黃 恒 姜恒鑫 劉光明 袁嘉琦 汪 源 趙 燦 王維領(lǐng) 霍中洋,* 許 軻 戴其根 張洪程 李德劍 劉國林

側(cè)深施氮對水稻產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響

黃 恒1姜恒鑫1劉光明1袁嘉琦1汪 源1趙 燦1王維領(lǐng)1霍中洋1,*許 軻1戴其根1張洪程1李德劍2劉國林2

1揚(yáng)州大學(xué) / 江蘇省作物遺傳生理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)/ 糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心, 江蘇揚(yáng)州 225009;2江蘇省興化市農(nóng)業(yè)局, 江蘇興化 225700

水稻機(jī)插側(cè)深施肥是一種高效、優(yōu)質(zhì)、安全的栽培技術(shù)。深入研究側(cè)深施肥條件下不同施肥方式對水稻產(chǎn)量及氮素利用效率的影響, 有利于完善水稻側(cè)深施肥技術(shù)體系。本研究以江蘇優(yōu)質(zhì)食味水稻代表性品種南粳9108和南粳5718為材料, 設(shè)置4種不同的側(cè)深施施肥方式, 分別為: 100%基肥側(cè)深施FM1 (fertilization method 1)、70%基肥側(cè)深施+30%分蘗肥FM2 (fertilization method 2)、70%基肥側(cè)深施+30%穗肥FM3 (fertilization method 3)、35%基肥側(cè)深施+35%分蘗肥+30%穗肥FM4 (fertilization method 4), 并設(shè)置常規(guī)施肥對照CFM (conventional fertilization method)和不施氮處理0N (no nitrogen)。研究了不同施肥方式 (處理)對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素、莖蘗動(dòng)態(tài)、葉面積指數(shù)、光合勢、干物質(zhì)積累、群體生長率、氮素利用效率等方面的影響。結(jié)果表明, 與其他處理相比, FM3和FM4在穩(wěn)定穗數(shù)的基礎(chǔ)上, 顯著提高了群體穎花量和千粒重, 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最高。FM3生育中、后期的葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量尤其是抽穗至成熟期的干物質(zhì)積累顯著高于其他處理, 拔節(jié)后的氮素積累量和全生育期總吸氮量、氮素農(nóng)學(xué)利用率、氮素生理利用率、氮素吸收利用率、和氮素偏生產(chǎn)力也均顯著高于其他處理。同時(shí), FM3比CFM及FM4減少施肥次數(shù)1～2次, 節(jié)省了用工及成本, 利于規(guī)?；a(chǎn), 是一種兼具高產(chǎn)、輕簡與高效的水稻施肥方式。

側(cè)深施肥; 粳稻; 施肥方式; 產(chǎn)量; 氮肥利用效率

中國是世界上最大的氮肥生產(chǎn)和消費(fèi)國[1-3], 目前我國水稻生產(chǎn)中氮肥平均施用量為180 kg hm–2, 比世界平均用量大約高75%[4], 但肥料利用效率卻很低, 我國水稻生產(chǎn)中氮肥利用率僅為30%～35%, 遠(yuǎn)低于世界平均水平[5]。過多氮肥的使用不但會(huì)造成氮肥大量損失, 生產(chǎn)成本增加, 經(jīng)濟(jì)效益下降, 而且還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此在中國, 增加氮肥利用效率和提高水稻產(chǎn)量已經(jīng)被列為我國主要政策[6]。為實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全相協(xié)調(diào)的生產(chǎn)目標(biāo), 探索更為高效的施肥方式至關(guān)重要。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上, 目前施肥方式主要為表面撒施, 這種施肥方式不但增加施肥勞作的強(qiáng)度, 而且施肥深度和單位面積施肥量很難精確控制, 降低水稻生產(chǎn)效率。而水稻機(jī)插側(cè)深施肥技術(shù), 可以在移栽的同時(shí)將肥料顆粒精準(zhǔn)施于水稻秧苗側(cè)邊3～5 cm的土壤中[7]。與表面撒施相比, 側(cè)深施肥可以有效減少肥料揮發(fā)和流失, 提高水稻肥料吸收利用率[8]。陳立才等[9]研究表明, 氮肥深施之后, 氮素?fù)p失量明顯減弱, 氮素利用效率顯著增加。馬昕等[10]研究發(fā)現(xiàn), 水稻機(jī)械側(cè)深施肥在相同肥料種類和相同施氮量的情況下, 產(chǎn)量相較于常規(guī)面施處理是顯著增加的, 主要原因是機(jī)械側(cè)深施能夠提高水稻齊穗期至成熟期葉面積指數(shù), 增強(qiáng)齊穗期劍葉光合速率并增加齊穗期至成熟期的干物質(zhì)積累, 提高水稻的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)[11-13]。同時(shí)由于側(cè)深施是在移栽的同時(shí)直接將肥料施于水稻根部區(qū)域, 可以提高根部供氮能力, 更利于水稻根部吸氮, 從而顯著增加水稻氮素積累量及氮素利用效率[14-15]。前人關(guān)于側(cè)深施肥的研究已有許多, 而關(guān)于基肥側(cè)深施條件下, 水稻不同生育期肥料施用比例對于水稻產(chǎn)量及光合產(chǎn)物和氮素利用效率的研究較少。因此, 本研究立足長江中下游地區(qū), 以大面積推廣的優(yōu)質(zhì)食味晚粳品種南粳9108和南粳5718為材料, 通過設(shè)置6種不同基肥側(cè)深施比例, 比較分析側(cè)深施肥條件下水稻產(chǎn)量及光合產(chǎn)物和氮素利用效率的差異, 以期為水稻高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、安全生產(chǎn)提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及供試材料

