水肥管理對水稻甬優(yōu)15氮肥利用率和產(chǎn)量的影響

丁能飛，應(yīng)永慶，劉琛，郭彬，林義成，李華，李凝玉，傅慶林*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.紹興市上虞區(qū)聯(lián)合墾殖場，浙江 上虞 312366)

水分與肥料是影響水稻生長與產(chǎn)量的兩大重要因素。在田間生產(chǎn)中，稻農(nóng)為了追求高產(chǎn)，水肥投入往往很大，既導(dǎo)致水肥利用率下降，又引發(fā)環(huán)境污染。因此，在保障水稻產(chǎn)量的同時(shí)，盡可能地減少水分投入、降低肥料使用量，已成為國內(nèi)外水稻栽培研究的熱點(diǎn)[1-3]。褚光等[4]研究表明，灌溉模式與施氮量對水稻產(chǎn)量、水分和氮肥利用效率的影響存在著明顯的互作效應(yīng)。干濕交替灌溉可抑制無效分蘗生長，改善根系形態(tài)與生理特征，促進(jìn)同化物運(yùn)轉(zhuǎn)，提高光合生產(chǎn)能力，利于大穗形成。然而，Cabangon等[5]認(rèn)為，水分管理、施氮量對水稻產(chǎn)量、生物量、養(yǎng)分吸收并沒有顯著的交互作用。本研究擬開展稻田水肥耦合的田間試驗(yàn)，探索灌溉模式與氮肥運(yùn)籌對稻田土壤耕層理化性質(zhì)，及水稻氮肥利用率、產(chǎn)量構(gòu)成等的影響，為遴選最佳技術(shù)組配方案，提出適宜的水稻水肥耦合調(diào)控技術(shù)提供理論依據(jù)與技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年在金華市婺城區(qū)糧豐植保專業(yè)合作社稻田開展。供試水稻品種為甬優(yōu)15。前茬為空閑田。土壤類型為潴育水稻土亞類泥沙田。試驗(yàn)前土壤基本理化性狀：有機(jī)質(zhì)21.6 g·kg-1，全氮1.24 g·kg-1，堿解氮90.4 mg·kg-1，有效磷5.21 mg·kg-1，速效鉀96.2 mg·kg-1，pH值4.36。

1.2 試驗(yàn)方法

設(shè)置淹灌(Y)、干濕交替灌溉(G)2個(gè)水分管理模式。淹灌是在水稻整個(gè)生育期內(nèi)都保持3 cm左右的水層；干濕交替灌溉是先灌水3 cm左右，土壤自然落干，待表層土壤含水量降至80%以下時(shí)再次灌水，使田面土壤處于干濕交替的狀態(tài)。施氮量(以純N計(jì))設(shè)3個(gè)水平：156、195、234 kg·hm-2，相應(yīng)簡記為L、M、H。以不施肥為對照(CK)，水分管理模式與氮肥施用量相互組合，共7個(gè)處理。每處理3個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積28 m2(4 m×7 m)，小區(qū)間用30 cm高的小田埂隔離，并用塑料薄膜嵌入耕層以免小區(qū)間肥水側(cè)滲。各小區(qū)均施P2O540 kg·hm-2、K2O 120 kg·hm-2。供施氮肥為尿素(含N 46%)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)。氮肥分為基肥、分蘗肥、孕穗肥施用，用量比為2∶1∶1；磷肥全部作基肥一次性施入；鉀肥分為基肥和孕穗肥施用，用量比為1∶1。各處理的其他田間管理措施均相同。

分別于水稻分蘗期、抽穗期、灌漿期、成熟期采集水稻植株分析全氮含量。水稻成熟期每個(gè)小區(qū)取20穴調(diào)查有效穗數(shù)。隨機(jī)選取與平均有效穗數(shù)相同或相近的3穴進(jìn)行考種，分析產(chǎn)量構(gòu)成因素。每個(gè)小區(qū)分別收獲，脫粒風(fēng)干后換算標(biāo)準(zhǔn)含水量計(jì)算實(shí)際產(chǎn)量。水稻收割放水前一天測定Eh，每個(gè)小區(qū)測5點(diǎn)取平均值。水稻收割后，每小區(qū)按“五點(diǎn)法”采集耕層(0～20 cm)土壤，帶回實(shí)驗(yàn)室剔除土壤中可見的動植物殘?bào)w，混勻后采用“四分法”分取土壤樣品，室內(nèi)自然風(fēng)干，磨細(xì)，分別過2 mm和0.25 mm篩備用。

1.3 檢測方法

土壤基本理化性狀均采用常規(guī)方法測定[6]。植株樣品收獲后先在105 ℃殺青30 min，再在80 ℃烘干48 h，用微型粉碎機(jī)粉碎，過100目(0.15 mm)篩備用。植株樣品采用H2SO4-H2O2消煮，用擴(kuò)散吸收法測定氮含量[6]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Statistica 10.0統(tǒng)計(jì)軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙因素方差分析，對有顯著差異的處理采用新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻葉片SPAD值

SPAD 是日本農(nóng)林水產(chǎn)省農(nóng)產(chǎn)園藝局“土壤、作物分析儀器開發(fā)”(Soil and Plant Analyzer Development)的英文縮寫[7]。研究表明，水稻葉片的SPAD值與葉綠素含量具有顯著的相關(guān)性。該方法在測定時(shí)不破壞水稻葉片，即測即得，十分方便。從表1可以看出，增加施氮量在抽穗期、灌漿期均可以顯著提高水稻葉片的SPAD值，但在水稻分蘗期，除CK外各處理的葉片SPAD值并無顯著性差異。從不同時(shí)期來看，分蘗期的葉片SPAD值最高，其次是抽穗期，灌漿期最低，說明隨著水稻的生長，葉片中的葉綠素含量有降低的趨勢。

