鹽脅迫下緩釋肥和氮減量對水稻生長、產量及土壤特性的影響

張 蛟，崔士友，翟彩嬌，陳澎軍，韓繼軍

(1.江蘇沿江地區農業科學研究所，江蘇南通 226012；2.江蘇省有色金屬華東地質勘查局/地球化學勘查與海洋地質調查研究院，江蘇南京 210007)

“農穩社稷，糧安天下”，糧食安全是國家安全的重要組成部分，是事關國計和社會穩定的首要問題[1-2]。據報道，2050年我國將出現較大的糧食缺口，自給率僅達到87.56%，到2050年需要增加 1 800萬hm2耕地才可實現糧食完全自給[2]。在確保中國糧食安全的大背景下，邊際土地的開發利用成為人們關注的熱點[3-4]。水稻是我國三大糧食作物之一，由于其特殊的栽培方式，常常作為沿海灘涂鹽堿地改良的首選糧食作物[5-6]。灘涂鹽堿地種植水稻能降低稻田土壤鹽分、改善土壤質量、提高土壤肥力，是開發利用灘涂土地資源的主要技術之一[7-9]。

氮肥是水稻生產中最重要的肥料，是影響水稻生長發育最敏感的因素之一[10]，對提高水稻產量發揮著重要作用[11]。鹽脅迫下氮素吸收量減少可能是導致水稻生長減緩的原因之一[10]。然而，過量的氮肥投入并不能保證水稻進一步增產，還會降低肥料利用效率，造成資源浪費和生產成本增加，加劇農業面源污染[12-13]。緩/控釋肥作為一種新型肥料，有利于水稻生育后期土壤氮素供應，有效增加水稻葉片葉綠素含量，提高水稻生育后期的光合功能，延緩葉片衰老，促進水稻花后的干物質生產[14-15]，可以在不減產甚至增產的前提下減少氮肥用量20%～30%[16-17]，可提高肥料利用率，減少施肥次數，降低勞動成本，具有較好的經濟和環境效益[18-21]。目前，鹽堿地水稻生產中有關緩/控釋肥對水稻生長發育、產量及其構成因素的影響報道不多。本研究采用盆栽試驗模擬灘涂水稻種植，選用有機緩釋水稻專用肥和常規尿素施肥，研究緩釋肥及氮肥減量對鹽脅迫下水稻生長、產量及其構成因素的影響，并分析肥料的氮肥農學利用率和氮肥偏生產力等，明確施肥管理對鹽堿地水稻的增產增效特點，將為灘涂鹽堿地水稻高產高效栽培提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年6—11月在江蘇沿江地區農業科學研究所進行。盆栽試驗土壤為沿海灘涂圍墾40年以上的農田種植土壤，土樣采集后除去雜物、晾干、粉碎、混勻后備用。供試土壤有機質含量為7.36 g/kg，全氮含量0.68 g/kg，pH值8.52，電導率0.15 dS/m，堿解氮含量44.23 mg/kg，有效磷含量11.27 mg/kg，速效鉀含量72.00 mg/kg。供試水稻品種為南粳5055，供試肥料為有機緩釋水稻專用肥(萬里神農好樂耕緩釋肥料，N含量≥18%，P2O5含量≥5%，K2O含量≥10%，有機質含量≥15%)；普通尿素(N含量≥46%)；磷肥(過磷酸鈣，P2O5含量≥12.0%)；鉀肥(氯化鉀，K2O含量≥60%)。

1.2 試驗設計

盆栽所用塑料桶直徑30.0 cm，高32.8 cm，每盆裝土15 kg，試驗設置2個鹽分水平和5個氮肥處理，完全方案設計，共10個處理，每個處理重復8次，共80盆，隨機區組排列。鹽分處理分別為S0(0 g/kg)和S1(1.5 g/kg)，根據試驗設計的土壤鹽分含量0.15%、0.30%和土的質量來計算NaCl海鹽的質量，把干鹽溶解到水中，然后將鹽溶液均勻拌入各塑料桶中，并加水浸泡3次使土壤中的鹽分均勻分布。氮肥處理分別為CF(常規施肥，270 kg N/hm2)、FS(有機緩釋水稻專用肥，270 kg N/hm2)、FSA(有機緩釋水稻專用肥減氮10%，243 kg N/hm2)、FSB(有機緩釋水稻專用肥減氮20%，216 kg N/hm2)、CK(不施氮肥，0 kg N/hm2)。CF處理氮肥運籌為基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶2∶4，分蘗肥分別在移栽后7 d和14 d等量施入，穗肥分別在倒4葉齡和倒2葉齡期等量施入；FS、FSA和FSB處理均采用緩釋肥一次性全量基施+穗期施入尿素施肥方式，氮肥運籌為基肥∶穗肥=6∶4，穗肥分別在倒4葉齡和倒2葉齡期等量施入。各施肥處理的鉀肥、磷肥施用量相同，折算為施用磷肥(P2O5)120 kg/hm2，鉀肥(K2O)180 kg/hm2。磷肥作為基肥一次性全量施入，鉀肥分基肥和穗肥2次等量施入。水稻于6月6日落谷，6月28日移栽，每盆3穴，每穴3棵苗，10月26日收獲。盆栽實施精細化管理，及時防治病蟲草害。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 水稻生長指標及產量測定 每處理選取水稻長勢較一致4盆12穴作為定點調查對象，于移栽后每隔7 d調查莖蘗數直至分蘗停止發生，計算成穗率。成熟期測定株高，同時每處理選取整體長勢較一致的3盆，取樣測定穂質量、地上生物量、有效穗數、每穗粒數、實粒數、空癟粒數、結實率和千粒質量等，同時測定稻谷水分含量，按照標準含水量14.5%計算稻谷產量。成穗率=每盆有效穗數/每盆最高苗(分蘗)數×100%。

