不同有机无机肥氮投入比例对双季水稻生理特性与产量的影响

2020-03-14唐海明李超肖小平汤文光程凯凯潘孝晨汪柯李微艳

中国农业科技导报 2020年6期

唐海明，李超，肖小平，汤文光，程凯凯，潘孝晨，汪柯，李微艳

(湖南省土壤肥料研究所，长沙 410125)

合理施肥对土壤理化特性和土壤肥力等方面均具有十分重要的影响，进而影响农业的可持续发展[1]。有研究显示，有机无机肥配施均有利于改善土壤理化特性、维持稻田土壤生态环境，增加土壤养分含量、培肥土壤，提高肥料利用率和作物生理特性，维持农业的可持续生产[2]。近年来，大量学者开展了不同施肥条件下稻田土壤理化特性、水稻植株生物学和营养特性及产量等方面变化的研究，刘恩科等[3]研究认为，长期施肥处理稻田土壤微生物生物量碳、氮均明显高于不施肥处理；前人研究结果表明，长期有机无机肥配施有利于培肥土壤，增加水稻植株干物质积累量，改善植株各部位营养物质的分配与转运，获得较高的水稻产量[4-7]；在不同施肥模式对植株理化特性影响方面，改善施肥模式(有机无机肥配施、科学的施肥比例)均有利于增强水稻植株功能叶的生理特性(保护酶活性、叶绿素含量和净光合速率)，延缓叶片的衰老，从而提高水稻产量[8-11]。虽然近年来相关学者关于不同施肥管理措施对水稻植株理化特性开展了相应的研究，但是由于各个区域的外界气象因素、农作制度、施肥等田间管理措施不同，在不同施肥条件下水稻植株理化特性的研究结果存在一定的差异。

湖南是我国重要的双季稻主产区，采取不同的施肥措施是维护稻田养分循环及生态环境等方面的重要基础，该区域粮食产量对保障我国粮食生产安全具有重要的战略意义。近年来，有学者开展了不同施肥模式下双季稻某一时期稻田土壤理化特性和土壤微生物学特性等方面的研究[12-13]，虽对早、晚稻各个主要生育时期植株生物学和生理特性开展了部分研究[14-15]，但在不同有机肥氮素占总氮投入百分比施肥措施条件下双季稻植株叶片生理生化特性和产量的变化还没有相应的研究。因此，本研究以南方双季稻区不同施肥模式大田定位试验为依托，开展不同有机肥氮素占总氮投入百分比施肥管理模式下双季稻植株叶片生理生化特性和产量差异研究，以探明水稻获得高产的生理基础，为双季稻区采取科学的施肥方式提供技术理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017-2018年在湖南省宁乡市回龙铺镇回龙铺村(N 28°07′, E 112°18′)进行，试验地年均气温17.2 ℃，年平均降雨量1 553 mm，年蒸发量1 354 mm，无霜期274 d；试验田土壤为水稻土，河沙泥土种，为典型的双季稻主产区。种植制度为冬闲-双季稻，土壤肥力中等，排灌条件良好。试验前稻田耕层土壤(0～20 cm)基本理化特性为：有机碳22.75 g·kg-1、全氮2.24 g·kg-1、碱解氮178.90 mg·kg-1、全磷0.66 g·kg-1、有效磷18.45 mg·kg-1、全钾14.45 g·kg-1、速效钾69.50 mg·kg-1和pH 6.80。

