適雨灌溉下氮肥運籌對水稻光合特性、氮素吸收及產量形成的影響

晏軍 吳啟俠 朱建強,* 張露萍

適雨灌溉下氮肥運籌對水稻光合特性、氮素吸收及產量形成的影響

晏軍1,2吳啟俠1朱建強1,*張露萍3

(1長江大學 農學院，湖北 荊州 434025；2鹽城市新洋農業試驗站，江蘇 鹽城 224049；3湖北省荊州農業氣象試驗站，湖北 荊州 434025;*通訊聯系人，E-mail: zyjb@sina.com)

【】為合理利用水稻生長期間的降雨，改善江漢平原地區稻田氮肥管理。采用田間小區試驗，研究了常規淹灌(FI)和適雨灌溉(RAI)條件下，農民習慣施肥(FFP)、30%尿素+70%控釋摻混肥(30%N+70%CRF)和優化減氮施肥(OPT-N)對降雨利用率、水稻產量、光合特性、干物質積累及氮吸收利用的影響。1)RAI能在節省水資源同時提升稻田對雨水的儲蓄和利用能力，與FI相比可減少田間灌溉水量41.7%，各生育階段水稻葉片凈光合速率(n)、氣孔導度(s)、胞間CO2濃度(i)和蒸騰速率(r)、干物質積累、氮素吸收以及產量均有不同程度的增加；2)兩種水管理方式下，與FFP處理相比，OPT-N處理水稻在分蘗期的n、s、i、r、干物質積累和氮素吸收顯著降低，但在孕穗期-灌漿期有所增加，對最終產量形成影響不大；RAI結合30%N+70%CRF處理有利于水稻生育前期n、s、i、r的增加，提升生育中后期干物質積累量，氮素吸收量在分蘗期顯著高于OPT-N和FFP，在齊穗期和成熟期顯著高于FFP，有效穗數、穗長、千粒質量和結實率在各處理間表現最高，實際產量相較常規水肥管理可增產10.4%。適雨灌溉條件下，OPT-N不會顯著影響水稻的生長及產量，30%N+70%CRF有助于水稻光合作用、氮素吸收及產量的增加。

適雨灌溉；氮肥運籌；產量；光合特性；氮素吸收

水稻是我國的主要糧食作物，年種植面積達3100萬hm2，也是灌溉用水量最大、化肥消費量最多的農作物[1]。水稻需水時期貫穿整個生長階段，養分管理中氮肥是水稻生長發育和產量形成的重要因素[2,3]。目前，國內外學者就稻田節水灌溉和施肥技術進行了大量的研究。俞雙恩等[4]、高世凱等[5,6]和Djaman等[7]研究表明控制灌排通過對稻田水位的調控，灌水量與排水量顯著減少，同時能有效地削減稻田地表排水中氮磷負荷，提高水稻水氮利用效率。有機無機肥配施，緩/控釋肥或添加氮抑制劑等新型肥料的研發與施用，氮肥實時實地管理等施肥技術一直是研究的熱點[8-11]。然而，由于水稻類型、區域氣候特征、耕作和施肥的不同，不同地點的產量響應差異很大。江漢平原地區是我國水稻種植的主要區域，近年來，該區域瞬時暴雨與間歇性干旱多發，水稻產量受到營養和水分供應不協調的限制。上述研究關于在降雨時空分布不均的平原湖區如何合理進行稻田水肥管理研究較少，從水稻光合特性、產量形成及養分利用等方面綜合考量適雨灌溉下氮肥運籌效應鮮見報道。