2019—2020年在揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院興化市釣魚鎮(zhèn)試驗(yàn)基地(33°05'N, 119°58'E)進(jìn)行。該地位于里下河腹部, 屬北亞熱帶濕潤氣候區(qū), 年平均溫度15℃左右, 年日照時(shí)數(shù)2305.60 h左右, 年降水量1024.8 mm左右。土壤為勤泥土, 質(zhì)地黏性, 地力中等, 土壤含有機(jī)質(zhì)26.80 g kg–1、全氮1.90 g kg–1、速效磷13.60 mg kg–1、速效鉀156.60 mg kg–1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試品種為南粳9108和南粳5718。試驗(yàn)設(shè)計(jì)6個(gè)施氮處理(表1): 不施氮處理0N (no nitrogen)、常規(guī)施肥對照CFM (conventional fertilization method)、100%基肥側(cè)深施FM1 (fertilization method 1)、70%基肥側(cè)深施+30%分蘗肥FM2 (fertilization method 2)、70%基肥側(cè)深施+30%穗肥FM3 (fertilization method 3)和35%基肥側(cè)深施+35%分蘗肥+30%穗肥FM4 (fertilization method 4)。氮肥品種為含氮量46%的常規(guī)尿素。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì), 以不同施肥處理為主區(qū), 水稻品種為裂區(qū), 每處理重復(fù)3次, 小區(qū)面積12 m2。主區(qū)間筑埂隔離并且在埂上覆膜隔肥, 保證每小區(qū)單獨(dú)排灌。使用軟盤育秧, 移栽秧齡統(tǒng)一為20 d, 人工模擬機(jī)插側(cè)深施(田塊上水整平后, 降低田間水位, 使田面露出, 在濕潤的情況下進(jìn)行移栽; 移栽時(shí), 在距秧苗一側(cè)4 cm處用播種器開出5 cm深的溝, 再將肥料均勻撒入溝內(nèi)并用土覆蓋)。栽插行株距為30 cm × 12 cm, 每穴4株苗。氮、磷、鉀施用比例為1.0∶0.5∶0.8, 磷肥全作基肥1次施用, 鉀肥分基肥與穗肥2次施用, 各占50%。水分管理模式是, 移栽時(shí)保持土壤濕潤, 分蘗期淺水灌溉, 當(dāng)莖蘗數(shù)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)產(chǎn)量穗數(shù)的80%時(shí), 開始放水?dāng)R田; 拔節(jié)至成熟期實(shí)行干濕交替灌溉, 直至收獲前7 d。病蟲草害防治及其他措施均按當(dāng)?shù)卮竺娣e生產(chǎn)統(tǒng)一實(shí)施。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)

0N: no nitrogen application; CFM: conventional fertilization method; FM1: fertilization method 1; FM2: fertilization method 2; FM3: fertilization method 3; FM4: fertilization method 4.

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 莖蘗動(dòng)態(tài) 每個(gè)小區(qū)連續(xù)選定10穴作為一個(gè)觀察點(diǎn), 移栽后20 d開始觀察莖蘗動(dòng)態(tài), 每隔7 d一次, 直至抽穗為止。

1.3.2 干物質(zhì)和葉面積 分別于水稻拔節(jié)期、抽穗期、成熟期, 按照調(diào)查的平均莖蘗數(shù)各小區(qū)采用五點(diǎn)取樣, 隨機(jī)取 5株代表性樣本, 分解為莖稈、葉和穗(抽穗以后), 將各器官放置于烘箱中, 在80℃下烘干至恒重后測定干物質(zhì)重量; 用比葉重法測定葉面積: 從每株隨機(jī)選取20張葉片, 統(tǒng)一剪取10 cm長度作為比重葉, 量出每張葉片寬度, 求取20張葉片的總?cè)~寬w (m), 待烘干后稱取每株比重葉干重和葉片總干重, 每株葉面積=每株葉片總干重×0.1×w/比重葉干重, 從而計(jì)算出葉面積指數(shù)。

1.3.3 植株全氮測定 將上述各時(shí)期整株取樣, 于80℃下烘干至恒重后將樣品粉碎, 并用H2SO4-H2O2消化, 然后用半微量凱氏定氮法測植株各部分氮含量。

1.3.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 在收獲前各小區(qū)選取3個(gè)觀察點(diǎn), 連續(xù)調(diào)查5行, 每行1 m, 計(jì)算每公頃有效穗數(shù); 各小區(qū)按平均穗數(shù)取1 m2裝進(jìn)網(wǎng)袋內(nèi)風(fēng)干, 然后脫粒、去雜質(zhì)(不去空癟粒), 調(diào)查每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率; 以1000粒實(shí)粒樣本(干種子)稱重, 重復(fù)5次(誤差不超過0.05 g), 取平均值, 求千粒重。成熟期各小區(qū)連續(xù)選割5行(除去邊3行), 每行2 m, 測定籽粒含水量, 去除雜質(zhì), 以14.5%含水量折算實(shí)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析

