蓄雨型間歇灌溉模式下緩釋肥對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量及水分利用的影響

關(guān)鍵詞：蓄雨型間歇灌溉；緩釋肥；水稻；生長(zhǎng)特性；產(chǎn)量；水分利用效率

水稻是我國(guó)主要的糧食作物之一，2021年總產(chǎn)量占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的1/3[1]，也是農(nóng)業(yè)中耗水量最大的作物，灌溉用水量占農(nóng)業(yè)總用水量的65%以上[23]。我國(guó)水資源短缺，傳統(tǒng)淹水灌溉模式耗水量巨大，且造成嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)[4]?？刂乒喔取㈤g歇灌溉等節(jié)水灌溉技術(shù)優(yōu)勢(shì)凸顯，使水稻產(chǎn)量與傳統(tǒng)灌溉持平或更高的同時(shí)，可減少灌溉用水量，提高水分利用效率[5-7]。水稻主要種植在南方地區(qū)，全生育期間降雨充沛，但雨水未被充分利用，還會(huì)造成田間養(yǎng)分流失[89]。蓄雨型間歇灌溉應(yīng)運(yùn)而生，采用與間歇灌溉相同的干濕交替灌溉模式，提高雨后蓄水深度，延長(zhǎng)雨水在稻田的滯留時(shí)間，提高降雨利用率，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。郭相平等[10]、鄧海龍等[11]研究表明，蓄雨間歇灌溉既充分利用水稻的抗旱、耐淹特性，保持較低灌水下限的同時(shí)，還能提高雨后蓄水深度，使灌排水量、灌排次數(shù)明顯減少，具有良好的節(jié)水效果。

水和肥相互影響、相互制約，水分不足時(shí)會(huì)影響肥效，而水分過(guò)多又會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)分流失；同樣肥的過(guò)量或不足也會(huì)制約水分的吸收及利用[12]。緩釋肥是一種根據(jù)作物不同生長(zhǎng)階段養(yǎng)分需求，控制養(yǎng)分釋放速率和釋放量的新型肥料[13]。徐明崗等[14]研究發(fā)現(xiàn)，相比傳統(tǒng)氮磷鉀肥，緩釋肥可提高肥料利用率，同時(shí)減輕對(duì)環(huán)境的污染，并能減少施肥次數(shù)，降低施肥強(qiáng)度和勞動(dòng)力投入量?，F(xiàn)有蓄雨型間歇灌溉模式對(duì)水稻生長(zhǎng)特性等的影響主要基于施用傳統(tǒng)氮磷鉀肥得出[9-11，15]，而蓄雨型間歇灌溉與緩釋肥耦合對(duì)水稻種植的影響尚不明確。

