不同氮肥施用量對(duì)水稻產(chǎn)量及稻田氮元素排放的影響

許峰 張娜 季美娣

摘要? ? 本文以南粳5055為試驗(yàn)材料，研究不同氮肥施用量對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量及氮肥當(dāng)季利用率的影響，同時(shí)開展水稻田灌排水氮元素含量監(jiān)測(cè)，摸清稻田養(yǎng)分排放情況。結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，氮肥施用量減少30%處理水稻產(chǎn)量減產(chǎn)3.31%，氮肥當(dāng)季利用率提高2.67%，氮肥農(nóng)學(xué)效率提高31.34%，并減少稻田氮元素排放量14.96%;氮肥施用量增加30%處理增產(chǎn)增排效果不明顯。由此說明，水稻生產(chǎn)中適當(dāng)減少化肥施用更有推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞? ? 水稻;氮肥施用量;產(chǎn)量;氮肥當(dāng)季利用率;氮元素排放

中圖分類號(hào)? ? S511;S147.5? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2020）21-0022-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

化肥對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮了巨大作用，但也帶來了諸如耕地質(zhì)量下降、水體污染等諸多問題[1]。“十三五”期間，常州市重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，強(qiáng)化面源污染防治，把水稻（常州市第一大農(nóng)作物）作為突破口，開展農(nóng)業(yè)清潔化生產(chǎn)，減少化學(xué)肥料投入，降低稻田養(yǎng)分排放。

筆者承擔(dān)了常州市科技項(xiàng)目（CE20172022），在2018年（項(xiàng)目的第2年）開展了水稻化肥減量施用和灌排水氮元素含量變化的研究。本文主要研究不同氮肥施用量對(duì)水稻產(chǎn)量和農(nóng)田養(yǎng)分排放的影響，依據(jù)原農(nóng)業(yè)農(nóng)村部編制的《農(nóng)田氮磷地表徑流流失監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》，開展水稻田灌排水氮元素含量監(jiān)測(cè)，為面源污染控制提供參考。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)是新北區(qū)稻麥原種場(chǎng)，試驗(yàn)地塊位于原種場(chǎng)北區(qū)，土種為小粉沙土。土壤有機(jī)質(zhì)含量為35.8 g/kg，有效磷含量21.7 mg/kg，全氮含量1.78 g/kg，速效鉀含量為176.6 mg/kg，土壤pH值為6.0。

1.2? ? 試驗(yàn)材料

供試水稻品種為南粳5055。供試肥料品種為常用復(fù)合肥（15-15-15）和尿素。

1.3? ? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為無肥（CK）、減氮30%施肥、常規(guī)施肥和增氮30%施肥處理，各處理具體施肥量見表1。減氮30%施肥和增氮30%施肥處理相比常規(guī)施肥處理，磷、鉀肥施用量一致，化學(xué)氮肥施用量（折純）分別減少30%和增加30%。3個(gè)施肥處理的基蘗∶穗肥=7∶3，每個(gè)小區(qū)面積33 m2（6.6 m×5.0 m），不設(shè)重復(fù)。依據(jù)“全國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)”監(jiān)測(cè)工作編制的《農(nóng)田氮磷地表徑流流失監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》，處理小區(qū)用水泥澆筑池底和田埂，隔水隔肥，并分設(shè)試驗(yàn)池和徑流池，用以監(jiān)測(cè)田間灌排水情況。

試驗(yàn)池灌水通過水泵將附近水塘的水泵入，排水通過連通管將試驗(yàn)池水排入徑流池，再用水泵排出。灌水量和排水量均用水泵上連接的流量計(jì)測(cè)量。

1.4? ? 試驗(yàn)實(shí)施

2018年5月18日播種，6月16日人工移栽，秧齡為3.3葉，栽插行株距為30.0 cm×11.7 cm，栽27萬穴/hm2，每穴移栽4株苗，基本苗108萬株/hm2。田間管理參考新北區(qū)稻麥原種場(chǎng)的常規(guī)田間管理措施。

