干旱胁迫下不同施肥处理对水稻产量和养分吸收量的影响

陈竞天,余 瑞,黎 博,唐仕姗

(1.四川省内江市市中区农业农村局,四川 内江 641000;2.四川省内江市农业科学院,四川 内江 641000)

氮、磷、钾作为植物生长必需的3大营养元素,是影响植物生长的主要因素,也会对水稻产量产生影响[1]。氮、磷、钾对水稻产量存在复杂的互作关系[2],其中氮元素主要影响水稻有效穗数和结实率,磷元素主要影响穗粒数,钾元素主要影响千粒重[3]。极端高温干旱天气是农业生产中的严重气象灾害,对水稻的正常生长和灌浆产生不利影响,从而导致水稻减产。旨在分析四川省内江市市中区2022年7～9月极端高温干旱气候条件下不同施肥处理水稻产量和养分吸收量的差异,以期为尽量避免未来极端干旱天气造成水稻减产提供施肥理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地

试验地点位于内江市市中区书房湾村水稻田内,水稻田为同一农户长期耕种,肥力均匀。供试水稻田前茬作物为油菜。土壤pH 6.79,有机质19.89 g/kg,土壤全氮1.26 g/kg,土壤速效钾176.34 mg/kg,土壤有效磷为12.53 mg/kg。

1.2 供试材料

供试水稻品种为“川优6203”。试验所需新型肥料为复合微生物肥料,其养分含量为N+P2O5+K2O=25% (15-4-6),有效活菌数≥0.2 亿/g,有机质≥20%,由成都若尔盖司生物科技有限公司生产。

1.3 试验设计

试验设置5个处理,3次重复。处理1为对照,不施肥;处理2为施氮肥、磷肥,不施钾肥;处理3为施磷肥、钾肥,不施氮肥;处理4为施氮肥、钾肥,不施磷肥;处理5施复合微生物肥料。试验各处理具体施肥量见表1。

表1 试验处理施肥量 单位：kg/667m2

1.4 大田试验管理措施

试验小区长6m、宽3m,小区面积18m2。各小区单独起宽30cm、高40cm隔离垄并利用农用薄膜隔离,小区间间隔40cm。小区单独灌水、排水、施肥等,避免串灌串排。周围设置保护行,其他田间管理方式按照当地常规方式进行。2022年5月23日进行水稻插秧、同时施底肥,7月20日进行尿素追肥,9月10日收获。水稻测产为各小区单收单测。

1.5 干旱胁迫

根据内江市气象局公布数据,2022年7～8月中旬,四川省内江市出现极端高温干旱气候,降雨量较常年减少80%左右,最高温度达42℃,全市范围内出现伏旱,持续时间达30d。干旱胁迫出现时间正处于水稻拔节期到孕穗期。

1.6 数据分析

以SPSS24.0和Excel为工具进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对水稻茎叶产量的影响

水稻收割去除稻谷后,测定晒干后地上部分茎叶重量(表2)。茎叶产量除处理3增加了25.95kg/667m2以外,其他处理相比对照有所降低,其中处理4降低最多、达70.41kg。处理2和处理5分别降低了66.7、51.88kg/667m2。由表3可知,水稻茎叶产量与氮肥施用成显著负相关(p<0.01),相关系数r=-0.964。结果表明,氮肥在干旱条件下抑制茎叶生物量积累中可能起到关键作用。稻谷产量和茎叶产量呈显著性负相关(p<0.05),相关系数r=-0.914。结果表明,此品种稻谷产量越高,茎叶产量越低,经济产量占总生物量比重越高。

表2 各处理对水稻茎叶产量的影响 单位：kg/667m2

表3 各处理水稻稻谷产量 单位：kg/667m2

2.2 不同施肥处理对水稻稻谷产量的影响

稻谷收获晒干后分别测定重量(表3)。各施肥处理稻谷产量均高于对照处理,其中处理2相比对照增产最高,达131.18kg/667m2;处理4相比对照增产103.02kg/667m2;处理5相比对照增产55.57kg/667m2;处理3相比对照增产最少,仅2.97kg/667m2。

