盐胁迫下缓释肥和氮减量对水稻生长、产量及土壤特性的影响

张 蛟，崔士友，翟彩娇，陈澎军，韩继军

(1.江苏沿江地区农业科学研究所，江苏南通 226012；2.江苏省有色金属华东地质勘查局/地球化学勘查与海洋地质调查研究院，江苏南京 210007)

“农稳社稷，粮安天下”，粮食安全是国家安全的重要组成部分，是事关国计和社会稳定的首要问题[1-2]。据报道，2050年我国将出现较大的粮食缺口，自给率仅达到87.56%，到2050年需要增加 1 800万hm2耕地才可实现粮食完全自给[2]。在确保中国粮食安全的大背景下，边际土地的开发利用成为人们关注的热点[3-4]。水稻是我国三大粮食作物之一，由于其特殊的栽培方式，常常作为沿海滩涂盐碱地改良的首选粮食作物[5-6]。滩涂盐碱地种植水稻能降低稻田土壤盐分、改善土壤质量、提高土壤肥力，是开发利用滩涂土地资源的主要技术之一[7-9]。

氮肥是水稻生产中最重要的肥料，是影响水稻生长发育最敏感的因素之一[10]，对提高水稻产量发挥着重要作用[11]。盐胁迫下氮素吸收量减少可能是导致水稻生长减缓的原因之一[10]。然而，过量的氮肥投入并不能保证水稻进一步增产，还会降低肥料利用效率，造成资源浪费和生产成本增加，加剧农业面源污染[12-13]。缓/控释肥作为一种新型肥料，有利于水稻生育后期土壤氮素供应，有效增加水稻叶片叶绿素含量，提高水稻生育后期的光合功能，延缓叶片衰老，促进水稻花后的干物质生产[14-15]，可以在不减产甚至增产的前提下减少氮肥用量20%～30%[16-17]，可提高肥料利用率，减少施肥次数，降低劳动成本，具有较好的经济和环境效益[18-21]。目前，盐碱地水稻生产中有关缓/控释肥对水稻生长发育、产量及其构成因素的影响报道不多。本研究采用盆栽试验模拟滩涂水稻种植，选用有机缓释水稻专用肥和常规尿素施肥，研究缓释肥及氮肥减量对盐胁迫下水稻生长、产量及其构成因素的影响，并分析肥料的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力等，明确施肥管理对盐碱地水稻的增产增效特点，将为滩涂盐碱地水稻高产高效栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年6—11月在江苏沿江地区农业科学研究所进行。盆栽试验土壤为沿海滩涂围垦40年以上的农田种植土壤，土样采集后除去杂物、晾干、粉碎、混匀后备用。供试土壤有机质含量为7.36 g/kg，全氮含量0.68 g/kg，pH值8.52，电导率0.15 dS/m，碱解氮含量44.23 mg/kg，有效磷含量11.27 mg/kg，速效钾含量72.00 mg/kg。供试水稻品种为南粳5055，供试肥料为有机缓释水稻专用肥(万里神农好乐耕缓释肥料，N含量≥18%，P2O5含量≥5%，K2O含量≥10%，有机质含量≥15%)；普通尿素(N含量≥46%)；磷肥(过磷酸钙，P2O5含量≥12.0%)；钾肥(氯化钾，K2O含量≥60%)。

1.2 试验设计

盆栽所用塑料桶直径30.0 cm，高32.8 cm，每盆装土15 kg，试验设置2个盐分水平和5个氮肥处理，完全方案设计，共10个处理，每个处理重复8次，共80盆，随机区组排列。盐分处理分别为S0(0 g/kg)和S1(1.5 g/kg)，根据试验设计的土壤盐分含量0.15%、0.30%和土的质量来计算NaCl海盐的质量，把干盐溶解到水中，然后将盐溶液均匀拌入各塑料桶中，并加水浸泡3次使土壤中的盐分均匀分布。氮肥处理分别为CF(常规施肥，270 kg N/hm2)、FS(有机缓释水稻专用肥，270 kg N/hm2)、FSA(有机缓释水稻专用肥减氮10%，243 kg N/hm2)、FSB(有机缓释水稻专用肥减氮20%，216 kg N/hm2)、CK(不施氮肥，0 kg N/hm2)。CF处理氮肥运筹为基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶2∶4，分蘖肥分别在移栽后7 d和14 d等量施入，穗肥分别在倒4叶龄和倒2叶龄期等量施入；FS、FSA和FSB处理均采用缓释肥一次性全量基施+穗期施入尿素施肥方式，氮肥运筹为基肥∶穗肥=6∶4，穗肥分别在倒4叶龄和倒2叶龄期等量施入。各施肥处理的钾肥、磷肥施用量相同，折算为施用磷肥(P2O5)120 kg/hm2，钾肥(K2O)180 kg/hm2。磷肥作为基肥一次性全量施入，钾肥分基肥和穗肥2次等量施入。水稻于6月6日落谷，6月28日移栽，每盆3穴，每穴3棵苗，10月26日收获。盆栽实施精细化管理，及时防治病虫草害。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 水稻生长指标及产量测定 每处理选取水稻长势较一致4盆12穴作为定点调查对象，于移栽后每隔7 d调查茎蘖数直至分蘖停止发生，计算成穗率。成熟期测定株高，同时每处理选取整体长势较一致的3盆，取样测定穂质量、地上生物量、有效穗数、每穗粒数、实粒数、空瘪粒数、结实率和千粒质量等，同时测定稻谷水分含量，按照标准含水量14.5%计算稻谷产量。成穗率=每盆有效穗数/每盆最高苗(分蘖)数×100%。

