不同灌溉方式及施氮量對水稻生長和氮素利用效率的影響

王肖娟 陳林王永強 李麗 朱江艷 趙雙玲 劉小武 李高華

（1新疆天業（集團）有限公司/新疆天業農業高新技術有限公司，新疆石河子832003；第一作者：wangxiaojuangjq@sina.com；*通訊作者：cl1030@sohu.com）

不同灌溉方式及施氮量對水稻生長和氮素利用效率的影響

王肖娟 陳林*王永強 李麗 朱江艷 趙雙玲 劉小武 李高華

（1新疆天業（集團）有限公司/新疆天業農業高新技術有限公司，新疆石河子832003；第一作者：wangxiaojuangjq@sina.com；*通訊作者：cl1030@sohu.com）

以T-43為材料開展田間小區試驗，研究不同灌溉方式及施氮量對水稻干物質積累量及分配率、氮素積累、氮素利用效率及產量的影響。結果表明，淹灌處理水稻干物質積累量和氮素積累量顯著大于膜下滴灌處理；施用氮肥顯著提高了水稻的氮素積累量，水稻產量在施氮量為480 kg/hm2時最大；與淹灌處理相比，滴灌處理的水稻產量降低了19.02%，氮肥利用率提高了1.92個百分點，水分利用效率提高了0.21 kg/m3（105%）。

水稻；施氮量；膜下滴灌；氮素利用效率

水稻是我國乃至世界上重要的糧食作物，在我國糧食生產和消費中處于主導地位[1]，同時也是耗水量最多的農作物，其耗水量占全國總用水量的54%左右，占農業總用水量的65%以上[2]。因此，水分和肥料是影響水稻生長發育的主要限制因子[3-4]。在傳統的淹水稻作栽培模式中，常采用“大水大肥”的水肥管理模式，水稻移栽后生長旺盛，后期易貪青，不僅造成了嚴重的水資源浪費，而且由于土壤滲漏、地表徑流、氮素揮發等，會造成肥料利用率低、增加生產成本和生態環境惡化等一系列問題[5-6]。而膜下滴灌水稻節水栽培技術是將水稻栽培與膜下滴灌技術結合起來的一種栽培方法，突破了傳統的“水作”種植方式，整個水稻生育期不建立水層，土壤含水量顯著降低，不起壟，并采用機械直播技術，達到節水、省地、全程機械化作業的效果[7]。目前旱作水稻生產上仍沿襲水作水稻的施肥模式，膜下滴灌水稻栽培作為一種新型的水稻旱作栽培技術，其吸氮特性、干物質積累及分配特性尚不清楚。因此，在大田條件下，以傳統淹水水稻作為對照，研究不同施肥量條件下膜下滴灌水稻干物質積累、氮素吸收和分配、氮素利用效率的差異，闡明膜下滴灌水稻養分積累規律，以期為膜下滴灌水稻栽培技術的推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2015年4-11月作物生長期間在石河子市新疆天業集團農業研究所（44°26.5′N，86°01′E）進行。供試水稻材料為T-43。試驗地土壤質地為砂壤土。土壤基礎養分為：pH值7.9，有機質24.57 mg/kg，堿解氮70.93 mg/kg，速效鉀340.45mg/kg，速效磷24.03mg/kg。前茬作物為水稻。

1.2 試驗設計與田間管理

田間試驗采用裂區設計，設置灌溉模式和氮肥水平2個因素，以灌溉模式（I）為主因素，施氮量（N）為副因素。灌溉模式為膜下滴灌處理（D）和常規淹灌處理（F），純氮量（尿素，含N量46%）處理均設5個氮肥水平，分別為0（N0）、210（N210）、300（N300）、390（N390）、480（N480）kg/hm2。磷、鉀肥全部基施，用量分別為P2O5210 kg/hm2（重過磷酸鈣，含P2O546%）、K2O 180 kg/hm2（硫酸鉀，含K2O 51%）。氮肥運籌方式：10%氮肥作為基肥于播前施入、15%氮肥在3葉1心期追施、30%氮肥在分蘗中期追施、35%氮肥在拔節孕穗期追施、10%氮肥在開花期追施。

