晏 軍 ，吳啟俠，朱建強*，張露萍

（1.長江大學 農學院，湖北 荊州434025；2.鹽城市新洋農業(yè)試驗站，江蘇 鹽城224049；3.湖北省荊州農業(yè)氣象試驗站，湖北 荊州 434025）

0 引 言

水稻是我國的主要糧食作物，年種植面積達3 100萬hm2，水稻機械化生產是提高勞動生產率、節(jié)本增效和增加農民收入的重要措施[1]。近年來，勞動力短缺和大規(guī)模的農業(yè)種植加快了我國水稻機械化生產技術的發(fā)展[2-3]。江漢平原地區(qū)水土資源豐富，適宜機械化種植水稻，而普通機插稻存在秧苗小、機插植傷重、秧苗素質弱、返青期時間長等問題[4-5]，生產中人們常通過增施氮肥來縮短機插稻緩苗期、促進前期分蘗的發(fā)生，但氮肥施用量過多如遇降雨極易導致稻田養(yǎng)分流失等問題，因此，機插稻移栽后的配套水肥管理尤為重要。目前，前人就機插稻農機與育苗技術[6-7]、播種期與播種量[8-9]、機插密度與基本苗數(shù)[10-11]、肥料運籌[12-13]等開展了大量的研究，這些研究多集中在對水稻生長發(fā)育特征、產量及養(yǎng)分利用效率的影響上，針對灌排調控下不同施肥模式機插稻稻田水環(huán)境的研究較少。且由于區(qū)域氣候特征、農藝措施和水肥管理模式的不同，不同地點的稻田水環(huán)境及產量響應差異很大。江漢平原地區(qū)是我國水稻種植的主要區(qū)域，近年來，機插稻面積不斷增加，但該區(qū)域在水稻生長季期間瞬時暴雨與間歇性干旱多發(fā)，水稻生長受到營養(yǎng)和水分供應不協(xié)調的限制，特別是對機插稻生長前期的影響較大。

為此，根據(jù)江漢平原地區(qū)降雨特點和機插稻的生長發(fā)育進程，研究適雨灌溉條件下，不同施肥模式對機插稻稻田降雨利用效率、田面水氮、磷的質量濃度的動態(tài)變化與徑流流失量、干物質積累及產量的影響，明確機插稻田適宜的水肥管理模式，為江漢平原地區(qū)機插水稻應對氣候變化的響應機制，機插稻提質增效栽培技術提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗點位于江漢平原長江大學農業(yè)科技示范基地（30°21′N，112°09′E），屬北亞熱帶農業(yè)氣候帶，年平均氣溫16.5 ℃，≥10 ℃積溫5 094.9～5 204.3 ℃，年平均降水量1 095 mm，年平均日照時間1 718 h。耕作層（0~20 cm）土壤基本性狀為：pH值7.6，全氮量2.12 g/kg，全磷量0.51 g/kg，堿解氮量82.5 mg/kg，速效磷量48.5 mg/kg，速效鉀量112.3 mg/kg。本試驗的水稻田南北方向長44 m，東西方向長35 m，常年種植水稻，屬于典型的水稻田。供試品種為全兩優(yōu)681，屬中熟中秈兩系雜交稻，在湖北省作一季中稻栽培，全生育期140 d左右，株高122 cm左右，一般4月下旬至5月上旬大棚育苗，5月下旬至6月上旬機插移栽，8月上旬孕穗，9月中下旬成熟。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

水稻生長期間采用適雨灌溉技術，其要點是干旱無雨期間，盡量降低田間水分下限（適度干旱脅迫），推后灌水時間，減少灌水次數(shù)；遇到降雨盡量利用降雨（雨量較大時適度受澇脅迫），在不降低水稻產量的前提下，最大程度的利用降雨資源，消減降雨及排峰值，減少灌溉水量[14]。

適雨灌溉灌排水管理具體措施為：水稻機插移栽后的20 d內，所有的實驗小區(qū)均維持5～15 mm淺水層（如遇降雨必須排水），秧苗返青后將稻田一次性灌溉至田面水深40～60 mm，待其自然落干（根據(jù)埋設的地下水位觀測管，視稻田土壤濕潤狀況和水稻生長而定），再次灌溉至40～60 mm，往復進行，水稻揚花期，維持 1周內田面水深 30～50 mm，收獲前10 d自然落干。機插稻調節(jié)稻田蓄水深度如下，水稻返青期間如遇降雨稻田可蓄水至20 mm，分蘗期－拔節(jié)期間如遇降雨稻田可蓄水至80 mm，拔節(jié)期－成熟期間如遇降雨稻田可蓄水至100 mm，超過蓄水深度則進行排水。

