不同灌溉方式对水稻氮素积累及产量的影响

2017-03-01蒋天琦张兴梅殷奎德何淑平刘春梅郑桂萍

江苏农业科学 2017年2期

关键词：水氮氮量氮素

蒋天琦，张兴梅，殷奎德，何淑平，刘春梅，郑桂萍

(黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江大庆 163319)

不同灌溉方式对水稻氮素积累及产量的影响

蒋天琦，张兴梅，殷奎德，何淑平，刘春梅，郑桂萍

(黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江大庆 163319)

采用水、氮2因素，氮肥5水平的试验设计，研究水氮不同组合对水稻垦粳5号干物质积累量、氮素积累量、产量、产量构成因素的影响。试验结果表明，灌溉方式和施氮水平对水稻干物质积累、氮素积累、产量及产量构成因素均有显著影响。同一时期同一施氮水平下，常规灌水的水稻各项指标均显著低于控水处理；同一时期同一灌水处理下，各项指标均随施氮量的增加呈现先升高后降低的变化趋势。常规灌水与控水处理均以施氮量2.204 g/盆(N3)各项指标最高。根据产量与施氮量拟合的产量效应方程为：常规灌水条件下，y=-56.922x3+119.38x2-43.094x+58.816，r2=0.908 4；控水条件下，y=-38.162x3+78.96x2-23.452x+66.095，r2=0.974 0。常规灌水条件下最高施氮量为1.185 g/盆，产量为80.67 g/盆；控水条件下最高施氮量为1.210 g/盆，产量为86.00 g/盆。综合分析水稻氮素积累及产量等各项指标，在施氮量相同的条件下控水效果优于常规灌水。

水稻；水氮互作；干物质积累；氮素积累；产量

如何提高农业用水的利用率是解决我国水资源危机所面临的问题。水稻作为农业用水中的大户，推行水稻节水栽培已成为提高农业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，既浪费水资源，又污染环境。在水资源匮乏及肥料利用率低的情况下，发展节水灌溉成为必然的趋势，减少水稻的灌溉用水和肥料高效利用实现水稻稳产高产的各项理论和技术研究越来越受到重视。以往的研究结果表明，节水灌溉，既使水稻长期处于无明水，并使土壤呈干湿交替的状态，可以有效促进水稻生长，既节约水资源又提高氮肥利用效率[2]。

氮肥可以提高植物的抗旱性，使植物叶片气孔密度变小、蒸腾降低、叶绿素含量增加，从而提高作物产量和水分利用率[3]。目前许多研究已明确水稻群体质量及产量在干湿交替灌溉下增加[4]、随氮素基蘖肥的增加而增加[5]，同时也受手栽、直播、抛秧、机插等种植模式的影响[6]，然而以上研究多偏重于单因子效应。水、肥在水稻生长发育过程中是相互影响和制约的2个因子。近来，减少水稻灌溉用水、高效利用肥料来构建合理的水稻群体质量，进而实现水稻稳产高产的理论和技术研究受到广泛重视。但有关施氮水平在不同灌水方式下，以及水氮互作条件下对水稻农艺性状的影响[7]及与产量[8]间关系的研究鲜见报道。

水肥耦合可以引起协同效应、叠加效应、拮抗效应3种不同结果。作物的水分和养分吸收虽然为2个过程，但土壤的物理化学过程以及微生物和植物的生理过程都受水分有效性的影响。土壤的水分供应适宜程度对作物的长势、物质合成及根系活力都有直接影响[9]：作为作物吸收各种矿质元素的载体，养分只有溶解在水中才能通过质流或扩散到达根系表面，然后被植物所吸收。

以水调肥的同时，合理施肥也可以增加蓄水保墒的能力，进而提高水分利用率。目前，关于水肥互作效应的研究已取得了很大的进展，但不同作物不同地区研究结果也存在差异。孙永健等研究认为，水氮互作下水稻各生育期内干物质积累、叶面积指数、净光合速率均与产量有显著或极显著的正相关[10]；姚峰先研究认为，半干旱栽培结合相对偏低的施氮量是最优的高产高效协同管理模式[11]；田亚芹等研究认为，间歇灌溉及高氮管理具有较好的增产效应[12]。本试验通过研究节水灌溉和常规灌溉对不同生育阶段水稻氮素积累及产量的影响，探求一种能够充分激发水肥协同作用，以期获得更好环境效益的水肥耦合最佳方式，达到节水、省肥、降低肥料污染、改善农田生态环境的目的，对提高肥料利用率、增加作物产量具有重要意义。

1 材料和方法

1.1 试验设计

1.1.1 试验材料试验设在黑龙江八一农垦大学校内，供试土壤为草甸土，其土壤含有机质37.8 g/kg，碱解氮(N)151.2 mg/kg、有效磷(P)18.4 mg/kg、速效钾(K)196.0 mg/kg、pH值为7.12。供试肥料为尿素(含N 46%)、重过磷酸钙(含P2O546%)、氯化钾(含K2O 60%)，供试水稻品种为垦粳5号。

