施用氨基酸水溶肥對(duì)于水稻生理生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

戴惠東，李 帥，周姣艷，陸 韜，黃玉龍，徐俊增*

(1.昆山市城市水系調(diào)度與信息管理處，江蘇 蘇州 215300；2.河海大學(xué) 農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；3.昆山市花橋水利(水務(wù))站，江蘇 蘇州 215300；4.昆山市水務(wù)局，江蘇 蘇州 215300)

作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)氮肥的需求極大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前現(xiàn)有水稻種植面積約3.07×107hm2，位居世界第二[1]。在我國(guó)糧食結(jié)構(gòu)組成中，水稻約占32.15%[2]，施用氮肥能夠有效地提高水稻產(chǎn)量。我國(guó)氮肥施用量自20世紀(jì)80年代以來(lái)增幅巨大，目前我國(guó)太湖流域高產(chǎn)稻田純氮消耗量為270～300 kg/hm2[3-6]。

氨基酸水溶肥作為一種便捷、高效的水溶肥，能夠有效提高作物產(chǎn)量、提升肥料利用率，同時(shí)也能夠改善作物土壤環(huán)境[7]。賈娟等[8]分析比較了施用氨基酸水溶肥與施用常規(guī)肥的松花菜生物產(chǎn)量，發(fā)現(xiàn)施用氨基酸水溶肥使松花菜生物產(chǎn)量提高了17.62%。王蘭天[9]分析了施用氨基酸水溶肥后玉米和白菜產(chǎn)量的變化情況，試驗(yàn)結(jié)果表明，施用氨基酸水溶肥后玉米和白菜分別增產(chǎn)5.3%和6.5%。Zhu等[10]研究結(jié)果表明，氨基酸水溶肥促進(jìn)番茄對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，在最佳氨基酸水溶肥施用量下莖干重增加較常規(guī)施肥增加了285.62%。許會(huì)會(huì)等[11]研究施用氨基酸水溶肥對(duì)葡萄品質(zhì)的影響后發(fā)現(xiàn)，較對(duì)照處理葡萄糖可溶性糖和糖酸比增加，葡萄品質(zhì)得到改善。相較于傳統(tǒng)稻田施肥，氨基酸水溶肥一般施用方式為與灌溉過(guò)程同步進(jìn)行，可根據(jù)作物不同生育階段的養(yǎng)分需求，實(shí)現(xiàn)“少量多次”的施肥模式，在減少氮肥、灌溉用水投入的前提下，保證作物的正常生長(zhǎng)與收獲[12]?？紤]到我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2016年提出關(guān)于大力推行水肥一體化施肥方式的實(shí)施方案，可以看出氨基酸水溶肥在后續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將具有廣泛的應(yīng)用空間。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年在河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室昆山市排灌試驗(yàn)基地(34°63′21″N，121°05′22″E)開(kāi)展。試驗(yàn)區(qū)氣候?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)，年平均氣溫15.5℃，年降水量1 097.1 mm，年蒸發(fā)量1 375.9 mm，日照時(shí)數(shù)2 085.9 h，平均無(wú)霜期234 d。當(dāng)?shù)夭捎玫钧溳喿鞣绞剑寥罏殇笥忘S泥土，耕層土壤為重壤土，土壤基本理化性質(zhì)如下：土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比為21.88g·kg-1，全氮質(zhì)量比為1.08 g·kg-1，全磷質(zhì)量比為1.35 g·kg-1，全鉀質(zhì)量比為20.86 g·kg-1，pH值為7.4，0～30 cm土壤容重為1.32 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置2種肥料類型：農(nóng)民習(xí)慣施肥(Farmer’s fertilization practice)，記為FF，氨基酸水溶肥(Water-soluble fertilizer containing amino acids)，記為WSF。其中，農(nóng)民習(xí)慣施肥施氮量為278.88 kg/hm2，而氨基酸水溶肥按稻季生育期全部施氮量設(shè)置高中低3種水平(244 kg/hm2，214 kg/hm2和184 kg/hm2)，分別記為WSF244，WSF214以及WSF184。所有試驗(yàn)均采用控制灌溉(Controlled irrigation)，記為C，4個(gè)處理分別為CF(C和FF)、CWSF244(C和WSF244)、CWSF214(C和WSF214)和CWSF184(C和WSF184)，其中CF設(shè)3個(gè)重復(fù)，而CWSF244、CWSF214與CWSF184均設(shè)置3個(gè)田內(nèi)重復(fù)，另外在控制灌溉方式下設(shè)置一個(gè)氮空白處理，各處理保持磷肥與鉀肥施用量保持一致。每個(gè)小區(qū)面積為150 m2(15 m×10 m)，各小區(qū)之間均采用防滲措施，防止小區(qū)之間水分交換。