本研究選取位于長(zhǎng)江中游的湖北省漳河灌區(qū)進(jìn)行水稻試驗(yàn)，探討不同水肥處理下水稻的生長(zhǎng)規(guī)律、耗水特征、產(chǎn)量構(gòu)成因素變化，明確蓄雨型間歇灌溉緩釋肥對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響，旨在為發(fā)展水稻節(jié)水栽培、保障糧食安全和水資源安全等提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于湖北省漳河灌區(qū)總干渠附近的湖北省灌溉試驗(yàn)中心站（30° 54′15″N，112°05′16″E）。該地常年氣候溫暖，年均無(wú)霜期260 d，年均氣溫16 ℃，最高月均氣溫27.7 ℃，最低月均氣溫3.9 ℃，年降雨量700～1 100 mm，年均降雨量947 mm，年蒸發(fā)量1 300～1 800 mm，為典型的南方丘陵地帶氣候條件[16]。土壤基本理化性質(zhì)：容重1.45 g·cm-3，土壤孔隙率45.5%，全氮0.03～0.17 g·kg-1，全磷0.24～0.60 g·kg-1，速效磷6.45～13.96 mg·kg-1。試驗(yàn)于2022年5—9月水稻生育期開(kāi)展，期間降雨、氣溫狀況如圖1所示，由試驗(yàn)站內(nèi)的氣象園監(jiān)測(cè)獲取，全生育期累積降雨461.30 mm，日最高氣溫40.0 ℃ ，日最低氣溫11.0 ℃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在測(cè)桶中進(jìn)行，桶口直徑0.6 m，桶深1.2 m，取當(dāng)?shù)氐咎锔魍裂b桶0.9 m，底部設(shè)0.2 m厚的反濾層，并設(shè)置側(cè)向排水，試驗(yàn)期間關(guān)閉。主處理為2 種灌溉模式，包括淹水灌溉（floodingirrigation，W1）和蓄雨型間歇灌溉（rain-storingintermittent irrigation，W2），不同灌溉模式下水稻各生育階段的水分控制標(biāo)準(zhǔn)如圖2所示。副處理為2 種肥料類型，包括傳統(tǒng)肥（N1）和緩釋肥（N2）。其中，N1 處理采用傳統(tǒng)氮、磷、鉀肥，施用水平分別為180（以N 計(jì)）、72（以P2O5 計(jì)）、115 kg·hm-2（以K2O計(jì)），氮肥中50%采用碳酸氫銨（NH4HCO3）與磷、鉀肥作為基肥在插秧前一次性施入，另50%采用尿素[CO（NH2）2]作為追肥在移栽后15 d左右施入；N2處理施用包膜緩釋復(fù)合肥，其氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）有效含量及配比與N1處理相同，且均作為基肥在插秧前一次性施入。試驗(yàn)共計(jì)4個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)12個(gè)測(cè)桶。

供試水稻品種為‘鉆兩優(yōu)超占’，各測(cè)桶插秧5穴，每穴2株。各處理均于2022年5月17日施基肥，5月18日移栽，6月5日施追肥，9月1日收割測(cè)產(chǎn)。施肥及除蟲(chóng)、除草等農(nóng)事活動(dòng)與當(dāng)?shù)卦耘嗄Ｊ揭恢隆?/p>

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 水稻生長(zhǎng)特性 移栽后每10 d定點(diǎn)、定株觀測(cè)水稻株高、分蘗數(shù)、葉片SPAD值，直至收割，其中，葉片SPAD值在收割前加測(cè)1次。株高在抽穗前測(cè)量從根莖部到葉頂?shù)母叨龋樗牒鬁y(cè)量根莖部到穗頂?shù)母叨?；采用SPAD-502PLUS葉綠素測(cè)定儀測(cè)定葉片SPAD值，每株水稻選5片葉，測(cè)定葉片中段的SPAD值，以平均值作為該桶葉片的SPAD值。

1.3.2 產(chǎn)量性狀測(cè)定 于水稻收割后進(jìn)行，各測(cè)桶單打單收，考察每個(gè)處理的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、空粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率，脫粒曬干后測(cè)定千粒重、實(shí)際產(chǎn)量。

1.3.3 田間水層測(cè)定 采用水尺觀測(cè)，分別于每日8：00觀測(cè)水層深度，灌水、降雨前后加測(cè)。灌水量、排水量均可通過(guò)灌（排）水前后田間水層深度的差值進(jìn)行計(jì)算，田間耗水量通過(guò)觀測(cè)逐日水層變化量進(jìn)行計(jì)算。試驗(yàn)測(cè)桶側(cè)向排水關(guān)閉，田間深層滲漏量近似為0。

當(dāng)測(cè)桶田面有水層時(shí)，時(shí)段內(nèi)的耗水量計(jì)算公式[17]如下。

式中，ETg 為落干階段內(nèi)水稻耗水量（mm）；hbg 為測(cè)桶落干前田面水深（mm）；hag 為測(cè)桶落干結(jié)束第1次灌水后田面水深（mm）；m 為落干后向測(cè)桶第1次灌水水量（mm）；pg 為測(cè)桶落干期間降雨量（mm）；cg 為測(cè)桶落干期間排水量（mm）。