1.2 试验设计和田间管理措施

根据N肥的不同来源，设5个处理：① 化肥N(M1)，只施用氮、磷、钾化肥；②30%有机肥N(M2)，30%有机肥N，70%化肥N；③50%有机肥N(M3)，50%有机肥N，50%化肥N；④100%有机肥N(M4)，100%有机肥N，不施化肥氮；⑤无N对照(M0)，不施N，施用磷、钾化肥，磷、钾肥与M1处理相同。每个处理小区面积266.0 m2(13.3 m×20.0 m)。每个小区间用田埂隔开，保证各小区不窜灌、窜排；由于采取机插方式，为方便机械操作，采取大区试验，没有设置重复。保证早稻季和晚稻季各处理间一致的N、P2O5、K2O施用量(总施用量为化肥与有机肥养分含量之和)，早稻季各施肥处理N、P2O5和K2O的总施用量分别为135.0、54.0和67.5 kg·hm-2；晚稻季各施肥处理N、P2O5和K2O的总施用量分别为165.0、45.0和90.0 kg·hm-2；施用有机肥的处理，早、晚稻季有机肥类型均为豆粕菜枯商品有机肥，早稻和晚稻季30%、50%和100%有机肥处理有机肥的施用量分别为828.0、1 380.0、2 760.0 kg·hm-2和1 012.5、1 687.5、3 375.0 kg·hm-2(有机肥养分含量均为N 4.89%、P2O51.73%和K2O 1.51%)，各处理中不足的N、P2O5和K2O用化肥补足；早稻和晚稻季，有机肥和P2O5均作基肥结合土壤翻耕一次性施入；N按基肥、分蘖肥和穗肥比例为6∶3∶1三次施入，基肥和分蘖肥分别在稻田土壤翻耕和水稻移栽后7 d施用，穗肥在幼穗开始分化时施用；K2O按基肥和穗肥比例为5∶5两次施入，基肥和穗肥分别在土壤翻耕和幼穗开始分化时施用。其他田间管理措施均按徐一兰等[14]的方法进行。

根据当地的生产实际情况，试验均采用当地主推水稻品种。为了减少水稻品种的差异对研究结果造成的影响，在2个不同年份中早稻均为常规稻，晚稻均为杂交稻。2017年，早稻和晚稻供试品种分别为湘早籼24号和金优59；2018年，早稻和晚稻供试品种分别为中早25和H优518；上述供试试验品种均从市场上购买。早稻和晚稻均采用机械移栽，行株距均为25.0 cm×14.0 cm，移栽密度均为28.61×104株·hm-2。

1.3 样品采集与测定方法

1.3.1样品采集 2017年和2018年，分别于早稻和晚稻的苗期(seedling stage，SS)、分蘖盛期(tillering stage，TS)、孕穗期(booting stage，BS)、齐穗期(heading stage，HS)和成熟期(maturity stage，MS)进行植株叶片样品的采集；水稻苗期和分蘖盛期，采集植株主茎最上展开叶；孕穗期、齐穗期和成熟期，采集主茎剑叶；上述早稻和晚稻的各个主要生育时期，每一小区随机选择15蔸水稻植株进行样品采集。

1.3.2叶片理化特性测定叶片的理化特性测定指标包括：丙二醛(malondialdehyde，MDA)和脯氨酸(proline，Pro)含量，超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、过氧化物酶(peroxidase，POD)和过氧化氢酶(catalase，CAT)活性，均按参考文献[16]中的方法进行测定。

1.3.3植株光合特性测定 2017和2018年，分别于早稻和晚稻各个主要生育时期进行植株叶片光合特性测定，测定指标为：SPAD值、净光合速率(net photosynthetic rate，Pn)、气孔导度(stomatal conductance，Gs)和蒸腾速率(transpiration rate，Tr)，具体的测定时期、部位和方法等均参照参考文献[15]。

1.3.4水稻产量和产量构成因素分别于早稻和晚稻成熟收获时进行水稻产量和产量构成因素测定，其测定指标和方法等均参照参考文献[15]。

1.4 数据处理

采用Excel 2003和DPS 3.11软件对数据进行统计分析，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理下水稻叶片丙二醛含量

图1显示，早、晚稻各个主要生育时期，不同施肥处理水稻植株叶片丙二醛(MDA)含量均呈不断增加的变化趋势；在各个施肥处理中，均以无N肥(M0)处理为最高值，均显著高于30%有机肥N(M2)和50%有机肥N(M3)处理(P<0.05)。早稻各个主要生育时期，均以100%有机肥N(M4)处理叶片MDA含量为最高，与化肥N(M1)处理的差异均达显著水平(P<0.05)；各处理叶片MDA含量大小顺序均表现为M0>M4>M3>M2>M1。晚稻各个主要生育时期，各处理植株叶片MDA含量大小顺序分别表现为M0>M4>M3>M2>M1(2017年)和M0>M1>M2>M3>M4(2018年)。