膜下滴灌處理：膜寬為1.6 m，行距配置10-30-10-30-10-30-10-45 cm，株距10 cm，每hm245萬叢稻株，每叢點播7~9粒，播深2~3 cm。3葉期，移除弱苗和病苗，每叢保留6~7株。膜下滴灌水稻采用干播濕出的方法，2015年4月27日進行人工點播。整個生育期灌水量為（1.20~1.35）×104m3/hm2。

常規淹灌處理：在旱作處理播種當天進行旱育秧，秧齡21 d時移栽至淹水田，株行距10 cm×25 cm，每叢5株（種植密度參照新疆傳統淹灌水稻高產栽培模式），在3葉期時開始實行淹水栽培，保持水層4~5 cm左右。至收獲前2周停止灌溉。整個生育期耗水量約為3.00×104m3/hm2。每處理重復3次，每小區面積為72 m2，隨機區組排列。滴灌處理與淹灌處理中間設一隔離小區。

表1 不同灌溉方式及施氮量對水稻各器官干物質積累量及分配率的影響

1.3 測定項目和分析方法

1.3.1 植株樣品采集與干物質、氮素吸收量的測定

在水稻成熟期隨機選取具有代表性的連續5叢稻株，分別按根、莖、葉、穗器官分開裝袋并置于烘箱內于105℃殺青30 min，然后調至70℃烘至恒質量。烘干的植株樣品經粉碎，過0.5 mm篩備用。植株樣品用H2SO4-H2O2消煮，在BUCHI-350全自動定氮儀上測定植株不同部位的全氮含量。

1.3.2 產量及產量構成測定

在水稻收獲前3 d，隨機取樣測產，取樣面積為6.0 m2。同時每個小區隨機選取連續9叢稻株進行考種。

1.4 數據處理與統計分析

試驗數據采用Excel 2003進行整理，用SPSS 17.0軟件進行方差分析，多重比較采用Duncan法。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉方式及施氮量對水稻干物質積累及分配的影響

從表1可見，灌溉方式與施氮量對水稻干物質積累的影響均達到極顯著水平，且施氮量對水稻各器官以及整株干物質積累量的影響顯著高于灌溉方式的影響；從灌溉方式與施氮量的交互作用來看，灌溉方式與施氮量對穗以及整株干物質積累的影響均存在顯著互作效應。淹灌處理的水稻整株干物質積累量、葉、莖、根以及穗干物質積累量顯著高于滴灌處理，增長率分別為3.13%、3.00%、3.35%、1.38%、3.23%。滴灌處理和淹灌處理各器官干物質積累量的大小順序為穗＞葉＞莖＞根。

在不同灌溉方式下，與不施氮肥處理（N0）相比，施氮處理顯著增加了水稻各器官干物質積累量，表明施用氮肥促進了水稻各器官干物質的積累（表1）。當氮肥用量由390 kg/hm2增加到480 kg/hm2時，葉、莖、穗、根、整株的干物質積累量的增加幅度降低，除穗、根增加未達到顯著水平外，其他器官干物質積累量均達到顯著水平，表明過多的氮肥投入提高了營養器官的干物質積累，但對生殖器官的形成并沒有顯著影響，同時，過量施氮對地上部的促進作用大于地下部。

2.2 不同灌溉方式及施氮量對氮素利用率的影響

由表2可見，不同灌溉方式對水稻氮素積累總量、氮肥吸收利用率、氮素干物質生產效率、氮素稻谷生產效率、氮肥農學利用率、氮肥生理利用率、氮肥偏生產力有顯著或極顯著影響。與淹灌處理相比，滴灌處理氮肥吸收利用率提高了1.92個百分點，差異達極顯著水平；氮素干物質生產效率增加了8.14%，差異達顯著水平；氮肥農學利用率增加2.85 kg/kg，差異達極顯著水平；氮肥生理利用率提高了64.31%，差異達極顯著水平；氮素積累總量低了9.09%，氮素稻谷生產效率減少了2.14 kg/kg，氮肥偏生產力減少了3.12 kg/kg。

