水氮管理模式下水稻碳氮吸收、土壤呼吸與產(chǎn)量效應(yīng)

鄭恩楠 楊 樺 陳 鵬 張忠學(xué)

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 哈爾濱 150030； 2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)水資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 哈爾濱 150030)

0 引言

水稻作為我國(guó)的主要糧食作物，其種植和栽培技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平[1-4]。但隨著水稻種植面積的不斷擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)用水不斷增加，到2030年水資源的開發(fā)利用將達(dá)到極限[1,5-6]?；首鳛楫a(chǎn)量形成的主要因素，中國(guó)目前已經(jīng)成為肥料使用量第一大國(guó)[7-8]。但水肥資源投入量過高不僅不會(huì)增產(chǎn)，同時(shí)還會(huì)給環(huán)境帶來巨大的風(fēng)險(xiǎn)，不合理的灌溉和施肥不僅浪費(fèi)農(nóng)業(yè)用水而且還會(huì)造成大面積農(nóng)業(yè)面源污染，危害生態(tài)環(huán)境[9-10]。因此，如何提高水肥資源的高效利用是當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)之一。

土壤呼吸作為土地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在全球碳收支平衡中起著至關(guān)重要的作用[11-12]。土壤呼吸主要包括土壤中的植物根系呼吸、土壤動(dòng)物和微生物呼吸以及含碳礦物質(zhì)的化學(xué)氧化作用產(chǎn)生釋放CO2的過程，其中最重要的組成部分為植物根系的自養(yǎng)呼吸和土壤動(dòng)物以及微生物的異養(yǎng)呼吸[13-15]。土壤呼吸不僅受到其自身的理化性質(zhì)和土壤微生物影響，還受到人為因素的干擾，各因素之間相互作用相互制約[16-17]。而水肥調(diào)控通過影響植物的生長(zhǎng)和微生物的活性而對(duì)土壤呼吸過程產(chǎn)生重要的影響。

