不同肥源及其施肥运筹对中稻-再生稻生长和产量的影响

2022-10-03张海维姜硕琛胡丰琴朱建强

中国土壤与肥料 2022年8期

张海维，姜硕琛，孔盼，胡丰琴，杜斌，朱建强

（长江大学农学院，湖北荆州 434025）

再生稻是第一季水稻收获后，诱导头季腋芽生长发育，再次成熟的一季水稻［1］。在种植单季稻温、光资源有余，而种植双季稻温、光资源不足的地区，再生稻可有效提高复种指数，增加单位面积水稻产量［2］。此外，再生稻具有省工省肥、低投入、低污染和米质优良等优点，对提高粮食产量、增加农民收益和实现水稻的可持续发展具有重要意义［3-4］。关于再生稻生长，有早稻-再生稻和中稻-再生稻2种模式，其中，早稻-再生稻是主要种植模式，该模式通常在3月下旬于保温棚育秧，4月中下旬移栽［5］，这限制了冬季作物的生长时间；而中稻-再生稻模式可以在5月中旬移栽［6］，能为大田轮作模式提供更多选择，有利于再生稻可持续发展，但有关中稻-再生稻的研究目前报道较少。

在水稻生产中，氮肥是影响水稻产量的关键因素，在过去的半个世纪，氮肥的大量施用为我国水稻产量急剧增加作出了重大贡献［7］，但氮肥的过量施用往往会降低氮肥的利用率［8］，未被水稻利用的氮肥通过地表径流、渗漏以及氨挥发的形式而损失，引起环境面源污染［9］，此外氮肥利用率过低也不利于水稻生长和产量增长［10］。因此，以氮、磷、钾三元素为主的各种复合肥在生产中得到广泛应用。目前，基施氮磷钾复合肥、追施尿素是最为普遍的施肥方式，此外，为培肥地力、提高肥料利用率，有机无机复混肥和缓控释复合肥的应用也日益广泛。有研究指出，长期施用有机无机复混肥可提高土壤细菌的多样性和土壤酶活性以及农田生态系统的生产力［11］，可减少氮和钾的地表径流流失量［12］，能提高籽粒氮含量和水稻产量［13］；施用缓/控释肥可提高水稻产量、提升稻米品质［14］、减少氮肥流失［15］。关于再生稻稻田氮肥施用，以往的研究主要集中在氮肥用量［16-17］和各时期氮肥施用配比上［18-19］，对总施氮水平相同下不同肥源氮的作用效果报道较少。

本文以不施用氮肥作为空白对照，选择复合肥、缓控释复合肥、有机无机复混肥作为主要基肥进行田间试验，观察了中稻-再生稻品种两优1208的生长及产量表现，以便为中稻-再生稻施肥增效提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及其水稻种植情况

本试验于2020年在湖北省荆州市长江大学农业科技示范基地（30°21′N，112°09′E）进行，该地属北亚热带农业气候带，年平均气温16.5℃，≥10℃积温5094.9～5204.3℃，无霜期240～260 d，年平均降水量1095 mm，年平均日照时数1718 h。种植制度为中稻、冬小麦轮作，土壤为偏粘性淹育型水稻土，土壤（0～20 cm土层）有机质21.4 g/kg、全氮2.24 g/kg、全磷0.54 g/kg、全钾3.67 g/kg、碱解氮89.6 mg/kg、有效磷51.3 mg/kg、速效钾114.6 mg/kg、pH值6.8。供试水稻品种为两优1208。田间试验采用育秧移栽的方式，5月1日播种，6月1日移栽，株行距为40 cm×20 cm，每穴种植2株，头季稻留桩高度为40 cm左右。除施肥按试验处理操作外，田间水管理和植保与常规中稻-再生稻稻田完全相同。

1.2 试验设计

试验用的主要基肥有3种：1）缓控释复合肥，含N 26%（其中涂层缓释氮15%）、P2O510%和K2O 12%；2）有机无机复混肥，含有机质15%、N 18%、P2O510%、K2O 12%；3）普通复合肥（氮磷钾复合肥），N、P2O5、K2O含量均为15%。在不同试验处理中，所需的全部磷肥和需要基施的氮肥均由基肥提供；所需基施的磷、钾基肥不能满足的部分，分别用磷肥（过磷酸钙，P2O545%）和钾肥（氯化钾，K2O 60%）补充。

本试验面向再生季所施的促芽肥和提苗肥均为尿素，折氮（N）用量为25 kg/hm2，施肥处理仅针对头季稻，其磷肥（P2O5）、钾肥（K2O）的施用量分别为63.0和135 kg/hm2，氮肥（N）施用总量分为0和120 kg/hm22个水平。以施磷钾肥不施氮肥的处理为对照（CK），按施用的主要基肥不同，在施氮总量120 kg/hm2下设2种基肥与追肥比例：基施缓控释复合肥时，氮肥作为基肥、蘖肥和穗肥施用的比例为8∶0∶2；基施有机无机复混肥和复合肥时，氮肥作为基肥、蘖肥和穗肥施用的比例为5∶3∶2。在钾肥施用总量（K2O 135 kg/hm2）相同的情况下，按照基肥与穗肥5∶5分施。试验共设4个施肥处理，各处理施肥方案见表1。在CRF、OCF、CF 3个处理中（表1），追施的氮肥均为尿素、钾肥为氯化钾。试验小区为矩形，宽3 m、长（南北走向）10 m，面积30 m2，按每处理3个重复共设12个小区。