光合勢(m2d m–2)=(L1+L2)×(t2?t1)/2。式中L1和L2為前后2次測定的葉面積, t1和t2為前后2次測定的時(shí)間; 群體生長率[g (m2d)–1]＝(W2?W1)/(t2?t1)。式中W1和W2為前后2次測定的干物質(zhì)量, t1和t2為前后2次測定的時(shí)間; 氮素吸收量(kg hm–2)=該時(shí)期地上部干物重×氮含量; 氮素階段吸收量(kg hm–2)=后一時(shí)期氮素吸收量－前一時(shí)期氮素吸收量; 氮素階段積累比例(%)=氮素階段積累量/成熟期氮素積累量×100; 氮素階段吸收速率(kg hm–2d–1)=氮素階段吸收量/前后兩時(shí)期間隔天數(shù); 氮素農(nóng)學(xué)利用率(kg kg–1)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量－氮空白區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮量; 氮素吸收利用率(%)=(施氮區(qū)水稻吸氮量－氮空白區(qū)水稻吸氮量)/施氮量; 氮素偏生產(chǎn)力(kg kg–1)=施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施用量; 氮素谷物生產(chǎn)效率(kg kg–1)=谷物產(chǎn)量/總吸氮量; 氮素生理利用率(kg kg–1)=(施氮區(qū)產(chǎn)量－無氮區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)植株總吸氮量－無氮區(qū)植株總吸氮量); 氮干物質(zhì)生產(chǎn)效率(kg kg–1)=地上部干物質(zhì)總重/氮素吸收總量; 百千克籽粒吸氮量(kg)=總吸氮量/稻谷產(chǎn)量×100。采用Microsoft Excel 2007和SPSS 16. 0軟件處理和統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 側(cè)深施氮對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

方差分析表明(表2), 年份、品種以及處理對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響均達(dá)到極顯著水平; 年份和品種互作除對產(chǎn)量的影響達(dá)極顯著水平外, 對其余構(gòu)成因素均無顯著影響; 年份和處理互作對產(chǎn)量、穗數(shù)和千粒重?zé)o顯著影響, 對每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率的影響達(dá)極顯著水平; 品種和處理互作對產(chǎn)量、穗數(shù)和穗粒數(shù)的影響達(dá)極顯著水平, 對千粒重和結(jié)實(shí)率無顯著影響; 年份、品種和處理互作除對產(chǎn)量的影響達(dá)極顯著水平外, 對其余構(gòu)成因素均無顯著影響。

進(jìn)一步分析2019、2020年的產(chǎn)量結(jié)果表明, FM3處理的產(chǎn)量在2019—2020兩年中均為最高, FM4的產(chǎn)量與FM3無顯著差異。其中, FM3處理的兩年稻谷平均產(chǎn)量比其他3個(gè)側(cè)深施肥處理高2.37%～ 15.91%, 比常規(guī)施肥CFM處理高8.23%～12.61%, 且表現(xiàn)為南粳9108的增產(chǎn)率顯著高于南粳5718, 增產(chǎn)率分別達(dá)11.07%～12.61%、8.23%～8.39%, 兩年的平均增產(chǎn)率分別為11.07%、8.31%。南粳9108、南粳5718兩品種FM2和FM1處理產(chǎn)量較CFM處理差異不顯著。2019年南粳9108、南粳5718兩品種的單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)均以FM3處理最高, 分別比其他處理高5.55%～13.60%和3.82%～21.48%; 2020年則表現(xiàn)為FM3和FM4處理的單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)最高, 處理間無顯著差異。其中不施肥0N處理的平均結(jié)實(shí)率為96.65%; 一次性側(cè)深施氮肥FM1處理的平均結(jié)實(shí)率為90.36%; 多次施氮處理中以常規(guī)施肥CFM處理的平均結(jié)實(shí)率最高, 達(dá)94.84%, 并顯著高于不同側(cè)深施氮處理; 不同側(cè)深施氮處理的結(jié)實(shí)率則以FM3與FM4處理相對較高。千粒重總體表現(xiàn)為不施氮肥與后期適量施用穗氮肥的處理高。

表2 側(cè)深施肥不同施肥方式對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

同列不同小寫字母表示差異達(dá)0.05顯著水平。Y: 年份, V: 品種, T: 處理, ns表示不顯著, *和**分別表示差異達(dá)到0.05和0.01顯著水平?？s略詞同表1。

Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level. Y: year; V: variety; T: treatment; ns: not significant. *:< 0.05; **:< 0.01. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

2.2 側(cè)深施氮對水稻莖蘗動(dòng)態(tài)的影響

方差分析表明(表3), 年份、年份和處理互作、年份和品種互作以及年份、品種和處理三因素互作對分蘗盛期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的群體莖蘗數(shù)及莖蘗成穗率均無顯著影響; 品種、處理以及品種和處理互作對分蘗盛期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的莖蘗數(shù)的影響均達(dá)到顯著及以上水平; 品種對成穗率無顯著影響, 處理以及品種和處理互作對成穗率的影響達(dá)極顯著水平(表3)。進(jìn)一步分析不同側(cè)深施氮方式對水稻莖蘗動(dòng)態(tài)的影響可知, 在分蘗盛期, 側(cè)深施肥處理群體莖蘗數(shù)均顯著高于常規(guī)對照處理, 其中群體莖蘗數(shù)最高的處理為FM1與FM2, 南粳9108 FM1與FM2處理分別比其他側(cè)深施氮處理高3.94%～7.56%、5.47%～9.14%, 比常規(guī)施氮CFM處理分別高19.14%、20.89%; 南粳5718 FM1與FM2處理則分別比其他側(cè)深施氮處理高4.52%～7.26%、4.23%～6.95%, 比常規(guī)施氮CFM處理分別高18.33%、17.99%; 其次為FM3和FM4處理。在拔節(jié)期, 水稻群體莖蘗數(shù)以FM1處理最高, 其次為FM2與FM3, 且均顯著高于FM4及CFM處理, FM1、FM2與FM3處理間則沒有顯著差異。至抽穗期與成熟期, 水稻群體莖蘗數(shù)均表現(xiàn)為FM3與FM4處理差異不顯著, 但均顯著高于其他側(cè)深施氮處理及常規(guī)對照處理。最終表現(xiàn)在莖蘗成穗率上除不施肥處理最高外, 以FM3、FM4與CFM相對較高, 3個(gè)處理間差異不顯著, 但均顯著高于FM1與FM2處理。