1.1.2 试验处理本研究采用盆栽试验的方法进行水分与氮肥互作的试验，盆面积为0.07 m2，每盆装土15 kg。试验设灌溉模式×氮肥水平2个因素，氮肥设5个水平，共10个处理，每个处理3次重复。设置2个水分处理(W0、W1)，W0为控水处理，除水稻移栽后返青期、分蘖期、扬花灌浆期保持 5 cm 水层外，其余生育阶段保持土壤湿润表土无明水；W1为常规灌水处理，即一直保持土表5 cm水层。试验种植密度为每盆4穴，每穴3株，每盆12株。将盆放置遮雨棚内，雨天采用遮雨布防雨。各处理磷钾肥用量相等，为1.469 g/盆。各水分模式下分设5个氮肥水平，结果见表1。

表1 试验处理氮肥施肥量

1.2 测定项目及方法

1.2.1 植株全氮含量的测定采用硫酸-过氧化氢消煮，凯氏定氮法测定全氮含量[13]。

1.2.2 水稻产量的测定收获后进行水稻考种。考种项目包括每株穗数、小穗数、穗长、穗粒数、空瘪粒、每盆粒质量、千粒质量。

1.3 数据处理

通过Excel 2003进行试验数据处理，结合SPSS 19.0软件中的方差分析方法(LSD法、Duncan's法)对不同水氮处理进行氮积累量及产量的显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式对水稻各生育期干物质积累的影响

干物质积累是水稻产量形成的基础。由表2可知，各水氮处理对水稻植株分蘖期干物质积累的影响达到显著水平，其中干物质积累量以W0N3处理最高，达到了15.48 g/盆，高于W1N3处理14.16%。同一灌水处理下，不同施氮量对干物质积累量均有显著影响；同一施氮水平下，控水处理干物质积累量均高于常规灌水处理。由此可见，在分蘖期氮肥对干物质积累量的作用明显，灌溉方式也对干物质积累量作用不同，水和氮对水稻干物质的积累有明显的互作效应。

各水氮处理对水稻植株拔节期干物质积累的影响达到显著水平。其中，W0N3处理干物质积累量最高，与其他处理间差异均显著。施氮量最高的N4水平在W0和W1水处理下均显著低于N3水平。

在水稻开花期，2种水分处理水稻干物质积累量均随施氮量的增加呈现先升高后降低的趋势，其中W0N3的干物质积累量最高，为61.57 g/盆。在N3、N4施氮水平下，2种水处理的干物质积累量差异不显著；N0、N1、N2施氮水平下，2种水处理的干物质积累量差异均达到显著水平；W0N2、W1N4与W0N4之间差异不显著。

在水稻乳熟期，W0N3处理的干物质积累量最高，为 98.38 g/盆，且与其他各处理差异显著。同一施氮水平下，W0处理的干物质积累量均高于W1处理。

表2 不同灌溉方式对水稻各生育期干物质积累量的影响

注：表中数据为3次重复的平均值，同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

施氮量对水稻完熟期植株的干物质积累量作用明显。同一灌水处理下，干物质积累量均随施氮量的增加呈现先升高后降低的趋势，2种水处理均以N3处理最高。在W1水处理下，N3与其他各处理差异显著；在W0水处理下，N3与N4处理差异不显著，与其他处理差异显著。综合水氮效应，干物质积累量以W0N3处理最高，达40.26 g/盆。

2.2 不同灌溉方式对水稻各生育期氮素积累的影响

同施氮水平下水稻吸氮量有明显差异。2种灌溉方式中，氮积累量均随施氮量增加呈先升高后降低的趋势。分蘖期氮素积累量以WON3处理最高，为0.496 g/盆，比W1N3处理高16.71%；W1N0处理最少，为0.233 g/盆(图1)。

拔节期水稻氮素积累最高的处理依然为W0N3处理，与其他处理间差异显著。同一水分处理下，氮素积累量随着施氮量增加呈现“低—高—低”的趋势(图2)。

水稻开花期氮积累量最高的水氮组合是W0N3，为 0.766 g/盆。同一水分处理中，水稻植株氮积累量随着施氮量的增加而呈现低—高—低的变化趋势，W0处理效果较好。方差分析结果显示，N1处理中不同灌水处理间水稻氮素积累量差异不显著，其他各施氮处理中不同灌水处理间水稻植株氮素积累量差异显著(图3)。

水稻乳熟期氮积累量最高的水氮组合是W0N3，为 0.875 g/盆。同一水分处理中，水稻氮积累量随着施氮量的增加而呈现低—高—低的变化趋势，N3处理效果最好。方差分析结果显示，在N4处理中，灌水处理间水稻氮素积累量差异不显著；其他施氮处理中，W0处理的水稻氮素积累量均显著高于W1处理(图4)。

