壟作梯式栽培對水稻養(yǎng)分吸收利用和根區(qū)土壤養(yǎng)分的影響

佘 瑋，黃 璜，鄭華斌，姚 林，崔國賢

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128)

壟作梯式栽培對水稻養(yǎng)分吸收利用和根區(qū)土壤養(yǎng)分的影響

佘 瑋，黃 璜，鄭華斌，姚 林，崔國賢

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128)

通過田間試驗研究了壟作梯式栽培對水稻養(yǎng)分吸收利用以及根區(qū)土壤養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明：與平作相比，壟作梯式栽培處理水稻的生物量和千粒重顯著提高，莖生物量高7.15%，葉生物量高6.88%，籽粒生物量高4.89%，千粒重高4.86%；與平作相比，水稻氮磷鉀的總吸收量顯著提高，分別高7.39%、12.84%和5.58%，經(jīng)濟(jì)系數(shù)和收獲指數(shù)差異不顯著；與平作相比，壟作栽培處理水稻根區(qū)土壤的氮磷鉀含量顯著提高，土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量有較大幅度增加。綜合分析，壟作梯式栽培提高了水稻養(yǎng)分吸收利用效率，保持了土壤肥力，水稻齊穗期前保肥能力顯著提高。

水稻；壟作梯式栽培；養(yǎng)分吸收；土壤養(yǎng)分

水稻是我國的重要糧食作物。我國60%以上的人口以稻米為主食，水稻生產(chǎn)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有極其重要的地位[1]。近年來，由于優(yōu)良品種的推廣及肥料大量施用，稻谷產(chǎn)量大幅度提升，稻米品質(zhì)卻未顯著改善，肥料利用率也呈現(xiàn)出下降趨勢[2]。肥料的低效利用，是農(nóng)業(yè)面源污染成為水系富營養(yǎng)化、土壤酸化與重金屬污染最重要的因素，威脅到生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展[3]。研究表明，壟作能將肥料與向下水流隔離，從而減少氮素淋失[4]；氮肥施于壟上可減少氮素流失，較平作種植可提高小麥的氮肥利用率[5]。

制約水稻產(chǎn)量的主要非生物因素是缺氧[6]。保證水稻生長過程中良好的土壤通氣性，是提高肥料利用率、實現(xiàn)豐產(chǎn)的基礎(chǔ)。稻田壟作栽培方式能否保持土壤肥力目前尚存在爭議[7]。壟作梯式稻作是通過改進(jìn)傳統(tǒng)水稻壟作方式，利用壟溝蓄水，壟上呈梯式種植水稻和濕潤灌溉，提高了土壤通氣性，最終實現(xiàn)水稻的生態(tài)、高效生產(chǎn)[8]。筆者系統(tǒng)分析研究壟作梯式栽培下水稻氮、磷、鉀吸收與累積的特點及其根區(qū)土壤的養(yǎng)分狀況，旨在為壟作梯式生態(tài)工程推廣和應(yīng)用提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試水稻品種為Y兩優(yōu)1號，來自湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2013～2014年在湖南省瀏陽市北盛鎮(zhèn)烏龍社區(qū)的稻田內(nèi)進(jìn)行。該地屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫16～18℃，≥10℃的活動積溫達(dá)5 000～5 500℃，無霜期為260～320 d，年降水量為1 200～1 500 mm。土壤類型為第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育的紅黃泥水稻土。

試驗設(shè)置2種不同的稻作模式：①傳統(tǒng)平作(CK)，水稻移栽規(guī)格按當(dāng)?shù)胤N植模式進(jìn)行，株行距為20 cm×23 cm，密度21.75萬株/hm2；②壟作梯式稻作(RT)，水稻移栽株行距為15 cm(4株/壟)×23 cm，密度27.19萬株/hm2，壟寬0.6 m，高 35～40 cm，每壟移栽4行水稻。3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為30 m2。

整個水稻生育期施純N 180 kg/hm2，P2O575 kg/hm2，K2O 144 kg/hm2，氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)。磷肥和鉀肥均以基肥的形式一次施入，施入的氮肥按基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶2施用。試驗田肥力一致，排、灌水條件較好。于5月15日播種，6月13日移栽，單本移栽，10月1日前后收獲。病蟲害管理按照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)生態(tài)稻田進(jìn)行。

1.3 測定項目與方法

在分蘗期(移栽后20 d)、幼穗分化期、齊穗期和成熟期(收割前1 d)4個時期取樣，用土鉆分帶采集根系旁土壤樣品(0～30 cm)，將采集樣品制備成混合樣，按四分之一法取50 g土，風(fēng)干后測定氮、磷、鉀含量。土壤全氮采用凱氏定氮法測定；全磷采用鉬銻比色法測定；全鉀采用火焰光度法測定；土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定；土壤有效磷含量采用分光光度計鉬酸銨比色法測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提原吸分光光度計法[9]測定。于成熟期采集水稻的植株樣品，每小區(qū)5蔸(約0.27 m2)為1個樣本，將每個樣本按地上部葉片、莖鞘、穗和籽粒分開，105℃下殺青30 min后繼續(xù)在75℃烘至恒重，測定干物質(zhì)量。分別用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法和火焰分光光度法測定植株中的N、P、K含量[9]?？挤N計算千粒重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS統(tǒng)計軟件處理數(shù)據(jù)，不同處理間的差異采用單因素方差分析。

