緩釋肥條件間歇灌溉對水稻氮素分配及產量的影響

鐘盛建，何 軍，2，張宇航，王平章，李趙琴，郭 健，周潔宇，楊 鵬，廖 薇

（1.三峽大學水利與環境學院，湖北宜昌443002；2.三峽大學三峽庫區生態環境教育部工程研究中心，湖北宜昌443002；3.湖北省漳河工程管理局，湖北荊門448156）

0 引 言

緩釋肥是一種緩慢釋放養分的新型環保復合型肥料。它能降低肥料養分釋放速度，延長肥效期，從而滿足作物不同生育期的肥料需求[1,2]，同時，可提高氮素回收率[3,4]，降低環境污染，對農業生產意義重大。另一方面，全球氣候變暖導致極端氣候頻現，干旱范圍有明顯擴大趨勢，旱災成災程度有加重趨勢[5,6]，而節水灌溉方式能夠減少農田水分的滲漏和蒸發，提高灌溉水利用率[7-9]，減少溫室氣體排放[10-12]，降低干旱對水稻生產的影響。近幾年，大量研究證明了緩釋肥的增產效果[13-15]，但緩釋肥和節水灌溉耦合條件下的水稻干物質氮素分配及產量影響機制少見報道。因此，本文選取長江中游典型灌區湖北省漳河灌區開展不同水肥耦合條件下的水稻測坑種植試驗，分析黃熟期水稻植株氮素分配及產量特征等，以期為緩釋肥節水灌溉耦合的水稻生產實踐等提供參考。

1 材料與方法

試驗地點位于湖北省漳河灌區的湖北省灌溉試驗中心站(30°54′15″ N，112°05′16″ E)，氣候溫暖，年無霜期長，多年平均氣溫17 ℃，最高月均氣溫27.7 ℃，最低月均氣溫3.9 ℃，年降雨量700～1 100 mm，多年平均降雨量947 mm，年均蒸發量(20 cm 蒸發皿)1 300～1 800 mm，年日照總時數1 300～1 600 h。該地區為典型的丘陵地帶，地形起伏，耕層土壤以黃棕壤為主，質地黏重，有機質含量相對較低，pH 值為6.8～7.2（水土比1:1），土壤孔隙率為45.5 %，容重為1.33～1.44 g/cm3，夏季以水稻作物為主。

本次研究供試水稻為Y-兩優957，屬于秈型兩系雜交水稻品種。試驗采用2 m×2 m的測坑栽植，2020年6月1日移栽，行間距為25 cm×25 cm，2020年9月15日收割，試驗共6 個處理：淹灌不施肥（W1F0）、淹灌傳統肥(W1F1)、淹灌緩釋肥(W1F2)、間歇灌緩釋肥(W2F2)、間歇灌不施肥（W2F0）、間歇灌傳統肥(W2F1)，每個處理設置3 個重復，共計18 個測坑。兩種水分管理模式-淹水灌溉(Continuous Flooding Irrigation，CF)W1和間歇灌溉(Alternate Wetting and Drying，AWD)W2的水層控制參照參考文獻[16]。兩種施肥類型為傳統肥F1和緩釋肥F2，其中F1 為當地群眾習慣模式：氮肥水平以N 計為180 kg/hm2，施基肥時用碳酸氫銨(NH4HCO3)，追肥時用尿素CO(NH2)2；磷肥：以P2O5計72 kg/hm2，施過磷酸鈣；鉀肥：以K2O 計115 kg/hm2，施氯化鉀。磷、鉀肥作為基肥一次施入，氮肥50%基肥、50%追肥。基肥在插秧整地時施入，追肥(分蘗肥)在移栽后15 d 左右施入。F2：與施入傳統肥氮磷鉀有效含量相當的緩釋肥，插秧整地時作底肥一次性施入。

