15N示踪分析节水灌溉下水稻对不同时期氮肥的吸收分配

张忠学 陈 鹏 陈帅宏 郑恩楠 聂堂哲 刘 明

(1.东北农业大学水利与土木工程学院， 哈尔滨 150030； 2.农业部农业水资源高效利用重点实验室， 哈尔滨 150030)

0 引言

水稻是我国主要的粮食作物，种植地域广泛[1]。由于不同地区的农田小气候差异较大，导致节水灌溉后水稻对不同时期氮肥的吸收利用情况有一定的差异，如何选择与之配套的田间氮肥管理技术，保证肥料氮素高效利用是需要考虑的问题之一。错误的氮肥管理方法会导致肥料氮素利用率降低，使未被吸收利用的肥料氮素经径流、淋溶等途径损失，引发农田环境污染[2-4]。因此，在不同水稻种植区，研究节水灌溉下水稻对不同时期肥料氮素的利用情况对区域的水稻氮肥管理具有指导意义。

相关研究表明，水稻生长发育过程中施氮肥的次数超过3次对产量的影响较小[5]，在我国的水稻生产过程中，氮肥通常分为基肥、蘖肥和穗肥3次分施，施氮量的40%～60%作为基肥，20%～30%作为蘖肥，剩余的20%～30%作为穗肥施入。通常情况下，基肥在水稻移栽前施入到稻田土中，蘖肥在移栽后半个月返青期结束后施用，穗肥在水稻倒二叶露尖长到一半时施用。水氮是影响水稻生长发育的两大重要环境因子，近20年来，专家学者对于水稻氮素利用情况进行了深入研究，已有研究表明，传统淹水灌溉下水稻对穗肥的吸收利用率最高，可达54%～80%，基肥和蘖肥的回收利用率分别为9%～22%和17%～34%，并且基肥、蘖肥的用量越大，氮肥的回收利用率越低[6]；在此基础上如何进一步提高肥料氮素利用率一直是农业科学的研究重点之一，目前提高氮肥利用率的研究多集中于改良传统施肥方法，研发新型控释肥料和使用硝化、脲酶抑制剂等方面[7-10]，这些方法在减少稻田氮素损失、提高氮肥利用率上起到了一定的效果，但劳动成本和经济因素在一定程度上阻碍了这些方法在实际生产中的普及应用。通过改善田间水氮管理方法，提高氮肥回收利用率仍是目前水稻生产中使用最广泛的方法[11]。研究表明节水灌溉模式下水稻可以获得不低于传统淹水灌溉的氮素利用率[12]，但此类研究多集中于水稻对生育期内肥料氮素总体利用情况，对节水灌溉下水稻对不同时期肥料氮素的吸收利用及在水稻植株各器官的分配研究较为模糊。

本文以传统淹水灌溉作为对照，采用在田间小区试验中开设15N示踪微区的方法，对传统的总氮肥利用率进行细分，研究不同水氮调控下水稻对基肥、蘖肥和穗肥氮素吸收利用率，以及各期肥料氮素在水稻植株内的积累和分布情况，以期为节水灌溉下精确定量施肥技术应用和提高水稻肥料氮素利用效率提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017年在黑龙江省水稻灌溉试验站进行，该站(127°40′45″E、46°57′28″N)位于庆安县和平镇，是典型的寒地黑土分布区。从水稻移栽到成熟，该地区总降雨量为232 mm，日气温和降雨量变化如图1所示，多年平均水面蒸发量750 mm，作物水热生长期为156～171 d，全年无霜期128 d。气候特征属寒温带大陆性季风气候。供试土壤为黑土型水稻土，种植水稻20 a以上，土壤耕层厚度11.3 cm，犁底层厚度10.5 cm，在移栽和施肥前，对试验小区0～20 cm土层进行5点对角取样后混合，并对其主要土壤理化性质进行分析，土壤粒径0.02～2.0 mm的颗粒占37.3%、0.002～0.02 mm的颗粒占32.3%、粒径小于0.002 mm的颗粒占30.4%，土壤容重1.01 g/cm3，孔隙度61.8%，pH值6.45，耕层土壤(0～20 cm)基础肥力(均为质量比)为：有机质质量比41.8 g/kg、全氮质量比15.06 g/kg、全磷质量比15.23 g/kg、全钾质量比20.11 g/kg、碱解氮质量比198.29 mg/kg、有效磷质量比36.22 mg/kg和速效钾质量比112.06 mg/kg。

