不同灌溉方式及施氮量对水稻生长和氮素利用效率的影响

王肖娟 陈林王永强 李丽 朱江艳 赵双玲 刘小武 李高华

（1新疆天业（集团）有限公司/新疆天业农业高新技术有限公司，新疆石河子832003；第一作者：wangxiaojuangjq@sina.com；*通讯作者：cl1030@sohu.com）

不同灌溉方式及施氮量对水稻生长和氮素利用效率的影响

王肖娟 陈林*王永强 李丽 朱江艳 赵双玲 刘小武 李高华

（1新疆天业（集团）有限公司/新疆天业农业高新技术有限公司，新疆石河子832003；第一作者：wangxiaojuangjq@sina.com；*通讯作者：cl1030@sohu.com）

以T-43为材料开展田间小区试验，研究不同灌溉方式及施氮量对水稻干物质积累量及分配率、氮素积累、氮素利用效率及产量的影响。结果表明，淹灌处理水稻干物质积累量和氮素积累量显著大于膜下滴灌处理；施用氮肥显著提高了水稻的氮素积累量，水稻产量在施氮量为480 kg/hm2时最大；与淹灌处理相比，滴灌处理的水稻产量降低了19.02%，氮肥利用率提高了1.92个百分点，水分利用效率提高了0.21 kg/m3（105%）。

水稻；施氮量；膜下滴灌；氮素利用效率

水稻是我国乃至世界上重要的粮食作物，在我国粮食生产和消费中处于主导地位[1]，同时也是耗水量最多的农作物，其耗水量占全国总用水量的54%左右，占农业总用水量的65%以上[2]。因此，水分和肥料是影响水稻生长发育的主要限制因子[3-4]。在传统的淹水稻作栽培模式中，常采用“大水大肥”的水肥管理模式，水稻移栽后生长旺盛，后期易贪青，不仅造成了严重的水资源浪费，而且由于土壤渗漏、地表径流、氮素挥发等，会造成肥料利用率低、增加生产成本和生态环境恶化等一系列问题[5-6]。而膜下滴灌水稻节水栽培技术是将水稻栽培与膜下滴灌技术结合起来的一种栽培方法，突破了传统的“水作”种植方式，整个水稻生育期不建立水层，土壤含水量显著降低，不起垄，并采用机械直播技术，达到节水、省地、全程机械化作业的效果[7]。目前旱作水稻生产上仍沿袭水作水稻的施肥模式，膜下滴灌水稻栽培作为一种新型的水稻旱作栽培技术，其吸氮特性、干物质积累及分配特性尚不清楚。因此，在大田条件下，以传统淹水水稻作为对照，研究不同施肥量条件下膜下滴灌水稻干物质积累、氮素吸收和分配、氮素利用效率的差异，阐明膜下滴灌水稻养分积累规律，以期为膜下滴灌水稻栽培技术的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2015年4-11月作物生长期间在石河子市新疆天业集团农业研究所（44°26.5′N，86°01′E）进行。供试水稻材料为T-43。试验地土壤质地为砂壤土。土壤基础养分为：pH值7.9，有机质24.57 mg/kg，碱解氮70.93 mg/kg，速效钾340.45mg/kg，速效磷24.03mg/kg。前茬作物为水稻。

1.2 试验设计与田间管理

田间试验采用裂区设计，设置灌溉模式和氮肥水平2个因素，以灌溉模式（I）为主因素，施氮量（N）为副因素。灌溉模式为膜下滴灌处理（D）和常规淹灌处理（F），纯氮量（尿素，含N量46%）处理均设5个氮肥水平，分别为0（N0）、210（N210）、300（N300）、390（N390）、480（N480）kg/hm2。磷、钾肥全部基施，用量分别为P2O5210 kg/hm2（重过磷酸钙，含P2O546%）、K2O 180 kg/hm2（硫酸钾，含K2O 51%）。氮肥运筹方式：10%氮肥作为基肥于播前施入、15%氮肥在3叶1心期追施、30%氮肥在分蘖中期追施、35%氮肥在拔节孕穗期追施、10%氮肥在开花期追施。