為此，根據江漢平原地區降雨特點和水稻各生育期的灌排水特點，有針對性地提出一套節水節肥不減產、減少灌溉次數與水量、降低農田排水污染、提高氮肥利用效率并為農民所接受的肥水管理技術勢在必行。本研究基于田間試驗，研究了常規淹灌和適雨灌溉條件下，氮肥運籌對水稻產量、各生育期光合特征、干物質積累及氮素吸收利用的影響，以期為江漢平原地區合理利用水稻生長期間的降雨，改善稻田氮肥管理措施提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗點位于江漢平原腹地的長江大學農學院試驗基地(30°21′ N，112°09′ E)，屬北亞熱帶農業氣候帶，年平均氣溫16.5 ℃，≥10 ℃積溫5 094.9～5 204.3 ℃·d，年平均降水量1 095 mm，年平均日照時數1 718 h。耕作層(0~20 cm)土壤基本性狀如下：pH 7.4，全氮2.0 g/kg，全磷0.5 g/kg，堿解氮79.5 mg/kg，速效磷38.5 mg/kg和速效鉀108.7 mg/kg。用于試驗的水稻田南北方向長52 m，東西方向長18 m，長年種植水稻，屬于典型的水稻田。供試品種為匯豐8號，屬中熟中秈兩系雜交稻，在湖北省作一季中稻栽培，全生育期135 d左右，株高126 cm左右，一般4月下旬到5月上旬播種，5月下旬到6月上旬移栽，8月上旬孕穗，9月中旬成熟。

1.2 試驗方法

按灌溉模式和氮肥管理二因素進行試驗，采用隨機區組排列。兩種灌排模式為常規淹灌(FI)和適雨灌溉(RAI)。水稻移栽后的10～14 d，所有的試驗小區均維持10～40 mm淺水層。水稻返青過后，FI和RAI處理分別進行田間水分管理。FI常規淹灌：水稻秧苗返青后田面保持 10～80 mm 水層，整個生育期不曬田，遇到降雨按照當地習慣正常排水，收獲前10 d自然落干；RAI適雨灌溉: 水稻適雨灌溉技術要點是干旱無雨期間，盡量降低田間水分下限(適度干旱脅迫)，推后灌水時間，減少灌水量(灌水后田面不留水層)；遇到降雨盡量利用降雨(雨量較大時適度受澇脅迫)，在不降低水稻產量的前提下，最大程度利用降雨資源，消減降雨及排峰值，減少灌溉水量[12]。具體措施為秧苗返青后將稻田一次性灌溉至田面水深40～60 mm，待其自然落干至表土以下100 mm左右(根據埋設的地下水位觀測管，視稻田土壤濕潤狀況和水稻生長而定)，再次灌溉至40～60 mm，往復進行，水稻揚花期，維持田面水深30～50 mm一周，收獲前10 d自然落干；依據前人研究[13]調節稻田蓄水深度如下：水稻返青期間如遇降雨稻田可蓄水至50 mm，分蘗期-拔節期間如遇降雨稻田可蓄水至100 mm，拔節期-成熟期間如遇降雨稻田可蓄水至150 mm，超過蓄水深度則進行排水。依據當地農民習慣施肥量設置3種氮肥管理：農民習慣施肥(FFP)、30%尿素(30%N)+70%金正大控釋摻混肥(70%CRF，70%為氮素比例，釋放周期為70 d)和優化減氮施肥(OPT-N)。農民習慣施肥中70%氮肥為普通復合肥，基肥施入，30%氮肥為尿素，分蘗期施入；控釋摻混肥中70%氮肥為控釋摻混肥，30%氮肥為尿素(N含量為46%)，基肥施入；優化減氮施肥中50%氮肥為普通復合肥，基肥施入，50%氮肥為尿素，分別在分蘗期施入35%，幼穗分化期施入15%。習慣施肥、控釋摻混肥和減氮優化施肥中磷肥和鉀肥不足部分用過磷酸鈣(P2O5含量為12%)和氯化鉀(K2O含量為60%)補充，全部基施，施肥時間結合水稻生育期與灌溉或降雨時機進行。普通復合肥由湖北中化東方肥料有限公司提供，其養分含量為N，18%；P2O5，8%；K2O，15%；控釋摻混肥由金正大生態工程集團股份有限公司提供，其養分含量為N，28%(包膜)；P2O5，5%；K2O，9%。具體施肥方案如表1所示。試驗共設6個處理，3次重復。依照試驗田大小將稻田沿東西向劃分為18個15 m×2.2 m的規整小區，四周設置寬1 m的保護行，小區四周用高60 cm PVC隔水板隔開，隔水板埋設深度為田表土層往下各30 cm，防止試驗過程中小區間串水。常規淹灌和適雨灌溉區組在南北兩邊各9個小區，降雨時常規淹灌正常排水，適雨灌溉在不同時期超過蓄水深度進行排水，3種氮肥處理在區組內隨機排布。稻田東邊田埂設有灌水管道，西邊外側設有排水渠。每個小區單獨灌排，進水管接裝小型計量水表。于2016年5月5日播種，6月5日移栽，每穴1株秧苗，種植間距為25 cm×30 cm，9月18日收獲。

