基于纳米碳添加的减量施肥模式对寒地水稻产量及氮肥效率的影响

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb20190700418

中国农学通报 ›› 2020, Vol. 36 ›› Issue (1): 6-13.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb20190700418

所属专题：水稻

基于纳米碳添加的减量施肥模式对寒地水稻产量及氮肥效率的影响

怀宝东¹, 隋文志¹(), 田艳洪¹, 徐飞¹, 李佩然¹, 隋新¹, 闫凤超¹, 李佩珊²

¹ 黑龙江省农垦科学院,哈尔滨 150038;
² 东北农业大学,哈尔滨 150038

收稿日期:2019-07-12 修回日期:2019-08-30 出版日期:2020-01-05 发布日期:2020-01-07
通讯作者: 隋文志
作者简介:怀宝东,男,1983年出生,辽宁凌源人,副研究员,硕士研究生,研究方向：植物营养与肥料研究。通信地址：154007 黑龙江省佳木斯市前进区安庆街798号黑龙江省农垦科学院农畜产品综合利用研究所,Tel：0454-8359260,E-mail：huaibaodong2010@163.com。
基金资助:
国家科技支撑计划课题“东北平原北部水稻丰产节水节肥技术研究与示范”(2013BAD07B01-06);国家水体污染控制与治理科技重大专项课题“松花江水生态完整性评价与生态恢复关键技术及示范”(2015ZX07201-008);黑龙江农垦总局科技支撑计划“黑龙江垦区农业清洁生产技术研究与示范”(HNK135-02-09)

Nanocarbon-based Fertilization Reduction Mode: The Effect on Rice Yield and Efficiency of Nitrogen Fertilizer in Cold Region

Huai Baodong¹, Sui Wenzhi¹(), Tian Yanhong¹, Xu Fei¹, Li Peiran¹, Sui Xin¹, Yan Fengchao¹, Li Peishan²

¹ Heilongjiang Academy of Land Reclamation Sciences, Harbin 150038;
² Northeast Agricultural University of Life Science, Harbin 150038

Received:2019-07-12 Revised:2019-08-30 Online:2020-01-05 Published:2020-01-07
Contact: Sui Wenzhi

摘要/Abstract

摘要：

为解决减量施肥造成北方寒地水稻肥料供给不足和产量低的问题,以纳米碳增效剂为材料,采用仪器快速检测和植株常规测定分析方法,研究纳米碳添加的常规施肥和减量施肥模式对水稻产量性状和肥料利用效率的影响。结果表明：与常规施肥(CK)相比,纳米碳添加的常规施肥模式(SM-A)、减施氮肥10%(SM-B)和减施氮肥20%(SM-C)对水稻植株形态特征、光合生理特性、产量性状和肥料利用效率产生显著的影响,其中以SM-B增幅最大,SM-A次之,SM-C最小;SM-A、SM-B和SM-C增加经济效益分别为563.56、1374.20和-1391.08元/hm ²,以SM-B增效值最高。本研究表明,SM-B能改善生育期光合生理特性,提高植株产量和肥料利用效率,是寒地水稻较为理想的减量施肥安全利用模式。

关键词: 寒地水稻, 纳米碳, 减量施肥模式, 水稻产量, 氮肥利用效率

Abstract:

To solve the problems of fertilizer supply shortage and low yield of rice in northern cold region caused by reduced fertilizer supply, we selected nanocrystalline carbon synergist as material, used rapid instrument detection and plant routine determination methods, to study the effects of nano-carbon added conventional fertilization mode and reduced fertilizer supply mode on yield characteristics of rice and fertilizer use efficiency. The results showed that compared with conventional fertilization mode (CK), the nano-carbon added conventional fertilization mode (SM-A), nitrogen fertilizer application of 10% reducing mode (SM-B) and nitrogen fertilizer application of 20% reducing mode (SM-C) had significant influence on rice plant morphological characteristics, photosynthetic physiological characteristics, yield characteristics and fertilizer use efficiency. Among them, SM-B had the greatest increase effect, followed by SM-A and the then SM-C. And for the aspect of economy benefit, the increased value of SM-A, SM-B and SM-C was 563.56, 1374.20 and -1391.08 yuan/hm ², respectively, SM-B got the largest economic benefit increase. This study indicates that SM-B can improve the photosynthetic physiological characteristics of rice during growth period, increase plant production and fertilizer use efficiency, it is an ideal and safe mode for reducing fertilization of rice in cold region.