1.3.4 水分利用效率測(cè)定 依據(jù)水稻產(chǎn)量和耗水量計(jì)算水分利用效率（water use efficiency，WUE）和灌溉水利用效率（irrigate water use efficiency，IWUE），公式如下。

式中：Y 為水稻產(chǎn)量（kg·hm-2）；ET 為水稻全生育期耗水量（mm）；M 為水稻全生育期灌水量（mm）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL 2010、SPSS 26.0、Origin 64 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥處理對(duì)水稻分蘗數(shù)的影響

由圖3可知，不同水肥處理下水稻分蘗數(shù)動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)基本一致，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，均呈現(xiàn)先增大后逐漸減小的變化規(guī)律，即在分蘗中后期達(dá)到最大，隨后緩慢減小。分蘗前期，不同水肥處理分蘗數(shù)差異較小，W1N1、W1N2處理分蘗增加速率分別為0.30、0.47個(gè)·株-1·d-1，W2N1、W2N2處理分別為0.47、0.57個(gè)·株-1·d-1；分蘗中期，不同水肥處理分蘗數(shù)增加速率大幅下降，W1N1、W1N2處理分蘗增加速率分別為0.13、0.17個(gè)·株-1·d-1，較分蘗前期分別降低55.44%、64.16%，W2N1、W2N2 處理分別為0.07、0.27個(gè)·株-1·d-1，較分蘗前期分別降低85.62%、52.91%；分蘗后期至乳熟期，W1N1、W1N2 處理分蘗減少的平均速率分別為0.20、0.21 個(gè)·株-1·d-1，W2N1、W2N2 處理分別為0.17、0.13個(gè)·株-1·d-1。由此可見(jiàn)，水稻生育中后期，相同肥料類型下的分蘗數(shù)在W2處理（蓄雨型間歇灌溉）下的減少速率要低于W1（淹水灌溉），表明蓄雨型間歇灌溉對(duì)水稻生育前中期的水稻分蘗產(chǎn)生一定的抑制作用，有效控制了無(wú)效分蘗，利于后期分蘗數(shù)的維持和穩(wěn)定，而淹水灌溉下稻田水分充足，產(chǎn)生的無(wú)效分蘗較多，又由于后期養(yǎng)分供應(yīng)不足，導(dǎo)致分蘗數(shù)快速減少。

2.2 不同水肥處理對(duì)水稻株高的影響

由圖4可知，不同水肥處理下的水稻株高在整個(gè)生育期變化趨勢(shì)一致，不同生育期株高生長(zhǎng)速率基本一致，差異較小。分蘗前期，株高生長(zhǎng)速率達(dá)最大，W1N1、W1N2處理株高生長(zhǎng)速率分別為2.92、3.10 cm·d-1，W2N1、W2N2 處理株高生長(zhǎng)速率分別為2.24、3.03 cm·d-1；分蘗中期，株高生長(zhǎng)速率大幅度降低，W1N1處理株高生長(zhǎng)速率最小，為1.57 cm·d-1，較分蘗前期降低45.37%；分蘗后期至拔節(jié)孕穗期，株高生長(zhǎng)速率為全生育期最小，W1N1、W1N2 處理株高生長(zhǎng)速率分別為0.56、0.41 cm·d-1，W2N1、W2N2處理分別為0.33、0.58 cm·d-1；拔節(jié)孕穗至抽穗開(kāi)花期，株高生長(zhǎng)速率提高，W1N1、W1N2處理株高生長(zhǎng)速率分別為1.48、1.18 cm·d-1，W2N1、W2N2 處理株高生長(zhǎng)速率分別為0.72、1.10 cm·d-1；抽穗開(kāi)花至乳熟期，W1N1、W1N2、W2N1、W2N2處理株高生長(zhǎng)速率分別為0.85、1.34、2.00、0.70 cm·d-1。由此可見(jiàn)，全生育期中不同水肥處理下水稻株高隨生育進(jìn)程的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律較為一致，表明不同水肥處理沒(méi)有明顯影響水稻進(jìn)入不同生育階段的時(shí)間，可見(jiàn)蓄雨型間歇灌溉所形成的旱澇脅迫對(duì)水稻株高生長(zhǎng)沒(méi)有產(chǎn)生明顯抑制作用。