碳氮物質(zhì)的形成、轉(zhuǎn)運(yùn)與分配與其在植株體內(nèi)的代謝有直接的響應(yīng)關(guān)系，碳氮代謝調(diào)節(jié)機(jī)制在植物體內(nèi)相互偶聯(lián)和互相制約，不僅碳代謝受氮素水平的調(diào)節(jié)，氮代謝途徑相關(guān)酶與代謝產(chǎn)物同樣受碳代謝相關(guān)產(chǎn)物的反饋制約[18-19]。植物體內(nèi)的碳氮比可以體現(xiàn)植物的營(yíng)養(yǎng)利用效率，是植物生命過程的重要維持者和調(diào)節(jié)者，同時(shí)也是枯枝落葉分解速率的調(diào)節(jié)因素之一，因此對(duì)研究植物的生長(zhǎng)和在精細(xì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用都具有重要作用[20]。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以東北冷涼區(qū)種植的水稻為研究對(duì)象，分析冷涼區(qū)不同水氮調(diào)控與水稻各器官碳氮含量之間的響應(yīng)關(guān)系，同時(shí)研究大田不同水氮管理模式對(duì)水稻土壤呼吸速率的影響，探索水肥耦合機(jī)理，為水稻高產(chǎn)高效種植提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)(125°44′E，45°63′N)位于黑龍江省慶安縣和平鎮(zhèn)，屬于典型的黑土分布區(qū)。多年平均氣溫2.5℃，多年平均降水量550 mm，多年平均水面蒸發(fā)量750 mm。作物水熱生長(zhǎng)期156～171 d，全年無霜期128 d。氣候特征屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候。土壤類型為白漿土型水稻土，容重1.01 g/cm3，孔隙度61.8%。土壤基本理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比41.8 g/kg、pH值6.45、全氮質(zhì)量比15.06 g/kg、全磷質(zhì)量比15.23 g/kg、全鉀質(zhì)量比20.11 g/kg、堿解氮質(zhì)量比198.29 mg/kg、有效磷質(zhì)量比36.22 mg/kg和速效鉀質(zhì)量比112.06 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)控制灌溉(C)、全面淹灌(F)2種水分管理模式(表1)。控制灌溉即除返青期田面保持0～30 mm薄水層和黃熟期自然落干外，其他各生育階段灌水后均不建立水層，以根層土壤水分為控制指標(biāo)，灌水上限為飽和含水率。用TPIME-PICO64/32型土壤水分測(cè)定儀每天( 07：00和18：00各測(cè)1 次)測(cè)取土壤含水率，當(dāng)土壤含水率低于或接近灌水下限時(shí)，人工灌水至灌水上限，維持土壤含水率處于相應(yīng)生育階段的灌水上限和灌水下限之間。在分蘗末期進(jìn)行曬田不進(jìn)行灌水，分蘗前期、中期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期以及乳熟期土壤含水率下限分別取飽和含水率的百分比。淹灌小區(qū)在每天08:00 前后通過預(yù)埋在田面的磚塊和豎尺讀取水層深度，確定是否需要灌水。6個(gè)施氮水平，施氮量分別為0、60、85、110、135、160 kg/hm2。其中氮肥是折純后的量，氮肥按照基肥∶蘗肥∶穗肥比例為5∶3∶2分施，各處理均施P2O545 kg/hm2，K2O 80 kg/hm2，磷肥作為基肥一次施用，鉀肥分基肥和8.5葉齡(幼穗分化期)2次施用，前后比例為1∶1。采用全面試驗(yàn)，分別是控制灌溉條件下的6個(gè)施氮肥水平(C0、C60、C85、C110、C135、C160)和全面淹灌下的6個(gè)施氮肥水平(F0、F60、F85、F110、F135、F160)，共計(jì)12個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)面積為10 m×10 m=100 m2，小區(qū)四周同樣種植水稻以加設(shè)保護(hù)行。水稻品種、育秧、移栽、植保及用藥等技術(shù)措施以及田間管理?xiàng)l件相同。為減少側(cè)向滲透對(duì)試驗(yàn)的影響，小區(qū)與小區(qū)之間采用隔滲處理，即小區(qū)四周用塑料板和水泥埂作為隔滲材料，埋入田間地表以下40 cm深。供試水稻品種為龍慶稻3號(hào)。

1.3 土壤呼吸速率測(cè)定

在水稻生長(zhǎng)期，選擇晴朗少云天氣，用 LI-8100型開路式土壤碳通量測(cè)量系統(tǒng)(Li-Cor Inc.，Lincoln，NE，USA)進(jìn)行田間土壤呼吸速率測(cè)定，于水稻返青期開始至乳熟期結(jié)束，每隔10 d左右測(cè)定1次，每次測(cè)定時(shí)間為北京時(shí)間11:00—14:00，該時(shí)間段土壤呼吸速率測(cè)量值與日平均值基本一致[21]。采用輪回測(cè)量方法，每次測(cè)量順序均與第1次測(cè)量順序相同，以避免由于測(cè)量時(shí)間差異而導(dǎo)致的試驗(yàn)結(jié)果誤差。測(cè)定基座為內(nèi)徑20 cm、高10 cm的聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)圈，PVC 圈嵌入土壤后露出土壤表面2 cm。在每次測(cè)定的前1天，去除基座內(nèi)土壤表層的一切活體及掉落物，在整個(gè)觀測(cè)過程中PVC圈埋設(shè)位置保持不變。為了減少安置測(cè)定基座對(duì)土壤系統(tǒng)的破壞，在測(cè)定基座安置24 h后進(jìn)行第1次測(cè)定。5 cm土壤溫度采用土溫計(jì)(地溫計(jì)，河北省武強(qiáng)縣華洋儀表廠)測(cè)定。

表1 稻田生育期內(nèi)各處理土壤水分管理方式Tab.1 Water management of different irrigation management patterns in rice growth stages

