水肥耦合對水稻生長、產量及氮素利用效率的影響

吳宗釗，原保忠

(華中農業(yè)大學，湖北 武漢 430070)

1 研究背景

水稻是全球近50%人口的主糧，并且由于人口的迅速增加，對水稻的需求也正在逐漸增加[1]。我國60%以上的人口以水稻為主食，水稻是中國主要的糧食作物之一，其產量高低舉足輕重[2]。隨著我國人口的增加，對稻米生產的需求也迅速提升，據估計，到2030年中國稻米產量需增加30%以上[3]。傳統(tǒng)的水稻種植是水分、勞動力和能源密集型的產業(yè)，由于這些資源變得逐漸枯竭，導致水稻生產成本的上升，而且由于氣候的變化，導致這些問題進一步加劇[4]。

（1）時風電動觀光車，車中備有型號為3-EVF-200Ah的蓄電池10塊，串聯(lián)組成60V的電池組對整個電動汽車供電，電池組的額定電壓為60V，總容量為2 000Ah。有完善的市電充電系統(tǒng)和電力控制系統(tǒng)，車頂有行李架，時風電動觀光車有加裝太陽能電池板的基礎條件。

氮肥在水稻生產與高產形成上的作用最為顯著，增加氮肥投入是增加水稻單位面積產量最有效舉措之一[5]。中國當前水稻平均氮肥施用量達到180 kg/hm2，超過全球水平的75%[6-7]。超過農作物需求的氮肥施用量會導致生產成本的增加，水分和空氣污染，并對生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性造成不利影響[6，8]。在水稻栽培中，探究不同栽培方式對產量、水分和肥料利用效率的影響，在不增加環(huán)境負擔的情況下增加水稻產量對中國未來的糧食安全和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[9]。

值得一提的是，在廈門試駕會期間，雖然受到海峽地震和大雨的影響，前往水果園的山路濕潤泥濘濕滑，碎石遍布整個路面，普通車輛難以正常行駛。但銳騏6搭載的博格華納電控分動器派上了大用場，在開啟4L低速四驅系統(tǒng)后，扭矩放大，通過高扭矩輸出，如履平地，輕松征服。

有數(shù)據顯示，中國超過95%的水稻是淹水灌溉條件下種植的[10]。與淹水灌溉相比，干濕交替灌溉是一種廣泛推廣的節(jié)水灌溉方法，干濕交替灌溉可以減少稻田灌水量并提高水分生產力[11-15]。在干濕交替灌溉系統(tǒng)中，灌溉水將土壤淹沒至2～5 cm的深度，在下次灌水之前，允許地下水位下降至土壤表層以下一定深度[11]。前人研究表明，使用干濕交替灌溉技術灌溉節(jié)水量高達44%[16-18]。但干濕交替灌溉條件下氮肥利用效率上升或下降的機理還不明確。以往對水-氮互作效應的研究，大多為盆栽實驗，研究結果難以反映大田生產的實際情況。作物對水分和養(yǎng)分的吸收是相對獨立的生理過程，但是水分和養(yǎng)分對作物的影響是復雜且密切相關的。在農田生態(tài)系統(tǒng)中，水和養(yǎng)分之間、每種養(yǎng)分之間以及作物與水和肥料之間在動態(tài)平衡中的互相促進與削弱，以及作物成長發(fā)育和形成產量過程與其存在的相互作用，這些作用稱為水肥耦合效應[19]。只要供水量和氮肥的用量適當匹配，就會起到互相促進的作用，并達到增加產量以及提高水分和肥料利用效率的目標[12,20]。因此，只有找到科學的水肥耦合方式，才能實現(xiàn)肥和水兩因素的相互促進，提升水肥利用率的目的，確保稻米高產優(yōu)質的生產。

針對當下水稻水肥研究中許多方面亟待研究的狀況，利用大田試驗的方法探尋科學的水肥耦合模式，從而達到減少灌水量、降低氮肥施用量、提高產量及水分和氮肥利用效率的目的。

水利工程質量關系水利建設成效、水利發(fā)展大局和人民群眾生命財產安全，水利工程質量監(jiān)督是質量管理體制中十分重要的一個環(huán)節(jié)，質量監(jiān)督工作責任重大，涼州區(qū)水利工程質量監(jiān)督機構需要進一步規(guī)范質量監(jiān)督工作程序，落實質量監(jiān)督責任，加強業(yè)務培訓學習，提升監(jiān)督能力水平，提高質量監(jiān)督效能，推動全區(qū)水利工程質量監(jiān)督管理工作規(guī)范有序發(fā)展。