膜下滴灌处理：膜宽为1.6 m，行距配置10-30-10-30-10-30-10-45 cm，株距10 cm，每hm245万丛稻株，每丛点播7~9粒，播深2~3 cm。3叶期，移除弱苗和病苗，每丛保留6~7株。膜下滴灌水稻采用干播湿出的方法，2015年4月27日进行人工点播。整个生育期灌水量为（1.20~1.35）×104m3/hm2。

常规淹灌处理：在旱作处理播种当天进行旱育秧，秧龄21 d时移栽至淹水田，株行距10 cm×25 cm，每丛5株（种植密度参照新疆传统淹灌水稻高产栽培模式），在3叶期时开始实行淹水栽培，保持水层4~5 cm左右。至收获前2周停止灌溉。整个生育期耗水量约为3.00×104m3/hm2。每处理重复3次，每小区面积为72 m2，随机区组排列。滴灌处理与淹灌处理中间设一隔离小区。

表1 不同灌溉方式及施氮量对水稻各器官干物质积累量及分配率的影响

1.3 测定项目和分析方法

1.3.1 植株样品采集与干物质、氮素吸收量的测定

在水稻成熟期随机选取具有代表性的连续5丛稻株，分别按根、茎、叶、穗器官分开装袋并置于烘箱内于105℃杀青30 min，然后调至70℃烘至恒质量。烘干的植株样品经粉碎，过0.5 mm筛备用。植株样品用H2SO4-H2O2消煮，在BUCHI-350全自动定氮仪上测定植株不同部位的全氮含量。

1.3.2 产量及产量构成测定

在水稻收获前3 d，随机取样测产，取样面积为6.0 m2。同时每个小区随机选取连续9丛稻株进行考种。

1.4 数据处理与统计分析

试验数据采用Excel 2003进行整理，用SPSS 17.0软件进行方差分析，多重比较采用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式及施氮量对水稻干物质积累及分配的影响

从表1可见，灌溉方式与施氮量对水稻干物质积累的影响均达到极显著水平，且施氮量对水稻各器官以及整株干物质积累量的影响显著高于灌溉方式的影响；从灌溉方式与施氮量的交互作用来看，灌溉方式与施氮量对穗以及整株干物质积累的影响均存在显著互作效应。淹灌处理的水稻整株干物质积累量、叶、茎、根以及穗干物质积累量显著高于滴灌处理，增长率分别为3.13%、3.00%、3.35%、1.38%、3.23%。滴灌处理和淹灌处理各器官干物质积累量的大小顺序为穗＞叶＞茎＞根。

在不同灌溉方式下，与不施氮肥处理（N0）相比，施氮处理显著增加了水稻各器官干物质积累量，表明施用氮肥促进了水稻各器官干物质的积累（表1）。当氮肥用量由390 kg/hm2增加到480 kg/hm2时，叶、茎、穗、根、整株的干物质积累量的增加幅度降低，除穗、根增加未达到显著水平外，其他器官干物质积累量均达到显著水平，表明过多的氮肥投入提高了营养器官的干物质积累，但对生殖器官的形成并没有显著影响，同时，过量施氮对地上部的促进作用大于地下部。

2.2 不同灌溉方式及施氮量对氮素利用率的影响

由表2可见，不同灌溉方式对水稻氮素积累总量、氮肥吸收利用率、氮素干物质生产效率、氮素稻谷生产效率、氮肥农学利用率、氮肥生理利用率、氮肥偏生产力有显著或极显著影响。与淹灌处理相比，滴灌处理氮肥吸收利用率提高了1.92个百分点，差异达极显著水平；氮素干物质生产效率增加了8.14%，差异达显著水平；氮肥农学利用率增加2.85 kg/kg，差异达极显著水平；氮肥生理利用率提高了64.31%，差异达极显著水平；氮素积累总量低了9.09%，氮素稻谷生产效率减少了2.14 kg/kg，氮肥偏生产力减少了3.12 kg/kg。