注:θs為飽和含水率，取53.25%。

1.4 碳、氮含量的測(cè)定

每試驗(yàn)田取3點(diǎn)，分別選取具有代表性的4穴，將植株葉、莖鞘、穗分開，清洗干凈，于120℃殺青30 min，80℃干燥至恒質(zhì)量，測(cè)定干物質(zhì)量后粉碎，經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后，用德國(guó)布朗盧比公司生產(chǎn)的AA3型(Auto analytical 3)連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定氮素含量。用總有機(jī)碳分析儀(Elementar vario TOC)測(cè)定水稻不同生育時(shí)期含碳量。

應(yīng)用SPSS 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，使用Origin 8.0圖表制圖。并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Duncan顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)水稻碳、氮含量的影響

2.1.1各器官含碳量變化

以水稻典型生育期分蘗期、拔節(jié)孕穗期和抽穗開花期為例，研究不同水氮管理模式下水稻地上部分主要器官葉、莖鞘、穗含碳量。如圖1所示，不同水分處理之間，3個(gè)時(shí)期水稻葉片含碳量在分蘗期、拔節(jié)孕穗期和抽穗開花期變化相類似但不完全一致。不同水分處理之間，莖鞘含碳量變化在拔節(jié)孕穗期變化趨勢(shì)有所不同，抽穗開花期出現(xiàn)突躍的現(xiàn)象，而穗部含碳量幾乎沒有變化(P>0.05)。

圖1 不同水肥條件下水稻各器官含碳量Fig.1 Carbon content of rice organs under different water and fertilizer conditions

各時(shí)期2種水分處理隨著施氮量的增加水稻葉片含碳量均表現(xiàn)出V字型變化規(guī)律。3個(gè)時(shí)期相同水分不同施氮量之間對(duì)比顯示，葉片含碳量均在60%左右浮動(dòng)，且與對(duì)照C0、F0相比，升降幅度在5%以內(nèi)，升降幅度不顯著(P>0.05)。水分處理間對(duì)比顯示，控制灌溉處理葉片含碳量均高于淹灌處理，表明控制灌溉下有利于水稻對(duì)碳的積累。

圖2 不同水肥條件下水稻各器官含氮量Fig.2 Nitrogen content of rice organs under different water and fertilizer conditions

拔節(jié)孕穗期莖鞘部含碳量2種水分處理之間變化趨勢(shì)有所不同，控制灌溉隨著施氮量的增加呈波浪式變化，且增加或下降幅度不顯著(P>0.05)。而全面淹灌隨著施氮量的增加總體呈上升趨勢(shì)。抽穗開花期2種水分處理之間，莖鞘部此時(shí)期與拔節(jié)孕穗期變化差異較大。施氮量110 kg/hm2處理下，在抽穗開花期2種水分處理之間，莖鞘部含碳量顯著高于其他施氮量處理(P<0.05)。與C0、C60、C85、C135、C160相比，C110莖鞘部含碳量分別增加了10.39%、10.51%、9.50%、8.28%、8.07%(各處理P<0.05)；和F0、F60、F85、F135、F160相比，F(xiàn)110莖鞘部含碳量分別增加了15.20%、18.85%、19.31%、13.98%、10.60%(各處理P<0.05)。穗部含碳量在2種水分處理?xiàng)l件下都呈現(xiàn)波浪式變化，但變化規(guī)律不明顯，與對(duì)照C0、F0相比，升降幅度在2%左右變化，變化不顯著(P>0.05)。

2.1.2各器官含氮量變化

同樣以分蘗期、拔節(jié)孕穗期和抽穗開花期為例，研究不同水氮管理模式水稻主要器官葉、莖鞘和穗含氮量。如圖2所示，水稻葉、莖鞘含氮量隨著生育期的推進(jìn)，逐漸下降。隨著施氮量的增加，各器官的含氮量呈增加趨勢(shì)。相同施氮量不同水分處理間對(duì)比顯示，控制灌溉大于全面淹灌。

