肥水耦合對膜下滴灌水稻穗部性狀及產量的影響

李 猛，郭曉紅，周 健，陳立強，牛同旭，趙海成，張先創，李紅宇，那永光，鄭桂萍，呂艷東

(1.黑龍江八一農墾大學農學院/黑龍江省教育廳寒地作物種質改良與栽培重點實驗室，黑龍江 大慶 163319； 2.黑龍江省農墾科學院水稻研究所，黑龍江 佳木斯 154007)

水稻是我國種植面積和產量最大的糧食作物，也是耗水量最多的作物之一[1-4]，其耗水量占我國總用水量的54%左右，占農業總用水量的65%以上[5, 6]，水稻的高產和穩產對于維系國家安全和穩定至關重要[7]。隨著人口的增長、城鎮和工業的發展、全球氣候的變化以及環境污染的加重，用于作物灌溉的水資源愈來愈匱乏，嚴重威脅作物特別是水稻生產的發展[8,9]。雖然旱作水稻得到一定的發展，但總體來說產量偏低，且穩定性差，導致旱作栽培模式的推廣具有一定風險性，并且推廣難度較大[10,11]。水稻膜下滴灌可實現機械化精量播種，栽培方式不同于覆膜旱作[12]，灌溉方式也不同于間歇灌溉[13]、濕潤灌溉[14]，通過滴灌技術少量多次將水分輸送到水稻根部，使土壤含水量在田間持水量90%左右，將肥料溶于水中通過水肥一體化技術滴灌于作物根部，并使施肥在數量、時間上與作物的需求量同步，提高肥料和水分的利用率[15]。

水和肥料是水稻生長的2個重要限制因素，這2個因素的交互作用共同影響水稻產量。水和肥料的適時適量可以明顯促進作物增產，同時提高作物的水和肥料的利用效率，而不適宜的水和肥料不僅會使作物減產[16]，更會造成環境污染與惡化[17]。目前，國內外針對水肥耦合對不同作物產量的影響已有大量研究[18-21]，而對于水稻灌水施肥技術的研究，主要是針對傳統育秧移栽種植[22-31]，于水稻膜下滴灌旱作水肥耦合機理與模型的研究報道甚少[32]。因此，本試驗在目前推廣的水稻膜下滴灌旱作種植方式基礎上，進一步在寒地研究其肥水管理技術，旨在將傳統水肥管理革新為膜下滴灌水肥一體化技術；同時，提出高產高效水肥優化組合方案，為寒地水稻膜下滴灌旱作高效栽培技術提供科學依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

龍粳31號和空育131，兩品種的主莖葉片數均為11。

1.2 試驗設計

試驗于2014年在黑龍江八一農墾大學農學院試驗基地進行。5月25日浸種。5月27日整地、施底肥。5月28日區劃。5月29日人工播種。膜寬90 cm，膜上種四行；小區內行距15 cm-30 cm-15 cm，穴距13 cm，小區間橫向間距40 cm。旱直播芽谷，單穴點播5～7粒，超過7株間苗；每處理24行，每行6 m；隨機排列，3次重復。6月3日出苗，6月14日施分蘗肥，7月28日施穗肥。

S1F1：三葉一心后，當田面以下15 cm體積含水量降至飽和含水量的60%時；然后滴灌至飽和，再降至飽和含水量的60%，如此反復直至收獲，使用MPM-160B型水分儀測定土壤水分，測定深度為田面下15 cm，五點測定(測定方法下同)；分蘗肥與穗肥用量為對照的80%。S1F2：三葉一心后，當田面以下15 cm體積含水量降至飽和含水量的60%時；然后滴灌至飽和，再降至飽和含水量的60%，如此反復直至收獲；分蘗肥與穗肥用量與對照一致。S2F1：三葉一心后，當田面以下15 cm體積含水量降至飽和含水量的80%時；然后滴灌至飽和，再降至飽和含水量的80%，如此反復直至收獲；分蘗肥與穗肥用量為對照的80%。S2F2：三葉一心后，當田面以下15 cm體積含水量降至飽和含水量的80%時；然后滴灌至飽和，再降至飽和含水量的80%，如此反復直至收獲；分蘗肥與穗肥用量與對照一致。對照(CK)：常規育苗，三葉一心后插秧，插秧的株行距配置為30 cm×13 cm，本田管理同常規。各處理及對照的基肥均相同：尿素(46%純N)144 kg/hm2;磷酸二銨(64%P2O5)160 kg/hm2；硫酸鉀(50%K2O)125 kg/hm2。各處理肥水管理方式見表1。生育期間人工除草。9月末收獲。

