不同灌溉方式對水稻氮素積累及產(chǎn)量的影響

蔣天琦， 張興梅， 殷奎德， 何淑平， 劉春梅， 鄭桂萍

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江大慶 163319)

不同灌溉方式對水稻氮素積累及產(chǎn)量的影響

蔣天琦， 張興梅， 殷奎德， 何淑平， 劉春梅， 鄭桂萍

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江大慶 163319)

采用水、氮2因素，氮肥5水平的試驗(yàn)設(shè)計，研究水氮不同組合對水稻墾粳5號干物質(zhì)積累量、氮素積累量、產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，灌溉方式和施氮水平對水稻干物質(zhì)積累、氮素積累、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素均有顯著影響。同一時期同一施氮水平下，常規(guī)灌水的水稻各項(xiàng)指標(biāo)均顯著低于控水處理；同一時期同一灌水處理下，各項(xiàng)指標(biāo)均隨施氮量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。常規(guī)灌水與控水處理均以施氮量2.204 g/盆(N3)各項(xiàng)指標(biāo)最高。根據(jù)產(chǎn)量與施氮量擬合的產(chǎn)量效應(yīng)方程為：常規(guī)灌水條件下，y=-56.922x3+119.38x2-43.094x+58.816，r2=0.908 4；控水條件下，y=-38.162x3+78.96x2-23.452x+66.095，r2=0.974 0。常規(guī)灌水條件下最高施氮量為1.185 g/盆，產(chǎn)量為80.67 g/盆；控水條件下最高施氮量為1.210 g/盆，產(chǎn)量為86.00 g/盆。綜合分析水稻氮素積累及產(chǎn)量等各項(xiàng)指標(biāo)，在施氮量相同的條件下控水效果優(yōu)于常規(guī)灌水。

水稻；水氮互作；干物質(zhì)積累；氮素積累；產(chǎn)量

如何提高農(nóng)業(yè)用水的利用率是解決我國水資源危機(jī)所面臨的問題。水稻作為農(nóng)業(yè)用水中的大戶，推行水稻節(jié)水栽培已成為提高農(nóng)業(yè)用水利用率的重要方法[1]。但目前水稻田大多采用“大水大肥”的灌溉和施肥方式，既浪費(fèi)水資源，又污染環(huán)境。在水資源匱乏及肥料利用率低的情況下，發(fā)展節(jié)水灌溉成為必然的趨勢，減少水稻的灌溉用水和肥料高效利用實(shí)現(xiàn)水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的各項(xiàng)理論和技術(shù)研究越來越受到重視。以往的研究結(jié)果表明，節(jié)水灌溉，既使水稻長期處于無明水，并使土壤呈干濕交替的狀態(tài)，可以有效促進(jìn)水稻生長，既節(jié)約水資源又提高氮肥利用效率[2]。

氮肥可以提高植物的抗旱性，使植物葉片氣孔密度變小、蒸騰降低、葉綠素含量增加，從而提高作物產(chǎn)量和水分利用率[3]。目前許多研究已明確水稻群體質(zhì)量及產(chǎn)量在干濕交替灌溉下增加[4]、隨氮素基蘗肥的增加而增加[5]，同時也受手栽、直播、拋秧、機(jī)插等種植模式的影響[6]，然而以上研究多偏重于單因子效應(yīng)。水、肥在水稻生長發(fā)育過程中是相互影響和制約的2個因子。近來，減少水稻灌溉用水、高效利用肥料來構(gòu)建合理的水稻群體質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的理論和技術(shù)研究受到廣泛重視。但有關(guān)施氮水平在不同灌水方式下，以及水氮互作條件下對水稻農(nóng)藝性狀的影響[7]及與產(chǎn)量[8]間關(guān)系的研究鮮見報道。

水肥耦合可以引起協(xié)同效應(yīng)、疊加效應(yīng)、拮抗效應(yīng)3種不同結(jié)果。作物的水分和養(yǎng)分吸收雖然為2個過程，但土壤的物理化學(xué)過程以及微生物和植物的生理過程都受水分有效性的影響。土壤的水分供應(yīng)適宜程度對作物的長勢、物質(zhì)合成及根系活力都有直接影響[9]：作為作物吸收各種礦質(zhì)元素的載體，養(yǎng)分只有溶解在水中才能通過質(zhì)流或擴(kuò)散到達(dá)根系表面，然后被植物所吸收。