1.3.2 氮肥利用率指标 氮肥农学利用率：施氮肥区与不施氮肥区稻谷产量之差与施氮水平之比，即单位施氮量的产量增加量。氮肥农学利用率(NAE)[16]=[施氮区产量(kg/hm2)-不施氮区产量(kg/hm2)]/施氮量(kg/hm2)，kg/kg。氮肥偏生产力：施氮肥区水稻产量与氮肥施用量的比值。氮肥偏生产力(NPFP)[22]=施氮处理产量(kg/hm2)/施氮量(kg/hm2)，kg/kg。

1.3.3 土壤样品测定 水稻收获后，每个处理取3盆采集土壤样品，测定土壤基本理化性质，测定方法具体按照土壤农化分析常规方法进行。

1.4 数据处理与统计分析

采用Excel 2010和DPS 7.05软件进行试验数据处理与分析，采用LSD多重比较法对不同盐分水平下，各水稻产量及其构成因素进行显著性检验和相关性分析，显著水平设定为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下不同氮肥处理对水稻茎蘖动态和成穗率的影响

由图1和图2可知，盐分处理和氮肥处理对水稻茎蘖增长动态和成穗率有明显影响。与S0条件相比，在S1条件下常规施肥(CF)处理、有机缓释水稻专用肥(FS)处理、有机缓释水稻专用肥氮肥减量10%(FSA)处理和有机缓释水稻专用肥氮肥减量10%(FSB)处理的最大茎蘖数分别平均减少了11.86%、17.39%、14.14%和8.43%，然而CK在S1条件下最大茎蘖数增加了14.29%；同时，在S1条件下各氮肥处理的水稻达到分蘖盛期的时间相比S0条件下晚10～14 d(图1)；与S0条件相比，CK在S1条件下水稻成穗率显著降低(P<0.05)，但氮肥处理(CF、FS、FSA和FSB)均没有显著差异。各氮肥处理间，S0和S1条件下FS处理的最大茎蘖数最高，水稻的茎蘖成穗率表现为S0条件下CF处理最高，且CF处理与CK、FS、FSA处理间没有显著差异；水稻成穗率在S1条件下表现为FS处理最高，且CF、FS、FSA和FSB处理均显著高于CK。可以看出，不施氮肥下盐胁迫对水稻茎蘖成穗率有明显不利影响，且合理的施肥可以有效缓解盐胁迫对水稻茎蘖成穗率的不利影响。

