水旱轮作下穗肥氮用量对机插粳稻生长特性及经济效益分析

龙瑞平 张朝钟 戈芹英 万卫东 王 勤李贵勇 夏琼梅 朱海平 杨从党

（1云南省农业科学院粮食作物研究所，650205，云南昆明；2云南省保山市隆阳区农业技术推广所，678000，云南保山）

氮素是作物生长不可缺少的大量元素之一，我国拥有世界10%的耕地，每年作物生产消耗了全球约40%的氮肥[1]，水稻是我国主要的粮食作物，也是氮肥消耗量较大的作物之一。研究[2-3]表明，我国稻田氮肥利用效率只有28.3%，流失率高达50%以上，氮肥利用效率远低于国际水平。过量施用氮肥是造成氮素流失和环境污染的主要原因[4-5]，同时还增加了种植成本。目前，在水稻种植过程中，氮肥大多采用重施基蘖肥和轻施穗肥[6-7]的方式，大量氮肥在水稻分蘖前施入稻田中，而此时水稻还没有形成庞大的根系群体，不能大量吸收稻田土壤和灌溉水中的氮肥，导致氮肥流失加剧[8-9]。为了减少氮肥用量和提高氮肥利用效率，不少学者[10-11]开展了水稻氮肥后移的研究，结果表明，在适宜的总施氮量情况下，增加中、后期氮肥比例，能够提高水稻群体成穗率，改善抽穗期叶面积组成，提高群体颖花量和粒叶比，改善水稻群体源库质量[12-14]。水旱轮作模式是在同一块农田，轮换种植水稻和不同旱作作物的种植方式[15]，是云南稻区主要的种植模式。研究[16-17]发现，水旱轮作模式中，旱作种植后土壤中会残留一定的肥力，水稻茬能够充分利用残留肥效，对水稻具有较好的增产效果。本团队在前期的研究[18]中提出，在云南水旱轮作稻区，将氮肥全部后移至穗肥中，可以实现大幅减少氮肥投入同时保证了水稻不减产。此前研究分析了水稻的产量及其构成因素和氮肥的吸收利用情况，没有对水稻的群体生长特性和经济效益进行分析。本研究重点分析小麦―水稻和蚕豆―水稻模式下，不施基蘖氮肥，只施穗肥氮对水稻群体生长特性和经济效益的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年在云南省保山市隆阳区金鸡乡进行，该地海拔 1650m。以当地主推粳稻“隆科16”为试验材料，氮肥为普通尿素（N 46%），田块为连续5年以上小麦―水稻（以下简称麦―稻）和蚕豆―水稻（以下简称豆―稻）模式田块。供试田块水稻移栽前土壤肥力水平：麦―稻田块有机质68.70g/kg、全氮 3.24g/kg、全磷 0.87g/kg、全钾8.30g/kg、水解性氮236mg/kg、有效磷45.3mg/kg、有效钾171mg/kg；豆―稻田块有机质60.00g/kg、全氮3.06g/kg、全磷0.85g/kg、全钾9.96g/kg、水解性氮 196mg/kg、有效磷 83.7mg/kg、有效钾167mg/kg。试验于4月下旬育秧，5月下旬移栽，10月上旬收获。

1.2 试验设计

在不施基蘖氮肥的基础上，设置纯氮0、90、120、150、180和210kg/hm26个水平的穗肥处理，分别用N0、N90、N120、N150、N180和N210表示，按促花肥:保花肥=6:4施用，促花肥在水稻倒4叶刚抽出叶尖时施入，保花肥在水稻倒2叶刚抽出叶尖时施入。对照为当地高产施氮技术（CK），氮肥用量为N 285kg/hm2，等量分为基肥、分蘖肥、促花肥和保花肥，基肥于整田时施入，分蘖肥于移栽后15d施入，促花肥和保花肥施入时间同不施基蘖氮肥处理。所有处理基施P2O590kg/hm2和K2O 75kg/hm2，等量分为基肥和促花肥。各处理随机区组排列，3次重复。小区面积20m2（4m×5m），小区间用塑料隔水板隔开。统一采用机插方式进行水稻移栽，株行距为30cm×15cm，移栽密度为22.2万蔸/hm2。

1.3 测定项目和方法

在每个小区的对角线上定3个点，每个点取20穴，返青后每隔7d调查1次茎蘖数，直至齐穗期，记录水稻的茎蘖动态。分别于水稻倒4叶期、抽穗期及成熟期在各小区随机取3个点，每个点调查20穴，计算出平均茎蘖数，取代表性植株3穴，分茎鞘、叶片和穗3部分，于105℃烘箱杀青30min，80℃下烘干至恒重后，测定干物质量，同时将成熟期的 3丛穗子脱粒，调查穗粒数、结实率和千粒重。成熟期实收各小区进行称重，用谷物水分测量仪（PM-8188 New）测定谷物水分含量，折算成14.5%标准含水量，计算各小区的实际产量。

