不同灌溉方式對水稻氮素積累及產量的影響

蔣天琦， 張興梅， 殷奎德， 何淑平， 劉春梅， 鄭桂萍

(黑龍江八一農墾大學農學院，黑龍江大慶 163319)

不同灌溉方式對水稻氮素積累及產量的影響

蔣天琦， 張興梅， 殷奎德， 何淑平， 劉春梅， 鄭桂萍

(黑龍江八一農墾大學農學院，黑龍江大慶 163319)

采用水、氮2因素，氮肥5水平的試驗設計，研究水氮不同組合對水稻墾粳5號干物質積累量、氮素積累量、產量、產量構成因素的影響。試驗結果表明，灌溉方式和施氮水平對水稻干物質積累、氮素積累、產量及產量構成因素均有顯著影響。同一時期同一施氮水平下，常規灌水的水稻各項指標均顯著低于控水處理；同一時期同一灌水處理下，各項指標均隨施氮量的增加呈現先升高后降低的變化趨勢。常規灌水與控水處理均以施氮量2.204 g/盆(N3)各項指標最高。根據產量與施氮量擬合的產量效應方程為：常規灌水條件下，y=-56.922x3+119.38x2-43.094x+58.816，r2=0.908 4；控水條件下，y=-38.162x3+78.96x2-23.452x+66.095，r2=0.974 0。常規灌水條件下最高施氮量為1.185 g/盆，產量為80.67 g/盆；控水條件下最高施氮量為1.210 g/盆，產量為86.00 g/盆。綜合分析水稻氮素積累及產量等各項指標，在施氮量相同的條件下控水效果優于常規灌水。

水稻；水氮互作；干物質積累；氮素積累；產量

如何提高農業用水的利用率是解決我國水資源危機所面臨的問題。水稻作為農業用水中的大戶，推行水稻節水栽培已成為提高農業用水利用率的重要方法[1]。但目前水稻田大多采用“大水大肥”的灌溉和施肥方式，既浪費水資源，又污染環境。在水資源匱乏及肥料利用率低的情況下，發展節水灌溉成為必然的趨勢，減少水稻的灌溉用水和肥料高效利用實現水稻穩產高產的各項理論和技術研究越來越受到重視。以往的研究結果表明，節水灌溉，既使水稻長期處于無明水，并使土壤呈干濕交替的狀態，可以有效促進水稻生長，既節約水資源又提高氮肥利用效率[2]。

氮肥可以提高植物的抗旱性，使植物葉片氣孔密度變小、蒸騰降低、葉綠素含量增加，從而提高作物產量和水分利用率[3]。目前許多研究已明確水稻群體質量及產量在干濕交替灌溉下增加[4]、隨氮素基蘗肥的增加而增加[5]，同時也受手栽、直播、拋秧、機插等種植模式的影響[6]，然而以上研究多偏重于單因子效應。水、肥在水稻生長發育過程中是相互影響和制約的2個因子。近來，減少水稻灌溉用水、高效利用肥料來構建合理的水稻群體質量，進而實現水稻穩產高產的理論和技術研究受到廣泛重視。但有關施氮水平在不同灌水方式下，以及水氮互作條件下對水稻農藝性狀的影響[7]及與產量[8]間關系的研究鮮見報道。

水肥耦合可以引起協同效應、疊加效應、拮抗效應3種不同結果。作物的水分和養分吸收雖然為2個過程，但土壤的物理化學過程以及微生物和植物的生理過程都受水分有效性的影響。土壤的水分供應適宜程度對作物的長勢、物質合成及根系活力都有直接影響[9]：作為作物吸收各種礦質元素的載體，養分只有溶解在水中才能通過質流或擴散到達根系表面，然后被植物所吸收。

