湿润灌溉栽培方式下晚稻的适宜施氮量

戴 力，杨 泉，王学华，罗小仁，张玉乐，马冉剑

(湖南农业大学农学院，长沙 410128)

湿润灌溉栽培方式下晚稻的适宜施氮量

戴 力，杨 泉，王学华*，罗小仁，张玉乐，马冉剑

(湖南农业大学农学院，长沙 410128)

为探索节水栽培的晚稻适宜施肥量，以‘盛泰优018’为材料，在湿润灌溉条件下，通过5种不同施氮量处理：75.0、112.5、150.0、187.5和225.0 kg/hm2，研究不同施氮量对水稻根、叶群体质量和产量形成的影响及相互关系，以筛选出相对最优的施氮水平。结果表明：在本研究条件下，中等施氮水平(150.0 kg/hm2)能够调控水稻构建出较合理的根、叶群体结构，获得较高的经济产量，同时N肥利用率也相对较高，为本试验中增产效果相对最优的晚稻适宜施氮量。

晚稻；施氮量；湿润灌溉；群体质量；产量

近年来，人们对农业生产过程中水肥资源不合理利用问题的重视程度不断增加，也进行了较多的节水节肥试验研究，然而其中大部分仍仅停留在单一因素的节水或节肥研究[1～5]，或者只是不同灌溉方式下的不同施氮量研究[6～10]，并且其中还有较多一部分是在室内模拟或盆栽条件下[6，7]进行的，较少看到有在大田生产条件下针对某一特定节水灌溉方式而进行的具体施肥技术(包括施氮量和肥料运筹方式——即NPK比例和基蘖穗肥比)的研究。前人所做的节水灌溉研究[11～13]表明，湿润灌溉不仅水分利用率高，节水效果好，而且对水稻的产量和品质都有一定的改善提高。笔者在大田环境下对双季晚稻在湿润灌溉条件下的具体施肥技术进行研究探讨，通过对不同施氮量和肥料运筹方式处理下水稻的产量、根系和叶片性状以及节肥效果的综合评估，以筛选出一种节肥效果好、稻谷产量高的施肥技术，为湿润节水灌溉下的节肥栽培提供理论依据，切实推进节水节肥技术的发展与应用。本文报道施氮量研究结果。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻品种‘盛泰优018’，系三系杂交中熟晚稻品种，由湖南洞庭高科种业有限公司提供。供试肥料分别为：尿素，重庆建峰化工建峰牌，有效总N≥46.4%；过磷酸钙，湖北中化富冠牌，有效P2O5≥12%；氯化钾，中化化肥中化牌，有效K2O≥60%。

1.2 试验方法

试验于2015年7～10月在湖南省衡阳县西渡镇梅花村富农优质稻合作社稻田中进行。试验地位于26°59′37.42″N，112°22′52.92″E，海拔70.63 m，属亚热带季风气候，四季分明，降水充足。年平均气温18℃左右，年均降水量约1352 mm。土壤基本理化性质为pH值5.66，碱解氮138.5 mg/kg，有效磷8.0 mg/kg，速效钾140.9 mg/kg，全氮2.2 g/kg，全磷0.5 g/kg，全钾20.5 g/kg，有机质37.9 g/kg。

试验处理如下：N1.施纯氮75 kg/hm2；N2.施纯氮112.5 kg/hm2；N3.施纯氮150 kg/hm2；N4.施纯氮187.5 kg/hm2；N5.施纯氮225 kg/hm2。NPK按1∶0.5∶1，PK肥作基肥施入，N肥分为基肥40%，分蘖肥30%，孕穗肥30%。3次重复，随机区组排列，小区面积20 m2，晚稻栽插规格16.7 cm×26.7 cm。

