水肥耦合對水稻產量形成和氮肥利用率的影響

中圖分類號：S511.04;S511.06 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）12-0080-05

水稻不僅是我國絕大部分人口的主食，也是全球近一半人口的主食，隨著人口數量不斷增加，對其產量的需求也越來越大[1-2]。水稻生產實現高產、優質離不開水、肥2個因素，而在我國的農業生產中，水資源不僅短缺，且水分利用效率低，農業生產中存在“水缺”比“地少\"更為嚴重的現象[3-4] 。水稻與其他谷類作物相比，耗水量最多[5]。據統計，水稻田灌溉用水量占農業總用水量的 65% 以上[6]。淹水灌溉是我國水稻最主要的種植模式[7]。淹水灌溉條件下，一方面水分消耗大，另一方面農田土壤通氣性差，抑制水稻根系的生長，且易引發病蟲害。淹水灌溉易使植株早衰，縮短水稻葉片功能期，降低產量[8]。此外，我國各稻區每年因干旱天氣減產的現象時常發生[9]。因此，在水稻生產中如何協調好水資源供需關系、充分利用水資源，是提高水稻產量、保障糧食安全的重要舉措。

前人研究表明，適宜的水肥互作能促使水稻高效利用水肥，從而促進水稻生長發育，達到高產、優質的目標[10-]。目前，我國氮肥生產量和施用量均居世界第一，其用量占全球用量的 38.3% [12]。據統計，一些稻區施氮量達 327kg/hm² ，個別稻區甚至達到 450kg/hm^2[13] 。過量施用氮肥，對水稻生長發育的不良影響表現為無效分蘗增多、貪青晚熟、降低抗病蟲害的能力、易倒伏、減少產量等，而合理施用氮肥能夠有效規避上述問題，促進高產[12，14]氮肥的高量投入以及與水分不協調等因素，除影響水稻生長發育外，還致使我國氮肥利用率低至30%～50% ，另外，過量施用氮肥還會造成一系列環境問題[14]。水肥耦合是利用“水”和“肥\"這兩大環境因素的協同效應而制定的田間水肥管理制度[15]。在實際生產中，協調好“水”“肥”二者間的關系，提高“水”“肥”利用效率，對保障我國糧食安全和農業可持續發展有重要意義。本試驗通過設置不同水分和施氮量處理，深人探究水稻不同灌溉方式和施氮量的互作效應對產量和肥料利用效率的影響，旨在為水稻合理灌溉、適量施氮、高產高效栽培提供理論依據和技術支撐。

1材料與方法

1.1 試驗地概況

本項目于湖南省益陽市赫山區紅勝水稻種植專業合作社 （112^°63^′E，28^°50^′N） 開展大田定位試驗，試驗地屬中亞熱帶向北亞熱帶過渡的季風濕潤性氣候，年平均氣溫 17.9^qC ，年積溫 5457^°C ，年日照時數 1553.7h ，年均降水量 1432.8mm 。試驗田長期種植雙季水稻，管理模式先進。試驗田土壤主要基本理化性質為pH值5.09、有機質含量24.27g/kg 、全氮含量1 ∴36g/kg 、全磷含量0.68g/kg 、全鉀含量 14.41g/kg 。