以水調肥的同時，合理施肥也可以增加蓄水保墑的能力，進而提高水分利用率。目前，關于水肥互作效應的研究已取得了很大的進展，但不同作物不同地區研究結果也存在差異。孫永健等研究認為，水氮互作下水稻各生育期內干物質積累、葉面積指數、凈光合速率均與產量有顯著或極顯著的正相關[10]；姚峰先研究認為，半干旱栽培結合相對偏低的施氮量是最優的高產高效協同管理模式[11]；田亞芹等研究認為，間歇灌溉及高氮管理具有較好的增產效應[12]。本試驗通過研究節水灌溉和常規灌溉對不同生育階段水稻氮素積累及產量的影響，探求一種能夠充分激發水肥協同作用，以期獲得更好環境效益的水肥耦合最佳方式，達到節水、省肥、降低肥料污染、改善農田生態環境的目的，對提高肥料利用率、增加作物產量具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

1.1.1 試驗材料 試驗設在黑龍江八一農墾大學校內，供試土壤為草甸土，其土壤含有機質37.8 g/kg，堿解氮(N)151.2 mg/kg、有效磷(P)18.4 mg/kg、速效鉀(K)196.0 mg/kg、pH值為7.12。供試肥料為尿素(含N 46%)、重過磷酸鈣(含P2O546%)、氯化鉀(含K2O 60%)，供試水稻品種為墾粳5號。

1.1.2 試驗處理 本研究采用盆栽試驗的方法進行水分與氮肥互作的試驗，盆面積為0.07 m2，每盆裝土15 kg。試驗設灌溉模式×氮肥水平2個因素，氮肥設5個水平，共10個處理，每個處理3次重復。設置2個水分處理(W0、W1)，W0為控水處理，除水稻移栽后返青期、分蘗期、揚花灌漿期保持 5 cm 水層外，其余生育階段保持土壤濕潤表土無明水；W1為常規灌水處理，即一直保持土表5 cm水層。試驗種植密度為每盆4穴，每穴3株，每盆12株。將盆放置遮雨棚內，雨天采用遮雨布防雨。各處理磷鉀肥用量相等，為1.469 g/盆。各水分模式下分設5個氮肥水平，結果見表1。

表1 試驗處理氮肥施肥量

1.2 測定項目及方法

1.2.1 植株全氮含量的測定 采用硫酸-過氧化氫消煮，凱氏定氮法測定全氮含量[13]。

1.2.2 水稻產量的測定 收獲后進行水稻考種。考種項目包括每株穗數、小穗數、穗長、穗粒數、空癟粒、每盆粒質量、千粒質量。

1.3 數據處理

通過Excel 2003進行試驗數據處理，結合SPSS 19.0軟件中的方差分析方法(LSD法、Duncan's法)對不同水氮處理進行氮積累量及產量的顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉方式對水稻各生育期干物質積累的影響

干物質積累是水稻產量形成的基礎。由表2可知，各水氮處理對水稻植株分蘗期干物質積累的影響達到顯著水平，其中干物質積累量以W0N3處理最高，達到了15.48 g/盆，高于W1N3處理14.16%。同一灌水處理下，不同施氮量對干物質積累量均有顯著影響；同一施氮水平下，控水處理干物質積累量均高于常規灌水處理。由此可見，在分蘗期氮肥對干物質積累量的作用明顯，灌溉方式也對干物質積累量作用不同，水和氮對水稻干物質的積累有明顯的互作效應。

各水氮處理對水稻植株拔節期干物質積累的影響達到顯著水平。其中，W0N3處理干物質積累量最高，與其他處理間差異均顯著。施氮量最高的N4水平在W0和W1水處理下均顯著低于N3水平。

在水稻開花期，2種水分處理水稻干物質積累量均隨施氮量的增加呈現先升高后降低的趨勢，其中W0N3的干物質積累量最高，為61.57 g/盆。在N3、N4施氮水平下，2種水處理的干物質積累量差異不顯著；N0、N1、N2施氮水平下，2種水處理的干物質積累量差異均達到顯著水平；W0N2、W1N4與W0N4之間差異不顯著。

