全量秸稈還田條件下播種量和施氮量對(duì)直播稻生長(zhǎng)及氮肥利用率的影響

潘錦勇,孫義祥

(1.霍邱縣種植業(yè)發(fā)展中心,安徽霍邱 237400;2.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所,安徽合肥 230031)

直播稻因具有適宜機(jī)械化操作、省工省時(shí)等優(yōu)勢(shì),近年來(lái)種植面積不斷擴(kuò)大[1]。但當(dāng)前直播稻生產(chǎn)中還存在由于播種量控制不當(dāng)導(dǎo)致水稻生育前期群體過(guò)大,降低了水稻抗倒伏能力,后期產(chǎn)量低以及施肥不合理造成的肥料利用效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題[2]。

播種量是影響直播稻產(chǎn)量最重要的因素之一[3]。研究表明,播量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致光溫資源不能被充分利用,群體有效穗數(shù)達(dá)不到高產(chǎn)要求,難以實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn);農(nóng)戶(hù)因擔(dān)心缺苗而通過(guò)提高播種量,基本苗普遍過(guò)大,從而造成群體量過(guò)大,引起田間封閉,通風(fēng)、透光性差,導(dǎo)致植株生長(zhǎng)瘦弱,易誘發(fā)病蟲(chóng)草害[4-6]。不同學(xué)者對(duì)不同種植區(qū)、不同品種對(duì)直播稻適宜播種量的研究結(jié)果差異巨大。李木英等[7]通過(guò)田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),雜交稻直播條件下,播種量為35～45 kg/hm2時(shí),水稻可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。李宗澤等[8]在寧夏的研究則認(rèn)為播種量為300 kg/hm2時(shí),水稻的產(chǎn)量較高。袁嫚嫚等[9]研究了直播秈稻和直播粳稻的適宜播種量分別為45、120 kg/hm2。這說(shuō)明直播稻適宜的播種量還有待進(jìn)一步探討。

氮肥是作物產(chǎn)量另一個(gè)最重要的限制因子,氮肥用量與水稻分蘗呈顯著正相關(guān),適宜水稻分蘗的土壤溶液銨態(tài)氮濃度為30～70 mg/L,在此范圍內(nèi),濃度越高,水稻分蘗能力越強(qiáng)[10]。農(nóng)戶(hù)沿襲插秧水稻高氮肥用量促分蘗的習(xí)慣,基蘗肥用量大,在基本苗過(guò)大的情況下,又因過(guò)量施氮導(dǎo)致水稻群體過(guò)大,無(wú)效分蘗多。施氮可以大幅度增加農(nóng)作物產(chǎn)量,但氮肥的過(guò)量投入會(huì)造成作物減產(chǎn),同時(shí)引起環(huán)境污染、資源浪費(fèi)等不良后果[11]。直播稻生產(chǎn)中,前人對(duì)氮肥適宜量的研究也做了大量工作。陳軍等[12]研究表明,施氮量為180 kg/hm2時(shí),直播稻可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。吳培等[13]研究表明,直播稻的適宜施氮量與播種量之間關(guān)系密切,低施氮量情況下水稻產(chǎn)量隨著播種量的增加呈先增加后降低的規(guī)律,而高施氮量情況下,水稻產(chǎn)量則隨著播種量的增加而降低。這說(shuō)明播種量和施氮量共同影響水稻的產(chǎn)量。

因此,如何通過(guò)優(yōu)化播種量以及氮肥用量來(lái)提高直播水稻的生產(chǎn)效率十分必要。筆者通過(guò)大田裂區(qū)試驗(yàn),探討播種量及氮肥用量對(duì)直播水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成以及氮肥利用效率的影響,明確不同施氮量下直播稻的適宜播種量,以期為保障直播稻穩(wěn)產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)直播稻綠色提質(zhì)增效提供理論支撐和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料選擇隆兩優(yōu)8612為供試水稻品種,該品種為秈型兩系雜交水稻品種,屬當(dāng)?shù)刂髟运酒贩N。

