何 軍，鐘盛建，張宇航，何天楷，趙樹(shù)君，程 磊，陳 揚(yáng)，馬一航，陶 源

(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)

緩釋肥(Slow-Release Fertilizer)是一種利用包衣技術(shù)緩慢釋放無(wú)機(jī)肥料的新型環(huán)保復(fù)合型肥料，它的釋放周期長(zhǎng)、養(yǎng)分釋放速度緩慢，能夠滿足作物不同生育期對(duì)肥料的需求[1,2]。近年來(lái)，對(duì)于緩釋肥的研究不斷深入，緩釋肥對(duì)水稻產(chǎn)量的提升作用已有大量試驗(yàn)論證[3,4]，但緩釋肥與節(jié)水灌溉耦合及其適宜性研究少見(jiàn)報(bào)道。當(dāng)前隨著全球氣候變化，極端氣候頻現(xiàn)，重旱易發(fā)區(qū)范圍表現(xiàn)出擴(kuò)張的態(tài)勢(shì)[6,7]，采用節(jié)水灌溉在一定程度上能夠減少農(nóng)田水分的滲漏及蒸發(fā)，提高灌溉水利用率[8-11]，減少溫室氣體排放[12]，降低干旱可能造成的損失。目前，農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力理論估算方法，節(jié)水灌溉數(shù)學(xué)模型，高效節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)的研究逐步深入[13-16]，我國(guó)農(nóng)業(yè)種植戶對(duì)節(jié)水灌溉的接受程度也在提高[17]，我國(guó)未來(lái)節(jié)水灌溉不斷深入和推廣的趨勢(shì)明顯?；谏鲜鲈颍疚倪x取長(zhǎng)江中下游典型灌區(qū)湖北省漳河灌區(qū)開(kāi)展緩釋肥間歇灌耦合條件下的水稻測(cè)坑試驗(yàn)，觀察分析水稻的株高、葉綠素、分蘗數(shù)、產(chǎn)量及黃熟期干物質(zhì)特征等，以期為優(yōu)化緩釋肥節(jié)水灌溉耦合模式等提供參考。

1 材料與方法

試驗(yàn)地點(diǎn)位于湖北省荊門市東寶區(qū)卻集村的湖北省灌溉試驗(yàn)中心站(30°54′15″N，112°05′16″E)。試驗(yàn)水稻品種為荃早優(yōu)絲苗，屬于秈型雜交水稻品種。試驗(yàn)采用2 m×2 m的測(cè)坑栽植，移栽植株間距20 cm×20 cm，設(shè)有防雨棚，試驗(yàn)共4個(gè)處理：淹灌傳統(tǒng)肥(W1F1)、淹灌緩釋肥(W1F2)、間歇灌緩釋肥(W2F2)、間歇灌傳統(tǒng)肥(W2F1)，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共計(jì)12個(gè)測(cè)坑。兩種水分管理模式-淹水灌溉W1和間歇灌W2，其中W2的水層控制參照文獻(xiàn)[5]。兩種施肥類型為傳統(tǒng)肥F1和緩釋肥F2。F1：氮肥水平以N計(jì)為180 kg/hm2，施基肥時(shí)用碳酸氫銨(NH4HCO3)，追肥時(shí)用尿素CO(NH2)2；磷肥：以P2O5計(jì)72 kg/hm2，施過(guò)磷酸鈣；鉀肥：以K2O計(jì)115 kg/hm2，施氯化鉀。磷、鉀肥作為基肥一次施入，氮肥50%基肥、50%追肥。基肥在插秧整地時(shí)施入，追肥(分蘗肥)在移栽后15 d左右施入。F2：與施入傳統(tǒng)肥氮磷鉀有效含量相當(dāng)?shù)木忈尫?，插秧整地時(shí)作底肥一次性施入。

水稻生態(tài)特性指標(biāo)考慮植株株高，分蘗數(shù)和葉綠素。其中葉綠素含量采用葉綠素SPAD值表示，采用SPAD-502PLUS葉綠素測(cè)定儀測(cè)取，該儀器廣泛應(yīng)用在植物葉綠素測(cè)取試驗(yàn)和研究中，取得了較好效果。株高和葉綠素SPAD值的測(cè)取頻次為每日一次，分蘗數(shù)在分蘗期每?jī)扇諟y(cè)取一次，其余時(shí)段為每周測(cè)取一次，水稻黃熟期收割后進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，并分根、莖、葉、稻穗等器官剪取，于烘箱120 ℃殺青半小時(shí)，90 ℃烘干至恒重稱重。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥處理對(duì)水稻株高的影響