3個(gè)時(shí)期2種水分處理水稻葉片含氮量隨著施氮量的增加為線性變化。不同施氮量之間，3個(gè)時(shí)期線性擬合決定系數(shù)R2控制灌溉分別為0.793 2、0.886 8、0.960 4；全面淹灌溉分別為0.874 4、0.968 3、0.953 0，在抽穗開花期控制灌溉大于全面淹灌，表明控制灌溉更有利于水稻營(yíng)養(yǎng)生殖階段對(duì)氮素的吸收利用與分配。在抽穗開花期與對(duì)照C0、F0相比，控制灌溉其他施氮量處理葉片含碳量分別增加了16.61%、19.93%、36.57%、43.52%、47.50%(各處理P<0.05)，全面淹灌分別增加了11.14%、15.54%、34.45%、36.82%、42.56%(各處理P<0.05)。相同施氮量條件下，控制灌溉的增長(zhǎng)幅度大于全面淹灌，表明控制灌溉條件下配施氮肥更有利于水稻對(duì)氮素的吸收利用。

3個(gè)時(shí)期2種水分處理水稻莖鞘、穗含氮量的變化趨勢(shì)和葉片的變化趨勢(shì)相一致，但顯著低于葉片含氮量(P<0.05)，穗部含氮量最低。施肥處理間對(duì)比顯示，2種水分條件下與對(duì)照C0、F0相比，拔節(jié)孕穗期莖鞘含氮量135、160 kg/hm2處理增加顯著(P<0.05)。在抽穗開花期，控制灌溉各施氮量之間莖鞘含氮量無明顯差異，而全面淹灌在135、160 kg/hm2處理相比于對(duì)照F0顯著增加(P<0.05)。而穗部除施氮量60 kg/hm2處理外，其他處理與對(duì)照C0、F0比，均顯著增加(P<0.05)。水分處理之間對(duì)比顯示，莖鞘含氮量控制灌溉比全面淹灌在拔節(jié)孕穗期和抽穗開花期分別增加了6.40%～25.99%(P<0.05)和5.82%～45.62%(P<0.05)，而穗部含氮量增加了2.52%～13.14%。

2.2 對(duì)水稻碳氮比的影響

氮碳含量是植被生長(zhǎng)狀態(tài)的重要指標(biāo)，能為病蟲害監(jiān)測(cè)等提供指導(dǎo)信息。植物碳氮比可以體現(xiàn)植物的營(yíng)養(yǎng)利用效率，是生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如表2所示，不同水氮管理模式下水稻葉片、莖鞘碳氮比隨著生育期的進(jìn)行逐漸升高，這與含氮量的變化趨勢(shì)相反。不同水分管理對(duì)比顯示，全面淹溉水稻各器官的碳氮比在整體水平上要大于控制灌溉。從增長(zhǎng)的幅度上分析，不同時(shí)期葉片碳氮比全面淹灌較控制灌溉增幅不顯著(P>0.05)，而莖鞘、穗不同時(shí)期碳氮比全面淹灌較控制灌溉除135 kg/hm2處理外，其他處理增幅顯著(P<0.05)。全面淹灌水稻碳氮比大于控制灌溉的原因可能是由于不同時(shí)期各器官的含氮量控制灌溉大于全面淹灌，而含碳量2種水分處理之間相差幅度較小，可能導(dǎo)致碳氮比全面淹灌大于控制灌溉。不同施氮量之間對(duì)比顯示，隨著施氮量的增加，碳氮比有所下降?？刂乒喔葪l件下，與對(duì)照C0相比，施氮量在60、85、110 kg/hm2處理下葉、莖鞘下降不顯著(P>0.05)，而135、160 kg/hm2處理大幅度下降(P<0.05)。全面淹灌在施氮量60 kg/hm2處理下，不同器官碳氮比除抽穗開花期葉片外，其他器官較對(duì)照F0均小幅下降(P>0.05)，而85、110、135、160 kg/hm2處理各器官碳氮比較對(duì)照F0下降幅度較大。施氮量135、160 kg/hm2處理在2種水分條件下均大幅度下降，表明2種施氮量處理水稻植株對(duì)營(yíng)養(yǎng)的利用率較其他處理低，此施氮量超過了施氮量的最佳值。

