緩釋肥條件間歇灌溉對(duì)水稻氮素分配及產(chǎn)量的影響

鐘盛建，何 軍，2，張宇航，王平章，李趙琴，郭 健，周潔宇，楊 鵬，廖 薇

（1.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌443002；2.三峽大學(xué)三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心，湖北宜昌443002；3.湖北省漳河工程管理局，湖北荊門(mén)448156）

0 引 言

緩釋肥是一種緩慢釋放養(yǎng)分的新型環(huán)保復(fù)合型肥料。它能降低肥料養(yǎng)分釋放速度，延長(zhǎng)肥效期，從而滿(mǎn)足作物不同生育期的肥料需求[1,2]，同時(shí)，可提高氮素回收率[3,4]，降低環(huán)境污染，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)意義重大。另一方面，全球氣候變暖導(dǎo)致極端氣候頻現(xiàn)，干旱范圍有明顯擴(kuò)大趨勢(shì)，旱災(zāi)成災(zāi)程度有加重趨勢(shì)[5,6]，而節(jié)水灌溉方式能夠減少農(nóng)田水分的滲漏和蒸發(fā)，提高灌溉水利用率[7-9]，減少溫室氣體排放[10-12]，降低干旱對(duì)水稻生產(chǎn)的影響。近幾年，大量研究證明了緩釋肥的增產(chǎn)效果[13-15]，但緩釋肥和節(jié)水灌溉耦合條件下的水稻干物質(zhì)氮素分配及產(chǎn)量影響機(jī)制少見(jiàn)報(bào)道。因此，本文選取長(zhǎng)江中游典型灌區(qū)湖北省漳河灌區(qū)開(kāi)展不同水肥耦合條件下的水稻測(cè)坑種植試驗(yàn)，分析黃熟期水稻植株氮素分配及產(chǎn)量特征等，以期為緩釋肥節(jié)水灌溉耦合的水稻生產(chǎn)實(shí)踐等提供參考。

1 材料與方法

試驗(yàn)地點(diǎn)位于湖北省漳河灌區(qū)的湖北省灌溉試驗(yàn)中心站(30°54′15″ N，112°05′16″ E)，氣候溫暖，年無(wú)霜期長(zhǎng)，多年平均氣溫17 ℃，最高月均氣溫27.7 ℃，最低月均氣溫3.9 ℃，年降雨量700～1 100 mm，多年平均降雨量947 mm，年均蒸發(fā)量(20 cm 蒸發(fā)皿)1 300～1 800 mm，年日照總時(shí)數(shù)1 300～1 600 h。該地區(qū)為典型的丘陵地帶，地形起伏，耕層土壤以黃棕壤為主，質(zhì)地黏重，有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較低，pH 值為6.8～7.2（水土比1:1），土壤孔隙率為45.5 %，容重為1.33～1.44 g/cm3，夏季以水稻作物為主。

本次研究供試水稻為Y-兩優(yōu)957，屬于秈型兩系雜交水稻品種。試驗(yàn)采用2 m×2 m的測(cè)坑栽植，2020年6月1日移栽，行間距為25 cm×25 cm，2020年9月15日收割，試驗(yàn)共6 個(gè)處理：淹灌不施肥（W1F0）、淹灌傳統(tǒng)肥(W1F1)、淹灌緩釋肥(W1F2)、間歇灌緩釋肥(W2F2)、間歇灌不施肥（W2F0）、間歇灌傳統(tǒng)肥(W2F1)，每個(gè)處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，共計(jì)18 個(gè)測(cè)坑。兩種水分管理模式-淹水灌溉(Continuous Flooding Irrigation，CF)W1和間歇灌溉(Alternate Wetting and Drying，AWD)W2的水層控制參照參考文獻(xiàn)[16]。兩種施肥類(lèi)型為傳統(tǒng)肥F1和緩釋肥F2，其中F1 為當(dāng)?shù)厝罕娏?xí)慣模式：氮肥水平以N 計(jì)為180 kg/hm2，施基肥時(shí)用碳酸氫銨(NH4HCO3)，追肥時(shí)用尿素CO(NH2)2；磷肥：以P2O5計(jì)72 kg/hm2，施過(guò)磷酸鈣；鉀肥：以K2O 計(jì)115 kg/hm2，施氯化鉀。磷、鉀肥作為基肥一次施入，氮肥50%基肥、50%追肥?；试诓逖碚貢r(shí)施入，追肥(分蘗肥)在移栽后15 d 左右施入。F2：與施入傳統(tǒng)肥氮磷鉀有效含量相當(dāng)?shù)木忈尫剩逖碚貢r(shí)作底肥一次性施入。