试验田水分管理依照节水灌溉方式——湿润灌溉进行，水稻生长阶段仅在施肥时进行人工补水，灌溉至建立浅水层(2～3 cm)后便让其自然落干；全生育期最多只进行3次人工灌溉补水，分别为施基肥、分蘖肥和穗肥时。如果在施肥时或之前有自然降水情况，且田间持水量刚好达到或超过2 cm，则不进行灌溉补水，若水层低于2 cm，则需灌溉至此水层深度。晚稻生育期间的自然降水均任其自然积蓄和落干。本研究灌溉方式的节水特点：在充分利用晚稻生育期内自然降水的基础上只在施肥时进行少量的人工灌溉补水(建立浅水层)，在节约了水资源的同时也节省了田间水分管理的各项成本。

1.3 测定指标及方法

(1)生育期和茎蘖动态。记载播种期、移栽期、始穗期、齐穗期、成熟期和收获期。移栽返青后，每小区定点10蔸，每5 d记载每蔸苗数，直至抽穗。定点植株的位置：各小区第4行的第4株到第13株。

(2)根系生长动态。每7 d每小区取稻株2穴，以稻株基部为中心，每穴挖取行距向16.5 cm、株距向10.0 cm、深度30 cm的土块，能够取出水稻植株95%左右的根系(水稻根系主要分布在0～20 cm土层，约占总根量的90%)，装细筛网袋中，用水冲洗干净。数计总根数、白根数、最长根长、根系鲜重、干重、根冠比。其中白根数以肉眼识别法根据白、黄、灰和黑四级标准区分确定。

(3)叶面积指数。在分蘖期、孕穗期、齐穗期和乳熟期使用便携式叶面积仪测定。

(4)成熟期有效茎平均绿叶数(绿叶面积占全叶片2/3以上)及剑叶长(从叶环处至叶尖长)、宽(量最宽处)和面积。

(5)产量及产量构成因素。成熟期测定有效穗数，然后每小区取5穴进行室内考种。各小区单收单晒，计算实际产量。

1.4 数据统计分析

使用DPS7.05和Excel2003软件进行数据处理和作图。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量对晚稻产量性状及氮肥利用效率的影响

不同施氮水平下各处理的实际产量、理论产量和总粒数、结实率、粒重以及每千克N的产量之间存在着显著或极显著差异(表1)。理论产量和实际产量的大小顺序分别为N5>N3>N4>N2>N1和N5>N4>N3>N2>N1，总体表现为随着施氮量的增加而增大；然而N5与N4的实际产量以及N5、N4与N3的理论产量间的差异并不显著，表明当施氮量达到N3或N4水平之后，再增加施氮量对产量的提升效果并不显著，即当施氮量在N3或N4水平时，节肥效果相对较好。

总粒数和粒重也与施氮量呈显著或极显著正相关。总粒数以N5最大，显著大于N1，与N2、N3和N4处理的差异不明显；千粒重大小则为N3>N4>N5>N1>N2，其中N3极显著大于N2，显著大于N1，与N4和N5之间差异不显著，表明中等及以上施氮量有利于总颖花数的提高，而中等施氮水平则最有利于籽粒的灌浆。结实率则以N1最大，极显著大于N3、N4和N5，显著大于N2，这可能与其总粒数最少有关。可见，本试验条件下各产量构成要素与产量的相关性强度可能表现为：总粒数>千粒重>结实率。

表1 不同施氮水平下的水稻产量及产量构成

然而，与实际产量不同的是，单位施氮量的产量以及单位N增量的产量增量均随着施氮量的增加而显著或极显著减少，其实质为N肥利用率和N肥边际效益的降低。表明过多的N肥施用量最终会在一定程度上导致水稻种植效益的降低，同时还可能产生一定的环境负效益。

因此，综合产量、产量构成因子及氮肥利用效率等指标的结果可知，在本试验湿润灌溉条件下，施氮量在N3水平时，晚稻的增产和节肥效果相对较好。

2.2 不同施氮量对晚稻生育期及茎蘖成穗率的影响

由表2可知，在一定程度上增加施氮量，水稻的生育期会延长，大约每增施75.0 kg/hm2纯氮，生育期延长2 d。施氮225.0 kg/hm2处理相对于75.0 kg/hm2处理而言，生育期延长了4 d，且其齐穗期(9月18日)仍处于安全齐穗期(9月20日)以内，这便有利于延长光合时间，从而增加光合产量。