2.3 不同水肥處理對(duì)水稻葉片SPAD 值的影響

由圖5可知，不同水肥處理下水稻葉片SPAD值在整個(gè)生育期均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。分蘗前期，不同水肥處理葉片SPAD值增長(zhǎng)幅度較大，W1N2、W2N2處理達(dá)到峰值，分別為45.73、45.20；分蘗中期，W1N1、W2N1處理達(dá)到峰值，分別為44.63、43.07；隨著生育期進(jìn)程，葉片SPAD值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；抽穗開(kāi)花至乳熟期，葉片SPAD值大幅度下降，W1N1、W1N2處理葉片SPAD值分別降低41.11%、27.17%，W2N1、W2N2 處理分別降低30.74%、24.54%；乳熟至黃熟期，W1N1、W1N2處理葉片SPAD 值分別降低21.49%、20.25%，W2N1、W2N2分別降低37.50%、19.86%?？傮w上看，不同水肥處理間葉片SPAD值差異較小。

2.4 不同水肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

不同水肥處理水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因子如表1所示，灌溉模式、肥料類型顯著影響水稻產(chǎn)量。不同水肥處理下，W1N1處理產(chǎn)量最低，W1N2、W2N1、W2N2 處理間產(chǎn)量無(wú)顯著差異，但均顯著高于W1N1處理。

產(chǎn)量構(gòu)成因子中，灌溉模式及灌溉模式與肥料類型的交互作用顯著影響每穗粒數(shù)；不同水肥處理的千粒重、結(jié)實(shí)率無(wú)顯著性差異和明顯規(guī)律。不同水肥處理下，W1N1處理的有效穗數(shù)最低，W1N2、W2N1、W2N2處理間有效穗數(shù)無(wú)顯著性差異，但均顯著高于W1N1處理；而W1N1處理的每穗粒數(shù)最高，顯著高于W1N2、W2N1、W2N2處理。

2.5 不同水肥處理對(duì)灌排水量、降雨利用率的影響

由表2可知，灌溉模式極顯著影響水稻全生育期的總灌水量和總灌溉次數(shù)，而肥料類型顯著影響總灌水量。在水稻全生育期，返青期、乳熟期、黃熟期3個(gè)生育期不同水肥處理間無(wú)顯著差異；而分蘗前期和分蘗后期W2處理的灌水量顯著低于W1處理，且W1、W2處理均在乳熟期灌水量達(dá)最大，占整個(gè)生育期的30.85%以上。不同水肥處理下，W1N2處理的總灌水量最大，W1N1處理次之，W2N1、W2N2處理間總灌水量無(wú)顯著差異，但顯著低于W1N1、W1N2處理。相同肥料類型下，蓄雨型間歇灌溉的總灌溉次數(shù)顯著少于淹水灌溉。

由表3可知，灌溉模式顯著影響水稻全生育期的排水量和降雨利用率。W1N1處理的排水量達(dá)73 mm，降雨利用率僅84.18%；W2N2處理的排水量為0 mm，降雨利用率達(dá)100%；W2N1、W2N2處理的排水量、降雨利用率均無(wú)顯著性差異，但排水量顯著低于W1N1、W1N2處理，降雨利用率顯著高于W1N1、W1N2處理。

由此可見(jiàn)，與淹水灌溉相比，蓄雨型間歇灌溉模式具有良好的節(jié)水、省工效果，使灌水量、總灌溉次數(shù)、排水量顯著減少，并提高了降雨利用率，其中灌水量平均減少33.08%，灌水次數(shù)平均減少8次，排水量平均減少98.19%，降雨利用效率平均提高15.96%，這是由于蓄雨型間歇灌溉保持低灌水下限的同時(shí)提高了蓄雨上限，使大部分降雨儲(chǔ)存在稻田中，提高了降雨利用率，充分發(fā)揮了水稻本身的耐旱、耐淹特性及稻田的儲(chǔ)水能力[15]。

