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紫云英與油菜混播對(duì)雙季稻產(chǎn)量、植株干物質(zhì)及氮素吸收利用的影響

2020-06-02 10:12楊濱娟李新梅黃國(guó)勤
關(guān)鍵詞:混播紫云英綠肥

李 萍,楊濱娟,張 鵬,李新梅,黃國(guó)勤

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 生態(tài)科學(xué)研究中心,江西 南昌330045)

【研究意義】在我國(guó),綠肥的施用歷史悠久。紫云英(As tragalus sinicus)是我國(guó)南方稻區(qū)重要的一種冬季豆科綠肥,固氮能力強(qiáng),在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中維持氮素循環(huán)有著重要的作用[1-2],但其種子資源短缺、價(jià)格高,C/N低,氮素及有機(jī)質(zhì)的積累不能滿足作物的需求量。油菜(Brassica campes t ris L.)是一種傳統(tǒng)的十字花科綠肥,具有刺激固氮菌固氮作用,分泌的根酸可以有效溶解土壤中的難溶性磷[3-4],從而提高土壤有效磷[5],其分布范圍廣、價(jià)格低、肥效利用高、有利于有機(jī)質(zhì)的積累。紫云英與油菜混播模式可以利用其在生長(zhǎng)過(guò)程中形成的時(shí)間差和空間差,最大限度地發(fā)揮綠肥生產(chǎn)整體效益,彌補(bǔ)單播的不足,從而使綠肥高產(chǎn)、高效[6-7],滿足水稻對(duì)養(yǎng)分的需求,提高水稻產(chǎn)量,改善土壤肥力、降低農(nóng)業(yè)成本[8]?!厩叭搜芯窟M(jìn)展】魯艷紅[9]研究發(fā)現(xiàn),混播不僅能提高綠肥產(chǎn)量,還能優(yōu)化土壤碳氮比,平衡綠肥養(yǎng)分,有效提高水稻品質(zhì)和產(chǎn)量。王建紅等[10]研究表明,適宜的混播用量,不僅可以使油菜籽獲得高產(chǎn),而且可以促進(jìn)紫云英的養(yǎng)分吸收。宋莉等[11]通過(guò)模擬試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)將不同碳氮比的紫云英與油菜施田可以促進(jìn)微生物繁殖,加速油菜秸稈分解,使土壤速效氮含量保持適宜水平,增強(qiáng)了土壤供肥與培肥的協(xié)同性?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人于20世紀(jì)80~90年代對(duì)于混播綠肥進(jìn)行了大量研究,但近年來(lái)研究較少,而且大部分研究仍停留在混播綠肥還田后的腐解及養(yǎng)分釋放等方面,關(guān)于后茬水稻的養(yǎng)分吸收利用和產(chǎn)量等方面研究鮮見報(bào)道,且何種種植模式既能保證水稻高產(chǎn)又能提高氮素吸收利用率值得研究和明確。【擬解決的關(guān)鍵問題】本試驗(yàn)通過(guò)研究紫云英與油菜不同配施比例對(duì)雙季稻產(chǎn)量、植株干物質(zhì)及氮素吸收利用的影響,并篩選出較適宜的混播比例,為綠肥種植及水稻高產(chǎn)、高效栽培提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

2017年10月—2018年10月,在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園水稻試驗(yàn)田(28°46′N,115°55′E)進(jìn)行。試驗(yàn)地屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候,雨量充沛,光照充足,無(wú)霜期長(zhǎng)。年均太陽(yáng)總輻射量為4.79×1013J/hm2,年均日照時(shí)數(shù)為1 852 h,7、8月最多,2、3月最少。光照分布與水稻生長(zhǎng)旺季基本同步,對(duì)水稻生產(chǎn)有利。年≥0℃的日積溫達(dá)6 450℃,年降水量1 624 mm,年平均氣溫在17.1~17.8℃。供試土壤為發(fā)育于第四紀(jì)的紅粘土,為亞熱帶典型紅壤分布區(qū)。試驗(yàn)前表層0~15 cm土壤養(yǎng)分:pH5.29、有機(jī)質(zhì)38.87 g/kg、全氮2.90 g/kg、堿解氮137.38 mg/kg、全磷0.56 g/kg、有效磷10.68 mg/kg、全鉀21.24 g/kg、速效鉀36.22 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(表1),以單播紫云英為對(duì)照處理1(CK1),單播油菜為對(duì)照處理2(CK2),3/4紫云英+1/4油菜(3/4M+1/4R),1/2紫云英+1/2油菜(1/2M+1/2R),1/4紫云英+3/4油菜(1/4M+3/4R),共5個(gè)處理,所有處理3次重復(fù),15個(gè)小區(qū),小區(qū)面積為16.5 m2(5.5 m×3 m),小區(qū)之間用水泥埂隔開,以防止水肥串流。兩邊設(shè)有保護(hù)行,保護(hù)行寬度為30 cm。

