水肥管理對(duì)水稻甬優(yōu)15氮肥利用率和產(chǎn)量的影響

丁能飛，應(yīng)永慶，劉琛，郭彬，林義成，李華，李凝玉，傅慶林*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.紹興市上虞區(qū)聯(lián)合墾殖場，浙江 上虞 312366)

水分與肥料是影響水稻生長與產(chǎn)量的兩大重要因素。在田間生產(chǎn)中，稻農(nóng)為了追求高產(chǎn)，水肥投入往往很大，既導(dǎo)致水肥利用率下降，又引發(fā)環(huán)境污染。因此，在保障水稻產(chǎn)量的同時(shí)，盡可能地減少水分投入、降低肥料使用量，已成為國內(nèi)外水稻栽培研究的熱點(diǎn)[1-3]。褚光等[4]研究表明，灌溉模式與施氮量對(duì)水稻產(chǎn)量、水分和氮肥利用效率的影響存在著明顯的互作效應(yīng)。干濕交替灌溉可抑制無效分蘗生長，改善根系形態(tài)與生理特征，促進(jìn)同化物運(yùn)轉(zhuǎn)，提高光合生產(chǎn)能力，利于大穗形成。然而，Cabangon等[5]認(rèn)為，水分管理、施氮量對(duì)水稻產(chǎn)量、生物量、養(yǎng)分吸收并沒有顯著的交互作用。本研究擬開展稻田水肥耦合的田間試驗(yàn)，探索灌溉模式與氮肥運(yùn)籌對(duì)稻田土壤耕層理化性質(zhì)，及水稻氮肥利用率、產(chǎn)量構(gòu)成等的影響，為遴選最佳技術(shù)組配方案，提出適宜的水稻水肥耦合調(diào)控技術(shù)提供理論依據(jù)與技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年在金華市婺城區(qū)糧豐植保專業(yè)合作社稻田開展。供試水稻品種為甬優(yōu)15。前茬為空閑田。土壤類型為潴育水稻土亞類泥沙田。試驗(yàn)前土壤基本理化性狀：有機(jī)質(zhì)21.6 g·kg-1，全氮1.24 g·kg-1，堿解氮90.4 mg·kg-1，有效磷5.21 mg·kg-1，速效鉀96.2 mg·kg-1，pH值4.36。

1.2 試驗(yàn)方法

設(shè)置淹灌(Y)、干濕交替灌溉(G)2個(gè)水分管理模式。淹灌是在水稻整個(gè)生育期內(nèi)都保持3 cm左右的水層；干濕交替灌溉是先灌水3 cm左右，土壤自然落干，待表層土壤含水量降至80%以下時(shí)再次灌水，使田面土壤處于干濕交替的狀態(tài)。施氮量(以純N計(jì))設(shè)3個(gè)水平：156、195、234 kg·hm-2，相應(yīng)簡記為L、M、H。以不施肥為對(duì)照(CK)，水分管理模式與氮肥施用量相互組合，共7個(gè)處理。每處理3個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積28 m2(4 m×7 m)，小區(qū)間用30 cm高的小田埂隔離，并用塑料薄膜嵌入耕層以免小區(qū)間肥水側(cè)滲。各小區(qū)均施P2O540 kg·hm-2、K2O 120 kg·hm-2。供施氮肥為尿素(含N 46%)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)。氮肥分為基肥、分蘗肥、孕穗肥施用，用量比為2∶1∶1；磷肥全部作基肥一次性施入；鉀肥分為基肥和孕穗肥施用，用量比為1∶1。各處理的其他田間管理措施均相同。

分別于水稻分蘗期、抽穗期、灌漿期、成熟期采集水稻植株分析全氮含量。水稻成熟期每個(gè)小區(qū)取20穴調(diào)查有效穗數(shù)。隨機(jī)選取與平均有效穗數(shù)相同或相近的3穴進(jìn)行考種，分析產(chǎn)量構(gòu)成因素。每個(gè)小區(qū)分別收獲，脫粒風(fēng)干后換算標(biāo)準(zhǔn)含水量計(jì)算實(shí)際產(chǎn)量。水稻收割放水前一天測定Eh，每個(gè)小區(qū)測5點(diǎn)取平均值。水稻收割后，每小區(qū)按“五點(diǎn)法”采集耕層(0～20 cm)土壤，帶回實(shí)驗(yàn)室剔除土壤中可見的動(dòng)植物殘?bào)w，混勻后采用“四分法”分取土壤樣品，室內(nèi)自然風(fēng)干，磨細(xì)，分別過2 mm和0.25 mm篩備用。

1.3 檢測方法

土壤基本理化性狀均采用常規(guī)方法測定[6]。植株樣品收獲后先在105 ℃殺青30 min，再在80 ℃烘干48 h，用微型粉碎機(jī)粉碎，過100目(0.15 mm)篩備用。植株樣品采用H2SO4-H2O2消煮，用擴(kuò)散吸收法測定氮含量[6]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Statistica 10.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙因素方差分析，對(duì)有顯著差異的處理采用新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻葉片SPAD值

SPAD 是日本農(nóng)林水產(chǎn)省農(nóng)產(chǎn)園藝局“土壤、作物分析儀器開發(fā)”(Soil and Plant Analyzer Development)的英文縮寫[7]。研究表明，水稻葉片的SPAD值與葉綠素含量具有顯著的相關(guān)性。該方法在測定時(shí)不破壞水稻葉片，即測即得，十分方便。從表1可以看出，增加施氮量在抽穗期、灌漿期均可以顯著提高水稻葉片的SPAD值，但在水稻分蘗期，除CK外各處理的葉片SPAD值并無顯著性差異。從不同時(shí)期來看，分蘗期的葉片SPAD值最高，其次是抽穗期，灌漿期最低，說明隨著水稻的生長，葉片中的葉綠素含量有降低的趨勢。