1.2 供試材料

供試水稻品種為悅兩優美香新占，是粘型兩系雜交水稻品種，在湖南作一季晚稻栽培，栽植密度為22.5萬穴 ?m² ，全生育期 124d 。

1.3 試驗設計

本試驗設水分、氮肥2個因素的裂區試驗，主區為水分處理（W），設2水平，分別為全生育期濕潤灌溉（W1，有氧灌溉，不留水層）、淹水灌溉（W2，全生育期保持淺水 2～3cm ），W1處理由于沒有水層，在每次施肥前灌淺水（ 2cm ），施肥后不排水，讓其自然落干。裂區為施氮量（N），N1、N2、N3、N4施氮量依次為 0.135，180，225，kg/hm² 純 N 。氮肥施肥方式為基肥、蘗肥、穗肥質量比 5：3：2 ，基肥、蘗肥、穗肥分別在移栽前 1～2d 、移栽后10d、幼穗分化始期（拔節期）施用，磷鉀肥等量，其中 P₂O₅ 施用量為 108kg/hm² ， K₂O 施用量為 216kg/hm² 。磷肥全部作基肥，鉀肥為基肥與分蘗肥各 50% 。各處理在移栽前施用等量的磷肥、鉀肥作為基肥補充水稻所需的營養元素，試驗共8個處理，設3次重復，共24 個小區，小區面積 20m² 。

本試驗于2023年6月1日播種，6月15日移栽，7月10日進入分蘗盛期，8月5日進人孕穗期，8月31日齊穗期，9月10日后開始灌漿至10月2日收獲。

1.4 測定內容與方法

1.4.1葉面積及干物質于水稻主要生育時期（分蘗期、孕穗期、抽穗期、灌漿期、成熟期），按各小區平均莖蘗數，每小區取樣3穴，保留地上部分，并將其按莖鞘、葉片、穗分開保存。用長寬系數法測定綠葉的葉面積。各部位樣品在 105‰ 下殺青30min ，在 80^°C 下烘干至恒重后稱重。

1.4.2SPAD值于分藥期、孕穗期、抽穗期、灌漿期、成熟期，選擇3穴水稻（邊3行除外），用SPAD-502葉綠素計測定SPAD值。測定時選擇具代表性的水稻頂部全展葉，測定1/2處及其上下3cm 、葉寬1/4或3/4的位置，重復測定3次，重復的平均值即該穴水稻葉片的SPAD值。

1.4.3產量及產量構成因子成熟期調查有效穗數，并根據各小區平均有效穗數每小區取5穴風干后室內考種，考察每穗總粒數、結實率和千粒重。小區分收分曬，計算實際產量。

1.4.4氮肥利用率分蘗期、孕穗期、抽穗期、灌漿期、成熟期的莖、葉、穗經消化后，采用荷蘭Skalar公司生產的SkalarSan ⁺⁺ 流動注射分析儀測定氮素含量，計算公式如下：氮肥吸收利用率 σ=σ （施氮區地上部吸氮量-不施氮區地上部吸氮量）/施氮量 × 100% ；氮肥農學利用率（NAE， kg/kg ） Σ=Σ （施氮區稻谷產量-不施氮區稻谷產量）/施氮量;氮肥偏生產力 （kg/kg）= 施氮區稻谷產量/施氮量。

2 結果與分析

2.1水肥耦合對水稻葉面積指數的影響

如表1所示，水稻葉面積指數隨生育進程推進，呈先增后減的變化趨勢，孕穗期葉面積指數達到最大值。從灌溉方式來看，濕潤灌溉（W1）略大于淹水灌溉（W2），但二者無顯著差異。從施氮量來看，分蘗期葉面積指數隨施氮量增加而增大，即 N4gt; N3gt;N2gt;N1 ;孕穗期、抽穗期、灌漿期、成熟期葉面積指數平均值隨施氮量增加先增后減，均在N3處理達到最大值，分別為 7.47，7.32，6.99，2.91 。從灌溉方式與施氮量的互作效應來看，抽穗期、灌漿期、成熟期均以W1N3處理達到最大值，相較于其他處理增幅分別達 1.38%～90.93% 、1. 88% ～124.84%4.93%～66.48% 。說明，濕潤灌溉下適量減施氮肥能夠增大水稻葉面積指數。

