不同肥料對(duì)華南雙季稻產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響

傅友強(qiáng) 鐘旭華 梁開(kāi)明 潘俊峰 劉彥卓 胡香玉 彭碧琳 陳榮彬 胡銳 黃農(nóng)榮

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所/廣東省水稻育種新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州510640；第一作者：fyq040430＠163.com；*通訊作者：13533385913＠163.com）

水稻是我國(guó)最重要的糧食作物之一[1]。隨著人口的增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，以及耕地面積的銳減，提高水稻單產(chǎn)成為一個(gè)永恒的話題，同時(shí)也是穩(wěn)定和提升我國(guó)水稻總產(chǎn)量的重要措施[2-4]。研究表明，化肥是農(nóng)作物增產(chǎn)最快、最有效、最重要的措施，稻谷產(chǎn)量的提高和環(huán)境保護(hù)依賴于化肥的合理施用[5-6]。據(jù)FAO數(shù)據(jù)顯示，化肥對(duì)農(nóng)作物增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率占30%～50%[7]。中國(guó)化肥試驗(yàn)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果也顯示，化肥對(duì)糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率占40%左右[8]。因此，化肥在保障我國(guó)糧食安全中起著不可替代的作用[9]。

目前，市面上的肥料存在養(yǎng)分配比雜、劑型多，且針對(duì)性不強(qiáng)，肥料利用效率不高等問(wèn)題，已成為提高稻谷單產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)的障礙因子。因此，高產(chǎn)高效肥料品種的選擇應(yīng)考慮水稻品種、作物養(yǎng)分需求、區(qū)域氣候類型和土壤肥力[10]。張福鎖等[11]提出，充分利用來(lái)自土壤和環(huán)境的養(yǎng)分資源，實(shí)現(xiàn)根層養(yǎng)分供應(yīng)與高產(chǎn)作物需求在數(shù)量上匹配、時(shí)間上同步、空間上一致，才能提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率，協(xié)調(diào)作物高產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)。朱兆良等[9]也認(rèn)為，應(yīng)用好肥料資源、提高肥料利用效率是關(guān)系到國(guó)家糧食安全和環(huán)境質(zhì)量的重大科技問(wèn)題。楊青林等[12]研究認(rèn)為，進(jìn)行精準(zhǔn)配方施肥、改進(jìn)施肥方法是提高肥料利用率、減少肥料損失的重要措施。因此，開(kāi)展或篩選不同肥料品種對(duì)水稻產(chǎn)量和氮肥利用效率研究具有重要的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義。本研究在等氮條件下，探討了不同肥料對(duì)水稻產(chǎn)量和氮肥利用效率的影響，以期為水稻高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 土壤理化性質(zhì)和種植氣候條件

試驗(yàn)于2017年早、晚季在廣東省廣州市白云區(qū)鐘落潭鎮(zhèn)廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院白云基地（113°23’E，23°17’N，海拔 41.0 m）進(jìn)行。土壤理化性質(zhì)：pH值5.95，有機(jī)質(zhì) 22.48 g/kg，全氮 1.29 g/kg，全磷 0.42 g/kg，全鉀 8.43 g/kg，堿解氮 58.03 mg/kg，有效磷 6.49 mg/kg，速效鉀47.00 mg/kg。

使用標(biāo)準(zhǔn)地面氣象站（型號(hào)：FM1000，品牌：Techno-solutions）測(cè)定早、晚稻播種后的溫度、降雨量和太陽(yáng)輻射量，詳情如圖1所示。對(duì)早季而言，隨著播種天數(shù)的增加，氣溫逐漸升高。整個(gè)生長(zhǎng)季日平均降雨量為11.60 mm，日平均太陽(yáng)輻射量為11.57 MJ/m2。對(duì)晚季而言，苗期溫度較高，抽穗后期晝夜溫差達(dá)9.6℃，比早季抽穗后期晝夜溫差高34.7%，降雨量少，平均為3.17 mm/d，日太陽(yáng)輻射量平均為17.38 MJ/m2。因此，早、晚季水稻生長(zhǎng)期間的光照、氣溫和降雨量等氣象因素沒(méi)有出現(xiàn)異常，水稻生長(zhǎng)正常。