表3 側(cè)深施肥不同施肥方式對水稻莖蘗動(dòng)態(tài)的影響

(續(xù)表3)

同列小寫字母表示差異達(dá)0.05顯著水平; Y: 年份, V: 品種, T: 處理, ns表示不顯著。*和**分別表示差異達(dá)到0.05和0.01顯著水平?？s略詞同表1。

Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability levels; Y: year; V: variety; T: treatment; ns: no significant. *:< 0.05; **:< 0.01. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

2.3 側(cè)深施氮對水稻葉面積指數(shù)的影響

方差分析表明(表4), 除年份外, 品種和處理對水稻拔節(jié)期、抽穗期和成熟期葉面積指數(shù)的影響達(dá)極顯著水平; 年份與品種互作、年份與處理互作對各生育階段葉面積指數(shù)的影響未達(dá)到顯著水平, 但品種與處理互作對各生育階段葉面積指數(shù)影響顯著; 年份、品種與處理互作對各生育階段葉面積指數(shù)影響不顯著。進(jìn)一步分析表明, 側(cè)深施氮處理的葉面積指數(shù)在各生育階段整體上高于CFM處理。拔節(jié)期葉面積指數(shù)最高的處理為FM1和FM2處理, 顯著高于其他側(cè)深施氮處理(FM3和FM4)和常規(guī)對照(CFM)處理, 分別較其他側(cè)深施氮處理將葉面積指數(shù)提高5.30%～12.24%、4.94%～ 11.91%, 較CFM處理將葉面積指數(shù)提高7.77%～ 15.25%、7.41%～14.93%。抽穗期和成熟期葉面積指數(shù)最高的處理均為FM3處理, FM4與FM3無顯著差異, 并顯著高于其余側(cè)深施氮處理和CFM處理。

表4 側(cè)深施肥不同施肥方式對水稻葉面積指數(shù)的影響

(續(xù)表4)

ns 表示不顯著, *和**分別表示差異達(dá)到0.05和0.01顯著水平。同列數(shù)值后不同小寫字母表示各因素不同水平間差異達(dá)0.05顯著水平。縮略詞同表1和表2。

ns: no significant; *:< 0.05; **:< 0.01. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Tables 1 and 2.

2.4 側(cè)深施氮對水稻光合勢的影響

方差分析表明(表5), 年份、年份和處理互作、年份和品種互作以及年份、品種和處理三因素互作對播種至拔節(jié)期、拔節(jié)至抽穗期和抽穗至成熟期的光合勢均無顯著影響; 品種、處理以及品種和處理互作對播種期至拔節(jié)期、拔節(jié)期至抽穗期和抽穗期至成熟期的光合勢的影響均達(dá)到顯著及以上水平。進(jìn)一步分析表明, 不同側(cè)深處理的光合勢在各生育階段均顯著高于CFM處理。播種期至拔節(jié)期、拔節(jié)期至抽穗期光合勢最高的處理是FM1和FM2, 且處理間差異不顯著, 但均顯著高于其他側(cè)深施氮處理, 其中播種期至拔節(jié)期分別較其他側(cè)深施氮提高2.61%～12.69%、0.44%～ 14.03%, 拔節(jié)期至抽穗期分別較其他側(cè)深施氮提高0.84%～5.90%、0.61%～5.40%。抽穗期至成熟期, 不同側(cè)深施氮處理間光合勢差異不顯著, 但均顯著高于常規(guī)施氮處理, 較對照提高3.06%～4.39%; 在不同側(cè)深施氮處理中, 兩品種中光合勢最高的處理均為FM3處理, 分別為359.99×104m2d hm–2和385.80× 104m2d hm–2。

表5 側(cè)深施肥不同施肥方式對水稻光合勢的影響

(續(xù)表5)

S: 播種期; J: 拔節(jié)期; H: 抽穗期; M: 成熟期。ns 表示不顯著, *和**分別表示差異達(dá)到0.05和0.01顯著水平。同列數(shù)值后無相同小寫字母表示各因素不同水平間差異達(dá)0.05顯著水平?？s略詞同表1和表2。

S: sowing stage; J: jointing stage; H: heading stage; M: maturity stage. ns: no significant; *:< 0.05; **:< 0.01. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Tables 1 and 2.

2.5 側(cè)深施氮對水稻主要生育時(shí)期干物質(zhì)積累量和收獲指數(shù)的影響

方差分析表明(表6), 年份、年份和處理互作、年份和品種互作以及年份、品種和處理三因素互作對拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的干物質(zhì)積累量及收獲指數(shù)均無顯著影響; 品種間拔節(jié)期的干物質(zhì)積累量和收獲指數(shù)無顯著影響, 對抽穗期和成熟期干物質(zhì)積累量的影響均達(dá)到極顯著水平; 處理對各生育時(shí)期的干物質(zhì)積累量及收獲指數(shù)的影響均達(dá)到極顯著水平; 處理和品種互作對各生育時(shí)期的干物質(zhì)積累量及收獲指數(shù)的影響均達(dá)到顯著及其以上水平。

