海藻提取物对水稻产量及养分利用的影响

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　　摘要：为明确海藻提取物对稻田化肥减施增效的效果，2018年在江苏省盐城市进行水稻田间试验，研究海藻提取物对水稻产量及养分利用的影响。结果表明，海藻提取物可显著提升水稻产量并提高肥料利用效率。与常规施肥养分相当的海藻掺混肥处理和减少20%养分的海藻掺混肥处理，相对于施用常规掺混肥分别增产36.29%和31.08%。与常规施肥相比，产量构成因素（有效穗数、每穗粒数、结实率）都有显著提升，氮磷养分在糙米中的分配率显著提升，而钾在稻草中的分配率显著增加。减少20%养分的海藻掺混肥处理养分利用效果最优，相对于施用常规掺混肥处理氮肥偏生产力增加了61.87%，磷、钾的肥料偏生产力增加了63.85%。海藻提取物对稻田化肥减施增效效果显著。
　　关键词：水稻;海藻提取物;产量;养分分配;养分利用
　　中图分类号：S511.06;S147.2;TQ449+.4
　　文献标志码：A
　　文章编号：1002-1302（2020）16-0100-04
　　水稻是世界三大粮食作物之一，是我国重要的粮食作物，也是我国人民最为喜爱的主食之一，在我国粮食作物中具有举足轻重的地位，但近年来栽植面积有逐年下降的趋势，如何高效优质可持续地发展水稻产业备受关注[1]。近30年来，我国主要粮食总产量增加了85%，化肥施用量也不断增加[2]，化肥的过量施用不仅会增加生产成本，还可能导致土壤养分失衡，破坏土壤结构并引发一系列环境问题，严重制约农业的可持续发展[3-5]。已有研究表明，合理施肥在实现水稻增产的前提下，可减施氮肥20%以上，氮肥偏生产力、农学利用率和氮肥回收利用率分别增加36.2%、75.0%、13.6%[6-7]。有学者在稻田施用生物炭掺混肥，发现其可以抑制水稻籽粒对镉砷的积累，显著提高水稻产量[8]。可见，生物炭掺混肥在控制农田生态环境污染和化学肥料的减施增效方面具有重要价值。因此，肥料上掺混具有增产效果的添加物质可以最大限度地为植物提供养料，提高肥料的有效利用率，可实现化肥减施增效的效果。
　　海洋拥有地球上最丰富的资源，随着社会生产力的发展，能够获取的海洋资源越来越多。人类对海藻的开发应用由来已久，海藻的主要成分为碳水化合物和脂类化合物，同时含少量氨基酸、维生素、矿物质（钾、镁、钙、硼、锌、磷）和各种植物激素（赤霉素、生长素、细胞分裂素）等活性物质[9-13]。大型海藻被认为是生物活性物质的优良来源，具有广泛的抗菌性[14]和抗病毒性[15]。Iwasaki等研究酶解褐藻胶寡糖对莴苣生长的影响时发现，与空白相比，施用200～3 000 μg/mL二糖至八糖混合物后，莴苣根长显著增长1倍，将各聚合度寡糖分离，发现三糖、四糖、五糖、六糖对根系生长均具有促进作用[16]。将海藻提取物应用于农业生产具有重要的实际意义与潜在价值。目前已有30多个国家开展了海藻肥研究，国外海藻肥主要應用于旱地作物，如马铃薯、花生、玉米、小麦等，国内海藻肥则主要集中应用于园艺植物[17-18]，且应用于水稻上的研究相对较少。本试验通过研究海藻掺混肥与常规复合肥相比对水稻产量、养分累积与分配及肥料利用的影响，探明稻田施用海藻生物肥料是否具有减施增效效果，以期为稻田合理施肥及海藻生物肥料开发提供理论依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验区基本情况
　　试验地位于江苏省盐城市大丰区步凤镇（地处33°20′N，120°47′E）。该区域地势平坦，属亚热带季风气候，四季分明，降水充沛，年平均温度为 14.2 ℃，年均降水量为1 042 mm，无霜期为213 d，日照时间为2 239 h。供试土壤下层为海相沉积，上层为湖相沉积，质地为沙壤土，之前未进行过肥料试验，试验前土壤基本性质见表1。
　　1.2 试验设计与方法
　　试验共设3个处理，每个处理重复3次，每个试验区面积为3.33 hm2，具体试验设置如下：对照（CK）：常规施肥，1 hm2施用常规复合肥375 kg、尿素 675 kg，复合肥全部基施，尿素分3次追施。处理1（T1）：海藻肥，1 hm2施用海藻复合肥375 kg、海藻氮肥 1 125 kg，海藻复合肥全部基施，海藻氮肥分3次追施。处理2（T2）：海藻肥+肥料减施20%，1 hm2 施用海藻复合肥300 kg、海藻氮肥900 kg，海藻复合肥全部基施，海藻氮肥分3次追施。
　　本试验采用的常规复合肥N、P2O5、K2O含量均为15%;尿素含氮量为46%;海藻肥为五洲丰农业科技有限公司生产的优尔泰硫基复合肥，N、P2O5、K2O含量均为15%，海藻提取物含量为0.5%;海藻氮肥为五洲丰农业科技有限公司生产的海心花脲铵氮肥，氮含量为28%，海藻提取物含量为0.5%。
　　试验于2018年6—10月进行，供试水稻品种为低谷蛋白水稻W0868，基肥于插秧前撒施，插秧1周后开始追肥，每隔15 d追施1次，共追施3次。不同试验区以田埂相隔，四周设保护行，单独水肥管理，其他管理同常规田间管理。
　　1.3 测定指标与方法