以水調(diào)肥的同時，合理施肥也可以增加蓄水保墑的能力，進(jìn)而提高水分利用率。目前，關(guān)于水肥互作效應(yīng)的研究已取得了很大的進(jìn)展，但不同作物不同地區(qū)研究結(jié)果也存在差異。孫永健等研究認(rèn)為，水氮互作下水稻各生育期內(nèi)干物質(zhì)積累、葉面積指數(shù)、凈光合速率均與產(chǎn)量有顯著或極顯著的正相關(guān)[10]；姚峰先研究認(rèn)為，半干旱栽培結(jié)合相對偏低的施氮量是最優(yōu)的高產(chǎn)高效協(xié)同管理模式[11]；田亞芹等研究認(rèn)為，間歇灌溉及高氮管理具有較好的增產(chǎn)效應(yīng)[12]。本試驗(yàn)通過研究節(jié)水灌溉和常規(guī)灌溉對不同生育階段水稻氮素積累及產(chǎn)量的影響，探求一種能夠充分激發(fā)水肥協(xié)同作用，以期獲得更好環(huán)境效益的水肥耦合最佳方式，達(dá)到節(jié)水、省肥、降低肥料污染、改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的目的，對提高肥料利用率、增加作物產(chǎn)量具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

1.1.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)設(shè)在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)校內(nèi)，供試土壤為草甸土，其土壤含有機(jī)質(zhì)37.8 g/kg，堿解氮(N)151.2 mg/kg、有效磷(P)18.4 mg/kg、速效鉀(K)196.0 mg/kg、pH值為7.12。供試肥料為尿素(含N 46%)、重過磷酸鈣(含P2O546%)、氯化鉀(含K2O 60%)，供試水稻品種為墾粳5號。

1.1.2 試驗(yàn)處理 本研究采用盆栽試驗(yàn)的方法進(jìn)行水分與氮肥互作的試驗(yàn)，盆面積為0.07 m2，每盆裝土15 kg。試驗(yàn)設(shè)灌溉模式×氮肥水平2個因素，氮肥設(shè)5個水平，共10個處理，每個處理3次重復(fù)。設(shè)置2個水分處理(W0、W1)，W0為控水處理，除水稻移栽后返青期、分蘗期、揚(yáng)花灌漿期保持 5 cm 水層外，其余生育階段保持土壤濕潤表土無明水；W1為常規(guī)灌水處理，即一直保持土表5 cm水層。試驗(yàn)種植密度為每盆4穴，每穴3株，每盆12株。將盆放置遮雨棚內(nèi)，雨天采用遮雨布防雨。各處理磷鉀肥用量相等，為1.469 g/盆。各水分模式下分設(shè)5個氮肥水平，結(jié)果見表1。

表1 試驗(yàn)處理氮肥施肥量

1.2 測定項(xiàng)目及方法

1.2.1 植株全氮含量的測定 采用硫酸-過氧化氫消煮，凱氏定氮法測定全氮含量[13]。

1.2.2 水稻產(chǎn)量的測定 收獲后進(jìn)行水稻考種?？挤N項(xiàng)目包括每株穗數(shù)、小穗數(shù)、穗長、穗粒數(shù)、空癟粒、每盆粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過Excel 2003進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，結(jié)合SPSS 19.0軟件中的方差分析方法(LSD法、Duncan's法)對不同水氮處理進(jìn)行氮積累量及產(chǎn)量的顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉方式對水稻各生育期干物質(zhì)積累的影響

干物質(zhì)積累是水稻產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。由表2可知，各水氮處理對水稻植株分蘗期干物質(zhì)積累的影響達(dá)到顯著水平，其中干物質(zhì)積累量以W0N3處理最高，達(dá)到了15.48 g/盆，高于W1N3處理14.16%。同一灌水處理下，不同施氮量對干物質(zhì)積累量均有顯著影響；同一施氮水平下，控水處理干物質(zhì)積累量均高于常規(guī)灌水處理。由此可見，在分蘗期氮肥對干物質(zhì)積累量的作用明顯，灌溉方式也對干物質(zhì)積累量作用不同，水和氮對水稻干物質(zhì)的積累有明顯的互作效應(yīng)。

各水氮處理對水稻植株拔節(jié)期干物質(zhì)積累的影響達(dá)到顯著水平。其中，W0N3處理干物質(zhì)積累量最高，與其他處理間差異均顯著。施氮量最高的N4水平在W0和W1水處理下均顯著低于N3水平。

在水稻開花期，2種水分處理水稻干物質(zhì)積累量均隨施氮量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，其中W0N3的干物質(zhì)積累量最高，為61.57 g/盆。在N3、N4施氮水平下，2種水處理的干物質(zhì)積累量差異不顯著；N0、N1、N2施氮水平下，2種水處理的干物質(zhì)積累量差異均達(dá)到顯著水平；W0N2、W1N4與W0N4之間差異不顯著。

