不同轮作制度下不同氮肥运筹对水稻产量和稻米品质的影响

彭明健 龚明强 易 峰 杨 景 周定邦 王 爽 李进前

(1上海光明长江现代农业有限公司，上海市崇明区 202178;2光明米业（集团）有限公司，上海市崇明区 202171)

近年来，光明米业（集团）有限公司陆续优化水旱轮作制度，在冬季种植油菜、蚕豆、紫云英，并实现秸秆全量还田。在此基础上，为减少肥料投入量和施肥次数，改善土壤理化性状，提高肥料利用率，促进水稻优质高产，笔者开展了不同轮作制度下不同氮肥运筹对水稻优质高产栽培技术体系的研究。现将相关试验研究情况报道如下。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2016年10月—2017年10月在上海市崇明区跃进农场进行，供试田块为砂壤土。供试水稻品种为早熟晚粳“银香38”，采用精量穴播机播种，保证各试验处理区的基本苗数一致。供试肥料为绿先机复合肥（氮∶磷∶钾为12∶10∶14）和尿素（含氮46.2%）。

1.2 试验设计

试验采用双因素设计，其中，L为轮作制度，设稻-麦（L1）、稻-油(L2)、稻-蚕豆(L3)3个轮作处理，在2016年水稻收割后，在试验田分别种植小麦、油菜、蚕豆（绿肥），翌年5月中旬小麦、油菜收获后秸秆全量还田，蚕豆作为绿肥在5月初进行翻耕沤肥处理，5月下旬种植水稻；依据氮肥运筹不同设5个氮肥施用处理（N），见表1。N1、N2、N3、N4处理的小区面积均为1 334 m2，不设重复；N5处理（空白对照）的小区面积为12 m2，重复3次。各小区间筑田埂隔离，独立进排水。

表1 不同处理肥料运筹情况 （单位：kg）

1.3 测定内容与方法

土壤养分含量测定：分别于轮作作物种植前、水稻播种前、水稻成熟期，在各小区取土样，测定土壤速效氮含量、速效钾含量、速效磷含量、有机质含量、pH等。

水稻干物质积累量测定：分别在水稻分蘖高峰期、拔节期、孕穗期、齐穗期、成熟期，每小区取5穴具有代表性的植株，去掉根部，将穗部和植株部分分开，然后放入烤箱，105 ℃杀青，70 ℃烘至恒重，测定水稻植株各器官干物质重。

水稻茎蘖动态调查：自水稻4叶期开始，每隔7 d调查1次苗情。

水稻产量及其构成因素测定：于水稻成熟期，各处理采用3点取样法，每个点取有代表性的植株100穴，从中选取具有平均穗数的植株10穴，测定水稻产量构成因素；在水稻收割前，每小区框取12 m2左右的植株，测定各处理的实际产量。

稻米品质测定：采用实验室用的谷物脱壳机与JMJ-100精米机，测定糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白面积、垩白度等，测定方法参照NY/T 593-2013标准。

2 结果与分析

2.1 茎蘖动态分析

由表2可知，各处理的高峰苗数均出现在7月12日，其中L3N4处理的高峰苗数最高，比其他处理每667 m2高0.2万～16.26万苗。在不同轮作制度下，均以N4处理的高峰苗数最高，N5处理的高峰苗数最少，说明水稻茎蘖动态受氮肥运筹的影响较大。L3处理的平均最高苗数高于其他两个轮作制度，说明稻-蚕豆轮作的田间速效氮供应最为充足。

由表2可知，在N1、N2、N3、N4处理中，成穗率随着分蘖期氮肥施用量的增加，大体呈降低的趋势，这可能是因为分蘖期氮肥施用过多会导致水稻无效分蘖增加，进而影响水稻群体质量；同时，在相同轮作制度下，施用2次穗肥的成穗率高于施用1次穗肥的。因此，在水稻生产上，需在保证群体穗数充足的条件下，适量前氮后移或提早搁田，以提高水稻成穗率和群体光合生产能力。

表2 各处理茎蘖动态

2.2 水稻生长不同时期干物质积累量变化

由表3可知，水稻抽穗前干物质积累量随分蘖肥施用量的增加而增加；齐穗后增加穗肥施用量，干物质积累量无显著变化；成熟期干物质积累量以L3N1处理最高，每667 m2为1 310.27 kg；在L1和L2轮作制度中均以N2处理的干物质积累量最高，每667 m2分别为1 176.70 kg和1 261.79 kg；比较两个相同纯氮施用量处理（N1与N3），L1、L2两种轮作制度下均是N1处理的干物质积累量低于N3处理，说明前期氮肥施用较少，不仅会影响水稻群体结构，也会减少成熟期干物质积累量；不施肥处理的干物质积累量远低于其他施肥处理，但由于L3N5处理在成熟期的干物质积累量比L1N5、L2N5处理高，说明L3轮作制度更能提升土壤肥力，优化土壤结构。