图1 水稻生长期内空气温度和降雨量的日变化Fig.1 Daily changes of air temperature and rainfall during rice growth period

1.2 试验设计

1.2.1小区试验

试验采用灌水方式和施氮量2因素全面试验，设置2种灌水方式：控制灌溉(C)、淹水灌溉(F)，水稻控制灌溉模式除水稻返青期田面保持5～25 mm浅薄水层外，其余各生育阶段均不建立水层，以根层的土壤含水率为控制指标确定灌水时间和灌水定额，灌水上限为土壤饱和含水率，分蘖前期、中期、末期、拔节孕穗期、抽穗开花期及乳熟期土壤含水率下限分别为饱和含水率的85%、85%、60%、85%、85%、70%。淹水灌溉除分蘖后期为控制无效分蘖适当排水晒田和黄熟期自然落干以外，其余水稻生育期田面均保持3～5 cm水层。按当地施肥标准设3个施氮水平：N1(85 kg/hm2)、N2(110 kg/hm2)、N3(135 kg/hm2)。共6个处理，每个处理设3次重复，共18个试验小区，每个小区面积100 m2(10 m×10 m)，各小区之间田埂向地下内嵌40 cm深的塑料板，防止各小区间的水氮交换。氮肥按照基肥∶蘖肥∶穗肥比例为4.5∶2∶3.5分施，基肥于水稻移栽前1 d施入，蘖肥于移栽后24 d施入，穗肥于移栽后72 d施入，各处理磷、钾肥用量均一致，施用P2O545 kg/hm2、K2O 80 kg/hm2，磷肥在移栽前一次性施用，钾肥于移栽前和水稻8.5叶龄分2次施用，前后比例为1∶1。试验选用当地的水稻品种“龙庆稻3号”，在充满土壤的育秧盘中将预发芽的种子培育成幼苗，并于2017年5月17日将长势相同的水稻幼苗进行移栽，株距16.67 cm，行距30 cm，每穴定3株，9月20日收割，生育期为126 d，在水稻各生长阶段及时除草，防治病虫害，以免影响水稻养分吸收。

1.2.2微区试验

为了明确不同水氮管理下不同时期施入氮肥的吸收利用及分配情况，在上述试验小区内设置了15N示踪微区(微区内水稻种植模式同试验小区)，每个试验小区内设置1个微区，即单一处理下设置3个微区试验(3个分处理)，试验处理设置详见表1，分处理1(M1)为仅基肥施用15N-尿素，蘖肥和穗肥施用未标记的普通尿素；分处理2(M2)为仅蘖肥施用15N-尿素，基肥和穗肥施用未标记的普通尿素；分处理3(M3)为仅穗肥施用15N-尿素，基肥和蘖肥施用未标记的普通尿素。于稻田整地后和基肥尿素施用前在每个小区内预先埋设1个长1 m、宽1 m、高0.5 m的无底PVC矩形框，将微区埋深及犁底层下(深30 cm)，施用的标记肥料为上海化工研究院生产的丰度为10.22%的15N标记尿素。氮肥、磷肥、钾肥用量及灌溉方式同所在的试验小区，试验微区采用农用小型潜水泵单独排灌，其余田间管理同试验小区。