表1 再生稻稻田头季稻施肥处理（kg/hm2）

1.3 观测记载、样品采集与测定

（1）生育期调查：观测记载头季稻的移栽期、分蘖盛期、抽穗期、成熟期和再生稻的抽穗期、成熟期生育进程。

（2）干物质积累和叶面积测定：在头季稻的分蘖盛期、抽穗期和成熟期，再生稻的抽穗期和成熟期，每小区调查100穴植株的茎蘖数，计算单穴平均茎蘖数，据此每小区取代表性植株5穴，测量叶片的长、宽，分别按式（1）、（2）计算叶面积（LA）和叶面积指数（LAI）。将5穴水稻地上部分成茎、叶和穗（水稻分蘖盛期仅分为茎、叶），在105℃下杀青30 min，80℃烘干至恒重，测定各部分干物质重。

式中：LA、L和W分别表示待测绿色叶片的叶面积、长度和宽度，0.75为校正系数；LAI表示一定稻田面积（A）上水稻植株所有绿色叶片的总叶面积与A之比，即叶面积指数。

（3）叶片SPAD值测定：在头季稻分蘖盛期和抽穗期以及再生稻抽穗期，每个小区根据单穴平均茎蘖数选择5穴水稻，用SPAD-502叶绿素计于晴天9：00～11：30测定SPAD值。测定时选择水稻剑叶（分蘖盛期选择顶部全展叶）测定1/2处及其上下3 cm、叶宽1/4或3/4的位置，每穴水稻重复测定3次，3次平均值作为该穴水稻叶片的SPAD值。

（4）产量及其构成：在水稻成熟期，每个小区根据单穴平均茎蘖数选择5穴水稻，测定每穗颖花数，用水漂法区分饱粒（沉入水底者）和空瘪粒，计算饱粒结实率和称取饱粒千粒重，并计算收获指数。每个小区根据平均茎蘖数选择200穴水稻测定实际产量，烘干籽粒含水率至14%以下时测定千粒重和产量。

（5）氮肥利用率：用氮素农学效率和氮素偏生产力表征，分别按式（3）和（4）计算。

1.4 数据与分析

用Excel 2013和SPSS 21.0进行数据处理与统计学分析，采用Duncan法进行多重比较，显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对水稻生育进程的影响

根据作物生育进程观测记载，表2给出了不同施肥处理下头季稻和再生稻的生育进程。可以看出，施肥影响水稻生育期的长短，氮磷钾营养元素具备的3个施肥处理其水稻全生育期达156～157 d，均长于不施氮肥仅施磷钾肥CK的生育期（146 d），其中头季稻移栽至抽穗期长3～4 d，抽穗期至成熟期长2 d，再生季稻收获至抽穗期长1 d，抽穗期至成熟期长4 d。由此可见，不施氮肥会引起水稻早衰，相应地其生育期也会缩短。

表2 不同施肥处理下中稻-再生稻的生育进程（d）

2.2 不同施肥处理对水稻生长的影响

2.2.1 对水稻叶面积指数的影响

图1结果表明，不同施肥处理对水稻LAI有显著影响。各处理按LAI大小排列的顺序在头季稻分蘖盛期和抽穗期为CF＞CRF＞OCF＞CK，在成熟期为CRF＞OCF＞CF＞CK；在再生季稻抽穗期为OCF＞CRF＞CF＞CK，成熟期为CRF＞OCF＞CF＞CK。综上分析，LAI在头季稻生长前期以CF处理最高，在头季稻生长后期以CRF处理最高，在再生季以CRF和OCF处理较高。

图1 不同处理下头季稻和再生稻的叶面积指数

2.2.2 对水稻SPAD值的影响

由图2可知，不同施肥处理对水稻SP AD值有一定影响（头季稻成熟期除外），各处理按SPAD值大小排列顺序，在头季稻分蘖盛期和抽穗期为CF＞CRF＞OCF＞CK；在再生季稻抽穗期为CRF＞OCF＞CF＞CK，成熟期为OCF＞CRF＞CF＞CK。显而易见，水稻SPAD值在头季稻生长前期CF最高，在再生季CRF和OCF较高。

