氮磷肥减量施用对直播稻籽粒灌浆特性及产量的影响

  氮磷肥减量施用对直播稻籽粒灌浆特性及产量的影响  刘奇华马惠赵庆雷隗茂增谢先芝周学标Summary：本试验以常规粳稻圣稻19为材料，设置对照F0（N350kg/hm2，P2O5135kg/hm2）、氮磷肥减施20%处理F1（N280kg/hm2，P2O5108kg/hm2）、氮磷肥减施40%处理F2（N210kg/hm2，P2O581kg/hm2）、氮磷肥减施60%处理F3（N140kg/hm2，P2O554kg/hm2），研究氮磷肥减量施用对直播稻强势粒与弱势粒灌浆特点及产量的影响。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，使用Richards方程能够较好地拟合各处理直播稻强势、弱势粒的灌浆过程。各施肥处理直播稻强势粒与弱势粒的灌浆为异步灌浆。与常规施肥（F0）相比，减施氮磷肥提高籽粒终极生长量及籽粒灌浆过程的平均粒重;在常规施肥基础上减施20%氮磷肥增加强势粒的最大灌浆速率、平均灌浆速率及达最大灌浆速率的粒重，分别比对照提高1.88%、1.17%、4.66%，活跃灌浆期也比对照有所延长。减施20%氮磷肥处理的弱势粒达最大灌浆速率的粒重比对照提高19.05%，且弱势粒达最大灌浆速率的时间及活跃灌浆期均比对照明显延长。减施氮磷肥20%、40%、60%均显著降低穗粒数，提高千粒重。减施20%氮磷肥对直播稻产量无显著影响，减施40%与60%氮磷肥显著降低直播稻产量。综之，各施肥处理对弱势粒籽粒灌浆的影响大于强势粒。与常规施肥（F0）相比，减施20%氮磷肥显著提高直播稻千粒重，虽然穗实粒数有所降低，但产量无显著变化，是一种较為合理的施肥技术。Key：氮磷肥;减量施用;直播稻;籽粒灌浆;产量：S511.6：S147.22文献标识号：A：1001-4942（2021）12-0102-07随着我国农村人口向城市大量转移，农村劳动力严重匮乏，水稻生产成本随之大幅提升，传统人工插秧技术已不再适应生产发展形势[1，2]，栽培轻简化、高效化成为水稻产业发展的必然趋势。水稻直播是指在前一季作物收获后或空闲地翻耕整地后，不经育秧、泡田、移栽而直接将稻谷播种于大田的一种简化栽培技术。与传统水稻种植相比，直播稻减少了育秧、拨秧、插秧等工序，省工省力省水，节本增效[1-3]。此技术更适合大面积机械作业，与人工插秧相比，生产效率显著提高，生产成本显著降低，是一种具有广阔应用前景的高效轻简种植技术[2-5]。目前，直播稻栽培管理技术仍不成熟，亟需针对生产中存在的瓶颈问题，进一步探索完善其栽培技术。黄淮稻区是我国粳稻主产区，近几年直播稻面积呈现快速增长趋势。目前生产中直播稻氮磷肥施用量偏高、利用率却偏低，不利于产量与品质的提升[6-8]。我国稻田单季氮肥用量比世界平均用量高75%左右，农户通常通过增施氮肥获得高产[7，9]。过量施用氮肥极易引起直播稻发生倒伏，加重稻株病害爆发，导致贪青晚熟和产量下降。此外，还增加生产成本，造成严重的面源污染[8-10];除了氮肥，过量施用磷肥也会增加磷素随径流或向下淋洗流失的风险，也是造成面源污染的主要来源[11]。因此，减少氮磷肥投入、提高肥料利用率是提高农业生产效率、减轻面源污染的重要措施，对于促进水稻产业的健康良性发展具有重要意义。减施氮肥对人工插秧或机插秧栽培模式下水稻产量性状的影响已有较多研究[12-16]，但其对直播稻籽粒灌浆的影响尚未见报道，尤其是氮磷肥同时减施。基于此，本试验以圣稻19为材料，研究减量施用氮磷肥对直播稻籽粒灌浆及产量性状的影响，以期为直播稻优质高产高效生产提供技术参考。