表1 试验处理设计Tab.1 Design of experimental treatments kg/hm2

注：施肥量代表各处理每公顷施用氮素质量分数为46.4%氮肥的质量，*代表施用的是15N-尿素。

1.3 观测内容与方法

1.3.1干物质量及植株氮含量

于水稻成熟期从每个微区内、外随机选取代表性水稻各3穴，然后用农用压缩喷雾器冲洗干净，并将水稻植株地上部分为茎、叶、穗3部分，装入样品袋，带回实验室，放入干燥箱于105℃、鼓风条件下杀青30 min，然后70℃下干燥至恒质量后称量不同部位的干物质量。称量后的样品使用球磨机进行粉碎处理，过80目筛后混匀，采用H2SO4-H2O2消煮法和AA3型连续流动分析仪(Seal Analytical GmbH, Germany，灵敏度0.001 AUFS)测定各部位全氮含量，剩余样品粉碎过筛后放入样品袋中密封保存。

1.3.2肥料氮素积累量

将密封保存的水稻各器官样品带回实验室进行同位素测定，稳定同位素测试在东北农业大学农业部水资源高效利用重点实验室完成，采用元素分析仪(Flash 2000 HT，Thermo Fisher Scientific，USA)和同位素质谱仪(DELTA V Advantage，Thermo Fisher Scientific，USA)联用方法测定成熟期水稻各器官15N丰度。

不同水氮调控下水稻植株样品中基肥氮素含量为Ndff(b)、蘖肥氮素含量为Ndff(t)、穗肥氮素含量为Ndff(p)，根据YANG等[13]的公式分别计算。

Ndff(b,t,p)=(a-b)/(c-d)×100%

(1)

式中a——微区内植株样品的15N丰度

b——相同水氮处理微区外植株样品中15N丰度

c——15N标记氮料中15N丰度

d——天然15N丰度标准值(0.366 3%)

植株氮素总积累量(NAA)为

PNAA=DMNC

(2)

式中DM——植株干物质量，kg/hm2

NC——植株含氮率，%

植株从基肥(b)、蘖肥(t)、穗肥(p)获得的15N积累量为

N(b,t,p)=PNAANdff(b,t,p)

(3)

植株中来自氮肥的氮素总积累量(TN)为

PTN=N(b)+N(t)+N(p)

(4)

基肥(b)、蘖肥(t)、穗肥(p)及总氮肥(total)回收率为

FNRE(b,t,p,total)=N(b,t,p,total)/NF(b,t,p,total)×100%

(5)

式中FNRE——氮肥回收率，%

NF——各时期施氮量，kg/hm2

1.3.3产量

成熟期各处理取10穴水稻用于考种，考查穗数、穗粒数、结实率和千粒质量，并取2 m2实收计产。

1.4 数据处理和统计分析

图2 不同处理水稻地上部干物质量与产量变化Fig.2 Dynamic trends of dry matter accumulation and grain yield under different treatments

采用SPSS 13.0单因素方差分析及Duncan多重比较方法对相同施氮量下不同灌溉方式之间水稻氮素总积累量及各时期肥料氮素积累量等进行差异性分析及均值比较，并对总氮肥回收率、各时期氮肥回收率与水稻成熟期地上部氮素总积累量中各器官各时期肥料氮素积累量占比进行相关性分析，采用Origin 9.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同水氮调控下水稻产量、干物质积累和氮素在植株中的积累量

由图2可知，稻作控制灌溉模式下施氮量为110 kg/hm2和135 kg/hm2较施氮量为85 kg/hm2的水稻成熟期地上部干物质量增加了13.27%和27.52%；产量增加了19.34%和43.99%。淹水灌溉下施氮量从85 kg/hm2增加至135 kg/hm2，水稻地上部干物质积累量增大了1.32%～6.65%，产量增加了9.66%～34.61%，两种灌溉方式下水稻成熟期地上部干物质积累量与产量均随施氮量的增加而增大，且稻作控制灌溉模式下增幅更优。不同灌溉方式处理间对比显示，稻作控制灌溉模式下水稻成熟期地上部干物质积累量在相同施氮量下较淹水灌溉分别高出1.32%、7.49%、6.65%，产量分别高出14.06%、24.14%、22.01%，表明稻作控制灌溉模式更有利于水稻地上部干物质积累并提高产量，起到节水高产的作用。