經(jīng)濟(jì)系數(shù)=籽粒產(chǎn)量/地上部植株生物量。

氮、磷、鉀收獲指數(shù)=籽粒中氮、磷、鉀積累量/成熟期總氮、磷、鉀積累量×100%。

氮、磷、鉀吸收量=干物質(zhì)重×氮、磷、鉀含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻生物量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)

由表1可知，種植方式對水稻生物量有顯著影響，平作與梯式栽培處理間水稻莖、葉、籽粒的生物量差異顯著，梯式栽培處理均高于平作，其中莖生物量高出7.15%，葉生物量高出6.88%，籽粒生物量高出4.89%，千粒重高出4.86%。進(jìn)一步分析2種種植方式的經(jīng)濟(jì)系數(shù)可知，2種栽培處理的經(jīng)濟(jì)系數(shù)基本一致。

表1 不同種植模式的生物量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0. 05)。下同。

2.2 水稻的養(yǎng)分吸收利用

梯式栽培水稻的莖、葉含氮量與水稻平作差異不顯著，但水稻梯式栽培的穗含氮量顯著高于平作。各處理間的水稻莖、葉對磷的吸收量差異不顯著，但梯式栽培水稻的穗吸磷量比平作高8.23%。與水稻平作相比，梯式栽培降低了穗吸鉀量，提高了莖葉吸鉀量，但差異不顯著(表2)。

表2 不同種植模式的水稻地上部養(yǎng)分含量(g/kg)

2種種植模式相比，梯式栽培處理的水稻氮、磷、鉀總吸收量均顯著高于平作水稻，分別高出7.39%、12.84%和5.58%。進(jìn)一步分析作物的收獲指數(shù)可知，梯式栽培處理的氮收獲指數(shù)略高于平作，但差異不顯著；磷收獲指數(shù)高出平作1.74%；梯式栽培降低了鉀的收獲指數(shù)，比平作低8.05%。

表3 不同種植模式的水稻總養(yǎng)分吸收量及收獲指數(shù)

2.3 根區(qū)土壤養(yǎng)分含量

在4個生育期，梯式栽培處理根區(qū)土壤的全氮含量均高于平作，且在3個生育期差異達(dá)到顯著水平(表4)。與平作處理相比，梯式栽培根區(qū)土壤的堿解氮含量在幼穗分化期和齊穗期有增高趨勢，其中幼穗分化期是平作處理的1.08倍，差異達(dá)到顯著水平。

梯式栽培水稻根區(qū)土壤的全磷含量在前3個生育期高于平作，且差異顯著，分別提高了4.04%、4.08%和5.10%。在水稻的整個生育期，梯式栽培根區(qū)土壤的有效磷含量與平作水稻相比，均有增高趨勢，其中在分蘗期和齊穗期2個處理間差異顯著，其余2個生育期無顯著性差異。

梯式栽培水稻根區(qū)土壤的全鉀含量在4個生育期均高于平作水稻，且差異顯著，在分蘗期、幼穗分化期、齊穗期和成熟期分別比平作提高了8.41%、6.35%、4.62%和6.67%。梯式栽培水稻根區(qū)土壤的速效鉀含量在后3個生育期顯著高于平作，分別比平作提高了4.22%、5.61%和4.58%，說明梯式栽培改善了水稻根區(qū)的鉀素營養(yǎng)狀況，梯式栽培的根際效應(yīng)有利于水稻從土壤中獲得更多的鉀素營養(yǎng)。

表4 不同種植模式的根區(qū)土壤養(yǎng)分狀況

3 結(jié)論與討論

近年來，國內(nèi)外壟作栽培技術(shù)已實現(xiàn)了從半干旱地區(qū)到熱帶草原地區(qū)、由中耕作物到麥類作物、由旱地農(nóng)業(yè)到灌溉農(nóng)業(yè)的擴(kuò)展[10]。壟作栽培能為水稻生長發(fā)育提供一個良好的生態(tài)環(huán)境，省工、節(jié)水、省肥、環(huán)保、提高光能利用率，是一種重要的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。水稻壟作栽培更有利于根系吸收養(yǎng)分。章秀福等[11]研究表明，與常規(guī)栽培相比，同一品種水稻在壟作栽培條件下平均每穴根干重提高22.3%，達(dá)顯著水平；壟作能增強田間通風(fēng)透光性，提高水溫、土溫和群體光能利用率，從而增加分蘗數(shù)、成穗率、結(jié)實率和千粒重，提高產(chǎn)量[12，13]。鄭華斌等發(fā)現(xiàn)，壟作梯式栽培的植物根皮層減小、中柱和導(dǎo)管面積增大，提高根系對水分等的吸收能力，為作物獲得高產(chǎn)打下基礎(chǔ)[14]。梯式窄壟栽培產(chǎn)量最高，梯式寬壟產(chǎn)量次之，分別比常規(guī)栽培高 27.17%和 12.12%[15]。

