張忠學(xué) 陳 鵬 陳帥宏 鄭恩楠 聶堂哲 劉 明

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 哈爾濱 150030； 2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)水資源高效利用重點實驗室， 哈爾濱 150030)

0 引言

水稻是我國主要的糧食作物，種植地域廣泛[1]。由于不同地區(qū)的農(nóng)田小氣候差異較大，導(dǎo)致節(jié)水灌溉后水稻對不同時期氮肥的吸收利用情況有一定的差異，如何選擇與之配套的田間氮肥管理技術(shù)，保證肥料氮素高效利用是需要考慮的問題之一。錯誤的氮肥管理方法會導(dǎo)致肥料氮素利用率降低，使未被吸收利用的肥料氮素經(jīng)徑流、淋溶等途徑損失，引發(fā)農(nóng)田環(huán)境污染[2-4]。因此，在不同水稻種植區(qū)，研究節(jié)水灌溉下水稻對不同時期肥料氮素的利用情況對區(qū)域的水稻氮肥管理具有指導(dǎo)意義。

相關(guān)研究表明，水稻生長發(fā)育過程中施氮肥的次數(shù)超過3次對產(chǎn)量的影響較小[5]，在我國的水稻生產(chǎn)過程中，氮肥通常分為基肥、蘗肥和穗肥3次分施，施氮量的40%～60%作為基肥，20%～30%作為蘗肥，剩余的20%～30%作為穗肥施入。通常情況下，基肥在水稻移栽前施入到稻田土中，蘗肥在移栽后半個月返青期結(jié)束后施用，穗肥在水稻倒二葉露尖長到一半時施用。水氮是影響水稻生長發(fā)育的兩大重要環(huán)境因子，近20年來，專家學(xué)者對于水稻氮素利用情況進行了深入研究，已有研究表明，傳統(tǒng)淹水灌溉下水稻對穗肥的吸收利用率最高，可達54%～80%，基肥和蘗肥的回收利用率分別為9%～22%和17%～34%，并且基肥、蘗肥的用量越大，氮肥的回收利用率越低[6]；在此基礎(chǔ)上如何進一步提高肥料氮素利用率一直是農(nóng)業(yè)科學(xué)的研究重點之一，目前提高氮肥利用率的研究多集中于改良傳統(tǒng)施肥方法，研發(fā)新型控釋肥料和使用硝化、脲酶抑制劑等方面[7-10]，這些方法在減少稻田氮素損失、提高氮肥利用率上起到了一定的效果，但勞動成本和經(jīng)濟因素在一定程度上阻礙了這些方法在實際生產(chǎn)中的普及應(yīng)用。通過改善田間水氮管理方法，提高氮肥回收利用率仍是目前水稻生產(chǎn)中使用最廣泛的方法[11]。研究表明節(jié)水灌溉模式下水稻可以獲得不低于傳統(tǒng)淹水灌溉的氮素利用率[12]，但此類研究多集中于水稻對生育期內(nèi)肥料氮素總體利用情況，對節(jié)水灌溉下水稻對不同時期肥料氮素的吸收利用及在水稻植株各器官的分配研究較為模糊。

本文以傳統(tǒng)淹水灌溉作為對照，采用在田間小區(qū)試驗中開設(shè)15N示蹤微區(qū)的方法，對傳統(tǒng)的總氮肥利用率進行細分，研究不同水氮調(diào)控下水稻對基肥、蘗肥和穗肥氮素吸收利用率，以及各期肥料氮素在水稻植株內(nèi)的積累和分布情況，以期為節(jié)水灌溉下精確定量施肥技術(shù)應(yīng)用和提高水稻肥料氮素利用效率提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2017年在黑龍江省水稻灌溉試驗站進行，該站(127°40′45″E、46°57′28″N)位于慶安縣和平鎮(zhèn)，是典型的寒地黑土分布區(qū)。從水稻移栽到成熟，該地區(qū)總降雨量為232 mm，日氣溫和降雨量變化如圖1所示，多年平均水面蒸發(fā)量750 mm，作物水熱生長期為156～171 d，全年無霜期128 d。氣候特征屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候。供試土壤為黑土型水稻土，種植水稻20 a以上，土壤耕層厚度11.3 cm，犁底層厚度10.5 cm，在移栽和施肥前，對試驗小區(qū)0～20 cm土層進行5點對角取樣后混合，并對其主要土壤理化性質(zhì)進行分析，土壤粒徑0.02～2.0 mm的顆粒占37.3%、0.002～0.02 mm的顆粒占32.3%、粒徑小于0.002 mm的顆粒占30.4%，土壤容重1.01 g/cm3，孔隙度61.8%，pH值6.45，耕層土壤(0～20 cm)基礎(chǔ)肥力(均為質(zhì)量比)為：有機質(zhì)質(zhì)量比41.8 g/kg、全氮質(zhì)量比15.06 g/kg、全磷質(zhì)量比15.23 g/kg、全鉀質(zhì)量比20.11 g/kg、堿解氮質(zhì)量比198.29 mg/kg、有效磷質(zhì)量比36.22 mg/kg和速效鉀質(zhì)量比112.06 mg/kg。