進(jìn)一步分析不同側(cè)深施氮方式對水稻主要生育時(shí)期干物質(zhì)積累量的影響可知, 除FM1外, 其余3側(cè)深施氮處理在3個(gè)生育時(shí)期干物質(zhì)積累量均高于常規(guī)對照處理。在拔節(jié)期干物質(zhì)積累量最高的處理為FM1與FM2, 兩處理間沒有顯著差異, 但均顯著高于其他處理, 南粳9108 FM1與FM2處理分別比其他側(cè)深施氮處理分別高22.94%～23.57%、16.40%～16.54%, 比常規(guī)施氮CFM處理分別高38.29%、38.42%, 南粳5718 FM1與FM2處理則分別比其他側(cè)深施氮處理分別高23.04%、23.68%、16.05%～16.18%, 比常規(guī)施氮CFM處理分別高52.29%、51.75%; 其次依次是FM 3與FM4處理, 且處理FM3與FM4無顯著性差異, 并顯著高于CFM處理。在抽穗期以處理FM3的干物質(zhì)積累量最高, 其次是FM2、FM4與FM1, 且均顯著高于CFM處理, FM1、FM2、FM3與FM4處理間沒有顯著差異。成熟期干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為FM2、FM3與FM4處理差異不顯著, 但均顯著高于FM1處理及常規(guī)對照處理。在收獲指數(shù)方面, 除0N處理最高外, 其余5個(gè)施氮處理的收獲指數(shù)均無顯著性差異。

表6 側(cè)深施肥不同施肥方式對水稻干物質(zhì)積累的影響

ns 表示不顯著, *和**分別表示差異達(dá)到0.05和0.01顯著水平。同列數(shù)值后不同小寫字母表示各因素不同水平間差異達(dá)0.05顯著水平?？s略詞同表1和表2。

ns: no significant; *:< 0.05; **:< 0.01. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Tables 1 and 2.

2.6 側(cè)深施氮對水稻群體生長率的影響

方差分析表明(表7), 年份、年份和處理互作、年份和品種互作以及年份、品種和處理三因素互作對播種期至拔節(jié)期、拔節(jié)期至抽穗期和抽穗期至成熟期的群體生長率均無顯著影響; 品種、處理以及品種和處理互作對播種期至拔節(jié)期、拔節(jié)期至抽穗期和抽穗期至成熟期的群體生長率的影響均達(dá)到顯著及以上水平。

進(jìn)一步分析不同側(cè)深施氮方式對水稻群體生長率的影響可知, 在播種期至拔節(jié)期階段干物質(zhì)積累量最高的處理為FM1與FM2, 兩處理間沒有顯著差異, 但均顯著高于其他處理, 南粳9108 FM1與FM2處理分別比其他側(cè)深施氮處理高16.82%～17.45%、16.42%～17.05%, 比常規(guī)施氮CFM處理分別高28.11%、27.67%, 南粳5718 FM1與FM2處理則分別比其他側(cè)深施氮處理高16.99%～17.30%、16.47%～16.78%, 比常規(guī)施氮CFM處理分別高27.67%、24.09%; 其次依次是FM 3與FM4處理, 且處理FM3與FM4無顯著性差異, 并顯著高于CFM處理。在拔節(jié)至抽穗期, 群體生長率最高處理為FM3, 其次為FM4, 處理FM3于FM4無顯著性差異, 且均顯著高于CFM處理, 處理FM1和FM2無顯著性差異且均顯著低于CFM處理。抽穗至成熟期群體生長率表現(xiàn)為FM3與FM4處理差異不顯著, 但均顯著高于其他側(cè)深施氮處理, 且與CFM無顯著性差異。

表7 側(cè)深施肥不同施肥方式對水稻群體生長率的影響

S: 播種期; J: 拔節(jié)期; H: 抽穗期; M: 成熟期。處理和縮寫同表1和表2。ns 表示不顯著, *和**分別表示差異達(dá)到0.05和0.01顯著水平。同列數(shù)值后不同小寫字母表示各因素不同水平間差異達(dá) 0.05顯著水平。縮略詞同表1和表2。

S: sowing stage; J: jointing stage; H: heading stage; M: maturity stage. ns: no significant; *:< 0.05; **:< 0.01. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Tables 1 and 2.

2.7 側(cè)深施氮對水稻主要生育階段氮素積累的影響

方差分析表明(表8), 年份、年份和處理互作、年份和品種互作以及年份、品種和處理三因素互作對拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的氮素積累量無顯著影響; 品種、處理以及品種和處理互作對拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的氮素積累量的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平。

進(jìn)一步分析不同側(cè)深施氮方式對各生育時(shí)期氮素積累量的影響可知, 除成熟期FM1處理外, 其他主要生育時(shí)期的氮素積累量均高于常規(guī)施氮對照。在拔節(jié)期, 水稻氮素積累量最高的處理為FM1與FM2, 兩處理間沒有顯著差異, 但均顯著高于其他處理, 南粳9108 FM1與FM2處理分別比其他側(cè)深施氮處理高37.50%～39.50%、40.36%～ 42.40%, 比CFM處理分別高62.46%、65.85%, 南粳5718 FM1與FM2處理則分別比其他側(cè)深施氮處理高41.62%～43.17%、42.97%～44.54%, 比CFM處理分別高72.25%、73.73%; 其次為FM3與FM4處理, 兩處理間差異不顯著, 但顯著高于常規(guī)對照處理, 在抽穗期, 水稻氮素積累量以FM3處理最高, 其次依次是FM4與FM2, 且均顯著高于FM1及CFM處理, 其中FM2、FM3與FM4處理間沒有顯著差異, FM1與CFM間也沒有顯著差異。至成熟期, 水稻氮素積累量表現(xiàn)為FM3與FM4處理最高, 并均顯著高于其他側(cè)深施氮處理及常規(guī)施氮對照, FM3與FM4處理間則沒有顯著差異。

表8 側(cè)深施肥不同施肥方式對水稻氮素積累的影響

(續(xù)表8)

ns 表示不顯著, *和**分別表示差異達(dá)到0.05和0.01顯著水平。同列數(shù)值后不同小寫字母表示各因素不同水平間差異達(dá)0.05顯著水平?？s略詞同表1和表2。

ns: no significant; *:< 0.05; **:< 0.01. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Tables 1 and 2.

