祝?？ⅲ?舟，石愛(ài)龍，文 天，文 璨，薛華良，王學(xué)華*

灌溉模式和有機(jī)肥配施對(duì)水稻產(chǎn)量、光合特性和氮肥利用率的影響①

祝?？?,2，唐 舟1,2，石愛(ài)龍1,2，文 天1,2，文 璨1,2，薛華良3，王學(xué)華1,2*

(1 教育部作物生理與分子生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410128；2 南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙 410128；3 益陽(yáng)市赫山區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南益陽(yáng) 413000)

針對(duì)湘北地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源日益緊缺和水稻生產(chǎn)上濫施化學(xué)氮肥的現(xiàn)狀，為了節(jié)約淡水資源、降低化肥用量、實(shí)現(xiàn)水肥協(xié)同和資源高效利用，設(shè)置2種灌溉方式(W1：全生育期淹水灌溉；W2：全生育期濕潤(rùn)灌溉)和4個(gè)施氮水平(N0：不施氮肥；N1：施N 量150 kg/hm2，肥料為尿素氮100%；N2：施N 量150 kg/hm2，肥料為尿素氮80%+有機(jī)氮(菜枯)20%；N3：施N 量150 kg/hm2，肥料為尿素氮60%+有機(jī)氮(菜枯)40%)，分析水稻產(chǎn)量、光合特性、氮素代謝和氮肥利用率對(duì)灌溉模式和有機(jī)肥配施的響應(yīng)規(guī)律。結(jié)果表明：與W1相比，W2顯著增加水稻產(chǎn)量、氮肥利用率、凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度等；在不同施氮處理下，增加有機(jī)肥比例能顯著提高產(chǎn)量，N3、N2、N1分別比N0增產(chǎn)28.32%、25.52%、18.88%，同時(shí)氮肥吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力也表現(xiàn)為N3>N2>N1，N3的氮肥吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力分別達(dá)到了78.52%、9.77 kg/kg、46.91 kg/kg。綜合評(píng)分法表明，灌溉模式和有機(jī)肥配施的最佳模式為W2N3，即濕潤(rùn)灌溉、施N 量150 kg/hm2、肥料為尿素氮60%+有機(jī)氮(菜枯)40% 組合。該研究結(jié)果可為湘北地區(qū)水稻水肥管理提供科學(xué)依據(jù)。

水稻；灌溉方式；有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施；產(chǎn)量；氮肥利用率

水稻是我國(guó)重要的糧食作物，全國(guó)有一半以上的人口以稻米為主食，對(duì)稻米的需求還在不斷增加[1]。水稻是耗水量最多的作物，其耗水量約為其他谷類作物的2 ～ 3倍[2]。在我國(guó)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，淡水資源浪費(fèi)非常嚴(yán)重，只有不到一半的水分能被水稻利用消耗[3]。因此，必須尋求節(jié)水灌溉技術(shù)提高水分的利用率，保證灌溉的可持續(xù)性，緩解水資源供需矛盾，同時(shí)保證水稻的正常生長(zhǎng)和發(fā)育[4]。

除水分外，肥料也是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的主要限制因子[5]。人們把增加化肥用量作為提高作物產(chǎn)量的重要手段，目前中國(guó)已成為世界氮肥的第一大消費(fèi)國(guó)[6]。過(guò)高的施氮量和較低的氮肥利用率，不但增加了生產(chǎn)成本，降低了氮肥生產(chǎn)力[7]，造成氮肥資源的浪費(fèi)[8]，還會(huì)造成水稻貪青遲熟，降低了稻米食味等品質(zhì)[9]，并導(dǎo)致農(nóng)田土壤環(huán)境的惡化[10]、土壤微生物的多樣性下降[11]等一系列的環(huán)境問(wèn)題。李燕青等[12]提出雞糞或豬糞單獨(dú)施用或配施少量化肥氮，牛糞配施75% 左右的化肥氮可實(shí)現(xiàn)與化肥相當(dāng)?shù)牡乩眯?，同時(shí)提升土壤肥力。許小偉等[13]提出，配施40% 豬糞氮更有利于紅壤地區(qū)土壤肥力及產(chǎn)量的改善。陶磊等[14]提出化肥減量20% ～ 40% 配施以3 000、6 000 kg/hm2有機(jī)肥不僅不會(huì)導(dǎo)致棉花減產(chǎn)，而且對(duì)提高土壤酶活性，調(diào)節(jié)土壤細(xì)菌、真菌、放線菌群落組成結(jié)構(gòu)，改善北疆綠洲滴灌棉田土壤生物學(xué)性狀有顯著作用。趙雋等[15]提出有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可以延緩灌漿中后期葉片衰老，維持合理的冠層結(jié)構(gòu)，使小麥具有較強(qiáng)的光合性能，進(jìn)而獲得較高的籽粒產(chǎn)量。