成穗率（%）=有效穗数/高峰苗×100；表观输出量（t/hm2）＝抽穗期叶（鞘、茎）干重-成熟期叶（鞘、茎）干重；表观输出率（%）=表观输出量/抽穗期叶（鞘、茎）干重；群体生长率[g/(m2·d)]=(W2-Wl)/(t2-t1)。式中，W1和W2分别为前后2次测定的干物质重，t1和t2分别为前后2次测定的时间。

1.4 数据分析

使用Microsoft Excel 2010进行数据处理；运用SPSS 19.0的Pearson法进行相关性分析，用Duncan法进行数据的方差分析，对干物质积累量、干物质阶段增量、群体生长率、表观输出量和表观输出率进行穗肥用量和轮作模式的二因素方差分析，其余指标均为穗肥用量的单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 穗肥氮用量对机插粳稻产量的影响

从图1可以看出，麦―稻轮作模式中，N0处理产量最低，CK处理产量最高，只施穗肥氮处理间产量差异不显著，N0、N90和N120处理水稻产量显著低于CK，N180和N210处理产量与CK差异不显著；豆―稻轮作模式中，产量最高为 N180处理，最低为N0处理，N180处理产量显著高于N0和N210处理，与其他处理差异不显著。在2种轮作模式中，穗肥氮用量在180kg/hm2以内水稻产量随穗肥氮用量增加呈增加趋势，超过此施氮量后产量则下降。表明不施基肥氮和分蘖肥氮，只施用适量（180kg/hm2）穗肥氮，水稻产量与CK持平。

图1 不同穗肥氮用量对水稻产量的影响Fig.1 Effects of different panicle N application rate on rice yield

从产量构成因素相关系数（表 1）来看，2种轮作模式中，产量与有效穗数和总颖花量的相关性达到了极显著水平，与实粒数相关性不显著，有效穗数与总颖花量相关性达到极显著水平。

表1 产量及其构成因素的Pearson相关系数Table 1 Pearson correlation coefficients between yield and its components

2.2 穗肥氮用量对机插粳稻茎蘖数的影响

由表2可以看出，有效分蘖临界叶龄期无氮处理间茎蘖数差异不显著，但显著低于 CK。麦―稻和豆―稻模式不施基蘖氮肥处理，水稻的分蘖能力分别为91.09%～95.05%和87.62%～91.11%，各处理间的分蘖能力差异不显著；施用穗肥氮后，有效穗数随穗肥氮用量的增加而增加。麦―稻轮作中，CK处理水稻成熟期有效穗数最高，N0处理最低，随着穗肥氮用量的增加有效穗数显著增加，而豆―稻轮作中N150、N180和N210处理有效穗数高于CK处理。除CK处理外，2种模式下成穗率均随着穗肥氮用量的增加呈先增加后降低再增加最后又降低的趋势，且均高于CK处理，N210和N180处理达到显著水平。

表2 不同穗肥氮用量对水稻茎蘖数与成穗率的影响Table 2 Effects of different panicle N application rate on tillers number and percentage of productive tiller of rice

2.3 穗肥氮用量对机插粳稻群体生长及干物质积累的影响

由表3可知，穗肥氮用量对机插粳稻的干物质积累量、干物质阶段增量、群体生长率和表观输出量（率）的影响都达到了显著或极显著水平，轮作模式及其二者互作效应对水稻抽穗期以前的干物质积累量、干物质阶段增量和群体生长率的影响达到显著或极显著水平，对成熟期的影响不显著。与不施肥相比，施穗肥氮后，增加了水稻抽穗期和成熟期干物质积累量、干物质阶段增量和群体生长率。2种模式下，N180处理抽穗至成熟期的干物质阶段增量和群体生长率最高，均超过了CK处理，但差异不显著；而表观输出量（率）则最低，豆―稻模式差异达显著水平。

表3 不同穗肥氮用量对水稻群体生长特性的影响Table 3 Effects of different panicle N application rate on population growth characteristics of rice

2.4 不同穗肥氮用量下机插粳稻经济效益分析

从表 4可以看出，麦―稻和豆―稻模式均表现出穗肥氮用量为180kg/hm2时，水稻经济效益和新增经济效益最高，新增经济效益分别为 564.04和526.43元/hm2，比CK处理高241.10和1352.39元/hm2，表明仅施适宜的穗肥氮可以降低水稻生产成本，增加产量，提高经济效益。

表4 不同穗肥氮用量下水稻经济效益分析Table 4 Analysis on economic benefits of rice with different panicle N application rate 元/hm2 yuan/hm2