处理5较处理2稻谷产量减少75.61kg/667m2,表明在施用氮磷肥相同的情况下,施用钾肥减少了稻谷产量;处理5较处理4减少了47.45kg/667m2,表明在氮、钾肥施用相同的情况下,减少磷肥施用会增加稻谷产量;处理5较处理3增产52.6kg/667m2,结果表明在磷、钾肥相同施用的情况下,施加氮肥增加了稻谷产量。

由表4可知,稻谷产量与氮肥的施用呈显著正相关(p<0.05),相关系数r=0.888;稻谷产量与磷肥施用呈正相关,与钾肥施用呈负相关,相关系数分别为r=0.109和r=-0.110。结果表明,氮肥在干旱胁迫下对稻谷产量的增长起决定性作用,磷肥施用为促进作用,钾肥施用为抑制作用。

表4 稻谷产量、茎叶产量和N、P、K肥施用量的相关性分析

2.3 不同施肥处理对水稻养分吸收的影响

由表5可知,水稻吸收的磷主要集中在籽粒中,钾主要集中在茎叶中,而氮在籽粒和茎叶中呈现均匀分布的趋势。各处理间籽粒磷含量无显著差异,但处理4籽粒磷含量最高,达2.46g/kg。处理1籽粒钾含量最高,达2.36g/kg,与处理2、处理5差异显著;处理5籽粒钾含量最低,为2.09g/kg,与其他4个处理差异显著。处理4籽粒氮含量最高,与处理1、处理2和处理3差异显著,达9.27g/kg;处理1全氮含量最低,为8.70g/kg。

表5 各处理籽粒和茎叶养分含量

对茎叶而言,处理3磷含量最高,达1.87g/kg,与其他4个处理差异显著;其次为处理4,为1.26g/kg。茎叶中钾含量最高为处理3(21.78g/kg),其次为处理1(20.99g/kg),二者无显著性差异,但处理3和处理1与其他处理均呈显著性差异;处理5茎叶钾含量最低,为17.79g/kg,与其他处理均呈显著性差异。处理3中茎叶氮含量最高,达9.30g/kg;处理1中茎叶氮含量最低,为8.95g/kg,且与处理3呈显著性差异水平。

由表6可知,氮肥施用量与籽粒氮含量呈显著正相关,相关系数r=0.918;与茎叶钾含量呈显著负相关,相关系数r=-0.912;与籽粒钾含量呈负相关,相关系数r=-0.783;与茎叶磷含量呈负相关,相关系数r=-0.545。磷肥施用量与籽粒磷含量和籽粒钾含量呈负相关,相关系数分别为r=-0.509和r=-0.694。钾肥施用量与籽粒和茎叶钾含量均呈负相关,相关系数分别为r=-0.338和r=-0.309;与茎叶氮含量成显著正相关,r=-0.948。

表6 籽粒和茎叶养分含量与施肥的相关性分析

结果表明,干旱条件下施用磷肥抑制水稻籽粒磷养分和钾养分吸收;施用氮肥对水稻籽粒氮养分吸收有决定性的促进作用,但对茎叶的钾养分吸收有显著的抑制作用;施用钾肥对茎叶氮养分吸收有明显促进作用,但对茎叶和籽粒钾养分吸收有抑制作用。

2.4 不同施肥处理对水稻养分吸收量的影响

由表7可知,处理4、处理2籽粒磷养分吸收量均显著高于其他处理,分别为1.30kg/667m2和1.28kg/667m2;处理1和处理3籽粒磷养分吸收量显著低于其他处理,分别为1.02kg/667m2和1.01kg/667m2。处理2、处理4籽粒钾养分吸收量显著高于其他处理,分别为1.19kg/667m2和1.18kg/667m2;处理3最低,为0.96kg/667m2。处理2籽粒氮养分吸收量最高,为5.02kg/667m2;其次为处理4和处理5,分别为4.86kg/667m2和4.38kg/667m2;处理1和处理3籽粒氮含量最低,且和其他处理呈显著性差异,分别为3.67kg/667m2和3.75kg/667m2。