圖1 水稻生長期內(nèi)空氣溫度和降雨量的日變化Fig.1 Daily changes of air temperature and rainfall during rice growth period

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1小區(qū)試驗

試驗采用灌水方式和施氮量2因素全面試驗，設(shè)置2種灌水方式：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淺薄水層外，其余各生育階段均不建立水層，以根層的土壤含水率為控制指標(biāo)確定灌水時間和灌水定額，灌水上限為土壤飽和含水率，分蘗前期、中期、末期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期及乳熟期土壤含水率下限分別為飽和含水率的85%、85%、60%、85%、85%、70%。淹水灌溉除分蘗后期為控制無效分蘗適當(dāng)排水曬田和黃熟期自然落干以外，其余水稻生育期田面均保持3～5 cm水層。按當(dāng)?shù)厥┓蕵?biāo)準設(shè)3個施氮水平：N1(85 kg/hm2)、N2(110 kg/hm2)、N3(135 kg/hm2)。共6個處理，每個處理設(shè)3次重復(fù)，共18個試驗小區(qū)，每個小區(qū)面積100 m2(10 m×10 m)，各小區(qū)之間田埂向地下內(nèi)嵌40 cm深的塑料板，防止各小區(qū)間的水氮交換。氮肥按照基肥∶蘗肥∶穗肥比例為4.5∶2∶3.5分施，基肥于水稻移栽前1 d施入，蘗肥于移栽后24 d施入，穗肥于移栽后72 d施入，各處理磷、鉀肥用量均一致，施用P2O545 kg/hm2、K2O 80 kg/hm2，磷肥在移栽前一次性施用，鉀肥于移栽前和水稻8.5葉齡分2次施用，前后比例為1∶1。試驗選用當(dāng)?shù)氐乃酒贩N“龍慶稻3號”，在充滿土壤的育秧盤中將預(yù)發(fā)芽的種子培育成幼苗，并于2017年5月17日將長勢相同的水稻幼苗進行移栽，株距16.67 cm，行距30 cm，每穴定3株，9月20日收割，生育期為126 d，在水稻各生長階段及時除草，防治病蟲害，以免影響水稻養(yǎng)分吸收。

1.2.2微區(qū)試驗

為了明確不同水氮管理下不同時期施入氮肥的吸收利用及分配情況，在上述試驗小區(qū)內(nèi)設(shè)置了15N示蹤微區(qū)(微區(qū)內(nèi)水稻種植模式同試驗小區(qū))，每個試驗小區(qū)內(nèi)設(shè)置1個微區(qū)，即單一處理下設(shè)置3個微區(qū)試驗(3個分處理)，試驗處理設(shè)置詳見表1，分處理1(M1)為僅基肥施用15N-尿素，蘗肥和穗肥施用未標(biāo)記的普通尿素；分處理2(M2)為僅蘗肥施用15N-尿素，基肥和穗肥施用未標(biāo)記的普通尿素；分處理3(M3)為僅穗肥施用15N-尿素，基肥和蘗肥施用未標(biāo)記的普通尿素。于稻田整地后和基肥尿素施用前在每個小區(qū)內(nèi)預(yù)先埋設(shè)1個長1 m、寬1 m、高0.5 m的無底PVC矩形框，將微區(qū)埋深及犁底層下(深30 cm)，施用的標(biāo)記肥料為上?；ぱ芯吭荷a(chǎn)的豐度為10.22%的15N標(biāo)記尿素。氮肥、磷肥、鉀肥用量及灌溉方式同所在的試驗小區(qū)，試驗微區(qū)采用農(nóng)用小型潛水泵單獨排灌，其余田間管理同試驗小區(qū)。