表2 不同處理水稻各器官碳氮比Tab.2 C/N of rice organ under different treatments

注：同列不同小寫字母表示在P=0.05水平上顯著。

2.3 對(duì)稻田土壤呼吸速率的影響

不同水氮管理模式能夠影響稻田土壤呼吸速率。在水稻整個(gè)生育時(shí)期內(nèi)，各處理土壤呼吸呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)。在返青期由于溫度較低，水稻根系不發(fā)達(dá)，土壤微生物活動(dòng)較慢，導(dǎo)致此時(shí)期的土壤呼吸速率最低。隨著天氣的變暖，水稻返青期結(jié)束，土壤呼吸速率迅速提高，在拔節(jié)孕穗期達(dá)到峰值，之后開始下降。如圖3所示，控制灌溉水稻土壤呼吸速率除返青期外，其他時(shí)期均大于全面淹灌處理?？刂乒喔日麄€(gè)生長(zhǎng)期田間不建立水層，土壤含水率處于非飽和狀態(tài)，而全面淹灌由于有水層的存在，土壤含水率長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，導(dǎo)致土壤5 cm的地溫控制灌溉大于全面淹灌。楊士紅等[22]研究表明，土壤呼吸速率與土壤5 cm溫度有較好的指數(shù)關(guān)系，與本研究的結(jié)果相類似。隨著施氮量的增加，土壤呼吸速率并沒有一直呈上升趨勢(shì)而是略有下降。由于施氮量的過飽和不但抑制了水稻的生長(zhǎng)，同時(shí)也會(huì)降低土壤有機(jī)質(zhì)、微生動(dòng)植物的含量，阻礙了土壤呼吸的源，導(dǎo)致土壤呼吸速率的降低。相同施氮量處理之間，和全面淹灌相比，控制灌溉整個(gè)生育期6個(gè)施氮水平土壤呼吸速率處理分別增加了46.64%、67.48%、41.17%、41.59%、48.09%、83.70%(各處理P<0.05)。相同水分處理之間，與對(duì)照C0、F0相比，C60、C85、C110、C135、C160整個(gè)生育期土壤呼吸速率分別增加了35.76%、45.54%、101.17%、63.86%、51.42%，F(xiàn)60、F85、F110、F135、F160 分別增加了18.87%、51.17%、108.34%、62.25%、20.87%(各處理P<0.05)。施氮量110 kg/hm2處理增幅最大，表明此處理對(duì)于改善土壤呼吸較其他處理具有良好的效果。

圖3 不同水肥條件下稻田土壤呼吸速率Fig.3 Soil respiration rate of paddy under different water and fertilizer conditions

2.4 對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

如圖4所示，對(duì)水稻產(chǎn)量進(jìn)行分析，不同水氮管理模式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響顯著。2種水分條件下產(chǎn)量的變化過程基本相同，水稻產(chǎn)量均隨著施氮量的增加先上升后小幅度下降。從不同氮肥處理對(duì)產(chǎn)量的影響來看，C0、C60、C85、C110、C135、C160產(chǎn)量分別為4 699.7、5 086.6、7 995.7、10 964.3、9 647.0、9 281.9 kg/hm2；F0、F60、F85、F110、F135、F160產(chǎn)量分別為5 600.4、6 739.1、7 022.6、8 170.7、9 123.2、7 389.6 kg/hm2，各處理除全面淹灌F0、F60高于控制灌溉C0、C60，其他各處理均顯著低于控制灌溉(P<0.05)。綜合來看，C110處理為最佳水氮管理模式。對(duì)不同水氮之間進(jìn)行線性擬合，控制灌溉的決定系數(shù)R2為0.844 2，大于全面淹灌的0.798 2，更進(jìn)一步說明控制灌溉條件下的水氮管理模式對(duì)水稻產(chǎn)量的促進(jìn)作用大于全面淹灌的水氮管理模式。因此，建議在以后的水稻種植過程當(dāng)中要提倡節(jié)水灌溉，以節(jié)水為前提，繼續(xù)挖掘稻田水氮耦合模式的潛力。