1材料与方法1.1试验地概况与材料本试验于2018—2020年在山东省农业科学院湿地农业与生态研究所试验基地（济宁）进行。试验地土壤基础肥力为有机质含量20.61g/kg、碱解氮58.96mg/kg、速效磷46.79mg/kg和速效钾143.98mg/kg。供试品种为圣稻19。1.2试验 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 试验采用随机区组设计，重复3次。肥料施用量设置4个水平：对照F0（N350kg/hm2，P2O5135kg/hm2）、氮磷肥减施20%处理F1（N280kg/hm2，P2O5108kg/hm2）、氮磷肥减施40%处理F2（N210kg/hm2，P2O581kg/hm2）、氮磷肥减施60%处理F3（N140kg/hm2，P2O554kg/hm2）。氮肥分4次施用，分别在播种时、幼苗2叶1心期、幼苗2叶1心期后第10天、幼穗分化期，施用比例为3∶2∶3∶2，磷钾肥全部基施，4个处理钾肥用量均为K2O135kg/hm2。小区面积为9.3m×4.5m=41.85m2。小区间筑埂（宽50cm）并使用塑料薄膜包裹埂子，以防止不同处理间串水肥。采取旱种水管方式种植。直播方式为条播，行距20cm，播种量150kg/hm2。全生育期及时防治病虫草害，田间管理与生产中一致。1.3测定项目及方法1.3.1籽粒灌浆特性测定水稻抽穗期选择长势基本一致的稻穗挂牌标记开花日期。开花期至成熟期，每隔5天取样1次。每次取挂牌标记稻穗10个，摘下强势粒与弱势粒（参照李杰等[17]的方法划分强势粒与弱势粒），剔除空粒，烘干后去壳称重。参照朱庆森等[18]的方法，应用Richards方程模拟籽粒灌浆过程，计算籽粒灌浆特征参数。Richards方程：W=A/（1+Be-Kt）1/N，式中W为籽粒重量（mg），A为终极生长量（mg），B为初值参数，K为生长速率参数，t为开花后天数，N为形状参数。1.3.2产量性状测定水稻成熟期每小区取样0.4m2用于测定有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重。每小区实收测产。1.4数据处理与分析用DPS统计软件进行籽粒灌浆方程的拟合、方差分析及多重比较。使用Sigmaplot软件绘制图。2结果与分析2.1氮磷肥减施对直播稻籽粒灌浆特征参数的影响由表1可知，各处理Richards方程的决定系数均在0.99以上，说明该方程能很好地拟合籽粒灌浆过程。氮磷肥减施后，籽粒终极生长量A值增大，强势、弱势粒均为F1处理的A值最高，分别比F0（对照）显著升高2.06%、24.71%;F2处理强势粒与弱势粒的A值分别比F0显著提高2.05%和15.22%;F3处理强势粒与弱势粒的A值分别比F0显著提高0.63%和13.68%。各处理的方程形状参数N值均大于1，说明籽粒粒重曲线明显右偏，各施肥处理下强弱势粒灌浆过程为异步灌浆[19]。由图1可知，花后45d，强势粒F1、F2、F3处理平均粒重分别比F0提高3.42%、2.07%和2.77%，弱势粒F1、F2、F3处理平均粒重分别较F0提高8.39%、7.84%和7.50%。各施肥处理强势粒开花后0～25d迅速生长，花后30～45d粒重的增长基本趋于平缓;而各施肥处理弱势粒花后5～30d生长相对缓慢，F0、F2、F3处理在强势粒粒重趋于稳定后（花后30～45d）仍有缓慢生长，之后趋于平稳，F1处理花后30～55d仍有一个增长过程。表明，氮磷肥减量施用对直播稻弱势粒生长量的影响明显大于强势粒，减施后籽粒生长量均显著增大，且弱势粒的增长量大于强势粒。