何 軍 ，何天楷，張宇航，鐘盛建，高明利， 趙樹(shù)君*，陳 揚(yáng)，朱子榮，陳 瑩

（1.三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學(xué) 三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部 工程研究中心，湖北 宜昌 443002；3.湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156）

0 引 言

我國(guó)是水稻種植與消費(fèi)大國(guó)，水稻的產(chǎn)量占全球的28.1%[1]，水稻的高產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)與我國(guó)民生問(wèn)題息息相關(guān)[2-3]。近年來(lái)，湖北省作為中稻生產(chǎn)大省，中稻種植面積呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，種植范圍遍布全省。水稻栽培過(guò)程中，施肥和灌溉是2 個(gè)最重要的因素，施肥是水稻的重要增產(chǎn)措施，灌水模式會(huì)影響水稻的發(fā)育、氮磷素養(yǎng)分吸收及最終產(chǎn)量[4-6]。目前，我國(guó)水稻的氮肥利用率較低，普遍在25%～30%左右，稻田的氮素污染現(xiàn)狀也較為嚴(yán)重[7-8]。肥料利用率是指各種養(yǎng)分的回收率，是衡量肥料施用是否合理的一項(xiàng)重要指標(biāo)，提高肥料利用率除了對(duì)資源的高效利用、有效提高糧食產(chǎn)量以外，也對(duì)減輕環(huán)境污染有重要意義[9-10]。針對(duì)上述情況，在我國(guó)南方長(zhǎng)江流域典型水稻種植區(qū)湖北省漳河灌區(qū)開(kāi)展水稻氮磷吸收利用及產(chǎn)量試驗(yàn)，采集不同水肥調(diào)控模式下收割后的水稻植株樣，進(jìn)行氮磷指標(biāo)農(nóng)化分析，研究成果對(duì)生態(tài)型水稻生產(chǎn)管理模式篩選具有參考意義。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在湖北省灌溉試驗(yàn)中心站進(jìn)行，時(shí)段為2019年5—10 月的水稻種植期。灌溉試驗(yàn)站位于荊門市漳河鎮(zhèn)卻集村（東經(jīng)112°05′，北緯30°54′），位于漳河灌區(qū)附近。該灌區(qū)處于湖北中部，地形起伏不定，山區(qū)、丘陵、平原、湖區(qū)地形兼具，優(yōu)勢(shì)兼得。四季分明，常年氣候溫暖，年無(wú)霜期260 d。年平均氣溫16 ℃，最高月平均氣溫27.7 ℃，最低月平均氣溫3.9 ℃，年降雨量700～1 100 mm，多年平均年降雨量947 mm，年平均蒸發(fā)量（20 cm 蒸發(fā)皿）1 300～1 800 mm，是典型的南方丘陵地帶氣候條件，適宜種植水稻[11]。

試驗(yàn)在測(cè)坑中進(jìn)行，設(shè)有防雨棚，每個(gè)測(cè)坑面積為2 m×2 m，測(cè)坑之間相互獨(dú)立，其底部用鋼筋混凝土澆灌隔離。試驗(yàn)主處理為淹水灌溉模式（Continuous flooding，CF）W1 和節(jié)水灌溉模式W2，W2 節(jié)水灌溉采用間歇灌溉（Alternate wetting and drying, AWD），2 種灌溉模式在各生育階段實(shí)行嚴(yán)格的田間水層控制[11-12]：W1 模式下，返青復(fù)苗、分蘗前期灌前下限為10 mm，灌后上限為40 mm。分蘗后期、拔節(jié)孕穗、抽穗開(kāi)花及乳熟期的控制標(biāo)準(zhǔn)為20～60 mm，黃熟期則自然落干；W2 模式下，各生育期的灌前土壤飽和含水率下限分別為100%（返青復(fù)苗）、85%（分蘗前期）、65%～70%（分蘗后期）、90%（拔節(jié)孕穗）、90%（抽穗開(kāi)花）、85%（乳熟）以及65%（黃熟）。灌后上限返青復(fù)苗為30 mm，分蘗前期、拔節(jié)孕穗期為40 mm，抽穗開(kāi)花、乳熟期為70 mm，分蘗后期進(jìn)行曬田處理，黃熟期自然落干。