2 材料與方法

2.1 試驗區(qū)概況與試驗設計

圖1、2分別為不同水分和施氮處理下水肥耦合對水稻各生育期株高、SPAD值的影響，表2為水肥耦合對水稻各生育期株高及SPAD值影響的方差分析。

NPFP=GYN/FN

此前，產供集團公布了正在研發(fā)的四種耐事故燃料方案。第一種方案是使用帶有鉻基耐熱涂層的包殼。涂層能夠防止鋯與一回路中的冷卻劑接觸，從而減少嚴重事故時可能產生的氫氣量。這是研究進度最快的一種方案，目前正在季米特洛夫格勒(Dimitrovgrad)核反應堆研究所(NIIAR)的反應堆中接受測試。

2.2 調查測定項目

表3為不同水分和施氮處理下水肥耦合對水稻產量構成因素的影響；圖3為不同水分和施氮處理下水肥耦合對水稻實際產量的影響。

(2)葉片SPAD值。在水稻各生育期，使用SPAD-502 Plus型葉綠素儀，每小區(qū)選取10株健康主莖。分別測定其劍葉上部1/3處、中部和下部1/3處的SPAD值，取平均值作為每張葉片的SPAD值。

隨著互聯(lián)網的迅速發(fā)展以及實際教學的新要求，微課平臺應運而生。在新課程改革下，微課顯然已經成為推動教學改革、打造高效課堂的重要工具與手段。一般而言，微課程通過描述一些知識點，重點出擊重難點，使學生能更好地掌握知識；另一方面，微課界面更具創(chuàng)新性和靈活性，這與傳統(tǒng)教學活動形成了鮮明對比，微課能夠更有效地激發(fā)學生的學習熱情。本文將結合具體高中數(shù)學教學中微課的應用方法展開如下探討。

圖1與表2表明，各處理水稻株高在整個生育期內均呈現(xiàn)隨施氮量的增加而逐漸增加的趨勢。從分蘗期至拔節(jié)期水稻株高迅速增加，拔節(jié)期內水稻株高增長量最大。在整個生育期內，施氮量對水稻株高有極顯著的影響，各個灌溉處理均表現(xiàn)為隨著施氮量的增加，水稻株高顯著增加。不同灌溉處理在整個生育期內對水稻株高有顯著影響，在分蘗期表現(xiàn)為W1顯著大于其他處理，在拔節(jié)期、齊穗期與成熟期表現(xiàn)為W1與W2處理顯著大于W3與W4處理，表明不同灌溉處理下，隨著施氮量的增加，水稻株高顯著增加。與淹水灌溉相比，輕度干濕交替灌溉對水稻株高影響不顯著，中度干濕交替灌溉顯著降低了低施氮量處理的株高，高施氮量在一定程度上彌補了灌水量減少對株高的影響。雨養(yǎng)處理使水稻株高顯著降低，水分脅迫會降低氮肥對水稻株高增長的促進作用。

WUE=GY/WU

(3)考種與測產。實際產量：收獲時每小區(qū)去除邊行后在小區(qū)中央選取典型植株96株，實測各小區(qū)產量，根據株距和行距換算成單位面積產量?？挤N：根據各個小區(qū)的平均有效穗選取從5 m2的測產小區(qū)由對角線取12蔸樣帶到室內考種，調查穗總粒數(shù)、穗實粒數(shù)、結實率、千粒重，并計算單位面積理論產量。

(1)

式中：WUE為灌溉水利用效率，kg/m3；GY為作物產量，kg/hm2；WU為灌水量，m3/hm2。

(5)氮肥偏生產力與氮肥農學利用效率。氮肥偏生產力(NPFP)是指作物產量與養(yǎng)分施用量的比值；氮肥農學利用效率(ANUE)是指施肥增加的作物產量與養(yǎng)分施用量的比值。計算公式如下：

