東北粳稻區覆膜濕潤栽培條件下不同肥密組合的評價與尋優

趙鑫 曹鐵華,2 李善龍 李濤 管俊 馮軍 梁烜赫*

（1 吉林省農業科學院 農業資源與環境研究所，長春 130033；2 延邊大學，吉林 延吉 133002；3 磐石市農業技術推廣總站，吉林磐石 132300；4 梨樹縣白山鄉農業技術推廣站，吉林 梨樹 132005；*通訊作者：liangxuanhe_2004@163.com）

東北地區是我國北方粳稻主產區，每年稻米產量和商品化率均處于全國前列。但是，由于緯度較高，東北部分地區特別是東部山區，水稻生育期間多雨寡照、積溫不足和低溫頻發，導致水稻單產水平低，年際變化大；而東北平原地區積溫充足，但水資源相對不足，傳統水稻栽培模式由于耗水量大，限制了水稻種植面積的擴大和總產量的提高[1-3]。

水稻覆膜栽培技術具有節水[4-5]、節肥[6-7]、提高地溫[8-9]和抑制雜草[10]等優點。可降解地膜的發明和使用，解決了地膜污染問題，使水稻覆膜栽培技術具備了更好的推廣價值[11]。但該技術只在水稻關鍵生育期補水灌溉，其他時期依靠自然降雨滿足水稻生長需求，雖然操作簡便，但由于供水不穩定，水稻單產年際變化較大，與常規種植方式相比增產不明顯，甚至減產[12-14]，目前在旱稻應用較多。而覆膜濕潤栽培技術通過膜下滴灌或人工合理控水，始終保持土壤飽和濕潤，地表基本無積水的狀態，既滿足水稻需水，又增加土壤通透性，增強根系活力，單產穩定且高于水稻常規栽培技術[15-16]。

目前，國內關于水稻覆膜濕潤栽培技術的研究較少，并且缺乏施肥、密度等配套栽培技術的研究數據。在參考相關地方標準和政府指導文件的情況下，我們設置2 種施肥模式（耐冷施肥，高產施肥）和5 種插秧密度，以篩選覆膜濕潤栽培條件下最優和次優肥密組合，為指導北方粳稻區水稻覆膜濕潤栽培提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2019 年、2020 年在吉林省磐石市拐子炕村（北緯42.98°東經125.96°）的水田進行。供試品種為吉林省主栽粳稻品種吉宏6 號。試驗設置2 種施肥模式（耐冷施肥、高產施肥）和5 種插秧密度（D1，行株距30 cm×26 cm；D2，行株距30 cm×23 cm；D3，行株距30 cm×20 cm；D4，行株距30 cm×17 cm；D5，行株距30 cm×13 cm），共10 個處理，D3 即當地農戶的插秧密度（30 cm×20 cm）為對照。

田間設置6 個單排單灌大區，其中耐冷施肥和高產施肥各3 個大區。每個大區面積30 m×50 m，平分設置5 種插秧密度。每年5 月25 日至30 日人工插秧，同時鋪設地膜。專人負責水分管理，水稻全生育期始終保持土壤飽和濕潤而膜上基本無水層的狀態。追肥時增加灌水，保持水層3 cm 左右，維持2~3 d，而后排干水層。

高產施肥模式根據吉林省農業委員會制定的《2018 年吉林省科學施肥指導意見》確定，氮肥用量150 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O為15∶7∶8，其中，氮肥的40%作基肥、20%作分蘗肥、30%作穗肥、10%作粒肥，全部磷肥和50%鉀肥作基肥，50%鉀肥作分蘗肥；耐冷施肥模式根據吉林省地方標準《水稻耐冷肥水調控技術規程》確定，氮肥用量120 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O 為3∶2∶2，其中，氮肥在翻地前施用90%，余下10%在返青前施用，磷、鉀肥全部作底肥。

1.2 調查項目及方法

水稻插秧后定期進行田間調查。每次調查隨機選擇各處理中的10 叢水稻，調查葉面積指數和地上干物質積累量；分蘗盛期開始，使用Li-6400 光合儀調查水稻葉片凈光合速率，使用冠層分析儀調查水稻行間冠層內不同位置的光合有效輻射（PAR）。水稻成熟后，每個處理隨機選擇5 m2水稻收割，進行測產和考種，3 次重復。

1.3 數據處理

使用WPS 軟件進行數據整理和作圖，使用SPSS 22.0 軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同肥密處理對水稻生長發育的影響

如圖1 所示，耐冷施肥和高產施肥條件下，水稻插秧后的葉面積指數均呈單峰曲線變化趨勢。不同插秧密度間，D4 和D5處理的葉面積指數從插秧后48 d 開始顯著高于其他處理；葉面積指數的峰值出現在插秧后64 d，耐冷施肥為8.27（D5 處理），高產施肥為8.98（D4處理）；峰值后葉面積指數持續下降，到插秧后93 d時，高產施肥不同密度處理的葉面積指數為峰值的55.1%~65.2%，而耐冷施肥條件下是 49.5% ~57.4%。上述結果說明，與高產施肥相比，耐冷施肥需要更高的插秧密度來獲得最大的葉面積指數峰值，并且在生育后期葉面積指數的下降幅度更大。