1.5? ? 調(diào)查內(nèi)容與方法

試驗(yàn)過程中，主要觀察記錄栽培管理過程、施肥用藥過程、水稻生長(zhǎng)情況、天氣情況、植株和灌排水樣品采集及化驗(yàn)情況等。

1.6? ? 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2003和SPSS 11.0軟件處理數(shù)據(jù)。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 不同處理水稻生長(zhǎng)情況

各處理水稻6月16日移栽，7月20日擱田。除無肥處理小區(qū)推遲到8月5日達(dá)到高峰苗數(shù)外，其他處理7月15日達(dá)到分蘗高峰（圖1）。各處理不同生育期的苗數(shù)隨著化學(xué)氮肥施用量增加呈遞增趨勢(shì)，即增氮30%施肥處理>常規(guī)施肥處理>減氮30%施肥處理>無肥處理（CK）。8月中下旬各處理苗數(shù)穩(wěn)定時(shí)，增氮30%施肥處理苗數(shù)為300.9萬株/hm2，減氮30%施肥處理苗數(shù)為272.85萬株/hm2，與常規(guī)施肥處理相比，其苗數(shù)分別增加7.38%和減少2.62%。

2.2? ? 不同處理水稻產(chǎn)量構(gòu)成

水稻有效穗數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)和千粒重是水稻產(chǎn)量構(gòu)成的三要素，其計(jì)算公式為理論產(chǎn)量=有效穗×每穗總粒數(shù)×結(jié)實(shí)率×千粒重/100×0.9[2]。4個(gè)處理根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)置了氮肥施用量差異，磷肥和鉀肥施用量一致，肥料運(yùn)籌比例相同。由表2可知，4個(gè)處理的水稻理論產(chǎn)量隨氮肥施用量增加而增加。在產(chǎn)量構(gòu)成因素中，有效穗數(shù)與氮肥施用量成正相關(guān)關(guān)系，增氮30%處理較常規(guī)處理增加8.7%;穗總粒數(shù)以常規(guī)處理最高，無肥處理（CK）次之;結(jié)實(shí)率與氮肥施用量成負(fù)相關(guān)關(guān)系，無肥處理（CK）結(jié)實(shí)率最高，較施肥處理高了近5個(gè)百分點(diǎn);減氮30%處理的理論產(chǎn)量較常規(guī)處理減少6.22%，增氮30%處理的理論產(chǎn)量較常規(guī)處理增加4.22%。

2.3? ? 不同處理水稻實(shí)測(cè)產(chǎn)量和氮肥利用率

由表3可知，4個(gè)處理的水稻籽粒和秸稈的實(shí)測(cè)產(chǎn)量均隨化學(xué)氮肥施用量增加而增加，籽粒與秸稈產(chǎn)量的谷草比隨化學(xué)氮肥施用量增加而降低，無肥處理的谷草比最高，為1.12;增氮30%處理的谷草比最低，為0.83。隨著化學(xué)氮肥施用量的增加，處理間秸稈產(chǎn)量的增幅相比籽粒產(chǎn)量更加明顯。化學(xué)氮肥施用量減少30%處理的水稻籽粒實(shí)測(cè)產(chǎn)量較常規(guī)處理減少3.31%，地上部分產(chǎn)量（籽粒產(chǎn)量+秸稈產(chǎn)量）較常規(guī)處理減少9.09%;化學(xué)氮肥施用量增加30%處理的水稻籽粒實(shí)測(cè)產(chǎn)量較常規(guī)處理增加0.77%，地上部分產(chǎn)量較常規(guī)處理增加4.26%。