不同水氮调控下水稻氮素总积累量为160.22～219.38 kg/hm2，肥料-15N积累量为22.75～48.76 kg/hm2，不同灌溉方式之间成熟期水稻植株氮素总积累量和15N积累量差异显著(P<0.05)，与淹水灌溉相比(图3)，稻作控制灌溉模式水稻在3个施氮水平下均具有较高的植株氮素总积累量和15N积累量，稻作控制灌溉模式下水稻氮素总积累量在相同施氮量下较淹水灌溉分别提高了2.35%、7.90%、3.90%；肥料-15N积累量提高了41.54%、3.26%、1.77%，并且控制灌溉模式下31.82%～36.29%的肥料氮素被植株吸收利用，在相同施氮量下较淹水灌溉提高了1.03%～18.85%；控制灌溉处理下3个施氮水平水稻植株氮素总积累量中肥料-15N占比分别为16.49%、20.53%、22.23%，淹水灌溉处理下分别为14.20%、21.41%、22.86%。研究结果表明，稻作控制灌溉模式有利于水稻的氮素积累，且水稻对肥料氮素的吸收利用情况要显著优于传统淹水灌溉。

图3 不同处理下水稻地上部氮素总积累量、肥料-15N积累量、氮肥回收率和氮素总积累量中肥料-15N百分比变化Fig.3 Dynamic trends of total N and 15N accumulation, fertilizer-N recovery efficiency and percentage of 15N to total N under different treatments

图4 不同处理下水稻基肥-15N积累量、回收率和氮素总积累量中基肥-15N百分比Fig.4 Basal-15N accumulation, basal fertilizer-N recovery efficiency and percentage of basal-15N under different treatments when only basal fertilizer was 15N-labelled urea

2.2 不同水氮调控下水稻对基肥的吸收分配

仅基肥施用15N-尿素时，10.91%～20.05%的基肥氮素被水稻吸收利用(图4b)，不同水氮调控下基肥回收率以及基肥-15N积累量随着施氮量的增加而增大(图4a)，不同施氮水平下稻作控制灌溉处理水稻成熟期基肥-15N积累量约4.17～9.33 kg/hm2，当施氮量为110 kg/hm2和135 kg/hm2时，仅有15.16%和15.36%的基肥被水稻吸收利用。不同灌溉方式处理间对比显示，传统淹水灌溉处理的水稻基肥-15N积累量和基肥回收率在相同施氮量下较稻作控制灌溉处理增加了11.51%和30.56%，研究结果表明控制灌溉处理水稻对基肥的利用率较低。当15N-尿素仅作为基肥施入时，不同水氮管理下水稻植株氮素总积累量来自基肥氮素的百分比随施氮量的增加而增大(图4c)，稻作控制灌溉模式下水稻植株氮素总积累量的2.55%～4.25%来自基肥氮素，基肥氮素在植株氮素积累量的占比显著低于传统淹水灌溉模式下，特别是在施氮量135 kg/hm2时，淹水灌溉处理水稻植株氮素总积累量中基肥氮素的占比较控制灌溉高82.68%。

基肥-15N在水稻植株各器官的分布差异较大，如表2所示，不同施氮水平下稻作控制灌溉模式下水稻植株基肥-15N积累量的9.05%～12.83%分布在叶片中；16.56%～26.35%的基肥-15N分布在茎和鞘中，60.82%～74.40%的基肥-15N分布在穗部，叶片中基肥-15N约占水稻植株氮素总积累量的0.26%～0.49%；茎和鞘约占0.47%～1.00%；穗部约占2.12%～2.44%，与传统淹水灌溉相比，稻作控制灌溉处理水稻各器官基肥氮素的积累量较低。

表2仅基肥施用15N-尿素时成熟期水稻各器官基肥-15N积累量占总氮素积累量的百分比

Tab.2 Percentage of basal-15N in aboveground parts at maturity under different water and nitrogen managementswhen only basal fertilizer-N was 15N-labelled urea %