　　水稻收获时每个试验区选择具有代表性的 1 m2 样方测产，并从中随机选取6株代表性植株调查植株性状，风干测定地上部干物质量后，分为稻谷和稻草，分别测定它们的质量，脱粒后将稻谷分为糙米和谷壳分别称质量，带回实验室烘干粉碎，采用元素分析仪测定氮含量[19];经硫酸-双氧水消解后，钼锑抗比色法测定磷含量[20];原子吸收法测定钾含量[21]。肥料偏生产力的计算公式为
　　1.4 数据统计与方法
　　用SPSS11对数据进行差异性分析，用Excel 2010处理数据及作图。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同施肥处理对水稻产量及构成因素的影响
　　从图1可以看出，常规施肥下水稻产量为 7 157.85 kg/hm2，施用海藻肥后水稻产量大幅提升，与常规施肥养分用量相当的T1处理水稻产量为9 755.25 kg/hm2，增产36.29%;减施20%养分后产量略有下降，T2处理水稻产量为 9 382.65 kg/hm2，较T1处理差异不显著，但仍显著高于常规施肥处理，较常规处理增产31.08%。 　　对不同处理下水稻产量构成因素进行调查分析，由表2可知，不同施肥处理下水稻有效穗数差异显著，T1处理有效穗数较对照显著提升了9.97%，T2处理有效穗数进一步增加至476.06万株/hm2，且显著高于其他2个处理;CK处理下水稻穗粒数为133.48粒/穗，T1处理穗粒数显著增加至 153.09粒/穗，T2处理穗粒数稍有下降，但与T1处理相比差异不显著;3个处理下千粒质量介于 23.06～23.08 g之间，基本差异不大;T1处理结实率为82.59%，T2处理结实率为80.11%，与T1处理相比无显著差异。结果表明，施用海藻掺混肥对水稻分蘖有一定的促进作用，可显著提升有效穗数、穗粒数与结实率，但对千粒质量几乎没有影响;在此基础上适当减施肥料会促进水稻分蘖，但对穗粒数与结实率的影响不大。
　　2.2 不同施肥处理对水稻养分累积的影响
　　从表3可以看出，施用海藻肥对水稻的养分累积尤其是糙米中的养分累积有显著影响，CK处理下糙米氮、磷、钾养分累积量分别为80.24、20.23、52.68 kg/hm2，改施海藻肥后，T1处理氮、磷、钾养分累积量分别提升了37.75%、33.76%、25.78%，减施20%肥料后，养分累积量均有所下降，其中氮素、钾素下降未达显著水平，磷累积量虽较T1处理显著下降，但仍显著高于CK处理;施用海藻肥对谷壳中氮、磷的养分累积量较CK处理分别提升了2.38、0.24 kg/hm2，而对钾素的累积量影响较弱，减施20%肥料后，谷壳中各养分累积量均有所下降，与CK处理已无显著差异;海藻肥对稻草中氮磷的累积量影响不显著，但显著提升了钾素的累积量，施用海藻肥的T1、T2处理与CK处理相比稻草钾累积量分别提升了69.92%、50.61%;不同处理对水稻各养分的总累积量与糙米的变化相类似。水稻植株养分的分配率上，氮素与磷素在水稻植株中的分布从大到小排序为糙米、稻草、谷壳，而钾素从大到小排序为稻草、糙米、谷壳，施用海藻肥后，更多的氮与磷分配于糙米中，稻草中氮、磷分配率均有所下降，尤其是T1处理中氮、磷均达显著水平，谷壳中的氮、磷含量变化不大;而海藻肥对水稻钾的分配与氮、磷有所不同，施用海藻肥后更多的钾素倾向于分配至稻草中，而糙米中钾的分配率显著下降，肥料减施20%处理下，养分在水稻植株中的分配率与T1处理相比差异不显著。
　　2.3 海藻提取物对水稻肥料偏生产力的影响
　　肥料偏生产力可对肥料利用效率进行验证与分析，肥料偏生产力越高，说明单位面积用量的肥料产生的价值越大，肥料利用效率提升[22]。研究结果（表4）表明，海藻肥处理均显著提升了水稻的肥料偏生产力，T1处理氮、磷、钾肥偏生产力较CK处理相比分别提升了34.63%、36.29%、36.29%，T2处理氮、磷、钾肥偏生产力较CK处理分别提升了61.83%、63.85%、63.85%。
　　3 结论与讨论
　　新型肥料技术研制是化肥减施增效的六大关键技术之一[23-24]。水稻施用添加5‰的海藻提取物肥料后，养分相等的情况下产量提升了36.29%，减施20%化肥后，水稻产量依然维持较高水平，故稻田施用海藻生物肥料具有显著的减施增效效果，海藻提取物可起到肥料增效剂的作用。海藻肥对产量的提升主要是由于显著提高了水稻的有效分蘖数，施用海藻提取物肥料即使在减施20%肥料的情况下有效穗数、穗粒数及结实率均有显著的提升，但施用海藻肥后千粒质量则没有显著变化。基于产量的大幅提升，施用海藻肥的2个处理糙米中养分的累积量均有显著提高;谷壳中氮和磷的累积量有所提升，而钾累积量没有显著提升;稻草中养分的变化规律与谷壳相反，施用海藻肥对氮和磷的累积量影响不大，但钾素累积量显著提升，尤其是分析养分在水稻体内的分配发现，海藻肥处理下氮、磷在糙米与谷壳中的养分分配率均有所提升，而在稻草中则有所下降，稻草更倾向于累积钾素，钾素可使植物茎秆粗壮，强度增大，机械性能提升，与抗倒伏能力息息相关[25]，故海藻肥促进钾素分配于径秆对提升水稻产量也具有重要的作用，但海藻肥为何会显著影响钾素在水稻体内的分配，具体机制须进一步研究。
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