在水稻乳熟期，W0N3處理的干物質積累量最高，為 98.38 g/盆，且與其他各處理差異顯著。同一施氮水平下，W0處理的干物質積累量均高于W1處理。

表2 不同灌溉方式對水稻各生育期干物質積累量的影響

注：表中數據為3次重復的平均值，同列數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

施氮量對水稻完熟期植株的干物質積累量作用明顯。同一灌水處理下，干物質積累量均隨施氮量的增加呈現先升高后降低的趨勢，2種水處理均以N3處理最高。在W1水處理下，N3與其他各處理差異顯著；在W0水處理下，N3與N4處理差異不顯著，與其他處理差異顯著。綜合水氮效應，干物質積累量以W0N3處理最高，達40.26 g/盆。

2.2 不同灌溉方式對水稻各生育期氮素積累的影響

同施氮水平下水稻吸氮量有明顯差異。2種灌溉方式中，氮積累量均隨施氮量增加呈先升高后降低的趨勢。分蘗期氮素積累量以WON3處理最高，為0.496 g/盆，比W1N3處理高16.71%；W1N0處理最少，為0.233 g/盆(圖1)。

拔節期水稻氮素積累最高的處理依然為W0N3處理，與其他處理間差異顯著。同一水分處理下，氮素積累量隨著施氮量增加呈現“低—高—低”的趨勢(圖2)。

水稻開花期氮積累量最高的水氮組合是W0N3，為 0.766 g/盆。同一水分處理中，水稻植株氮積累量隨著施氮量的增加而呈現低—高—低的變化趨勢，W0處理效果較好。方差分析結果顯示，N1處理中不同灌水處理間水稻氮素積累量差異不顯著，其他各施氮處理中不同灌水處理間水稻植株氮素積累量差異顯著(圖3)。

水稻乳熟期氮積累量最高的水氮組合是W0N3，為 0.875 g/盆。同一水分處理中，水稻氮積累量隨著施氮量的增加而呈現低—高—低的變化趨勢，N3處理效果最好。方差分析結果顯示，在N4處理中，灌水處理間水稻氮素積累量差異不顯著；其他施氮處理中，W0處理的水稻氮素積累量均顯著高于W1處理(圖4)。

水稻完熟期植株氮素積累量最高的水氮組合為W0N3，為0.260 g/盆。同一水分處理中，水稻植株氮素積累量隨施氮量的增加而呈現先增加后減少的變化趨勢，N3處理效果最好，且W1N3和W0N3處理間氮素積累量差異不顯著，但顯著高于其他處理(圖5)。

水稻完熟期籽粒氮素積累最高的水氮組合是W0N3處理，為1.050 g/盆。在N3處理中，各水分處理間水稻完熟期籽粒氮素積累量差異不顯著；在其他施氮處理中，W0處理水稻完熟期籽粒氮素積累量均顯著高于W1處理。在W1處理中，N2與N4處理間水稻完熟期籽粒氮素積累量差異不顯著；在W0處理中，N3與N2、N4處理間水稻晚熟期籽粒氮素積累量均不顯著，但顯著高于其他各處理(圖6)。

2.3 不同灌溉方式對水稻產量與產量構成因素的影響

水稻籽粒產量的高低決定產量，對產量構成因素差異進行分析可以明確水稻產量差異的原因。同一水分處理下，隨施氮量的逐漸增加，供試水稻的產量呈現出先增加后降低的變化趨勢，具體表現為N3處理最高，各施氮處理與不施氮處理相比差異均達到顯著水平。由此可見，同一水分處理下，隨著施氮水平的逐漸提高，在N3處理達到最大值，繼續增加氮肥用量產量不再增加反而有所降低，符合肥料效應遞減律。產量最高的水氮互作方式為W0N3處理，達到了84.22 g/盆。從水稻產量來看，最佳灌溉處理為W0，最佳施氮處理為N3(表2)。