注：表中同列不同小写字母表示数据在P<0.05水平差异显著，下同。

2.3 不同水氮调控下水稻对蘖肥的吸收分配

当仅蘖肥施用15N-尿素时，成熟期水稻地上部蘖肥-15N积累量随施氮量的增加而增大(图5a)，控制灌溉处理施氮量为135 kg/hm2时，水稻地上部蘖肥-15N积累量最大，为9.41 kg/hm2。不同灌溉方式处理间成熟期水稻蘖肥-15N积累量差异显著(P<0.05)，稻作控制灌溉模式成熟期水稻地上部蘖肥-15N积累量在相同施氮量下较传统淹水灌溉分别提高了54.82%、17.16%、10.20%，且相同施氮量下控制灌溉处理水稻蘖肥-15N回收率显著高于传统淹水灌溉(P<0.05)。研究结果表明，稻作控制灌溉模式有利于水稻对蘖肥氮素的吸收利用，有效提高了蘖肥的回收利用率。

当15N-尿素仅作为蘖肥施入时，成熟期水稻地上部氮素总积累量中约2.53%～4.29%来源于蘖肥氮素，不同水氮管理下水稻植株氮素总积累量来自蘖肥氮素的百分比随施氮量的增加而增大(图5c)，且不同施氮量下稻作控制灌溉模式下水稻地上部氮素总积累量中蘖肥氮素占比显著大于传统淹水灌溉处理。如表3所示，不同水氮处理下成熟期水稻植株中蘖肥-15N在各器官的分布差异显著(P<0.05)，不同施氮水平下稻作控制灌溉处理水稻成熟期蘖肥-15N积累量的9.22%～11.93%分布在水稻叶片中，16.33%～27.8%分布在水稻茎和鞘中，60.23%～74.44%分布在穗部，稻作控制灌溉模式相同施氮量下水稻各器官的蘖肥-15N积累量显著高于传统淹水灌溉。

图5 不同处理下水稻蘖肥-15N积累量、蘖肥-15N回收率和氮素总积累量中蘖肥-15N百分比Fig.5 Tillering-15N accumulation, tillering fertilizer-N recovery efficiency and percentage of tillering-15N under different treatments when only tillering fertilizer was 15N-labelled urea

%

2.4 不同水氮调控下水稻对穗肥的吸收分配

图6 不同处理下水稻穗肥-15N积累量、回收率和氮素总积累量中穗肥-15N百分比Fig.6 Panicle-15N accumulation, panicle fertilizer-N recovery efficiency and percentage of panicle-15N under different treatments when only panicle fertilizer was 15N-labelled urea

当仅穗肥施用15N-尿素时，不同水氮调控下施入的穗肥氮素约49.94%～63.85%被水稻吸收利用，成熟期水稻地上部穗肥-15N的积累量随施氮量增加而增大，稻作控制灌溉模式下当施氮量由85 kg/hm2增加到135 kg/hm2时，成熟期水稻地上部穗肥-15N积累量从16.60 kg/hm2增加到30.02 kg/hm2，穗肥-15N的回收率由55.78%增加到63.54%，不同灌溉方式之间穗肥-15N积累量和穗肥回收率差异显著(P<0.05)，如图6所示，稻作控制灌溉处理成熟期水稻地上部穗肥-15N积累量和穗肥-15N回收率在相同施氮量下较传统淹水灌溉提高了11.70%、4.50%、8.99%。

当15N-尿素仅作为穗肥施入时，成熟期水稻地上部氮素总积累量中约9.27%～13.68%来源于穗肥氮素，不同水氮调控下水稻植株氮素总积累量来自穗肥氮素的百分比随施氮量的增加而增大(图6c)，且不同施氮量下稻作控制灌溉模式下水稻地上部氮素总积累量中穗肥氮素占比显著大于传统淹水灌溉处理。如表4所示，不同水氮处理下成熟期水稻植株中穗肥-15N在各器官的分布差异显著(P<0.05)，不同施氮水平下稻作控制灌溉处理水稻成熟期穗肥-15N积累量的5.77%～7.40%分布在水稻叶片中，12.72%～19.50%分布在水稻茎和鞘中，73.84%～81.51%分布在穗部，稻作控制灌溉模式水稻各器官的穗肥-15N积累量显著高于传统淹水灌溉(P<0.05)。