農(nóng)民習(xí)慣施肥是根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的習(xí)慣施肥方式和施肥量進(jìn)行施肥。本研究采用的氨基酸水溶肥，產(chǎn)品名稱為施旺寶，其生產(chǎn)是以味精母液進(jìn)行深加工，經(jīng)過(guò)發(fā)酵提取氨基酸，再通過(guò)加熱、濃縮以及鰲和而成。該肥料富含氨基酸和植物需要的各項(xiàng)微量元素，肥料氮、磷、鉀含量分別為0.08 kg/L、0.07 kg/L和0.1 kg/L，氨基酸含量為0.1 kg/L，pH值為6.5，產(chǎn)品由內(nèi)蒙古阜豐生物科技有限公司提供。

氨基酸水溶肥CWSF處理基肥的施氮量與施肥日期與CF處理相同，追肥的肥料類型采用氨基酸水溶肥。CWSF處理改變傳統(tǒng)一次性施肥的方式，將追肥分多次施入。返青肥、分蘗肥以及穗肥分別分2次、3次、2次施入，保持追肥的第一次施肥時(shí)間與CF處理保持一致，其余次數(shù)的施肥均與灌水同步進(jìn)行，即當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的根層土壤含水率達(dá)到灌水下限時(shí)，氨基酸水溶肥隨著灌溉水沖施到田間，施入時(shí)間設(shè)置在灌水后半段，即灌水使田間保持薄水層后進(jìn)行氨基酸水溶肥的施入。如遇大雨，隨雨水進(jìn)行施肥。當(dāng)施肥次數(shù)達(dá)到設(shè)置的次數(shù)時(shí)，即完成所有施肥任務(wù)后，如需灌水則按照正常的灌水過(guò)程進(jìn)行。除草以及防治病蟲(chóng)害等生產(chǎn)用水盡量與CF處理保持同步。

1.3 水稻莖糵株高數(shù)據(jù)采集方法

在不同處理的各小區(qū)內(nèi)選取連續(xù)的15穴水稻植株，觀測(cè)每穴苗數(shù)及株高數(shù)據(jù)，觀測(cè)頻率為5 d/次，直至所測(cè)得莖蘗、株高數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

1.4 水稻干物質(zhì)積累量觀測(cè)方法

在不同處理的各小區(qū)內(nèi)選取具有代表性的3株水稻植株(代表性植株即根據(jù)最近一次觀測(cè)的莖蘗與株高，在田內(nèi)進(jìn)行選擇)，分別測(cè)定地上植株(莖、葉片、葉鞘、穗)、根系和總干物質(zhì)。

表1 2018年農(nóng)民習(xí)慣施肥管理氮肥(以純氮計(jì))施用量及施用時(shí)間

表2 2018年氨基酸水溶肥(以純氮計(jì))施用量及施用時(shí)間

1.5 水稻葉片葉綠素含量(SPAD)觀測(cè)方法

采用SPAD-502葉綠素測(cè)定儀測(cè)定葉片葉綠素含量。每片測(cè)定上、中、下部3點(diǎn)，取平均值為該穴的SPAD值。每個(gè)小區(qū)每次測(cè)定20個(gè)葉片，取平均值為該小區(qū)的SPAD值。