測(cè)量指標(biāo)包括水稻黃熟期地表各部分干物質(zhì)質(zhì)量，各部分吸氮量以及產(chǎn)量及其構(gòu)成因子。水稻黃熟期收割后進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，獲取有效穗數(shù)、每穗谷粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率，并取植株樣分為根、莖、葉、稻穗四部分，于烘箱120 ℃殺青30 min，90℃烘干至恒重稱(chēng)重獲得干物質(zhì)質(zhì)量。植株吸氮量TN測(cè)定根據(jù)《NY/T 2419-2013 植株全氮含量測(cè)定自動(dòng)定氮儀法》進(jìn)行。分析指標(biāo)包括氮素收獲指數(shù)，氮肥農(nóng)學(xué)利用率以及氮肥生理利用率。氮素收獲指數(shù)(%)=籽粒氮積累總量/植株氮素積累總量，氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量)/施氮量，氮肥生理利用率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)地上部分吸氮量-空白區(qū)地上部分吸氮量)。

采用EXCEL2019，SPSS25.0軟件進(jìn)行制圖和數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干物質(zhì)及氮素分配

表1為黃熟期植株樣干物質(zhì)質(zhì)量分配。干物質(zhì)總量的從大到小依次為W2F2＞W(wǎng)2F1＞W(wǎng)1F1＞W(wǎng)1F2，分別為18 310.4 kg/hm2，18 147.6 kg/hm2，14 802.8 kg/hm2和13 832.2 kg/hm2。W2F1 和W1F1 的根干物質(zhì)質(zhì)量分別為2 796.3 kg/hm2和2 568.4 kg/hm2，分別占比17.4%和15.4%，明顯大于W1F2 和W2F2。W2F2 和W2F1 的莖干物質(zhì)量分別為5 663.6 kg/hm2和5 225.4 kg/hm2，大于W1F2的4 305.1 kg/hm2和W1F1的4 166.6 kg/hm2。W2F1 的葉干物質(zhì)質(zhì)量和占比最高，為2 047.8 kg/hm2和11.3 %，其次為W2F2，1 742.2 kg/hm2，占比9.5%，W1F1 和W1F2 的葉干物質(zhì)占比相同，均為8.9 %，但前者干物質(zhì)質(zhì)量為1 312.3 kg/hm2高于后者的1 234.3 kg/hm2。穗的干物質(zhì)質(zhì)量為W2F2＞W(wǎng)2F1＞W(wǎng)1F2＞W(wǎng)1F1。相同施肥類(lèi)型條件下，W2 的干物質(zhì)質(zhì)量遠(yuǎn)高于W1，W2F2 條件下的穗干物質(zhì)量為8 948.6 kg/hm2，比W1F2 高出27.9 %，W2F1 條件下的干物質(zhì)產(chǎn)量為8 078.1 kg/hm2，比W1F1高出19.6%。

表1 不同水肥處理下水稻黃熟期干物質(zhì)分配Tab.1 Dry matter distribution under different water and fertilizer treatments

表2為黃熟期植株樣地表各部分吸氮量表。不同處理?xiàng)l件下各部分的吸氮量TN 均呈現(xiàn)穗＞莖＞葉。地上部分吸氮量TN總和，莖和穗的吸氮量TN 從大到小依次為W2F2＞W(wǎng)2F1＞W(wǎng)1F2＞W(wǎng)1F1。W2F2 的地上部分吸氮量TN 總和明顯高于其他處理，為112.7 kg/hm2，W2F1，W1F2 和W1F1 的地上部分吸氮量TN 總和分別為93.2 kg/hm2，82.9 kg/hm2及80.4 kg/hm2。W2F2 和W2F1 的莖吸氮量TN 較為相近，分別為17.7 kg/hm2和17.0 kg/hm2，W1F2 和W1F1 的莖吸氮量TN 較為相近分別為12.8 kg/hm2和12.6 kg/hm2，而W2F1 莖的吸氮量TN 占比最高，為18.2%。W2F2 的穗吸氮量TN 最高為112.7 kg/hm2，其次為W2F1和W1F2，其吸氮量TN分別達(dá)93.2 kg/hm2和82.9 kg/hm2，W1F1的穗吸氮量TN最小，為80.4 kg/hm2。

表2 不同水肥處理下的水稻氮素分配Tab.2 Rice nitrogen distribution of dry matter under different water and fertilizer treatments

圖1 為不同水肥處理?xiàng)l件下的氮素利用。如圖1 所示，W1F2 的氮素收獲指數(shù)最大，為71.48%，W1F1 和W2F2 的氮素收獲指數(shù)相差較小，分別為70.52%和70.12%，W2F1 的氮素收獲指數(shù)最小，僅為63.78%。氮肥農(nóng)學(xué)利用率從大到小依次為W1F1＞W(wǎng)2F1＞W(wǎng)2F2＞W(wǎng)1F2，其值分別為22.0 kg/kg，21.5 kg/kg，20.7 kg/kg 和20.0 kg/kg。W1F1 的氮肥生理利用率最高，為112.8 kg/kg，比W1F2、W2F1 和W2F2 分別高16.9 kg/kg，22.9 kg/kg，53.2 kg/kg。