表7 不同处理的养分吸收量

处理3中茎叶磷养分吸收量显著高于其他处理,达1.62kg/667m2;处理2中茎养分吸收量最低,为0.83kg/667m2。茎叶钾养分吸收量最高的为处理3,达18.9kg/667m2;其次为处理1,为17.81kg/667m2。对茎叶氮养分吸收量而言,处理3最高,达8.07kg/667m2;其次为处理1和处理5,分别为7.52kg/667m2和7.35kg/667m2。

对全株养分吸收量而言,处理3的磷和钾养分吸收量最高,分别为2.64kg/667m2和19.86kg/667m2。各处理的全株氮养分吸收量均无显著差异,其中处理4和处理3全株氮养分吸收量最高,分别为11.84kg/667m2和11.82kg/667m2。

综上,处理2籽粒氮、磷、钾养分吸收量显著高于其他处理,同时茎叶氮、磷、钾养分吸收量均在较低水平。结果表明,施加氮、磷肥而不施加钾肥的施肥处理对水稻籽粒中氮、磷、钾养分吸收有促进作用。

3 讨论

根据全国第二次土壤普查养分分级标准,速效钾含量150.00～200mg/kg为Ⅱ级土壤,钾含量丰富[4]。本试验土壤速效钾含量为176.34mg/kg,比西南地区水稻土壤速效钾平均含量(89.84mg/kg)高86.5mg/kg[5],土壤速效钾含量在较高水平。因此,在土壤速效钾含量偏高的情况下,施用钾肥会造成土壤钾含量过高,

根据相关性分析可知,施加过量的钾肥对稻谷的产量有抑制作用。土壤钾含量过高是导致未施加钾肥的处理2(553.61kg/667m2)相比处理5稻谷产量增加28.16kg/667m2的主要原因,但是过量的钾元素会对水稻稻谷的氮、磷、钾养分吸收量有抑制作用。施加钾肥可以减少因干旱胁迫所造成的稻谷减产[6]。本试验正常施氮肥的处理2和处理4的稻谷平均产量相比农户常规施肥的稻谷产量(524kg/667m2)差异不明显,可能是由于土壤自身速效钾含量处于较高水平,提高了水稻的抗旱性。而土壤速效钾含量高可能是由于前茬作物油菜秸秆还田造成的。

在正常生长条件下,适量施用氮肥可以促进稻谷的产量增长[7]。此外,水稻也存在一定的“以氮调水”效应,施用氮肥能够减少因干旱导致的产量损失[8]。处理1和处理3的稻谷产量显著低于其他处理可能是由于氮肥施用量不足所引起的。同样地,处理5的稻谷产量相对于未施加氮肥的处理1和处理3更高,但相对于施氮的处理2和处理4则降低,这可能是由于氮、磷、钾元素在干旱条件下复杂的相互作用所致。

4 结论

土壤速效钾含量偏高时,施用钾肥会造成土壤钾含量过高,而过量的钾元素会对水稻稻谷的氮、磷、钾养分吸收量有抑制作用。所以,在土壤速效钾含量偏高时,应减少钾肥施用量,以避免土壤钾含量过高导致水稻减少。适宜的钾肥可以提高水稻的抗旱性。正常施氮肥可以促进稻谷产量增长,施用氮肥能够减少因干旱导致的产量损失。此外,对该试验地后续种植作物可减少钾肥施用量,降低化肥施用的同时可提高水稻产量,也为后续修正水稻测土配方施肥建议卡提供一定的理论依据。