Key words: rice in cold region, nanocrystalline carbon, fertilization reduction mode, rice yield, nitrogen fertilizer use efficiency

中图分类号:

S511

怀宝东, 隋文志, 田艳洪, 徐飞, 李佩然, 隋新, 闫凤超, 李佩珊. 基于纳米碳添加的减量施肥模式对寒地水稻产量及氮肥效率的影响[J]. 中国农学通报, 2020, 36(1): 6-13.

Huai Baodong, Sui Wenzhi, Tian Yanhong, Xu Fei, Li Peiran, Sui Xin, Yan Fengchao, Li Peishan. Nanocarbon-based Fertilization Reduction Mode: The Effect on Rice Yield and Efficiency of Nitrogen Fertilizer in Cold Region[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(1): 6-13.

图/表 9

参考文献 28

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年份	处理	氮素积累吸收量			磷素积累吸收量
年份	处理	孕穗期	抽穗期	成熟期	孕穗期	抽穗期	成熟期
2015	CK	51.02±0.67b	64.18±0.88b	136.09±1.00b	8.78±0.32b	15.42±0.48b	35.54±0.68b
	SM-A	57.8±0.58a	70.38±0.67a	140.62±0.92a	10.03±0.29a	17.54±0.52a	37.26±0.74a
	SM-B	56.22±0.59a	70.42±0.75a	142.81±0.87a	9.63±0.35ab	17.08±0.43a	37.89±0.78a
	SM-C	48.41±0.87c	60.64±0.62c	131.41±0.95c	8.10±0.27c	13.88±0.47c	33.02±0.65c
2016	CK	50.28±0.72b	62.56±0.89b	135.27±1.02b	8.08±0.25b	15.03±0.41b	35.31±0.67b
	SM-A	55.64±0.83a	69.23±0.81a	140.25±0.98a	9.26±0.29a	17.26±0.50a	37.55±0.71a
	SM-B	56.37±0.69a	69.81±0.78a	141.27±0.88a	9.37±0.34a	17.58±0.46a	38.01±0.65a
	SM-C	47.01±0.76c	59.35±0.83c	132.09±0.95c	7.15±0.30c	14.05±0.47c	32.82±0.73c

年份	处理	氮素积累吸收量			磷素积累吸收量
年份	处理	孕穗期	抽穗期	成熟期	孕穗期	抽穗期	成熟期
2015	CK	51.02±0.67b	64.18±0.88b	136.09±1.00b	8.78±0.32b	15.42±0.48b	35.54±0.68b
	SM-A	57.8±0.58a	70.38±0.67a	140.62±0.92a	10.03±0.29a	17.54±0.52a	37.26±0.74a
	SM-B	56.22±0.59a	70.42±0.75a	142.81±0.87a	9.63±0.35ab	17.08±0.43a	37.89±0.78a
	SM-C	48.41±0.87c	60.64±0.62c	131.41±0.95c	8.10±0.27c	13.88±0.47c	33.02±0.65c
2016	CK	50.28±0.72b	62.56±0.89b	135.27±1.02b	8.08±0.25b	15.03±0.41b	35.31±0.67b
	SM-A	55.64±0.83a	69.23±0.81a	140.25±0.98a	9.26±0.29a	17.26±0.50a	37.55±0.71a
	SM-B	56.37±0.69a	69.81±0.78a	141.27±0.88a	9.37±0.34a	17.58±0.46a	38.01±0.65a
	SM-C	47.01±0.76c	59.35±0.83c	132.09±0.95c	7.15±0.30c	14.05±0.47c	32.82±0.73c