圖1 不同水肥處理下的氮素利用Fig.1 Nitrogen utilization under different water and fertilizer treatments

2.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

表3為不同水肥耦合條件下的產(chǎn)量構(gòu)成因子情況。有效穗數(shù)最大的處理為W2F1，值為184.3 個(gè)/m2，其次為W1F1，達(dá)到183.7 個(gè)/m2，W1F2 和W2F2 的有效穗數(shù)最低，分別為164.7個(gè)/m2和160.3 個(gè)/m2，現(xiàn)象表明，緩釋肥施肥類(lèi)型會(huì)導(dǎo)致水稻有效穗數(shù)的降低。每穗谷粒數(shù)從大到小依次為W2F2＞W(wǎng)1F1＞W(wǎng)1F2＞W(wǎng)2F1，分別為279.3 粒/穗，276.8 粒/穗，262.3 粒/穗和258.3 粒/穗。千粒重最大的處理為W1F1，達(dá)21.6 g，其次為W1F2 的21.3 g，W2F1 和W2F2 的千粒重均為19.9 g。結(jié)實(shí)率最高為W1F1 的92.9 %，其次為W1F2 的92.1 %和W2F2的91.9%，W2F1條件下結(jié)實(shí)率最小，僅為91.4%。

表3 不同處理的水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子Tab.3 Rice yield components of different treatments

圖2 為不同水肥處理下的產(chǎn)量。由圖2 可知，產(chǎn)量由高到低依次為W2F1＞W(wǎng)2F2＞W(wǎng)1F1＞W(wǎng)1F2，分別為7 897、7 755、7 530 和7 506 kg/hm2。灌溉模式對(duì)產(chǎn)量的影響顯著(value=mean±SEM，p＜0.05，n=3)，在相同的施肥類(lèi)型下，W2 的產(chǎn)量大于W1，這與何軍等[17]人的研究結(jié)果一致。W2F1的產(chǎn)量比W1F1 的產(chǎn)量高367 kg/hm2，W2F2 的產(chǎn)量比W1F2 的產(chǎn)量高249 kg/hm2。而在相同的灌水模式下，F(xiàn)1 與F2 的產(chǎn)量差異不顯著(p＞0.05)，F(xiàn)1的產(chǎn)量略大于F2的產(chǎn)量，W1F1的產(chǎn)量?jī)H比W1F2 的產(chǎn)量高24 kg/hm2，W2F1 的產(chǎn)量?jī)H比W2F2 高142 kg/hm2。

圖2 不同水肥處理下的水稻產(chǎn)量Fig.2 Rice yield under different water and fertilizer treatments

3 結(jié) 論

為探明緩釋肥間歇灌條件對(duì)水稻氮素分配及產(chǎn)量的影響，在2020年開(kāi)展了不同水肥處理水稻種植的測(cè)坑試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

(1)間歇灌溉能明顯促進(jìn)干物質(zhì)總量及穗部干物質(zhì)的積累。緩釋肥對(duì)干物質(zhì)總量及穗部干物質(zhì)積累也有一定促進(jìn)作用。F1 條件下，W2 的干物質(zhì)總量及穗部干物質(zhì)量分別為18 147.6 kg/hm2和8 078.1 kg/hm2，分別超過(guò)W1 條件下22.6%和19.6%。F2 條件下，W2 的干物質(zhì)總量及穗部干物質(zhì)量分別為18 310.4 kg/hm2和8 948.6 kg/hm2，分別超過(guò)W1條件下32.4%和27.9%。

(2)間歇灌溉提高了吸氮量及氮素在穗部的積累，從而實(shí)現(xiàn)水稻增產(chǎn)。W2F2 的地上部分氮素積累量明顯高于其他處理，為112.7 kg/hm2，W2F1，W1F2 和W1F1 的地上部分氮素積累量分別為93.2 kg/hm2，82.9 kg/hm2及80.4 kg/hm2。

(3)緩釋肥條件下的氮素收獲指數(shù)要高于常規(guī)肥條件，淹灌條件下的氮素收獲指數(shù)高于間歇灌溉。氮肥利用率在相同灌溉模式下，常規(guī)肥組更高，在相同施肥類(lèi)型條件下，淹灌組更高。淹灌條件下的氮肥農(nóng)學(xué)利用率要高于間歇灌溉。

(4)灌溉模式對(duì)產(chǎn)量的影響顯著(p＜0.05)，W2F1 的產(chǎn)量比W1F1 的產(chǎn)量高367 kg/hm2，W2F2 的產(chǎn)量比W1F2 的產(chǎn)量高249 kg/hm2。施肥類(lèi)型對(duì)產(chǎn)量的影響不顯著(p＞0.05)。相同灌水模式下，緩釋肥條件下的產(chǎn)量略低于常規(guī)肥主要是由緩釋肥條件下有效穗數(shù)降低引起。