2.2水肥耦合對水稻 SPAD 值的影響

由圖1可知，全生育期水稻葉片SPAD值呈先減后增再減趨勢，分藥期和抽穗期葉片SPAD值較高，并在抽穗期達到峰值，在成熟期最低。不同灌溉方式對葉片SPAD值無顯著差異，整體上呈濕潤灌溉（W1）大于淹水灌溉（W2）的趨勢。從施氮量來看，全生育期葉片SPAD值隨施氮量增加而遞增，N4處理高出其他處理分別達 4.68%～12.87% 、5.11%～12.58%≈4.63%～12.55%≈4.71%～ 12.66% .4.36%～12.35% 。從灌溉方式與施氮量的互作效應來看，全生育期SPAD值均以W1N4處理最高，高出其他處理分別達 1.93%～14.97% 、1.89%～15 ： 16% 、1. 09% ～ 14. 11% 、1. 91% ～15.23% .1.89%～14.72% 。綜上，灌溉方式對SPAD值無顯著影響，而增施氮肥能夠顯著提高水稻葉片SPAD值。

表1水肥耦合對水稻葉面積指數的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示處理間差異達顯著水平（ Plt;0.05） 。下表同。

圖1水肥耦合對水稻SPAD值的影響

2.3水肥耦合對水稻干物質積累的影響

由表2可知，從分蘗盛期至成熟期干物質積累呈遞增趨勢，在成熟期達到最高值。從灌溉方式來看，濕潤灌溉（W1）大于淹水灌溉（W2），各生育期W1處理分別高出W2處理 7.24%.10.51% 、6.60%3.92%4.20% 。從施氮量來看，分蘗期、孕穗期在N4處理下達到最大值，抽穗期、灌漿期、成熟期在N3處理下達到最大值。從灌溉方式與施氮量的互作效應來看，分藥期和孕穗期均以W1N4處理達到最大值，較其他處理增幅分別達 4.29% ～70.04% .1.77%～64.35% ，抽穗期、灌漿期、成熟期均以W1N3處理最大，較其他處理增幅分別達5.07%～45 87% 、5. 84% ～ 44. 71% 、6. 90% ～55. 40% 。由此可見，濕潤灌溉和適量減氮更有利于水稻干物質積累，從而實現高產。

2.4水肥耦合對水稻產量形成的影響

如表3所示，從灌溉方式來看，有效穗數濕潤灌溉（W1）比淹水灌溉（W2）增加 8.41% ，穗粒數、結實率、千粒重整體濕潤灌溉（W1）略大于淹水灌溉（W2）。從施氮量來看，有效穗數、穗粒數呈 N3gt; N4gt;N2gt;N1 趨勢，結實率隨施氮量增加而降低，即N1gt;N2gt;N3gt;N4 ，千粒重施氮處理高于不施氮處理。從灌溉方式來看，實際產量濕潤灌溉（W1）比淹水灌溉（W2）增產 7.93% ；從施氮量來看，N4、N3、N2處理分別比N1處理增產41. 44% 、48.65% ！37.54% ；從灌溉方式與施氮量的互作效應來看，W1N3處理產量最高，比W1N4處理增產 2.97% ，比W2N1增產 67.67% 。綜上分析表明，濕潤灌溉下適量減氮更有利于高產。

表2水肥耦合對水稻干物質積累的影響

表3水肥耦合對水稻產量形成的影響

2.5水肥耦合對水稻氮肥利用率的影響

通過表4可知，從灌溉方式來看，總氮累積量W1比W2增加 5.12% ，氮素吸收利用率、氮素農學利用率、氮素偏生產力整體均呈W1略大于W2的趨勢。從施氮量來看總氮累積量呈現 N4gt;N3gt; N2gt;N1 的趨勢，說明隨著施氮量增加，總氮累積量也增加；氮素吸收利用率、氮素農學利用率均隨施氮量的增加先增后減，在N3處理下達到最大值，分別為51.59、15.08，氮素偏生產力與施氮量成反比，即 N2gt;N3gt;N4 。從灌溉方式與施氮量的互作效應來看總氮累積量以W1N4處理最高，W1N3處理次之，W2N1處理最小，W1N4處理高出其他處理0.24%～103.21% ；氮素吸收利用率、氮素農學利用率均以W1N3處理最高，分別高出其他處理 2.02% ～24.35% .1.37%～85.70% ;氮素偏生產力以W1N2處理最高，高出其他處理 3.44%～70.09% ，說明過量施氮反而不利于氮肥利用率的提升。