表2 不同灌溉模式及施氮量下氮素利用效率差異

表3 不同處理產量及其產量構成因素的差異

從表2可見，氮素積累總量、氮肥農學利用率隨著施氮量的增加而增加，當施氮量達到480 kg/hm2時，氮素積累總量、氮肥農學利用率也達到最大值；氮肥吸收利用率在施氮量為390 kg/hm2時最高，氮肥偏生產力隨著施氮量的增加而減小，且差異達到顯著性水平，過量施氮會導致較低的氮肥偏生產力；在一定的施氮量范圍內，施用氮肥可以提高水稻的氮素生理利用率，但當超過了最佳施氮量后，氮素生理利用率又會逐漸降低。灌溉方式與施氮量互作效應對氮素積累總量、氮肥利用率、氮素干物質生產效率、氮素稻谷生產效率、氮肥生理利用率及偏生產力也有顯著影響。

2.3 不同灌溉方式及施氮量對水稻產量及其構成因素的影響

由表3可見，灌溉方式與施氮量對水稻產量及其構成因素的影響均達極顯著水平，且灌溉方式對每穗粒數、結實率、水分利用效率及最終產量的影響均顯著高于施氮量的影響。與淹灌處理相比，滴灌處理的每穗粒數、結實率及最終產量極顯著低于淹灌處理，其中每穗粒數低16.15%，結實率低5.93個百分點，產量低19.02%。但滴灌處理水分利用效率極顯著高于淹灌處理。

從表3還可以看出，灌溉方式與施氮量對有效穗數、每穗粒數、結實率、水分利用效率及產量均存在顯著或極顯著的互作效應；與不施氮處理（N0）相比，施氮能顯著提高水稻產量；水稻的有效穗數隨著氮肥水平的提高而增大；在不同施氮量下，隨著施氮量的增加，每穗粒數、結實率均呈上升的趨勢；與不施氮處理（N0）相比，施氮處理的千粒重和水分利用效率明顯提高。

3 結論與討論

3.1 膜下滴灌水稻栽培技術具有節水的作用

水稻是農業淡水資源消耗量最大的農作物，約有70%的農業用水用在了水稻生產中[8]。對于干旱區域而言，以新疆為例，水稻生育期內的蒸散量為1 200mm，降雨量不足170mm，水稻常規淹水栽培的總耗水量高達3 000mm，水分利用效率僅為0.2~0.3 kg/m3[9]，水稻生產將面臨淡水資源虧缺帶來的極大壓力，而滴灌被公認為是一項高效的作物節水栽培技術。膜下滴灌水稻節水栽培技術是將水稻栽培與膜下滴灌技術相結合，突破了水稻種植的“水作”傳統，比傳統淹灌水稻種植節水55.0%[10-11]，究其原因可能主要是因為覆膜處理降低了地表蒸散量[12-13]，且覆膜能夠起到增溫效應，以及滴灌較漫灌處理能更進一步降低水分滲漏量[14]。因此，膜下滴灌水稻栽培模式適用于干旱冷涼區域。

3.2 膜下滴灌水稻栽培技術具有節肥作用

由于滴灌僅對作物進行局部灌溉，滴灌施肥可將肥料隨水均勻準確地滴入作物根系土層中，并做到少量多次，實現水肥同步，有效避免了水肥流失[10]，從而減少氮肥施用量。本研究中膜下滴灌水稻處理氮肥利用率比淹灌處理提高了1.92個百分點，減少了化肥對環境的污染，這也是膜下滴灌水稻提高水、肥利用率的機理。

[1]虞國平.水稻在我國糧食安全中的戰略地位分析[D].北京：中國農業科學院，2009.

