不同灌溉方式及施氮量對水稻生長和氮素利用效率的影響

王肖娟 陳林王永強(qiáng) 李麗 朱江艷 趙雙玲 劉小武 李高華

（1新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司/新疆天業(yè)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)有限公司，新疆石河子832003；第一作者：wangxiaojuangjq@sina.com；*通訊作者：cl1030@sohu.com）

不同灌溉方式及施氮量對水稻生長和氮素利用效率的影響

王肖娟 陳林*王永強(qiáng) 李麗 朱江艷 趙雙玲 劉小武 李高華

（1新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司/新疆天業(yè)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)有限公司，新疆石河子832003；第一作者：wangxiaojuangjq@sina.com；*通訊作者：cl1030@sohu.com）

以T-43為材料開展田間小區(qū)試驗，研究不同灌溉方式及施氮量對水稻干物質(zhì)積累量及分配率、氮素積累、氮素利用效率及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，淹灌處理水稻干物質(zhì)積累量和氮素積累量顯著大于膜下滴灌處理；施用氮肥顯著提高了水稻的氮素積累量，水稻產(chǎn)量在施氮量為480 kg/hm2時最大；與淹灌處理相比，滴灌處理的水稻產(chǎn)量降低了19.02%，氮肥利用率提高了1.92個百分點，水分利用效率提高了0.21 kg/m3（105%）。

水稻；施氮量；膜下滴灌；氮素利用效率

水稻是我國乃至世界上重要的糧食作物，在我國糧食生產(chǎn)和消費中處于主導(dǎo)地位[1]，同時也是耗水量最多的農(nóng)作物，其耗水量占全國總用水量的54%左右，占農(nóng)業(yè)總用水量的65%以上[2]。因此，水分和肥料是影響水稻生長發(fā)育的主要限制因子[3-4]。在傳統(tǒng)的淹水稻作栽培模式中，常采用“大水大肥”的水肥管理模式，水稻移栽后生長旺盛，后期易貪青，不僅造成了嚴(yán)重的水資源浪費，而且由于土壤滲漏、地表徑流、氮素?fù)]發(fā)等，會造成肥料利用率低、增加生產(chǎn)成本和生態(tài)環(huán)境惡化等一系列問題[5-6]。而膜下滴灌水稻節(jié)水栽培技術(shù)是將水稻栽培與膜下滴灌技術(shù)結(jié)合起來的一種栽培方法，突破了傳統(tǒng)的“水作”種植方式，整個水稻生育期不建立水層，土壤含水量顯著降低，不起壟，并采用機(jī)械直播技術(shù)，達(dá)到節(jié)水、省地、全程機(jī)械化作業(yè)的效果[7]。目前旱作水稻生產(chǎn)上仍沿襲水作水稻的施肥模式，膜下滴灌水稻栽培作為一種新型的水稻旱作栽培技術(shù)，其吸氮特性、干物質(zhì)積累及分配特性尚不清楚。因此，在大田條件下，以傳統(tǒng)淹水水稻作為對照，研究不同施肥量條件下膜下滴灌水稻干物質(zhì)積累、氮素吸收和分配、氮素利用效率的差異，闡明膜下滴灌水稻養(yǎng)分積累規(guī)律，以期為膜下滴灌水稻栽培技術(shù)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2015年4-11月作物生長期間在石河子市新疆天業(yè)集團(tuán)農(nóng)業(yè)研究所（44°26.5′N，86°01′E）進(jìn)行。供試水稻材料為T-43。試驗地土壤質(zhì)地為砂壤土。土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分為：pH值7.9，有機(jī)質(zhì)24.57 mg/kg，堿解氮70.93 mg/kg，速效鉀340.45mg/kg，速效磷24.03mg/kg。前茬作物為水稻。

1.2 試驗設(shè)計與田間管理

田間試驗采用裂區(qū)設(shè)計，設(shè)置灌溉模式和氮肥水平2個因素，以灌溉模式（I）為主因素，施氮量（N）為副因素。灌溉模式為膜下滴灌處理（D）和常規(guī)淹灌處理（F），純氮量（尿素，含N量46%）處理均設(shè)5個氮肥水平，分別為0（N0）、210（N210）、300（N300）、390（N390）、480（N480）kg/hm2。磷、鉀肥全部基施，用量分別為P2O5210 kg/hm2（重過磷酸鈣，含P2O546%）、K2O 180 kg/hm2（硫酸鉀，含K2O 51%）。氮肥運籌方式：10%氮肥作為基肥于播前施入、15%氮肥在3葉1心期追施、30%氮肥在分蘗中期追施、35%氮肥在拔節(jié)孕穗期追施、10%氮肥在開花期追施。

膜下滴灌處理：膜寬為1.6 m，行距配置10-30-10-30-10-30-10-45 cm，株距10 cm，每hm245萬叢稻株，每叢點播7~9粒，播深2~3 cm。3葉期，移除弱苗和病苗，每叢保留6~7株。膜下滴灌水稻采用干播濕出的方法，2015年4月27日進(jìn)行人工點播。整個生育期灌水量為（1.20~1.35）×104m3/hm2。