表2 不同施氮水平下的生育期

由表3可知，不同施氮水平下的茎蘖成穗率以N2和N3处理最大，二者与N1和N5的差异不显著，但分别极显著和显著大于N4。结果显示，不同施氮量处理间的有效穗数之间基本无差异，而其茎蘖成穗率的差异主要是由于最大分蘖数的不同所造成的。而且N2与N3间的茎蘖成穗率虽然均处于较高水平，但是二者的成因却是不同的，N2是由于有效穗数较高而最大分蘖数较低而获得较高成穗率的，而N3则是由于有效穗数和最大分蘖数均较高而共同造成的。因此，在实际生产中N3更有利于水稻高产。N4的茎蘖成穗率之所以偏低是其最大分蘖数最高所造成的，而其有效穗数也相对处于较高水平。较高的最大分蘖数一方面表现为一种生长冗余和资源浪费，而另一方面又表现为一种增产潜力，即可通过后期较好的管理调控获得大量的有效穗数从而获得高产。这一对矛盾的均衡可能与生育前后期的肥料配比有较大关系。因此，在实际生产中N4可能更有利于水稻增产，然而稳产性要相对弱于N3。

表3 不同施氮水平下的茎蘖成穗率

因此，综合生育期和茎蘖成穗率两个指标可知，湿润灌溉条件下，中等施氮量(N3)有利于晚稻获得稳定高产，而中高施氮量(N4)的增产潜力较大，但稳产性稍差。

2.3 不同施氮量对晚稻根系性状的影响

2.3.1 不同施氮量对总根数、白根数和白根比的影响

由表4可知，在整个生育期中，所有处理的总根数和白根数均基本表现为“先升后降再升”的趋势，并均在孕穗期左右达到最高值，此时的极值可能与水稻植株有机体的生长发育对根系吸收功能的需求有关；而白根比则表现为“先降后升”的趋势。总根数、白根数和白根比在水稻生育后期的“再升”过程很可能是本研究中湿润灌溉所带来的效果。因为在湿润灌溉条件下，水稻生育后期田间基本处于湿润无明水状态，土壤透气性能良好，这有利于根系的生长和活力的维持。这样可以避免根系早衰，使之维持较高的养分吸收和供应能力，从而进一步避免叶片光合系统的早衰，最终有利于生育后期关键光合产量的形成。

表4 不同施氮水平下的根系生长情况

此外，在各个生育时期中，不同处理间的总根数、白根数和白根比之间的差异也表现出一定的规律性。在分蘖盛期时，总根数以N3最大，N4次之，二者均极显著大于N1、N2和N5；白根数则表现为随着施氮量的增加而先增后降，其中以N2水平时最大，极显著大于N5和N1，显著大于N3和N4，N3和N4则均显著大于N1和N5；白根比则仍以N2最大，极显著大于其他各处理，且其他4个处理间差异不明显。在孕穗期时，3个指标的最大值均在N1处理，且均极显著或显著高于其他4个处理。齐穗期时的3个指标仍以N1最大，其中N1的总根数除显著大于N2外，与其他3个处理的差异不显著；而其白根数则极显著大于其他各处理；白根比也极显著大于N3和N4，显著高于N2，与N5的差异不明显。乳熟期时，总根数以N2最大，极显著大于其他处理，N1最小，极显著小于N2、N4和N5；白根数和白根比则均以N4和N5最大，它们均显著或极显著大于其他3个处理。

由以上结果可知，中等及中等偏低的供氮水平(如N3、N2和N1)有利于晚稻在分蘖盛期、孕穗期和齐穗期阶段拥有较高的总根数和白根数，以及在乳熟期保持较高的总根数，然而可能不利于乳熟期维持较高的白根数和白根比；相反，较高或高水平的供氮量(如N4和N5)则更有利于晚稻在生育后期维持较高的白根数和白根比。