湘北地區(qū)是長(zhǎng)江中下游重要的雙季稻區(qū)，光、熱、水資源豐富，水稻產(chǎn)量高，品質(zhì)好[16]。經(jīng)調(diào)查，湘北地區(qū)的水稻種植戶均習(xí)慣在淹水條件下種植水稻，也存在著過(guò)度施肥的現(xiàn)象[17-18]。為此，本研究以洞庭湖區(qū)的雙季早稻為研究對(duì)象，設(shè)置系列肥料的用量、不同灌溉條件，旨在探明配施有機(jī)肥減量施肥對(duì)不同水肥耦合條件下水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響，量化有機(jī)肥替代部分化肥的比例，搭配較好的節(jié)水灌溉模式，為當(dāng)?shù)厮旧a(chǎn)、節(jié)水灌溉及土壤培肥提供科學(xué)依據(jù)，最大限度地發(fā)揮和利用水肥耦合優(yōu)勢(shì)在水稻生產(chǎn)過(guò)程中的作用，以達(dá)到以水調(diào)肥，提高肥料利用率，有效地保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，以期為湘北地區(qū)稻田灌水施肥提供有益指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年4—7月在益陽(yáng)市赫山區(qū)筆架山鄉(xiāng)中塘村進(jìn)行。試驗(yàn)地位于27°58′38″ ～ 29°31′42″N、110°43′02″ ～ 112°55′48″E，海拔31.63 m，屬亞熱帶氣候季風(fēng)，四季分明，降水充足。年平均氣溫16.1 ～ 16.9 ℃，年降水量1 230 ～ 1 700 mm，土壤基本理化性質(zhì)為pH 5.46，堿解氮164.2 mg/kg，有效磷11.7 mg/kg，速效鉀73.3 mg/kg，全氮1.64 g/kg，全鉀0.343 g/kg，全磷0.658 g/kg，有機(jī)質(zhì)29.04 g/kg。供試水稻品種為株兩優(yōu)819，種植密度為300 000株/hm2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)灌溉方式和氮肥運(yùn)籌2個(gè)因素，灌溉方式2水平，氮肥運(yùn)籌4水平，組合成共8個(gè)處理。灌溉方式2個(gè)水平：W1(淹水灌溉：全期保持3 ～ 5 cm水層，收獲前1周斷水)、W2(濕潤(rùn)灌溉：全期濕潤(rùn)無(wú)水層)。氮肥運(yùn)籌4個(gè)水平：N0(不施氮肥)、N1(施N量150 kg/hm2，肥料為尿素氮100%)、N2(施N量150 kg/hm2，肥料為尿素氮80%+有機(jī)氮(菜枯)20%)、N3(施N量150 kg/hm2，肥料為尿素氮60%+有機(jī)氮(菜枯)40%)。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以灌溉方式為主區(qū)，氮肥運(yùn)籌為副區(qū)，小區(qū)(裂區(qū))面積20 m2，重復(fù)3次，栽插規(guī)格為16.7 cm × 20 cm。各處理磷鉀肥等量，P2O590 kg/hm2，K2O 180 kg/hm2。氮肥為尿素(含N 46%)和菜枯(含N 4.60%，P2O52.48%，K2O 1.40%)，磷肥用過(guò)磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥用氯化鉀(含K2O 60%)。氮肥的施用按氮肥運(yùn)籌方式，磷肥作基肥一次性施用，鉀肥作基肥︰分蘗肥=1︰1施用。分小區(qū)單排單灌，田埂用塑料薄膜覆蓋，防止竄水竄肥。田間精細(xì)管理，及時(shí)控制和防治病蟲(chóng)害的發(fā)生。

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.3.1 葉片光合特性 在分蘗盛期(取上數(shù)第二全展葉)、孕穗期、齊穗期、乳熟期(取劍葉)，采用便攜式光合作用測(cè)定儀LI-6400光合測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定光合速率。測(cè)定水稻葉片光合特性盡量選在晴朗、無(wú)云、無(wú)風(fēng)的天氣，時(shí)間為9:00—12:00。選擇具有代表性的2株，每株重復(fù)測(cè)3次，取其平均值為該株的測(cè)量值。