2.2 盐胁迫下不同氮肥处理对水稻生长、产量及其构成因素的影响

由表1可知，盐分处理对水稻株高、生物量、穗数、每穗粒数、千粒质量和产量均有显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的影响。与S0条件相比，在S1条件下CF、FS、FSA和FSB处理的水稻株高、生物量、穗数、每穗粒数、千粒质量及产量均显著降低，且水稻株高分别降低了7.88%、10.36%、11.93%和13.98%，生物量分别降低了19.53%、19.36%、22.30%和23.05%，穗数分别减少了13.71%、16.15%、16.80%和9.17%，每穗粒数分别减少了9.32%、10.73%、9.75%和15.17%，千粒质量分别降低了2.13%、6.57%、7.24%和7.91%，产量分别减少了18.98%、18.21%、18.19%和22.86%；同时，CK在S1条件下的水稻株高、生物量、每盆穗数、产量与在S0条件下相比均没有显著差异，穗粒数和千粒质量分别减少了12.30%和7.70%。从表1还可以看出，施肥处理对水稻株高、生物量、收获指数、每盆穗数、每穗粒数、千粒质量、结实率和产量均有极显著影响。在S0和S1条件下，CF、FS、FSA和FSB处理的水稻株高、生物量、收获指数、穗数、每穗粒数、千粒质量、结实率及产量与CK相比均显著提高；同时，S0条件下的每穗粒数和产量在CF、FS、FSA和FSB处理之间均没有显著差异，S1条件下每穗粒数和产量表现为CF、FS、FSA处理均显著高于FSB处理。同时，在等氮施肥条件下，水稻穗粒数和产量在CF处理和FS处理间没有显著差异；在化肥氮减量条件下，氮肥减量20%(FSB)处理的水稻每穗粒数和产量较FS和CF处理均显著降低，而氮肥减量10%(FSA)处理与FS和CF处理没有显著差异。方差分析结果显示，土壤盐分和氮肥处理在株高、生物量、穗数、千粒质量和产量方面均表现出显著或极显著的互作效应。

表1 盐胁迫下不同氮肥处理对水稻生长、产量及其构成因素的影响

2.3 盐胁迫下不同氮肥处理对氮素农学利用率和氮肥偏生产力的影响

由表2可知，盐分处理对氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均有极显著影响。与S0条件相比，在S1条件下CF、FS、FSA和FSB处理的氮肥农学利用率分别显著降低了32.08%、30.70%、30.85%和38.71%，氮肥偏生产力分别显著降低了18.98%、18.22%、18.20%和22.87%。不同氮肥处理下，在S0条件下FSA和FSB处理的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均显著高于CF和FS处理，且氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均表现为FSB处理最高，FSA处理次之；在S1条件下FSA和FSB处理的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均高于CF和FS处理，且氮肥农学利用率表现为FSA处理最高，FSB处理次之，氮肥偏生产力表现为FSB处理最高，FSA处理次之。可见，盐胁迫下同等肥力条件下FS处理比CF处理肥料利用率更好，且化肥氮减量条件下，氮减量10%和氮减量20%均有助于提高化肥利用效率。

表2 盐胁迫下不同氮肥处理对氮素农学利用率和氮肥偏生产力的影响

2.4 盐胁迫下不同氮肥处理对土壤理化性质的影响

由表3可知，盆栽试验条件下，盐分处理对稻田土壤pH值、电导率(EC)、有效磷含量、速效钾含量均有显著或极显著影响。与S0条件相比，在S1条件下CK、CF、FS、FSA和FSB处理的EC分别显著增加了119.05%、61.36%、90.00%、69.23%和63.41%，有效磷含量分别减少了15.85%、16.36%、16.28%、11.69%和13.21%，速效钾含量分别增加了7.85%、43.01%、53.89%、30.96%、44.24%。就不同氮肥处理间而言，施肥处理对土壤pH值、电导率、有效磷含量、速效钾含量和有机碳含量均有显著影响。与CK相比，CF、FS、FSA和FSB处理在S0条件下的有效磷含量分别增加了23.44%、27.37%、23.98%和13.82%，在S1条件下分别增加了22.71%、26.73%、30.11%和17.39%；CF、FS、FSA和FSB处理在S0条件下EC分别显著增加了109.52%、90.48%、85.71%和95.24%，在S1条件下分别显著增加了54.35%、65.22%、43.48%和45.65%；CF、FS、FSA和FSB处理在S0条件下速效钾含量没有显著的变化，但在S1条件下分别显著增加了22.60%、39.57%、26.05%和31.53%；在S0和S1条件下各施氮肥处理pH值均显著低于CK，各施肥处理的有机碳含量均有不同程度的提高。另外，盐分和施肥处理对全氮含量和水溶性有机碳含量没有显著影响。

