缓释复合肥对覆膜旱作水稻生长、产量、氮素形态和氮肥利用率的影响

缓释复合肥对覆膜旱作水稻生长、产量、氮素形态和氮肥利用率的影响

氮是影响水稻生长发育、产量形成和水稻品质的最重要养分。它也是水稻生产中最活跃、最难平衡、最有效的控制因素之一。水稻的氮素利用效率与氮肥种类、施用方法、施用时期、土壤理化性状、气候和作物生长状况密切相关。我国水稻常规淹水栽培中施用的化学氮肥大部分将通过稻田土壤—水系统中的氨挥发、反硝化作用、随水流失以及渗漏作用而损失,氮素利用率仅为30%～35%。业已清楚,覆膜旱作对提高水稻产量和改善稻米品质的效果较好,但覆膜旱作水稻存在着塑料膜污染土壤和水稻生长期间追肥不便等关键问题。前者通过研制和应用可降解塑料膜加以解决,后者则需开发研制水稻新型缓释专用肥料,采用一次基施方法保证水稻全生育期对养分的需求。迄今,国内有关缓释复合肥料在覆膜旱作水稻中的应用研究甚少。为此,在田间覆膜旱作栽培条件下研究了3种水稻缓释专用复合肥料(高氮型无机缓释复合肥SRF1、高氮型有机无机缓释复合肥SRF2、低氮型有机无机缓释复合肥SRF3)对水稻植株生长、叶片氮素形态、氮肥利用率和稻米品质特性的影响,旨在为我国南方地区水稻覆膜旱作栽培提供理论依据和物化技术。1材料和方法(1)两组母质的一般理化性状试验在原西南农业大学实验农场进行,供试土壤为三迭系侏罗纪沙溪庙组母质发育的中性紫色土(淹水正冲田,历年存在“坐蔸”或发生赤枯病),其基本理化性状:pH7.12,有机质17.2g/kg,有效N、P、K分别为140.5,17.1,108.3mg/kg。(2)试验中的食物水稻(Oryzasativa),品种为岗优22号。(3)试验中的肥料1种无机型缓释复合肥(SRF1)和2种有机无机型缓释复合肥(SRF2和SRF3),均为项目研制的水稻专用肥,具体情况见表1。(4)供试土壤及处理方法试验设5个处理(表1),各处理4次重复。每个处理小区的面积2.2m×1.2m=2.64m2。施用缓释复合肥各处理施氮量相同,通过增施磷钾肥使5个处理的磷、钾用量一样。试验5个处理分为2组:CF+SRF1和DF+SRF1处理比较施用无机缓释复合专用肥(SRF1)时水稻覆膜旱作与常规淹水栽培间的差异;DF+SRF1、DF+SRF2和DF+SRF3处理比较旱作覆膜(DF)栽培条件下3种类型缓释复合肥料的效应,设置CF+NF处理在于方便计算其它处理的氮肥利用率。试验时,水稻覆膜旱作区排去田水,次日划小区开厢,并将开厢沟的土壤覆于小区内,然后将供试肥料一次全部均匀撒施于小区内,人工翻动表土,使肥料与土壤充分混合。小区边缘的塑膜埋入泥土中,随后在膜上按株行距20cm×25cm规格开孔,每孔移栽1株水稻幼苗(1～2个分蘖),最后用泥土封孔。旱作水稻生长过程中保持厢沟有少量积水,达到浸润灌溉。淹水处理各小区做双埂,常规方法淹水,按旱作栽培规格移栽水稻。在水稻分蘖盛期(移栽后42d)和孕穗期(移栽后65d),每个小区取4穴植株样品测定心叶下第1完全叶(孕穗期取剑叶)硝态氮、氨基酸氮、蛋白氮和全氮含量,并测定每穴植株风干重。水稻成熟期按小区分别收获,取4穴水稻植株考种,测定茎叶全氮含量和籽粒全氮、粗蛋白、水解氨基酸组分及淀粉含量。1.5测定与计算方法供试土壤的农化性状按常规方法测定。水稻植株叶片硝态氮用水提取、酚二磺酸显色分光光度法,叶片氨基酸总量用茚三酮显色分光光度法,叶片全氮、蛋白氮和稻米粗蛋白含量用凯氏半微量定氮法(粗蛋白用系数法),稻米水解氨基酸用1∶1HCl水解并用氨基酸分析仪(883型)测定,淀粉用HCl水解—铜还原直接滴定法。