在水稻乳熟期，W0N3處理的干物質(zhì)積累量最高，為 98.38 g/盆，且與其他各處理差異顯著。同一施氮水平下，W0處理的干物質(zhì)積累量均高于W1處理。

表2 不同灌溉方式對水稻各生育期干物質(zhì)積累量的影響

注：表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值，同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

施氮量對水稻完熟期植株的干物質(zhì)積累量作用明顯。同一灌水處理下，干物質(zhì)積累量均隨施氮量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，2種水處理均以N3處理最高。在W1水處理下，N3與其他各處理差異顯著；在W0水處理下，N3與N4處理差異不顯著，與其他處理差異顯著。綜合水氮效應(yīng)，干物質(zhì)積累量以W0N3處理最高，達(dá)40.26 g/盆。

2.2 不同灌溉方式對水稻各生育期氮素積累的影響

同施氮水平下水稻吸氮量有明顯差異。2種灌溉方式中，氮積累量均隨施氮量增加呈先升高后降低的趨勢。分蘗期氮素積累量以WON3處理最高，為0.496 g/盆，比W1N3處理高16.71%；W1N0處理最少，為0.233 g/盆(圖1)。

拔節(jié)期水稻氮素積累最高的處理依然為W0N3處理，與其他處理間差異顯著。同一水分處理下，氮素積累量隨著施氮量增加呈現(xiàn)“低—高—低”的趨勢(圖2)。

水稻開花期氮積累量最高的水氮組合是W0N3，為 0.766 g/盆。同一水分處理中，水稻植株氮積累量隨著施氮量的增加而呈現(xiàn)低—高—低的變化趨勢，W0處理效果較好。方差分析結(jié)果顯示，N1處理中不同灌水處理間水稻氮素積累量差異不顯著，其他各施氮處理中不同灌水處理間水稻植株氮素積累量差異顯著(圖3)。

水稻乳熟期氮積累量最高的水氮組合是W0N3，為 0.875 g/盆。同一水分處理中，水稻氮積累量隨著施氮量的增加而呈現(xiàn)低—高—低的變化趨勢，N3處理效果最好。方差分析結(jié)果顯示，在N4處理中，灌水處理間水稻氮素積累量差異不顯著；其他施氮處理中，W0處理的水稻氮素積累量均顯著高于W1處理(圖4)。

水稻完熟期植株氮素積累量最高的水氮組合為W0N3，為0.260 g/盆。同一水分處理中，水稻植株氮素積累量隨施氮量的增加而呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢，N3處理效果最好，且W1N3和W0N3處理間氮素積累量差異不顯著，但顯著高于其他處理(圖5)。

水稻完熟期籽粒氮素積累最高的水氮組合是W0N3處理，為1.050 g/盆。在N3處理中，各水分處理間水稻完熟期籽粒氮素積累量差異不顯著；在其他施氮處理中，W0處理水稻完熟期籽粒氮素積累量均顯著高于W1處理。在W1處理中，N2與N4處理間水稻完熟期籽粒氮素積累量差異不顯著；在W0處理中，N3與N2、N4處理間水稻晚熟期籽粒氮素積累量均不顯著，但顯著高于其他各處理(圖6)。

2.3 不同灌溉方式對水稻產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

水稻籽粒產(chǎn)量的高低決定產(chǎn)量，對產(chǎn)量構(gòu)成因素差異進(jìn)行分析可以明確水稻產(chǎn)量差異的原因。同一水分處理下，隨施氮量的逐漸增加，供試水稻的產(chǎn)量呈現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢，具體表現(xiàn)為N3處理最高，各施氮處理與不施氮處理相比差異均達(dá)到顯著水平。由此可見，同一水分處理下，隨著施氮水平的逐漸提高，在N3處理達(dá)到最大值，繼續(xù)增加氮肥用量產(chǎn)量不再增加反而有所降低，符合肥料效應(yīng)遞減律。產(chǎn)量最高的水氮互作方式為W0N3處理，達(dá)到了84.22 g/盆。從水稻產(chǎn)量來看，最佳灌溉處理為W0，最佳施氮處理為N3(表2)。

灌水方式和氮肥水平均影響著水稻分蘗數(shù)的多寡，同一水分處理下，水稻的株高、分蘗、穗長、穗粒數(shù)均隨著水稻施氮量的增加呈現(xiàn)低—高—低的變化趨勢，且均在N3處理上達(dá)到最大值。由此可見，氮肥過量施用會導(dǎo)致穗粒數(shù)減少，從而影響水稻的產(chǎn)量。生產(chǎn)中一般認(rèn)為，水稻的千粒質(zhì)量受自身的特性決定，是產(chǎn)量構(gòu)成因素中較為穩(wěn)定的指標(biāo)[14]。