表4仅穗肥施用15N-尿素时成熟期水稻各器官穗肥-15N积累量占总氮素积累量的百分比

Tab.4 Percentage of panicle-15N in aboveground parts at maturity under different water and nitrogen managementswhen only panicle fertilizer-N was 15N-labelled urea %

2.5 各期氮肥回收率相关性分析

统计分析表明(表5)，FNRE(total)与FNRE(t)(R=0.987，P<0.01)和FNRE(p)(R=0.990，P<0.01)极显著正相关，但FNRE(total)与FNRE(b)的相关性不显著(R=0.724，P>0.05)，且FNRE(total)与t-15N(l)、t-15N(s)、p-15N(l)、p-15N(s)、p-15N(t)显著相关。FNRE(b)和FNRE(p)与氮素总积累量中水稻各器官基肥和穗肥氮素积累量占比均呈显著正相关(P<0.01)，但FNRE(t)仅与t-15N(l)呈显著正相关(R=0.977，P<0.01)，与氮素总积累量中叶和穗部蘖肥氮素占比相关性不显著(P>0.05)。

表5 成熟期水稻各时期氮肥回收率相关系数Tab.5 Correlation coeffient of fertilizer-N efficiency and percentage of accumulated fertilizer-N in total N in aboveground parts at maturity

注：表中b-15N(l)、b-15N(s)、b-15N(t)分别代表植株叶(l)、茎(s)、穗(t)中基肥氮素积累量占植株氮素总积累量的百分比；t-15N(l)、t-15N(s)、t-15N(t)分别代表植株叶(l)、茎(s)、穗(t)中蘖肥氮素积累量占植株氮素总积累量的百分比；p-15N(l)、 p-15N(s)、 p-15N(t)分别代表植株叶(l)、茎(s)、穗(t)中穗肥氮素积累量占植株氮素总积累量的百分比。*表示变量之间在P<0.05水平差异显著，** 表示变量之间在P<0.01水平差异显著。

3 讨论

通常所说的氮肥回收利用率只能单一的表示水稻生长过程中对总体肥料氮素的利用情况，本研究中利用15N示踪技术，分别单独施用带有标记的肥料，研究节水灌溉下基肥、蘖肥和穗肥氮素在水稻植株中的积累和分配，为精确地描述稻作控制灌溉模式下水稻在全生育期内对肥料氮素的回收利用情况提供依据。试验结果表明，稻作控制灌溉模式下不同施氮量处理水稻成熟期地上部氮素总积累量中16.49%～22.23%来自于肥料氮素，且水稻对穗肥的吸收利用率最高(55.78%～63.85%)，显著高于基肥的利用率(10.91%～15.36%)和蘖肥利用率(34.84%～36.90%)，这与林晶晶等[6]的研究结果相近。已有研究表明，一般情况下作物对基肥的吸收利用率不足10%[14]，本试验中控制灌溉模式下水稻对基肥氮素的吸收利用情况要低于传统淹水灌溉模式，这主要是因为控制灌溉模式下水稻返青期后采用无水层的田间管理模式，这一时期节水灌溉管理会在一定程度上抑制水稻的生长，从而使水稻对前期基肥氮素的吸收利用率较低；另一方面，邵东国等[15]利用Hydrus-1D结合一阶动力学方程对节水条件下水稻对氮素的利用情况的研究表明，节水条件下肥料氮素的氨挥发损失是影响氮素利用率的一个重要方面[16-17]，导致水稻对基肥氮素的吸收利用情况要低于传统淹水灌溉模式，除此之外，稻作控制灌溉模式下水稻对蘖肥和穗肥的吸收利用情况均优于淹水灌溉，控制灌溉处理相同施氮量下水稻的蘖肥利用率和穗肥利用率较传统淹水灌溉提高了10.20%～54.82%和18.30%～33.78%，这是由于节水灌溉处理水稻后期的生长有明显的补偿效应[18-19]，且节水灌溉有利于水稻根系的生长发育，有利于水稻对后期肥料氮素的吸收利用[20-21]。因此，推行节水灌溉可以有效提高水稻对肥料氮素的高效利用，从而减少了残留并在土壤中积累的肥料氮素的含量。