2.8 側(cè)深施氮對水稻氮素階段吸收速率的影響

方差分析表明(表8), 年份、年份和處理互作、年份和品種互作以及年份、品種和處理三因素互作對播種期至拔節(jié)期、拔節(jié)期至抽穗期和抽穗期至成熟期的氮素階段吸收速率無顯著影響; 品種、處理以及品種和處理互作對播種期至拔節(jié)期、拔節(jié)期至抽穗期和抽穗期至成熟期的氮素階段吸收速率的影響均達(dá)到極顯著水平(表9)。

表9 側(cè)深施肥不同施肥方式對水稻氮素吸收速率的影響

(續(xù)表9)

S: 播種期, J: 拔節(jié)期, H: 抽穗期, M: 成熟期。ns 表示不顯著, *和**分別表示差異達(dá)到0.05和0.01顯著水平。同列數(shù)值后不同小寫字母表示各因素不同水平間差異達(dá)0.05顯著水平?？s略詞同表1和表2。

S: sowing stage; J: jointing stage; H: heading stage; M: maturity stage. ns: not significant; *:< 0.05; **:< 0.01. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Tables 1 and 2.

進(jìn)一步分析不同側(cè)深施氮方式對水稻氮素階段吸收速率的影響可知, 播種期至拔節(jié)期, 水稻階段氮素吸收速率最大的處理為FM1與FM2, 兩處理間沒有顯著差異, 但均顯著高于其他處理。南粳9108 FM1與FM2處理的階段氮素吸收速率分別比其他側(cè)深施氮處理高37.65%～39.29%、41.18%～42.86%, 比CFM處理分別高62.50%、66.67%, 南粳5718 FM1與FM2處理則分別比其他側(cè)深施氮處理高42.68%～44.44%、43.90%～ 45.68%, 比CFM處理分別高72.06%、66.67%; 其次依次是FM3與FM4處理, 處理間無顯著差異, 但顯著高于CFM處理。在拔節(jié)期至抽穗期, 水稻階段氮素吸收速率在FM3、FM4與CFM間沒有顯著差異, 但均顯著高于FM1及FM2 處理, FM1及FM2處理間也沒有顯著差異。在抽穗期至成熟期, 水稻階段氮素吸收速率則表現(xiàn)為FM3與FM4處理間沒有顯著差異, 但均顯著高于CFM處理, CFM處理也顯著高于FM1和FM2處理, FM1和FM2處理間沒有顯著差異。

2.9 側(cè)深施氮對水稻氮效率的影響

方差分析表明(表10), 年份、年份和處理互作、年份和品種互作以及年份、品種和處理三因素互作對氮素農(nóng)學(xué)利用率、生理利用率、吸收利用率、谷物生產(chǎn)效率、干物質(zhì)生產(chǎn)效率、偏生產(chǎn)力和百千克籽粒需氮量無顯著影響; 品種、處理和品種與處理互作對氮素農(nóng)學(xué)利用率、生理利用率、吸收利用率、谷物生產(chǎn)效率和偏生產(chǎn)力的影響均達(dá)極顯著水平; 品種、處理和品種與處理互作對百千克籽粒需氮量無顯著影響; 除品種對氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率無顯著影響外, 處理和品種與處理互作對氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率的影響均達(dá)極顯著水平。

進(jìn)一步分析不同側(cè)深施氮方式對水稻氮效率的影響可知, 水稻氮效率總體表現(xiàn)為, 氮素農(nóng)學(xué)利用率、氮素生理利用率、氮素吸收利用率、氮素谷物生產(chǎn)效率、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和氮素偏生產(chǎn)力以一次性側(cè)深施氮處理FM1最低, 分次且穗期施氮的處理相對較高, 百千克籽粒需氮量在各處理間無顯著差異。不同施肥處理中, 處理FM3的氮素農(nóng)學(xué)利用率、氮素生理利用率、氮素吸收利用率、氮素谷物生產(chǎn)效率與氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率與FM4差異不顯著并高于其余處理, FM3、FM4處理的氮素農(nóng)學(xué)利用率分別比常規(guī)對照處理高37.54%、26.47%, 氮素生理利用率分別高16.59%、14.56%, 氮素吸收利用率分別高18.83%、14.82%, 氮素谷物生產(chǎn)效率分別高2.03%、1.57%, 氮素偏生產(chǎn)力分別高9.86%、5.78%。FM2處理的氮素農(nóng)學(xué)利用率、氮素生理利用率、氮素吸收利用率與氮素偏生產(chǎn)力與CFM處理沒有顯著差異, 但均顯著高于FM1處理, FM2處理的氮素干物質(zhì)生產(chǎn)力則相對較低, 其與FM1差異不顯著, 但顯著低于CFM處理。

表10 側(cè)深施肥不同施肥方式對水稻氮效率的影響

ns表示不顯著, *和**分別表示差異達(dá)到0.05和0.01顯著水平。同列數(shù)值后不同小寫字母表示各因素不同水平間差異達(dá)0.05顯著水平?？s略詞同表1和表2。

ns: no significant; *:< 0.05; **:< 0.01. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Tables 1 and 2.