根據(jù)產(chǎn)量與施氮量的關(guān)系，以產(chǎn)量y、施氮量x擬合出產(chǎn)量效應(yīng)模型，模型如圖7所示。灌水條件下：y=-56.922x3+119.38x2-43.094x+58.816，其中r2=0.908 4；節(jié)水條件下：y=-38.162x3+78.96x2-23.452x+66.095，其中r2=0.974 0。

灌水條件下，最高施肥量為1.185 g/盆，產(chǎn)量為 80.667 g/盆；節(jié)水條件下，最高施肥量為1.210 g/盆，產(chǎn)量為86.004 g/盆。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，同一灌水方式下，不施氮與施氮量過高均會限制水稻的干物質(zhì)積累量。供試水稻的干物質(zhì)積累隨水稻生育期的推進(jìn)，不同水氮組合的變化趨勢大致相同。同一施肥條件下，控水處理的干物質(zhì)積累量基本高于灌水處理。在控水處理中，由于土壤通氣狀況較好，利于氣體更新，促進(jìn)根呼吸，提高根活性，促進(jìn)肥料吸收，從而達(dá)到促進(jìn)水稻生長發(fā)育、增加干物質(zhì)質(zhì)量的作用。

表2 不同灌溉方式對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

本試驗(yàn)表明，與淹水模式相比，控水灌溉更有利于水稻的氮積累，這一點(diǎn)與陳星等結(jié)果[14]不一致。研究結(jié)果不一致可能是由于試驗(yàn)條件差異，如灌溉時間、供試水稻品種、供試土壤以及氣候條件不一致等。陳星的研究中，控水灌溉除返青前后灌水，其余生育期均保持無水層，可能導(dǎo)致分蘗期水分不夠、灌漿期水分不足，從而影響產(chǎn)量以及氮素營養(yǎng)的吸收[14]。本試驗(yàn)在水稻水分利用關(guān)鍵期如移栽返青期、分蘗期以及揚(yáng)花灌漿期適當(dāng)供水，在其他時期進(jìn)行控水，利于水稻生長。本試驗(yàn)中，各時期同一施氮水平下，W0干物質(zhì)積累量、氮素積累量、產(chǎn)量以及產(chǎn)量構(gòu)成因素均高于W1處理，控水灌溉下水稻根系細(xì)菌和微生物活動增強(qiáng)，呼吸能力增強(qiáng)，從而使根系吸收土壤和肥料氮的能力增強(qiáng)，此結(jié)果與黎光繼的研究結(jié)果[15]一致。同一水分處理下，水稻的吸氮量隨施氮量的增加而增加，達(dá)一定水平后不再增加，這一點(diǎn)與曹洪生等的研究結(jié)果[16]一致。巨曉棠等研究認(rèn)為，水氮互作對水稻的生理性狀、氮積累量及籽粒產(chǎn)量等的影響達(dá)到了顯著或極顯著水平[17]，本研究也證實(shí)，水稻的氮積累量在不同的灌水處理以及施氮處理間差異顯著，且兩者的交互作用明顯。

水稻的產(chǎn)量構(gòu)成因素是導(dǎo)致水稻產(chǎn)量差異的重要因素，不同水氮組合對產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響很大，籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)出低—高—低的變化趨勢，W0N3處理最高，充分達(dá)到了以肥促水、以水調(diào)肥的目的。同一水分處理下，在較低的施氮量處理下，施氮水平對水稻的穗粒數(shù)影響也很明顯，這一點(diǎn)與柏雪靜等的研究結(jié)果[18]一致。最優(yōu)處理W0N3促進(jìn)根系對水分和氮肥的協(xié)同吸收，有利于水稻完熟期體內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)量的提高。

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10.15889/j.issn.1002-1302.2017.02.014

2015-11-24

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(編號：12531451)。

蔣天琦(1990—)，女，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，從事植物營養(yǎng)學(xué)研究。E-mail：527721300@qq.com。

張興梅，教授，碩士生導(dǎo)師，從事植物營養(yǎng)方面的教學(xué)與研究。E-mail：zxmnd@163.com。

S511.2+20.7

A

1002-1302(2017)02-0055-04

蔣天琦，張興梅，殷奎德，等. 不同灌溉方式對水稻氮素積累及產(chǎn)量的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45(2)：55-58.