圖1試驗(yàn)基地2017年早、晚季水稻播種后的溫度、降雨量和太陽(yáng)輻射量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試水稻品種為天優(yōu)3618。設(shè)計(jì)4種肥料處理：N0，無(wú)氮處理；T1，施“耐舒”牌控釋肥（簡(jiǎn)稱“控釋肥”）處理，早、晚季肥料用量分別為540 kg/hm2、600 kg/hm2）；T2，施傳統(tǒng)復(fù)合肥（簡(jiǎn)稱“復(fù)合肥”）處理，早、晚季肥料用量分別為 900 kg/hm2、1 000 kg/hm2）；T3，施“彩虹”牌快美復(fù)混肥（簡(jiǎn)稱“快美肥”）處理，早、晚季肥料用量分別為562.5 kg/hm2、625 kg/hm2。除無(wú)氮處理外，其它處理早季施氮量為135 kg/hm2，晚季施氮量為150 kg/hm2，保證每季各處理的氮肥量一致。每個(gè)處理3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積25 m2（5 m×5 m）。小區(qū)用塑料薄膜（PVP）包裹田埂，防止小區(qū)間相互串肥。早季播種時(shí)間為3月8日，移栽時(shí)間為4月9日，播種至抽穗的天數(shù)為94 d；晚季播種時(shí)間為7月21日，移栽時(shí)間為8月10日，播種至抽穗的天數(shù)為70 d。人工插秧，栽插規(guī)格20 cm×20 cm。按照水稻“三控”施肥技術(shù)進(jìn)行田間管理[13]。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)

參照土壤農(nóng)化分析方法[14]測(cè)定。

1.3.2 葉綠素含量

在水稻抽穗期（指50%稻穗抽出的時(shí)期），用葉綠素測(cè)定儀（SPAD-502 Plus）測(cè)定劍葉中部的葉綠素含量，每次測(cè)定6片，取平均值。

1.3.3 干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量

于抽穗期和成熟期，每個(gè)小區(qū)取樣12叢，逐叢計(jì)數(shù)莖蘗數(shù)，剪去根，抽穗期將莖葉和穗分開(kāi)，成熟期將稻草、實(shí)粒、空秕粒和枝梗分開(kāi)，分別在105℃下殺青20 min，然后在75℃下烘干至恒質(zhì)量，稱重。成熟期實(shí)收125叢（5 m2）測(cè)產(chǎn)，將稻谷風(fēng)干，取100 g左右于105℃下烘干48 h，測(cè)定含水量，然后將稻谷轉(zhuǎn)換成含水量為14%的稻谷產(chǎn)量。

1.3.4 產(chǎn)量構(gòu)成因子的調(diào)查和測(cè)定

收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)取12叢稻株，記錄每叢穗數(shù)，風(fēng)干后進(jìn)行室內(nèi)考種。利用智能種子計(jì)數(shù)系統(tǒng)（TPZJ-A，麥科儀）對(duì)實(shí)粒和空粒進(jìn)行記數(shù)，計(jì)算每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等指標(biāo)。

1.3.5 植株氮含量

將抽穗期和成熟期各樣品磨碎，H2SO4-H2O2法消煮后測(cè)定氮養(yǎng)分含量，氮含量利用全自動(dòng)測(cè)氮儀進(jìn)行測(cè)定[15]。

1.3.6 有關(guān)物質(zhì)養(yǎng)分指標(biāo)的計(jì)算方法

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施用量[16]；

氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg/kg）=（施氮區(qū)水稻產(chǎn)量-不施氮區(qū)水稻產(chǎn)量）/氮肥施用量[16]；

表1早、晚季不同肥料品種處理的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

表2莖鞘（葉片）干物質(zhì)輸出量、抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、抽穗后干物質(zhì)累積量和籽粒質(zhì)量

氮肥利用率（%）=（收獲期施氮區(qū)地上部總吸氮量-收獲期不施氮區(qū)地上部總吸氮量）/氮肥施用量×100[16]；

穗部干物質(zhì)累積量（g/m2）=成熟期穗的干物質(zhì)量-抽穗期穗的干物質(zhì)量[17]；

穗部干物質(zhì)累積速率（g/m2/d）=穗部干物質(zhì)累積量/抽穗期到成熟期的天數(shù)；

庫(kù)容量（g/m2）=成熟期單位面積穗數(shù)×每穗粒數(shù)×粒重[18]；

莖鞘（葉片）干物質(zhì)輸出量（g/m2）=抽穗期莖鞘（葉片）干物質(zhì)量-成熟期莖鞘（葉片）干物質(zhì)量[19-20]；

抽穗后干物質(zhì)累積量（g/m2）=成熟期干物質(zhì)量-抽穗期干物質(zhì)量[21]；

抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量（g/m2）=籽粒質(zhì)量-抽穗后干物質(zhì)累積量[22]。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

用SPSS 13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)所得數(shù)據(jù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤，用OriginPro 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

從表1可知，T2處理和T3處理有較高的有效穗數(shù)、總穎花數(shù)及較高的稻谷產(chǎn)量。與T1處理相比，T2和T3處理的有效穗數(shù)和每穗總粒數(shù)分別增加0.5%～7.3%和3.1%～14.6%，稻谷產(chǎn)量增加5.5%～12.2%。值得注意的是，早季T2和T3處理的稻谷結(jié)實(shí)率低于T1和N0處理，可能與每穗總穎花數(shù)多有關(guān)（表1）。