表1 試驗處理設(shè)計Tab.1 Design of experimental treatments kg/hm2

注：施肥量代表各處理每公頃施用氮素質(zhì)量分數(shù)為46.4%氮肥的質(zhì)量，*代表施用的是15N-尿素。

1.3 觀測內(nèi)容與方法

1.3.1干物質(zhì)量及植株氮含量

于水稻成熟期從每個微區(qū)內(nèi)、外隨機選取代表性水稻各3穴，然后用農(nóng)用壓縮噴霧器沖洗干凈，并將水稻植株地上部分為莖、葉、穗3部分，裝入樣品袋，帶回實驗室，放入干燥箱于105℃、鼓風(fēng)條件下殺青30 min，然后70℃下干燥至恒質(zhì)量后稱量不同部位的干物質(zhì)量。稱量后的樣品使用球磨機進行粉碎處理，過80目篩后混勻，采用H2SO4-H2O2消煮法和AA3型連續(xù)流動分析儀(Seal Analytical GmbH, Germany，靈敏度0.001 AUFS)測定各部位全氮含量，剩余樣品粉碎過篩后放入樣品袋中密封保存。

1.3.2肥料氮素積累量

將密封保存的水稻各器官樣品帶回實驗室進行同位素測定，穩(wěn)定同位素測試在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部水資源高效利用重點實驗室完成，采用元素分析儀(Flash 2000 HT，Thermo Fisher Scientific，USA)和同位素質(zhì)譜儀(DELTA V Advantage，Thermo Fisher Scientific，USA)聯(lián)用方法測定成熟期水稻各器官15N豐度。

不同水氮調(diào)控下水稻植株樣品中基肥氮素含量為Ndff(b)、蘗肥氮素含量為Ndff(t)、穗肥氮素含量為Ndff(p)，根據(jù)YANG等[13]的公式分別計算。

Ndff(b,t,p)=(a-b)/(c-d)×100%

(1)

式中a——微區(qū)內(nèi)植株樣品的15N豐度

b——相同水氮處理微區(qū)外植株樣品中15N豐度

c——15N標(biāo)記氮料中15N豐度

d——天然15N豐度標(biāo)準值(0.366 3%)

植株氮素總積累量(NAA)為

PNAA=DMNC

(2)

式中DM——植株干物質(zhì)量，kg/hm2

NC——植株含氮率，%

植株從基肥(b)、蘗肥(t)、穗肥(p)獲得的15N積累量為

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

(3)

植株中來自氮肥的氮素總積累量(TN)為

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

(4)

基肥(b)、蘗肥(t)、穗肥(p)及總氮肥(total)回收率為

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——各時期施氮量，kg/hm2

1.3.3產(chǎn)量

成熟期各處理取10穴水稻用于考種，考查穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量，并取2 m2實收計產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析

圖2 不同處理水稻地上部干物質(zhì)量與產(chǎn)量變化Fig.2 Dynamic trends of dry matter accumulation and grain yield under different treatments

采用SPSS 13.0單因素方差分析及Duncan多重比較方法對相同施氮量下不同灌溉方式之間水稻氮素總積累量及各時期肥料氮素積累量等進行差異性分析及均值比較，并對總氮肥回收率、各時期氮肥回收率與水稻成熟期地上部氮素總積累量中各器官各時期肥料氮素積累量占比進行相關(guān)性分析，采用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水氮調(diào)控下水稻產(chǎn)量、干物質(zhì)積累和氮素在植株中的積累量