測量指標包括水稻黃熟期地表各部分干物質質量，各部分吸氮量以及產量及其構成因子。水稻黃熟期收割后進行測產，獲取有效穗數、每穗谷粒數、千粒重、結實率，并取植株樣分為根、莖、葉、稻穗四部分，于烘箱120 ℃殺青30 min，90℃烘干至恒重稱重獲得干物質質量。植株吸氮量TN測定根據《NY/T 2419-2013 植株全氮含量測定自動定氮儀法》進行。分析指標包括氮素收獲指數，氮肥農學利用率以及氮肥生理利用率。氮素收獲指數(%)=籽粒氮積累總量/植株氮素積累總量，氮肥農學利用率(kg/kg)=(施氮區產量-空白區產量)/施氮量，氮肥生理利用率=(施氮區產量-空白區產量)/(施氮區地上部分吸氮量-空白區地上部分吸氮量)。

采用EXCEL2019，SPSS25.0軟件進行制圖和數據分析。

2 結果與分析

2.1 干物質及氮素分配

表1為黃熟期植株樣干物質質量分配。干物質總量的從大到小依次為W2F2＞W2F1＞W1F1＞W1F2，分別為18 310.4 kg/hm2，18 147.6 kg/hm2，14 802.8 kg/hm2和13 832.2 kg/hm2。W2F1 和W1F1 的根干物質質量分別為2 796.3 kg/hm2和2 568.4 kg/hm2，分別占比17.4%和15.4%，明顯大于W1F2 和W2F2。W2F2 和W2F1 的莖干物質量分別為5 663.6 kg/hm2和5 225.4 kg/hm2，大于W1F2的4 305.1 kg/hm2和W1F1的4 166.6 kg/hm2。W2F1 的葉干物質質量和占比最高，為2 047.8 kg/hm2和11.3 %，其次為W2F2，1 742.2 kg/hm2，占比9.5%，W1F1 和W1F2 的葉干物質占比相同，均為8.9 %，但前者干物質質量為1 312.3 kg/hm2高于后者的1 234.3 kg/hm2。穗的干物質質量為W2F2＞W2F1＞W1F2＞W1F1。相同施肥類型條件下，W2 的干物質質量遠高于W1，W2F2 條件下的穗干物質量為8 948.6 kg/hm2，比W1F2 高出27.9 %，W2F1 條件下的干物質產量為8 078.1 kg/hm2，比W1F1高出19.6%。

表1 不同水肥處理下水稻黃熟期干物質分配Tab.1 Dry matter distribution under different water and fertilizer treatments

表2為黃熟期植株樣地表各部分吸氮量表。不同處理條件下各部分的吸氮量TN 均呈現穗＞莖＞葉。地上部分吸氮量TN總和，莖和穗的吸氮量TN 從大到小依次為W2F2＞W2F1＞W1F2＞W1F1。W2F2 的地上部分吸氮量TN 總和明顯高于其他處理，為112.7 kg/hm2，W2F1，W1F2 和W1F1 的地上部分吸氮量TN 總和分別為93.2 kg/hm2，82.9 kg/hm2及80.4 kg/hm2。W2F2 和W2F1 的莖吸氮量TN 較為相近，分別為17.7 kg/hm2和17.0 kg/hm2，W1F2 和W1F1 的莖吸氮量TN 較為相近分別為12.8 kg/hm2和12.6 kg/hm2，而W2F1 莖的吸氮量TN 占比最高，為18.2%。W2F2 的穗吸氮量TN 最高為112.7 kg/hm2，其次為W2F1和W1F2，其吸氮量TN分別達93.2 kg/hm2和82.9 kg/hm2，W1F1的穗吸氮量TN最小，為80.4 kg/hm2。

表2 不同水肥處理下的水稻氮素分配Tab.2 Rice nitrogen distribution of dry matter under different water and fertilizer treatments

圖1 為不同水肥處理條件下的氮素利用。如圖1 所示，W1F2 的氮素收獲指數最大，為71.48%，W1F1 和W2F2 的氮素收獲指數相差較小，分別為70.52%和70.12%，W2F1 的氮素收獲指數最小，僅為63.78%。氮肥農學利用率從大到小依次為W1F1＞W2F1＞W2F2＞W1F2，其值分別為22.0 kg/kg，21.5 kg/kg，20.7 kg/kg 和20.0 kg/kg。W1F1 的氮肥生理利用率最高，為112.8 kg/kg，比W1F2、W2F1 和W2F2 分別高16.9 kg/kg，22.9 kg/kg，53.2 kg/kg。