年份	处理	叶绿素含量/(mg/g)			叶面积指数/(m²/hm²)
年份	处理	孕穗期	抽穗期	成熟期	孕穗期	抽穗期	成熟期
2015	CK	4.31±0.09b	3.35±0.09b	2.52±0.06b	3.82±0.03a	4.44±0.05c	2.08±0.04b
	SM-A	4.53±0.07a	3.54±0.11a	2.63±0.08b	3.88±0.04a	4.57±0.06b	2.15±0.03b
	SM-B	4.61±0.07a	3.66±0.10a	2.82±0.06a	3.86±0.03a	4.77±0.04a	2.64±0.04a
	SM-C	4.04±0.08c	2.96±0.08c	2.28±0.09c	3.70±0.03b	4.18±0.03d	1.91±0.05c
2016	CK	4.21±0.11b	3.49±0.09b	2.39±0.10b	3.69±0.05a	4.57±0.07b	2.02±0.05b
	SM-A	4.66±0.13a	3.76±0.12a	2.69±0.07a	3.74±0.04a	4.63±0.06ab	2.07±0.07b
	SM-B	4.78±0.09a	3.81±0.08a	2.73±0.12a	3.75±0.07a	4.81±0.05a	2.45±0.04a
	SM-C	3.77±0.10c	3.05±0.13c	2.04±0.09c	3.51±0.03b	4.05±0.08c	1.81±0.06c

年份	处理	叶绿素含量/(mg/g)			叶面积指数/(m²/hm²)
年份	处理	孕穗期	抽穗期	成熟期	孕穗期	抽穗期	成熟期
2015	CK	4.31±0.09b	3.35±0.09b	2.52±0.06b	3.82±0.03a	4.44±0.05c	2.08±0.04b
	SM-A	4.53±0.07a	3.54±0.11a	2.63±0.08b	3.88±0.04a	4.57±0.06b	2.15±0.03b
	SM-B	4.61±0.07a	3.66±0.10a	2.82±0.06a	3.86±0.03a	4.77±0.04a	2.64±0.04a
	SM-C	4.04±0.08c	2.96±0.08c	2.28±0.09c	3.70±0.03b	4.18±0.03d	1.91±0.05c
2016	CK	4.21±0.11b	3.49±0.09b	2.39±0.10b	3.69±0.05a	4.57±0.07b	2.02±0.05b
	SM-A	4.66±0.13a	3.76±0.12a	2.69±0.07a	3.74±0.04a	4.63±0.06ab	2.07±0.07b
	SM-B	4.78±0.09a	3.81±0.08a	2.73±0.12a	3.75±0.07a	4.81±0.05a	2.45±0.04a
	SM-C	3.77±0.10c	3.05±0.13c	2.04±0.09c	3.51±0.03b	4.05±0.08c	1.81±0.06c

年份	处理	净光合速率/[μmol/(m²·s)]	气孔导度/[μmol/(m²·s)]	胞间二氧化碳浓度/(μmol/mol)	蒸腾速率/[μmol/(m²·s)]
2015	CK	13.84±0.76bc	0.28±0.06b	253.33±8.74b	3.66±0.09ab
	SM-A	15.33±0.62a	0.37±0.04ab	248.45±8.36b	3.77±0.09ab
	SM-B	15.78±0.64a	0.42±0.04a	245.67±9.29b	3.83±0.19a
	SM-C	12.97±0.51c	0.21±0.03c	257.78±6.51a	3.53±0.17b
2016	CK	14.04±0.56b	0.32±0.03b	246.25±5.57b	3.60±0.08b
	SM-A	15.55±0.61a	0.45±0.05a	243.81±4.89b	3.88±0.11a
	SM-B	15.80±0.72a	0.48±0.04a	239.16±7.21b	3.95±0.14a
	SM-C	13.05±0.62c	0.22±0.06c	258.14±6.34a	3.34±0.09c