由表2可知，氮磷肥减施未引起强势、弱势粒起始生长势R0显著提高，各减肥处理与对照相比无明显变化。表2结合图2可以发现，各施肥处理强势粒灌浆快，达最大灌浆速率的时间早，开花后15d左右达到峰值，花后35d以后灌浆基本停止;各施肥处理弱势粒灌浆缓慢，达最大灌浆速率的时间晚，花后25～30d达到峰值，最大灌浆速率明显低于强势粒，但其在花后35～50d仍有一定的灌浆速率。强势粒F1、F3处理的最大灌浆速率Gmax较F0显著提高1.88%和0.75%，弱势粒F2处理的Gmax比F0提高1.42%。強势粒F1处理的平均灌浆速率Gmean比F0提高1.17%，F3处理比F0显著提高2.92%;弱势粒F2处理的Gmean较F0提高1.99%。强势粒的F1与F2处理的活跃灌浆期D均比F0有所延长，弱势粒F1、F2、F3处理的活跃灌浆期D均比F0显著延长。强势粒F1、F2、F3处理达最大灌浆速率的时间TGmax均比F0缩短，而弱势粒F1、F2、F3处理均比F0显著延长。强势粒F1处理达最大灌浆速率的粒重比F0显著提高4.66%，弱势粒F1、F2、F3处理分别较其F0显著提高19.05%、13.33%和10.80%。各施肥处理弱势粒的起始生长势R0、最大灌浆速率Gmax、平均灌浆速率Gmean、达最大灌浆速率的粒重WGmax均明显低于强势粒，但弱势粒的活跃灌浆期D及达最大灌浆速率的时间TGmax均显著长于强势粒。2.2氮磷肥减施对水稻产量构成因素的影响由表3可知，F1、F2、F3处理水稻有效穗数与F0相比均无显著差异。F1、F2、F3处理穗实粒数分别比F0降低13.59%、19.34%、27.33%。F1、F2、F3处理千粒重分别比F0显著增加1.75%、2.85%、3.70%。F1处理产量与F0无显著差异，F2、F3处理产量分别比F0显著降低12.21%和20.69%。由此表明，适当减施氮磷肥对直播稻产量无显著影响，氮磷肥用量减施后穗实粒数显著降低，千粒重则显著提高。3讨论水稻直播由于其节本增效的突出特点，展现出良好的经济与社会效益，在我国引起广泛关注。我国目前已有超过8%的水稻种植面积采用直播方式[20]，且呈逐年扩大趋势。围绕直播稻播种密度[15，21]、播期[22，23]、肥水管理[9，24]、杂草防控[25]、抗倒伏调控[26]等重要栽培环节，很多学者已从其氮磷钾养分吸收利用规律、杂草防除时期、抗倒伏性状、产量形成等方面作了大量研究。目前生产中，稻农多采用肥料高投入方式，造成水稻群体结构变差、易倒伏、病虫害发生严重，最终导致减产。本试验针对黄淮稻区生产中存在的施肥量过大等瓶颈问题，开展了氮磷肥减量施用对直播稻籽粒灌浆特性及产量影响的研究。3.1氮磷肥减量施用对直播稻籽粒灌浆特性的影响籽粒灌浆是决定水稻粒重和产量的重要生理过程，相关研究已有诸多报道，这些研究大多围绕品种间差异[27，28]、播种期[29]、种植模式[17，30]、氮钾肥施用[14，31]、灌水方式[19]等。李杰等[17]认为，不同种植方式显著影响水稻籽粒灌浆特性，尤其是强势、弱势粒的最大灌浆速率及达最大灌浆速率的时间等特征参数。殷春渊等[32]研究表明，氮肥施用量显著影响手插稻籽粒灌浆速率，低氮处理的籽粒灌浆速率明显高于高氮处理;适当降低氮肥施用量有利于提高籽粒最大灌浆速率和平均灌浆速率。李木英等[14]研究表明，低氮条件下增施钾肥能提高直播稻籽粒最大灌浆速率，中高氮水平下增施钾肥则降低籽粒最大灌浆速率。徐云姬等[19]研究表明，轻度干湿交替灌溉方式可以通过促进弱势粒的灌浆而显著提高手插稻千粒重和结实率。目前鲜见氮磷肥减量施用对直播稻强势、弱势粒灌浆影响的研究。