陳世勇裴文霞劉健健周成趙建榮陳鵬夏金林汪建飛

(1.安徽科技學(xué)院，安徽 鳳陽(yáng) 233100；2.安徽盛農(nóng)農(nóng)業(yè)集團(tuán)有限公司，安徽 馬鞍山 243100；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部生物有機(jī)肥創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 蚌埠 233400)

2021年我國(guó)水稻種植面積達(dá)2992萬(wàn)hm2，約占糧食播種面積的1/4，稻谷總產(chǎn)量達(dá)到21284萬(wàn)t，約占糧食總產(chǎn)量的1/3。水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對(duì)于保障我國(guó)糧食安全發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

眾所周知，水稻產(chǎn)量取決于單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重，三者被稱為水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素。傳統(tǒng)的水稻種植理論認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)必須早分蘗、多分蘗，以達(dá)到高產(chǎn)所需要的有效穗數(shù)，也就是說(shuō)，促進(jìn)分蘗發(fā)生是實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)的前提[1]。

分蘗是水稻作物固有的遺傳屬性，有效分蘗形成的籽粒是水稻產(chǎn)量的重要構(gòu)成。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常規(guī)水稻品種每棵主莖通常能形成2～3個(gè)有效分蘗。也就是說(shuō)，常規(guī)栽培模式下，水稻產(chǎn)量至少有2/3是由分蘗穗貢獻(xiàn)的[2]。所以，有效穗數(shù)成為當(dāng)前水稻種植的主攻目標(biāo)。而為了達(dá)成這個(gè)目標(biāo)，重施基肥、分蘗肥則成為一種慣常做法[3]。問(wèn)題是，水稻生產(chǎn)中所施肥料，利用率最低的就是基肥和蘗肥，平均不足30%，嚴(yán)重拉低了整個(gè)水稻生產(chǎn)中的氮肥利用率[4]。而氮肥利用率低、氮肥施用量過(guò)大必然會(huì)造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等嚴(yán)重問(wèn)題[5]。徐新朋等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在相同氮水平下，水稻密植增加了單位穗數(shù)，提高了根系群體數(shù)量和秧苗生物質(zhì)量，從而提高氮素的積累總量，增加了氮肥吸收量，減少氮素?fù)p失，進(jìn)而提高氮肥利用率和水稻產(chǎn)量。

受上述成果啟發(fā)，設(shè)計(jì)一套水稻“極限密植”栽培技術(shù)，要點(diǎn)是以水稻高產(chǎn)所需有效穗數(shù)作為本田栽插密度，免施分蘗肥，通過(guò)氮肥運(yùn)籌，控制水稻分蘗的發(fā)生，利用主莖成穗形成水稻產(chǎn)量。通過(guò)2a在安徽省不同稻作區(qū)的田間小區(qū)試驗(yàn)，研究極限密植栽培模式下，優(yōu)化施肥處理對(duì)于水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響，以期構(gòu)建一套新的種植方法，為豐富和發(fā)展水稻增產(chǎn)節(jié)肥技術(shù)提供新思路和試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)水稻栽插密度和施肥量不同，設(shè)4個(gè)處理，具體如表1所示。試驗(yàn)小區(qū)面積50m2(10m×5m)，每個(gè)處理3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組排列；整個(gè)小區(qū)四周設(shè)置寬2m的保護(hù)行，小區(qū)之間修筑40cm寬的田埂，田埂覆蓋塑料薄膜，以防肥水串流。試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，小區(qū)病蟲(chóng)草害防治等日常田間管理與當(dāng)?shù)卮筇锼旧a(chǎn)保持一致。

表1 極限密植試驗(yàn)水稻栽插密度與施肥量

按照表1方案，2015年在當(dāng)涂縣丹陽(yáng)湖農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行水稻田間小區(qū)試驗(yàn)。2016年在鳳陽(yáng)縣方邱湖農(nóng)場(chǎng)開(kāi)展試驗(yàn)時(shí)，因水稻品種、目標(biāo)產(chǎn)量和施肥習(xí)慣不同，對(duì)施肥量作了相應(yīng)調(diào)整，其中CMF1處理N、P2O5、K2O用量分別調(diào)整為18kg·667m-2、5kg·667m-2、7kg·667m-2，JMF1處理調(diào)整為6kg·667m-2、3kg·667m-2、5kg·667m-2。

1.2 供試土壤基本理化性質(zhì)

2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

1.3.1 當(dāng)涂縣丹陽(yáng)湖農(nóng)場(chǎng)

供試水稻品種為“鎮(zhèn)稻16號(hào)”，由農(nóng)場(chǎng)統(tǒng)一育秧。2015年6月19日，按試驗(yàn)方案要求犁地、耙地、整平，修筑好田間小區(qū)；6月21日，人工插秧；11月5日，小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn)。各試驗(yàn)小區(qū)按表3方案施肥。

1.3.2 鳳陽(yáng)縣方邱湖農(nóng)場(chǎng)