供試土壤為草甸土，土壤的基礎條件見表2。

1.3 測試內容與方法

考種：水稻成熟時每個品種的處理和對照選取有代表性的植株2穴，帶回室內考察農藝性狀和產量性狀，測定項目主要有每株穗數、穗長、單穗重、一次枝梗數、二次枝梗數、實粒數、空秕粒數，并稱取粒重，計算結實率、千粒重。

1.4 數據分析

利用EXCEL和DPS統計軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 膜下滴灌旱種下肥水對水稻穗部性狀的影響

2.1.1 膜下滴灌旱種下肥水對水稻穗長、單穗重的影響

膜下滴灌旱種下水分與肥料對兩品種穗長影響的F測驗結果說明：水分間的差異顯著，肥料間、肥料×水分間的差異不顯著。水分間的比較：兩品種的兩個水分處理均以S2的穗長較長，且2個水分處理間的差異均達顯著水平(見圖1)。肥料間的比較：空育131的兩種肥料處理以F1處理的穗長較大，F2處理的穗長較小，但兩者差異未達顯著水平；龍粳31號的兩種肥料處理以F2處理的穗長較大，F1處理的穗長較小，但兩者差異未達顯著水平(見圖2)。上述結果說明，兩品種的穗長以體積含水量降至飽和含水量的80%為控水下限的水分管理相對較大；兩種肥料處理對兩品種穗長的影響不顯著。

表1 各處理肥水管理方式Tab.1 Fertilizer and water management of different treatment

表2 試驗土壤養分含量狀況Tab.2 The condition of soil nutrient content on test

圖2 不同肥料處理對兩品種穗長的影響Fig.2 Effects of different fertilizer treatments on panicle length of two varieties

膜下滴灌旱種下兩品種的穗長水分與肥料間不存在互作效應，說明各處理組合的效應只是各單因素效應的簡單相加。空育131以S2F1處理的穗長最大，以S1F2處理的穗長最小，且兩處理間的差異達顯著水平；龍粳31號以S2F1處理的穗長最大，以S1F1處理的穗長最小，且兩處理間的差異達顯著水平。由表3可以看出膜下滴灌旱種下兩品種的穗長均以S2 的大于S1的，即以體積含水量降至飽和含水量的80%為控水下限的水分管理兩品種的穗長較大；同時可以看出膜下滴灌旱種下兩品種的穗長對水分的反應敏感于肥料。與對照相比，膜下滴灌旱種下兩品種的穗長均降低；其中空育131膜下滴灌旱種的各處理與對照間的差異均達極顯著水平，龍粳31號的S1F2和S1F1與對照間的差異均達極顯著水平，龍粳31號的S2F2與對照間的差異達顯著水平。

表3 不同處理穗長的新復極差測驗Tab.3 The multiple comparison of panicle length of different treatments

膜下滴灌旱種下水分與肥料對兩品種單穗重影響的F測驗結果說明：水分間、肥料×水分間的差異顯著，肥料間的差異不顯著。水分間的比較：兩品種的兩個水分處理均以S2的單穗重較大，其中空育131的兩個水分處理間的差異達極顯著水平，龍粳31號的兩個水分處理間的差異達顯著水平(見圖3)。肥料間的比較：空育131的兩種肥料處理以F1處理的單穗重較大，F2處理的較小，但兩者差異未達顯著水平；龍粳31號的兩種肥料處理以F2處理的單穗重較大，F1處理的較小，但兩者差異未達顯著水平(見圖4)。上述結果說明，兩品種的單穗重以體積含水量降至飽和含水量的80%為控水下限的水分管理相對較大；兩種肥料處理對兩品種單穗重的影響不顯著。