1.3.2 氮肥利用率指標 氮肥農學利用率：施氮肥區與不施氮肥區稻谷產量之差與施氮水平之比，即單位施氮量的產量增加量。氮肥農學利用率(NAE)[16]=[施氮區產量(kg/hm2)-不施氮區產量(kg/hm2)]/施氮量(kg/hm2)，kg/kg。氮肥偏生產力：施氮肥區水稻產量與氮肥施用量的比值。氮肥偏生產力(NPFP)[22]=施氮處理產量(kg/hm2)/施氮量(kg/hm2)，kg/kg。

1.3.3 土壤樣品測定 水稻收獲后，每個處理取3盆采集土壤樣品，測定土壤基本理化性質，測定方法具體按照土壤農化分析常規方法進行。

1.4 數據處理與統計分析

采用Excel 2010和DPS 7.05軟件進行試驗數據處理與分析，采用LSD多重比較法對不同鹽分水平下，各水稻產量及其構成因素進行顯著性檢驗和相關性分析，顯著水平設定為α=0.05。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫下不同氮肥處理對水稻莖蘗動態和成穗率的影響

由圖1和圖2可知，鹽分處理和氮肥處理對水稻莖蘗增長動態和成穗率有明顯影響。與S0條件相比，在S1條件下常規施肥(CF)處理、有機緩釋水稻專用肥(FS)處理、有機緩釋水稻專用肥氮肥減量10%(FSA)處理和有機緩釋水稻專用肥氮肥減量10%(FSB)處理的最大莖蘗數分別平均減少了11.86%、17.39%、14.14%和8.43%，然而CK在S1條件下最大莖蘗數增加了14.29%；同時，在S1條件下各氮肥處理的水稻達到分蘗盛期的時間相比S0條件下晚10～14 d(圖1)；與S0條件相比，CK在S1條件下水稻成穗率顯著降低(P<0.05)，但氮肥處理(CF、FS、FSA和FSB)均沒有顯著差異。各氮肥處理間，S0和S1條件下FS處理的最大莖蘗數最高，水稻的莖蘗成穗率表現為S0條件下CF處理最高，且CF處理與CK、FS、FSA處理間沒有顯著差異；水稻成穗率在S1條件下表現為FS處理最高，且CF、FS、FSA和FSB處理均顯著高于CK?？梢钥闯觯皇┑氏蔓}脅迫對水稻莖蘗成穗率有明顯不利影響，且合理的施肥可以有效緩解鹽脅迫對水稻莖蘗成穗率的不利影響。

2.2 鹽脅迫下不同氮肥處理對水稻生長、產量及其構成因素的影響

由表1可知，鹽分處理對水稻株高、生物量、穗數、每穗粒數、千粒質量和產量均有顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)的影響。與S0條件相比，在S1條件下CF、FS、FSA和FSB處理的水稻株高、生物量、穗數、每穗粒數、千粒質量及產量均顯著降低，且水稻株高分別降低了7.88%、10.36%、11.93%和13.98%，生物量分別降低了19.53%、19.36%、22.30%和23.05%，穗數分別減少了13.71%、16.15%、16.80%和9.17%，每穗粒數分別減少了9.32%、10.73%、9.75%和15.17%，千粒質量分別降低了2.13%、6.57%、7.24%和7.91%，產量分別減少了18.98%、18.21%、18.19%和22.86%；同時，CK在S1條件下的水稻株高、生物量、每盆穗數、產量與在S0條件下相比均沒有顯著差異，穗粒數和千粒質量分別減少了12.30%和7.70%。從表1還可以看出，施肥處理對水稻株高、生物量、收獲指數、每盆穗數、每穗粒數、千粒質量、結實率和產量均有極顯著影響。在S0和S1條件下，CF、FS、FSA和FSB處理的水稻株高、生物量、收獲指數、穗數、每穗粒數、千粒質量、結實率及產量與CK相比均顯著提高；同時，S0條件下的每穗粒數和產量在CF、FS、FSA和FSB處理之間均沒有顯著差異，S1條件下每穗粒數和產量表現為CF、FS、FSA處理均顯著高于FSB處理。同時，在等氮施肥條件下，水稻穗粒數和產量在CF處理和FS處理間沒有顯著差異；在化肥氮減量條件下，氮肥減量20%(FSB)處理的水稻每穗粒數和產量較FS和CF處理均顯著降低，而氮肥減量10%(FSA)處理與FS和CF處理沒有顯著差異。方差分析結果顯示，土壤鹽分和氮肥處理在株高、生物量、穗數、千粒質量和產量方面均表現出顯著或極顯著的互作效應。