3 討論

3.1 對(duì)水稻碳、氮含量的影響

水肥作為水稻生長(zhǎng)的主要限制因子，適宜的水肥管理模式不僅可以提高水稻的產(chǎn)量和水肥利用效率，同時(shí)也能夠調(diào)節(jié)植物體內(nèi)主要元素含量的變化。碳、氮代謝是作物正常生長(zhǎng)發(fā)育最基本的代謝途徑，碳、氮代謝的動(dòng)態(tài)變化影響著作物光合產(chǎn)物的形成、轉(zhuǎn)化以及礦物質(zhì)元素的吸收和蛋白質(zhì)的合成等生理過程。植株體內(nèi)碳、氮含量同時(shí)也是反映植株碳氮代謝狀況的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)通過對(duì)不同水氮管理模式水稻不同器官碳、氮含量的分析和水分管理之間的對(duì)比可知，不同器官的碳、氮含量控制灌溉要高于全面淹灌。因?yàn)檫m度的水分虧缺有利于水稻根系的生長(zhǎng)，植物地下部根系與地上部植株是根系信號(hào)系統(tǒng)的載體與橋梁，根系產(chǎn)生根源信號(hào)可直接傳輸?shù)降厣喜糠謱?duì)植株發(fā)生調(diào)控作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)碳氮在植株體內(nèi)的代謝與積累[23]。不同施氮量處理之間對(duì)比顯示，3個(gè)生育期除莖鞘110 kg/hm2處理外，其他各器官含碳量與對(duì)照相比，并無顯著變化(P>0.05)，表明氮肥的增加對(duì)碳的代謝并沒有顯著影響，氮肥并不是影響水稻植株不同器官含碳量的主要因素。而水稻不同器官含氮量隨著施氮量的增加而顯著增加(P<0.05)，但135、160 kg/hm2處理，在生長(zhǎng)后期由于氮肥的過量，出現(xiàn)“貪青”現(xiàn)象，抽穗較其他施氮量處理晚，生育期推遲，進(jìn)而影響水稻的產(chǎn)量，說明肥量的高投入并沒有帶來高回報(bào)。

3.2 對(duì)水稻碳氮比及土壤呼吸速率的影響

試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)不同施氮量下全面淹灌水稻碳氮比大于控制灌溉，原因可能是由于不同時(shí)期各器官的含氮量控制灌溉顯著大于全面淹灌，而含碳量2種水分處理之間相差幅度較小，導(dǎo)致碳氮比全面淹灌大于控制灌溉。不同施氮量條件下，水稻植株體內(nèi)相同器官含碳量差異不明顯(P>0.05)，而含氮量隨著供氮水平的提高而呈現(xiàn)出逐漸増加的趨勢(shì)，由此導(dǎo)致相同器官碳氮比表現(xiàn)出隨著氮素供應(yīng)水平的提高而逐漸降低的趨勢(shì)，這與文獻(xiàn)[24-29]的研究結(jié)果一致。在水稻的3個(gè)生育時(shí)期內(nèi)，不同器官的含碳量變化差異相比于含氮量較小，植株體內(nèi)不同器官含氮量在整個(gè)生育時(shí)期內(nèi)呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，因此使得不同器官碳氮比隨生育進(jìn)程的推進(jìn)呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，研究結(jié)果與文獻(xiàn)[30]一致。不同水氮管理模式能顯著影響土壤呼吸速率。楊士紅等[22]研究得出，控制灌溉條件下土壤呼吸速率大于全面淹灌，與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。李建敏等[31]、DING等[32]研究表明，施氮處理顯著高于不施氮處理，張耀鴻等[33]研究了氮肥施用對(duì)玉米根際呼吸和土壤基礎(chǔ)呼吸溫度敏感性的影響，發(fā)現(xiàn)施氮處理(300 kg/hm2)的季節(jié)平均土壤呼吸速率為 3.14 μmol/(m2·s)，顯著高于不施氮處理，增幅達(dá) 31.9%，與本試驗(yàn)研究相類似但又不完全一致。在本試驗(yàn)條件下，隨著施氮水平的提高，水稻的土壤呼吸速率先增加后下降，其原因可解釋為由于施氮量的過飽和不但抑制了水稻的生長(zhǎng)，同時(shí)也會(huì)降低土壤有機(jī)質(zhì)、微生動(dòng)植物的含量，阻礙了土壤呼吸的源，導(dǎo)致土壤呼吸速率的降低，而適量的氮肥施加提高了土壤中氮的有效性，促進(jìn)了作物根系生長(zhǎng)，根系呼吸得到加強(qiáng)，同時(shí)適量的施氮還促進(jìn)了作物地下部根茬及其分泌物增多，使微生物活性和數(shù)量增加，微生物呼吸也隨之增加，土壤呼吸作用增強(qiáng)，同時(shí)促進(jìn)了土壤與大氣之間的氣體交換[34-37]。不同施氮量對(duì)土壤呼吸速率和碳氮比影響不一致。隨著施肥量的增加，稻田的土壤呼吸速率和水稻植株的長(zhǎng)勢(shì)相類似，但含碳量變化不顯著，含氮量卻是逐漸增加，因此碳氮比逐漸下降。導(dǎo)致施肥處理對(duì)二者的影響不一致。