常規(guī)淹灌處理：在旱作處理播種當(dāng)天進(jìn)行旱育秧，秧齡21 d時移栽至淹水田，株行距10 cm×25 cm，每叢5株（種植密度參照新疆傳統(tǒng)淹灌水稻高產(chǎn)栽培模式），在3葉期時開始實行淹水栽培，保持水層4~5 cm左右。至收獲前2周停止灌溉。整個生育期耗水量約為3.00×104m3/hm2。每處理重復(fù)3次，每小區(qū)面積為72 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。滴灌處理與淹灌處理中間設(shè)一隔離小區(qū)。

表1 不同灌溉方式及施氮量對水稻各器官干物質(zhì)積累量及分配率的影響

1.3 測定項目和分析方法

1.3.1 植株樣品采集與干物質(zhì)、氮素吸收量的測定

在水稻成熟期隨機(jī)選取具有代表性的連續(xù)5叢稻株，分別按根、莖、葉、穗器官分開裝袋并置于烘箱內(nèi)于105℃殺青30 min，然后調(diào)至70℃烘至恒質(zhì)量。烘干的植株樣品經(jīng)粉碎，過0.5 mm篩備用。植株樣品用H2SO4-H2O2消煮，在BUCHI-350全自動定氮儀上測定植株不同部位的全氮含量。

1.3.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成測定

在水稻收獲前3 d，隨機(jī)取樣測產(chǎn)，取樣面積為6.0 m2。同時每個小區(qū)隨機(jī)選取連續(xù)9叢稻株進(jìn)行考種。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003進(jìn)行整理，用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析，多重比較采用Duncan法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉方式及施氮量對水稻干物質(zhì)積累及分配的影響

從表1可見，灌溉方式與施氮量對水稻干物質(zhì)積累的影響均達(dá)到極顯著水平，且施氮量對水稻各器官以及整株干物質(zhì)積累量的影響顯著高于灌溉方式的影響；從灌溉方式與施氮量的交互作用來看，灌溉方式與施氮量對穗以及整株干物質(zhì)積累的影響均存在顯著互作效應(yīng)。淹灌處理的水稻整株干物質(zhì)積累量、葉、莖、根以及穗干物質(zhì)積累量顯著高于滴灌處理，增長率分別為3.13%、3.00%、3.35%、1.38%、3.23%。滴灌處理和淹灌處理各器官干物質(zhì)積累量的大小順序為穗＞葉＞莖＞根。

在不同灌溉方式下，與不施氮肥處理（N0）相比，施氮處理顯著增加了水稻各器官干物質(zhì)積累量，表明施用氮肥促進(jìn)了水稻各器官干物質(zhì)的積累（表1）。當(dāng)?shù)视昧坑?90 kg/hm2增加到480 kg/hm2時，葉、莖、穗、根、整株的干物質(zhì)積累量的增加幅度降低，除穗、根增加未達(dá)到顯著水平外，其他器官干物質(zhì)積累量均達(dá)到顯著水平，表明過多的氮肥投入提高了營養(yǎng)器官的干物質(zhì)積累，但對生殖器官的形成并沒有顯著影響，同時，過量施氮對地上部的促進(jìn)作用大于地下部。

2.2 不同灌溉方式及施氮量對氮素利用率的影響

由表2可見，不同灌溉方式對水稻氮素積累總量、氮肥吸收利用率、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素稻谷生產(chǎn)效率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥生理利用率、氮肥偏生產(chǎn)力有顯著或極顯著影響。與淹灌處理相比，滴灌處理氮肥吸收利用率提高了1.92個百分點，差異達(dá)極顯著水平；氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率增加了8.14%，差異達(dá)顯著水平；氮肥農(nóng)學(xué)利用率增加2.85 kg/kg，差異達(dá)極顯著水平；氮肥生理利用率提高了64.31%，差異達(dá)極顯著水平；氮素積累總量低了9.09%，氮素稻谷生產(chǎn)效率減少了2.14 kg/kg，氮肥偏生產(chǎn)力減少了3.12 kg/kg。

表2 不同灌溉模式及施氮量下氮素利用效率差異

表3 不同處理產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因素的差異

從表2可見，氮素積累總量、氮肥農(nóng)學(xué)利用率隨著施氮量的增加而增加，當(dāng)施氮量達(dá)到480 kg/hm2時，氮素積累總量、氮肥農(nóng)學(xué)利用率也達(dá)到最大值；氮肥吸收利用率在施氮量為390 kg/hm2時最高，氮肥偏生產(chǎn)力隨著施氮量的增加而減小，且差異達(dá)到顯著性水平，過量施氮會導(dǎo)致較低的氮肥偏生產(chǎn)力；在一定的施氮量范圍內(nèi)，施用氮肥可以提高水稻的氮素生理利用率，但當(dāng)超過了最佳施氮量后，氮素生理利用率又會逐漸降低。灌溉方式與施氮量互作效應(yīng)對氮素積累總量、氮肥利用率、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素稻谷生產(chǎn)效率、氮肥生理利用率及偏生產(chǎn)力也有顯著影響。