圖1為不同水肥處理下水稻的株高變化趨勢(shì)?？傮w來(lái)看，所有處理的株高在8月7日之前都處于增長(zhǎng)階段，由50 cm左右增長(zhǎng)至110～125 cm，此后兩周內(nèi)各處理株高相繼不再增大，介于110～125 cm。淹水灌溉W1模式下，在追肥后的前三周(6月15日至7月10日)，傳統(tǒng)肥F1條件的株高平均每周比緩釋肥F2高出1 cm，追肥后前四周株高平均增長(zhǎng)率F1條件比F2高4.1%，追肥后前五周的平均增長(zhǎng)率，F(xiàn)2超過(guò)F1，雖然平均增長(zhǎng)率都在下降，但傳統(tǒng)肥F1組明顯下降得更快；W2模式下 ，在追肥后的前三周和前四周，F(xiàn)1的株高增長(zhǎng)率分別比F2高出14.5%和6.5%。F2條件追肥后前五周的平均增長(zhǎng)率比F1高0.28%，相差不大。F1條件下，W2與W1的株高沒(méi)有呈現(xiàn)出明顯差異，不同時(shí)段差距基本在2.2cm之內(nèi)，但黃熟期的株高，間歇灌W2 模式達(dá)114.2 cm，略高于W1的113.1 cm，而平均株高增長(zhǎng)率(每周)W2全生育期均高于 W1。F2條件下，W2模式株高均低于W1，而W2模式平均株高增長(zhǎng)率在前五周高于W1，此后W2的平均株高增長(zhǎng)率低于W1。8月21日后，所有處理植株株高基本趨于穩(wěn)定，介于111.9～122.1 cm。

總的來(lái)看，淹水灌溉模式和緩釋肥耦合對(duì)株高促進(jìn)效果顯著，緩釋肥間歇灌處理一定程度抑制株高增長(zhǎng)。相較于淹灌，間歇灌傳統(tǒng)肥處理下一定程度上會(huì)促進(jìn)株高增長(zhǎng)。

2.2 不同水肥處理對(duì)水稻葉綠素SPAD值的影響

圖2為不同水肥處理下水稻的葉綠素SPAD值變化趨勢(shì)。在W1條件下，F(xiàn)2的葉綠素SPAD值與F1的差距除8月28日外，其余都保持在10%以內(nèi)。除了7月3日和7月17日，F(xiàn)1的葉綠素SPAD值比F2高出4.2%和6.1%之外，其余時(shí)段的SPAD值都是F2更高，且最多高出13.2%。在W2模式下，6月23日、7月3日、8月7日及8月10日4個(gè)時(shí)段附近，F(xiàn)1的葉綠素SPAD值略高于F2，均不超過(guò)2%。其余時(shí)段F2的SPAD值均高于F1，最多高出8.67%。在F2條件下，W2的葉綠素SPAD值僅在7月17日、8月14日和9月8日附近超過(guò)W1，差值均不超出2.1。而W2的葉綠素SPAD值低于W1的時(shí)段有九個(gè)，平均差值達(dá)到了2.4。F1條件下，W2的葉綠素SPAD值僅在6月23日、7月31日、8月14日及9月8日四個(gè)時(shí)段超過(guò)W1，平均超出1.0，而W2被W1超過(guò)的SPAD值達(dá)到了平均每個(gè)時(shí)段1.5。

總體來(lái)看，無(wú)論是淹灌還是間歇灌模式，緩釋肥條件的葉綠素SPAD值和傳統(tǒng)肥相差不大，但是緩釋肥條件葉綠素SPAD值超過(guò)傳統(tǒng)肥的時(shí)段更長(zhǎng)，表明施用緩釋肥比施用傳統(tǒng)肥能使水稻在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)段內(nèi)維持更高的葉綠素含量，這對(duì)水稻各時(shí)段的有機(jī)物合成尤其光合作用是有利的。無(wú)論是單獨(dú)分析緩釋肥條件還是傳統(tǒng)肥條件，間歇灌模式的葉綠素SPAD值在更長(zhǎng)的時(shí)間下低于淹水灌溉，這表明間歇灌會(huì)一定程度上減少葉綠素的合成量。