表2 不同灌溉模式及施氮量下氮素利用效率差异

表3 不同处理产量及其产量构成因素的差异

从表2可见，氮素积累总量、氮肥农学利用率随着施氮量的增加而增加，当施氮量达到480 kg/hm2时，氮素积累总量、氮肥农学利用率也达到最大值；氮肥吸收利用率在施氮量为390 kg/hm2时最高，氮肥偏生产力随着施氮量的增加而减小，且差异达到显著性水平，过量施氮会导致较低的氮肥偏生产力；在一定的施氮量范围内，施用氮肥可以提高水稻的氮素生理利用率，但当超过了最佳施氮量后，氮素生理利用率又会逐渐降低。灌溉方式与施氮量互作效应对氮素积累总量、氮肥利用率、氮素干物质生产效率、氮素稻谷生产效率、氮肥生理利用率及偏生产力也有显著影响。

2.3 不同灌溉方式及施氮量对水稻产量及其构成因素的影响

由表3可见，灌溉方式与施氮量对水稻产量及其构成因素的影响均达极显著水平，且灌溉方式对每穗粒数、结实率、水分利用效率及最终产量的影响均显著高于施氮量的影响。与淹灌处理相比，滴灌处理的每穗粒数、结实率及最终产量极显著低于淹灌处理，其中每穗粒数低16.15%，结实率低5.93个百分点，产量低19.02%。但滴灌处理水分利用效率极显著高于淹灌处理。

从表3还可以看出，灌溉方式与施氮量对有效穗数、每穗粒数、结实率、水分利用效率及产量均存在显著或极显著的互作效应；与不施氮处理（N0）相比，施氮能显著提高水稻产量；水稻的有效穗数随着氮肥水平的提高而增大；在不同施氮量下，随着施氮量的增加，每穗粒数、结实率均呈上升的趋势；与不施氮处理（N0）相比，施氮处理的千粒重和水分利用效率明显提高。

3 结论与讨论

3.1 膜下滴灌水稻栽培技术具有节水的作用

水稻是农业淡水资源消耗量最大的农作物，约有70%的农业用水用在了水稻生产中[8]。对于干旱区域而言，以新疆为例，水稻生育期内的蒸散量为1 200mm，降雨量不足170mm，水稻常规淹水栽培的总耗水量高达3 000mm，水分利用效率仅为0.2~0.3 kg/m3[9]，水稻生产将面临淡水资源亏缺带来的极大压力，而滴灌被公认为是一项高效的作物节水栽培技术。膜下滴灌水稻节水栽培技术是将水稻栽培与膜下滴灌技术相结合，突破了水稻种植的“水作”传统，比传统淹灌水稻种植节水55.0%[10-11]，究其原因可能主要是因为覆膜处理降低了地表蒸散量[12-13]，且覆膜能够起到增温效应，以及滴灌较漫灌处理能更进一步降低水分渗漏量[14]。因此，膜下滴灌水稻栽培模式适用于干旱冷凉区域。

3.2 膜下滴灌水稻栽培技术具有节肥作用

由于滴灌仅对作物进行局部灌溉，滴灌施肥可将肥料随水均匀准确地滴入作物根系土层中，并做到少量多次，实现水肥同步，有效避免了水肥流失[10]，从而减少氮肥施用量。本研究中膜下滴灌水稻处理氮肥利用率比淹灌处理提高了1.92个百分点，减少了化肥对环境的污染，这也是膜下滴灌水稻提高水、肥利用率的机理。

[1]虞国平.水稻在我国粮食安全中的战略地位分析[D].北京：中国农业科学院，2009.