3 討論

3.1 側(cè)深施肥不同施肥方式對水稻產(chǎn)量的影響

水稻的產(chǎn)量由穗數(shù)、每穗穎花數(shù)、結(jié)實(shí)率及千粒重這4個(gè)重要部分組成[16], 前人較為一致的認(rèn)為, 在保證結(jié)實(shí)率和千粒重穩(wěn)定的情況下, 提高群體穎花量(穗數(shù)×每穗穎花數(shù))是保證水稻增產(chǎn)的關(guān)鍵[17-18]。合理的施肥方式能夠促進(jìn)有效分蘗的形成, 使水稻具有較高的群體穎花量, 從而形成較為合理的群體[19]。前人研究表明, 側(cè)深施肥可以促進(jìn)水稻分蘗, 并減少無效分蘗的產(chǎn)生, 最終增加每平方米穗數(shù)并達(dá)到增加產(chǎn)量的目的[20]。相較于面施, 深層施肥可以將養(yǎng)分準(zhǔn)確的輸送到植株根部, 從而減少氨揮發(fā)和地表徑流帶來的氮流失, 提高水稻根區(qū)供氮能力, 使水稻秧苗在前期有足夠的養(yǎng)分, 從而促進(jìn)水稻分蘗早生快發(fā), 提高水稻產(chǎn)量[21]。這與本研究結(jié)果一致, 本研究結(jié)果表明4個(gè)側(cè)深施處理除FM1外, 其余3處理產(chǎn)量均高于CFM, 其產(chǎn)量高的主要原因是側(cè)深施處理形成的較高的穗數(shù)和每穗穎花數(shù)形成的較高的群體穎花量。在4個(gè)側(cè)深施處理中, 處理FM3 (70%基肥側(cè)深施+30%穗肥)的產(chǎn)量最高, 其原因在于與FM1 (100%基肥側(cè)深施)、FM2 (70%基肥側(cè)深施+30%分蘗肥)處理相比, 處理FM3于水稻倒三葉時(shí)期追施了穗肥。倒三葉期, 水稻正出于幼穗分化期, 在水稻幼穗分化期增施穗肥, 不但可以防止葉片早衰, 促進(jìn)葉片灌漿期的正常代謝, 保證水稻具有較高的源庫活性[22], 而且還能保蘗增穗, 促進(jìn)動(dòng)搖分蘗成穗, 從而提高穗數(shù)和成穗率。增施穗肥還能促進(jìn)穎花分化, 減少穎花退化, 從而增加群體穎花量, 提高結(jié)實(shí)率和千粒重, 最終達(dá)到提高產(chǎn)量的目的[23-24]。而與FM4 (35%基肥側(cè)深施+35%分蘗肥+ 30%穗肥)處理相比, FM3處理有更多的肥料進(jìn)行了側(cè)深施, 前期足夠的氮肥側(cè)深施可以顯著提高水稻秧苗根部區(qū)域的含氮量, 使得水稻在生育前期有足夠的養(yǎng)分去獲得更大的群體, 從而達(dá)到增產(chǎn)的目的[25]。

葉面積指數(shù)能夠較好地反映作物群體大小, 較大的LAI有利于抽穗前的物質(zhì)生產(chǎn)和抽穗后光合勢的提高。水稻的產(chǎn)量主要源自于光合物質(zhì)的生產(chǎn), 約60%～80%的產(chǎn)量來自抽穗后光合作用的產(chǎn)物[26-27]。前人研究結(jié)果認(rèn)為合適的群體有助于水稻獲得較強(qiáng)的光合能力[28]。合理的冠層結(jié)構(gòu)有利于高產(chǎn)群體的構(gòu)建, 可以高效利用光能, 充分發(fā)揮土壤生產(chǎn)潛力, 從而得到較高的糧食產(chǎn)量[29]。本研究結(jié)果表明, 側(cè)深施肥可以提高水稻的LAI和光合勢, 幫助水稻形成高光效群體。成熟期擁有較高的LAI值和光合勢可以極大的促進(jìn)水稻灌漿, 提高水稻產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明, 抽穗—成熟LAI值和光合勢最高的處理為處理FM3 (70%基肥側(cè)深施+30%穗肥), 且其產(chǎn)量也為最高, 這與前人研究結(jié)果一致。較高的葉面積指數(shù)可以獲得較高的光和物質(zhì), 從而使水稻得到高的物質(zhì)積累量, 因此高的干物質(zhì)積累也是水稻高產(chǎn)的表現(xiàn)之一。凌啟鴻等[30]研究發(fā)現(xiàn)抽穗至成熟期的干物質(zhì)積累量是衡量水稻群體質(zhì)量的核心指標(biāo), 與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān), 鄒應(yīng)斌等[31]研究指出各關(guān)鍵生育階段物質(zhì)積累量合理、積累比例協(xié)調(diào)是水稻高產(chǎn)的前提, 胡雅杰等[32]研究表明生育后期群體生長率高有利于水稻高產(chǎn)形成。本研究結(jié)果與前人基本一致, 在4種不同的側(cè)深施肥方式中, 產(chǎn)量最高的處理FM3 (70%基肥側(cè)深施+30%穗肥)在抽穗至成熟期的干物質(zhì)量積累量和群體生長率均為最高。

3.2 側(cè)深施肥不同施肥方式對水稻氮積累以及氮效率的影響

不同的施肥方式對水稻的氮素吸收有著顯著的影響。前人研究發(fā)現(xiàn), 與常規(guī)面施相比, 側(cè)深施氮處理在水稻生育前期將氮素施用在水稻根部區(qū)域土壤,這樣可以將更多的養(yǎng)分直接供給水稻根系, 有利于水稻根系生長, 促進(jìn)根系吸收氮素, 提高氮素吸收速率[33]。這與本研究結(jié)果一致, 在播種期至拔節(jié)期, 側(cè)深施處理的氮素積累量和氮素吸收速率均高于CFM處理。水稻產(chǎn)量的高低與水稻成熟期氮素積累量有著極大的關(guān)系, 更高的氮素積累可以獲得的更高水稻產(chǎn)量[34]。本研究結(jié)果表明, 在施氮量相同的情況下, FM3處理在抽穗期至成熟期的氮素積累量和氮素吸收速率在兩品種中均為最高, 且其產(chǎn)量也為最高, 這與前人研究結(jié)果一致。

