緩釋復(fù)合肥對(duì)覆膜旱作水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量、氮素形態(tài)和氮肥利用率的影響

緩釋復(fù)合肥對(duì)覆膜旱作水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量、氮素形態(tài)和氮肥利用率的影響

氮是影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成和水稻品質(zhì)的最重要養(yǎng)分。它也是水稻生產(chǎn)中最活躍、最難平衡、最有效的控制因素之一。水稻的氮素利用效率與氮肥種類、施用方法、施用時(shí)期、土壤理化性狀、氣候和作物生長(zhǎng)狀況密切相關(guān)。我國(guó)水稻常規(guī)淹水栽培中施用的化學(xué)氮肥大部分將通過(guò)稻田土壤—水系統(tǒng)中的氨揮發(fā)、反硝化作用、隨水流失以及滲漏作用而損失,氮素利用率僅為30%～35%。業(yè)已清楚,覆膜旱作對(duì)提高水稻產(chǎn)量和改善稻米品質(zhì)的效果較好,但覆膜旱作水稻存在著塑料膜污染土壤和水稻生長(zhǎng)期間追肥不便等關(guān)鍵問(wèn)題。前者通過(guò)研制和應(yīng)用可降解塑料膜加以解決,后者則需開發(fā)研制水稻新型緩釋專用肥料,采用一次基施方法保證水稻全生育期對(duì)養(yǎng)分的需求。迄今,國(guó)內(nèi)有關(guān)緩釋復(fù)合肥料在覆膜旱作水稻中的應(yīng)用研究甚少。為此,在田間覆膜旱作栽培條件下研究了3種水稻緩釋專用復(fù)合肥料(高氮型無(wú)機(jī)緩釋復(fù)合肥SRF1、高氮型有機(jī)無(wú)機(jī)緩釋復(fù)合肥SRF2、低氮型有機(jī)無(wú)機(jī)緩釋復(fù)合肥SRF3)對(duì)水稻植株生長(zhǎng)、葉片氮素形態(tài)、氮肥利用率和稻米品質(zhì)特性的影響,旨在為我國(guó)南方地區(qū)水稻覆膜旱作栽培提供理論依據(jù)和物化技術(shù)。1材料和方法(1)兩組母質(zhì)的一般理化性狀試驗(yàn)在原西南農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行,供試土壤為三迭系侏羅紀(jì)沙溪廟組母質(zhì)發(fā)育的中性紫色土(淹水正沖田,歷年存在“坐蔸”或發(fā)生赤枯病),其基本理化性狀:pH7.12,有機(jī)質(zhì)17.2g/kg,有效N、P、K分別為140.5,17.1,108.3mg/kg。(2)試驗(yàn)中的食物水稻(Oryzasativa),品種為崗優(yōu)22號(hào)。(3)試驗(yàn)中的肥料1種無(wú)機(jī)型緩釋復(fù)合肥(SRF1)和2種有機(jī)無(wú)機(jī)型緩釋復(fù)合肥(SRF2和SRF3),均為項(xiàng)目研制的水稻專用肥,具體情況見表1。(4)供試土壤及處理方法試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理(表1),各處理4次重復(fù)。每個(gè)處理小區(qū)的面積2.2m×1.2m=2.64m2。施用緩釋復(fù)合肥各處理施氮量相同,通過(guò)增施磷鉀肥使5個(gè)處理的磷、鉀用量一樣。試驗(yàn)5個(gè)處理分為2組:CF+SRF1和DF+SRF1處理比較施用無(wú)機(jī)緩釋復(fù)合專用肥(SRF1)時(shí)水稻覆膜旱作與常規(guī)淹水栽培間的差異;DF+SRF1、DF+SRF2和DF+SRF3處理比較旱作覆膜(DF)栽培條件下3種類型緩釋復(fù)合肥料的效應(yīng),設(shè)置CF+NF處理在于方便計(jì)算其它處理的氮肥利用率。試驗(yàn)時(shí),水稻覆膜旱作區(qū)排去田水,次日劃小區(qū)開廂,并將開廂溝的土壤覆于小區(qū)內(nèi),然后將供試肥料一次全部均勻撒施于小區(qū)內(nèi),人工翻動(dòng)表土,使肥料與土壤充分混合。