氮肥運籌對直播水稻營養元素利用及產質量的影響

陳家武，盧以群，單武雄

（1.湖南生物機電職業技術學院環境工程系，湖南 長沙 410127；2.中南大學研究生院隆平分院，湖南 長沙 410125）

隨著育種技術的提高，高產、優質水稻品種涌現，水稻單產從20世紀60年代的3 000 kg/hm2到20世紀90年代的6 000 kg/hm2，目前超級稻產量可達9 700 kg/hm2以上。在湖南湘西地區，由于種植水稻單位面積的效益不高，農戶為了減少勞動力投入，簡化種植過程，水稻栽培模式從水田育秧人工插秧轉為免育秧直播。在這種新種植模式下高產水稻對肥料管理要求較為精細，如果施肥不當，會引起水稻減產、環境污染等問題。因此，需要研究合理的施肥模式來指導水稻種植。測土配方施肥工作自開展以來，技術得到了廣泛應用，在指導水稻施肥上取得了良好的效果，水稻普遍增產5%以上，肥料利用率提高3%以上[1]。目前對水稻施肥種類及總量的研究較多，但在測土配方施肥基礎之上如何進一步提高肥料利用率，減少勞動力投入，促進水稻優質高產的研究還較少。在湖南湘西自治州地區水稻測土配方施肥試驗基礎之上，保持氮肥總量一致，研究了氮肥分次施用對于水稻養分吸收利用、產質量及生產效益的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

晚稻品種為秀水134，播種方式為免育秧直播，稻種播種量67.5 kg/hm2。浸種露白后7月16日播種，11月18日收獲。試驗地土壤質地為沙壤土，pH值6.38，有機質25.6 g/kg，全氮2.27 g/kg，堿解氮181 mg/kg，有效磷15.3 mg/kg，速效鉀138 mg/kg。試驗用化肥為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）和氯化鉀（含K2O 60%）。

1.2 試驗設計

試驗于2011年在湖南吉首市馬頸坳團結村稻田進行。單個小區寬10 m，長60 m，面積600 m2。試驗共設5個處理：一基一追（YJYZ）；一基二追（YJEZ）；一基三追（Y JSZ）；零基三追（LJSZ）；無肥料（LJLZ），每處理3次重復，具體施肥方案見表1。施肥總量參考當地農業部門水稻測土配方施肥推薦量，且總量一致，尿素472.5 kg/hm2，過磷酸鈣175.05 kg/hm2，氯化鉀112.50 kg/hm2。其中磷肥作為基肥一次施入；鉀肥一半用作基肥施入，一半用作穗肥施入；氮肥分次施用：基肥在整田時施入，分蘗肥在水稻4葉一心至剛開始分蘗時施入，促花肥在倒四葉時施入，?；ǚ试诘苟~時施入，穗肥在孕穗初期施入，苗肥在2葉一心時施入。

1.3 測定項目與方法

在苗期（三葉期）、分蘗盛期、灌漿期、蠟熟期采集水稻樣品進行分析，考察植株養分含量、氮肥利用率、稻米品質、產量、效益等指標。水稻收割后按小區隨機選取5株，用于測定有效穗數、每穗粒數、千粒重、秕谷率，稻米產量用機械收割機全部收割后，稱重實測。植株養分測定部位為水稻地上部分莖葉，隨機選取5株，用硫酸-雙氧水消煮后，用凱氏定氮法測定全氮，火焰光度法測定全鉀含量，釩鉬黃法測定全磷[2]，稻米品質測定選用成熟后糙米，采用NIRSystems5000型近紅外儀分析，前處理分析方法參照文獻[3]。

表1 水稻施氮模式設計 （kg/hm 2）Table 1 Experim ental design of nitrogenous fertilizer application

氮素利用率（%）=100×（施氮區莖葉吸氮量－空白區莖葉吸氮量）/施氮量

水稻種植收益=稻米售價－種子投入－收割費用－農藥投入－化肥投入－人工投入＋秸稈還田補貼。

試驗數據采用SPASS15.0進行分析，LSD法檢驗差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 施氮模式對不同生育期水稻莖葉全氮含量變化的影響

從圖1中可知，水稻生長期，水稻莖葉對氮的吸收呈現先升高后緩慢降低的趨勢，莖葉在分蘗期對氮素的吸收達到峰值，LJSZ處理中水稻莖葉全氮達到19.1 g/kg（圖1）。這一時期水稻對氮素的需求量很大，若不施氮肥，土壤所供應的氮素不能滿足水稻生長發育的需要。而在蠟熟期，不施肥區域水稻氮素明顯下降，表明氮肥分次施用后對水稻生育后期延緩衰老，具有非常明顯的促進作用。氮肥分次施用后，隨著氮肥施用次數增加，水稻各生育期莖葉全氮含量相應增加，在蠟熟期水稻莖葉全氮含量與其他各處理差異達到5%，但除無肥處理其余差異均不顯著。