2.6 不同水肥處理對(duì)田間耗水量、水分利用效率的影響

不同水肥處理的田間耗水量如表4所示。灌溉模式顯著影響水稻分蘗后期、抽穗開(kāi)花期、乳熟期的耗水量；肥料類型顯著影響分蘗前期的耗水量；二者的交互作用顯著影響分蘗前期的耗水量。從水稻全生育期看， W1處理的耗水高峰期為分蘗前期、分蘗后期、抽穗開(kāi)花期和乳熟期；W2處理的耗水高峰期為分蘗前期、抽穗開(kāi)花期和乳熟期。返青期各處理均保持淺水層，耗水量無(wú)顯著性差異，以棵間蒸發(fā)為主；分蘗前期是第1次耗水高峰期，耗水量以棵間蒸發(fā)和作物蒸騰為主，W1N2、W2N2處理間差異不顯著，但顯著高于其他處理；分蘗后期，W2處理落干，耗水量顯著低于W1處理，由于W1處理保持水層，耗水量主要以棵間蒸發(fā)、作物蒸騰為主；拔節(jié)孕穗期，各處理間耗水量無(wú)顯著差異；抽穗開(kāi)花期為第2次耗水高峰期，W1N1、W1N2處理間耗水量無(wú)顯著差異，但顯著高于W2N1、W2N2 處理；乳熟期呈現(xiàn)第3次耗水高峰期，W1N2處理耗水量顯著高于其他處理，W2N1、W2N2處理間無(wú)顯著性差異，但顯著低于其他處理；黃熟期基本不需灌水，不同水肥處理耗水量較小且無(wú)顯著性差異。

灌溉模式、肥料類型及二者的交互作用顯著影響水稻全生育期的耗水量。不同水肥處理下，W1N2 處理的總耗水量最大，W1N1 處理其次，W2N1、W2N2 處理間無(wú)顯著差異，但顯著低于W1N1、W1N2處理。相同肥料類型下，蓄雨型間歇灌溉的總耗水量顯著低于淹水灌溉，在傳統(tǒng)肥、緩釋肥處理下的耗水量分別減少12.27%、23.68%。

由圖6可知，灌溉模式顯著影響水分利用效率和灌溉水利用效率。在相同肥料類型下， W2處理的水分利用效率、灌溉水利用效率顯著高于W1處理，使N1、N2處理的水分利用效率較W1模式下分別提高41.76%、37.98%，灌溉水利用效率分別提高70.09%、73.28%。

3 討論

分蘗數(shù)、株高、葉綠素是影響水稻生長(zhǎng)的重要指標(biāo)。劉路廣等[9]通過(guò)研究不同水肥調(diào)控模式對(duì)水稻生長(zhǎng)特性的影響發(fā)現(xiàn)，蓄雨型間歇灌溉有利于促進(jìn)水稻全生育期的生長(zhǎng)，控制分蘗數(shù)。何軍等[18]在緩釋肥條件下研究水稻節(jié)水灌溉模式適宜性發(fā)現(xiàn)，蓄雨型間歇灌溉對(duì)水稻生育前期生長(zhǎng)的促進(jìn)效果要優(yōu)于淹水灌溉，對(duì)全生育期的葉綠素有較好的促進(jìn)作用。本研究表明，蓄雨型間歇灌溉與緩釋肥結(jié)合具有促進(jìn)水稻有效分蘗、控制無(wú)效分蘗的效果，但對(duì)水稻株高和葉片SPAD值影響均不顯著，表明蓄雨型間歇灌溉所產(chǎn)生的旱澇脅迫對(duì)水稻生長(zhǎng)沒(méi)有產(chǎn)生明顯抑制作用，對(duì)于水稻生長(zhǎng)發(fā)育沒(méi)有明顯影響，這與前人研究結(jié)果基本一致。