小區(qū)邊緣的塑膜埋入泥土中,隨后在膜上按株行距20cm×25cm規(guī)格開孔,每孔移栽1株水稻幼苗(1～2個(gè)分蘗),最后用泥土封孔。旱作水稻生長(zhǎng)過(guò)程中保持廂溝有少量積水,達(dá)到浸潤(rùn)灌溉。淹水處理各小區(qū)做雙埂,常規(guī)方法淹水,按旱作栽培規(guī)格移栽水稻。在水稻分蘗盛期(移栽后42d)和孕穗期(移栽后65d),每個(gè)小區(qū)取4穴植株樣品測(cè)定心葉下第1完全葉(孕穗期取劍葉)硝態(tài)氮、氨基酸氮、蛋白氮和全氮含量,并測(cè)定每穴植株風(fēng)干重。水稻成熟期按小區(qū)分別收獲,取4穴水稻植株考種,測(cè)定莖葉全氮含量和籽粒全氮、粗蛋白、水解氨基酸組分及淀粉含量。1.5測(cè)定與計(jì)算方法供試土壤的農(nóng)化性狀按常規(guī)方法測(cè)定。水稻植株葉片硝態(tài)氮用水提取、酚二磺酸顯色分光光度法,葉片氨基酸總量用茚三酮顯色分光光度法,葉片全氮、蛋白氮和稻米粗蛋白含量用凱氏半微量定氮法(粗蛋白用系數(shù)法),稻米水解氨基酸用1∶1HCl水解并用氨基酸分析儀(883型)測(cè)定,淀粉用HCl水解—銅還原直接滴定法。參照彭少兵等的方法計(jì)算氮肥的表觀利用率(ARE)、農(nóng)業(yè)利用率(AE)和生理利用率(PE):ARE(%)=施肥處理作物吸Ν量-不施肥處理作物吸Ν量施肥處理Ν用量×100;AE(kg籽粒/kgΝ)=施肥處理作物產(chǎn)量-無(wú)施肥處理作物產(chǎn)量施肥處理Ν用量-無(wú)施肥處理Ν用量×100;PE(kg籽粒/kgΝ)=施肥處理作物產(chǎn)量-無(wú)施肥處理作物產(chǎn)量施肥處理植株吸Ν量-無(wú)施肥處理植株吸Ν量×100。2結(jié)果與分析2.1對(duì)水稻的處理效果比較表2中的CF+SRF1和DF+SRF1處理可看出,施用緩釋復(fù)合肥后,覆膜旱作處理(DF)的水稻農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量均高于常規(guī)淹水(CF)栽培,說(shuō)明水稻覆膜旱作條件下,不僅土壤和肥料養(yǎng)分不易被淋失,而且由于土壤溫度的提高與穩(wěn)定,使得土壤水、肥、氣、熱一定程度上得以協(xié)調(diào),有利于水稻根系和地上部的生長(zhǎng)發(fā)育。在同為覆膜旱作(DF)條件下,3種緩釋復(fù)合肥對(duì)水稻農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量正效應(yīng)均表現(xiàn)為SRF2>SRF3>SRF1(表2),說(shuō)明有機(jī)無(wú)機(jī)型水稻緩釋復(fù)合肥料的肥效更持久穩(wěn)定,更能適合覆膜旱作水稻中后期需肥量大的特點(diǎn);SRF2與SRF3間的差異表明,在覆膜旱作條件下適當(dāng)提高有機(jī)無(wú)機(jī)型緩釋復(fù)合肥料中氮素的比例,對(duì)促進(jìn)水稻生長(zhǎng)發(fā)育和提高產(chǎn)量有較重要的作用。2.2不同處理對(duì)水稻葉片氮素形態(tài)變化的影響2.2.1水稻土壤硝化作用的影響由圖1可知,施用緩釋復(fù)合肥SRF1條件下覆膜處理水稻分蘗期和孕穗期的葉片硝態(tài)氮含量分別是淹水栽培的2.13倍和2.02倍。這是因?yàn)楹底鳁l件下,水稻土壤根系氧供應(yīng)充足,土壤硝化作用遠(yuǎn)大于反硝化作用,水稻以吸收硝態(tài)氮為主,同時(shí)大量NO3--N進(jìn)入植物體后,因根部碳水化合物數(shù)量不足,NO3--N大部分不能在根部還原同化,需通過(guò)木質(zhì)部運(yùn)往地上部進(jìn)行同化。圖1還顯示,在覆膜條件下,3種緩釋復(fù)合肥對(duì)水稻分蘗期和孕穗期葉片硝態(tài)氮含量均以SRF2>SRF3>SRF1,說(shuō)明緩釋復(fù)合肥的氮素比例和復(fù)合材料種類等對(duì)旱作水稻的氮素利用可能存在一定影響,其作用機(jī)理需進(jìn)一步研究。