表1 試驗施肥方案

FFP, Farmers’ fertilization practice; 30%N+70%CRF, 30%urea+70% controlled release compound fertilizer; OPT-N, Optimized and reduced nitrogen fertilizer application; CF, Common compound fertilizer; S, Calcium superphosphate; MP, Muriate of potash; TS, Early tillering stage; PDS, Panicle initiation stage.

1.3 測定項目與分析方法

1.3.1 降雨量及灌溉量

降雨量由荊州農業氣象試驗站提供；農田灌水量通過水表測量，降雨過后，按照水稻不同生育期及上述的水分管理方法進行排水。

1.3.2 光合指標測定

分別于水稻的分蘗期、拔節期、孕穗期、齊穗期、灌漿期和乳熟期在晴天上午9:00－11:00利用便攜式光合作用測定儀(LI-6400，USA)測定水稻葉片凈光合速率(n)、氣孔導度(s)、細胞間CO2濃度(i)和蒸騰速率(r)，分蘗期、拔節期和孕穗期測定最上部葉片，齊穗期、灌漿期和乳熟期測定水稻劍葉。開放式氣路，CO2濃度約為385 μmol/L，選擇紅藍光源葉室，設定光合有效輻射為1500 μmol/(m2·s)，測定部位為葉片葉尖下1/3處，每處理測定5片具有代表性的葉片，3次重復。

1.3.3 干物質積累量測定

分別于水稻的分蘗期、齊穗期和成熟期田間取樣，每小區隨機選取3株具有代表性的水稻植株，地上部分全部帶回實驗室，按莖、葉、穗分裝，105℃下殺青，80℃下烘干、稱量。各生育期干物質積累量為莖、葉、穗干物質量之和。

1.3.4 水稻植株樣采集及測定

分別測定水稻的分蘗期、齊穗期和成熟期水稻植株全氮含量，測定樣品為1.3.3中水稻植株，直接粉碎。采用濃H2SO4-H2O2消煮凱氏定氮法測定全氮量[14]。

1.3.5 測產

成熟期每小區隨機選取5株具有代表性的水稻植株用于考種，測定有效穗數、穗長、每穗總粒數、結實率和千粒重。各小區實收3 m2測產。

1.4 數據分析

應用DPS 15.10高級版進行方差分析，LSD法進行處理間多重比較，利用MS Excel 2016作圖。相關指標計算方法[15]如下：

氮素積累量(nitrogen accumulation，NTA，kg/hm2) = 成熟期單位面積全株地上部秸稈和籽粒氮素吸收量之和，即秸稈干物質量(W) × 秸稈含氮量+籽粒干質量×籽粒含氮量。

氮素收獲指數( N harvest index，NHI，%) = 成熟期植株穗部氮積累量/植株氮素積累總量×100%。

氮素干物質生產效率(nitrogen dry matter production efficiency，NDMPE，kg/kg) = 單位面積水稻植株干物質量(W) /單位面積植株氮素積累總量。

氮素籽粒生產效率(nitrogen grain production efficiency，NGPE，kg/kg N) = 單位面積水稻籽粒產量/單位面積植株N 積累量。

氮肥偏生產力(partial factor productivity of nitrogen，NPFP，kg/kg) = 單位面積稻谷產量/單位面積施氮量。

圖1 不同灌溉模式的灌溉量與降雨量

Fig. 1. Irrigation amount under different irrigation patterns and rainfalls.