圖1 氮肥分次施用條件下水稻莖葉全氮含量變化Fig.1 Changes in nitrogen content of rice plants after phase application of nitrogenous fertilizer

2.2 施氮模式對不同生育期水稻磷和鉀養分含量變化的影響

從圖2可知，水稻莖葉中全磷含量在分蘗期和灌漿期較高，5處理中，以YJEZ處理全磷含量為最高，都為2.8 g/kg。水稻莖葉的全鉀含量在灌漿期達到整個生育期的高峰，最高為LJSZ處理，莖葉全鉀含量達到29.3 g/kg（圖3）；在蠟熟期，水稻莖葉全鉀含量又急劇下降，此時LJSZ處理水稻莖葉的全鉀含量僅5.3 g/kg；4種施肥模式下，莖葉對磷、鉀的吸收差異都未達顯著水平。

圖2 氮肥分次施用條件下水稻莖葉全磷含量變化Fig.2 Changes in total phosphorus content of rice after phase application of nitrogenous fertilizer

圖3 氮肥分次施用條件下水稻莖葉全鉀含量變化Fig.3 Changes in potassium content of plants after phase application of nitrogenous fertilizer

2.3 施氮模式對稻米中氮磷鉀養分積累的影響

稻米中氮磷鉀養分可以反映稻米的營養品質，同時也可以為合理施肥提供科學依據。圖4表明，氮肥分次施用模式中，LJSZ處理稻米全氮含量最高，達到10.6 g/kg，顯著高于其他試驗處理，說明氮肥分次施用且后移能促進氮素在谷物中的積累，胡啟燦等[4]的研究也證實了這點；4種施肥模式下，稻米磷鉀養分差異均未達顯著水平。

圖4 氮肥分次施用對稻米氮磷鉀含量的影響Fig.4 Influence of each application of nitrogenous fertilizer on the presence of nutrients in rice

2.4 施氮模式對水稻產量及其構成要素的影響

從表2中可知，在試驗各處理中，每穗粒數中YJEZ處理最多，達到100粒。但是，千粒重、秕谷率差異不顯著。其中YJYZ處理的千粒重最大，為28.7 g，其次為YJSZ處理（28.4 g）；秕谷率在8.77%～11.03%之間，4個施肥處理中，以YJSZ和LJSZ處理較低?？梢?，氮肥施入總量一致的條件下，氮肥多次施用可以增加千粒重、降低秕谷率，但是各施肥處理間差異不顯著。YJEZ處理小區稻米產量最高，達9 002 kg/hm2。對比YJYZ處理稻米產量，YJEZ處理增產15.2%，YJSZ處理增產13.6%，LJSZ處理增產8.2%。

表2 氮肥分次施用對水稻產量及其構成要素的影響Table 2 Influence of the phase application of nitrogenous fertilizer on the quality of commodity rice

2.5 施氮模式對稻米品質的影響

供氮模式會對稻谷的品質產生影響[5]。稻米中蛋白質是評價稻米品質的重要營養指標之一，蛋白質含量高，其營養品質就好。從表3中可知，各處理蛋白質含量均大于8%，根據國家《優質稻谷》（GB/T17891-1999）可以評價為一級。不同處理稻米蛋白質含量略有差異，其中LJSZ處理稻米中蛋白質含量最高，達到10.48%。

據研究，不同供氮方式會影響稻米中蛋白質及直鏈淀粉的含量，增加供氮次數能提高稻米蛋白質含量并降低直鏈淀粉的含量[6-7]。稻米中直鏈淀粉含量高低與米飯的粘性、柔軟性、光澤度等食味品質呈顯著或極顯著的負相關性，即直鏈淀粉含量越低，稻米淀粉的粘度越好，其食用和加工品質越高。試驗結果（表3）表明，各處理中直鏈淀粉的含量均低于25%，但高于20%，為中直鏈淀粉稻米，品質相對較好；其中YJEZ處理直鏈淀粉含量最低，為22.0%，但是各處理間差異不顯著。膠稠度可以表征稻米的蒸煮品質，試驗各處理稻米膠稠度均大于50 mm但小于80 mm，稻米蒸煮后較軟，評價為二級。堿消值在試驗各個處理之間差異不顯著?；曳忠訷JSZ和LJSZ處理最低?？梢?，氮肥分次施用可以提高稻米蛋白質含量，降低灰分含量。