1.3.2 水稻氮代謝的測(cè)定 1)硝酸還原酶(NR)活性測(cè)定。在水稻的分蘗期、孕穗期、齊穗期、乳熟期，分別取水稻的葉片樣測(cè)定氮代謝相關(guān)的酶活性及相應(yīng)產(chǎn)物：①取適量誘導(dǎo)劑于燒杯中，將新鮮標(biāo)本洗干凈，濾紙吸干，放入誘導(dǎo)劑應(yīng)用中避光，浸泡2 h，取出樣本，試紙吸干，–20 ℃ 冷凍30 min，取出樣本，濾紙吸干；②酶的提取：稱取0.5 g鮮樣，剪碎于研缽中，取液氮及1 ml提取緩沖液，研磨勻漿，轉(zhuǎn)移于離心管，在4 ℃、4 000 r/min下離心10 min，上清液即為粗酶提取液；③測(cè)定反應(yīng)：加混合液(0.1 mol/L KNO3、1%/異丙醇) 磷酸緩沖液(0.1 mol/L) 9 ml，其中一管立即加1 ml三氯乙酸(30%)作對(duì)照，放入真空泵中反復(fù)抽氣，直至葉片沉至管底，將各試管置于30 ℃暗處保溫30 min，分別加1 ml三氯乙酸(30%)；④靜置2 min，然后吸取上清液2 ml，加4 ml確胺試劑、4 ml 架服試劑，搖勻后靜置30 min，在540 mm處比色計(jì)算出酶活性。

2)谷氨酰胺合成酶活性測(cè)定。首先準(zhǔn)備0.6 ml咪唑鹽酸緩沖液(0.25 mol/L，pH 7.0)、0.4 ml ATP-Na 溶液(30 mol/L，pH 7.0)、0.4 ml谷氨酸鈉溶液(0.30 mol/L，pH 7.0)、0.2 ml MgSO4溶液(0.5 mol/L)、提取液1.2 ml。反應(yīng)液在25 ℃水浴鍋中保溫5 min后，加入0.2 ml羥胺試劑開(kāi)始反應(yīng)，倒計(jì)時(shí)15 min后立即加入0.8 ml酸性FeCl3試劑終止反應(yīng)?；旌弦褐糜? 000 r/min 離心機(jī)中離心15 min, 測(cè)定上清液在540 nm處的光密度。一個(gè)GS活性單位定義為該反應(yīng)條件下，反應(yīng)時(shí)間為15 min內(nèi)催化形成1 μmol Y–谷氨酰異羥肟酸需要的酶量，總活性為每克鮮樣酶粗液在15 min的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)消光值的變化量。

1.3.3 氮肥利用率 成熟期的莖鞘、實(shí)粒和秕粒經(jīng)消化后，采用荷蘭Skalar公司生產(chǎn)的Skalar San++流動(dòng)注射分析儀測(cè)定氮素含量，計(jì)算氮肥利用率。

氮肥吸收利用率(NUE，%)＝(施氮區(qū)地上部吸氮量–不施氮區(qū)地上部吸氮量)/施氮量×100；

氮肥生理利用率(NPE，kg/kg)＝(施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量–不施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量)/(施氮區(qū)地上部吸氮量–不施氮區(qū)地上部吸氮量)；

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(NAE，kg/kg)＝(施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量–不施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量)×1000/施氮量；

氮肥偏生產(chǎn)力(PFP，kg/kg)＝施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量×1000/施氮量；

氮收獲指數(shù)(NHI)=籽粒吸氮量/植株總吸氮量。

1.3.4 水稻產(chǎn)量的測(cè)定 水稻成熟期每小區(qū)調(diào)查60蔸計(jì)算有效穗，根據(jù)平均有效穗取樣法每小區(qū)選取具有代表性的5蔸用于考察總粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。各小區(qū)分收分曬，計(jì)算實(shí)際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉模式和有機(jī)肥配施對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

灌溉模式和有機(jī)肥配施顯著影響水稻產(chǎn)量(表1)。總體上來(lái)說(shuō)，與W1相比，W2增產(chǎn)了4.07%。施用氮肥明顯增產(chǎn)，處理間產(chǎn)量高低依次為N3>N2>N1> N0，N3、N2、N1分別比N0增產(chǎn)28.32%、25.52%、18.88%，均達(dá)到顯著水平，且N3、N2與N1之間的差異也達(dá)到顯著水平，說(shuō)明用有機(jī)氮肥替代部分無(wú)機(jī)氮肥可以促進(jìn)水稻產(chǎn)量提高。從水肥耦合來(lái)看，產(chǎn)量最高為W2N3(7.42 t/hm2)，產(chǎn)量最低的是W1N0(5.51 t/hm2)。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看，不同的水肥條件下，水稻千粒重差異并不顯著。濕潤(rùn)灌溉W2在有效穗數(shù)和穗粒數(shù)上比淹水灌溉W1要多，且差異顯著，但結(jié)實(shí)率和千粒重有所下降。施用氮肥能顯著增加有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，提高千粒重，且顯著影響結(jié)實(shí)率，當(dāng)?shù)蕿槿实獣r(shí)，結(jié)實(shí)率為66.47%，比不施氮低7.40%；當(dāng)用20%有機(jī)氮替代時(shí)，結(jié)實(shí)率比不施氮低3.09%；當(dāng)用40% 有機(jī)氮替代時(shí)，比不施氮上升了2.97%。