2 結果與分析

2.1 田間降雨量與灌溉量

水稻移栽后不同灌溉模式的降雨量與灌溉量如圖1所示。水稻移栽后110 d累積降雨量為550.3 mm，日降雨量最大為70.3 mm(7月2日，移栽后46 d)，常規淹灌處理田間灌溉7次，灌溉量為440.5 mm，總用水量為990.8 mm，而適雨灌溉處理田間灌溉4次，灌溉量為257 mm，總用水量為807.3 mm。適雨灌溉處理田間灌溉水量和總用水量較常規淹灌處理分別降低41.7%和18.5%，減少灌溉次數3次，主要時期是在水稻返青分蘗期-拔節孕穗期，主要原因是這個生育階段降雨比較集中且雨量較大，是提升雨水的儲蓄和利用的關鍵時期。由于適雨灌溉處理削減了灌溉次數和灌溉量，使得田間水分負荷明顯下降。

2.2 不同生育期水稻葉片的光合特征

不同水肥運籌下水稻不同生育期葉片的光合特征由表2可見。與常規淹灌灌溉方式相比，適雨灌溉處理下30%N+70%CRF和OPT-N水稻凈光合速率(n)、氣孔導度(s)、胞間CO2濃度(i)和蒸騰速率(r)在不同生育期均顯著高于其他處理。在分蘗期分別增加5.5%、9.7%、5.4%和9.9%；在拔節期分別增加3.0%、13.0%、5.8%和14.0%；在孕穗期分別增加3.6%、12.1%、4.0%和11.6%；在齊穗期分別增加1.4%、3.6%、1.0%和2.9%；在灌漿期分別增加2.1%、2.6%、1.5%和5.5%；表明適雨灌溉方式有助于水稻在分蘗期-灌漿期光合特性的增強。在乳熟期分別降低5.5%、1.4%、1.5%和3.1%，表明相比適雨灌溉，淹灌使水稻乳熟期葉片光合效率仍偏高，從而可能影響水稻的成熟時期。

從施肥方式上來看，兩種水管理方式下，在分蘗期30%N+70%CRF處理的n、s、i和r均顯著高于農民習慣施肥處理，而優化減氮施肥處理在分蘗期和拔節期的n均低于農民習慣施肥處理和30%N+70%CRF處理，表明在施用控釋氮肥時，前期加入一定比例的常規氮肥，對水稻在營養生長期光合產物的積累，減氮優化施肥時對水稻生育前期光合速率有影響。水稻孕穗期、齊穗期和灌漿期30%N+70%CRF處理和優化減氮施肥處理的n、s、i和r與農民習慣施肥處理相比均有所增加，表明氮肥后移有助于生育后期光合特性的增強。在乳熟期，兩種水管理方式下優化減氮施肥處理的n、s和r均高于30%N+70%CRF和農民習慣施肥處理，且常規淹灌條件下優化減氮施肥處理的n、s和r與農民習慣施肥處理相比達到顯著水平，說明在減氮優化施肥時，應注意后期的施肥量與田間的水分調控，否者可能會造成水稻貪青晚熟。

2.3 不同生育期水稻地上部干物質的積累量

不同水肥管理條件對水稻不同生育時期地上部干物質的積累量影響不同(表3)。常規淹灌處理下，30%N+70%CRF處理在分蘗期和齊穗期的地上部干物質積累量均顯著高于其他兩個處理。適雨灌溉處理下，30%N+70%CRF處理在分蘗期和成熟期的地上部干物質積累量均顯著高于農民習慣施肥處理。兩種水管理方式相比，適雨灌溉處理的水稻在分蘗期、齊穗期和成熟期的地上部干物質積累量均高于常規淹灌處理，分別增加17.5%、35.0%和4.0%。從施肥方式上看，30%N+70%CRF處理在分蘗期干物質積累量顯著高于優化減氮施肥，移栽期至分蘗期階段干物質積累量占總積累量表現為30%N+70%CRF＞農民習慣施肥＞優化減氮施肥；在齊穗期，常規淹灌水管理方式下30%N+70%CRF處理顯著高于其他兩種施肥處理，而適雨灌溉水管理方式下三種施肥處理間無顯著差異，常規淹灌和適雨灌溉處理的分蘗期-齊穗期階段干物質積累量占總積累量比例分別表現為30%N+70%CRF＞優化減氮施肥＞農民習慣施肥和農民習慣施肥＞優化減氮施肥＞30%N+70%CRF；在成熟期，常規淹灌水管理方式下三種施肥處理間無顯著差異，適雨灌溉水管理方式下30%N+70%CRF處理顯著高于農民習慣施肥施肥處理，常規淹灌和適雨灌溉處理的齊穗期-成熟期階段干物質積累量占總積累量比例分別表現為30%N+70%CRF＞優化減氮施肥＞農民習慣施肥和農民習慣施肥＞優化減氮施肥＞30%N+70%CRF，表明適當的氮肥后移有利于中后期生育階段干物質積累量的增加，而適雨灌溉結合30%N+70%CRF處理的干物質積累在分蘗期-成熟期各階段所占比例相對比較協調，表明該階段水稻的光合產物形成、干物質積累和轉運順暢，而中后期是水稻產量形成的關鍵時期，有利于達到水稻高產的目標。