圖1 不同水肥處理下的氮素利用Fig.1 Nitrogen utilization under different water and fertilizer treatments

2.2 產量及產量構成因子

表3為不同水肥耦合條件下的產量構成因子情況。有效穗數最大的處理為W2F1，值為184.3 個/m2，其次為W1F1，達到183.7 個/m2，W1F2 和W2F2 的有效穗數最低，分別為164.7個/m2和160.3 個/m2，現象表明，緩釋肥施肥類型會導致水稻有效穗數的降低。每穗谷粒數從大到小依次為W2F2＞W1F1＞W1F2＞W2F1，分別為279.3 粒/穗，276.8 粒/穗，262.3 粒/穗和258.3 粒/穗。千粒重最大的處理為W1F1，達21.6 g，其次為W1F2 的21.3 g，W2F1 和W2F2 的千粒重均為19.9 g。結實率最高為W1F1 的92.9 %，其次為W1F2 的92.1 %和W2F2的91.9%，W2F1條件下結實率最小，僅為91.4%。

表3 不同處理的水稻產量構成因子Tab.3 Rice yield components of different treatments

圖2 為不同水肥處理下的產量。由圖2 可知，產量由高到低依次為W2F1＞W2F2＞W1F1＞W1F2，分別為7 897、7 755、7 530 和7 506 kg/hm2。灌溉模式對產量的影響顯著(value=mean±SEM，p＜0.05，n=3)，在相同的施肥類型下，W2 的產量大于W1，這與何軍等[17]人的研究結果一致。W2F1的產量比W1F1 的產量高367 kg/hm2，W2F2 的產量比W1F2 的產量高249 kg/hm2。而在相同的灌水模式下，F1 與F2 的產量差異不顯著(p＞0.05)，F1的產量略大于F2的產量，W1F1的產量僅比W1F2 的產量高24 kg/hm2，W2F1 的產量僅比W2F2 高142 kg/hm2。

圖2 不同水肥處理下的水稻產量Fig.2 Rice yield under different water and fertilizer treatments

3 結 論

為探明緩釋肥間歇灌條件對水稻氮素分配及產量的影響，在2020年開展了不同水肥處理水稻種植的測坑試驗，得出以下結論：

(1)間歇灌溉能明顯促進干物質總量及穗部干物質的積累。緩釋肥對干物質總量及穗部干物質積累也有一定促進作用。F1 條件下，W2 的干物質總量及穗部干物質量分別為18 147.6 kg/hm2和8 078.1 kg/hm2，分別超過W1 條件下22.6%和19.6%。F2 條件下，W2 的干物質總量及穗部干物質量分別為18 310.4 kg/hm2和8 948.6 kg/hm2，分別超過W1條件下32.4%和27.9%。

(2)間歇灌溉提高了吸氮量及氮素在穗部的積累，從而實現水稻增產。W2F2 的地上部分氮素積累量明顯高于其他處理，為112.7 kg/hm2，W2F1，W1F2 和W1F1 的地上部分氮素積累量分別為93.2 kg/hm2，82.9 kg/hm2及80.4 kg/hm2。

(3)緩釋肥條件下的氮素收獲指數要高于常規肥條件，淹灌條件下的氮素收獲指數高于間歇灌溉。氮肥利用率在相同灌溉模式下，常規肥組更高，在相同施肥類型條件下，淹灌組更高。淹灌條件下的氮肥農學利用率要高于間歇灌溉。

(4)灌溉模式對產量的影響顯著(p＜0.05)，W2F1 的產量比W1F1 的產量高367 kg/hm2，W2F2 的產量比W1F2 的產量高249 kg/hm2。施肥類型對產量的影響不顯著(p＞0.05)。相同灌水模式下，緩釋肥條件下的產量略低于常規肥主要是由緩釋肥條件下有效穗數降低引起。