3種氮肥管理措施為：農民習慣施肥（FFP）、70%金正大控釋摻混肥（70%CRF，70%為氮素比例，釋放周期為70 d）+30%尿素（30%N）和有機無機復混肥（OIF）。農民習慣施肥中70%氮肥為普通復合肥，基肥施入，30%氮肥為尿素，分蘗期施入?？蒯寭交旆手?70%氮肥為控釋摻混肥，30%氮肥為尿素（N-46%），基肥施入；有機無機復混肥中75%氮肥為有機無機復混肥，基肥施入，25%氮肥為尿素，分蘗期施入。習慣施肥、控釋摻混肥和有機無機復混肥施肥中磷肥和鉀肥不足部分用過磷酸鈣（P2O5-12%）和氯化鉀（K2O-60%）補充，全部基施，施肥時間結合水稻生育期與灌溉或降雨時機進行。普通復合肥由湖北中化東方肥料有限公司提供，其含養(yǎng)分量為：N-18%，P2O5-8%，K2O-15%；控釋摻混肥由金正大生態(tài)工程集團股份有限公司提供，其含養(yǎng)分量為：N-28%（包膜），P2O5-5%，K2O-9%，有機無機復混肥由湖北中化東方肥料有限公司提供，其總養(yǎng)分為N-18%，P2O5-10%，K2O-12%，有機質OM≥15%。具體施肥方案如表1所示。

表1 試驗處理施肥量Table 1 Fertilization scheme of experiment kg/hm2

試驗采用完全隨機設計，共設3個處理，每個處理設3次重復。依照本試驗田大小將稻田沿東西向劃分為9個25 m×4 m的規(guī)整小區(qū)，四周設置寬1 m的保護行，小區(qū)四周用高60 cm、寬30 cm防滲水泥墻隔開，田面表土層上下各30 cm，防止試驗過程中小區(qū)間串水。3種氮肥處理隨機排布，稻田東邊田埂設有灌水管道，西邊外側設有排水渠。每個小區(qū)單獨灌排，進水管接裝小型計量水表，排水管末端接徑流收集桶。本試驗于2017年5月6日大棚育苗，6月7日移栽，機插種植間距為25 cm×30 cm，移栽后第15 d施分蘗肥，9月25日收獲。

1.2.2 測定項目與分析方法

試驗期內的降雨氣象數(shù)據(jù)來源于荊州區(qū)農業(yè)氣象試驗站，農田灌水量通過水表測量，降雨過后，按照水稻不同生育期及上述的水管理方法進行排水，地表排水量（徑流量）采用水位差法，通過水尺定點觀測排水前后田間水層深度差。

各小區(qū)徑流通過帶蓋溢流桶收集，若徑流量較大則分雨中和雨后 2次采樣?？偟═N）采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB11894—89）；氨氮（NH4+-N）采用納氏試劑紫外分光光度法（本法與GB7479—87等效）；總磷（TP）采用鉬酸銨分光光度法[15]。

分別于水稻的返青期、分蘗期、齊穗期和成熟期進行田間取樣，每小區(qū)隨機選取3株具有代表性的水稻植株，地上部分全部帶回實驗室，去除地下部后按莖、葉、穗分裝，經105 ℃殺青、80 ℃烘干、稱量。各小區(qū)實收3 m2測產，分別在離小區(qū)進水口的5、15、20 m處各收1 m2。各生育期干物質積累量為莖、葉、穗干物質量之和。

1.3 數(shù)據(jù)分析

應用DPS 15.10進行方差分析，LSD法進行處理間的多重比較，利用Excel 2016作圖。相關指標計算方法如下：

降雨期間，忽略不計其地下深層滲漏（地下水位較高[16]）和植物截留（多年平均值在0.2%左右[17]），降雨利用率Y按式（1）計算：

式中：RT為農田某時段的降雨總量（mm）；Rt為農田某時段的徑流量（mm）。

氮、磷流失量P按式（2）計算：

式中：Ci為第i次徑流水中氮（或磷）的質量濃度（mg/L）；Vi為第i次徑流水的體積（L）。

2 結果與分析

2.1 田間降雨量、徑流量與灌溉量

機插稻移栽后適雨灌溉下的降雨量、灌溉量與稻田徑流量如圖1所示。水稻移栽后110 d內累積降雨量為492.3 mm，日降雨量最大為83.6 mm（6月9日，第2 天），各處理田間灌溉6次，灌溉量為325.2 mm，總用水量為931.9 mm，徑流量為114.4 mm（返青期產生69.0 mm，灌漿成熟期產生47.4 mm）。返青期、分蘗期、拔節(jié)孕穗期和灌漿成熟期的降雨量分別為134.3、57.1、36.7和264.2 mm，其降雨利用率分別為 17.5%、100%、100%和 84.2%，表明返青期是稻田排水管理的關鍵時期。