試驗設灌水量和氮肥水平兩個因素。以灌水量為主區(qū)，施氮量為副區(qū)，3次重復。試驗小區(qū)面積30 m2。每小區(qū)之間筑埂并用塑料薄膜包梗，兩邊設有保護行。試驗設4個水分處理(W1、W2、W3、W4)，以淹水灌溉的灌水量為基準：W1(淹水灌溉100%)、W2(輕度干濕交替灌溉66.7%)、W3(中度干濕交替灌溉33.3%)和W4(雨養(yǎng)，灌溉0)，不同水分處理灌溉頻次相同，當W1水層消失時同時灌溉。設置6個施加氮肥處理分別為0、90、135、180、225、270 kg/hm2，分別標記為N0、N90、N135、N180、N225、N270。每個小區(qū)均施用磷肥(P2O5)120 kg/hm2，鉀肥(K2O)180 kg/hm2，水肥雙因素試驗4×6=24個處理。氮肥分4次施用，比例為基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥為3∶3∶3∶1。鉀肥分兩次施入，比例為基肥∶穗肥為6∶4。磷肥隨基肥一次性施入。雨養(yǎng)處理所有肥料作基肥一次施入。

最新版報告對下述三類國家的核安保狀況進行了打分和排序：擁有1千克或更多可用于制造武器的核材料的22個國家，僅擁有不到1千克或沒有可用于制造武器的核材料的154個國家，以及擁有遭受破壞可能會導致危險放射性釋放的核設施的44個國家和中國臺灣地區(qū)。

(2)

ANUE=(GYN-GY0)/FN

(3)

式中：NPFP、ANUE分別為氮肥偏生產力、氮肥農學利用效率，kg/kg；GYN、GY0分別為施氮區(qū)、不施氮區(qū)的產量，kg/hm2；FN為氮肥施用量，kg/hm2。

3 結果與分析

3.1 水肥耦合對水稻生長發(fā)育的影響

試驗于2019年5-10月在湖北省棗陽市吳店鎮(zhèn)(東經112°40′，北緯32°10′)進行，試驗區(qū)海拔150 m，為亞熱帶大陸性季風氣候，年平均氣溫15.5℃，年降雨量500～1 000 mm，年平均無霜期232 d。試驗地耕作層(0～20 cm)土壤基本理化性質見表1。當?shù)胤N植模式為水稻-小麥輪作，水稻種植方式為移栽，小麥種植方式為直播。試驗水稻品種選用C兩優(yōu)華占。

表2 水肥耦合對水稻各生育期株高及SPAD值影響的方差分析

(4)灌水量與灌溉水利用效率。使用田間管道灌溉，利用水表統(tǒng)計灌水量。灌溉水利用效率(WUE)計算公式如下：

注：圖中不同小寫字母是指在0.05水平上差異顯著。下同。

圖2與表2表明，各處理水稻葉片SPAD值在整個生育期內均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，SPAD值在拔節(jié)期達到最大，成熟期水稻葉片SPAD值迅速降低。氮肥施用量對水稻葉片SPAD值在整個生育期有著極顯著的影響，不同灌溉處理下，隨著氮肥施用量的增加，水稻葉片SPAD值顯著提高，不施氮處理水稻葉片SPAD值明顯低于施氮處理。不同灌溉處理在拔節(jié)期、成熟期對水稻葉片SPAD值有著極顯著的影響，在齊穗期對水稻葉片SPAD值有著顯著影響。在拔節(jié)期表現(xiàn)為W1>W2>W4，W3與W1、W2差異不顯著。在齊穗期表現(xiàn)為W1顯著大于W4，W2與W3與其他處理差異不顯著。在成熟期表現(xiàn)為W1顯著大于其他處理。表明淹水灌溉處理下，高氮處理水稻葉片SPAD值在成熟期顯著高于低氮處理，水稻貪青晚熟情況嚴重。與淹水灌溉處理相比，干濕交替灌溉水分處理下，成熟期高氮處理水稻葉片SPAD值顯著降低，干濕交替灌溉可以改善成熟期高氮處理的貪青晚熟現(xiàn)象。