表3 氮肥分次施用對稻米品質的影響稻米Table 3 Changes in rice quality in different scenarios

稻米中微量元素跟人體營養平衡密切相關，因為稻米是我們人體攝入中微量元素的主要途徑之一。從表4中可知，氮肥分次施用，可以促進稻米對Mg、Ca等元素的吸收，這與Thuy N H等[8]的研究吻合，LJSZ處理稻米Mg、Ca含量分別達到1021 mg/kg和412 mg/kg，但是各施肥處理間差異不顯著。

表4 氮肥分次施用對稻米中微量元素的影響 （m g/kg）Table 4 Changes in mineral elements in different scenarios（mg/kg）

2.6 施氮模式對水稻氮素利用和種植效益的影響

從表5中可知，不同施氮模式下水稻對氮肥的利用率，以氮肥多次施用的處理高，其中YJSZ處理最高。對比YJYZ，YJEZ、YJSZ和LJSZ處理水稻氮肥利用率分別提高12.5，22.4和16.9個百分點。由此可知，氮肥分次施用且后移可有效提高氮肥利用率，這與鄭圣先等[9]的研究結果一致。

水稻種植成本構成具體為：種子成本（包括播種人工成本）67.5 kg/hm2×5.2元/kg，肥料成本1 875元/hm2，當地用于病蟲害防治費用1 800元/hm2，收割費用1 350元/hm2；施肥成本包括當地人工費75元/d，每天施肥0.4 hm2，平均199.5元/（次·hm2）。稻米售價2.4元/kg，秸稈還田補貼1 350元/hm2。從表5中可知，收益以YJEZ處理最高，達16 979元/hm2；凈收益以YJEZ處理最高，達14 505元/hm2（收益－成本）。對比YJYZ處理，YJEZ、YJSZ和LJSZ處理凈增收2 451、1 761和1 143元/hm2。

表5 不同施氮模式對氮素利用及效益的影響Table 5 Analysis of benefits from rice plantation

3 小結與討論

水稻在生長旺盛時期對氮肥的需求量最大，因此在水稻的分蘗期、灌漿期應該補施氮以求高產。適量適時施用氮肥能提高水稻產量[10]，水稻在施氮總量一致的條件下，隨著氮肥施用次數的增加，水稻產量及氮肥利用率均呈現出先增加后降低的趨勢。當地水稻施肥主要為一基一追模式，一基二追、一基三追和零基三追模式，水稻產量比一基一追模式分別增產15.2%、13.7%和8.2%，隨著氮肥施用次數的增加，水稻的增產率逐漸降低；肥料利用率提高，水稻一基三追模式下，氮肥的利用率最高，達到38.6%，比一基一追模式提高了22.4個百分點，減小了農田氮肥面源污染的風險，但是零基三追模式下，氮肥的利用率只有33.1%，這可能是沒有施用基肥導致利用率降低。因此，氮肥分次施用時，隨著施用次數的增加，水稻產量及氮肥利用率提高，尤其在水稻氮素敏感時期如苗期的基肥、分蘗期的分蘗肥應及時適量施用，否則將引起水稻減產，這與李忠芳[11]的研究基本一致。

氮肥分次施用，可提高稻米中蛋白質的含量，同時降低灰分，并且能降低直鏈淀粉的含量，這可能是因為水稻植株氮素能提高功能葉中相關蛋白酶的活性，促進氮素轉移[12-13]。試驗所設不同施肥處理，稻米的品質都能達到粳米二級。另外，氮肥分次施用，稻米中的中微量元素含量也會隨著施氮次數的增加呈增加趨勢，這與Good A G等[14-15]的研究結果類似，可能是由于氮素能促進相關中微量元素吸收轉運蛋白酶的合成。可見氮肥分次施用能改善水稻的營養品質。本試驗條件下，隨著氮肥施用次數的增加，種植單季水稻收益也呈現先增加又降低的趨勢，其中收益最高的為一基二追處理，達到16 979元/hm2，比一基一追處理凈增收2 451元/hm2。因此，在水稻需肥敏感時期保證氮肥供應，并且適當分次施用，不僅能增加水稻產量，改善稻米品質，而且還能提高肥料利用率，降低農業面源污染風險，真正做到經濟效益和生態效益最優。在本試驗條件下，氮肥一基二追模式（基肥∶分蘗肥∶穗肥=3∶4∶3），可以發揮當地水稻測土配方施肥推薦量的最大效益。

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