2.3.2 不同施氮量对晚稻根系干重及根冠比的影响

由表5可知，在整个生育期中，各处理的根干重表现为“先升高后下降再升高”的变化趋势，于孕穗期达到最大值，随后逐步降低，至乳熟期又出现小幅度上升，此时的上升可能与湿润灌溉条件下水稻生育后期土壤通气状况的改善有关。而根冠比的变化则表现为不断下降，在分蘖盛期和孕穗期各处理间还表现出一定的差异，而到齐穗期之后，各处理间的差异则变得不明显。

表5 不同施氮水平下的根干重和根冠比

在4个关键生育期中，分蘖盛期的根干重N2、N3和N4相对较高，三者间差异不明显，N2和N3均极显著大于N1和N5，根冠比则是N3极显著大于N4和N5，而与N1和N2的差异则不显著。孕穗期的根干重以N4最大，极显著大于其他4个处理，根冠比则以N1最大，也是显著大于其他各处理。齐穗期的根干重则表现为随着施氮量的增加而减少的趋势，其中N5显著小于其他各处理，而其余各处理间的差异则不明显；到齐穗期之后，各处理的根冠比间便无明显差异，可能与地上部的干重均要远大地下部有关。到乳熟期，根系干重仍以N3和N4最大，其中N3极显著大于N1、N2和N5，显著大于N4。上述结果表明，中等及偏高水平的施氮量(如N3和N4)有利于晚稻根系在整个生育期中都维持较高的干物质积累，从而有利于为较高的养分吸收和供应能力奠定基础。

综上所述可知，湿润灌溉条件下，中等及偏低施氮水平(如N3、N2和N1)有利于晚稻在整个生育期中维持较高的总根数，在大部分生育时期(分蘖—齐穗期)拥有较高的白根数和白根比，而中等及偏高的施氮量(如N3和N4)则有利于晚稻在整个生命周期中维持较高的根系干重。

2.4 不同施氮量对叶片性状的影响

2.4.1 不同施氮量对叶面积指数的影响

由表6可知，在4个关键生育期中，各处理的叶面积指数均在孕穗期左右达到最大值，随后均逐渐降低，然而在乳熟期时中高等施氮水平处理(N3、N4和N5)的叶面积指数却出现了小幅度回升，三者差异不明显，却均显著大于N1和N2，表明湿润灌溉条件下中高等施氮量有利于晚稻后期维持较高的光合面积，从而有利于获得水稻高产。在整个生育期中，N4和N1的叶面积指数在5个处理中均分别处于最高和最低值，二者存在着显著或极显著差异，N2、N3和N5则一直处于中等偏高水平；且在各生育时期中叶面积指数与施氮量的关系总是表现为：一定的施氮水平内(如N1到N4水平内)叶面积指数随着施氮量的增加而增加，而当施氮量超过一定的值(如N5)，即过量施氮时，叶面积指数反而会降低。

表6 不同施氮水平下的晚稻叶面积指数变化情况

2.4.2 不同施氮量对收获期绿叶数及剑叶性状的影响

由表7可知，在一定施氮量范围内，水稻收获期的每穗绿叶数、每株剑叶面积以及剑叶长大致与施氮量成正比。本试验中N5的这3个指标在5个处理中均处于最大值，其剑叶面积和剑叶长均极显著大于其他各处理，每穗绿叶数也显著或极显著大于除N4外的其他处理；其次是N4处理，其各项指标值均高于除N5以外的各处理，其每穗绿叶数与N1、N2和N3间差异不明显，而剑叶面积与N2一样，均极显著大于N3和N1，剑叶长则与N3一样，显著大于N1和N2；N1的各项指标基本处于最低水平。

表7 不同施氮量下收获期的晚稻叶片性状

综合以上结果可知，湿润灌溉条件下，在中等偏高施氮水平(N4)时，晚稻在各生育时期的光合叶面积状况表现最佳，为获得籽粒高产奠定了物质基础，其次为中等施氮水平(N3)和高氮水平(N5)。