表3 盐胁迫下不同氮肥处理对土壤基本理化性质的影响

3 讨论与结论

水稻是不仅是重要的粮食作物，也是盐碱地改良利用的先锋作物[7-9]。大量研究表明，盐分胁迫会严重影响水稻的生长发育进程，造成水稻株高下降，分蘖发生速率减慢，高峰期分蘖数和茎蘖成穗率明显降低，抑制水稻单位面积穗数、穗粒数、千粒质量增加，导致产量降低，但造成产量下降的主要原因却有所差异[8，10，23-25]。杨福等在吉林盐碱地的研究发现，盐碱环境对水稻单位面积的有效穗数影响不显著，但盐碱环境使水稻每穗实粒数显著减少，千粒质量减轻，从而降低了水稻的产量[26]。周根友等利用盐池设施研究了盐胁迫对不同品种水稻产量的影响，结果表明，盐逆境下水稻单位面积穗数略有下降，每穗粒数和千粒质量则显著下降，其中每穗粒数降幅达49.1%，是盐逆境下水稻减产的主导因素[24]。韦还和等在盆栽模拟不同盐分水平下种稻的研究表明，中盐(0.15%)和高盐(0.30%)处理的产量降幅分别为 23.7%和 56.7%，且中盐条件下的穗数、每穗粒数和千粒质量分别下降6.4%、14.8%和4.8%，高盐条件下则分别下降18.8%、36.0%和11.0%，说明每穗粒数是盐逆境下水稻减产的主导原因[25]。本研究发现，与无盐条件相比，盐胁迫S1条件下施氮肥处理的水稻最大分蘖数、株高和地上部生物量均显著降低，但不施氮肥处理水稻株高和生物量没有明显差异，而最大分蘖数还有所增加；同时，本研究也发现，在盐胁迫S1条件下，水稻达到分蘖盛期的时间较无盐条件S0滞后10～14 d；另外，本研究中产量及其构成因素而言，与S0条件相比，盐胁迫下施肥处理的穗数、每穗粒数、千粒质量及产量均显著降低，而不施氮肥处理下穗数和产量没有明显差异，然而每穗粒数和千粒质量显著降低，以上这些与前人的研究结果[10，24-25]相似。可见，盐分胁迫下施用氮肥处理和不施氮肥处理间的水稻生长发育、产量及其构成因素指标均表现出明显的差异，水稻的产量不仅仅受到盐分胁迫的影响，还会受到施肥量、施肥方式等的影响[27]。

以往的研究表明，施用缓控释肥是缓解我国水稻生产中施氮量高、氮肥利用率低的有效措施，且缓控释肥施用量、施肥方式及组配均会对水稻产量造成诸多影响[28]。曾建华等的研究表明，与常规施肥处理相比，等养分控释掺混肥水稻产量增加了7.1%，氮肥减量10%能够保证水稻产量，而减量20%时水稻有明显减产[29]。黄思怡等在双季稻种植试验中发现，与常规施肥相比，控释尿素在减氮10%～20%条件下，仍可保证水稻产量甚至增产[30]。本研究也表明，与常规施肥处理相比，盐胁迫下施用有机缓释肥等氮肥和减氮10%条件下，水稻产量和每穗粒数均有一定程度提高，但未达到显著差异水平，而减氮20%条件下水稻产量和每穗粒数均有显著降低。说明盐胁迫下有机缓释肥专用肥在减氮10%条件下可以保证水稻的正常产量，减氮20%会有明显减产现象，这与前人的结果[29]相似。

缓控释肥可以根据作物不同生育期需肥特点进行配方设计和控制释放，在生长关键阶段持续提供营养物质，促进作物生长发育，利于高产[31]。氮肥农学利用率和氮肥偏生产力是衡量氮素利用效率的重要指标，可以一定程度反映肥料投入与作物产量输出的关系[17，22，32]。本研究中，与S0条件相比，在盐胁迫S1条件下CF、FS、FSA和FSB处理的氮肥农学利用率分别显著降低了32.08%、30.70%、30.85%和38.71%，氮肥偏生产力分别显著降低了18.98%、18.22%、18.20%和22.87%；同时，盐胁迫下同等肥力条件下有机缓释肥处理的肥料利用率比常规施肥处理更高，且化肥氮减量条件下，缓释肥氮减量10%和氮减量20%均有助于提高氮肥利用率和氮肥偏生产力。王小燕等的研究也有类似的结果，他们发现施用掺混尿素比施用常规尿素可显著提高水稻籽粒产量和氮肥偏生产力[22]。由此可见，盐胁迫下施用有机缓释肥在减氮10%条件下可以保证常规施氮量时水稻的正常产量，可能要归因于施用有机缓释肥提高了氮肥的农学利用率和氮肥偏生产力，至少氮肥利用率改变是部分原因。同时考虑到施用缓释肥采用“基肥+穗肥”一基一追的模式，相比常规施肥“基肥+蘖肥(2次)+穗肥(2次)”的多次施肥模式，在保证水稻产量基础上减少缓释肥用量可以兼顾节氮省工省力的多重效益。另外需要注意，盐胁迫下施用化肥处理均会对土壤盐分积累有一定的促进作用(表3)。因此，今后在滩涂盐碱地种植水稻或其他作物时，合理施用缓释肥并配施有机肥或通过绿肥轮作等方式可能是缓解水稻生长不利影响及土壤盐分积累的重要途径。