2.2 莖鞘（葉片）干物質(zhì)輸出量、抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、抽穗后干物質(zhì)累積量和實(shí)粒重的關(guān)系

抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和抽穗后干物質(zhì)累積量是稻谷籽粒干物質(zhì)量的重要組成部分。如表2所示，早、晚季抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和抽穗后干物質(zhì)累積量存在明顯差異。早季以抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量為主，其對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率（抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/籽粒質(zhì)量×100）占58.28%～75.88%，晚季以抽穗后干物質(zhì)累積量為主，其對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率（抽穗后干物質(zhì)累積量/籽粒質(zhì)量×100）占57.77%～67.08%；其次，早季莖鞘（葉片）干物質(zhì)輸出量大于晚季。這些可能與早季水稻播種到抽穗的時(shí)間較長(zhǎng)，為94 d（晚季為70 d）和抽穗到成熟的時(shí)間較短，為 32 d（晚季38 d）有關(guān)。

相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，早季的抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量與稻谷產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)（r=0.707），晚季則相關(guān)性不顯著（圖2A）；晚季抽穗后干物質(zhì)累積量與稻谷產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)（r=0.880），早季則相關(guān)性不顯著（圖2B）。抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量與抽穗后干物質(zhì)累積量呈極顯著負(fù)相關(guān)（圖2C），這可能與穗部干物質(zhì)累積速率和庫(kù)容量有關(guān)。抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量與莖鞘（葉片）干物質(zhì)輸出量呈極顯著正相關(guān)（圖2D），支持了抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量主要源于莖鞘（葉片）的觀點(diǎn)。

圖2抽穗后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量與抽穗后物質(zhì)累積量和莖鞘（葉片）干物質(zhì)輸出量的相關(guān)性

表3抽穗期葉片SPAD值、穗部干物質(zhì)累積量和庫(kù)容量

圖3稻谷產(chǎn)量與抽穗期SPAD值、穗部干物質(zhì)累積量和庫(kù)容量的相關(guān)性

2.3 抽穗期葉片SPAD值、穗部干物質(zhì)累積量和庫(kù)容量

穗部干物質(zhì)累積速率和庫(kù)容量是提高水稻產(chǎn)量潛力的重要指標(biāo)。從表3所示，與T1處理相比，T2和T3處理能夠明顯提高水稻穗部干物質(zhì)累積量、穗部干物質(zhì)累積速率和庫(kù)容量，分別增加了2.7%～17.1%、1.6%～17.1%和5.4%～11.0%；T2和 T3處理的抽穗期葉片SPAD值也顯著高于T1處理，抽穗期葉片SPAD值的增加更好地促進(jìn)了干物質(zhì)向穗部轉(zhuǎn)運(yùn)，從而提高穗部干物質(zhì)累積速率和庫(kù)容量。相關(guān)分析結(jié)果（圖3）表明，稻谷產(chǎn)量與抽穗期葉片SPAD值、穗部干物質(zhì)累積量和庫(kù)容量呈顯著正相關(guān)。

2.4 不同肥料處理的水稻養(yǎng)分利用效率

表4不同肥料處理的水稻氮利用效率

表5不同肥料處理的經(jīng)濟(jì)效益分析 （元/hm2）

如表4所示，等氮條件下，不同肥料處理的氮肥利用效率存在明顯差異。T2和T3處理明顯增加了水稻總吸氮量、氮肥利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力。與T1處理相比，分別增加了9.4%～38.2%、26.6%～102.4%、19.3%～76.7%和4.5%～15.1%。

2.5 不同肥料處理的經(jīng)濟(jì)效益

從表5可知，除了T1處理的管理成本有少量變動(dòng)外，造成總生產(chǎn)成本差異的主要因素是肥料成本；早季T3處理的化肥成本和總成本比T2處理分別降低了36.5%～42.9%、8.3%～9.7%，產(chǎn)值比T2處理降低了2.7%～3.4%，但純收入比T2處理增加662.20元/hm2，增幅10.5%，在4個(gè)處理中最高。晚季不同處理間表現(xiàn)出相同趨勢(shì)。因此，從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，T3處理最好。

