司提供。配制過程如下:先將普通尿素磨成直徑為≤0.2 mm粉狀,然后按1 000∶3的重量比與納米碳混合均勻,并制成與普通尿素大小一致的顆粒。成份組成為:納米碳0.3%,N≥46%,縮二脲≤1.4%,H2O≤0.3%。普通尿素成分組成為:N≥46%,縮二脲≤1.4%,H2O≤0.3%。

各處理磷肥用過磷酸鈣,其P2O5含量為14%,施用量P2O5為90 kg/hm2;鉀肥用氯化鉀,K2O含量為47%,施用量K2O為144 kg/hm2。氮肥、磷肥和鉀肥均于插秧前一天作基肥施入,施入后,立即用鐵齒耙耖入5 cm深的土層內。

小區面積為3.5×8=28 m2,裂區設計,重復3次,肥料類型為主區,施氮量為副區。小區間用塑料農膜包埂,埂高20 cm,小區間隔35 cm,重復間相隔60 cm。5月20號播種育秧,6月7號移栽,移栽密度為23.3 cm×23.3 cm,雙株。移栽3～4 d查缺補苗,保證全苗。其他管理同當地水稻高產田。

1.3 測定項目與方法

(1)分蘗數 每一重復選擇與插秧方向垂直 (小區為南北走向,插秧方向與小區走向一致)、長勢一致的10蔸秧苗,定點,于插秧后每隔7 d調查分蘗數。

(2)干物質積累量 移栽后將小區劃分為面積相等的兩部分,即取樣區和測產區。在取樣區內分別于分蘗盛期、孕穗期、乳熟期、成熟期取樣。所取樣品洗凈后在室內去掉地下部分,調查分蘗數,并將地上部分在105℃恒溫下殺青20 min,再在80℃恒溫下烘至恒重,稱取干重即為所求干物質積累量。

(3)葉片SPAD值 于分蘗盛期、孕穗期、乳熟期、成熟期用SPAD葉綠素測定儀測最后一片完全展開葉SPAD值,每小區測15個葉片,取其平均值。

(4)有效穗數、每穗實粒數、千粒重 于成熟期在測產區調查各處理有效穗數、每穗實粒數、千粒重,調查方法為:隨機調查20蔸求平均有效穗數,隨機調查5蔸求平均每穗實粒數、千粒重。

(5)產量 成熟期在測產區測產,脫粒后稱濕重并測子粒含水量,根據含水量換算實際產量。

(6)子粒含水量 子粒含水量采用德國產Sartorius MA35型紅外水分測定儀測定。

(7)氮肥偏生產力 按如下公式計算[11]:

氮肥偏生產力 (kg/kg)=施氮處理產量 (kg/hm2)/施氮量 (kg/hm2)

(8)數據處理 試驗數據用EXCEL和DPS 2 000數據處理系統分析處理。

2 結果與分析

2.1 納米增效尿素對分蘗動態的影響

由表1可以看出,自插秧后,各處理分蘗數不斷增加,至6月28日達最大,之后又逐漸降低,并最終趨于穩定。

同一施氮量水平,納米增效尿素處理與普通尿素處理間比較,納米增效尿素處理各時期分蘗數顯著大于普通肥料處理,表明納米增效尿素有利于提高分蘗數,這是獲得較高干物質積累量進而獲得高產的生理基礎。

表1 不同生育時期不同處理分蘗動態 104/hm2

2.2 納米增效尿素對葉片SPAD值的影響

SPAD是衡量葉片當前葉綠素的相對數量的指標,能有效衡量葉片光合速率。由表2可以看出,自分蘗盛期至成熟期,所測葉片SP AD值呈先增加后降低趨勢,其中峰值出現在乳熟期。由表2同時可以看出,隨施氮量的增加,葉片SPAD值逐漸增加,表明增施氮肥有利于增加葉片葉綠素數量,這為提高光合物質生產效率奠定基礎。同一施氮量水平,普通尿素處理與納米增效尿素處理間比較,均表現為NMUrea＞Urea,其中施氮量越高,NMUrea與Urea葉片SPAD值差異越大。表明施用納米增效尿素可提高葉片SPAD值,為提高子粒產量奠定物質基礎。

表2 不同處理對劍葉SPAD值的影響

2.3 納米增效尿素對干物質積累動態的影響

由表3可以看出,從分蘗盛期至成熟期,水稻干物質積累量逐漸增加,并在成熟期達最大值。不施氮處理與各施氮處理間比較,各時期干物質積累量顯著低于施氮處理。各施氮量處理間比較,納米增效尿素和普通尿素均表現為:隨施氮量增加,干物質積累量顯著增加。以上結果表明增施氮肥有利于獲得較高的干物質積累量。

