何 軍 ，何天楷，張宇航，鐘盛建，高明利， 趙樹君*，陳 揚，朱子榮，陳 瑩

（1.三峽大學 水利與環(huán)境學院，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學 三峽庫區(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

我國是水稻種植與消費大國，水稻的產(chǎn)量占全球的28.1%[1]，水稻的高產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)與我國民生問題息息相關[2-3]。近年來，湖北省作為中稻生產(chǎn)大省，中稻種植面積呈逐年增長趨勢，種植范圍遍布全省。水稻栽培過程中，施肥和灌溉是2 個最重要的因素，施肥是水稻的重要增產(chǎn)措施，灌水模式會影響水稻的發(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重要指標，提高肥料利用率除了對資源的高效利用、有效提高糧食產(chǎn)量以外，也對減輕環(huán)境污染有重要意義[9-10]。針對上述情況，在我國南方長江流域典型水稻種植區(qū)湖北省漳河灌區(qū)開展水稻氮磷吸收利用及產(chǎn)量試驗，采集不同水肥調(diào)控模式下收割后的水稻植株樣，進行氮磷指標農(nóng)化分析，研究成果對生態(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 試驗設計

試驗在湖北省灌溉試驗中心站進行，時段為2019年5—10 月的水稻種植期。灌溉試驗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)勢兼得。四季分明，常年氣候溫暖，年無霜期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]。

試驗在測坑中進行，設有防雨棚，每個測坑面積為2 m×2 m，測坑之間相互獨立，其底部用鋼筋混凝土澆灌隔離。試驗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行嚴格的田間水層控制[11-12]：W1 模式下，返青復苗、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、抽穗開花及乳熟期的控制標準為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%（返青復苗）、85%（分蘗前期）、65%～70%（分蘗后期）、90%（拔節(jié)孕穗）、90%（抽穗開花）、85%（乳熟）以及65%（黃熟）。灌后上限返青復苗為30 mm，分蘗前期、拔節(jié)孕穗期為40 mm，抽穗開花、乳熟期為70 mm，分蘗后期進行曬田處理，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）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）為72 kg/hm2，為過硫酸鈣（主要成分為Ca（H2PO4）2·H2O），鉀肥水平（以K2O 計）為115 kg/hm2，為氯化鉀（KCl）。氮、磷、鉀常規(guī)施肥水平為當?shù)厝毫暷Ｊ?，其有效量比?5∶10∶16。N2 氮、磷、鉀有效量及配比與N1 相當?shù)乃緦Ｓ门浞骄忈尫省?/p>

施肥方式設計：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施入，追肥（分蘗肥）在移栽后15 d 左右施入。N2 在插秧整地時作為底肥1 次性施入，在緩釋劑作用技術體系下，緩釋的養(yǎng)分釋放速率將與作物生長需求相協(xié)調(diào)。以上共4 個水肥處理模式，即W1N1、W1N2、W2N1、W2N2。每個處理3 次重復，共計12 個測坑，采用隨機排列模式。供試水稻品種為當?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產(chǎn)，為避免邊緣效應，于測坑中間位置選取代表性1 m×1 m，單打單收。每個測坑采集代表性植株1 株，每個處理設3 次重復。植株樣取回后用自來水洗凈，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定，全氮（TN）采用凱氏定氮法測量[13]。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及制圖采用微軟公司Excel 2019 軟件。

2 結果與分析

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）評價不同水肥處理水稻對氮素的吸收利用情況，計算式為：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。磷素的吸收利用評價指標參考氮素。

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，可見施用緩釋肥對水稻的增產(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%。結果表明，相較于常規(guī)肥N1，緩釋肥N2條件會促使植株的氮素在籽粒部分進一步積累。

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%。結合圖2（a）可知，相較于常規(guī)肥，施用緩釋肥會進一步促進氮、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

為了更好地評價氮、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)肥能更好地促進氮素的吸收并推動氮素向籽粒發(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植株籽粒磷素吸收的效果。間歇灌溉模式下，緩釋肥對植株PHI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]研究結果相一致。

圖3 不同水肥處理植株氮（磷）素收獲指數(shù)對比 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）對比。由圖4（a）可知，在W2N2處理下，植株的NFPP達到最大值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 時達到最大，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水稻產(chǎn)量達最大10 505 kg/hm2。這與孫愛華等[15]、馬良等[16]研究結果相似，表明施用緩釋肥對水稻的增產(chǎn)效果優(yōu)于常規(guī)肥。

試驗過程中，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)分別達到最大值：71.6%和86.7%，氮、磷肥偏生產(chǎn)力也分別達最大值：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)控模式對水稻氮、磷吸收利用的影響是比較微觀而又真實存在的。本文僅從1 a 的水稻種植試驗數(shù)據(jù)加以分析。不設防雨棚、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。

4 結 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%。緩釋肥對水稻的增產(chǎn)效果優(yōu)于常規(guī)肥，間歇灌溉可進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，緩釋肥條件會進一步促進這種積累。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。