3.3 對(duì)產(chǎn)量的影響

如圖4所示，全面淹灌F0、F60處理水稻產(chǎn)量高于C0、C60處理，說明在肥量較低的情況，較少水分的輸入對(duì)水稻將會(huì)產(chǎn)生抑制作用。除F0、F60處理外，其他各處理均顯著低于控制灌溉(各處理P<0.05)，表明在肥力相對(duì)較高的情況下適量的水分虧缺將產(chǎn)生促進(jìn)作用，控制灌溉有利于氮素養(yǎng)分往穗部的運(yùn)移，從而提高了產(chǎn)量。綜合比較C110處理的水稻產(chǎn)量最大?；谏鲜鰧?duì)水稻碳氮含量、碳氮比以及土壤呼吸速率的分析可知，含碳量各施肥之間變化不顯著，而氮含量與施氮量之間為線性關(guān)系，且135、160 kg/hm2處理明顯較大。但由于135、160 kg/hm2處理的含氮量顯著高于其他處理，導(dǎo)致碳氮比顯著下降(P<0.05)，嚴(yán)重影響了水稻植株的碳、氮代謝進(jìn)而影響了作物光合產(chǎn)物的形成、轉(zhuǎn)化以及礦物質(zhì)元素的吸收，又因?yàn)榈实倪^量導(dǎo)致水稻貪青，抽穗比其他施氮肥處理較晚，不利于水稻籽粒對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收，進(jìn)而影響水稻的產(chǎn)量。同時(shí)C110處理下的土壤呼吸速率也顯著高于其他處理，也說明了改善土壤呼吸速率對(duì)水稻產(chǎn)量的形成具有一定的積極作用。

4 結(jié)論

(1)隨著施氮量的增加，水稻各器官含碳量無顯著差異。而不同器官的含氮量隨著氮肥的增加逐漸增加。水分處理之間對(duì)比顯示，各器官碳氮量控制灌溉大于全面灌溉。

(2)水稻碳氮比結(jié)果顯示，水稻葉片碳氮比在施氮量135、160 kg/hm2顯著低于對(duì)照(P<0.05)。說明氮肥量的高投入并不利于水稻碳氮代謝，不利于水稻的生長(zhǎng)。

(3)不同水氮管理模式下土壤呼吸速率在整個(gè)生育期先增加后下降，在拔節(jié)孕穗期達(dá)到土壤呼吸速率的最大值?？刂乒喔忍幚硗寥篮粑俾室笥谌嫜凸?P<0.05)，不同施氮量條件下土壤呼吸速率顯著高于對(duì)照(P<0.05)，施氮量110 kg/hm2處理增加幅度最顯著。

(4)適量的水分虧缺對(duì)水稻產(chǎn)量的形成有促進(jìn)作用，控制灌溉不同水氮之間的擬合較好，決定系數(shù)R2為0.844 2，大于全面淹灌?？傮w來看，處理C110產(chǎn)量為10 964.3 kg/hm2，顯著大于其他處理(P<0.05)，為最佳的水肥管理模式。

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