表1 鹽脅迫下不同氮肥處理對水稻生長、產量及其構成因素的影響

2.3 鹽脅迫下不同氮肥處理對氮素農學利用率和氮肥偏生產力的影響

由表2可知，鹽分處理對氮肥農學利用率和氮肥偏生產力均有極顯著影響。與S0條件相比，在S1條件下CF、FS、FSA和FSB處理的氮肥農學利用率分別顯著降低了32.08%、30.70%、30.85%和38.71%，氮肥偏生產力分別顯著降低了18.98%、18.22%、18.20%和22.87%。不同氮肥處理下，在S0條件下FSA和FSB處理的氮肥農學利用率和氮肥偏生產力均顯著高于CF和FS處理，且氮肥農學利用率和氮肥偏生產力均表現為FSB處理最高，FSA處理次之；在S1條件下FSA和FSB處理的氮肥農學利用率和氮肥偏生產力均高于CF和FS處理，且氮肥農學利用率表現為FSA處理最高，FSB處理次之，氮肥偏生產力表現為FSB處理最高，FSA處理次之?？梢?，鹽脅迫下同等肥力條件下FS處理比CF處理肥料利用率更好，且化肥氮減量條件下，氮減量10%和氮減量20%均有助于提高化肥利用效率。

表2 鹽脅迫下不同氮肥處理對氮素農學利用率和氮肥偏生產力的影響

2.4 鹽脅迫下不同氮肥處理對土壤理化性質的影響

由表3可知，盆栽試驗條件下，鹽分處理對稻田土壤pH值、電導率(EC)、有效磷含量、速效鉀含量均有顯著或極顯著影響。與S0條件相比，在S1條件下CK、CF、FS、FSA和FSB處理的EC分別顯著增加了119.05%、61.36%、90.00%、69.23%和63.41%，有效磷含量分別減少了15.85%、16.36%、16.28%、11.69%和13.21%，速效鉀含量分別增加了7.85%、43.01%、53.89%、30.96%、44.24%。就不同氮肥處理間而言，施肥處理對土壤pH值、電導率、有效磷含量、速效鉀含量和有機碳含量均有顯著影響。與CK相比，CF、FS、FSA和FSB處理在S0條件下的有效磷含量分別增加了23.44%、27.37%、23.98%和13.82%，在S1條件下分別增加了22.71%、26.73%、30.11%和17.39%；CF、FS、FSA和FSB處理在S0條件下EC分別顯著增加了109.52%、90.48%、85.71%和95.24%，在S1條件下分別顯著增加了54.35%、65.22%、43.48%和45.65%；CF、FS、FSA和FSB處理在S0條件下速效鉀含量沒有顯著的變化，但在S1條件下分別顯著增加了22.60%、39.57%、26.05%和31.53%；在S0和S1條件下各施氮肥處理pH值均顯著低于CK，各施肥處理的有機碳含量均有不同程度的提高。另外，鹽分和施肥處理對全氮含量和水溶性有機碳含量沒有顯著影響。