表2 不同水肥管理對水稻不同生育期光合特征的影響

平均數±標準差(n=3)；采用LSD最小顯著性差異法進行差異顯著性檢驗，同列數據后不同字母表示差異達0.05顯著水平。FI－常規淹灌；RAI－適雨灌溉；FFP－農民習慣施肥；30%N+70%CRF－30%尿素+70%控釋摻混肥；OPT-N－優化減氮施肥。下同。

Mean±SD(n=3); values followed by different letters in the same column indicate significant differences among treatments at 0.05 level by theleast significant difference; FI, Flooding irrigation; RAI, Railfall-adapted irrigation; FFP, Farmers conventional fertilization practice; 30%N+70%CRF, 30% urea+70% controlled release compound-fertilizer; OPT-N, Opitimized and reduced nitrogen fertilizer application. The same as below.

表3 不同水肥管理對水稻不同生育期地上部干物質積累量影響

2.4 不同生育期水稻地上部氮素吸收量和氮素利用效率

不同水肥管理對水稻不同生育時期氮吸收量和氮素利用效率的影響如表4所示。常規淹灌處理下，30%N+70%CRF處理在分蘗期和成熟期的地上部氮素吸收量均顯著高于優化減氮施肥處理。適雨灌溉處理下，30%N+70%CRF處理在分蘗期、齊穗期和成熟期的地上部氮素吸收量均顯著高于農民習慣施肥處理。隨生育進程，稻株氮積累量呈逐漸增加趨勢，由于各生育期稻田水肥管理方式不一樣，水稻氮吸收量趨勢不太一致，兩種水管理方式相比，水稻移栽-分蘗期氮吸收量差別不大，主要可能是因為前期水管理都一樣，中后期適雨灌溉處理水稻的氮吸收量略高于常規淹灌處理，可能是因為土壤的通氣狀況得以改善，可向土壤(水稻根區)提供足夠的氧，有利于改善水稻的根系活力，從而促進水稻后期對養分的吸收利用。從水稻各生育階段氮吸收量所占比例來看，氮素積累的主要生育時期為齊穗期-熟期，常規淹灌和適雨灌溉管理下優化減氮施肥處理在移栽-分蘗期的氮吸收量及所占比例顯著低于30%N+70%CRF和農民習慣施肥，適雨灌溉水管理下30%N+70%CRF處理在移栽期顯著高于優化減氮施肥和農民習慣施肥，在齊穗期和成熟期的氮吸收量顯著高于農民習慣施肥。

表4 不同水肥管理下水稻地上部的氮吸收量

表5 不同水肥管理對水稻氮素利用效率的影響

NHI, Nitrogen harvest index; NDMPE, Nitrogen dry matter production efficiency; NGPE, Nitrogen grain production efficiency; NPFP, Partial factor productivity of nitrogen.