基于纳米碳添加的减量施肥模式对寒地水稻产量及氮肥效率的影响

Nanocarbon-based Fertilization Reduction Mode: The Effect on Rice Yield and Efficiency of Nitrogen Fertilizer in Cold Region

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年份	处理	每平方米穗数	穗粒数	结实率/%	千粒重/g	产量/(kg/hm²)
2015	CK	548.6±8.3b	117.4±4.3b	82.0±0.5b	26.5±0.5ab	8511.3±87.0c
	SM-A	566.4±10.4b	120.2±3.8ab	83.3±0.4ab	26.6±0.3ab	8789.7±49.7b
	SM-B	585.7±9.9a	127.6±4.8a	83.9±0.4a	26.9±0.2a	9116.0±83.1a
	SM-C	523.7±10.9c	111.9±3.7c	81.4±0.5c	26.2±0.2b	8090.3±65.7d
2016	CK	551.3±8.5b	112.3±5.4b	82.1±0.5b	26.4±0.1ab	8659.7±56.8b
	SM-A	580.4±9.3ab	124.5±6.7a	82.6±0.4b	26.7±0.3a	9046.7±95.4a
	SM-B	592.7±8.9a	126.9±4.5a	83.8±0.6a	26.8±0.2a	9189.5±88.3a
	SM-C	526.3±10.4c	105.3±5.9c	81.1±0.4c	26.4±0.2b	8131.5±77.5c

年份	处理	氮肥农学利用效率(kg/kg)	氮肥回收利用效率/%	氮肥偏生产力(kg/kg)	氮素收获指数/%
2015	CK	19.75±0.81b	58.03±1.53b	58.30±0.75b	57.92±0.55a
	SM-A	21.66±0.65b	59.35±2.11b	60.21±1.12ab	58.01±0.69a
	SM-B	23.89±0.49a	65.52±1.25a	62.44±0.87a	58.16±0.73a
	SM-C	16.87±0.57c	50.21±1.76c	55.41±0.95c	57.85±0.49a
2016	CK	19.28±0.89b	57.26±1.78b	59.07±1.12b	57.95±0.82a
	SM-A	20.95±0.95b	59.05±1.56b	60.85±1.37b	58.23±0.75a
	SM-B	23.67±0.78a	66.31±2.03a	63.24±0.05a	58.42±0.89a
	SM-C	16.55±0.85c	50.88±1.49c	55.77±1.42c	57.70±0.96a

	氮肥农学利用效率	氮肥回收利用效率	氮肥偏生产力	氮素收获指数
每平方米穗数	0.945^**	0.841^**	0.873^**	0.807^**
穗粒数	0.946^**	0.855^**	0.921^**	0.896^**
结实率	0.743^*	0.843^**	0.831^**	0.805^**
千粒重	0.546	0.541	0.535	0.545
产量	0.919^**	0.891^**	0.904^**	0.917^**

年份	处理	单位产值	增加产值	纳米碳成本	肥料成本	人工成本	增加效益
2015	CK	23831.64	0	0.00	1495.00	0.00	—
	SM-A	24611.16	779.52	-328.00	1495.00	-40.00	411.52
	SM-B	25524.80	1693.16	-294.00	1375.10	-40.00	1479.06
	SM-C	22652.84	-1178.8	-262.00	1255.20	-40.00	-1241.00
2016	CK	24247.16	0	0.00	1495.00	0.00	—
	SM-A	25330.76	1083.60	-328.00	1495.00	-40.00	715.60
	SM-B	25730.60	1483.44	-294.00	1375.10	-40.00	1269.34
	SM-C	22768.20	-1478.96	-262.00	1255.20	-40.00	-1541.16

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