4個(gè)處理中水稻籽粒的全氮含量均高于秸稈中的含量，處理間籽粒和秸稈的全氮含量呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，即增氮30%處理>常規(guī)處理>減氮30%處理>無肥處理（CK）。無肥處理（CK）地上部分氮元素吸收量為88.512 kg/hm2，為常規(guī)處理的49.26%，減氮30%處理的地上部分氮元素吸收量較常規(guī)處理減少14.34%，增氮30%處理的地上部分氮元素吸收量較常規(guī)處理增加15.83%。

化肥的利用效率有多種表達(dá)方式[3]，本試驗(yàn)選用2種。一種是化肥利用率（RE）=（U-U0）/F，其中U、U0分別表示施肥或不施肥時(shí)作物收獲期地上部總吸收養(yǎng)分量，F(xiàn)表示肥料投入量，這是最常用的評(píng)價(jià)指標(biāo);另一種是化肥農(nóng)學(xué)效率（AE）=（Y-Y0）/F，其中Y、Y0分別表示施肥或不施肥時(shí)作物產(chǎn)量，F(xiàn)表示肥料投入量，這是施肥增產(chǎn)效應(yīng)的綜合體現(xiàn)。

對(duì)比減氮30%施肥處理、常規(guī)施肥處理和增氮30%施肥處理的氮肥當(dāng)季利用率，常規(guī)施肥小區(qū)在投入純氮251.25 kg/hm2后，其地上部的秸稈和籽粒總氮吸收量為179.685 kg/hm2，氮肥利用率為36.30%;在減少或增加30%的純氮投入后，2個(gè)處理的地上部總氮吸收量分別較常規(guī)處理減少25.762 kg/hm2和增加28.450 kg/hm2，但氮肥利用率分別提高了0.97、0.31個(gè)百分點(diǎn)，減氮30%處理的氮肥當(dāng)季利用率最高。

對(duì)比減氮30%處理、常規(guī)施肥處理和增氮30%處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率，每投入1 kg純氮，各處理分別貢獻(xiàn)了22.59、17.20、13.47 kg稻谷產(chǎn)量，與常規(guī)施肥處理相比，減少氮肥30%投入量，對(duì)稻谷產(chǎn)量的減產(chǎn)幅度為3.31%，但每1 kg純氮貢獻(xiàn)的稻谷產(chǎn)量提高了31.34%;增氮30%處理的增產(chǎn)幅度為0.77%，但每1 kg純氮貢獻(xiàn)的稻谷產(chǎn)量降低了21.69%。

2.4? ? 水稻生育期灌水情況及灌水含氮量

水稻全生育期共灌水7次，各處理間田間水層深度相對(duì)一致。灌水來源為田邊池塘，水體養(yǎng)分含量受農(nóng)事影響較大，其中6月19日和7月2日的2次灌水總氮含量較高，與周邊農(nóng)田移栽期基肥施用和移栽后分蘗肥施用有關(guān)，周邊農(nóng)田施肥后有田間排水流入池塘，再經(jīng)取水灌入試驗(yàn)池。水稻生育期田間灌水根據(jù)天氣情況和水稻長(zhǎng)勢(shì)而定，2018年5—10月常州市降雨36次（常州市氣象局資料），其中8月和9月降雨較常年同期偏多116.3 mm。田間灌水少量多次，除擱田期外，其余時(shí)間保持田間水層干濕交替。水稻生育期各處理灌水總量為3 794.55～4 008.79 m3/hm2，灌水帶入大田的總氮量為11.852～12.544 kg/hm2（表4）。各試驗(yàn)池保水性較好，灌水量差異不明顯。

2.5? ? 水稻生育期排水情況及排水含氮量

由表5可知，全生育期共排水6次，其中7月2日和8月23日排水分別在分蘗肥施用后7 d和穗肥施用后10 d，排水中氮含量較高。各處理總排水量為4 967.273～5 533.636 m3/hm2，排水中的總氮量為無肥處理（CK）<減氮30%處理<常規(guī)處理<增氮30%處理，與常規(guī)施肥處理相比，減氮30%施肥處理的氮元素排放量減少14.96%，增氮30%施肥處理的氮元素排放量增加3.69%。