1.6 水稻植株吸氮量觀測(cè)方法

稻季末各小區(qū)分別取3株有代表性的植株，分別測(cè)定地上植株(葉、莖鞘、穗)總吸氮量。植株樣品經(jīng)過(guò)濃H2SO4-H2O2消煮后，全氮采用半微量開(kāi)氏法測(cè)定。

1.7 水稻產(chǎn)量觀測(cè)方法

水稻收割前5 d左右，在各小區(qū)考察有效穗數(shù)、穗長(zhǎng)、每穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)和千粒重，計(jì)算樣方產(chǎn)量和理論產(chǎn)量。收割時(shí)在各小區(qū)1m2計(jì)產(chǎn)，做好標(biāo)簽，曬干后測(cè)定重量。理論產(chǎn)量=有效穗數(shù)×每穗粒數(shù)×結(jié)實(shí)率×千粒重×10-2。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理水稻莖蘗、株高數(shù)據(jù)分析

分析不同處理下水稻植株的莖蘗、株高數(shù)據(jù)，能夠看出(圖1)，CF處理與CWSF處理水稻植株的株高指標(biāo)變化規(guī)律基本一致：進(jìn)入水稻分蘗期后株高會(huì)迅速增加，至抽穗開(kāi)花期株高基本不再變化。以水稻移栽23 d時(shí)株高數(shù)據(jù)為例：CF處理株高為49.7 cm，CWSF244處理株高為214 cm，CWSF214處理株高為43.4 cm，CWSF184處理株高為42.9 cm，CWSF各處理相較于CF處理株高分別降低了12.68%、13.25%和13.68%，原因?yàn)樵摃r(shí)期的CWSF處理施氮量低于CF處理，導(dǎo)致株高受到一定的抑制。CF處理與CWSF各處理的水稻莖蘗變化趨勢(shì)基本一致，同時(shí)在移栽后40 d與55 d達(dá)到2次峰值。在整個(gè)水稻生育期內(nèi)，CWSF處理與CF處理的株高、莖蘗數(shù)據(jù)變化規(guī)律基本一致且相差幅度較小，說(shuō)明氨基酸水溶肥能在較低的施氮量下，達(dá)到使用較高量氮肥(尿素)的效果。

圖1 不同施肥處理水稻植株高度以及莖蘗變化

2.2 不同處理水稻干物質(zhì)累積變化分析

分析不同處理下水稻干物質(zhì)累計(jì)變化數(shù)據(jù)，能夠看出，CF處理與CWSF處理不同生育時(shí)期干物質(zhì)增長(zhǎng)速度為：中期>后期>前期(圖2)。原因?yàn)椋核局仓暝谏衅?即拔節(jié)孕穗期)水稻分蘗與拔節(jié)生長(zhǎng)迅速，使得干物質(zhì)增長(zhǎng)幅度較大。CF處理與CWSF244處理、CWSF214處理、CWSF184處理之間無(wú)明顯差異。以拔節(jié)孕穗期(8月12日)數(shù)據(jù)為例：CF處理干物質(zhì)量為12.57 t·hm-2，CWSF244處理干物質(zhì)量為11.47 t·hm-2、10.36 t·hm-2、9.39 t·hm-2，CF處理干物質(zhì)量大于CWSF處理及CWSF3個(gè)處理之間數(shù)據(jù)存在大小差異的原因分析為：CF處理施氮量大于CWSF；而CWSF244、CWSF214、CWSF1843個(gè)處理間施氮量依次減少。整個(gè)水稻生育期內(nèi)，CWSF處理的干物質(zhì)量由拔節(jié)孕穗前期小于CF處理，再到拔節(jié)孕穗后期至乳熟期CWSF處理干物質(zhì)量大于CF處理，表明氨基酸水溶肥的多次施用能夠避免氮肥過(guò)多的消耗在水稻生育前期，而在水稻生育后期對(duì)植株進(jìn)行一定的干物質(zhì)積累補(bǔ)償，促進(jìn)光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至水稻穗部。