表4水肥耦合對水稻氮肥利用率的影響

3討論

水稻葉片是水稻生長發育過程中光合產物的主要來源，增加葉面積指數可以促使水稻高產[16-17]。本試驗結果表明，從灌溉方式來看，濕潤灌溉（W1）略大于淹水灌溉（W2），在同一灌溉方式下，水稻葉面積指數隨氮肥用量的增加而增大，從施氮量來看，水稻葉面積指數隨施氮量增加而增加，這與前人研究結果[18相近。葉綠素是植物進行光合作用的主要光合色素，其含量能夠反映植物光合能力、營養狀況[19-20]。另外，有報道表明，葉片SPAD值一方面能反映水稻葉片的葉綠素含量，另一方面也能反映水稻葉片的氮含量[21]。本試驗結果表明，從灌溉方式來看，濕潤灌溉的SPAD值大于淹水灌溉的SPAD值，從施氮量來看，SPAD值隨施氮量增加而遞增，這與曾翔等的研究結果[22]相近。

水稻產量是由各產量構成因素相互制約、相互協調的結果[23]。氮肥作為農業生產中的重要限制因素，確定適宜的施氮量對于產量的提高是非常有利的，換言之，氮肥對促進糧食生產和人口增長至關重要。楊丞等研究發現，同種灌溉模式下，減少氮肥投人會降低水稻莖蘗數，同時有效穗數也會減少，從而影響水稻產量[24]。有研究結果顯示，水肥耦合能夠顯著提高水稻產量[25]。本試驗結果與前人基本一致，從產量構成來看，各產量構成因素濕潤灌溉（W1）均大于淹水灌溉（W2），有效穗數、每穗粒數呈 N3gt;N4gt;N2gt;N1 趨勢，結實率隨施氮量增加而降低，即 N1gt;N2gt;N3gt;N4 ，千粒重氮肥處理高于不施氮處理。從二者互作效應來看，W1N3處理產量最高，比W1N4處理增產 2.97% ，比W2N1增產 67.67% ，即濕潤灌溉條件下，適量減施氮肥更具增產潛力。

褚光等的研究發現，水稻根系在長期淹水條件下，根系活力減弱，吸收水肥能力變差，適度的水分脅迫反而有利于根系生長，從而提高水肥利用率[26-27]。葉振威研究認為，施氮量超過適宜范圍時會對氮肥利用率的提高產生不良影響[28]。于廣星等的研究表明，在濕潤灌溉處理下，氮肥用量減少10% 時，氮素農學利用率最高[29]。本試驗結果表明，氮肥利用率各項指標均呈濕潤灌溉（W1）大于淹水灌溉（W2）的趨勢，氮素吸收利用率、氮素農學利用率均隨施氮量的增加而降低，氮素吸收利用率、氮素農學利用率均以W1N3處理最高，這與前人研究結果相近。因此，在實際生產中，選擇適宜灌溉方式，合理確定氮肥用量，能夠獲得較高的氮肥利用率。

4結論

有效穗數W1（濕潤灌溉）比W2（淹水灌溉）增加 8.41% ，W1處理每穗粒數、結實率、千粒重均優于W2處理;實際產量W1處理比W2處理增產7.93% ；施氮量為N3（ 180kg/hm² 時，能有效提高水稻的有效穗數、每穗粒數，獲得最高產量。氮素吸收利用率、氮素農學利用率、氮素偏生產力均呈W1略大于W2的趨勢，氮素吸收利用率、氮素農學利用率在N3處理達到最大值，氮素偏生產力在N2處理達到最大值。綜上，本試驗處理中，濕潤灌溉下氮肥用量為 180kg/hm² 時，能獲得較高的產量和和氮肥利用率。

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