2.3 不同灌溉方式及施氮量對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可見，灌溉方式與施氮量對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響均達(dá)極顯著水平，且灌溉方式對每穗粒數(shù)、結(jié)實率、水分利用效率及最終產(chǎn)量的影響均顯著高于施氮量的影響。與淹灌處理相比，滴灌處理的每穗粒數(shù)、結(jié)實率及最終產(chǎn)量極顯著低于淹灌處理，其中每穗粒數(shù)低16.15%，結(jié)實率低5.93個百分點，產(chǎn)量低19.02%。但滴灌處理水分利用效率極顯著高于淹灌處理。

從表3還可以看出，灌溉方式與施氮量對有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率、水分利用效率及產(chǎn)量均存在顯著或極顯著的互作效應(yīng)；與不施氮處理（N0）相比，施氮能顯著提高水稻產(chǎn)量；水稻的有效穗數(shù)隨著氮肥水平的提高而增大；在不同施氮量下，隨著施氮量的增加，每穗粒數(shù)、結(jié)實率均呈上升的趨勢；與不施氮處理（N0）相比，施氮處理的千粒重和水分利用效率明顯提高。

3 結(jié)論與討論

3.1 膜下滴灌水稻栽培技術(shù)具有節(jié)水的作用

水稻是農(nóng)業(yè)淡水資源消耗量最大的農(nóng)作物，約有70%的農(nóng)業(yè)用水用在了水稻生產(chǎn)中[8]。對于干旱區(qū)域而言，以新疆為例，水稻生育期內(nèi)的蒸散量為1 200mm，降雨量不足170mm，水稻常規(guī)淹水栽培的總耗水量高達(dá)3 000mm，水分利用效率僅為0.2~0.3 kg/m3[9]，水稻生產(chǎn)將面臨淡水資源虧缺帶來的極大壓力，而滴灌被公認(rèn)為是一項高效的作物節(jié)水栽培技術(shù)。膜下滴灌水稻節(jié)水栽培技術(shù)是將水稻栽培與膜下滴灌技術(shù)相結(jié)合，突破了水稻種植的“水作”傳統(tǒng)，比傳統(tǒng)淹灌水稻種植節(jié)水55.0%[10-11]，究其原因可能主要是因為覆膜處理降低了地表蒸散量[12-13]，且覆膜能夠起到增溫效應(yīng)，以及滴灌較漫灌處理能更進(jìn)一步降低水分滲漏量[14]。因此，膜下滴灌水稻栽培模式適用于干旱冷涼區(qū)域。

3.2 膜下滴灌水稻栽培技術(shù)具有節(jié)肥作用

由于滴灌僅對作物進(jìn)行局部灌溉，滴灌施肥可將肥料隨水均勻準(zhǔn)確地滴入作物根系土層中，并做到少量多次，實現(xiàn)水肥同步，有效避免了水肥流失[10]，從而減少氮肥施用量。本研究中膜下滴灌水稻處理氮肥利用率比淹灌處理提高了1.92個百分點，減少了化肥對環(huán)境的污染，這也是膜下滴灌水稻提高水、肥利用率的機(jī)理。

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Effects of Irrigation M ethods and Different N App lication Rate on Grow th and Nitrogen Use Efficiency of Rice

WANG Xiaojuan1,2,CHEN Lin1,2*,WANG Yongqiang1,2,LILi1,2,ZHU Jiangyan1,2,ZHAO Shuangling1,2,LIU Xiaowu1,2,LIGaohua1,2
（Xinjiang Tianye（Group）Co.Ltd./Xinjiang Tianye Agricultural High-tech Co.Ltd.,Shihezi,Xinjiang 832003,China;1st author:wangxiaojuangjq@sina.com;*Corresponding author:cl1030@sohu.com）

Effects of different irrigationmethods（drip irrigation and flood irrigation）and N application rate on drymatter accumulation and distribution,nitrogen accumulation,nitrogen use efficiency and grain yield of rice were studied with T-43 asmaterial by field experiment.The results showed that the dry matter accumulation and nitrogen accumulation of flood irrigation treatment were significantly increased compared with the drip irrigation treatment.Application of nitrogen fertilizer significantly increased the nitrogen accumulation of rice,and reached themaximum yield atnitrogen fertilizer application rate is 480 kg/hm2.Compared with flood irrigation, the yield of drip irrigation decreased by 19.02%,nitrogen utilization rate increased by 1.92 percentage points and water use efficiency was increased by 0.21 kg/m3（105%）.

rice;nitrogen application rate;drip irrigation with plastic film mulch;nitrogen use efficiency

S511.062

：A

：1006-8082（2017）03-0088-04

2016－12－18

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)博士資金專項（2014BB011）；中小企業(yè)創(chuàng)新基金（14C26216513802）；石河子市科技基礎(chǔ)條件平臺建設(shè)計劃