副處理為施用常規(guī)肥N1 和緩釋肥N2 的2 種肥料類型。其中N1 氮肥水平（以N 計(jì)）為180 kg/hm2，基肥采用碳酸氫銨（NH4HCO3），追肥為尿素（CO（NH2）2），磷肥水平（以P2O5計(jì)）為72 kg/hm2，為過(guò)硫酸鈣（主要成分為Ca（H2PO4）2·H2O），鉀肥水平（以K2O 計(jì)）為115 kg/hm2，為氯化鉀（KCl）。氮、磷、鉀常規(guī)施肥水平為當(dāng)?shù)厝毫?xí)模式，其有效量比為25∶10∶16。N2 氮、磷、鉀有效量及配比與N1 相當(dāng)?shù)乃緦Ｓ门浞骄忈尫省?/p>

施肥方式設(shè)計(jì)：N1 磷、鉀肥作為基肥一次性施入；氮肥50%基肥、50%追肥?；试诓逖碚貢r(shí)施入，追肥（分蘗肥）在移栽后15 d 左右施入。N2 在插秧整地時(shí)作為底肥1 次性施入，在緩釋劑作用技術(shù)體系下，緩釋的養(yǎng)分釋放速率將與作物生長(zhǎng)需求相協(xié)調(diào)。以上共4 個(gè)水肥處理模式，即W1N1、W1N2、W2N1、W2N2。每個(gè)處理3 次重復(fù)，共計(jì)12 個(gè)測(cè)坑，采用隨機(jī)排列模式。供試水稻品種為當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣種植的荃早優(yōu)絲苗。

1.2 植株樣采集分析

水稻在黃熟期收割測(cè)產(chǎn)，為避免邊緣效應(yīng)，于測(cè)坑中間位置選取代表性1 m×1 m，單打單收。每個(gè)測(cè)坑采集代表性植株1 株，每個(gè)處理設(shè)3 次重復(fù)。植株樣取回后用自來(lái)水洗凈，置陰涼處晾2～3 h，并分根、莖、葉、籽粒器官剪取，分別稱取鮮質(zhì)量后置于烘箱中120 ℃殺青30 min，90 ℃恒溫24 h 烘干至恒質(zhì)量稱質(zhì)量。

全磷（TP）采用H2SO4-H2O2消解，鉬酸銨分光光度法測(cè)定，全氮（TN）采用凱氏定氮法測(cè)量[13]。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及制圖采用微軟公司Excel 2019 軟件。

2 結(jié)果與分析

選取常用的氮素收獲指數(shù)（Nitrogen harvest index,NHI）、氮肥偏生產(chǎn)力（Nitrogen fertilizer partial productivity，NFPP）評(píng)價(jià)不同水肥處理水稻對(duì)氮素的吸收利用情況，計(jì)算式為：氮素收獲指數(shù)（NHI）=籽粒含氮量/植株地上部含氮量×100%；氮肥偏生產(chǎn)力（NFPP）=籽粒產(chǎn)量/施氮量。磷素的吸收利用評(píng)價(jià)指標(biāo)參考氮素。

2.1 產(chǎn)量分析

圖1 為不同水肥處理水稻產(chǎn)量對(duì)比。緩釋肥N2條件淹水灌溉W1、間歇灌溉W2 模式水稻籽粒產(chǎn)量分別為10 386 kg/hm2和10 505 kg/hm2，比常規(guī)肥N1 9 679 kg/hm2（W1）和10 056 kg/hm2（W2）分別高出7.3%和4.5%。W2N2 處理水稻的產(chǎn)量最大，比最低產(chǎn)量W1N1 處理高出826 kg/hm2，比W1N2處理高出119 kg/hm2?？傮w來(lái)看，2 種灌溉模式下緩釋肥水稻籽粒產(chǎn)量明顯大于常規(guī)肥，間歇灌溉模式施用緩釋肥料產(chǎn)量最高，可見(jiàn)施用緩釋肥對(duì)水稻的增產(chǎn)效果優(yōu)于常規(guī)肥。

圖1 不同水肥處理水稻產(chǎn)量對(duì)比 Fig.1 Comparison of rice yield under different water and fertilizer treatments