[2]汪德水.干旱地区水肥控制技术与理论[M].北京：中国农业科技出版社，1995：3-50.

[3]Howell T A.Enhancingwater use efficiency in irrigated agriculture [J].Agron J,2001,93:281-289.

[4]Gan Y T,Lafond GP,MayW E.Grain yield and water use:Relative performance of winter vs.spring cereals in east-central saskatchewan[J].Can JPlantSci,2000,80:533-541.

[5]LinquistB,Sengxua P.Efficientand flexiblemanagementofnitrogen for rainfed lowland rice[J].Nutr Cycl Agroecosys,2003,67:107-115.

[6]杨淑莉，朱安宁，张佳宝，等.不同施氮量和施氮方式下田间氨挥发损失及其影响因素[J].干旱区研究，2010，27（3）：415-421.

[7]郭庆人，陈林.膜下滴灌栽培技术在我国发展的优势及前景分析[J].中国稻米，2012，18（4）：36-39.

[8]吴普特，冯浩，牛文全，等.中国用水结构发展态势与节水对策分析[J].农业工程学报，2003，19（1）：1-6.

[9]何海兵.水分调控对膜下滴灌水稻生长发育及产量形成的影响[D].石河子：石河子大学，2014.

[10]郭庆人.膜下滴灌水稻栽培技术对降低甲烷气体排放以及化肥、农药施用污染的探讨[J].作物研究，2012，26（3）：278-281.

[11]陈林，郭庆人.膜下滴灌水稻栽培技术的形成与发展[J].作物研究，2012，26（5）：587-588.

[12]Bouman BAM,Peng S,Castaneda A R,etal.Yield and water useof irrigated tropicalaerobic rice systems[J].AgricWaterManage,2005, 74（2）:87-105.

[13]Qin JT,Hu F,Li H,et al.Effects of non-flooded cultivation with straw mulching on rice agronomic traits and water use efficiency[J]. Rice Sci,2006,13（1）:59-66.

[14]王肖娟，危常州，张君，等.灌溉方式和施氮量对棉花生长及氮素利用效率的影响[J].棉花学报，2012，24（6）：554-561.

Effects of Irrigation M ethods and Different N App lication Rate on Grow th and Nitrogen Use Efficiency of Rice

WANG Xiaojuan1,2,CHEN Lin1,2*,WANG Yongqiang1,2,LILi1,2,ZHU Jiangyan1,2,ZHAO Shuangling1,2,LIU Xiaowu1,2,LIGaohua1,2
（Xinjiang Tianye（Group）Co.Ltd./Xinjiang Tianye Agricultural High-tech Co.Ltd.,Shihezi,Xinjiang 832003,China;1st author:wangxiaojuangjq@sina.com;*Corresponding author:cl1030@sohu.com）

Effects of different irrigationmethods（drip irrigation and flood irrigation）and N application rate on drymatter accumulation and distribution,nitrogen accumulation,nitrogen use efficiency and grain yield of rice were studied with T-43 asmaterial by field experiment.The results showed that the dry matter accumulation and nitrogen accumulation of flood irrigation treatment were significantly increased compared with the drip irrigation treatment.Application of nitrogen fertilizer significantly increased the nitrogen accumulation of rice,and reached themaximum yield atnitrogen fertilizer application rate is 480 kg/hm2.Compared with flood irrigation, the yield of drip irrigation decreased by 19.02%,nitrogen utilization rate increased by 1.92 percentage points and water use efficiency was increased by 0.21 kg/m3（105%）.

rice;nitrogen application rate;drip irrigation with plastic film mulch;nitrogen use efficiency

S511.062

：A

：1006-8082（2017）03-0088-04

2016－12－18

新疆生产建设兵团博士资金专项（2014BB011）；中小企业创新基金（14C26216513802）；石河子市科技基础条件平台建设计划