供試水稻品種為“皖墾糯1號(hào)”，由農(nóng)場(chǎng)統(tǒng)一育秧。2016年6月28日，修建田間小區(qū)；7月2日，人工插秧；10月20日，小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn)。各試驗(yàn)小區(qū)按表4方案施肥。

表3 丹陽(yáng)湖農(nóng)場(chǎng)各處理肥料運(yùn)籌方案

表4 方邱湖農(nóng)場(chǎng)各處理肥料運(yùn)籌方案

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

氮肥偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施用量

氮肥農(nóng)學(xué)效率(kg·kg-1)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-無(wú)氮區(qū)產(chǎn)量)/氮肥施用量

采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 極限密植對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

待試驗(yàn)小區(qū)水稻成熟，各小區(qū)單獨(dú)收割，分別計(jì)產(chǎn)，換算成每667m2產(chǎn)量，可求出各處理平均產(chǎn)量和相對(duì)產(chǎn)量，見(jiàn)表5。由表5可知，無(wú)論是丹陽(yáng)湖農(nóng)場(chǎng)，還是方邱湖農(nóng)場(chǎng)，JMF1處理(極限密度×優(yōu)化施肥)試驗(yàn)小區(qū)的產(chǎn)量都要顯著地高于其他3個(gè)處理；與常規(guī)密度下的施肥處理(CMF1)相比，丹陽(yáng)湖農(nóng)場(chǎng)、方邱湖農(nóng)場(chǎng)JMF1處理分別增產(chǎn)76.3%和27.5%。值得注意的是，在試驗(yàn)條件下，采取極限密植模式，不施肥的處理(JMF0)小區(qū)平均產(chǎn)量與常規(guī)密度下的施肥處理(CMF1)相比，產(chǎn)量基本持平。

結(jié)合試驗(yàn)方案中小區(qū)施肥量可以發(fā)現(xiàn)，丹陽(yáng)湖農(nóng)場(chǎng)少施N 5kg·667m-2，少施P2O51kg·667m-2，少施K2O 1kg·667m-2，多插秧17.79萬(wàn)株·667m-2，結(jié)果產(chǎn)量高出343.7kg·667m-2；方邱湖農(nóng)場(chǎng)少施N 12kg·667m-2，少施P2O52kg·667m-2，少施K2O 2kg·667m-2，多插秧17.79萬(wàn)株·667m-2，結(jié)果產(chǎn)量高出155.6kg·667m-2。

表5 不同施肥處理的水稻產(chǎn)量

2.2 極限密植對(duì)水稻氮肥利用率的影響

由表6可知，水稻極限密植栽培模式下，施肥處理(JMF1)氮肥利用率要顯著高于常規(guī)密度栽培模式下的施肥處理(CMF1)。丹陽(yáng)湖農(nóng)場(chǎng)和方邱湖農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)小區(qū)JMF1處理氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)分別是CMF1處理的2.7倍和3.8倍；相應(yīng)的氮肥農(nóng)學(xué)效率(NAE)數(shù)值分別為3.4倍和2.2倍。

由表6還可知，2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)之間，無(wú)論用PFP還是用NAE表征，氮肥利用率差距均較小。而在極限密植模式下的優(yōu)化施肥，2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)之間的氮肥利用率則有較大差異。

表6 不同施肥處理的氮肥利用率

3 討論

眾多研究表明[7-9]，栽插密度對(duì)水稻群體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，適宜的栽插密度能有效利用光能，充分吸收利用土壤養(yǎng)分，保證個(gè)體的正常發(fā)育和群體的協(xié)調(diào)發(fā)展，使單位面積上穗數(shù)、粒數(shù)和粒重指標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化，從而獲得高產(chǎn)。但是，當(dāng)前所有的水稻增密研究都局限于“分蘗促控”實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的傳統(tǒng)技術(shù)路線。

與傳統(tǒng)技術(shù)路線有所不同，本試驗(yàn)采取的極限密植栽培模式，是以高產(chǎn)的單位面積有效穗數(shù)作為栽插密度，控制分蘗，利用主莖成穗。如，目前水稻高產(chǎn)的單位面積有效穗數(shù)約為390～420萬(wàn)穗·hm-2，栽插時(shí)就此指標(biāo)確定秧苗栽培密度。分蘗期追肥和烤田都不需要，從而簡(jiǎn)化了田間管理程序。本試驗(yàn)結(jié)果表明，極限密植模式下在減少化肥用量時(shí)，可以顯著提高水稻產(chǎn)量；即使不施肥的處理，產(chǎn)量也基本與常規(guī)密度栽培的施肥處理持平。究其原因，可能是相對(duì)于傳統(tǒng)水稻種植模式，“極限密植”群體競(jìng)爭(zhēng)僅發(fā)生在稻株間對(duì)水肥和光照的競(jìng)爭(zhēng)，不存在稻株內(nèi)不同穗部間同化產(chǎn)物分配的競(jìng)爭(zhēng)，只要種植密度不嚴(yán)重影響穗分化、發(fā)育和生長(zhǎng)，則穗粒數(shù)、粒重相對(duì)穩(wěn)定，高產(chǎn)的穩(wěn)定性提高[10,11]。極限密植幾乎沒(méi)有分蘗，也就沒(méi)有無(wú)效分蘗，同化產(chǎn)物可最大限度向穗部轉(zhuǎn)移，則冗余生長(zhǎng)量較低，收獲指數(shù)提高[12]。