1.2 試驗(yàn)地概況試驗(yàn)于2022年6—10月在安徽省六安市霍邱縣城西湖鄉(xiāng)進(jìn)行,該區(qū)域種植模式為稻-麥輪作。土壤類(lèi)型為潴育型水稻土,土體無(wú)明顯障礙層,地勢(shì)平坦,排灌設(shè)施齊全,肥力均勻。耕層土壤基本理化性質(zhì):有機(jī)質(zhì)20.47 g/kg,pH 5.60,全氮1.14 g/kg,有效磷12.95 mg/kg,速效鉀102.92 mg/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用裂區(qū)設(shè)計(jì),主因素設(shè)置4個(gè)氮水平:不施氮肥(N0)、136.5 kg/hm2(N1)、195 kg/hm2(N2)、253.5 kg/hm2(N3)。副因素設(shè)置3個(gè)播種密度:75.0 kg/hm2(S1)、112.5 kg/hm2(S2)、150.0 kg/hm2(S3)。共12個(gè)處理。于2022年6月1日,小麥?zhǔn)斋@前,將已催芽的水稻種子均勻播撒,小麥?zhǔn)斋@后秸稈全量還田并灌水,保持薄水層2 d后排水。水稻出苗后10 d左右施40%氮肥和全部磷鉀肥,孕穗期施入60%氮肥。磷肥用量75 kg P2O5/hm2,鉀肥用量90 kg K2O/hm2,氮磷鉀肥料分別選用市售普通尿素(46% N)、重過(guò)磷酸鈣(45% P2O5)、氯化鉀(60% K2O)。每個(gè)處理重復(fù)3 次,共有60 個(gè)小區(qū),每小區(qū)面積為24 m2。主區(qū)間修埂隔離,埂上覆膜,防止竄水竄肥,各小區(qū)單排單灌。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。各小區(qū)水稻單打單收,人工脫粒,測(cè)定實(shí)產(chǎn),并根據(jù)實(shí)際含水量,全部折算為13.5%含水量作為水稻最終產(chǎn)量。在水稻成熟期,各小區(qū)選取1 m2有代表性且長(zhǎng)勢(shì)一致的植株樣,實(shí)驗(yàn)室常規(guī)考種,測(cè)定有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。

1.4.2植株養(yǎng)分。收獲期,每小區(qū)分別采集水稻籽粒、秸稈樣品,測(cè)定樣品氮素含量。植物樣品采用H2SO4-H2O2消煮,待測(cè)液中氮采用凱氏定氮法測(cè)定[14]。

植株地上部分氮素吸收量與養(yǎng)分收獲指數(shù)采用以下公示計(jì)算:

籽粒氮素吸收量(kg/hm2)=籽粒氮素濃度(g/kg)×籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)/1 000

秸稈氮素吸收量(kg/hm2)=秸稈氮素濃度(g/kg)×秸稈產(chǎn)量(kg/hm2)/1 000

地上部氮素吸收量(kg/hm2)=籽粒氮素吸收量(kg/hm2)+秸稈氮素吸收量(kg/hm2)

氮素當(dāng)季回收率(REN,%)=(收獲期施氮區(qū)地上部氮素積累量-收獲期不施氮區(qū)地上部氮素積累量)/施氮量×100%

氮素農(nóng)學(xué)利用率(AEN,kg/kg)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮量

氮素偏生產(chǎn)力(PFPN,kg/kg)=施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/施氮量

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010進(jìn)行處理。采用SPSS 22.0軟件的廣義線(xiàn)性模型(General Linear Models)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。雙因素方差分析模型為施氮量(N)、播種量(S),以及施氮量×播種量(N×S)的交互作用。用LSD法在P=0.05水平下進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量和播種量對(duì)直播稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響不同施氮量和播種量交互作用下,直播稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素差異較大。由表1可知,施氮可以極顯著影響水稻產(chǎn)量,施氮處理水稻平均產(chǎn)量比N0增產(chǎn)達(dá)46.3%。播種量對(duì)水稻產(chǎn)量的影響也達(dá)顯著水平,但二者交互效應(yīng)對(duì)水稻產(chǎn)量無(wú)顯著影響。在相同播種量的處理中,水稻產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的規(guī)律;施氮量較低時(shí),水稻產(chǎn)量隨著播種量的升高而升高(N0、N1、N2),但當(dāng)施氮量較高時(shí)(N3),水稻產(chǎn)量則隨著播種量增加呈先上升后下降的規(guī)律,這說(shuō)明在氮素供應(yīng)有限的情況下,適當(dāng)增加播種量可以提高水稻產(chǎn)量,N2S3水稻產(chǎn)量最高,達(dá)8 832.41 kg/hm2。

表1 不同施氮量和播種量對(duì)直播稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

進(jìn)一步分析施氮量和播種量對(duì)直播稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響。施氮及播種量均極顯著影響水稻有效穗數(shù),但二者互作效應(yīng)對(duì)水稻有效穗數(shù)影響不顯著,N0、N1、N2條件下,水稻有效穗數(shù)均隨著播種量的增加而增加,但N3條件下,水稻有效穗數(shù)隨著播種量增加表現(xiàn)出先增加后降低的規(guī)律;施氮對(duì)水稻每穗實(shí)粒數(shù)影響極顯著,但播種量及二者交互作用對(duì)每穗實(shí)粒數(shù)影響不顯著;施氮及播種量均不能顯著影響水稻千粒重,但二者交互效應(yīng)對(duì)水稻千粒重影響顯著。