適雨灌溉下氮肥運籌對水稻氮素收獲指數和生產效率也有明顯影響，如表5所示。兩種水管理方式下，優化減氮施肥處理氮素籽粒生產效率和氮肥偏生產力均顯著高于其他兩個處理。適雨灌溉管理方式下氮素收獲指數、氮素籽粒生產效率、氮素干物質生產效率和氮肥偏生產力均高于常規淹灌；兩種水管理方式下，優化減氮施肥處理的氮素收獲指數和氮肥偏生產力均顯著高于農民習慣施肥，但適雨灌溉灌溉方式下30%N+70%CRF施肥處理更有助于水稻各生育階段對氮素的吸收累積。這一結果也說明，適宜施氮量和基蘗肥與穗肥比例可提高水稻對養分的吸收利用，不管是控釋還是分次施用均能有效增加水稻氮素吸收量和收獲指數，提高氮肥偏生產力。

2.5 水稻的產量及其構成因素

不同水肥運籌下水稻的產量及其構成因素見表6。兩種水管理方式下，不同施肥處理對每穗總粒數和結實率均有顯著影響。適雨灌溉水管理下的有效穗數、穗長、每穗總粒數、結實率、千粒重和實際產量均高于常規淹灌處理，其中每穗總粒數、結實率和實際產量的增幅達10.4%、5.3%和4.4%，而各施肥處理間產量最終表現為30%N+70%CRF＞優化減氮施肥＞農民習慣施肥。在常規淹灌水管理方式下，三種施肥處理間的每1m2有效穗數、穗長、千粒質量和實際產量以30%N+70%CRF處理最高，但各處理間均無顯著差異，而30%N+70%CRF處理的結實率卻顯著高于農民習慣施肥處理和優化減氮施肥處理。在適雨灌溉管理方式下，三種施肥處理間的穗長、千粒質量和結實率表現為30%N+70%CRF處理最高，但各處理間均無顯著差異，30%N+70%CRF處理的每1 m2有效穗數、每穗總粒數卻顯著高于優化減氮施肥處理，實際產量相較常規水肥管理增產10.4%，表明與傳統的灌溉和施肥方式相比，適雨灌溉的管理方式下優化減氮施肥氮肥管理不會造成產量減少，施用30%N+70%CRF更有助于產量的形成。

表6 不同水肥管理對水稻產量及構成因素的影響

3 討論

3.1 適雨灌溉和氮肥運籌對水稻生長及產量的影響

水分是制約作物生長及產量的重要因素之一，水稻適雨灌溉將田間水分轉化利用作為一個系統來考慮，立足農業灌溉與降雨相協調的灌溉理念，提高雨水資源利用率，減少灌溉水量和次數。姜萍等[16]研究表明與常規淹灌處理相比，濕潤灌溉處理可減少8.9%的灌水量。相較濕潤灌溉，本研究中適雨灌溉處理的田間灌溉量可在其基礎上再降低30%左右，這與肖萬川等[12]研究結果一致。主要原因是江漢平原地區水稻返青分蘗期-拔節孕穗期與該區域梅雨期重合，降雨比較集中且雨量較大，適雨灌溉能在節省水資源同時提升雨水的蓄存和利用能力，減少稻田總灌水量。水稻作為需水量最多的農作物，較重的干旱脅迫和淹水灌溉均會降低葉片光合能力[17]。趙黎明等[18]發現在輕度干濕交替的灌溉方式下，水稻生育后期光合物質生產能力強，最終籽粒產量較高。本研究中水稻適雨灌溉條件下在分蘗期、齊穗期和成熟期水稻葉片光合作用、植株干物質量均高于淹水對照，且到生育中后期階段干物質積累量差異進一步擴大。可見，在降雨較多的生育期，提高稻田蓄水量，減少灌溉次數，不會影響水稻光合產物在植株體內積累、分配、運輸與轉化。但是，由于年度間降水存在較大差異且降水量和降水時期不可控，本研究數據只有1年，后續還將進行跟蹤研究，以確保研究結果的準確性。