圖3 不同水分處理對兩品種單穗重的影響Fig.3 Effects of different water treatments on panicle weight of two varieties

圖4 不同肥料處理對兩品種單穗重的影響Fig.4 Effects of different fertilizer treatments on panicle weight of two varieties

膜下滴灌旱種下兩品種的單穗重水分與肥料間存在互作效應，說明各處理組合的效應不是各單因素效應的簡單相加，而是肥料效應隨水分而不同。空育131以S2F2處理的單穗重最大，以S1F2處理的單穗重最小，且兩處理間的差異達極顯著水平；龍粳31號以S2F1處理的單穗重最大，以S1F1處理的單穗重最小，且兩處理間的差異達極顯著水平。由表4可以看出膜下滴灌旱種下兩品種的單穗重均以S2 的大于S1的，即以體積含水量降至飽和含水量的80%為控水下限的水分管理兩品種的單穗重較大；同時可以看出膜下滴灌旱種下兩品種的單穗重對水分的反應敏感于肥料。與對照相比，膜下滴灌旱種下兩品種的單穗重均降低；且兩品種膜下滴灌旱種的各處理與對照間的差異均達極顯著水平。

表4 不同處理單穗重的新復極差測驗Tab.4 The multiple comparison of panicle weight of different treatments

2.1.2 膜下滴灌旱種下肥水對水稻枝梗數的影響

膜下滴灌旱種下水分與肥料對兩品種單穗重影響的F測驗結果說明：水分間、肥料間的差異不顯著，肥料×水分間的差異顯著。水分間的比較：兩品種的兩個水分處理均以S2的一次枝梗數較多，且兩個品種的兩個水分處理間的差異均未達顯著水平(見圖5)。肥料間的比較：空育131的兩種肥料處理以F1處理的一次枝梗數較多，F2處理的較少，但兩者差異未達顯著水平；龍粳31號的兩種肥料處理以F2處理的一次枝梗數較多，F1處理的較少，但兩者差異未達顯著水平(見圖6)。上述結果說明，兩種水分、肥料處理對兩品種一次枝梗數的影響不顯著。

圖5 不同水分處理對兩品種一次枝梗數的影響 Fig.5 Effects of different water treatments on primary rachis-branchesnumber of two varieties

圖6 不同肥料處理對兩品種一次枝梗數的影響Fig.6 Effects of different fertilizer treatments on primary rachis-branches number of two varieties

膜下滴灌旱種下兩品種的一次枝梗數水分與肥料間存在互作效應，說明各處理組合的效應不是各單因素效應的簡單相加，而是肥料效應隨水分而不同。空育131以S2F1處理的一次枝梗數最多，以S1F2處理的一次枝梗數最少，且各處理間的差異不顯著；龍粳31號以S1F2處理的一次枝梗數最多，以S1F1處理的一次枝梗數最少，且各處理間的差異不顯著。與對照相比，兩品種的一次枝梗數對膜下滴灌旱種的反應不同，其中空育131的一次枝梗數在膜下滴灌旱種的不同肥水處理下表現為減少，而龍粳31號的一次枝梗數在膜下滴灌旱種的不同肥水處理下表現為增加，但與對照相比差異均未達顯著水平(見表5)，說明一次枝梗數對膜下滴灌旱種的不同肥水處理的反應較為遲鈍，該性狀較為穩定。

表5 不同處理一次枝梗數的新復極差測驗Tab.5 The multiple comparison of primary rachis-branches number of different treatments

膜下滴灌旱種下水分與肥料對兩品種二次枝梗數影響的F測驗結果說明：空育131水分間的差異不顯著，肥料間、肥料×水分間的差異顯著；龍粳31號水分間、肥料間、肥料×水分間的差異均不顯著。水分間的比較：兩品種的兩個水分處理均以S2的二次枝梗數較多，且兩個品種的兩個水分處理間的差異均未達顯著水平(見圖7)。肥料間的比較：空育131的兩種肥料處理以F1處理的二次枝梗數較多，F1處理的較少，且兩者差異達顯著水平；龍粳31號的兩種肥料處理以F1處理的二次枝梗數較多，F2處理的較少，但兩者差異未達顯著水平(見圖8)。上述結果說明，兩種水分處理對兩品種二次枝梗數的影響不顯著，兩種肥料處理對空育131的二次枝梗數有顯著影響，以常規施肥量的二次枝梗數較多。