3 討論與結(jié)論

3.1 華南雙季稻的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和源庫(kù)特征

營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)期的干物質(zhì)累積是水稻產(chǎn)量的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。研究表明，稻谷產(chǎn)量的高低與水稻前期的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和同化物向生殖器官轉(zhuǎn)運(yùn)能力具有重要關(guān)系[23]。徐富賢等[24]在四川盆地東南部開(kāi)展了不同播期對(duì)雜交中稻產(chǎn)量影響的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著播期的推遲，水稻全生育期，特別是營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期顯著縮短，稻谷產(chǎn)量明顯降低。在四川省內(nèi)江市，水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)并不能完全轉(zhuǎn)化為稻穗的儲(chǔ)存優(yōu)勢(shì)，而生殖生長(zhǎng)期的環(huán)境條件對(duì)水稻的產(chǎn)量形成更為關(guān)鍵[25]。而在浙江省，適宜播期有利于延長(zhǎng)水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的天數(shù)，增加群體干物質(zhì)積累量、輸出量和轉(zhuǎn)化率，提高稻谷產(chǎn)量[26]。因此，不同地區(qū)氣候條件對(duì)水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)期干物質(zhì)累積存在明顯差異，從而影響稻谷產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)，早季籽粒產(chǎn)量的增加以莖鞘（葉片）干物質(zhì)輸出量和抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量為主；晚季以抽穗后干物質(zhì)累積量為主。可能原因：早季營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期長(zhǎng)（94 d），光合產(chǎn)物充分累積，而抽穗后期溫度較高，降雨較多，不利于光合作用和同化產(chǎn)物累積，故產(chǎn)量形成以營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)為主；晚季前期溫度較高，水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（70 d）較短，光合產(chǎn)物儲(chǔ)存較少，且抽穗后太陽(yáng)輻射量和晝夜溫差大，有利于同化物的積累，故產(chǎn)量形成以抽穗后干物質(zhì)累積為主，這與KATSURA等[27]報(bào)道的低夜溫和晝夜溫差大有利于促進(jìn)生物量的累積相一致。

有研究表明，缺乏氮肥可能導(dǎo)致同化物轉(zhuǎn)運(yùn)受阻，造成“流”不暢，阻礙光合產(chǎn)物及其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)，影響稻谷產(chǎn)量和品質(zhì)[28]。選擇優(yōu)化養(yǎng)分配置的肥料能夠改善土壤理化性質(zhì)、培肥土壤、協(xié)調(diào)土壤供肥特性和植株需肥規(guī)律，促進(jìn)養(yǎng)分向穗部轉(zhuǎn)運(yùn)，從而增加稻谷產(chǎn)量[29-30]。本試驗(yàn)條件下，快美復(fù)混肥明顯增加了早季莖鞘（葉片）干物質(zhì)輸出量和抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量；晚季增加了抽穗后干物質(zhì)累積量，并促進(jìn)了同化物向穗的轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而提高了稻谷產(chǎn)量。

3.2 不同肥料處理的養(yǎng)分利用效率

由于農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺、成本高，省工輕簡(jiǎn)高效的緩控釋肥已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍應(yīng)用。特別是在旱作作物中，如小麥、玉米等[31-33]。有研究表明，溫度高和降雨量多的地區(qū)能夠加速緩控釋肥料中養(yǎng)分的釋放[34]。在華南熱帶亞熱帶地區(qū)，由于水稻特殊的生長(zhǎng)環(huán)境（淹水灌溉），緩控釋肥料產(chǎn)品[35-37]需要結(jié)合施用次數(shù)（多次）、施用部位（側(cè)條施、側(cè)深施等）和栽培管理方式（干濕交替灌溉等）等措施，才能顯著提高稻谷產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率[35，38-40]。因此，劉兆輝等[10]認(rèn)為，緩控釋肥一次性施用可能存在根層養(yǎng)分供應(yīng)與作物養(yǎng)分需求在數(shù)量、時(shí)間和空間上的不相吻合。其效果因作物品種、區(qū)域氣候類型和土壤條件的不同而不同。本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，控釋肥一次性施用在早季效果優(yōu)于晚季。整體來(lái)說(shuō)，控釋肥處理降低了華南雙季稻抽穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和抽穗后干物質(zhì)累積量，減少了穗部干物質(zhì)累積量和降低水稻的庫(kù)容量，從而減少了水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率。其原因可能與華南地區(qū)溫度較高、降雨多、水稻生長(zhǎng)周期長(zhǎng)有關(guān)。

有研究表明，根據(jù)水稻的需肥規(guī)律合理優(yōu)化肥料養(yǎng)分配比，有利于提高肥料的利用效率，增加稻谷產(chǎn)量和降低化肥成本[9，41]。快美肥處理是在傳統(tǒng)復(fù)合肥的基礎(chǔ)上，按照華南地區(qū)水稻需肥規(guī)律研發(fā)出來(lái)的優(yōu)化養(yǎng)分配比的肥料。本研究發(fā)現(xiàn)，快美肥是華南雙季稻效率和效益較高的肥源。