3 结论与讨论

综合根系和叶片群体质量及产量各指标，同时考虑到化肥减量、优化环境的需求，在本试验中等土壤肥力及湿润灌溉条件下，以施纯氮150 kg/hm2为宜。

依据各产量因子的贡献率，统筹规划水肥管理，均衡根叶生长发育，以达到高产稳产、节水节肥的效果。本试验中，不同施氮水平下的实际产量大小表现为N5(高氮)、N4(中高氮)>N3(中氮)>N2(中低氮)>N1(低氮)，其中N5略高于N4，但差异并不显著；不过二者在产量构成以及根、叶群体结构方面却存在着一定的差别。N5的相对高产主要表现为总粒数多，结实率和千粒重则均处于中等水平；而N4的高产主要表现为千粒重大，总粒数较多，结实率相对偏低。结合两者的产量构成，可以发现，各产量构成因素对产量的贡献大小表现为：总粒数>千粒重>结实率。因此在湿润灌溉及中高等施氮量条件下，通过合理的肥料运筹方式，重点调节提高总粒数，同时保证较高的千粒重可能能够较好地获得水稻高产。

各个产量构成因素能够达到较高的水平，很大程度上依赖于一定水肥管理调控下所形成的良好的根、叶群体结构基础，因为它们二者是作物产量形成的根本。本试验发现，在一定的施氮量范围内，水稻的总粒数随着施氮量的增加而增多。在本研究条件下，总粒数N5>N4>N3>N2>N1，其中除N5与N1之间存在显著差异之外，其他各处理间差异并不显著。众所周知，水稻总粒数的形成主要取决于幼穗分化时期的颖花分化数及其后的成花数，二者分别完成于分蘖期和孕穗期，一般为生育前期和中期。因此，此时期的水稻吸收及光合状况对总粒数的形成有着重要影响。试验发现，总粒数大的处理N5、N4生育前、中期的地上部干物量、总干物量及叶面积指数(LAI)均要大于总粒数小的处理(N1)，并且孕穗期N4的干物量和LAI均显著大于N1。这在一定程度上表明N4、N5相对于N1而言存在着一定的光合合成和积累的优势，从而能够为高颖花数或总粒数的形成提供充足的光合产物。

同时试验还发现，N5在生育前中期的根系吸收总比面积和活跃比面积均显著高于N1，孕穗期的伤流速率也比它稍高；而N4在此阶段的根体积、根干重和伤流速率，以及分蘖期的总根数、白根数和白根比均要高于N1，且二者在根干重、总根数和白根数上的差异呈显著水平。这些似乎表明N4、N5相对于N1的总粒数优势可能存在着一定的根系性状基础，包括根系数量(总根数、白根数、根体积等)与质量(白根比、根干重等)、根系活力与吸收面积等。同时比较N4和N5的根系优势发现，这几组根系性状对水稻植株生长及产量形成的作用可能存在着一定的互补性——即当根系数量相对较少时，较高的根系质量可能能够弥补其对产量的不利影响，反之亦然。而更确切具体的关系还需要进一步的研究。

与总粒数的决定因子和形成时间所不同的是，水稻的其他两个产量构成因素——结实率和千粒重主要形成于灌浆期和成熟期，即生育后期，特别是乳熟阶段。并且它们的大小主要决定于灌浆速度和灌浆时间。此时的产量形成不仅决定于叶片的光合合成和根系的营养吸收，而且还受到光合产物转运的影响。在本研究中，各处理的结实率和千粒重大小顺序分别为：N1>N2、N5、N3>N4和N3、N4>N5、N1>N2。其中N1的高结实率是对其低总粒数的一种补偿作用；而粒重也表现出了对结实率的补偿作用。试验结果表明，N3千粒重显著大于N2，同时在乳熟期，N3的根干重、根冠比和叶面积指数均显著或极显著大于N2，地上部干物量、伤流速率和总根数则均显著或极显著小于N2；此时N4与N2也表现出基本相似的关系，只是稍有不同的是N4的地上部干物量和根体积都极显著大于N2。这些似乎表明，在中等及偏高水平的N供应条件下，水稻乳熟期的叶片光合合成以及茎叶内光合产物向籽粒转移都要强于中等以下的施氮量处理。另外还发现，N3、N4的生育期与N2、N1相比延长了2 d，N5与N2、N1相比延长了4 d，这也就意味着中等及其以上施氮水平处理下，水稻的光合时间得到了延长，灌浆时间也可能得到延长。并且N5、N4和N3的剑叶长均显著或极显著长于N2和N1，而有研究表明[10]，水稻的剑叶长与产量之间存在着显著的正相关关系。