表1 不同處理對(duì)各時(shí)期水稻葉片SPAD值的影響

注：同列數(shù)據(jù)后無相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。表2～4同。

2.2 氮吸收量和氮肥利用率

從表2可以看出，在相同水分管理模式下，不同施氮量的水稻抽穗期、灌漿期、成熟期N吸收量存在顯著差異。以成熟期為例，在淹灌模式下，L、M、H處理的水稻N吸收量分別比CK增加了53.4%、60.8%、66.2%；在干濕交替灌溉模式下，L、M、H處理的水稻N吸收量分別比CK增加了59.8%、74.8%、80.7%。兩者相比，干濕交替更有利于水稻對(duì)氮的吸收。隨著施氮量增加，相同水分管理模式下的氮肥利用率均呈下降趨勢，在淹水模式下從27.1%下降到22.4%，在干濕交替模式下從30.3%下降到27.3%。在相同施氮量下，干濕交替模式的水稻氮肥利用率比淹水模式下高3.2～5.7百分點(diǎn)。分析其原因，可能是在干濕交替的水分管理模式下，地表流失的氮相對(duì)較少，水稻根系發(fā)育更好，所以吸氮量更多，氮肥利用率也更高。

表2 不同處理對(duì)水稻氮吸收和氮肥利用率的影響

2.3 土壤理化性狀

從表3可以看出，不同灌溉模式對(duì)土壤Eh影響顯著，干濕交替由于有自然落干的過程，增加了土壤與空氣的接觸，所以相應(yīng)處理的Eh值均顯著高于淹灌處理的。一般情況下，Eh值在200～400 mV為弱度還原，適于水稻生長，Eh值在-100～200 mV為中度還原，可能會(huì)對(duì)水稻生長產(chǎn)生不利影響。

表3 不同處理對(duì)土壤理化性狀的影響

干濕交替模式下的土壤堿解氮含量也均顯著高于淹灌處理，在相同施氮量下，堿解氮含量提高了6.5～8.8百分點(diǎn)，說明干濕交替有利于土壤中氮的礦化。除CK外，各處理的土壤pH值，及有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量均無顯著差異。

2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

從表4可以看出，當(dāng)施氮量為0～195 kg·hm-2，在相同水分管理模式下，隨著施氮量增加，水稻產(chǎn)量也顯著增加，但施氮量為195～234 kg·hm-2時(shí)，水稻產(chǎn)量并沒有顯著差異。淹灌模式下，L、M、H處理的水稻產(chǎn)量比CK分別增加了15.1%、22.6%、20.9%；干濕交替灌溉模式下，L、M、H處理的水稻產(chǎn)量比CK分別增加了22.0%、30.6%、28.9%。相同施氮量下，干濕交替灌溉模式下的水稻產(chǎn)量顯著高于淹灌模式，增幅在5.9%～6.5%。從產(chǎn)量構(gòu)成要素上可以看出，施用氮肥增產(chǎn)的原因主要是顯著地增加了水稻的有效穗數(shù)，對(duì)千粒重并無顯著作用。

表4 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

3 小結(jié)與討論

葉綠素是植物光合作用中吸收光能的主要色素之一，其含量受光、溫度、營養(yǎng)元素、氧、水等環(huán)境因素影響。植物葉片的葉綠素含量與葉片含氮量密切相關(guān)，水稻葉片的SPAD值與葉綠素含量相關(guān)性顯著，因此，葉片的SPAD值可以用于水稻氮肥管理參考。本研究表明，水稻分蘗期的SPAD值最高，其次是抽穗期，灌漿期最低。在抽穗期與灌漿期，隨著施氮量的增加，SPAD值有逐漸增加的趨勢。但相同施氮量下，不同水分管理模式的水稻葉片SPAD值間差異不顯著。

褚光等[8]研究表明，干濕交替灌溉較常規(guī)淹水灌溉可提高水稻產(chǎn)量10%以上，節(jié)水15%以上，水分利用效率提高30%左右。劉立軍等[9]研究表明，在干濕交替灌溉中進(jìn)行輕度土壤落干，不僅可以節(jié)約用水、提高水分利用效率，而且可以較常規(guī)灌溉顯著提高水稻產(chǎn)量，改善稻米品質(zhì)。本研究表明，干濕交替灌溉模式比淹灌的水稻吸氮量更多，氮肥利用率更高。相較于淹灌，干濕交替灌溉模式顯著提高了水稻的產(chǎn)量，較淹灌模式增產(chǎn)5.9%～6.5%。本試驗(yàn)條件下，干濕交替灌溉模式的最適施氮量為195 kg·hm-2。

干濕交替灌溉引起的土壤水分變化是土壤有機(jī)質(zhì)分解的主要影響因素[10]。韓建剛等[11]研究表明，干濕交替灌溉對(duì)土壤中氮素礦化的影響受溫度和施肥水平的共同制約[11]。楊長明等[12]研究表明，干濕交替灌溉模式下合理施肥可顯著提高土壤的有效養(yǎng)分含量。本研究表明，干濕交替灌溉模式較淹灌模式顯著提高了土壤的Eh值與堿解氮含量，但對(duì)有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量，及土壤pH值并無明顯作用。這主要是因?yàn)?，干濕交替處理增加了土壤與空氣的接觸，提高了土壤的通氣性，促進(jìn)了土壤中氮的礦化，所以顯著提高了土壤的Eh值與堿解氮含量。