本试验中相关性分析表明，氮肥总利用率与蘖肥和穗肥的利用率呈显著正相关，与基肥利用率相关性不显著，这与WANG等[22]的研究结果不完全一致。已有研究表明，未被作物吸收利用而在土壤中积累的肥料氮素已成为土壤、水体和大气污染的重要来源[23-26]，本试验中，虽然稻作控制灌溉模式下水稻总氮肥利用率、蘖肥利用率和穗肥利用率均高于传统淹水灌溉，且总氮肥利用率与基肥利用率相关性不显著，但控制灌溉下水稻对于前期基肥氮素的吸收利用率过低，导致大量基肥氮素残留在稻田土壤中的问题不容忽视，近年来，一些专家学者提出了减少前期基肥和蘖肥的用量并将氮肥后移，增加水稻穗肥施用量的方法，从而提高水稻产量，并减少水稻生长期内肥料氮素的损失[27-28]，但是基肥和蘖肥的施用量对增加水稻分蘖数起着非常重要的作用[29]，如何在不影响水稻前期生长发育的基础上因地制宜地减少基肥的施用量有待于进一步研究。另一方面，当水稻穗肥施用量超过一定阈值时，水稻的产量以及稻米的品质随着穗肥施用量的增加而降低[30-32]，孙永健等[33]利用13C和15N双同位素示踪方法研究了不同氮肥后移比例对水稻氮素吸收代谢的影响，发现随着氮肥后移比例的增加氮素利用效率显著下降。综上所述，氮肥后移是一个有效降低节水灌溉下基肥氮素损失过大的方法，但需综合考虑多方面因素，需进一步研究。本试验采用15N示踪方法量化了控制灌溉下水稻对各期肥料氮素的吸收利用情况，为基蘖穗肥的定量计算提供了相关参数，为确定适宜的氮肥施用比例并进一步提高节水灌溉下水稻的肥料氮素吸收利用率提供依据。

4 结论

(1)不同灌溉方式下水稻成熟期地上部干物质积累量、氮素积累量和产量均随施氮量的增加而增大，稻作控制灌溉模式下水稻成熟期地上部干物质积累量在相同施氮量下较淹水灌溉分别提高了1.32%、7.49%、6.65%；氮素总积累量提高了2.35%、7.90%、3.90%；产量分别提高了14.06%、24.14%、22.01%，且随着施氮量的增加控制灌溉下水稻干物质积累量和产量的增幅更优，表明控制灌溉模式有利于水稻氮素及干物质的积累并提高产量。

(2)不同施氮量下控制灌溉处理水稻的基肥利用率为10.91%～15.36%；蘖肥利用率为34.84%～36.90%；穗肥利用率为55.78%～63.85%，不同水氮处理下不同时期肥料氮素在成熟期水稻植株各器官的积累量由大到小均表现为穗、茎、叶，稻作控制灌溉模式下除水稻基肥利用率较淹水灌溉低外，水稻对蘖肥和穗肥的利用率均显著高于淹水灌溉，且水稻对肥料总氮素利用率较传统淹水灌溉提高了1.03%～18.85%，稻作控制灌溉模式提高了水稻对肥料氮素的吸收利用率，有效降低了未被水稻吸收利用的肥料氮素在农田环境中的残留量，实现了“高效、减排”的目标。

(3)相关性分析表明，稻作控制灌溉模式下水稻肥料总氮素利用率与蘖肥利用率和穗肥利用率呈极显著正相关，与基肥的利用率相关性不显著，穗肥的利用率与氮素总积累量中穗肥氮素在水稻叶、茎和穗部积累量占比均呈显著正相关；蘖肥的利用率仅与氮素总积累量中蘖肥氮素在水稻茎部积累量占比呈显著正相关。

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