2.2.2覆膜對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響氨基酸是植物蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素、生物堿和多種含氮化合物的前體,其在體內(nèi)含量可指示外界的供氮水平及植物自身的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況。比較圖2可知,同樣施用緩釋復(fù)合肥SRF1,覆膜水稻分蘗期和孕穗期葉片氨基酸含量比淹水處理分別增加10.2%和33.3%,說(shuō)明水稻覆膜旱作時(shí),土壤氮素供應(yīng)能力和植株葉片對(duì)氮素的同化代謝能力較常規(guī)淹水強(qiáng)。在覆膜栽培下,3種緩釋復(fù)合肥以SRF2的水稻分蘗期和孕穗期葉片氨基酸含量比SRF3分別增加13.9%和17.4%,比SRF1分別增加10.8%和23.0%,顯示SRF2對(duì)覆膜旱作水稻氮素供應(yīng)的能力較強(qiáng),有機(jī)—無(wú)機(jī)型緩釋復(fù)合肥較無(wú)機(jī)型緩釋復(fù)合肥能持久而穩(wěn)定供應(yīng)氮素,有利于水稻植株的氮素代謝。2.2.3覆膜旱作水稻葉片養(yǎng)分含量作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中,細(xì)胞的增長(zhǎng)和分裂必需蛋白質(zhì)參與;水稻功能葉片含氮量對(duì)光合作用及產(chǎn)量形成有很大影響。圖3和圖4顯示,不同處理水稻分蘗期和孕穗期葉片氮含量有差異。施用緩釋復(fù)合肥SRF1時(shí),覆膜旱作水稻分蘗期葉片蛋白氮和全氮含量都較淹水栽培為高,這預(yù)示覆膜旱作水稻分蘗期葉片儲(chǔ)備植株后期所需氮素的能力較強(qiáng)。至于從分蘗期到孕穗期,覆膜旱作水稻葉片的蛋白氮和全氮含量降低量顯著大于淹水栽培,這一方面與此階段覆膜旱作生物量的增加較快導(dǎo)致的“稀釋”效應(yīng)有關(guān),另一方面可能是覆膜旱作會(huì)促進(jìn)水稻葉片蛋白氮的快速轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)運(yùn)的緣故。覆膜旱作栽培下,施用3種不同緩釋復(fù)合肥水稻分蘗期葉片蛋白氮和全氮含量均以SRF1>SRF2>SRF3,但從分蘗期到孕穗期葉片的蛋白氮和全氮含量降低幅度以SRF1為大。綜合考慮兩時(shí)期植株生物量(圖5),不難看出無(wú)機(jī)緩釋復(fù)合肥較有機(jī)無(wú)機(jī)緩釋復(fù)合肥前期的肥效快,而有機(jī)無(wú)機(jī)緩釋復(fù)合肥料養(yǎng)分釋放持久,可能更適合旱作水稻的營(yíng)養(yǎng)需要。2.3不同覆膜旱作對(duì)水稻肥料利用率的影響施用緩釋復(fù)合肥SRF1時(shí),覆膜旱作水稻的氮肥表觀利用率、農(nóng)業(yè)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較大(表3)。說(shuō)明水稻覆膜旱作能促進(jìn)水稻對(duì)氮素的吸收利用,特別是籽粒干物質(zhì)的積累。緩釋肥料養(yǎng)分釋放速率較符合植物的需肥特點(diǎn),可簡(jiǎn)化施肥技術(shù)和提高肥料利用率。從表3可知,同為覆膜旱作時(shí),3種緩釋復(fù)合肥的氮素表觀利用率均高于60%,農(nóng)業(yè)利用率均高于30kg稻谷/kgN,其中尤以SRF2處理水稻籽粒、莖稈吸氮量和氮素吸收利用率均為最高。這意味著供試緩釋復(fù)合肥氮素養(yǎng)分釋放速率與旱作水稻的需氮特點(diǎn)呈現(xiàn)一致,其中以選擇高氮型的有機(jī)無(wú)機(jī)緩釋復(fù)合肥更理想。