圖2 不同水分和施氮處理下水肥耦合對水稻各生育期SPAD值的影響

3.2 水肥耦合對水稻產量及產量構成因素的影響

(1)株高。在水稻各生育期，每小區(qū)測量10株株高(測量時從植株的基部發(fā)根處至最上部葉片的頂端)。

由表3可見，氮肥施用量對水稻有效穗數(shù)有極顯著的影響，隨著氮肥施用量的增加，水稻有效穗數(shù)呈逐漸增加的趨勢。不同灌溉處理對水稻有效穗數(shù)影響不顯著，雨養(yǎng)處理水稻實粒數(shù)顯著低于其他灌溉處理。不同灌溉處理對水稻結實率均有著顯著影響，雨養(yǎng)處理水稻結實率顯著低于其他灌溉處理。

通過以上對國內英語語法教學研究的回顧以及存在問題的分析，可看出這一領域經過交際教學法的衰退而又一次受到重視。如何加強英語語法教學的理論和實踐的研究而切實提高中國英語學習者的語法水平，將是未來語言學和外語教學研究所重點關注的。

表3 不同水分和施氮處理下水肥耦合對水稻產量構成因素的影響

圖3表明，不同灌溉方式下，氮肥施用量與水稻產量均呈現(xiàn)二次方的關系。隨著施氮量的增加，不同水分處理下的水稻產量峰值出現(xiàn)時的施氮量不同。在淹水灌溉處理W1下，施氮量達到225kg/hm2時水稻產量最高，在輕度干濕交替灌溉處理W2下，施氮量達到180 kg/hm2時水稻產量最高。在中度干濕交替灌溉處理W3與雨養(yǎng)處理W4下，施氮量達到135 kg/hm2時水稻產量最高。雨養(yǎng)處理水稻產量明顯降低。當施氮量達到135 kg/hm2之后，繼續(xù)增加施氮量，不同水分處理對水稻產量影響明顯，在水分虧缺條件下增施氮肥則產量明顯下降。N270的產量與N135相比，W1灌溉處理增加了8.30%，W2灌溉處理增加了8.70%，W3灌溉處理降低了9.17%，W4灌溉處理降低了12.44%。

圖3 不同水分和施氮處理下水肥耦合對水稻實際產量的影響

圖3表明，不施氮處理水稻產量在不同水分梯度下一直處于較低水平。在水分充足時，水稻產量隨著氮肥施用量的增加而增加；在水分虧缺時，隨著灌水量的減少，高施氮量處理N225、N270的產量逐漸減少。表明當水分充足時，高施氮量可以獲得較高產量，當水分不足時，高施氮量會降低水稻產量，降低施氮量才可以獲得理想的產量。

3.3 水肥耦合對水稻氮肥農學利用效率及氮肥偏生產力的影響

表4為不同水分和施氮處理下水肥耦合對水稻氮肥農學利用效率及氮肥偏生產力的影響。

由表4可知，氮肥施用量和水分處理對水稻氮肥農學利用效率均有顯著影響，隨著施氮量的增加和灌水量的減少，氮肥農學利用效率顯著降低。與淹水灌溉處理W1相比，輕度干濕交替灌溉處理W2的平均氮肥農學利用效率減少了約14.06%，中度干濕交替灌溉處理W3平均氮肥農學利用效率減少了約27.97%，雨養(yǎng)處理W4的平均氮肥農學利用效率減少了約27.04%。氮肥施用量和水分處理對水稻氮肥偏生產力均有顯著影響，隨著施氮量的增加氮肥偏生產力顯著降低。雨養(yǎng)處理水稻氮肥偏生產力明顯低于其他處理，比淹水灌溉降低了約7.6%。淹水灌溉與輕度干濕交替灌溉、中度干濕交替灌溉相比差異不顯著。

使用鎘標準液GSB G-62040-90按照島津原子分光光度儀設定程序建立鎘含量與吸光度關系的標準曲線，結果見圖1。

表4 不同水分和施氮處理下水肥耦合對水稻氮肥農學利用效率及氮肥偏生產力的影響

3.4 水肥耦合對水稻灌溉水利用效率的影響

表5為不同水分和施氮處理下水肥耦合對水稻灌溉水利用效率的影響。

表5 不同水分和施氮處理下水肥耦合對水稻灌溉水利用效率的影響

由表5可得，灌溉處理對水稻灌溉水利用效率有著極顯著的影響，隨著灌水量的減少，水稻灌溉水利用效率顯著增加。隨著氮肥施用量的增加，在淹水灌溉W1與輕度干濕交替灌溉W2處理下，水稻灌溉水利用效率顯著增加；在中度干濕交替灌溉W3處理下，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當施氮量達到180 kg/hm2時，灌溉水利用效率達到最大。