由圖2可知，稻作控制灌溉模式下施氮量為110 kg/hm2和135 kg/hm2較施氮量為85 kg/hm2的水稻成熟期地上部干物質(zhì)量增加了13.27%和27.52%；產(chǎn)量增加了19.34%和43.99%。淹水灌溉下施氮量從85 kg/hm2增加至135 kg/hm2，水稻地上部干物質(zhì)積累量增大了1.32%～6.65%，產(chǎn)量增加了9.66%～34.61%，兩種灌溉方式下水稻成熟期地上部干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量均隨施氮量的增加而增大，且稻作控制灌溉模式下增幅更優(yōu)。不同灌溉方式處理間對比顯示，稻作控制灌溉模式下水稻成熟期地上部干物質(zhì)積累量在相同施氮量下較淹水灌溉分別高出1.32%、7.49%、6.65%，產(chǎn)量分別高出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質(zhì)積累并提高產(chǎn)量，起到節(jié)水高產(chǎn)的作用。

不同水氮調(diào)控下水稻氮素總積累量為160.22～219.38 kg/hm2，肥料-15N積累量為22.75～48.76 kg/hm2，不同灌溉方式之間成熟期水稻植株氮素總積累量和15N積累量差異顯著(P<0.05)，與淹水灌溉相比(圖3)，稻作控制灌溉模式水稻在3個施氮水平下均具有較高的植株氮素總積累量和15N積累量，稻作控制灌溉模式下水稻氮素總積累量在相同施氮量下較淹水灌溉分別提高了2.35%、7.90%、3.90%；肥料-15N積累量提高了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，在相同施氮量下較淹水灌溉提高了1.03%～18.85%；控制灌溉處理下3個施氮水平水稻植株氮素總積累量中肥料-15N占比分別為16.49%、20.53%、22.23%，淹水灌溉處理下分別為14.20%、21.41%、22.86%。研究結(jié)果表明，稻作控制灌溉模式有利于水稻的氮素積累，且水稻對肥料氮素的吸收利用情況要顯著優(yōu)于傳統(tǒng)淹水灌溉。

圖3 不同處理下水稻地上部氮素總積累量、肥料-15N積累量、氮肥回收率和氮素總積累量中肥料-15N百分比變化Fig.3 Dynamic trends of total N and 15N accumulation, fertilizer-N recovery efficiency and percentage of 15N to total N under different treatments

圖4 不同處理下水稻基肥-15N積累量、回收率和氮素總積累量中基肥-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 不同水氮調(diào)控下水稻對基肥的吸收分配

僅基肥施用15N-尿素時，10.91%～20.05%的基肥氮素被水稻吸收利用(圖4b)，不同水氮調(diào)控下基肥回收率以及基肥-15N積累量隨著施氮量的增加而增大(圖4a)，不同施氮水平下稻作控制灌溉處理水稻成熟期基肥-15N積累量約4.17～9.33 kg/hm2，當(dāng)施氮量為110 kg/hm2和135 kg/hm2時，僅有15.16%和15.36%的基肥被水稻吸收利用。不同灌溉方式處理間對比顯示，傳統(tǒng)淹水灌溉處理的水稻基肥-15N積累量和基肥回收率在相同施氮量下較稻作控制灌溉處理增加了11.51%和30.56%，研究結(jié)果表明控制灌溉處理水稻對基肥的利用率較低。當(dāng)15N-尿素僅作為基肥施入時，不同水氮管理下水稻植株氮素總積累量來自基肥氮素的百分比隨施氮量的增加而增大(圖4c)，稻作控制灌溉模式下水稻植株氮素總積累量的2.55%～4.25%來自基肥氮素，基肥氮素在植株氮素積累量的占比顯著低于傳統(tǒng)淹水灌溉模式下，特別是在施氮量135 kg/hm2時，淹水灌溉處理水稻植株氮素總積累量中基肥氮素的占比較控制灌溉高82.68%。

基肥-15N在水稻植株各器官的分布差異較大，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積累量的9.05%～12.83%分布在葉片中；16.56%～26.35%的基肥-15N分布在莖和鞘中，60.82%～74.40%的基肥-15N分布在穗部，葉片中基肥-15N約占水稻植株氮素總積累量的0.26%～0.49%；莖和鞘約占0.47%～1.00%；穗部約占2.12%～2.44%，與傳統(tǒng)淹水灌溉相比，稻作控制灌溉處理水稻各器官基肥氮素的積累量較低。