同一施氮量水平,納米增效尿素處理與普通尿素處理間比,納米增效尿素各處理干物質積累量顯著大于普通尿素處理,表明施用納米增效尿素比普通尿素更有利于水稻植株干物質的積累。

表3 不同處理對干物質積累動態的影響 kg/hm2

2.4 納米增效尿素對產量、產量構成因素及氮肥偏生產力的影響

由表4可以看出,隨施氮量的增加,納米增效尿素處理及普通尿素處理子粒產量均呈先增加后降低趨勢,其中施氮量為225 kg/hm2時產量最高。同一施氮量水平,納米增效尿素處理與普通尿素處理間比較,施純氮90 kg/hm2時,納米增效尿素處理產量與普通尿素處理間差異不顯著;隨施氮量增加,納米增效尿素處理與普通尿素處理間差異達顯著水平,納米增效尿素最高增產幅度達10.2%,此時施氮量為225 kg/hm2。納米增效尿素處理有效穗數、每穗實粒數均顯著大于普通尿素處理。

表4 各處理產量、產量構成因素及氮肥偏生產力

氮肥偏生產力是衡量氮肥利用率的重要指標。如表4所示,隨施氮量的增加,納米增效尿素處理及普通尿素處理氮肥偏生產力均呈逐漸降低趨勢。同一施氮量水平,納米增效尿素處理與普通尿素處理間比較,較低施氮量范圍內,即施氮量為90 kg/hm2,納米增效尿素處理與普通尿素處理間氮肥偏生產力顯著不顯著,當施氮量增至135～270 kg/hm2范圍時,納米增效尿素處理氮肥偏生產力顯著大于普通尿素處理,表明在施氮量較高條件下,納米增效尿素有利于獲得較高氮肥利用率。

總之,在超級稻創高產更高產創建過程中,對地力水平和施氮量水平均要求較高,因此,可用納米增效尿素代替普通尿素,以在相同施氮量條件下,更有效的提高有效分蘗和干物質積累量,最終獲得較高子粒產量和氮肥偏生產力。

3 討論

前人研究結果表明,隨施氮量的增加,水稻產量逐漸增加,當施氮量達150 kg/hm2時,產量最高,再增加施氮量,產量降低[14,15]。本研究結果表明,施氮量增加,產量先增加后降低,這與前人研究結果一致。本研究同時表明,在相同施氮量條件下,納米增效尿素可顯著提高分蘗數,為促進干物質積累奠定基礎。

目前,納米材料因為其獨特的物理化學性質,越來越多的應用在生物領域及農業生產中。有研究表明,用納米陶瓷進行豇豆和蘿卜浸種,可顯著提高發芽勢、發芽率、幼苗鮮種[16];提高大豆根系活力和吸水能力,增加體內抗氧化酶活性和植物的抗逆能力[10]。曾昭華[8]在水稻栽培中使用由南昌納米高新技術開發公司研制的強的納米863生物助長器浸種,結果表明,早稻增產9.0%,連晚稻增產8.3%以上。劉安勛等[6]研究表明,納米材料可促進水稻種子和幼苗的代謝,使其早發、早生根、多生根,但納米復合材料對水稻植株的影響在分蘗期最為明顯,隨著水稻生長時期的推進,納米材料處理與對照間差異變小。本研究結果則表明,納米增效尿素與普通尿素相比,不僅可以促進苗期分蘗,提高分蘗數,同時可以提高葉片SPAD值,進而提高分蘗盛期至成熟期干物質積累量,增加每穗實粒數,最終顯著提高子粒產量。本研究進一步表明,納米增效尿素與普通尿素相比,可提高肥料利用率,且在較低施氮量范圍內,其氮肥偏生產力增加不顯著,但施氮量在135～270 kg/hm2范圍內,差異均達顯著水平。總之,本試驗條件下,納米增效尿素與普通尿素相比,可顯著提高分蘗數,增加葉片SPAD值,促進干物質積累,最終可獲得較高子粒產量和較高肥料利用率,是超級雜交稻的超高產栽培的適宜肥料品種,其中施氮量為225 kg/hm2條件下子粒產量最高,達11 546.7 kg/hm2,氮肥偏生產力為51.3 kg/kg,是最超高產運籌模式;施氮量為135 kg/hm2條件下,子粒產量較高,氮肥偏生產力達為76.5 kg/kg,是納米增效尿素安全、節氮運籌模式。

由本研究結果可以得出,納米增效尿素可顯著提高產量,具有廣泛的應用前景,但其促進作物生長發育的機制尚需要進一步研究。

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