如上所述，傳統(tǒng)的水稻高產(chǎn)技術(shù)必須要促分蘗，而水稻秧苗分蘗的發(fā)生，在很大程度上取決于土壤氮素的供應(yīng)狀況。當(dāng)?shù)久绾吭?.5%以下，分蘗停止生長(zhǎng)；含氮量超過(guò)3.0%～3.5%，分蘗才能迅速進(jìn)行。但是，秧苗要達(dá)到這個(gè)含氮量并不容易。因?yàn)檫@個(gè)時(shí)期，稻株本身較為弱小，養(yǎng)分需求量不多，同時(shí)，根系不發(fā)達(dá)，養(yǎng)分吸收和運(yùn)輸能力不足。要在一定時(shí)間段保持3%的含氮量，僅僅通過(guò)根系從完全自然狀態(tài)下的土壤中吸收是達(dá)不到的，生產(chǎn)上只能采取人工促進(jìn)的方法，就是大量施用基肥和分蘗肥。結(jié)果必然會(huì)造成氮肥利用率下降，氮肥損失增加[13]。

為了促分蘗需要施用大量的基肥、分蘗肥，卻因?yàn)檠砻缣幱谏缙诟滴漳芰Σ蛔愣斐纱罅筐B(yǎng)分不能吸收，加大了資源浪費(fèi)、環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。苗期氮肥的過(guò)量、低效施用已成為傳統(tǒng)水稻高產(chǎn)栽培模式中實(shí)現(xiàn)肥料減量、提高肥料利用率不可逾越的技術(shù)屏障[14]。據(jù)報(bào)道，目前我國(guó)稻田單季氮肥(純N)用量平均為180kg·hm-2，比世界平均水平高出75%[15]。而氮肥農(nóng)學(xué)效率(NAE，單位施氮量增加的產(chǎn)量)不足12kg·kg-1，不到發(fā)達(dá)國(guó)家的1/2[16]。本試驗(yàn)研究表明，舍去促分蘗這一環(huán)節(jié)，優(yōu)化施肥方案，丹陽(yáng)湖農(nóng)場(chǎng)和方邱湖農(nóng)場(chǎng)的NAE值分別為35.7kg·kg-1和29.9kg·kg-1，PFPN值分別達(dá)到81.1kg·kg-1和120.1kg·kg-1；相比常規(guī)栽培模式的習(xí)慣施肥處理，氮肥利用率顯著提高。隨后3a的大田校驗(yàn)試驗(yàn)證明，水稻極限密植氮肥用量比傳統(tǒng)模式可減少氮肥用量50%以上，同時(shí)水稻產(chǎn)量有所提高(未發(fā)表資料)。不難看出，水稻極限密植栽培模式正是通過(guò)舍去分蘗肥、減少基肥用量，顯著地提高了水稻整個(gè)生育期的氮肥利用率?？梢?jiàn)，在本試驗(yàn)技術(shù)條件下，化肥減量后水稻產(chǎn)量依然能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步增產(chǎn)，這也正是水稻極限密植技術(shù)創(chuàng)新的一個(gè)標(biāo)志。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)采用的水稻極限密植技術(shù)可以顯著提高水稻產(chǎn)量。在試驗(yàn)小區(qū)條件下，不施肥的極限密植處理水稻產(chǎn)量基本與施肥的常規(guī)密植栽培處理產(chǎn)量持平，而極限密植優(yōu)化施肥處理常規(guī)密度施肥處理相比，試驗(yàn)小區(qū)增產(chǎn)幅度達(dá)27.5%～76.3%。

水稻極限密植技術(shù)可以大幅降低化肥用量，顯著提高氮肥利用率。試驗(yàn)條件下，采用極限密植技術(shù)，稻田節(jié)省氮肥(純N)5～12kg·667m-2，磷肥(P2O5)1～2kg·667m-2，鉀肥(K2O)1～2kg·667m-2；試驗(yàn)小區(qū)氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)可達(dá)81.2～120.1kg·kg-1，相應(yīng)的氮肥農(nóng)學(xué)效率(NAE)為35.7～29.9kg·kg-1，均為常規(guī)模式的2倍以上。

水稻極限密植技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于掌握，符合糧食作物生產(chǎn)輕簡(jiǎn)化的發(fā)展方向。但由于該項(xiàng)技術(shù)還處于試驗(yàn)階段，許多涉及技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)因素，如水稻品種、最佳密度、肥料類(lèi)型與施肥方法等尚需進(jìn)一步深入研究和探索。