供試紫云英為‘余江大葉籽’,單播紫云英播種量為22.5 kg/hm2,播種時(shí)間在2017年10月2日,油菜為‘德油5號(hào)’,單播油菜播種量為7.5 kg/hm2,播種時(shí)間在2017年11月12日,其他紫云英與油菜混播處理按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求的比例換算相應(yīng)的播種量。早稻品種為‘中嘉早17’,于2018年3月28日播種,4月27日移栽,7月16日收獲。晚稻品種為‘天優(yōu)華占’,2018年6月23日播種,7月25日移栽,10月27日收獲。冬季作物生長(zhǎng)期間均不施肥且在早稻移栽前15d全部收割翻壓還田做綠肥。氮肥選用尿素(150 kg/hm2),鉀肥施用氯化鉀(120 kg/hm2),磷肥施用鈣鎂磷肥(90 kg/hm2),全部的磷、鉀肥和30%的氮肥在移栽前一天作為基肥施入,剩余氮肥在水稻分蘗期(30%)和拔節(jié)期(40%)分2次追施。以含N 46%的尿素、含P2O512%的鈣鎂磷肥,含K2O 60%的氯化鉀計(jì)算化肥施用量,早晚稻收獲后所有處理秸稈均不還田。其他管理措施統(tǒng)一按常規(guī)栽培要求實(shí)施。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 Experimental treatments

1.3 測(cè)定指標(biāo)及計(jì)算方法

1.3.1 作物考種與測(cè)產(chǎn)(1)紫云英、油菜:在盛花期,采用五點(diǎn)取樣法,每點(diǎn)取1 m2測(cè)其鮮質(zhì)量,部分取回烘干測(cè)生物干質(zhì)量產(chǎn)量。(2)水稻:于成熟期,各小區(qū)普查50蔸作為有效穗計(jì)算的依據(jù),然后用平均法在各小區(qū)隨機(jī)選取有代表性的水稻植株3蔸,自然風(fēng)干后作為考種材料。用1/1000分析天平測(cè)千粒質(zhì)量;每小區(qū)單打?qū)嵤兆鳛閷?shí)際產(chǎn)量??挤N項(xiàng)目包括有效穗數(shù)、穗長(zhǎng)、每穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒質(zhì)量等。

1.3.2 植株干物質(zhì)測(cè)定 在水稻返青期、分蘗期、抽穗期、灌漿期和成熟期按每小區(qū)莖蘗數(shù)的平均數(shù)取代表性植株3蔸(小區(qū)邊行不?。殖扇~片、莖鞘和穗(抽穗后)等部分裝袋,105℃下殺青30 min,80℃下烘干至恒質(zhì)量后稱量。

1.3.3 植株氮素測(cè)定 將水稻返青期、分蘗期、抽穗期、灌漿期和成熟期的烘干水稻植株樣品,粉碎混勻,測(cè)定植株莖、葉、穗(抽穗期、灌漿期和成熟期)中的N含量。植株氮素采用凱氏半微量蒸餾法測(cè)定[12]。其他測(cè)定指標(biāo)計(jì)算方法[13]如下:

1.4 數(shù)據(jù)處理

本研究所有數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)采用Excel 2010,采用SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素

從表2可以看出,早晚稻產(chǎn)量均是處理1/2M+1/2R達(dá)到最高,晚稻各處理的產(chǎn)量均高于早稻,且與對(duì)照處理存在顯著差異(P<0.05),分別比CK1、CK2高29.18%、8.96%,4.81%、4.12%。產(chǎn)量構(gòu)成要素中,早晚稻有效穗數(shù)均是處理1/4M+3/4R最高,晚稻有效穗數(shù)處理1/4M+3/4R與CK1、CK2差異顯著(P<0.05);晚稻每穗粒數(shù)處理1/4M+3/4R最高,與處理CK1差異顯著(P<0.05);早晚稻結(jié)實(shí)率均是處理1/2M+1/2R最高,且與處理CK1、CK2存在顯著差異(P<0.05);早晚稻千粒質(zhì)量均是處理1/2M+1/2R最高,與處理CK1差異顯著(P<0.05)。綜上,與單播相比,混播能增加水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量,進(jìn)而增加水稻產(chǎn)量。