图2 不同氮肥类型下头季稻和再生稻的SPAD值

2.2.3 对水稻干物质积累量的影响

由图3可知，不同施肥处理对水稻不同生育阶段干物质积累量（DW）的影响不尽相同。在头季稻分蘖盛期各施肥处理的DW无显著差异，在头季稻抽穗期和成熟期，CF、CRF、OCF 3个处理的DW彼此并无显著差异，但它们的DW均显著高于CK，说明施氮与否对水稻DW影响很大；在再生稻抽穗期和成熟期，各处理按DW大小排列顺序为OCF＞CF＞CRF＞CK，该结果说明施有机无机复混肥对培肥地力、促进再生季水稻生长有明显作用。

图3 不同施肥处理下头季稻和再生稻的干物质积累

综上，不同处理对头季稻和再生稻LAI、叶片SPAD值和DW的影响分析，从兼顾头季稻和再生稻的生长考虑，建议施肥方案首选CRF，其次是OCF。

2.3 不同施肥处理对水稻产量、产量构成和氮素利用率的影响

2.3.1 对头季稻产量及产量构成的影响

由表3可看出，CF、CRF和OCF处理之间的产量差异不显著，但它们的产量都显著高于CK；各处理在有效穗数上的表现为CF＞CRF＞OCF＞CK，在每穗粒数和结实率上表现为OCF＞CRF＞CF＞CK。

表3 不同施肥处理下头季稻的产量及产量构成

2.3.2 对再生稻产量及产量构成的影响

由表4试验结果可知，3种处理CF、CRF、OCF在产量构成上并无显著差异，从再生稻产量看以施肥处理OCF效果最佳，CRF次之，即基施有机无机复混肥对再生季水稻增效最明显，基施缓控释复合肥增产效果较好。

表4 不同施肥处理下再生稻的产量及产量构成

2.3.3 对水稻总产与氮素利用的影响

由表5试验结果可以看出，CF、CRF、OCF处理下两季水稻的总产量和氮素利用率均无显著差异，相对而言，OCF处理的产量最高。

表5 不同施肥处理下水稻的总产量及氮素利用率

3 讨论

再生稻可提高我国种植一季水稻热量有余而双季水稻热量不足地区水稻的复种指数，是一种提高水稻产量和农民经济收入的稻作模式。早稻-再生稻模式从移栽至成熟，一般由4月中下旬至10月中下旬。对于江汉平原稻麦、稻油轮作稻田而言，其冬季作物的生长时间与早稻-再生稻生长时间冲突［20］，加之种植绿肥因光、温资源不足，出苗差，实行早稻-再生稻模式的稻田通常冬季闲置，这不利于充分利用耕地资源。本研究中，两优1208作中稻-再生稻移栽至成熟的生长时间在6月1日至10月上旬，为冬季作物的生长提供了充足的时间，也为冬季作物类型、品种和播期提供了更多的选择。可以有效解决早稻-再生稻模式中冬闲田问题，有助于提高土地利用率和生产率。

水稻各生育阶段的LAI、SPAD值和DW体现了水稻的生长状况［21］。本研究中，基施复合肥、追施氮肥和钾肥（CF）对增加头季稻生长前期的LAI和SPAD值效果最明显，基施缓控释复合肥、追施氮肥和钾肥（CRF）对增加头季稻生长后期的LAI效果最好，基施缓控释复合肥和有机无机复混肥、追施氮肥和钾肥（即施肥处理CRF和OCF）对增加再生季稻的LAI和SPAD效果较好，基施有机无机复混肥、追施氮肥和钾肥（即处理OCF）对增加再生季水稻的DW最明显。试验结果表明，基施复合肥主要促进了头季稻前期生长，基施缓控释复合肥主要促进了头季稻生长后期和再生季水稻的生长，基施有机无机复混肥主要促进了再生季水稻的生长，这与不同肥源氮素释放差异有关，复合肥所含的养分多为速效养分，可更快速直接地被水稻吸收利用［22］；缓控释肥因养分释放较慢［23］，可促进头季稻后期生长和再生季水稻生长；有机无机复混肥中养分释放同样较慢，且有机养分需要通过土壤微生物矿化，转化为无机养分才能被植物快速吸收，所以有机无机复混肥养分完全释放需要的时间更长［24］，因此可促进再生季水稻的生长。

本研究中，在基肥和蘖肥中施用氮肥比例较高，增强了水稻生长前中期营养结构，提高了“库容”，但生长后期积累的碳水化合物不能完整地填充所有的稻谷［25］，这也再次证明了在自然条件下，前期氮肥施用量与产量构成因子往往呈负相关［26］。头季稻中复合肥的有效穗数显著高于缓控释肥和有机无机复混肥，而每穗粒数反之，原因主要是复合肥中养分释放的速度大于缓控释肥和有机无机复混肥［23-24］，复合肥所含养分主要促进了分蘖的发生，而缓控释肥和有机无机复混肥主要促进了颖花的形成。与不施氮肥相比，3种施肥处理下两季水稻的产量、氮素农学效率和氮素偏生产力均无显著差异，说明在各处理相应的有效养分（N、P2O5、K2O）施用总量相同的情况下，来自不同肥源的氮素不会显著影响水稻产量。但由于肥料成本和用工成本差异，单位面积稻谷生产的利润可能有所不同。