圖2 不同水肥處理水稻葉綠素SPAD值變化趨勢(shì)Fig.2 Variation tendency of chlorophyll SPAD value of rice under different water and fertilizer treatments

2.3 不同水肥處理對(duì)分蘗數(shù)的影響

如圖3所示，F(xiàn)2條件下，各時(shí)段淹水灌溉W1的分蘗數(shù)高于間歇灌W2，并在7月10日至24日時(shí)間段內(nèi)，超過(guò)30%，依次分別為44.8%(6.2個(gè))、31.7%(4.9個(gè))、33.2%(5.1個(gè))。傳統(tǒng)肥F1條件下，6月15日至7月5日期間，W2的分蘗數(shù)高于W1，分別高出13.1%(0.7個(gè))，0.8%(0.1個(gè))，11.7%(1.4個(gè))。除此之外，W1的分蘗數(shù)均大于W2，介于17%～0.6%。W1模式下，各時(shí)段F2條件的分蘗數(shù)均大于F1，百分比最大高出35.0%(6月15日)，最小高出為7.93%(7月24日)；分蘗數(shù)差距最大為4.3個(gè)(8月7日)，最小為1.3個(gè)(8月28日)。間歇灌W2模式下，6月15日至7月24日，F(xiàn)2條件分蘗數(shù)小于F1，差值逐漸由16.8%降到5.4%，接著F2超出F1條件8.4%，達(dá)到最大11.8%后開(kāi)始回落，最后兩者分蘗數(shù)僅相差0.1個(gè)。總體呈現(xiàn)出F2先追趕并超過(guò)F1，而后又被F1追趕的態(tài)勢(shì)。

圖3 不同水肥處理水稻分蘗數(shù)變化趨勢(shì)Fig.3 Variation tendency of tiller number of rice under different water and fertilizer treatments

經(jīng)上述對(duì)比，傳統(tǒng)肥條件下，不同灌溉模式引起的差異要遠(yuǎn)小于其在緩釋肥條件下引起的差異，表明間歇灌緩釋肥處理對(duì)植株分蘗過(guò)程的促進(jìn)作用產(chǎn)生了一定限制。緩釋肥對(duì)水稻的分蘗過(guò)程具有明顯的促進(jìn)作用，而間歇灌模式則會(huì)呈現(xiàn)一定的削弱。

2.4 不同水肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量和黃熟期干物質(zhì)的影響

如圖4所示，間歇灌緩釋肥處理的產(chǎn)量最高，其次是淹灌緩釋肥處理、間歇灌傳統(tǒng)肥處理、淹灌傳統(tǒng)肥處理，依次為10 505、10 386、10 056和9 679 kg/hm2。傳統(tǒng)肥F1條件下，間歇灌W2比淹水灌溉W1高出377 kg/hm2(3.4%)；緩釋肥F2條件下，W2模式比W1高出119 kg/hm2(1.14%)。W1模式下，F(xiàn)2條件比F1高出707 kg/hm2(7.30%)；W2模式下，F(xiàn)2比F1高出449 kg/hm2(4.46%)。施用緩釋肥以及采用間歇灌模式均能促進(jìn)水稻產(chǎn)量提升?？傮w來(lái)看，緩釋肥間歇灌耦合模式是最適宜的選擇。

圖4 不同水肥處理水稻產(chǎn)量對(duì)比Fig.4 Comparison of rice yield under different water and fertilizer treatments