水稻完熟期植株氮素积累量最高的水氮组合为W0N3，为0.260 g/盆。同一水分处理中，水稻植株氮素积累量随施氮量的增加而呈现先增加后减少的变化趋势，N3处理效果最好，且W1N3和W0N3处理间氮素积累量差异不显著，但显著高于其他处理(图5)。

水稻完熟期籽粒氮素积累最高的水氮组合是W0N3处理，为1.050 g/盆。在N3处理中，各水分处理间水稻完熟期籽粒氮素积累量差异不显著；在其他施氮处理中，W0处理水稻完熟期籽粒氮素积累量均显著高于W1处理。在W1处理中，N2与N4处理间水稻完熟期籽粒氮素积累量差异不显著；在W0处理中，N3与N2、N4处理间水稻晚熟期籽粒氮素积累量均不显著，但显著高于其他各处理(图6)。

2.3 不同灌溉方式对水稻产量与产量构成因素的影响

水稻籽粒产量的高低决定产量，对产量构成因素差异进行分析可以明确水稻产量差异的原因。同一水分处理下，随施氮量的逐渐增加，供试水稻的产量呈现出先增加后降低的变化趋势，具体表现为N3处理最高，各施氮处理与不施氮处理相比差异均达到显著水平。由此可见，同一水分处理下，随着施氮水平的逐渐提高，在N3处理达到最大值，继续增加氮肥用量产量不再增加反而有所降低，符合肥料效应递减律。产量最高的水氮互作方式为W0N3处理，达到了84.22 g/盆。从水稻产量来看，最佳灌溉处理为W0，最佳施氮处理为N3(表2)。

灌水方式和氮肥水平均影响着水稻分蘖数的多寡，同一水分处理下，水稻的株高、分蘖、穗长、穗粒数均随着水稻施氮量的增加呈现低—高—低的变化趋势，且均在N3处理上达到最大值。由此可见，氮肥过量施用会导致穗粒数减少，从而影响水稻的产量。生产中一般认为，水稻的千粒质量受自身的特性决定，是产量构成因素中较为稳定的指标[14]。

根据产量与施氮量的关系，以产量y、施氮量x拟合出产量效应模型，模型如图7所示。灌水条件下：y=-56.922x3+119.38x2-43.094x+58.816，其中r2=0.908 4；节水条件下：y=-38.162x3+78.96x2-23.452x+66.095，其中r2=0.974 0。

灌水条件下，最高施肥量为1.185 g/盆，产量为 80.667 g/盆；节水条件下，最高施肥量为1.210 g/盆，产量为86.004 g/盆。

3 结论与讨论

本研究结果表明，同一灌水方式下，不施氮与施氮量过高均会限制水稻的干物质积累量。供试水稻的干物质积累随水稻生育期的推进，不同水氮组合的变化趋势大致相同。同一施肥条件下，控水处理的干物质积累量基本高于灌水处理。在控水处理中，由于土壤通气状况较好，利于气体更新，促进根呼吸，提高根活性，促进肥料吸收，从而达到促进水稻生长发育、增加干物质质量的作用。

表2 不同灌溉方式对水稻产量构成因素的影响

本试验表明，与淹水模式相比，控水灌溉更有利于水稻的氮积累，这一点与陈星等结果[14]不一致。研究结果不一致可能是由于试验条件差异，如灌溉时间、供试水稻品种、供试土壤以及气候条件不一致等。陈星的研究中，控水灌溉除返青前后灌水，其余生育期均保持无水层，可能导致分蘖期水分不够、灌浆期水分不足，从而影响产量以及氮素营养的吸收[14]。本试验在水稻水分利用关键期如移栽返青期、分蘖期以及扬花灌浆期适当供水，在其他时期进行控水，利于水稻生长。本试验中，各时期同一施氮水平下，W0干物质积累量、氮素积累量、产量以及产量构成因素均高于W1处理，控水灌溉下水稻根系细菌和微生物活动增强，呼吸能力增强，从而使根系吸收土壤和肥料氮的能力增强，此结果与黎光继的研究结果[15]一致。同一水分处理下，水稻的吸氮量随施氮量的增加而增加，达一定水平后不再增加，这一点与曹洪生等的研究结果[16]一致。巨晓棠等研究认为，水氮互作对水稻的生理性状、氮积累量及籽粒产量等的影响达到了显著或极显著水平[17]，本研究也证实，水稻的氮积累量在不同的灌水处理以及施氮处理间差异显著，且两者的交互作用明显。

水稻的产量构成因素是导致水稻产量差异的重要因素，不同水氮组合对产量构成因素的影响很大，籽粒产量表现出低—高—低的变化趋势，W0N3处理最高，充分达到了以肥促水、以水调肥的目的。同一水分处理下，在较低的施氮量处理下，施氮水平对水稻的穗粒数影响也很明显，这一点与柏雪静等的研究结果[18]一致。最优处理W0N3促进根系对水分和氮肥的协同吸收，有利于水稻完熟期体内物质的运转，产量的提高。

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