表3 鹽脅迫下不同氮肥處理對土壤基本理化性質的影響

3 討論與結論

水稻是不僅是重要的糧食作物，也是鹽堿地改良利用的先鋒作物[7-9]。大量研究表明，鹽分脅迫會嚴重影響水稻的生長發育進程，造成水稻株高下降，分蘗發生速率減慢，高峰期分蘗數和莖蘗成穗率明顯降低，抑制水稻單位面積穗數、穗粒數、千粒質量增加，導致產量降低，但造成產量下降的主要原因卻有所差異[8，10，23-25]。楊福等在吉林鹽堿地的研究發現，鹽堿環境對水稻單位面積的有效穗數影響不顯著，但鹽堿環境使水稻每穗實粒數顯著減少，千粒質量減輕，從而降低了水稻的產量[26]。周根友等利用鹽池設施研究了鹽脅迫對不同品種水稻產量的影響，結果表明，鹽逆境下水稻單位面積穗數略有下降，每穗粒數和千粒質量則顯著下降，其中每穗粒數降幅達49.1%，是鹽逆境下水稻減產的主導因素[24]。韋還和等在盆栽模擬不同鹽分水平下種稻的研究表明，中鹽(0.15%)和高鹽(0.30%)處理的產量降幅分別為 23.7%和 56.7%，且中鹽條件下的穗數、每穗粒數和千粒質量分別下降6.4%、14.8%和4.8%，高鹽條件下則分別下降18.8%、36.0%和11.0%，說明每穗粒數是鹽逆境下水稻減產的主導原因[25]。本研究發現，與無鹽條件相比，鹽脅迫S1條件下施氮肥處理的水稻最大分蘗數、株高和地上部生物量均顯著降低，但不施氮肥處理水稻株高和生物量沒有明顯差異，而最大分蘗數還有所增加；同時，本研究也發現，在鹽脅迫S1條件下，水稻達到分蘗盛期的時間較無鹽條件S0滯后10～14 d；另外，本研究中產量及其構成因素而言，與S0條件相比，鹽脅迫下施肥處理的穗數、每穗粒數、千粒質量及產量均顯著降低，而不施氮肥處理下穗數和產量沒有明顯差異，然而每穗粒數和千粒質量顯著降低，以上這些與前人的研究結果[10，24-25]相似。可見，鹽分脅迫下施用氮肥處理和不施氮肥處理間的水稻生長發育、產量及其構成因素指標均表現出明顯的差異，水稻的產量不僅僅受到鹽分脅迫的影響，還會受到施肥量、施肥方式等的影響[27]。

以往的研究表明，施用緩控釋肥是緩解我國水稻生產中施氮量高、氮肥利用率低的有效措施，且緩控釋肥施用量、施肥方式及組配均會對水稻產量造成諸多影響[28]。曾建華等的研究表明，與常規施肥處理相比，等養分控釋摻混肥水稻產量增加了7.1%，氮肥減量10%能夠保證水稻產量，而減量20%時水稻有明顯減產[29]。黃思怡等在雙季稻種植試驗中發現，與常規施肥相比，控釋尿素在減氮10%～20%條件下，仍可保證水稻產量甚至增產[30]。本研究也表明，與常規施肥處理相比，鹽脅迫下施用有機緩釋肥等氮肥和減氮10%條件下，水稻產量和每穗粒數均有一定程度提高，但未達到顯著差異水平，而減氮20%條件下水稻產量和每穗粒數均有顯著降低。說明鹽脅迫下有機緩釋肥專用肥在減氮10%條件下可以保證水稻的正常產量，減氮20%會有明顯減產現象，這與前人的結果[29]相似。

緩控釋肥可以根據作物不同生育期需肥特點進行配方設計和控制釋放，在生長關鍵階段持續提供營養物質，促進作物生長發育，利于高產[31]。氮肥農學利用率和氮肥偏生產力是衡量氮素利用效率的重要指標，可以一定程度反映肥料投入與作物產量輸出的關系[17，22，32]。本研究中，與S0條件相比，在鹽脅迫S1條件下CF、FS、FSA和FSB處理的氮肥農學利用率分別顯著降低了32.08%、30.70%、30.85%和38.71%，氮肥偏生產力分別顯著降低了18.98%、18.22%、18.20%和22.87%；同時，鹽脅迫下同等肥力條件下有機緩釋肥處理的肥料利用率比常規施肥處理更高，且化肥氮減量條件下，緩釋肥氮減量10%和氮減量20%均有助于提高氮肥利用率和氮肥偏生產力。王小燕等的研究也有類似的結果，他們發現施用摻混尿素比施用常規尿素可顯著提高水稻籽粒產量和氮肥偏生產力[22]。由此可見，鹽脅迫下施用有機緩釋肥在減氮10%條件下可以保證常規施氮量時水稻的正常產量，可能要歸因于施用有機緩釋肥提高了氮肥的農學利用率和氮肥偏生產力，至少氮肥利用率改變是部分原因。同時考慮到施用緩釋肥采用“基肥+穗肥”一基一追的模式，相比常規施肥“基肥+蘗肥(2次)+穗肥(2次)”的多次施肥模式，在保證水稻產量基礎上減少緩釋肥用量可以兼顧節氮省工省力的多重效益。另外需要注意，鹽脅迫下施用化肥處理均會對土壤鹽分積累有一定的促進作用(表3)。因此，今后在灘涂鹽堿地種植水稻或其他作物時，合理施用緩釋肥并配施有機肥或通過綠肥輪作等方式可能是緩解水稻生長不利影響及土壤鹽分積累的重要途徑。