参照彭少兵等的方法计算氮肥的表观利用率(ARE)、农业利用率(AE)和生理利用率(PE):ARE(%)=施肥处理作物吸Ν量-不施肥处理作物吸Ν量施肥处理Ν用量×100;AE(kg籽粒/kgΝ)=施肥处理作物产量-无施肥处理作物产量施肥处理Ν用量-无施肥处理Ν用量×100;PE(kg籽粒/kgΝ)=施肥处理作物产量-无施肥处理作物产量施肥处理植株吸Ν量-无施肥处理植株吸Ν量×100。2结果与分析2.1对水稻的处理效果比较表2中的CF+SRF1和DF+SRF1处理可看出,施用缓释复合肥后,覆膜旱作处理(DF)的水稻农艺性状和产量均高于常规淹水(CF)栽培,说明水稻覆膜旱作条件下,不仅土壤和肥料养分不易被淋失,而且由于土壤温度的提高与稳定,使得土壤水、肥、气、热一定程度上得以协调,有利于水稻根系和地上部的生长发育。在同为覆膜旱作(DF)条件下,3种缓释复合肥对水稻农艺性状和产量正效应均表现为SRF2>SRF3>SRF1(表2),说明有机无机型水稻缓释复合肥料的肥效更持久稳定,更能适合覆膜旱作水稻中后期需肥量大的特点;SRF2与SRF3间的差异表明,在覆膜旱作条件下适当提高有机无机型缓释复合肥料中氮素的比例,对促进水稻生长发育和提高产量有较重要的作用。2.2不同处理对水稻叶片氮素形态变化的影响2.2.1水稻土壤硝化作用的影响由图1可知,施用缓释复合肥SRF1条件下覆膜处理水稻分蘖期和孕穗期的叶片硝态氮含量分别是淹水栽培的2.13倍和2.02倍。这是因为旱作条件下,水稻土壤根系氧供应充足,土壤硝化作用远大于反硝化作用,水稻以吸收硝态氮为主,同时大量NO3--N进入植物体后,因根部碳水化合物数量不足,NO3--N大部分不能在根部还原同化,需通过木质部运往地上部进行同化。图1还显示,在覆膜条件下,3种缓释复合肥对水稻分蘖期和孕穗期叶片硝态氮含量均以SRF2>SRF3>SRF1,说明缓释复合肥的氮素比例和复合材料种类等对旱作水稻的氮素利用可能存在一定影响,其作用机理需进一步研究。2.2.2覆膜对土壤养分含量的影响氨基酸是植物蛋白质、核酸、叶绿素、生物碱和多种含氮化合物的前体,其在体内含量可指示外界的供氮水平及植物自身的氮素营养状况。比较图2可知,同样施用缓释复合肥SRF1,覆膜水稻分蘖期和孕穗期叶片氨基酸含量比淹水处理分别增加10.2%和33.3%,说明水稻覆膜旱作时,土壤氮素供应能力和植株叶片对氮素的同化代谢能力较常规淹水强。在覆膜栽培下,3种缓释复合肥以SRF2的水稻分蘖期和孕穗期叶片氨基酸含量比SRF3分别增加13.9%和17.4%,比SRF1分别增加10.8%和23.0%,显示SRF2对覆膜旱作水稻氮素供应的能力较强,有机—无机型缓释复合肥较无机型缓释复合肥能持久而稳定供应氮素,有利于水稻植株的氮素代谢。2.2.3覆膜旱作水稻叶片养分含量作物生长发育过程中,细胞的增长和分裂必需蛋白质参与;水稻功能叶片含氮量对光合作用及产量形成有很大影响。图3和图4显示,不同处理水稻分蘖期和孕穗期叶片氮含量有差异。施用缓释复合肥SRF1时,覆膜旱作水稻分蘖期叶片蛋白氮和全氮含量都较淹水栽培为高,这预示覆膜旱作水稻分蘖期叶片储备植株后期所需氮素的能力较强。至于从分蘖期到孕穗期,覆膜旱作水稻叶片的蛋白氮和全氮含量降低量显著大于淹水栽培,这一方面与此阶段覆膜旱作生物量的增加较快导致的“稀释”效应有关,另一方面可能是覆膜旱作会促进水稻叶片蛋白氮的快速转化和转运的缘故。覆膜旱作栽培下,施用3种不同缓释复合肥水稻分蘖期叶片蛋白氮和全氮含量均以SRF1>SRF2>SRF3,但从分蘖期到孕穗期叶片的蛋白氮和全氮含量降低幅度以SRF1为大。