作物的光合作用受到諸多因素的影響，例如溫度、光照度和氣體等生境因子，但是在農作措施上水肥管理起到決定性作用。裴鵬剛等[19]的研究結果表明，增施氮肥能顯著增加水稻生育后期的光合速率，提高水稻產量。本研究優化減氮施肥處理水稻在分蘗期各生育階段的n、s、i、r干物質積累和氮素吸收相較農民習慣施肥處理和30%N+ 70%CRF處理顯著降低，但在孕穗期-灌漿期有所增加，30%N+70%CRF處理的水稻前期光合作用和中后期生育階段干物質積累量明顯增加，有研究報道抽穗期至成熟期光合生產能力則會影響水稻產量, 稻谷中60%~80%粒重來自抽穗期的光合產物[20]，表明適當的氮肥后移(控釋或者分次施氮)有助于后期養分供應和光合產物向籽粒中轉移。李錄久等[15]研究結果表明，氮肥后移比例不宜過大，否則氮素會較多地向秸稈轉移并積累，導致秸稈含氮量過高，造成水稻貪青晚熟。本研究也表明減氮優化施肥時，應注意后期的施肥量與田間的水分調控，否者可能推遲水稻成熟期。然而，也有研究認為，提高抽穗前干物質積累量并使之有效地向穗部轉運，是提高產量的有效途徑[21,22]，而本研究表明適雨灌溉結合30%N+70%CRF處理的干物質積累在分蘗期-成熟期各階段所占比例比較協調，成熟期干物質積累總量和產量最高，表明生育中后期各階段干物質積累協調有利于高產形成。

水稻產量形成取決于單位面積穗數、每穗總粒數、結實率和千粒質量[18]，合理的水肥調控是保證水稻高產的關鍵因子。有關水稻水肥管理，以往大量的研究多集中在水、肥單因子效應試驗，而水肥互作效應試驗結果及其生理機制的分析結論不太一致。本研究中是否存在互作效應影響水稻產量形成需進一步證實。本研究表明，在適雨灌溉水管理方式下水稻有效穗數、穗長、每穗總粒數、結實率、千粒重和實際產量均高于常規淹灌處理，適雨灌溉在水稻生育中后期更有利于同化物的輸出，使產量構成更合理，每穗粒數、結實率和千粒質量均提高。郭智等[23]研究表明氮肥減施15%～30%降低水稻產量達6.27%～12.91%。本研究中減氮優化施肥處理水稻產量并未降低，這與李娟等[24]研究結果一致。研究發現與單獨施用常規尿素或緩釋尿素相同量相比，緩釋尿素聯合常規尿素30%~70%可使單株水稻產量增加6.0%～31.2%[25]。本研究中三種施肥處理間的有效穗數、穗長、千粒質量和結實率表現為30%N+70%CRF處理最高，實際產量相較常規水肥管理可增產10.4%，因此，施用控釋氮肥加入一定比例的常規氮肥有助于增產。

3.2 適雨灌溉和氮肥運籌對水稻氮素吸收利用的影響

因地制宜的水肥管理能改善水稻生長發育，提高水稻對養分的吸收利用。譚亦杭等[26]研究表明間歇灌溉和長期淹水灌溉兩種水分管理方式對水稻氮素吸收及氮肥利用率的影響差異不顯著。本研究表明適雨灌溉水管理方式下，水稻的氮吸收量略高于常規淹灌處理，氮素收獲指數、氮素籽粒生產效率、氮素干物質生產效率和氮肥偏生產力均高于常規淹灌。肥料類型及運籌模式對水稻氮素利用影響顯著，已有研究報道，前氮后移在低施氮量下能夠提高氮肥的利用效率，而在高施氮量下反而使氮肥的利用受到限制[27-29]。本研究中優化減氮施肥施肥處理的氮素收獲指數和氮肥偏生產力均顯著高于農民習慣施肥，表明適宜施氮量和基蘗肥與穗肥比例，能為水稻整個生育期提供比較平衡的氮素供應，可促進氮素吸收，提高氮肥利用效率，而緩控釋肥一次施用可以推遲施入土壤中肥料的初始養分釋放速率或者延長肥料后期的養分釋放，滿足水稻各生育期的養分需求，促進養分的吸收利用。相關研究表明，與普通尿素相比，尿素控釋能顯著提高水稻籽粒產量和氮肥利用率[30]，盡管緩釋氮肥比常規氮肥具有更長的使用壽命，但單用緩釋氮肥可能無法滿足作物生長初期對氮素的需求，適雨灌溉水管理下30%N+70%CRF處理氮吸收量在移栽期顯著高于優化減氮施肥和農民習慣施肥，在齊穗期和成熟期顯著高于農民習慣施肥，表明施用控釋氮肥下加入30%速效常規氮肥是有助于水稻的氮素吸收。這與Ding等[31]研究結果一致。