（2）降雨徑流導致水源地水質指標均有一定程度的惡化，但是經過24h降雨結束后基本恢復。其中，COD、總磷受降雨徑流的影響較大，其他水質指標基本在可接受范圍內變化。

4 討 論

有研究表明，氮肥水平對水稻株高的影響較大，株高隨著施氮量的增大而增大，灌水量對水稻株高影響不顯著。高氮處理下低土壤水勢會對水稻造成嚴重的水分脅迫，造成水稻株高的降低[21]。有學者認為，隨著灌水量的減少，水稻株高會顯著降低，水分脅迫對水稻株高影響明顯，但是各氮素處理之間差異不顯著[22]。Li等[23]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)灌溉相比，控制灌溉會降低水稻株高。冉文星[24]與陳慧[25]的研究認為，小麥株高對氮素的增加產生了積極的響應，但是各氮素處理之間差異并不顯著。本試驗研究表明，氮肥施用量對水稻株高影響顯著，隨著氮肥施用量的增加，水稻株高逐漸增高；與淹水灌溉相比，輕度干濕交替灌溉對水稻株高影響不顯著。中度干濕交替灌溉顯著降低了低施氮量處理的株高，高施氮量一定程度上彌補了灌水量減少對株高的影響；雨養(yǎng)處理顯著降低了水稻株高。

有研究表明，在水稻抽穗期后，淹水灌溉模式下葉片SPAD值明顯高于間歇灌溉模式下的SPAD值；施氮量對葉片SPAD值的影響體現(xiàn)在水稻的整個生育期。不施氮處理下水稻的葉片SPAD值明顯小于施氮處理[26]。蔣天琦[27]研究表明水稻葉片SPAD值隨著生育期先增加后減小，乳熟期葉片開始黃化，SPAD值顯著降低；同一時期相同灌水處理水稻葉片的SPAD值隨著施氮量的增加而增加；同一時期相同施氮量不同灌水處理水稻葉片的SPAD值在分蘗期和乳熟期沒有明顯差異，在拔節(jié)期和開花期控水處理水稻葉片SPAD值高于常規(guī)處理[27]。翟晶[21]研究表明全生育期葉片SPAD值呈先升后降的趨勢，但是高氮肥會使水稻生育后期SPAD值下降緩慢，貪青嚴重。本試驗研究表明，增加氮肥施用量可以提高水稻葉片SPAD值；淹水灌溉處理使高氮處理水稻成熟期貪青晚熟嚴重，干濕交替灌溉處理可顯著改善高氮處理水稻成熟期的貪青晚熟現(xiàn)象。

有學者研究發(fā)現(xiàn)，適度的干濕交替灌溉可以促進水稻生長，有利于水稻生理過程，從而獲得較高的水稻產量和水分利用效率[28]。有學者研究了當15 cm深度土壤落干至10、20、50和80 kPa土壤水勢時的干濕交替灌溉對水稻產量的影響，發(fā)現(xiàn)在10 kPa時AWD對水稻的產量的影響與淹水灌溉相似，其他AWD處理的產量顯著低于淹水灌溉，因而采用10 kPa的AWD和180 kg/hm2的氮肥施用量將保持較高的水稻產量，但是當水和氮肥成本昂貴時，也可以采用20 kPa的AWD[29]。干濕交替灌溉制度要與田間管理、氮肥施用量和氣候相互配合才能獲得最佳的水稻產量[30]。Liu等[12]研究發(fā)現(xiàn)，使用干濕交替灌溉時，水稻產量隨著灌水量的增加而減少。有學者則認為水稻達到最高產量的最佳氮素施用量為151 kg/hm2[31]。Djaman等[32]在同一地點對4個水稻品種研究發(fā)現(xiàn)，水稻產量與氮肥施用量的關系呈現(xiàn)出二次函數(shù)關系，其R2最高達到0.99。Harrell等[33]報道了水稻產量對氮素施用量低于150 kg/hm2時呈現(xiàn)線性關系，以及當?shù)厥┯昧看笥?50 kg/hm2時水稻產量趨于平穩(wěn)。本試驗研究表明，施氮量的增加顯著增加了有效穗數(shù)，雨養(yǎng)處理與不施氮處理水稻結實率明顯降低。不同水分處理下的水稻產量峰值出現(xiàn)時的施氮量不同，當施氮量達到135 kg/hm2之后，繼續(xù)增加施氮量，不同水分處理對水稻產量影響顯著，在水分虧缺條件下增施氮肥則產量明顯下降。當水分充足時，高施氮量可以獲得較高產量，當水分不足時，高施氮量會降低水稻產量，降低施氮量才可以獲得理想的產量。