圖1 不同處理葉面積指數的變化

如圖2 所示，耐冷施肥與高產施肥條件下，水稻葉片的凈光合速率在插秧后49~79 d 基本維持不變，保持在25 μmol/（m2·s）左右，而后迅速下降，至插秧后93 d 時，耐冷施肥下降了33.2%~57.1%，高產施肥下降了24.8%~34.8%；不同插秧密度處理間葉片凈光合速率無顯著差異。上述結果說明，水稻葉片光合能力主要受施肥方式影響，高產施肥能維持水稻生育后期更高的葉片光合能力。

圖2 不同處理水稻葉片凈光合速率的變化

如圖3 所示，耐冷施肥和高產施肥條件下，水稻行間冠層內不同位置的平均光合有效輻射均有極顯著差異，并且插秧密度越高底部數值占頂部數值的比例就越低，其中耐冷施肥條件下底部數值為頂部的9.9%~27.8%，而高產施肥條件下為7.9%~17.9%。上述結果說明，水稻群體冠層對光的截獲同時受施肥和插秧密度影響；插秧密度相同時，高產施肥水稻群體的光截獲比耐冷施肥大。

不同小寫字母表示0.05 水平差異顯著。

如圖4 所示，耐冷施肥與高產施肥條件下，水稻單位面積的干物質積累量均呈持續增加趨勢，在插秧后64 d 之前耐冷施肥處理的干物質積累增速明顯快于高產施肥處理，而后高產施肥處理干物質積累速度迅速提高，至插秧后93 d 時，耐冷施肥條件下的最大值為1 684 g/m2（D5 處理），低于高產施肥條件下的最大值1 886 g/m2（D4 處理）。上述結果說明，與分次施肥的高產施肥相比，肥料施用前移的耐冷施肥更能促進水稻群體前期的生長速度，但由于后期肥料供應不足，最終的最大干物質積累量仍然是高產施肥處理更高。

圖4 不同處理水稻干物質積累的變化

2.2 不同肥密處理對水稻產量的影響

如表1 所示，耐冷施肥條件下均以D5 處理產量最高，2019 年和2020 年分別為679.8 kg/ 667m2和636.8 kg/667 m2，而高產施肥條件下均以D4 處理最高，2019年和2020 年分別為705.8 kg/667 m2和650.5 kg/667 m2。由于2020 年7—9 月吉林省中東部遭遇了歷史罕見的連續3 場臺風襲擊，引起短時狂風暴雨和氣溫驟降，導致2020 年的水稻單產水平整體上低于2019 年，但是，耐冷施肥條件下各處理的單產降幅為4.2%~7.7%，低于高產施肥的 8.3% ~14.1%降幅，體現了更強的穩產作用。在倒伏率方面，耐冷施肥處理整體上也低于高產施肥處理。在產量構成要素上，千粒重只在年際間變化顯著，每穗粒數在施肥方式和插秧密度間差異顯著，而單位面積有效穗數在年際、插秧密度和施肥方式上均有顯著差異，說明單位面積有效穗數和穗粒數是不同處理產量存在差異的主要原因。上述結果說明，耐冷施肥處理的最高單產雖然不及高產施肥處理，但產量年際變化和倒伏率受氣象災害的影響較小，體現了較強的穩產作用，究其原因可能是肥料施用比例前移促進了水稻生育前期的生長速度，提高了生育后期水稻植株抵御氣象災害的能力，并降低了倒伏率，因此，耐冷施肥在氣象災害頻發的東北東部山區具有很強的應用價值。

3 結論與討論

3.1 水稻覆膜濕潤栽培條件下不同施肥方式對水稻影響的差異

耐冷施肥中，由于90%的氮肥和50%的磷鉀肥作為基肥在水稻插秧前施用，導致水稻生育前期的生物量較快速增加（圖4），相當于提前增強了水稻群體的抗逆能力，因此在2020 年7—9 月吉林省遭遇歷史罕見的連續3 次臺風襲擊之后，水稻產量相對2019 年的下降幅度比高產施肥低（表1），起到了明顯的穩產作用，在低溫氣象災害頻發的東北東部山區尤其有推廣價值。另一方面，由于總施肥量和生育后期肥料施用比例較低，與高產施肥相比，耐冷施肥水稻在生育后期的葉面積指數（圖1）和凈光合速率（圖2）下降較快，干物質積累較慢（圖4），需要更高的插秧密度實現單產最大化（表1），最高單產水平也較高產施肥低2.1%~3.7%，說明在正常年份或者積溫充足地區，高產施肥模式更有產量優勢。

表1 耐冷施肥與高產施肥條件下不同插秧密度的產量構成指標

3.2 水稻覆膜濕潤栽培條件下的最優肥密組合

在本研究中，水稻覆膜后，通過人工合理控水，實現水稻全生育期土壤飽和濕潤，地表基本無積水的狀態，不僅滿足水稻需水要求，還最大限度降低了耗水量和化學除草劑用量，并提高土壤通透性和根系活力，水稻單產最高可達705.8 kg/667 m2，與其他地區類似研究的結論接近[15-16]，明顯高于傳統水稻栽培技術，說明水稻覆膜濕潤栽培技術在東北粳稻區具有很好的應用前景。綜合來看，覆膜濕潤栽培條件下的最優和次優肥密組合分別是“高產施肥+插秧密度30 cm×17 cm（19.6 叢/m2）”和“耐冷施肥+插秧密度30 cm×13 cm（25.6 叢/m2）”，分別適合在積溫充足的東北平原地區和低溫冷害頻發的東北東部山區應用。