4 結論

江漢平原地區適雨灌溉能在節省水資源同時提升稻田對雨水的儲蓄和利用能力，與常規淹灌相比可減少田間灌溉水量41.7%，各生育階段的凈光合速率(n)、氣孔導度(s)、胞間CO2濃度(i)和蒸騰速率(r)、干物質積累、氮素吸收以及產量均有不同程度的增加。兩種水管理方式下，優化減氮施肥處理水稻在分蘗期各生育階段的n、s、i、r干物質積累和氮素吸收相較農民習慣施肥處理和30%N+70%CRF處理顯著降低，但在孕穗期-灌漿期有所增加，最終產量影響不大，適雨灌溉結合30%N+70%CRF處理水稻生育前期n、s、i、r和中后期干物質積累量顯著增加，氮素吸收量在分蘗期顯著高于優化減氮施肥和農民習慣施肥，在齊穗期和成熟期顯著高于農民習慣施肥，有效穗數、穗長、千粒質量和結實率在各處理間表現最高，實際產量相較常規水肥管理可增加10.4%。綜上，適雨灌溉條件下，優化減氮施肥不會顯著影響水稻的生長及產量，30%N+70%CRF有助于水稻光合作用、氮素吸收及產量的增加。

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Effects of Nitrogen Application on Rice Photosynthetic Characteristics, Nitrogen Uptake and Grain Yield Formation Under Rainfall-adapted Water Management

YAN Jun1,2, WU Qixia1, ZHU Jianqiang1,*, ZHANG Luping3

(,,,;Xinyang Experimental Station of Agriculture,,;Jingzhou Agricultural Meteorological Trial Station,,;Corresponding author,)

【】The research aims to make rational use of rainfall during rice growth, improve paddy nitrogen fertilizer management practice in the Jianghan Plain.【】The field plot experiment with two irrigation regimes (conventional flooding irrigation, FI; rainfall-adapted irrigation, RAI) and three nitrogen fertilizer managements (farmers’ fertilization practice, FFP; 30% urea+70% controlled release compound fertilizer, 30%N+70%CRF; optimized and reduced nitrogen fertilizer application, OPT-N) were carried out to study the effects of water and fertilizer managements on rainfall utilization rate, rice yield, photosynthetic characteristics, dry matter accumulation and nitrogen uptake and utilization.【】1) Compared with FI, RAI reduced the irrigation quantity by 41.7%, economized water resources while improved the ability of paddy to saving and utilizing rainfall, net photosynthetic rate (n), stomatal conductance (s), intercellular CO2concentration (i) and transpiration rate (r), dry matter accumulation, nitrogen absorption and grain yield in varying degrees during rice growth. 2) Compared with FFP treatment under two water management modes, OPT-N significantly decreasedn,s,i,r, dry matter accumulation and nitrogen uptake of rice at tillering stage, but increased the above-mentioned indexes from booting to filling stages, but had little effect on final yield formation. 3) RAI combined with 30% N + 70% CRF treatment helped increasen,s,iandrin the early growth stage, and promoted the accumulation of dry matter significantly in the middle and late growth stages. The nitrogen uptake was significantly higher than in OPT-N and FFP during the tillering stage, and was significantly higher than FFP at the full heading stage and mature stage.Effective panicle number, panicle length, 1000-grain quality and seed setting rate were the highest among treatments, and the actual yield was 10.4% higher than that in conventional water and fertilizer management.【】Under the rainfall-adapted irrigation, OPT-N had no significant effect on rice growth and yield, 30% N+70% CRF was helpful to increase photosynthesis, nitrogen uptake and yield of rice.

rainfall-adapted water management; nitrogen application; yield; photosynthetic characteristics; nitrogen uptake

S143.1；S511.01; S511.071

A

1001-7216(2019)04-0347-10

10.16819/j.1001-7216.2019.8140

2018-12-24；

2019-02-21。

國家重點研發計劃資助項目（2016YFD0800500）；湖北省科技支撐計劃資助項目（2014BCB038）。