灌水方式和氮肥水平均影響著水稻分蘗數的多寡，同一水分處理下，水稻的株高、分蘗、穗長、穗粒數均隨著水稻施氮量的增加呈現低—高—低的變化趨勢，且均在N3處理上達到最大值。由此可見，氮肥過量施用會導致穗粒數減少，從而影響水稻的產量。生產中一般認為，水稻的千粒質量受自身的特性決定，是產量構成因素中較為穩定的指標[14]。

根據產量與施氮量的關系，以產量y、施氮量x擬合出產量效應模型，模型如圖7所示。灌水條件下：y=-56.922x3+119.38x2-43.094x+58.816，其中r2=0.908 4；節水條件下：y=-38.162x3+78.96x2-23.452x+66.095，其中r2=0.974 0。

灌水條件下，最高施肥量為1.185 g/盆，產量為 80.667 g/盆；節水條件下，最高施肥量為1.210 g/盆，產量為86.004 g/盆。

3 結論與討論

本研究結果表明，同一灌水方式下，不施氮與施氮量過高均會限制水稻的干物質積累量。供試水稻的干物質積累隨水稻生育期的推進，不同水氮組合的變化趨勢大致相同。同一施肥條件下，控水處理的干物質積累量基本高于灌水處理。在控水處理中，由于土壤通氣狀況較好，利于氣體更新，促進根呼吸，提高根活性，促進肥料吸收，從而達到促進水稻生長發育、增加干物質質量的作用。

表2 不同灌溉方式對水稻產量構成因素的影響

本試驗表明，與淹水模式相比，控水灌溉更有利于水稻的氮積累，這一點與陳星等結果[14]不一致。研究結果不一致可能是由于試驗條件差異，如灌溉時間、供試水稻品種、供試土壤以及氣候條件不一致等。陳星的研究中，控水灌溉除返青前后灌水，其余生育期均保持無水層，可能導致分蘗期水分不夠、灌漿期水分不足，從而影響產量以及氮素營養的吸收[14]。本試驗在水稻水分利用關鍵期如移栽返青期、分蘗期以及揚花灌漿期適當供水，在其他時期進行控水，利于水稻生長。本試驗中，各時期同一施氮水平下，W0干物質積累量、氮素積累量、產量以及產量構成因素均高于W1處理，控水灌溉下水稻根系細菌和微生物活動增強，呼吸能力增強，從而使根系吸收土壤和肥料氮的能力增強，此結果與黎光繼的研究結果[15]一致。同一水分處理下，水稻的吸氮量隨施氮量的增加而增加，達一定水平后不再增加，這一點與曹洪生等的研究結果[16]一致。巨曉棠等研究認為，水氮互作對水稻的生理性狀、氮積累量及籽粒產量等的影響達到了顯著或極顯著水平[17]，本研究也證實，水稻的氮積累量在不同的灌水處理以及施氮處理間差異顯著，且兩者的交互作用明顯。

水稻的產量構成因素是導致水稻產量差異的重要因素，不同水氮組合對產量構成因素的影響很大，籽粒產量表現出低—高—低的變化趨勢，W0N3處理最高，充分達到了以肥促水、以水調肥的目的。同一水分處理下，在較低的施氮量處理下，施氮水平對水稻的穗粒數影響也很明顯，這一點與柏雪靜等的研究結果[18]一致。最優處理W0N3促進根系對水分和氮肥的協同吸收，有利于水稻完熟期體內物質的運轉，產量的提高。

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10.15889/j.issn.1002-1302.2017.02.014

2015-11-24

黑龍江省教育廳科學技術研究項目(編號：12531451)。

蔣天琦(1990—)，女，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，從事植物營養學研究。E-mail：527721300@qq.com。

張興梅，教授，碩士生導師，從事植物營養方面的教學與研究。E-mail：zxmnd@163.com。

S511.2+20.7

A

1002-1302(2017)02-0055-04

蔣天琦，張興梅，殷奎德，等. 不同灌溉方式對水稻氮素積累及產量的影響[J]. 江蘇農業科學，2017，45(2)：55-58.