本研究中，壟作梯式栽培處理下水稻的生物量顯著高于平作，植株吸氮量、吸磷量高于平作，但穗吸鉀量低于平作。植株中氮、磷、鉀總吸收量顯著高于平作，分別高出7.39%、12.84%和5.58%。說明同等施肥水平下，梯式栽培的水稻氮、磷、鉀利用率顯著提高，實現(xiàn)了系統(tǒng)高產(chǎn)、高效的目標(biāo)。作物產(chǎn)量是由總干物質(zhì)量和收獲指數(shù)共同決定的，理論上提高總干物質(zhì)量或收獲指數(shù)均可以提高產(chǎn)量，更多的研究認(rèn)為提高總干物質(zhì)量對進(jìn)一步提高水稻產(chǎn)量更為重要[16]。本研究也證實了這一結(jié)論。雖然壟作梯式栽培對收獲指數(shù)并未產(chǎn)生顯著影響，但由于顯著提高了總干物質(zhì)量和水稻千粒重，故水稻產(chǎn)量顯著提高。

土地利用方式對土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有顯著影響，對耕作的影響尤為明顯[17]。壟作能夠形成更加良好的土壤結(jié)構(gòu)，而土壤結(jié)構(gòu)是決定土壤肥力高低的主要因素。研究表明，壟作免耕條件下土壤有機(jī)碳和氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于冬水田和水旱輪作[18]，壟作免耕下土壤團(tuán)聚體中全氮顯著高于常規(guī)輪作[19]。壟溝栽培影響土壤水和溶質(zhì)的遷移，壟作能將肥料與向下水流隔離，從而減少氮素淋失，壟上施肥可減少NO3-N的淋失[20，21]。這些研究一致表明，起壟耕作能大大提高相同施用數(shù)量下的肥料利用率，最大值達(dá)30%，使土壤肥力集中，利于當(dāng)年作物生長與高產(chǎn)[22]。

本研究結(jié)果表明，壟作梯式栽培下水稻主要生育期的根區(qū)土壤全氮磷鉀含量高于平作，說明梯式栽培提高了水稻土壤養(yǎng)分含量，使土壤肥力得以保持，尤其是在水稻齊穗期前，土壤養(yǎng)分保持效應(yīng)最明顯。梯式栽培處理下根區(qū)土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量有較大幅度增加，可能是在壟作體系中，水稻根區(qū)對營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)移利用會進(jìn)一步刺激和促進(jìn)水稻根系的固肥作用，說明壟作可以調(diào)節(jié)土壤中營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化過程，使其形態(tài)向有利于作物吸收的方向進(jìn)行。今后將研究壟作栽培水稻與肥料的合理運籌配合，以進(jìn)一步提高水稻產(chǎn)量。

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Effects of Ridge and Terraced Rice Farming on Nutrient Uptake and Utilization in Rice and Soil Nutrient Contents

SHE Wei，HUANG Huang，ZHENG Hua-bing，YAO Lin，CUI Guo-xian

(College of Agronomy，Hunan Agriculture University，Changsha，Hunan 410128，China)

A field experiment was conducted in Changsha city of Hunan province to investigate the effects of ridge and terraced rice farming (RT) on nutrient uptake and nutrient use efficiency of rice and soil nutrient contents.The results showed that，yield of Yliangyou No.1 in the RT was increased significantly，the yield of stem，leaf，grain yield and grain weight was 7.15%，6.88%，4.89% and 4.86% higher than that of conventional rice farming (CK)，respectively. The total uptake of N，P，or K in plants was significantly increased 7.39%，12.84% and 5.58% than that of CK，respectively，whereas economic coefficients and harvest index did not show the significantly difference. Compared with CK，the total soil N，P and K contents，soil alkali-hydrolyzable nitrogen，available P and available K of RT was significantly increased. The results suggest that N，P，or K uptake and nutrient use efficiency in rice could be increased under ridge and terranced cultivation，especially at the full panicle stage.

rice；ridge and terraced rice farming；nutrient uptake；soil nutrient

2015-01-27

佘 瑋(1982-)，女，湖南慈利人，博士，講師，研究方向為作物抗逆栽培與耕作，Email：clregina @163.com。

湖南省科技計劃項目(2013RS4036)；“十二·五”農(nóng)業(yè)公益性行業(yè)項目(201203081)。

S511.048

A

1001-5280(2015)04-0357-05

10.3969/j.issn.1001-5280.2015.04.06