表1 不同處理對各時(shí)期水稻葉片SPAD值的影響

注：同列數(shù)據(jù)后無相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。表2～4同。

2.2 氮吸收量和氮肥利用率

從表2可以看出，在相同水分管理模式下，不同施氮量的水稻抽穗期、灌漿期、成熟期N吸收量存在顯著差異。以成熟期為例，在淹灌模式下，L、M、H處理的水稻N吸收量分別比CK增加了53.4%、60.8%、66.2%；在干濕交替灌溉模式下，L、M、H處理的水稻N吸收量分別比CK增加了59.8%、74.8%、80.7%。兩者相比，干濕交替更有利于水稻對氮的吸收。隨著施氮量增加，相同水分管理模式下的氮肥利用率均呈下降趨勢，在淹水模式下從27.1%下降到22.4%，在干濕交替模式下從30.3%下降到27.3%。在相同施氮量下，干濕交替模式的水稻氮肥利用率比淹水模式下高3.2～5.7百分點(diǎn)。分析其原因，可能是在干濕交替的水分管理模式下，地表流失的氮相對較少，水稻根系發(fā)育更好，所以吸氮量更多，氮肥利用率也更高。

表2 不同處理對水稻氮吸收和氮肥利用率的影響

2.3 土壤理化性狀

從表3可以看出，不同灌溉模式對土壤Eh影響顯著，干濕交替由于有自然落干的過程，增加了土壤與空氣的接觸，所以相應(yīng)處理的Eh值均顯著高于淹灌處理的。一般情況下，Eh值在200～400 mV為弱度還原，適于水稻生長，Eh值在-100～200 mV為中度還原，可能會對水稻生長產(chǎn)生不利影響。

表3 不同處理對土壤理化性狀的影響

干濕交替模式下的土壤堿解氮含量也均顯著高于淹灌處理，在相同施氮量下，堿解氮含量提高了6.5～8.8百分點(diǎn)，說明干濕交替有利于土壤中氮的礦化。除CK外，各處理的土壤pH值，及有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量均無顯著差異。

2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

從表4可以看出，當(dāng)施氮量為0～195 kg·hm-2，在相同水分管理模式下，隨著施氮量增加，水稻產(chǎn)量也顯著增加，但施氮量為195～234 kg·hm-2時(shí)，水稻產(chǎn)量并沒有顯著差異。淹灌模式下，L、M、H處理的水稻產(chǎn)量比CK分別增加了15.1%、22.6%、20.9%；干濕交替灌溉模式下，L、M、H處理的水稻產(chǎn)量比CK分別增加了22.0%、30.6%、28.9%。相同施氮量下，干濕交替灌溉模式下的水稻產(chǎn)量顯著高于淹灌模式，增幅在5.9%～6.5%。從產(chǎn)量構(gòu)成要素上可以看出，施用氮肥增產(chǎn)的原因主要是顯著地增加了水稻的有效穗數(shù)，對千粒重并無顯著作用。

表4 不同處理對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

3 小結(jié)與討論

葉綠素是植物光合作用中吸收光能的主要色素之一，其含量受光、溫度、營養(yǎng)元素、氧、水等環(huán)境因素影響。植物葉片的葉綠素含量與葉片含氮量密切相關(guān)，水稻葉片的SPAD值與葉綠素含量相關(guān)性顯著，因此，葉片的SPAD值可以用于水稻氮肥管理參考。本研究表明，水稻分蘗期的SPAD值最高，其次是抽穗期，灌漿期最低。在抽穗期與灌漿期，隨著施氮量的增加，SPAD值有逐漸增加的趨勢。但相同施氮量下，不同水分管理模式的水稻葉片SPAD值間差異不顯著。

褚光等[8]研究表明，干濕交替灌溉較常規(guī)淹水灌溉可提高水稻產(chǎn)量10%以上，節(jié)水15%以上，水分利用效率提高30%左右。劉立軍等[9]研究表明，在干濕交替灌溉中進(jìn)行輕度土壤落干，不僅可以節(jié)約用水、提高水分利用效率，而且可以較常規(guī)灌溉顯著提高水稻產(chǎn)量，改善稻米品質(zhì)。本研究表明，干濕交替灌溉模式比淹灌的水稻吸氮量更多，氮肥利用率更高。相較于淹灌，干濕交替灌溉模式顯著提高了水稻的產(chǎn)量，較淹灌模式增產(chǎn)5.9%～6.5%。本試驗(yàn)條件下，干濕交替灌溉模式的最適施氮量為195 kg·hm-2。

干濕交替灌溉引起的土壤水分變化是土壤有機(jī)質(zhì)分解的主要影響因素[10]。韓建剛等[11]研究表明，干濕交替灌溉對土壤中氮素礦化的影響受溫度和施肥水平的共同制約[11]。楊長明等[12]研究表明，干濕交替灌溉模式下合理施肥可顯著提高土壤的有效養(yǎng)分含量。本研究表明，干濕交替灌溉模式較淹灌模式顯著提高了土壤的Eh值與堿解氮含量，但對有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量，及土壤pH值并無明顯作用。這主要是因?yàn)椋蓾窠惶嫣幚碓黾恿送寥琅c空氣的接觸，提高了土壤的通氣性，促進(jìn)了土壤中氮的礦化，所以顯著提高了土壤的Eh值與堿解氮含量。