如表1所示，淹灌緩釋肥處理的黃熟期干物質(zhì)總量最高，達(dá)13 945.2 kg/hm2，比最低的間歇灌溉傳統(tǒng)肥處理高出33.6%。分別在W1、W2條件下，緩釋肥F2條件的各部分干物質(zhì)積累量、總干物質(zhì)積累量以及穗干物質(zhì)積累量占自身總干物質(zhì)積累量的比值均比傳統(tǒng)肥F1高。F1條件下，W2只在根部分的干物質(zhì)積累量上以592.4 kg/hm2超過(guò)W1的462.0 kg/hm2，在干物質(zhì)積累量百分比上，W2的根、莖分別以5.7%、24.2%超過(guò)了W1的4.0%、22.6%，但W2的葉、穗分別為10.9%、59.2%，不及W1的11.4%、62%。F2條件下，W2與W1干物質(zhì)對(duì)比關(guān)系與F1條件大體類似，不同之處在于，此時(shí)W2莖部分干物質(zhì)積累量也超過(guò)了W1。淹灌傳統(tǒng)肥處理與間歇灌緩釋肥的空秕率較低，分別為5.40%、5.71%，淹灌緩釋肥和間歇灌傳統(tǒng)肥的空秕率達(dá)到了較高的8.21%和7.54%。

總體來(lái)看，緩釋肥促進(jìn)干物質(zhì)積累作用十分明顯，并且一定程度上使穗干物質(zhì)占比得到了提升。間歇灌減少了葉、穗的干物質(zhì)積累占比，這與何軍等的研究結(jié)果一致[6]。間歇灌模式下，植株可能由于缺水把大量的肥力集中于根系與莖，以便吸收足夠的水分，呈現(xiàn)“以肥補(bǔ)水”效應(yīng)，最終獲得高產(chǎn)。

3 結(jié)論與討論

本文開(kāi)展了緩釋肥條件間歇灌對(duì)水稻株高、分蘗、葉綠素、產(chǎn)量及黃熟期干物質(zhì)影響的測(cè)坑試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

表1 不同水肥處理水稻黃熟期干物質(zhì)在各器官之間的分布Tab.1 Distribution of dry matter among organs under different water and fertilizer treatments at yellow maturing stage of rice

(1)緩釋肥在淹灌模式下對(duì)水稻株高、分蘗數(shù)有明顯促進(jìn)作用，而在間歇灌模式下，株高不如傳統(tǒng)肥條件。黃熟期，淹灌緩釋肥株高最大，為117.5 cm，比最小的間歇灌緩釋肥高4.1%，淹灌緩釋肥的分蘗數(shù)為15.3，比間歇灌緩釋肥多1.5。不同水肥處理對(duì)葉綠素SPAD值影響不明顯，不同水肥處理的葉綠素SPAD值在各個(gè)時(shí)期的最大差距不超過(guò)3.8，整個(gè)生育期的平均值差小于1.6。

(2)緩釋肥和間歇灌都具有可觀的增產(chǎn)作用。間歇灌緩釋肥產(chǎn)量最高，為10 505 kg/hm2，高出淹灌緩釋肥1.1%，高出間歇灌傳統(tǒng)肥4.5%，淹灌傳統(tǒng)肥處理產(chǎn)量最低，為9 679 kg/hm2。間歇灌使黃熟期根莖的干物質(zhì)占比提高。間歇灌緩釋肥處理根干物質(zhì)占比在所有處理中最大，達(dá)到6.6%，間歇灌傳統(tǒng)肥的莖干物質(zhì)占比最大，達(dá)到24.2%，其次是間歇灌緩釋肥。淹灌傳統(tǒng)肥和間歇灌緩釋肥處理空秕率較低，緩釋肥條件下，采用間歇灌對(duì)空秕率的控制有益。

緩釋肥條件下采用間歇灌模式能達(dá)到既節(jié)水又增產(chǎn)的目的，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水增產(chǎn)具有重要意義。其原因可能在于間歇灌限制了無(wú)效分蘗，以及干濕交替的水分管理環(huán)境迫使水稻根系及莖活性增強(qiáng)，吸收利用養(yǎng)分和水分的能力有所提升，加之緩釋肥為水稻植株提供各時(shí)期所需要的養(yǎng)分，因而獲得高產(chǎn)。本次試驗(yàn)設(shè)有防雨棚，且在測(cè)坑中進(jìn)行，接下來(lái)應(yīng)開(kāi)展緩釋肥條件的小區(qū)、大田等大尺度田間試驗(yàn)，以及多種節(jié)水灌溉水分管理模式，方能使結(jié)論更為可靠和豐富多樣，更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。