表2 紫云英與油菜混播對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響Tab.2 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and rape on rice yield and its components

2.2 紫云英與油菜混播對(duì)水稻干物質(zhì)積累的影響

2.2.1 主要生育期群體干物質(zhì)量 由表3可以看出,不同處理下的干物質(zhì)量因生育期不同而有所差距。隨生育進(jìn)程,干物質(zhì)量的差距逐漸增大。在早稻季,灌漿期處理3/4M+1/4R的群體干物質(zhì)量達(dá)到最大,與處理1/4M+3/4R存在顯著性差異(P<0.05)。成熟期的群體干物質(zhì)量表現(xiàn)為混播各處理高于單播,其中處理1/2M+1/2R最高,比CK1、CK2分別高21.31%、12.45%,但沒有達(dá)到顯著差異(P>0.05)。

在晚稻季,分蘗期混播各處理要高于對(duì)照,其中處理CK1與其他處理存在顯著差異(P<0.05)。抽穗期處理1/2M+1/2R最高,與處理CK1差異顯著(P<0.05)。灌漿期,混播各處理要高于對(duì)照。成熟期各混播處理比單播要高,其中處理1/2M+1/2R最高,與處理CK1、處理CK2、處理3/4M+1/4R存在顯著差異(P<0.05)。

表3 紫云英與油菜混播對(duì)水稻主要生育期群體干物質(zhì)量的影響Tab.3 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and rape on dry matter weight of rice population in main growth stages t/hm2

2.2.2 主要生育階段干物質(zhì)積累量和比例 由表4可知,早晚稻水稻干物質(zhì)快速積累時(shí)期均是灌漿期-成熟期這個(gè)階段,在這個(gè)生育階段各處理干物質(zhì)積累量較多,所占比例最大,其次是分蘗期-抽穗期和抽穗期-灌漿期這兩個(gè)階段。在早稻季,抽穗期-灌漿期干物質(zhì)積累量最高的為處理3/4M+1/4R,且與處理1/2M+1/2R、處理1/4M+3/4R存在顯著差異(P<0.05)。分蘗期-抽穗期和灌漿期-成熟期這兩個(gè)階段,均是處理1/2M+1/2R達(dá)到最高,比例分別為31.96%和45.32%,但差異均不顯著(P>0.05)。

在晚稻季,返青-分蘗期干物質(zhì)積累量處理3/4M+1/4R最高,與處理CK1、CK2存在顯著差異(P<0.05)。分蘗-抽穗期處理1/2M+1/2R達(dá)到最高,且與處理CK1、處理3/4M+1/4R差異顯著(P<0.05)。抽穗-灌漿期處理3/4M+1/4R最高,與處理CK2、處理1/2M+1/2R差異顯著(P<0.05)。灌漿-成熟期處理1/2M+1/2R最高,與處理CK2差異顯著(P<0.05)。

表4 紫云英與油菜混播對(duì)水稻主要生育階段干物質(zhì)積累量和比例的影響Tab.4 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and Rape on dry matter accumulation and proportion in main growth stages of rice

2.3 紫云英與油菜混播對(duì)水稻氮素含量的影響

2.3.1 主要生育期氮素吸收積累量 由圖1和圖2可以看出,水稻主要生育期氮素吸收累積量隨著水稻的生長(zhǎng)而逐漸增大。在早稻季,除了灌漿期處理3/4M+1/4R最大外,返青期、分蘗期、抽穗期、成熟期均是處理1/2M+1/2R達(dá)到最大,且在抽穗期,處理1/2M+1/2R與處理CK2、處理1/4R+3/4R存在顯著差異(P<0.05)。在灌漿期,處理處理3/4M+1/4R與處理CK2、處理1/4R+3/4R存在顯著差異(P<0.05)。在成熟期,處理1/2M+1/2R與處理CK1、處理CK2、處理1/4R+3/4R差異顯著(P<0.05)。