本研究表明，氮磷肥减量施用后，直播稻的强弱势粒灌浆为异步灌浆，与对照类似，这说明氮磷肥减量施用对其灌浆类型无明显影响。在常规施肥基础上，氮磷肥减施20%与减施60%处理均提高强势粒的最大灌浆速率和平均灌浆速率;减施20%、40%及60%均延长弱势粒的活跃灌浆期及达最大灌浆速率的时间，提高达最大灌浆速率的粒重，这些与付景等[31]的研究结果类似。氮磷肥减量施用均提高直播稻强弱势籽粒的终极生长量：强势粒终极生长量的提高与平均灌浆速率的增加密切相关;弱势粒终极生长量的提高主要与活跃灌浆期的延长有关，从弱势粒灌浆速率动态过程也能看出，开花45d以后，对照弱势粒灌浆速率接近零的时候氮磷肥减量施用处理仍保持相对较高的水平（图2）。本研究中，虽然氮磷肥减施后直播稻弱势粒终极生长量及粒重的增加幅度大于强势粒（表1与图1），但最终弱势粒的终极生长量与粒重仍低于强势粒。通常水稻强势粒开花早、灌浆启动早、灌浆速率快，而弱势粒开花迟、灌浆初期籽粒生理活性低、蔗糖淀粉转化效率低，因此灌浆启动晚、灌浆速率也慢，强势粒中与籽粒灌浆有关基因的表达强度也比弱势粒中的高[18，33，34]。这些也是造成本研究中弱势粒终极生长量与粒重低于强势粒的重要生理原因。本研究中，氮磷肥减量施用对直播稻弱势粒灌浆参数的影响大于对强势粒的影响，这可能是由于不同栽培条件下强势粒的灌浆较稳定，弱势粒充实过程易发生变化，变异较大[35，36]。3.2氮磷肥减量施用对直播稻产量及其构成因素的影响研究表明，水稻产量随施氮量的增加呈先增加后降低的变化趋势[37，38]。氮肥施用量较少时，氮素稻谷生产效率较高，而随着施用量的增加氮素稻谷生产效率则下降[38]。适当减量施氮配套一定的播种密度直播稻仍能获取高产[15]。本试验结果表明，与常规施肥相比，氮磷肥减施20%未降低直播稻产量，减施40%、60%则产量显著下降。氮磷肥减施对直播稻有效穗数无显著影响，但穗实粒数显著降低，且随减施比例增加降幅也增大。氮磷肥减施显著提高直播稻千粒重，且随减施比例增大呈增加的趋势。氮磷肥减施40%、60%导致直播稻减产的主要原因是穗实粒数显著降低，虽然千粒重有所提高，但无法弥补穗实粒数降低对产量的负面影响。因此，本试验中减施20%氮磷肥既减少氮磷肥用量，又未引起产量降低，是一种合理的直播稻施肥方式。严田蓉等[30]研究指出，不同种植方式下水稻获得高产具有类似的籽粒灌浆参数：即最初生长势较低，达到灌浆峰值的时间延迟，籽粒最大灌浆速率与平均灌浆速率较高。本试验中，减施20%氮磷肥仍可获得与常规施肥（F0）相当的产量，分析其原因，该处理下强势粒的最大灌浆速率、平均灌浆速率及达最大灌浆速率的粒重均高于常规施肥，活跃灌浆期也较F0有所延长。氮磷肥减施20%处理下弱势粒达最大灌浆速率的粒重高于F0，活跃灌浆期及达最大灌浆速率的时间均比F0明显延长。与F0相比，减施20%氮磷肥提高强势粒与弱势粒的粒重，且弱势粒的粒重增幅大于强势粒。由此说明，氮磷肥减施20%主要是通过影响强势粒灌浆速率来实现粒重的提高，通过延长活跃灌浆期来实现弱势粒粒重的增加;该处理千粒重的增加主要是由于弱势粒粒重的提高所致，表明弱势粒灌浆状况的好坏是影响直播稻粒重乃至产量的重要因素[16，39，40]。由于直播稻穗子偏小，穗实粒数较手插秧及机插秧栽培模式下少，因此对其弱势粒灌浆的正向调控显得尤为重要。4结论氮磷肥用量對弱势粒灌浆的影响大于强势粒。与常规施肥（F0）相比，减施氮磷肥整体上能够提高强势粒与弱势粒的粒重。适当减量施用氮磷肥（常规施肥量基础上减施20%）显著降低穗实粒数，提高千粒重（其原因主要是由弱势粒粒重增加所致），产量无显著变化，是一种较为合理的直播稻肥料施用技术。 -全文完-