湖北省油-稻轮作下作物施肥效果和养分吸收规律及土壤养分变化特征研究

摘要

油-稻轮作是湖北省主要耕作制度之一。近年来,由于优质品种选育、改良、推广应用使得油菜和水稻产量不断提高,原有的施肥体系已经不能满足当前生产发展水平的需求,因此探讨当前生产力发展水平下作物高效施肥技术模式对于促进油菜和水稻持续增产、维持地力和改良土壤具有重要意义。本文以油菜.水稻轮作为研究对象,通过田间试验系统地研究了氮、磷、钾、硼、锌肥对于油菜和水稻产量和经济效益的影响及施氮对于作物养分积累分配、土壤肥力状况、农田养分平衡的影响,在此基础上对油菜和水稻的养分吸收规律及轮作中土壤养分变化特征进行了研究；通过田间和盆栽试验相结合的方式研究了氮、磷、锌及其配合施用对水稻产量和品质的影响,以此为基础探讨了水稻产量效应产生的生理机制。主要得出以下结果:
　　 1.试验区氮、磷、钾、硼、锌肥的产量效应
　　 本试验条件下,油菜季施用氮、磷、钾、硼肥显著的增加了油菜产量,施N90～360 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O120 kg/hm2、硼砂15 kg/hm2油菜籽分别增产875～2051 kg/hm2、788～1288 kg/hm2、250～612 kg/hm2、475～650 kg/hm2,而施用锌肥却降低了油菜籽产量,施ZnSO4·7H2O30 kg/hm2,油菜籽减产51～347kg/hm2；水稻季施用氮、磷、钾、锌肥明显增加了水稻产量,施N90～360 kg/hm2、P2O545kg/hm2、K2O60 kg/hm2、ZnSO4·7H2O45～90 kg/hm2、水稻分别增产1000～2251kg/hm2、1376 kg/hm2、1626 kg/hm2、376～1376 kg/hm2。
　　 2.油菜和水稻单位产量养分需求量
　　 本试验条件下,油-稻轮作中,油菜以每公顷施N180 kg、P2O590kg、K2O120 kg、硼砂15 kg,水稻以每公顷施N180 kg、P2O545 kg、K2O60 kg、ZnSO4·7H2O45 kg产量最高,与农民习惯施肥相比,油菜和水稻每公顷分别平均增产413kg、1125kg。此时每生产100 kg油菜籽粒,养分需求量平均为:N4.73 kg、P2O52.29kg、K2O12.68kg、CaO4.82 kg、MgO0.87 kg、Fe35.55 g、Mn7.78 g、Cu2.87 g、Zn6.86 g；每生产100kg稻谷,养分需求量平均为:N1.17kg、P2O50.77 kg、K2O3.85kg、CaO0.42kg、MgO0.41 kg、Fe19.48 g、Mn68.57 g、Cu4.24 g、Zn9.27 g。
　　 3.油-稻轮作不同施氮量条件下油菜和水稻干物质及养分积累动态变化
　　 本研究结果表明,施氮处理的油菜氮、磷、钾含量在越冬期和蕾薹期呈波动上升趋势,蕾薹期以后其含量急剧下降至角果成熟期达到最小值。水稻氮、磷、钾含量在整个生育期内呈波动降低趋势。植株干物质及养分积累量随生育期的进行总体呈增加趋势。苗期油菜干物质及养分积累比较平缓,抽薹后积累迅速上升,氮、钾、钙、镁、铁、锰积累量花期至成熟期有降低趋势,而干物质及磷、铜、锌积累量则继续保持上升趋势。油菜干物质及氮、磷、钾积累主要集中在薹花期,该时期干物质量、氮、磷、钾积累量分别占各积累总量的41.17％～46.01％、42.19％～77.18％、48.22％～74.39％、60.15％～87.32％；施氮处理水稻干物质及养分积累量在苗期至抽穗期呈上升趋势,灌浆结实期氮、钙、镁、铁积累量有降低趋势,而干物质量、磷、钾、铜、锌积累量则继续保持上升趋势。