综上可以发现，本试验条件下，N4(中高等施氮量)和N5(高等施氮量)之所以能够获得较高的产量，主要是由于较充足的肥料供应使得其各生育时期的根系吸收、叶片光合作用及其后期光合产物的转运分配都能够较高效而合理地运行。众所周知，水稻要获得较高的经济产量，其根系数量和绿叶面积并不是越多越好，也不是越少越好，而是需要一个较合理的水平，而这既关系到根、叶自身的合成与消耗的矛盾，还牵涉到根与叶之间物质分配的均衡。例如对于根系而言，虽然较大的根系数量能够增加根系的吸收与合成能力，但是也导致了根系生长的冗余，即过大的根量不仅不能提高水稻的产量，反而造成不必要的营养损失。因此如何根据产量形成的特点通过水肥等农艺措施的调控使水稻生长的各个阶段都能够拥有较合理的根系和叶片群体性状，并协调地上与地下、营养器官与生殖器官之间的物质转运与分配，对于获得水稻高产是至关重要的。还是以根系为例，有研究者认为，相同的吸收能力下，细根比粗根所消耗的有机物要少，更有利于减少不必要的代谢损失。而轻度水分胁迫能够降低根系的平均直径[14]，并增加根毛数量，扩大根系表面积，增强肥水吸收能力[15]。本研究中的湿润灌溉便能在晚稻生长的部分生育时期内为其提供轻度的水分胁迫，从而可能有利于在保证水稻根系吸收能力的前提下减少根系半径和冗余消耗。具体效果还有待进一步研究。

另外，本研究还只探讨了不同施肥技术对水稻部分根、叶性状及产量的影响，而其对水稻的光合性状和N肥利用率等的影响以及节水节肥对稻米品质的影响等还有待研究。并且，当前对水稻节水节肥技术的省工轻简化研究还比较少，也值得人们去探索。

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Research on the Suitable N Application of Late-rice
under Moistening Irrigation

DAI Li，YANG Quan，WANG Xuehua*，LUO Xiaoren，ZHANG Yule，MA Ranjian

(College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China)

Hybrid rice Shengtaiyou 018 was used to investigate the suitable N application of late-rice using the water saving cultivation technology.Under the condition of moistening irrigation，five N application rate treatments： 75.0，112.5，150.0，187.5 and 225.0 kg/hm2，were used to research the influence of different fertilization methods on rice root、leaf group quality and yield formation，and the relationships between them，to screen out relatively optimal fertilization technology.Results showed that： under the condition of this research，the fertilization of mid-nitrogen level (150.0 kg/hm2) could control the rice to construct more reasonable root and leaf group structure，and gain higher economic yield and N fertilizer utilization rate.It’s the relatively optimal nitrogen application rate which showed the best effect on rice production among the treatments in this experiment.

late-rice； N application rate； moistening irrigation； population quality； yield

2016-06-02

戴 力(1992-)，男，硕士研究生，Email：14789935821@163.com。*通信作者：王学华，教授，博士生导师，从事作物栽培与耕作学研究，Email：13873160151@163.com。

国家科技支撑计划(2013BAD07B11)。

S511.06

A

1001-5280(2016)06-0681-07

10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2016.06.20