對于干濕交替灌溉對水稻氮肥利用效率影響的研究不多，且成果有一定爭議。一些學者指出，干濕交替灌溉能夠促進土壤硝化和反硝化作用，提高N2O的排放量，從而減少植株中氮的積累，進而減少氮肥的利用效率[34]。有學者研究發(fā)現(xiàn)，干濕交替灌溉條件下，水稻氮肥農學利用效率在2.0～17.9 kg/kg之間變化；在淹水灌溉條件下，氮肥農學利用效率為13.1 kg/kg[35]。農民在水稻生產中施用高達180～240 kg/hm2的氮肥是導致氮肥農學利用效率過低的原因[36]。有學者認為，干濕交替灌溉制度是改善水稻氮肥利用效率的有效途徑，干濕交替灌溉中的干燥和補水循環(huán)會通過改變土壤水分與空氣的平衡而影響土壤中的硝化、反硝化、礦化、滲濾和淋溶的生化和物理過程，進而影響水稻對氮素營養(yǎng)的利用。有學者認為，在輕度干濕交替灌溉模式下，水稻植株對氮的吸收量、單位吸氮的生產力(產量/氮吸收量)和氮肥偏生產力(產量/施氮量)均明顯高于淹水灌溉[12,15]。Jiang等[37]研究發(fā)現(xiàn)雜交水稻的平均氮肥偏生產力比常規(guī)水稻高約9%。有學者指出，不同品種水稻氮肥偏生產力變化范圍為65.7～414.0 kg/kg[38]。Liu等[12]研究發(fā)現(xiàn)，與淹水灌溉相比，由于穗粒數(shù)、實粒數(shù)和結實率的增加，干濕交替灌溉可提高水稻氮肥偏生產力。本試驗研究表明，隨著施氮量的增加，水稻氮肥農學利用效率與氮肥偏生產力顯著降低。雨養(yǎng)處理水稻氮肥農學利用效率與氮肥偏生產力顯著低于其他處理。與淹水灌溉相比，干濕交替灌溉處理沒有降低氮肥偏生產力，但顯著降低了氮肥農學利用效率。

5 結 論

(1)在不同灌溉處理下，增加氮肥施用量，均能夠顯著增加水稻株高和葉片SPAD值；中度干濕交替灌溉顯著降低了低施氮量處理的株高，高施氮量在一定程度上彌補了灌水量減少對株高的影響。輕度與中度干濕交替灌溉處理下，高施氮量處理成熟期水稻葉片的SPAD值顯著降低，從而改善了其貪青晚熟現(xiàn)象。

(2)在不同灌溉處理下，隨著氮肥施用量的增加，水稻有效穗數(shù)呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。雨養(yǎng)處理會導致水稻實粒數(shù)與結實率顯著降低。不同灌溉處理下，氮肥施用量與水稻產量均呈現(xiàn)二次方的關系，不同水分處理下的水稻產量峰值出現(xiàn)時的施氮量不同，當施氮量達到135 kg/hm2之后，繼續(xù)增加施氮量，不同水分處理對水稻產量影響顯著，在水分虧缺條件下繼續(xù)增施氮肥會導致產量明顯下降。

(3)施氮量的多少應該與灌水量相匹配，輕度干濕交替灌溉條件下，施用180 kg/hm2氮肥會達到較好的水肥耦合模式，可以在減少灌水量的條件下，獲得了較高的產量，并且保持較高的氮肥農學利用效率和氮肥偏生產力。