不同水肥處理的千粒重、結(jié)實(shí)率無(wú)顯著差異，蓄雨型間歇灌溉傳統(tǒng)肥和緩釋肥處理的有效穗數(shù)均顯著高于淹水灌溉傳統(tǒng)肥處理，而每穗粒數(shù)顯著低于淹水灌溉傳統(tǒng)肥處理。何海兵等[19]研究指出，與傳統(tǒng)淹灌相比，干濕交替灌溉（類似于蓄雨型間歇灌溉）下水稻的有效穗數(shù)有所下降，但每穗粒數(shù)顯著增加。本研究與其存在差異，可能是種植區(qū)域和水稻品種的差異所致，尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。肥料類型顯著影響水稻產(chǎn)量，淹水灌溉模式下，緩釋肥處理產(chǎn)量顯著高于傳統(tǒng)肥，較傳統(tǒng)肥產(chǎn)量提高22.22%，而蓄雨型間歇灌溉模式下，緩釋肥和傳統(tǒng)肥處理間產(chǎn)量無(wú)顯著性差異，分析原因可能是蓄雨型間歇灌溉與緩釋肥相結(jié)合導(dǎo)致水稻生育后期莖葉過(guò)剩[9]，使產(chǎn)量有所減少；同樣，緩釋肥下，蓄雨型間歇灌溉與淹水灌溉模式間產(chǎn)量無(wú)顯著差異，可能是由于蓄雨型間歇灌溉較長(zhǎng)的蓄雨時(shí)間和較高的蓄雨深度，導(dǎo)致水稻產(chǎn)量降低[15]，具體還有待進(jìn)一步研究。

在淹水灌溉模式下，緩釋肥處理的灌水量、耗水量均顯著高于傳統(tǒng)肥，分別較傳統(tǒng)肥提高22.29%、17.08%，原因可能是傳統(tǒng)肥無(wú)法滿足水稻后期生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)所需，水稻對(duì)水分的吸收利用減少，而緩釋肥在水稻全生育期持續(xù)穩(wěn)定釋放養(yǎng)分，進(jìn)而促使水稻對(duì)水分的吸收利用[20]。在蓄雨型間歇灌溉模式下，緩釋肥和傳統(tǒng)肥處理的灌水量、耗水量無(wú)顯著性差異，表明蓄雨型間歇灌溉模式下施用緩釋肥可達(dá)到良好的節(jié)水效果。蓄雨型間歇灌溉模式的灌溉次數(shù)、排水量顯著低于淹水灌溉，在此灌溉模式下，傳統(tǒng)肥和緩釋肥處理的降雨利用率分別達(dá)99.49%、100.00%，顯著高于淹水灌溉，表明蓄雨型間歇灌溉在節(jié)水方面優(yōu)勢(shì)明顯。郭相平等[10]、鄧海龍等[11]研究表明，與淹水灌溉相比，在不減產(chǎn)的前提下，蓄雨型灌溉使得灌排水量相應(yīng)降低，灌排次數(shù)相應(yīng)減少，本研究結(jié)論與之相似。

研究表明，節(jié)水灌溉具有顯著的節(jié)水效應(yīng)[11，2122]。本研究表明，與淹水灌溉相比，蓄雨型間歇灌溉下水稻的耗水量顯著降低，使傳統(tǒng)肥、緩釋肥處理下耗水量分別減少12.27%、23.68%，這與劉路廣等[23]的研究結(jié)果基本一致。同樣，在蓄雨型間歇灌溉模式下，傳統(tǒng)肥、緩釋肥處理水稻的水分利用效率和灌溉水利用效率較淹水灌溉分別顯著提高41.76%、37.98% 和70.09%、73.28%，其原因主要是蓄雨型間歇灌溉降低了灌水量和灌水頻次，使稻田蓄雨能力提高，降低了蒸發(fā)量和排水量，進(jìn)而提高了水分利用效率[24]，與前人在節(jié)水灌溉條件下的研究結(jié)果一致[25]。