3 讨论

3.1 水旱轮作下穗肥氮用量对水稻群体生长特征的影响

健康的群体指标是水稻获得高产的基础，合理的氮肥运筹不仅能够构建出健康的水稻群体，还能 协调氮肥的农学效应、社会效益和环境效益，减少

氮肥的损失和对环境的不良影响[19]。基蘖氮肥对水稻的缓苗及分蘖发生具有促进作用[20]，其目的是让水稻在有效分蘖临界叶龄期够苗，从而保证水稻高产[21]。但随着基蘖肥用量的增加，前期群体较大，无效分蘖较多，不利于整个生育期的氮素基蘖肥利用率和总氮肥利用率的提高[22]，同时还造成氮肥浪费和环境污染等问题。本研究结果中，2种模式下，N180处理有效分蘖临界叶龄期水稻的茎蘖数分别达到CK的95.05%和87.62%，基本够苗，施用穗肥氮可以增加水稻有效穗数，提高成穗率。表明在麦―稻和豆―稻轮作模式中，田间的肥力基本满足了水稻前期的生长，通过穗肥氮提高了有效穗数，可以弥补前期分蘖不足的问题。水稻产量的形成是植株群体干物质积累、分配、运输与转化的结果[23]。合理的群体应当在抽穗期具有适宜的穗数和干物质积累量，形成巨大库容；抽穗―成熟阶段平稳消退高光合系统最大限度充实库容[24]。本研究表明，基蘖肥能够显著增加水稻倒 4叶期的干物质积累量，但在抽穗至成熟期，N180处理提高了水稻的干物质阶段增量与群体生长率，与CK处理差异不显著。同时，由于施适宜穗肥氮提高了水稻光合系统的效率，茎鞘和叶片干物质在输出后能有较强的二次增重能力[24]，导致茎鞘和叶片的表观输出量和表观输率较低，从而实现了水稻的增产，这与张军等[25]的研究结果相似。

巨晓棠等[26]指出，合理施氮是要获得较高的目标产量、相应品质和经济效益并维持或提高土壤肥力。而从本研究结果看，水稻前期消耗了前茬作物残留在土壤中的氮肥，这种消耗是否能维持该水旱轮作系统土壤的肥力，以及能维持多长时间还有待进一步研究。

3.2 水旱轮作下穗肥氮用量对水稻经济效益的影响

不合理的施氮导致氮肥用量过大、利用率低，造成巨大的资源浪费，增加了农业生产成本。一项好的施肥技术，不仅能获得较高的产量，还应考虑其经济效益。肥料成本和人工成本是影响经济效益的重要因素，协调好肥料和人工成本与水稻产量之间的关系，是获得较高经济效益的重要手段。丁武汉等[27]研究表明，与优化施肥技术（基肥50%+分蘖肥25%+穗肥25%）相比，一次性基施尿素和控释肥技术在水稻季经济效益分别提高了3162和2220元/hm2。周雯雯等[28]运用木质素缓释肥一基一追（5.5:4.5）施肥模式，与CK（基肥:分蘖肥:保花肥:促花肥=4:2:2:2）相比，水稻年产量提高9.23%，经济效益增加8578.42元/hm2，增幅为51.6%。这表明用缓/控释肥替代尿素能减少施肥次数，从而降低人工成本，但缓/控释肥的价格往往高于尿素，所以肥料成本有所增加。本研究中N180处理与CK处理相比，减少了2次施肥，人工成本减少了100元/hm2，减少了36.84%的氮肥投入，氮肥成本减少了567元/hm2，虽然麦―稻模式中CK处理的产量高于N180处理，但2种轮作模式的经济效益和新增经济效益都是N180处理最高。说明氮肥减量后移的施肥方式能够节约肥料和劳动力成本、简化农业操作环节，从而提高经济效益。综合考虑环境、产量和经济效益，在麦―稻和豆―稻轮作系统中，水稻不施基蘖肥，只施180kg/hm2纯氮作穗肥（促花肥:保花肥=6:4）的施肥技术优于传统分次施肥技术。

4 结论

在麦―稻和豆―稻轮作模式中，不施基蘖氮肥水稻在有效分蘖临界叶龄期的分蘖数已经基本够苗，通过施用适量穗氮肥能促进分蘖的发生与成穗，提高成穗率，稳定穗数，促进抽穗至成熟期干物质积累量的增加，稳定产量。在麦―稻和豆―稻轮作模式中，N180处理与CK处理相比减少了36.84%的氮肥投入，产量差异不显著；经济效益分别增加564.04和526.43元/hm2。因此，在 2种轮作模式中，不施基蘖肥，只施180kg/hm2纯氮作穗肥，可以实现水稻节本增效的目的。但本结果的前提是田间土壤肥力基本满足水稻前期生长的高肥力小麦和蚕豆茬口田块，有关中低肥力茬口田块是否适合该施肥措施以及该施肥技术的可持续时间尚待进一步研究。