表2僅基肥施用15N-尿素時成熟期水稻各器官基肥-15N積累量占總氮素積累量的百分比

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：表中同列不同小寫字母表示數(shù)據(jù)在P<0.05水平差異顯著，下同。

2.3 不同水氮調(diào)控下水稻對蘗肥的吸收分配

當(dāng)僅蘗肥施用15N-尿素時，成熟期水稻地上部蘗肥-15N積累量隨施氮量的增加而增大(圖5a)，控制灌溉處理施氮量為135 kg/hm2時，水稻地上部蘗肥-15N積累量最大，為9.41 kg/hm2。不同灌溉方式處理間成熟期水稻蘗肥-15N積累量差異顯著(P<0.05)，稻作控制灌溉模式成熟期水稻地上部蘗肥-15N積累量在相同施氮量下較傳統(tǒng)淹水灌溉分別提高了54.82%、17.16%、10.20%，且相同施氮量下控制灌溉處理水稻蘗肥-15N回收率顯著高于傳統(tǒng)淹水灌溉(P<0.05)。研究結(jié)果表明，稻作控制灌溉模式有利于水稻對蘗肥氮素的吸收利用，有效提高了蘗肥的回收利用率。

當(dāng)15N-尿素僅作為蘗肥施入時，成熟期水稻地上部氮素總積累量中約2.53%～4.29%來源于蘗肥氮素，不同水氮管理下水稻植株氮素總積累量來自蘗肥氮素的百分比隨施氮量的增加而增大(圖5c)，且不同施氮量下稻作控制灌溉模式下水稻地上部氮素總積累量中蘗肥氮素占比顯著大于傳統(tǒng)淹水灌溉處理。如表3所示，不同水氮處理下成熟期水稻植株中蘗肥-15N在各器官的分布差異顯著(P<0.05)，不同施氮水平下稻作控制灌溉處理水稻成熟期蘗肥-15N積累量的9.22%～11.93%分布在水稻葉片中，16.33%～27.8%分布在水稻莖和鞘中，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蘗肥-15N積累量顯著高于傳統(tǒng)淹水灌溉。

圖5 不同處理下水稻蘗肥-15N積累量、蘗肥-15N回收率和氮素總積累量中蘗肥-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 不同水氮調(diào)控下水稻對穗肥的吸收分配

圖6 不同處理下水稻穗肥-15N積累量、回收率和氮素總積累量中穗肥-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

當(dāng)僅穗肥施用15N-尿素時，不同水氮調(diào)控下施入的穗肥氮素約49.94%～63.85%被水稻吸收利用，成熟期水稻地上部穗肥-15N的積累量隨施氮量增加而增大，稻作控制灌溉模式下當(dāng)施氮量由85 kg/hm2增加到135 kg/hm2時，成熟期水稻地上部穗肥-15N積累量從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%，不同灌溉方式之間穗肥-15N積累量和穗肥回收率差異顯著(P<0.05)，如圖6所示，稻作控制灌溉處理成熟期水稻地上部穗肥-15N積累量和穗肥-15N回收率在相同施氮量下較傳統(tǒng)淹水灌溉提高了11.70%、4.50%、8.99%。

當(dāng)15N-尿素僅作為穗肥施入時，成熟期水稻地上部氮素總積累量中約9.27%～13.68%來源于穗肥氮素，不同水氮調(diào)控下水稻植株氮素總積累量來自穗肥氮素的百分比隨施氮量的增加而增大(圖6c)，且不同施氮量下稻作控制灌溉模式下水稻地上部氮素總積累量中穗肥氮素占比顯著大于傳統(tǒng)淹水灌溉處理。如表4所示，不同水氮處理下成熟期水稻植株中穗肥-15N在各器官的分布差異顯著(P<0.05)，不同施氮水平下稻作控制灌溉處理水稻成熟期穗肥-15N積累量的5.77%～7.40%分布在水稻葉片中，12.72%～19.50%分布在水稻莖和鞘中，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積累量顯著高于傳統(tǒng)淹水灌溉(P<0.05)。