圖1 適雨灌溉下的降雨量、徑流量與灌溉量Fig.1 The amount of rainfall, runoff and irrigation under irrigation adjusted by rainfall

2.2 田面水氮素、磷素質量濃度的動態(tài)變化

適雨灌溉下，水稻移栽后不同施肥模式對機插水稻稻田田面水氮素（TN和NH4+-N）和磷素（TP）質量濃度動態(tài)變化的影響如圖2所示。FFP處理水稻生育期內田面水TN、NH4+-N和TP平均質量濃度分別為12.00、7.35和0.42 mg/L，70%CRF+30%N和OIF處理相較FFP處理分別降低33.0%、44.8%、5.7%和16.4%、17.1%、-17.6%，表明 70%CRF+30%N能有效降低水稻各生育期稻田田面水氮素質量濃度。基肥和分蘗肥施用過后，F(xiàn)FP、70%CRF+30%N和OIF處理田面水TN、NH4+-N和TP質量濃度迅速提高，在第 1天就達到峰值，之后隨著時間急劇下降。70%CRF+30%N處理田面水TN、NH4+-N和TP質量濃度在水稻移栽后30 d內的平均質量濃度為11.45、6.42和0.49 mg/L，較FFP處理分別降低40.4%、47.4%和0.5%，較OIF處理分別降低19.3%、20.3%和28.5%，因機插稻移栽后30 d內田間施肥量較大，秧苗小、田間蓄水能力低，如遇降雨徑流，70%CRF+30%N處理可明顯減少氮素的輸出，有效降低其流失量。

2.3 不同生育期稻田不同形態(tài)氮、磷素徑流流失量

不同施肥模式對機插稻各生育期稻田氮、磷素徑流流失量及總流失量的影響如表2所示。適雨灌溉方式下，稻田氮、磷徑流流失量的 90%左右在返青期，10%左右在灌漿成熟期，江漢平原的梅雨季節(jié)正處于中稻的返青分蘗期—拔節(jié)孕穗期，降雨期間稻田徑流量較大，而此時稻田的施肥量較大，田面水氮素和磷素的質量濃度高，因此返青期如遇降雨易造成稻田氮、磷流失。FFP處理全生育期稻田TN、NH4+-N和TP徑流流失量平均分別為 6.72、4.11、0.52 kg/hm2，70%CRF+30%N和OIF處理相較FFP處理分別降低31.4%、30.9%、1.9%和20.1%、14.8%、11.5%，表明70%CRF+30%N能有效降低機插稻稻田氮素損失。各處理間方差分析表明，適雨灌溉方式下70%CRF+30%N處理TN和NH4+-N徑流總流失量均低于FFP和OIF處理，相較FFP處理達到顯著水平，但TP徑流總流失量在3種施肥處理之間差異不顯著，表明水稻生長前期氮肥控釋，可有效降低氮素流失，但是對磷素流失的影響較小。

圖2 不同施肥模式下稻田田面水氮素（TN和NH4+-N）和磷素（TP）質量濃度的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of TN, NH4+-N and TP mass concentration in paddy fields surface water under different fertilization modes

表2 不同施肥模式下稻田氮素（TN和NH4+-N）和磷素（TP）徑流流失量Table 2 Runoff loss of TN, NH4+-N and TP in paddy fields under different fertilization modes kg/hm2

2.4 不同生育期水稻地上部干物質積累量及實際產量

適雨灌溉下，不同施肥模式對機插稻不同生育時期地上部干物質積累量及實際產量影響見表 3。70%CRF+30%N處理在返青期干物質積累量低于FFP和OIF處理31.8%和30.2%，達到顯著水平，在分蘗期和齊穗期3個處理間無顯著差異，但是在成熟期 OIF處理干物質積累量高于 70%CRF+30%N和FFP處理11.9%和和15.9%，達到顯著水平。從干物質積累量占總積累量的比例來看，移栽—返青期階段表現(xiàn)為FFP處理＞OIF處理＞70%CRF+30%N處理，表明單用緩釋氮肥可能無法滿足作物生長初期對氮素的需求；在齊穗期—成熟期表現(xiàn)為 OIF處理＞70%CRF+30%N處理＞FFP處理，其實際產量表現(xiàn)為OIF處理＞70%CRF+30%N處理＞FFP處理，OIF處理實際產量高于70%CRF+30%N和FFP處理3.8%和6.7%，但是各處理間無顯著差異，表明有機無機復混肥處理有利于中后期生育階段干物質積累量的增加和產量的提升。