2.2 不同施氮量和播種量對(duì)直播稻氮素吸收及利用效率的影響由表2可知,施氮和播種量均能顯著影響水稻對(duì)氮素的吸收,且施氮的影響達(dá)極顯著水平。各施氮處理氮素吸收量均顯著高于不施氮處理,施氮處理平均氮素吸收量比不施氮處理高70.29 kg/hm2。但隨著施氮量的增加,直播稻氮素吸收量先增加后降低,N2水平下,施氮量達(dá)到最高,平均為181.63 kg/hm2,分別比N1和N3平均氮素吸收量高14.40%和0.54%,同一施氮量下,隨著播種量的增加,直播稻氮素的吸收量呈增加趨勢(shì)。施氮顯著影響直播稻REN,極顯著影響AEN和PFPN,播種量顯著影響AEN和PFPN,但二者交互作用對(duì)上述指標(biāo)影響不顯著。隨著施氮量的增加,直播稻氮素利用效率均呈降低趨勢(shì),REN、AEN和PFPN最高的處理分別為N2S3、N1S2和N1S3,分別達(dá)到42.45%、20.71 kg/kg和62.18 kg/kg。

表2 不同施氮量和播種量對(duì)直播稻氮素吸收量及利用效率的影響

2.3 不同施氮量和播種量對(duì)直播稻經(jīng)濟(jì)效益的影響由表3可知,施氮可以增加直播稻純收益,這說(shuō)明雖然施用肥料會(huì)增加農(nóng)資以及人工成本,但施肥可以通過(guò)提高水稻產(chǎn)值來(lái)增加水稻凈收益,從而提高水稻經(jīng)濟(jì)效益。但同一施氮量下,提高播種量則對(duì)經(jīng)濟(jì)效益提升不明顯,甚至?xí)档徒?jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益最高和最低的處理分別為N2S2和N0S3,二者相差7 224.5元/hm2。隨著施氮量的升高,直播稻經(jīng)濟(jì)效益先增加后降低,在N2水平下,直播稻平均經(jīng)濟(jì)效益最高,為11 437.8元/hm2。

表3 不同施氮量和播種量對(duì)直播稻經(jīng)濟(jì)效益的影響

3 結(jié)論與討論

施氮量和播種量主要通過(guò)影響直播稻有效穗數(shù)及穗粒數(shù)來(lái)影響其產(chǎn)量[15]。該研究中,施氮量及播種量均極顯著影響直播稻有效穗數(shù),但播種量對(duì)每穗實(shí)粒數(shù)影響不顯著,這可能是由于水稻品種以及后期干物質(zhì)分配等造成[16]。在施氮量較低的情況下,適當(dāng)提高水稻播種量,可以增加水稻有效穗數(shù),從而提高產(chǎn)量,但在氮肥施用量繼續(xù)提高情況下,再加大播種量,往往造成水稻群體過(guò)大、個(gè)體間競(jìng)爭(zhēng)加劇,導(dǎo)致無(wú)效分蘗增加,水稻難以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)[17]。該研究表明,在中低施氮量下,提高播種量有利于水稻產(chǎn)量的提升,但在高施氮量條件下,提高播種量則會(huì)使得水稻產(chǎn)量降低。在各施氮量和播種量組合中,N2S2和N2S3水稻產(chǎn)量較高,是比較適宜的施氮量和播種量組合。

除考慮產(chǎn)量外,提高氮素效率以及增加凈經(jīng)濟(jì)收益也是水稻生產(chǎn)中重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。在一定施氮量范圍內(nèi),作物氮素吸收量越高,其利用效率也越高[18],播種量的提升也會(huì)增加水稻對(duì)氮素的吸收量,但如果施氮過(guò)量,不利于水稻高產(chǎn),播種量的提升對(duì)促進(jìn)氮素吸收的貢獻(xiàn)就會(huì)隨之降低。該研究中,N2S3、N1S2和N1S33個(gè)施氮量和播種量的組合,氮素利用效率較高。不同處理間的凈經(jīng)濟(jì)收益差別很大,適宜的施肥量和播種量不僅可以通過(guò)提高水稻養(yǎng)分利用效率來(lái)增加經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)還能通過(guò)減少人工、農(nóng)資等的投入實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)收益。該研究中,N2S2的凈經(jīng)濟(jì)收益達(dá)12 451.7元/hm2,在各處理中最高。

綜合分析產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益及資源利用的因素,該研究表明施氮195.0 kg/hm2、播種量為112.5 kg/ hm2(N2S2)時(shí),是實(shí)現(xiàn)直播稻高產(chǎn)高效的較優(yōu)組合。