水稻干物质及氮、磷积累主要集中在拔节抽穗期,该时期干物质、氮、磷积累量分别占各总量的50.99％～61.75％、53.73％～61.73％、50.40％～69.29％,而水稻钾积累主要集中在苗期和分蘖期,该时期钾积累量占总量的43.51％～55.51％。施氮处理的植株干物质及养分积累量在整个生育期内均显著高于不施氮处理。
　　 4.油-稻轮作下作物成熟后养分的分配状况
　　 油菜氮41％～76％,磷59.87％～73.05,水稻氮67.93％～76.07％、磷78.00％～93.31％主要分配在籽粒中,油菜钾49.49％～53.99％,水稻钾80.13％～84.47％主要分配在茎秆中,此外油菜镁、锰、锌及水稻铜积累量主要分配在籽粒中,油菜铁及水稻钙、镁、铁、锰、锌积累量主要分配在茎秆中,而油菜钙、铜积累量则主要分配在荚壳中。施氮增加了油菜和水稻各部分养分含量和积累量,对植物体内养分分配产生了一定影响。
　　 5.油-稻轮作下土壤养分变化特征及土壤养分平衡状况
　　 在油-稻轮作期中,无论施氮与否,土壤养分含量均表现为一个波动变化的过程,油菜季结束后,与基础土样相比,各处理土壤全氮、碱解氮含量分别增加16.96％～34.74％、17.53％～47.63％,速效钾含量降低17.57％～33.97％,此外土壤有效钙,有效镁,有效锌含量有所增加,而有效锰、有效铜含量有所降低。与不施氮相比,施氮增加了土壤全氮含量12.79％、碱解氮含量68.35％,降低速效钾含量7.57％,此外施氮还增加了土壤有效铁、有效锰含量,降低了有效铜、有效锌含量。水稻季结束后,与基础土样相比,施氮处理土壤全氮、碱解氮含量分别增加7.86％～17.54％、4.81％～16.84％,速效钾含量降低12.30％～24.60％,此外各处理有效铜、有效铁、有效锌含量有所增加,而有效锰有所降低。施氮增加了土壤碱解氮、全氮、有效铁、有效铜含量,但却降低了土壤速效钾、有效锰、有效锌含量。从整个油-稻轮作土壤养分平衡状况看,施氮处理农田土壤氮盈余,其盈余量随着施氮量增加而增加,施氮0～180 kg/hm2土壤磷素盈余,施氮270～360kg/hm2土壤磷素出现亏缺,所有处理土壤钾素亏缺,其亏缺量随着施氮量增加而增加。总体而言,适量增施氮肥可使土壤氮素盈余,磷素基本平衡,但钾素亏缺。
　　 6.田间试验下,氮磷锌配合施用对油-稻轮作下水稻产量和品质的影响
　　 本研究结果表明,氮、磷、锌任意两者或三者配合施用均增加了水稻产量,稻米中蛋白质和直链淀粉含量。在肥料3因素中,氮磷锌对于水稻产量、稻米中蛋白质和直链淀粉含量影响大小为:氮素>锌素>磷素。适量施用氮、磷肥及增施锌肥提高了水稻产量,改善了稻米品质,本试验地力条件下,每公顷施N180～270 kg,P2O560 kg,ZnSO4.7H2O120 kg,可以明显提高水稻产量及稻米中蛋白质和直链淀粉含量。
　　 7.盆栽试验下,氮磷锌配施对油-稻轮作下水稻生理生化指标的影响
　　 本研究结果表明,水稻根系活力(R2=0.7683**)、叶片硝酸还原酶活性(R2=0.8178**)、叶绿素含量(R2=0.7658**)、碳酸酐酶活性(R2=0.8685**)与水稻产量呈极显著正相关关系,而叶片SOD活性(R2=0.6935*)与水稻产量呈显著负相关关系。氮、锌、锌合理配施不仅提高了水稻CA活性、根系活力,而且从某种程度上促进了水稻早熟,使水稻形成较高的产量。