3? ? 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，3個(gè)施肥處理水稻產(chǎn)量水平均達(dá)到10 500 kg/hm2以上，高于全市水稻平均產(chǎn)量水平。其中，氮肥施用量減少30%處理的水稻籽粒實(shí)測(cè)產(chǎn)量與常規(guī)施肥處理相比減少3.31%，秸稈產(chǎn)量較常規(guī)施肥處理減少14.22%，氮肥當(dāng)季利用率達(dá)到37.27%，較常規(guī)施肥處理提高0.97個(gè)百分點(diǎn)，氮肥的農(nóng)學(xué)利用率較常規(guī)處理提高31.34%;氮肥施用量增加30%處理的水稻籽粒實(shí)測(cè)產(chǎn)量與常規(guī)施肥處理相比增加0.77%，秸稈產(chǎn)量較常規(guī)施肥處理增加7.35%，氮肥當(dāng)季利用率較常規(guī)施肥處理提高0.31個(gè)百分點(diǎn)，氮肥的農(nóng)學(xué)利用率較常規(guī)施肥處理降低21.69%。從3個(gè)施肥處理的產(chǎn)量表現(xiàn)和肥料利用率來看，減肥處理雖然籽粒產(chǎn)量有減少，但是減產(chǎn)幅度不大，而且谷草比高于其他2個(gè)處理，有更多的氮元素被籽粒吸收利用，氮肥當(dāng)季利用率和農(nóng)學(xué)效率也高于其他2個(gè)處理。由此說明，減肥處理化肥施用量減少雖然造成一定的減產(chǎn)幅度，但是化肥利用率更高，在實(shí)際推廣中價(jià)值更高。

水稻生育期氮元素流失途徑主要為田間排水，其中包括了雨水漫田的徑流流失。在本研究中，各處理的氮元素流失量在10.563～26.472 kg/hm2之間，說明減少化肥施用量可以減少稻田氮元素排放量。當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)堅(jiān)持綠色興農(nóng)、質(zhì)量興農(nóng)，水稻生產(chǎn)要求化肥減量增效[4-6]。本研究表明，減少化肥施用量，可提高肥料利用率，減少農(nóng)田養(yǎng)分排放。在后續(xù)研究中，將進(jìn)一步闡明水稻生產(chǎn)中氮元素的排放量與投入量之間的關(guān)系，以及探討與面源污染中水體氮元素量之間的關(guān)系。

4? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 劉肖兵，楊柳.我國(guó)耕地退化明顯污染嚴(yán)重[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2015（3）：6-9.

[2] 鄭微微，沈貴銀.江蘇省主要農(nóng)作物化肥利用效率評(píng)價(jià)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48（9）：41-46.

[3] 凌啟鴻，張洪成，蔡建中，等.水稻高產(chǎn)群體質(zhì)量及其優(yōu)化控制探討[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，1993，26（6）：1-11.

[4] 夏英，丁聲俊.論新時(shí)代質(zhì)量興農(nóng)綠色發(fā)展[J].價(jià)格理論與實(shí)踐，2018（9）：7-15.

[5] 彭術(shù)，王華，張文釗，等.長(zhǎng)期氮肥減量深施對(duì)雙季稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2020，26（6）：999-1007.

[6] 郭曉紅，姜紅芳，蘭宇辰，等.氮肥運(yùn)籌對(duì)蘇打鹽堿地水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2020，34（8）：1796-1804.

基金項(xiàng)目? ?常州市科技項(xiàng)目（CE20172022）。

作者簡(jiǎn)介? ?許峰（1977—），男，江蘇常州人，碩士，高級(jí)農(nóng)藝師，從事土壤肥料技術(shù)推廣工作。

*通信作者

收稿日期? ?2020-07-02