在晚稻季,除了返青期處理1/4R+3/4R最大外,在分蘗期、抽穗期、灌漿期、成熟期均是處理1/2M+1/2R達(dá)到最高。在分蘗期處理1/2M+1/2R、處理1/4R+3/4R與處理CK1存在顯著差異(P<0.05);在抽穗期處理1/2M+1/2R與處理CK1、CK2存在顯著差異(P<0.05);在成熟期處理1/2M+1/2R分別比其他處理顯著高出29.73%、29.66%、24.20%、14.79%(P<0.05)。總體上看,各個(gè)時(shí)期的氮素吸收積累量表現(xiàn)為混播比單播要高。

圖1 紫云英與油菜混播對(duì)早稻主要生育期氮素積累總量的影響Fig.1 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and rape on total nitrogen accumulation in main growth stages of early rice

圖2 紫云英與油菜混播對(duì)晚稻主要生育期氮素積累總量的影響Fig.2 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and rape on total nitrogen accumulation in main growth stages of late rice

2.3.2 成熟期莖、葉、穗的氮素養(yǎng)分含量及吸收量 由表5可知,在早稻季,莖、葉、穗的全氮和氮素養(yǎng)分吸收量,表現(xiàn)為混播各處理均高于CK2,其中葉的全氮含量,處理1/2M+1/2R最高,與處理CK2差異顯著(P<0.05)。莖、葉和穗的氮素吸收量都是處理1/2M+1/2R達(dá)到最高,但差異不顯著(P>0.05)。

在晚稻季,處理1/2M+1/2R的莖全氮最高,且與處理CK1、處理1/4R+3/4R存在顯著差異(P<0.05)。莖和葉的氮素養(yǎng)分吸收量均是處理1/2M+1/2R最高,且均與處理CK1差異顯著(P<0.05);穗的氮素養(yǎng)分吸收量處理1/2M+1/2R最高,與處理CK2差異顯著(P<0.05)。以上結(jié)果表明,與單播相比,混播能提高氮素含量。

表5 紫云英與油菜混播對(duì)水稻成熟期莖、葉、穗的氮素含量及吸收量的影響Tab.5 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and rape on nitrogen content and absorption in stem,leaf and ear of rice at mature stage

2.3.3 氮素養(yǎng)分吸收利用效率 由表6可知,不同比例混播下水稻的氮素養(yǎng)分吸收利用效率不同。在早稻季,混播各處理的氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率(N D M P E)均高于對(duì)照,其中處理1/2M+1/2R的N D M P E達(dá)到最高,比CK1、CK2分別高16.36%、16.08%;氮收獲指數(shù)(NHI)可以反映氮素在各個(gè)器官之間的分配情況,結(jié)果表明混播各處理的N H I均高于CK1,其中處理1/2M+1/2R N HI最高,分別比處理CK1、CK2高出7.01%、3.83%。

在晚稻季,混播各處理的N D M P E均比CK1要高,其中處理1/2M+1/2R的NDMPE最高,且與處理CK1差異顯著(P<0.05);混播各處理的NH I均高于對(duì)照處理,其中處理1/2M+1/2R的NHI最高,比處理CK1、處理CK2、處理3/4M+1/4R、處理1/4R+3/4R分別高出13.76%、15.23%、12.07%、18.08%,且與其他處理存在顯著差異(P<0.05)。由此可見,混播可以促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收利用。

表6 紫云英與油菜混播對(duì)N DMPE和NHI的影響Tab.6 Effects of mixed sowing of Chinese milk vetch and rape on N D M P E and N H I

3 結(jié)論與討論

大量研究表明,紫云英與油菜混播不僅能使綠肥鮮草量提高,而且能提高后作水稻的產(chǎn)量。伍建平[14]研究發(fā)現(xiàn),油菜與紫云英混播可以增加油菜的產(chǎn)量,最高可達(dá)1 285 kg/hm2,能夠得到較好的效益。熊迎等[15]研究表明,80%紫云英+20%油菜配比方案顯著高于單播和其他比例混播的鮮草產(chǎn)量。翟國(guó)棟等[16]研究表明,與單施化肥及單播紫云英或油菜相比,適宜的紫云英與油菜混播配比可以使水稻增產(chǎn)5.89%~10.77%。實(shí)踐證明,采用綠肥混播(即紫云英、油菜和肥田蘿卜三者混播)的稻谷產(chǎn)量達(dá)到8 572.5 kg/hm2,比綠肥單播增產(chǎn)27%~48%[17]。本研究結(jié)果表明,早晚稻均是處理1/2M+1/2R的產(chǎn)量最高,與單播相比,混播能增加水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量,進(jìn)而增加水稻產(chǎn)量,這與孫衛(wèi)民等[18]、馬艷芹等[19]的研究結(jié)果一致。這主要是由于適宜的混播比例不僅能提高綠肥的產(chǎn)量,而且平衡了綠肥的營(yíng)養(yǎng)比例,有利于后茬作物增產(chǎn)。