氮素利用效率是評價(jià)水稻對氮素吸收的重要指標(biāo)。趙紅玉等[35]研究表明, 在氮肥深施后, 氮素的損失明顯減弱, 水稻的氮素利用效率顯著增加。葉世超等[36]研究認(rèn)為, 側(cè)深施肥技術(shù)可以顯著提升水稻氮素吸收利用率。本研究結(jié)果表明, 除FM1外, 與CFM相比, 其余3個(gè)側(cè)深施處理的氮素吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率、生理利用率和偏產(chǎn)力均有所提高。這與前人研究結(jié)果基本一致。丁艷鋒等[37]研究認(rèn)為前期基蘗肥所占比例較大的處理氮肥利用率較其余處理低, 隨著氮素基蘗肥占總施氮量的比例增大, 水稻拔節(jié)前氮素基蘗肥利用率增加, 而氮肥利用率降低。這與本研究結(jié)果一致, FM1和FM2前期基蘗肥占比達(dá)100%, 其各項(xiàng)氮素利用率指標(biāo)均低于占比70%的FM3和FM4處理。前人研究表明氮肥深施使得稻田水中的NH4+–N濃度降低, 進(jìn)而減少了NH3揮發(fā), 更多的NH4+則存在于土壤中, 增加了水稻對氮的吸收與利用[38]。本研究結(jié)果表明FM3的氮素吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率、谷物生產(chǎn)效率、生理利用率和偏生產(chǎn)力均高于FM4。這與前人研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

與CFM處理相比, 側(cè)深施肥不僅可以提高水稻產(chǎn)量, 而且可以提高水稻的吸氮效率和氮素利用效率, 減少肥料流失帶來的環(huán)境污染。相同施氮量的條件下, 側(cè)深施肥處理FM3 (70%基肥側(cè)深施+30%穗肥)的產(chǎn)量、莖蘗數(shù)、LAI、光合勢、干物質(zhì)積累、群體生長率、氮素積累、氮效率等相關(guān)指標(biāo)均顯著較高, 施肥次數(shù)比FM4及CFM少1～2次。在勤泥土條件下, 70%的氮肥作為基肥側(cè)深施, 30%的氮肥作為穗肥追施的“一基一穗”施肥方式, 可作為一種資源節(jié)約和環(huán)境友好的施肥方式在水稻大面積生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。

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Effects of side deep placement of nitrogen on rice yield and nitrogen use efficiency

HUANG Heng1, JIANG Heng-Xin1, LIU Guang-Ming1, YUAN Jia-Qi1, WANG Yuan1, ZHAO Can1, WANG Wei-Ling1, HUO Zhong-Yang1,*, XU Ke1, DAI Qi-Gen1, ZHANG Hong-Cheng1, LI De-Jian2, and LIU Guo-Lin2

1Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology / Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops / Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China;2Bureau of Agriculture of Xinghua County of Jiangsu Province, Xinghua 225700, Jiangsu, China

Lateral deep fertilization is an efficient, high-quality, and safe cultivation technology of rice mechanical transplanting. In order to improve the technical system of lateral deep fertilization, we investigated the effects of different fertilization methods on rice yield and nitrogen use efficiency under the condition of lateral deep fertilization. In this study, Nanjing 9108 and Nanjing 5718, the representative varieties of quality and delicious rice of Jiangsu, were used as materials. Four different lateral deep fertilization methods were arranged, including 100% base fertilizer side deep application FM1 (fertilization method 1), 70% base fertilizer side deep application + 30% tillering fertilizer FM2 (fertilization method 2), 70% base fertilizer side deep application + 30% panicle fertilizer FM3 (fertilization method 3), and 35% base fertilizer side deep application + 35% tillering fertilizer + 30% panicle fertilizer FM4 (fertilization method 4). In addition, the conventional fertilization method and no nitrogen treatment were added. The effects of different treatments on rice yield, leaf area index, photosynthetic potential, dry matter accumulation, population growth rate, and nitrogen use efficiency were compared. The results revealed that the yield of FM3 and FM4 were higher than those of other treatments. The main reason was that the spikelet number of the population was significantly higher than that of other treatments on the basis of stable panicle number. The leaf area index and dry matter accumulation of FM3 treatment were higher in the middle and late growth stages, especially from heading to maturity stage. Nitrogen accumulation of FM3 was less before jointing stage, but nitrogen accumulation after jointing stage and the total nitrogen uptake during the whole growth period were significantly higher than those of other treatments. Moreover, the nitrogen agronomic utilization rate, nitrogen physiological utilization rate, nitrogen absorption utilization rate, and nitrogen partial productivity of FM3 were significantly higher than those of the other treatments. At the same time, compared with CFM and FM4, FM3 can reduce fertilization times by 1–2 times, save labor and cost, and is conducive to large-scale production. It is a high-yield, simple and efficient fertilization method for rice.

side deep placement of nitrogen; japonica rice; fertilization methods; yield; nitrogen use efficiency

10.3724/SP.J.1006.2021.02086

本研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0200805, 2018YFD0300802)和江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(BE2020319, BE2019377, BE2018362)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0200805, 2018YFD0300802) and the Key Research Program of Jiangsu Province (BE2020319, BE2019377, BE2018362).

霍中洋, E-mail: huozy69@163.com, Tel: 0514-87972363

E-mail: 632423039@qq.com

2020-12-03;

2021-04-26;

2021-05-17.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210514.1741.006.html