圖7 不同水分處理對兩品種二次枝梗數的影響Fig.7 Effects of different water treatments on second rachis-branches number of two varieties

圖8 不同肥料處理對兩品種二次枝梗數的影響Fig.8 Effects of different fertilizer treatments on second rachis-branches number of two varieties

膜下滴灌旱種下空育131的二次枝梗數水分與肥料間存在互作效應，說明各處理組合的效應不是各單因素效應的簡單相加，而是肥料效應隨水分而不同；空育131以S2F2處理的二次枝梗數最多，以S2F1處理的二次枝梗數最少，且兩處理間的差異達極顯著水平。膜下滴灌旱種下龍粳31號的二次枝梗數水分與肥料間不存在互作效應，說明各處理組合的效應只是各單因素效應的簡單相加；龍粳31號以S2F1處理的二次枝梗數最多，以S1F2處理的二次枝梗數最少，且各處理間的差異不顯著。與對照相比，膜下滴灌旱種下兩品種的二次枝梗數均減少；其中空育131的S2F2處理與對照間的差異不顯著，其他3個處理與對照間的差異達顯著或極顯著水平；膜下滴灌旱種下龍粳31號的各處理與對照間的差異均達極顯著水平(見表6)。

表6 不同處理二次枝梗數的新復極差測驗Tab.6 The multiple comparison of second rachis-branches number of different treatments

2.2 膜下滴灌旱種下肥水對水稻產量的影響

膜下滴灌旱種下水分與肥料對空育131經濟產量影響的F測驗結果說明：空育131的經濟產量水分間、肥料間的差異達顯著水平，肥料×水分間的差異不顯著。膜下滴灌旱種下水分與肥料對龍粳31號經濟產量影響的F測驗結果說明：龍粳31號的經濟產量水分間、肥料×水分間的差異達顯著水平，肥料間的差異不顯著。水分間的比較：兩品種的兩個水分處理均以S2的經濟產量較高，S1的較低，且兩處理間的差異達極顯著水平(見圖9)。肥料間的比較：空育131的兩種肥料處理以F2處理的經濟產量較高，F1處理的較低，且兩處理間的差異達極顯著水平；龍粳31號的兩種肥料處理以F1處理的經濟產量較高，F2處理的較低，但兩處理間的差異不顯著(見圖10)。上述結果說明，以體積含水量降至飽和含水量的80%為控水下限的水分管理能夠提高兩品種的經濟產量。分蘗肥與穗肥用量與對照一致處理能夠提高空育131的經濟產量。

圖9 不同水分處理對兩品種經濟產量的影響Fig. 9 Effects of different water treatments on economic yield of two varieties

圖10 不同肥料處理對兩品種經濟產量的影響Fig.10 Effects of different fertilizer treatments on economic yield of two varieties

從表7可以看出：膜下滴灌旱種下以體積含水量降至飽和含水量的80%為控水下限的水分管理其產量高于以體積含水量降至飽和含水量的60%為控水下限的水分管理，兩品種的表現為一致的；膜下滴灌旱種下以體積含水量降至飽和含水量的60%為控水下限的水分管理，同時分蘗肥與穗肥用量為對照80%的處理兩品種的經濟產量均為最低；與對照相比，膜下滴灌旱種各處理兩品種的產量均表現為降低，其中空育131的S2F2處理最適合膜下滴灌旱種，龍粳31號的S2F1處理最適合膜下滴灌旱種。