2.4df對(duì)稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響由表4可知,在施用緩釋復(fù)合肥SRF1時(shí),DF水稻的稻米蛋白質(zhì)含量為8.86%,較CF提高0.47個(gè)百分點(diǎn),說(shuō)明水稻旱作有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收、運(yùn)輸,有利于地上部分干物質(zhì)的合成、運(yùn)轉(zhuǎn)和分配;DF水稻的每種必需氨基酸(EAA)、總氨基酸(TAA)、重要呈味氨基酸(DAA)總量都高于CF,表明覆膜旱作在提高水稻產(chǎn)量(表2)的同時(shí),還可能改善稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。DF條件下施用3種緩釋復(fù)合肥的稻米EAA、TAA、DAA總量和蛋白質(zhì)含量均以SRF1>SRF3>SRF2,這可能是因?yàn)槭┯肧RF1后,水稻后期氮肥供應(yīng)相對(duì)較少,植株不會(huì)徒長(zhǎng),有利于提高稻米品質(zhì),而有機(jī)無(wú)機(jī)緩釋肥可能帶來(lái)水稻后期氮肥供應(yīng)的相對(duì)過(guò)多。施用緩釋復(fù)合肥各處理間的稻米淀粉總量差異不大。2.5稻米中eaa、taa、蛋白含量與水稻分蝽期葉片氨基酸含量的關(guān)系在影響作物產(chǎn)量形成的葉、莖鞘和根三大源(物能供給系統(tǒng))中,葉片是水稻最為重要的源器官。水稻葉片含氮量與水稻營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累和產(chǎn)量有明顯的關(guān)系。從圖6A、圖6B可見,稻米中EAA、TAA和蛋白質(zhì)含量與水稻分蘗期葉片全氮和蛋白氮含量間皆呈顯著正相關(guān)(r0.05,3=0.878)。從圖6C可見,稻米EAA、TAA和蛋白質(zhì)含量皆與水稻分蘗期葉片氨基酸含量呈正相關(guān),其中蛋白質(zhì)含量與水稻分蘗期葉片氨基酸含量的相關(guān)性達(dá)顯著水平(r0.05,3=0.878)。而水稻孕穗期葉片全氮、蛋白氮和氨基酸總量與稻米EAA、TAA和蛋白質(zhì)之間均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。3對(duì)覆膜旱作水稻的生物效應(yīng)影響冷爛型水稻田長(zhǎng)期淹水土溫低,土體通透性差、發(fā)育不良,土壤中還原性物質(zhì)多、有效養(yǎng)分低,強(qiáng)烈地抑制稻根生長(zhǎng)發(fā)育,水稻產(chǎn)量低、品質(zhì)差。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),冷爛型冬水田水稻覆膜旱作小區(qū)土溫較淹水提高1.5～4.5℃,水稻移栽后返青快、分蘗早,產(chǎn)量較淹水栽培增加31.9%,氮素利用率是淹水的1.75倍。這說(shuō)明覆膜旱作能增溫、保墑、保肥,并能解決冷爛型稻田水冷、泥冷、缺肥等限制水稻正常生長(zhǎng)的障礙因子,為水稻正常生長(zhǎng)營(yíng)造了良好的土壤微域生態(tài)環(huán)境,有利于水稻早生快發(fā),從而對(duì)水稻的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和氮素利用率產(chǎn)生明顯的正效應(yīng)。緩/控釋肥料是養(yǎng)分釋放速率與作物需肥規(guī)律相協(xié)調(diào)的一類新型肥料,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用的該類肥料以緩/控釋氮素肥料為主,這些肥料具有能逐漸供應(yīng)作物養(yǎng)分、對(duì)作物傷害小、硝態(tài)氮養(yǎng)分滲漏少、氨揮發(fā)少等優(yōu)點(diǎn),但不能通過(guò)施肥解決農(nóng)作物對(duì)氮磷鉀等多種養(yǎng)分的需求,使其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用受到限制。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),供試3種緩釋復(fù)合肥對(duì)覆膜旱作水稻的生長(zhǎng)、產(chǎn)量和氮素利用率都有很好的效果。因此,利用緩釋復(fù)合肥能實(shí)現(xiàn)水稻旱