表4僅穗肥施用15N-尿素時成熟期水稻各器官穗肥-15N積累量占總氮素積累量的百分比

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 各期氮肥回收率相關(guān)性分析

統(tǒng)計分析表明(表5)，F(xiàn)NRE(total)與FNRE(t)(R=0.987，P<0.01)和FNRE(p)(R=0.990，P<0.01)極顯著正相關(guān)，但FNRE(total)與FNRE(b)的相關(guān)性不顯著(R=0.724，P>0.05)，且FNRE(total)與t-15N(l)、t-15N(s)、p-15N(l)、p-15N(s)、p-15N(t)顯著相關(guān)。FNRE(b)和FNRE(p)與氮素總積累量中水稻各器官基肥和穗肥氮素積累量占比均呈顯著正相關(guān)(P<0.01)，但FNRE(t)僅與t-15N(l)呈顯著正相關(guān)(R=0.977，P<0.01)，與氮素總積累量中葉和穗部蘗肥氮素占比相關(guān)性不顯著(P>0.05)。

表5 成熟期水稻各時期氮肥回收率相關(guān)系數(shù)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)分別代表植株葉(l)、莖(s)、穗(t)中基肥氮素積累量占植株氮素總積累量的百分比；t-15N(l)、t-15N(s)、t-15N(t)分別代表植株葉(l)、莖(s)、穗(t)中蘗肥氮素積累量占植株氮素總積累量的百分比；p-15N(l)、 p-15N(s)、 p-15N(t)分別代表植株葉(l)、莖(s)、穗(t)中穗肥氮素積累量占植株氮素總積累量的百分比。*表示變量之間在P<0.05水平差異顯著，** 表示變量之間在P<0.01水平差異顯著。

3 討論

通常所說的氮肥回收利用率只能單一的表示水稻生長過程中對總體肥料氮素的利用情況，本研究中利用15N示蹤技術(shù)，分別單獨施用帶有標(biāo)記的肥料，研究節(jié)水灌溉下基肥、蘗肥和穗肥氮素在水稻植株中的積累和分配，為精確地描述稻作控制灌溉模式下水稻在全生育期內(nèi)對肥料氮素的回收利用情況提供依據(jù)。試驗結(jié)果表明，稻作控制灌溉模式下不同施氮量處理水稻成熟期地上部氮素總積累量中16.49%～22.23%來自于肥料氮素，且水稻對穗肥的吸收利用率最高(55.78%～63.85%)，顯著高于基肥的利用率(10.91%～15.36%)和蘗肥利用率(34.84%～36.90%)，這與林晶晶等[6]的研究結(jié)果相近。已有研究表明，一般情況下作物對基肥的吸收利用率不足10%[14]，本試驗中控制灌溉模式下水稻對基肥氮素的吸收利用情況要低于傳統(tǒng)淹水灌溉模式，這主要是因為控制灌溉模式下水稻返青期后采用無水層的田間管理模式，這一時期節(jié)水灌溉管理會在一定程度上抑制水稻的生長，從而使水稻對前期基肥氮素的吸收利用率較低；另一方面，邵東國等[15]利用Hydrus-1D結(jié)合一階動力學(xué)方程對節(jié)水條件下水稻對氮素的利用情況的研究表明，節(jié)水條件下肥料氮素的氨揮發(fā)損失是影響氮素利用率的一個重要方面[16-17]，導(dǎo)致水稻對基肥氮素的吸收利用情況要低于傳統(tǒng)淹水灌溉模式，除此之外，稻作控制灌溉模式下水稻對蘗肥和穗肥的吸收利用情況均優(yōu)于淹水灌溉，控制灌溉處理相同施氮量下水稻的蘗肥利用率和穗肥利用率較傳統(tǒng)淹水灌溉提高了10.20%～54.82%和18.30%～33.78%，這是由于節(jié)水灌溉處理水稻后期的生長有明顯的補償效應(yīng)[18-19]，且節(jié)水灌溉有利于水稻根系的生長發(fā)育，有利于水稻對后期肥料氮素的吸收利用[20-21]。因此，推行節(jié)水灌溉可以有效提高水稻對肥料氮素的高效利用，從而減少了殘留并在土壤中積累的肥料氮素的含量。