表7 不同處理經濟產量的新復極差測驗 kg/hm2

3 結 論

膜下滴灌旱種下兩品種的穗長、單穗重均以體積含水量降至飽和含水量的80%為控水下限的水分管理相對較大。膜下滴灌旱種下兩種肥料處理對兩品種穗長、單穗重的影響不顯著。膜下滴灌旱種下兩品種的穗長、單穗重對水分的反應敏感于肥料。膜下滴灌旱種下兩種水分、肥料處理對兩品種一次枝梗數的影響不顯著；一次枝梗數對膜下滴灌旱種的不同肥水處理的反應較為遲鈍，該性狀較為穩定。膜下滴灌旱種下兩種水分處理對兩品種二次枝梗數的影響不顯著；膜下滴灌旱種下兩種肥料處理對空育131的二次枝梗數有顯著影響，以常規施肥量的二次枝梗數較多。膜下滴灌旱種下以體積含水量降至飽和含水量的80%為控水下限的水分管理其產量高于以體積含水量降至飽和含水量的60%為控水下限的水分管理，兩品種的表現為一致的；膜下滴灌旱種下以體積含水量降至飽和含水量的60%為控水下限的水分管理，同時分蘗肥與穗肥用量為對照80%的處理兩品種的經濟產量均為最低。

作物的水分與肥料管理是農田管理中一個重要的理論問題，協調兩者關系達到最優化時，便可能實現低投入、高產出和高品質的目標[33]。作物在不同的生長條件下和不同的生育階段，施用不同的灌溉水量與肥量都會對產量形成很大的影響[34]。田軍倉等大量學者研究認為灌水量與施肥量的交互作用顯著，而且高水配以高肥對作物增產作用明顯[18, 20, 21, 35]。何進宇等[32]研究表明，水肥耦合尤其水氮交互作用對旱作水稻產量的影響達到了顯著水平；當施肥量和灌水量達到閾值后，如果繼續增加水肥施用量，則會造成旱作水稻產量下降和水肥資源浪費。本研究結果表明：膜下滴灌旱種下水肥互作對空育131產量的影響不顯著，這與前人的研究結果不一致；而膜下滴灌旱種下水肥互作對龍粳31號產量的影響差異達顯著水平，這與前人的研究結果是一致的。與對照相比，膜下滴灌旱種各處理兩品種的產量均表現為降低，其中空育131以體積含水量降至飽和含水量的80%為控水下限的水分管理，同時分蘗肥與穗肥用量同對照相同的處理(S2F2)最適合膜下滴灌旱種，龍粳31號以體積含水量降至飽和含水量的80%為控水下限的水分管理，同時分蘗肥與穗肥用量為對照的80%的處理(S2F1)最適合膜下滴灌旱種；說明在本試驗條件下，空育131以高水配以高肥產量最高，并沒有出現灌水量和施肥量的閾值反應，而龍粳31號確以高水配低肥的產量最高，出現了施肥量的閾值反映。

水稻膜下滴灌栽培和其他節水栽培方式較常規淹灌栽培增產的研究也有報道[36, 37]，本研究不同于上述結果。同時本研究結果表明：與對照相比，膜下滴灌旱種下兩品種的穗長減小、單穗重降低、二次枝梗數減少。與前人研究結果不盡相同，可能是試驗材料和管理措施的差異造成的。對于水稻膜下滴灌旱種的最佳肥水耦合效應尚需綜合考慮氣候、土壤條件、地下水位等諸多因素，在略微減產或增產的前提下，其綜合效益要遠遠高于傳統栽培。

合理的水分和養分管理是水稻高產、優質、高效的重要基礎。基于近幾年國內灌溉技術和水稻產業的長足發展，水肥一體化的理念開始接受并應用。然而，寒地水稻傳統的漫灌生產一時間很難全部改變，多年來應用的各種模式的旱作、旱種水管等生產也占有一定比例的面積，再加上近幾年膜下滴灌的逐年推廣應用，不同灌溉模式的水稻生產在寒地稻區還將長期存在。因此，大力發展滴灌技術和推廣節水、節肥、節藥技術，全面提升內寒地水稻生產水平，不僅需要深入的理論技術研究，同時還需要加大推廣力度，建立標準化體系，提高設備的質量，加大扶持力度等多項工作的共同努力。

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