圖2 不同施肥處理水稻干物質(zhì)積累變化

2.3 不同處理全生育期水稻葉片SPAD數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)不同處理的全生育期水稻葉片SPAD觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析(圖3)，可以看出，CWSF處理與CF處理水稻葉片SPAD值在整個(gè)生育期內(nèi)變化趨勢(shì)基本一致。CF處理的水稻葉片全生育期SPAD均值為44.0，而不同施氮水平下的3個(gè)處理CWSF244、CWSF214、CWSF184，其SPAD均值依次為43.7、43.3和43.1，相較于CF處理，有所下降但不顯著。自分蘗末期至拔節(jié)前期，由于施用氮肥，各處理SPAD值均上升，而CF處理施氮量大于CWSF處理，所以CF處理SPAD值上升幅度大于CWSF處理。在乳熟期，CWSF處理中CWSF244由于較高的施氮量，該處理水稻葉片SPAD值下降速度小于CF處理，減緩了水稻葉片的衰老，為后期光合產(chǎn)物的累積提供了一定的幫助。

圖3 不同施肥處理水稻葉片SPAD值變化

2.4 不同處理水稻植株吸氮量分析

分析不同施肥處理成熟期水稻植株地上部分總吸氮量與各器官吸氮量(表3)，能夠看出CF處理與CWSF處理之間差異不大：地上部分，相較于CF處理CWSF244、CWSF214以及CWSF184分別顯著增加了2.60%、5.10%以及10.53%；植株秸稈部分，CF處理吸氮量相較CWSF244、CWSF244、CWSF244分別顯著增加了16.93%、28.34%和37.19%；植株籽粒部分，CWSF244、CWSF214、CWSF184分別比CF處理增加了15.08%、12.02%和7.40%。

表3 不同施肥處理成熟期水稻植株吸氮量

2.5 不同處理水稻產(chǎn)量數(shù)據(jù)分析

不同處理的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素見(jiàn)表4。CF、CWSF244、CWSF214、CWSF184各處理的產(chǎn)量分別為：8 542.07 kg·hm-2、8 865.67 kg·hm-2、8 655.55 kg·hm-2、8 468.07 kg·hm-2。分析得出，CWSF244和CWSF214兩處理相較于CF處理，產(chǎn)量增長(zhǎng)了3.79%、1.33%，差異不夠顯著；CWSF184處理相較于CF處理產(chǎn)量降低了0.87%，差異不夠顯著。對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行分析能夠看出，CWSF處理3個(gè)不同施氮量(184 kg·hm-2、214 kg·hm-2、244 kg·hm-2)有效穗數(shù)較CF分別降低了9.55萬(wàn)穗·hm-2、5.92萬(wàn)穗·hm-2和4.34萬(wàn)穗·hm-2，結(jié)實(shí)率相較CF處理分別增加2.41%、2.68%和3.50%，千粒重分別增加0.25g、0.35g、0.39g，穗粒數(shù)分別降低5.00?！に?1、4.04?！に?1和3.72粒·穗-1，降低幅度為4.14%、3.34%和3.08%。分析不同處理產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的差異可以發(fā)現(xiàn)，施用氨基酸水溶肥的稻田，其水稻結(jié)實(shí)率與千粒重優(yōu)于農(nóng)民習(xí)慣施肥，提高幅度分別為2.70%～3.92%和0.98%～1.53%，在施用較少肥量時(shí)，CWSF244、CWSF214較CF處理實(shí)現(xiàn)了一定程度的增產(chǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，合理施用氨基酸水溶肥可以在減少氮肥投入的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)水稻增產(chǎn)。

表4 不同施肥處理水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

3 結(jié) 論

1)稻田合理施用氨基酸水溶肥，能夠在減少氮肥投入的前提下，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。

2)稻田合理施用氨基酸水溶肥，能夠保證水稻生長(zhǎng)指標(biāo)正常增長(zhǎng)。

3)稻田多次施用氨基酸水溶肥，能夠避免氮肥過(guò)多的消耗在水稻生育前期，而在水稻生育后期對(duì)植株進(jìn)行一定的干物質(zhì)積累補(bǔ)償，促進(jìn)光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至水稻穗部。