2.2 氮、磷素的吸收利用分析

圖2 為不同水肥處理植株各部分吸氮（磷）量占總含氮（磷）量對(duì)比。由圖2 a 可知，不同水肥處理下，植株各部分吸氮量占總含氮量的百分比均為穗＞莖＞葉＞根，含氮量主要集中在植株籽粒部分。N2 條件下淹水灌溉W1，間歇灌溉W2 模式穗的含氮量占比達(dá)66.7%和69.3%，比N1 條件穗的含氮量占比63.6%（W1）和59.8%（W2）分別高出3.1%和9.5%。結(jié)果表明，相較于常規(guī)肥N1，緩釋肥N2條件會(huì)促使植株的氮素在籽粒部分進(jìn)一步積累。

由圖2（b）可看出，不同水肥處理下，植株各部分含磷量占比均為穗＞莖＞葉＞根。與氮元素相同，磷素也集中在籽粒部分。總體來(lái)看，籽粒（穗）部分吸磷量的占比N2 條件要大于N1 條件。N2 條件下，淹灌W1 植株穗的含磷量為82.0%，間歇灌溉W2 植株穗的含磷量為82.5%，比N1 條件下的79.9%（W1）和77.9%（W2）分別高出2.1%和4.6%。結(jié)合圖2（a）可知，相較于常規(guī)肥，施用緩釋肥會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)氮、磷元素向籽粒部位轉(zhuǎn)移。

圖2 不同水肥處理植株各部分吸氮（磷）量占總含氮（磷）量百分比 Fig.2 Percentage of nitrogen (phosphorus) uptake in each part of different water and fertilizer treatments to total nitrogen (phosphorus) content

為了更好地評(píng)價(jià)氮、磷肥的吸收利用效果，給出圖3 植株氮、磷素收獲指數(shù)對(duì)比。由圖3（a）可知，在不同水肥處理下，植株氮素收獲指數(shù)（NHI）最高為W2N2 處理的71.6%，最低為W2N1 處理的64.1%。淹灌W1 模式NHI為66.2%和69.0%，緩釋肥N2 條件比常規(guī)肥N1 高2.8%。間歇灌溉W2 模式NHI為64.1%和71.6%，緩釋肥N2 條件比常規(guī)肥N1高7.5%。表明緩釋肥相較于常規(guī)肥能更好地促進(jìn)氮素的吸收并推動(dòng)氮素向籽粒發(fā)生轉(zhuǎn)移；緩釋肥條件下，間歇灌溉的效果優(yōu)于淹灌。

圖3（b）為不同水肥處理下植株磷素收獲指數(shù)（PHI）對(duì)比。緩釋肥N2 條件2 種灌溉模式PHI均高于N1。W1N2 處理、W2N2 處理PHI為84.1%和86.7%，比W1N1 處理、W2N1 處理PHI的83.6%和82.3%分別高出0.5%和4.4%。表明緩釋肥同樣有促進(jìn)植株籽粒磷素吸收的效果。間歇灌溉模式下，緩釋肥對(duì)植株P(guān)HI影響更為明顯。相較于常規(guī)肥，緩釋肥條件下植株氮、磷素收獲指數(shù)較高，籽粒產(chǎn)量也較高，這與常少燕等[14]研究結(jié)果相一致。

圖3 不同水肥處理植株氮（磷）素收獲指數(shù)對(duì)比 Fig.3 Comparison of nitrogen (phosphorus) harvest index of plants under different water and fertilizer treatments

圖4 為不同水肥處理植株氮、磷肥偏生產(chǎn)力（NFPP，PFPP）對(duì)比。由圖4（a）可知，在W2N2處理下，植株的NFPP達(dá)到最大值58.4 kg/kg，比W1N2 處理57.7 kg/kg 高出0.7 kg/kg，比W1N1 處理53.8 kg/kg 高出4.6 kg/kg。這表明在相同施氮量（180 kg/hm2）下，緩釋肥比常規(guī)肥更能提高氮肥生產(chǎn)力，相較于淹灌模式，間歇灌溉下施用緩釋肥，肥料的利用率更高效，有利于植株籽粒的產(chǎn)出獲得高產(chǎn)，可與圖1 產(chǎn)量互相佐證。