2.3 水稻产量及其构成因素分析

由表4可知，在相同轮作制度、相同纯氮总施用量条件下，随着前期氮肥施用量的增加，水稻每穗总粒数和结实率呈减少的趋势；而比较后期穗肥施用量相同的N1与N2处理，前期氮肥施用量增加的N2处理的每穗总粒数和结实率均低于N1处理。从千粒重看，在氮肥施用总量相同的条件下，穗肥施用2次处理的千粒重较高，而在穗肥施用一致的条件下，基蘖肥施用量的增加也会导致千粒重下降。从理论产量看，L3N1处理的产量最高，每667 m2达635.02 kg，比同一轮作制度下其他施肥处理的产量分别高0.65%、2.11%、4.01%、65.58%，比其他轮作制度的最高产量处理（L1N2、L2N2处理）分别高5.96%和3.57%。从不施肥处理计算，L1、L2、L3轮作制度的土壤生产力分别是57.53%、58.57%、60.40%，说明L3轮作制度的土壤生产力最高。从经济系数看，氮肥施用量越大，经济系数越低，在氮肥施用总量相同的条件下，氮肥后移能提高经济系数。

表3 各处理水稻生长不同时期的干物质积累量(单位：kg)

表4 各处理水稻产量及其构成因素

2.4 稻米品质分析

由表5可知，在氮肥施用总量相同的条件下，氮肥后移会导致稻米的糙米率、精米率和整精米率下降；在穗肥施用一致的条件下，L1、L2轮作制度的稻米糙米率、精米率和整精米率均随分蘖肥施用量的增加而增加，而L3轮作制度的稻米糙米率、精米率和整精米率随分蘖肥施用量的增加而降低，这可能与L3轮作制度的氮肥供应较高、水稻无效分蘖增加有关。在不同轮作制度下，N5处理（不施肥）的稻米糙米率、精米率和整精米率均低于其他施肥处理，说明氮肥施用过高或过低均对稻米品质有影响。从垩白度看，随穗肥氮肥施用量的增加，垩白度增加；在穗肥施用一致的条件下，垩白度随分蘖期氮肥施用量的增加而增加；在不同轮作制度下，均是N5处理的垩白度最低。以上结果说明，氮肥施用量的增加，会使稻米外观品质下降。

3 结论与讨论

合理的水旱轮作，能改变土壤环境，增加土壤养分积累，为作物生长创造有利的条件；不断调整和改善施肥结构，可提高水稻单产；在水稻群体茎蘖动态合理的基础上，稳定有效穗数，控制无效分蘖产生，提高茎蘖成穗率，构建适宜的叶面积指数，是水稻高产栽培的必要手段。

表5 各处理的稻米品质分析 （单位：%）

本试验结果表明，以稻-蚕豆（L3）轮作制度的土壤速效氮供应最为充足，水稻分蘖能力最高；同时，施用2次穗肥处理的水稻成穗率高于施用1次穗肥处理。从干物质积累量看，稻-蚕豆（L3）轮作制度下，N1处理比其他3个施肥处理的成熟期干物质积累量多，这可能是因为其他施肥处理的分蘖期施氮量过大，使水稻群体生长过于旺盛，无效分蘖增多，田间透光性差，影响了水稻后期干物质积累；在稻-麦（L1）、稻-油（L2）两个轮作制度下，由于N1处理的前期施氮量较小，造成水稻群体过小，从而降低了成熟期水稻的干物质积累量；在稻-蚕豆（L3）轮作制度下，不施肥处理的成熟期干物质积累量比其他两个轮作制度高，说明稻-蚕豆轮作可显著提升土壤肥力。从理论产量看，L3N1处理的产量最高，每667 m2达635.02 kg，比同一轮作制度下其他施肥处理的产量分别高0.65%、2.11%、4.01%、65.58%，比其他轮作制度（L1N2、L2N2处理）的最高产量分别高5.96%和3.57%。L1、L2、L3轮作制度的土壤生产力分别是57.53%、58.57%、60.40%，以L3轮作制度的土壤生产力最高。由于抽穗期干物质积累量和成熟期产量变化保持一致，所以提高成熟期干物质积累，扩库强源是增加水稻单产的重要调控手段。氮肥施用量越多，经济系数越低，在纯氮总施用量相同的条件下，氮肥后移能提高水稻经济系数，这主要是减少了分蘖肥氮肥施用量，从而减少了无效分蘖的产生，且增加了穗期的氮肥施用量，有利于维持抽穗期水稻的根系活力和叶片光合能力，从而提高了水稻千粒重、成熟度和耐贮能力。穗肥中氮肥施用量和全生育期的氮肥施用量过高或过低均会对稻米碾磨品质和外观品质有一定影响。综上，建议采用L3轮作制度、N3氮肥运筹方式，其水稻产量最高，土壤生产力最高，每667 m2纯氮总施用量降低1.15 kg，稻米精米率高，垩白度低。

稻-绿肥轮作虽能有效提高水稻产量，增加土壤肥力，减少肥料使用量，从而减少对环境的污染，但对田块的周年效益和土壤理化性状的影响还需进一步研究。