综合考虑两时期植株生物量(图5),不难看出无机缓释复合肥较有机无机缓释复合肥前期的肥效快,而有机无机缓释复合肥料养分释放持久,可能更适合旱作水稻的营养需要。2.3不同覆膜旱作对水稻肥料利用率的影响施用缓释复合肥SRF1时,覆膜旱作水稻的氮肥表观利用率、农业利用率和生理利用率都高于淹水栽培,其中籽粒吸氮量的增加较大(表3)。说明水稻覆膜旱作能促进水稻对氮素的吸收利用,特别是籽粒干物质的积累。缓释肥料养分释放速率较符合植物的需肥特点,可简化施肥技术和提高肥料利用率。从表3可知,同为覆膜旱作时,3种缓释复合肥的氮素表观利用率均高于60%,农业利用率均高于30kg稻谷/kgN,其中尤以SRF2处理水稻籽粒、茎秆吸氮量和氮素吸收利用率均为最高。这意味着供试缓释复合肥氮素养分释放速率与旱作水稻的需氮特点呈现一致,其中以选择高氮型的有机无机缓释复合肥更理想。2.4df对稻米营养品质的影响由表4可知,在施用缓释复合肥SRF1时,DF水稻的稻米蛋白质含量为8.86%,较CF提高0.47个百分点,说明水稻旱作有利于营养物质吸收、运输,有利于地上部分干物质的合成、运转和分配;DF水稻的每种必需氨基酸(EAA)、总氨基酸(TAA)、重要呈味氨基酸(DAA)总量都高于CF,表明覆膜旱作在提高水稻产量(表2)的同时,还可能改善稻米营养品质。DF条件下施用3种缓释复合肥的稻米EAA、TAA、DAA总量和蛋白质含量均以SRF1>SRF3>SRF2,这可能是因为施用SRF1后,水稻后期氮肥供应相对较少,植株不会徒长,有利于提高稻米品质,而有机无机缓释肥可能带来水稻后期氮肥供应的相对过多。施用缓释复合肥各处理间的稻米淀粉总量差异不大。2.5稻米中eaa、taa、蛋白含量与水稻分蝽期叶片氨基酸含量的关系在影响作物产量形成的叶、茎鞘和根三大源(物能供给系统)中,叶片是水稻最为重要的源器官。水稻叶片含氮量与水稻营养物质的积累和产量有明显的关系。从图6A、图6B可见,稻米中EAA、TAA和蛋白质含量与水稻分蘖期叶片全氮和蛋白氮含量间皆呈显著正相关(r0.05,3=0.878)。从图6C可见,稻米EAA、TAA和蛋白质含量皆与水稻分蘖期叶片氨基酸含量呈正相关,其中蛋白质含量与水稻分蘖期叶片氨基酸含量的相关性达显著水平(r0.05,3=0.878)。而水稻孕穗期叶片全氮、蛋白氮和氨基酸总量与稻米EAA、TAA和蛋白质之间均无显著相关关系。3对覆膜旱作水稻的生物效应影响冷烂型水稻田长期淹水土温低,土体通透性差、发育不良,土壤中还原性物质多、有效养分低,强烈地抑制稻根生长发育,水稻产量低、品质差。本试验发现,冷烂型冬水田水稻覆膜旱作小区土温较淹水提高1.5～4.5℃,水稻移栽后返青快、分蘖早,产量较淹水栽培增加31.9%,氮素利用率是淹水的1.75倍。这说明覆膜旱作能增温、保墒、保肥,并能解决冷烂型稻田水冷、泥冷、缺肥等限制水稻正常生长的障碍因子,为水稻正常生长营造了良好的土壤微域生态环境,有利于水稻早生快发,从而对水稻的农艺性状、产量和氮素利用率产生明显的正效应。缓/控释肥料是养分释放速率与作物需肥规律相协调的一类新型肥料,近年来国内外研究和应用的该类肥料以缓/控释氮素肥料为主,这些肥料具有能逐渐供应作物养分、对作物伤害小、硝态氮养分渗漏少、氨挥发少等优点,但不能通过施肥解决农作物对氮磷钾等多种养分的需求,使其在农业生产中广泛应用受到限制。本试验发现,供试3种缓释复合肥对覆膜旱作水稻的生长、产量和氮素利用率都有很好的效果。因此,利用缓释复合肥能实现水稻旱