姜佰文等[20]通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)適宜的有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配比使總干物質(zhì)積累量顯著提高18.8%~26.9%。張穎睿等[21]通過(guò)研究紫云英與不同施氮量的盆栽試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)紫云英與氮肥配施比常規(guī)施氮的干物質(zhì)積累量高16.14%~21.41%。沙之敏等[22]通過(guò)長(zhǎng)期定位試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥配施化肥能夠顯著提高水稻干物質(zhì)積累速率。本試驗(yàn)研究表明,與單播相比,各混播處理的早晚稻干物質(zhì)積累量在一定程度上有所提高,其中處理1/2M+1/2R的早晚稻干物質(zhì)量最大,各處理在灌漿—成熟期的干物質(zhì)積累比例達(dá)到最大,這與楊濱娟等[23]研究結(jié)果類似。這是因?yàn)榕c單播相比,適宜的C、N配比滿足了土壤微生物的需求,使土壤微生物釋放更多的養(yǎng)分,促進(jìn)了水稻單莖和群體的生長(zhǎng),從而提高了水稻中后期干物質(zhì)的積累。這與前人[24-25]的研究結(jié)果一致。

氮素的吸收利用與水稻的生長(zhǎng)、產(chǎn)量密切相關(guān)。楊濱娟等[26]通過(guò)田間雙因素裂區(qū)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)紫云英翻壓60%+施氮60%占總吸收量的18.49%~35.60%,能夠提高氮素利用效率。錢晨晨等[27]研究發(fā)現(xiàn),紫云英配施氮肥可以提高早稻的氮素吸收積累量,其中較理想的施肥模式是紫云英+90 kg(N)/hm2和紫云英+120 kg(N)/hm2。本試驗(yàn)中,早晚稻各混播處理的成熟期氮素積累量均比兩個(gè)單播處理的要高。這主要是因?yàn)榛觳タ梢约涌炀G肥分解速率,協(xié)調(diào)植株與土壤之間的養(yǎng)分動(dòng)態(tài)需求,提高水稻干物質(zhì)量,進(jìn)而使氮素積累量提高了。張小莉等[28]研究表明,有機(jī)無(wú)機(jī)混肥顯著提高了水稻氮素積累量和氮素利用效率。商躍鳳等[29]研究表明,有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥對(duì)N的利用率有顯著提高作用,其中混施比單施提高6.94%~18.47%。Segun等[30]通過(guò)在尼日利亞西南部的不同配比試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)生物炭和氮肥配施對(duì)氮素利用效率有顯著影響,3~6 t/hm2生物炭與30 kg/hm2氮肥是較適宜的施用量。本研究結(jié)果表明,各混播處理的早晚稻氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率氮收獲指數(shù)均高于CK1,且處理1/2M+1/2R的早晚稻氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和氮收獲指數(shù)均達(dá)到最高,說(shuō)明適宜的混播比例可以促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收利用。此外本研究還發(fā)現(xiàn),晚稻各處理的產(chǎn)量、干物質(zhì)、氮素積累量以及氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率均高于早稻,究其原因,一方面是因?yàn)樵缤淼酒贩N的不同,另一方面在于綠肥還田腐解是一個(gè)緩慢而復(fù)雜的過(guò)程,在晚稻季氮素利用率更高,加快了稻田氮素循環(huán)。由于本試驗(yàn)時(shí)間較短,綠肥對(duì)水稻氮素吸收利用的影響是極其復(fù)雜的,因此需要進(jìn)行長(zhǎng)期定位試驗(yàn)以及更深入的研究,以得到更精準(zhǔn)的結(jié)果。

基于本試驗(yàn),與單播紫云英和單播油菜相比,混播可以提高雙季稻產(chǎn)量、植株干物質(zhì)及氮素吸收利用,其中1/2紫云英+1/2油菜的配施比例效果較好,是較適宜的混播模式。

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