表3 不同施肥模式對水稻不同生育期地上部干物質積累量影響Table 3 Effects of different fertilization patterns on dry matter accumulation in different growth stages of rice kg/hm2

3 討 論

水分是制約作物生長及產量的重要因素之一，水稻適雨灌溉將田間水分轉化利用作為一個系統(tǒng)來考慮，立足農業(yè)灌溉與降雨相協(xié)調的灌溉理念，有利于提高雨水資源利用率。本研究中返青期和灌漿成熟期的降雨利用率分別為17.5%和84.2%，主要原因是機插稻返青期期間秧苗小、素質弱，田間蓄水能力差，所以導致降雨利用率很低，但需要強調的是，降雨利用率的高低與各時期降雨量的大小密切相關。

不同的水分管理方式對稻田系統(tǒng)水分的輸入和輸出均有顯著影響，而降雨和施肥是影響氮磷素徑流輸出的主要因子，徑流中氮磷素質量濃度的大小與降雨強度關系很密切[18]。本研究表明，基肥和分蘗肥施用過后，F(xiàn)FP、70%CRF+30%N和OIF處理田面水TN、NH4+-N和TP質量濃度迅速提高，在第1天就達到峰值，之后隨著時間急劇下降，這與葉玉適等[19]研究結果相一致。本研究明確了機插稻田氮磷徑流流失量的90%左右在返青期，10%左右徑流流失量在灌漿成熟期，主要原因是返青期期間降雨量大，而田間蓄水能力小?？蒯尫示哂星捌陴B(yǎng)分釋放不致過多，后期不致太少的特點[20-21]，從而顯著降低田面水氮素質量濃度及其徑流流失風險，本研究中70%CRF+30%N處理稻田TN和NH4+-N在水稻移栽后30 d內田面水平均質量濃度和徑流損失量較FFP處理均降低30%以上，表明在降雨量相同時，各生育階段施肥量和降雨量的不同是導致稻田徑流水中氮磷質量濃度差異的另一個重要原因。

相關研究表明，與普通尿素相比，氮肥控釋能顯著提高水稻籽粒產量和氮肥利用率[22]，本研究表明，70%CRF+30%N處理在返青期干物質積累量顯著低于FFP和OIF處理，移栽—返青期階段干物質積累量占總積累量比例表現(xiàn)為 FFP處理＞OIF處理＞70%CRF+30%N處理，說明盡管控釋氮肥比常規(guī)氮肥具有更長的使用壽命，但單用緩釋氮肥可能無法滿足作物生長初期對氮素的需求。Miao等[23]研究表明，控釋氮肥（硫包尿素）不能滿足生長中后期對營養(yǎng)物質的需求，因為它們在生長初期釋放出更多的營養(yǎng)物質，本研究中控釋摻混肥與分蘗期尿素聯(lián)合施用可以有效提高機插稻干物質量積累和產量。有機肥的有機質量高，養(yǎng)分全面，肥力持久穩(wěn)定，能有效提高土壤碳庫水平、促進作物生長發(fā)育，有利于氮素利用率的提高和產量的增加[24-26]，本研究表明，成熟期OIF處理干物質積累量顯著高于70%CRF+30%N和FFP處理，其實際產量表現(xiàn)為OIF處理最高，針對土壤供氮水平和水稻養(yǎng)分利用效率還需進一步研究，以確保數(shù)據(jù)的準確性與試驗結果的可靠性。

4 結 論

適雨灌溉條件下，返青期、分蘗期、拔節(jié)孕穗期和灌漿成熟期的降雨利用率分別為 17.5%、100%、100%和84.2%；基肥和分蘗肥施用過后，F(xiàn)FP、70%CRF+30%N和OIF處理田面水TN、NH4+-N和TP質量濃度迅速提高，在第1天就達到峰值，70%CRF+30%N處理田面水TN、NH4+-N和TP質量濃度在水稻移栽后30 d內的平均質量濃度較FFP處理分別降低40.4%、47.4%和0.5%；稻田氮磷徑流流失量的90%左右在返青期，10%左右徑流流失量在灌漿成熟期，70%CRF+30%N處理TN、NH4+-N和TP徑流流失量較FFP處理分別降低31.4%、30.9%、1.9%；70%CRF+30%N處理在返青期干物質積累量顯著低于FFP和OIF處理，移栽－返青期階段干物質積累量占總積累量比例表現(xiàn)為 FFP處理＞OIF處理＞70%CRF+30%N處理，成熟期OIF處理干物質積累量顯著高于70%CRF+30%N和FFP處理，其實際產量表現(xiàn)為OIF處理＞70%CRF+30%N處理＞FFP處理。綜上，70%CRF+30%N處理有助于減少機插稻田氮、磷流失，OIF處理有助于機插稻干物質積累與產量增加。