本試驗中相關(guān)性分析表明，氮肥總利用率與蘗肥和穗肥的利用率呈顯著正相關(guān)，與基肥利用率相關(guān)性不顯著，這與WANG等[22]的研究結(jié)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積累的肥料氮素已成為土壤、水體和大氣污染的重要來源[23-26]，本試驗中，雖然稻作控制灌溉模式下水稻總氮肥利用率、蘗肥利用率和穗肥利用率均高于傳統(tǒng)淹水灌溉，且總氮肥利用率與基肥利用率相關(guān)性不顯著，但控制灌溉下水稻對于前期基肥氮素的吸收利用率過低，導(dǎo)致大量基肥氮素殘留在稻田土壤中的問題不容忽視，近年來，一些專家學(xué)者提出了減少前期基肥和蘗肥的用量并將氮肥后移，增加水稻穗肥施用量的方法，從而提高水稻產(chǎn)量，并減少水稻生長期內(nèi)肥料氮素的損失[27-28]，但是基肥和蘗肥的施用量對增加水稻分蘗數(shù)起著非常重要的作用[29]，如何在不影響水稻前期生長發(fā)育的基礎(chǔ)上因地制宜地減少基肥的施用量有待于進一步研究。另一方面，當(dāng)水稻穗肥施用量超過一定閾值時，水稻的產(chǎn)量以及稻米的品質(zhì)隨著穗肥施用量的增加而降低[30-32]，孫永健等[33]利用13C和15N雙同位素示蹤方法研究了不同氮肥后移比例對水稻氮素吸收代謝的影響，發(fā)現(xiàn)隨著氮肥后移比例的增加氮素利用效率顯著下降。綜上所述，氮肥后移是一個有效降低節(jié)水灌溉下基肥氮素損失過大的方法，但需綜合考慮多方面因素，需進一步研究。本試驗采用15N示蹤方法量化了控制灌溉下水稻對各期肥料氮素的吸收利用情況，為基蘗穗肥的定量計算提供了相關(guān)參數(shù)，為確定適宜的氮肥施用比例并進一步提高節(jié)水灌溉下水稻的肥料氮素吸收利用率提供依據(jù)。

4 結(jié)論

(1)不同灌溉方式下水稻成熟期地上部干物質(zhì)積累量、氮素積累量和產(chǎn)量均隨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質(zhì)積累量在相同施氮量下較淹水灌溉分別提高了1.32%、7.49%、6.65%；氮素總積累量提高了2.35%、7.90%、3.90%；產(chǎn)量分別提高了14.06%、24.14%、22.01%，且隨著施氮量的增加控制灌溉下水稻干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量的增幅更優(yōu)，表明控制灌溉模式有利于水稻氮素及干物質(zhì)的積累并提高產(chǎn)量。

(2)不同施氮量下控制灌溉處理水稻的基肥利用率為10.91%～15.36%；蘗肥利用率為34.84%～36.90%；穗肥利用率為55.78%～63.85%，不同水氮處理下不同時期肥料氮素在成熟期水稻植株各器官的積累量由大到小均表現(xiàn)為穗、莖、葉，稻作控制灌溉模式下除水稻基肥利用率較淹水灌溉低外，水稻對蘗肥和穗肥的利用率均顯著高于淹水灌溉，且水稻對肥料總氮素利用率較傳統(tǒng)淹水灌溉提高了1.03%～18.85%，稻作控制灌溉模式提高了水稻對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農(nóng)田環(huán)境中的殘留量，實現(xiàn)了“高效、減排”的目標(biāo)。

(3)相關(guān)性分析表明，稻作控制灌溉模式下水稻肥料總氮素利用率與蘗肥利用率和穗肥利用率呈極顯著正相關(guān)，與基肥的利用率相關(guān)性不顯著，穗肥的利用率與氮素總積累量中穗肥氮素在水稻葉、莖和穗部積累量占比均呈顯著正相關(guān)；蘗肥的利用率僅與氮素總積累量中蘗肥氮素在水稻莖部積累量占比呈顯著正相關(guān)。

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