[2]汪德水.干旱地區水肥控制技術與理論[M].北京：中國農業科技出版社，1995：3-50.

[3]Howell T A.Enhancingwater use efficiency in irrigated agriculture [J].Agron J,2001,93:281-289.

[4]Gan Y T,Lafond GP,MayW E.Grain yield and water use:Relative performance of winter vs.spring cereals in east-central saskatchewan[J].Can JPlantSci,2000,80:533-541.

[5]LinquistB,Sengxua P.Efficientand flexiblemanagementofnitrogen for rainfed lowland rice[J].Nutr Cycl Agroecosys,2003,67:107-115.

[6]楊淑莉，朱安寧，張佳寶，等.不同施氮量和施氮方式下田間氨揮發損失及其影響因素[J].干旱區研究，2010，27（3）：415-421.

[7]郭慶人，陳林.膜下滴灌栽培技術在我國發展的優勢及前景分析[J].中國稻米，2012，18（4）：36-39.

[8]吳普特，馮浩，牛文全，等.中國用水結構發展態勢與節水對策分析[J].農業工程學報，2003，19（1）：1-6.

[9]何海兵.水分調控對膜下滴灌水稻生長發育及產量形成的影響[D].石河子：石河子大學，2014.

[10]郭慶人.膜下滴灌水稻栽培技術對降低甲烷氣體排放以及化肥、農藥施用污染的探討[J].作物研究，2012，26（3）：278-281.

[11]陳林，郭慶人.膜下滴灌水稻栽培技術的形成與發展[J].作物研究，2012，26（5）：587-588.

[12]Bouman BAM,Peng S,Castaneda A R,etal.Yield and water useof irrigated tropicalaerobic rice systems[J].AgricWaterManage,2005, 74（2）:87-105.

[13]Qin JT,Hu F,Li H,et al.Effects of non-flooded cultivation with straw mulching on rice agronomic traits and water use efficiency[J]. Rice Sci,2006,13（1）:59-66.

[14]王肖娟，危常州，張君，等.灌溉方式和施氮量對棉花生長及氮素利用效率的影響[J].棉花學報，2012，24（6）：554-561.

Effects of Irrigation M ethods and Different N App lication Rate on Grow th and Nitrogen Use Efficiency of Rice

WANG Xiaojuan1,2,CHEN Lin1,2*,WANG Yongqiang1,2,LILi1,2,ZHU Jiangyan1,2,ZHAO Shuangling1,2,LIU Xiaowu1,2,LIGaohua1,2
（Xinjiang Tianye（Group）Co.Ltd./Xinjiang Tianye Agricultural High-tech Co.Ltd.,Shihezi,Xinjiang 832003,China;1st author:wangxiaojuangjq@sina.com;*Corresponding author:cl1030@sohu.com）

Effects of different irrigationmethods（drip irrigation and flood irrigation）and N application rate on drymatter accumulation and distribution,nitrogen accumulation,nitrogen use efficiency and grain yield of rice were studied with T-43 asmaterial by field experiment.The results showed that the dry matter accumulation and nitrogen accumulation of flood irrigation treatment were significantly increased compared with the drip irrigation treatment.Application of nitrogen fertilizer significantly increased the nitrogen accumulation of rice,and reached themaximum yield atnitrogen fertilizer application rate is 480 kg/hm2.Compared with flood irrigation, the yield of drip irrigation decreased by 19.02%,nitrogen utilization rate increased by 1.92 percentage points and water use efficiency was increased by 0.21 kg/m3（105%）.

rice;nitrogen application rate;drip irrigation with plastic film mulch;nitrogen use efficiency

S511.062

：A

：1006-8082（2017）03-0088-04

2016－12－18

新疆生產建設兵團博士資金專項（2014BB011）；中小企業創新基金（14C26216513802）；石河子市科技基礎條件平臺建設計劃