圖4（b）為不同水肥處理植株磷肥偏生產(chǎn)力（PFPP）對(duì)比，在相同施磷量（72 kg/hm2）下，W2N2 處理PFPP最高為145.9 kg/kg，比最低W1N1處理134.4 kg/kg 高11.5 kg/kg。緩釋肥N2 條件下，W2N2 處理PFPP比W1N2 處理高出1.1%。結(jié)合圖4（a）可知，氮肥偏生產(chǎn)力（NFPP）與磷肥偏生產(chǎn)力（PFPP）都在W2N2 時(shí)達(dá)到最大，表明緩釋肥不僅有利于提高植株的氮肥偏生產(chǎn)力，同時(shí)也提高植株的磷肥偏生產(chǎn)力。相較淹灌模式，間歇灌溉模式下施用緩釋肥效果更好。

圖4 不同水肥處理植株氮(磷)肥偏生產(chǎn)力 Fig.4 Partial productivity of nitrogen (phosphorus)fertilizer under different water and fertilizer treatments

3 討 論

緩釋肥條件下水稻籽粒產(chǎn)量較高，4 種灌溉模式中，間歇灌溉緩釋肥處理時(shí)水稻產(chǎn)量達(dá)最大10 505 kg/hm2。這與孫愛(ài)華等[15]、馬良等[16]研究結(jié)果相似，表明施用緩釋肥對(duì)水稻的增產(chǎn)效果優(yōu)于常規(guī)肥。

試驗(yàn)過(guò)程中，植株氮、磷元素主要集中在籽粒部分，各部分含氮、磷量占比均為穗＞莖＞葉＞根，可以發(fā)現(xiàn)氮、磷素逐漸在穗、莖部積累，這與已有研究結(jié)果一致[7]。相較于常規(guī)肥，緩釋肥條件下植株的氮、磷素收獲指數(shù)與偏生產(chǎn)力均較高。間歇灌溉緩釋肥處理的氮、磷素收獲指數(shù)分別達(dá)到最大值：71.6%和86.7%，氮、磷肥偏生產(chǎn)力也分別達(dá)最大值：58.4 kg/kg 和145.9 kg/kg。原因可能是直接將緩釋肥料施入土中后，在植株根系附近形成了一個(gè)養(yǎng)分釋放速率與養(yǎng)分吸收速率相匹配的貯肥環(huán)境[17]，一定程度上提高了水稻的產(chǎn)量，提高了肥料利用率。

不同水肥調(diào)控模式對(duì)水稻氮、磷吸收利用的影響是比較微觀而又真實(shí)存在的。本文僅從1 a 的水稻種植試驗(yàn)數(shù)據(jù)加以分析。不設(shè)防雨棚、不同水文年型以及水旱輪作等不同情況下的水肥調(diào)控模式對(duì)水稻氮、磷吸收利用最終產(chǎn)量的影響將是下一步的研究重點(diǎn)。

4 結(jié) 論

1）間歇灌溉緩釋肥處理水稻產(chǎn)量最大，為10 505 kg/hm2，比淹灌緩釋肥處理高1.1%，比淹灌常規(guī)肥處理高8.5%。緩釋肥對(duì)水稻的增產(chǎn)效果優(yōu)于常規(guī)肥，間歇灌溉可進(jìn)一步提高緩釋肥的作用，提升水稻籽粒產(chǎn)量。

2）緩釋肥條件下，植株籽粒含氮占比達(dá)66.7%（W1）和69.3%（W2），分別比常規(guī)肥條件高3.1%和9.5%；植株籽粒含磷占比達(dá)82.0%（W1）和82.5%（W2），分別比常規(guī)肥條件高2.1%和4.6%。植株氮、磷元素大部分積累在籽粒（穗）部分，相較于常規(guī)肥，緩釋肥條件會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)這種積累。間歇灌溉模式下，這種積累變化更為明顯。

3）間歇灌溉緩釋肥處理植株的氮、磷肥偏生產(chǎn)力達(dá)到最大值58.4 kg/kg 和145.9 kg/kg，比淹灌緩釋肥處理高1.2%和1.1%。緩釋肥比常規(guī)肥更利于植株氮、磷素的吸收積累，在間歇灌溉模式下施用緩釋肥，能進(jìn)一步提升氮、磷肥的利用率，提高肥料生產(chǎn)力，增加作物產(chǎn)量。