2.2 灌溉模式和有機(jī)肥配施對(duì)水稻光合特性的影響

2.2.1 蒸騰速率 從表2中可以看出，葉片蒸騰速率在分蘗期至齊穗期保持在7.65 ～ 12.59 mmol/(m2·s)范圍內(nèi)，總體在齊穗期達(dá)到最高值。從灌溉方式來(lái)看，W2的蒸騰速率大于W1，且在分蘗期到齊穗期差異顯著，灌漿期差異不顯著。從施氮處理來(lái)看，施氮比不施氮N0蒸騰速率高，且在分蘗期至齊穗期差異顯著，在灌漿期差異不顯著；施氮處理又以N1蒸騰速率最高，N3最低，且在分蘗期至孕穗期差異顯著，齊穗期至灌漿期差異不顯著，說(shuō)明施用有機(jī)肥有降低蒸騰速率的趨勢(shì)。從水氮互作來(lái)看，從分蘗期到齊穗期，各處理間蒸騰速率存在顯著或極顯著差異，各時(shí)期均以W2N1蒸騰速率最高，以W1N0最低，即在濕潤(rùn)灌溉條件下，施用化學(xué)氮肥有促進(jìn)蒸騰作用的效果。

2.2.2 光合速率 灌溉模式和有機(jī)肥配施顯著影響水稻不同時(shí)期的光合速率，由表3可知，株兩優(yōu)819的光合速率在不同生育期呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，孕穗期到達(dá)峰值。灌溉方式的不同對(duì)光合速率產(chǎn)生顯著影響，各時(shí)期均以處理W2的光合速率顯著高于W1。不同施氮處理下，生育前中期(分蘗期–孕穗期)表現(xiàn)為處理N1>N2>N3>N0，在生育后期(齊穗期–灌漿期)表現(xiàn)為處理N3>N2>N1>N0，N3、N2與N1、N0差異顯著，灌漿期差異不顯著。以分蘗期為例，N1的光合速率達(dá)到20.85 μmol/(m2·s)，比N2、N3、N0分別高出4.41%、19.55%、17.53%，處理N3與N0差異不顯著，其他處理間差異顯著。

表1 灌溉模式和有機(jī)肥配施對(duì)株兩優(yōu)819產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

注：同列數(shù)據(jù)小寫(xiě)字母不同表示處理間差異顯著(<0.05)；* 和 ** 分別表示影響達(dá)<0.05和<0.01顯著水平，ns表示沒(méi)有顯著影響；下表同。

表2 灌溉模式和有機(jī)肥配施對(duì)株兩優(yōu)819蒸騰速率的影響(mmol/(m2·s))

2.2.3 氣孔導(dǎo)度 類似光合速率，不同處理的氣孔導(dǎo)度在孕穗期達(dá)到最高值(表4)。不同灌溉模式之間，各個(gè)時(shí)期的氣孔導(dǎo)度均為濕潤(rùn)灌溉W2大于淹水灌溉W1，在分蘗期、孕穗期、齊穗期和灌漿期，W2的氣孔導(dǎo)度比W1分別高出6.71%、23.78%、2.53%、2.50%。從施氮處理來(lái)看，從分蘗期至齊穗期，不同處理間顯著差異，灌漿期差異不顯著。從水氮互作來(lái)看，不同時(shí)期的氣孔導(dǎo)度基本上保持W2N1最大，而W1N0最小，且在生育前期差異顯著，后期不顯著。

表3 灌溉模式和有機(jī)肥配施對(duì)株兩優(yōu)819光合速率的影響(μmol/(m2·s))

2.2.4 胞間CO2濃度 從表5可看出，各處理的胞間CO2濃度在前3個(gè)時(shí)期比較穩(wěn)定，而在灌漿期明顯增大，這可能與灌漿期光合速率下降有關(guān)。在兩種灌溉方式之間，各個(gè)時(shí)期的胞間CO2濃度均為濕潤(rùn)灌溉W2大于淹水灌溉W1，分蘗期、孕穗期、齊穗期和灌漿期，W2的胞間CO2濃度比W1分別高出3.61%、3.01%、4.49%、1.54%。從不同施氮處理來(lái)看，胞間CO2濃度沒(méi)有明顯規(guī)律，且沒(méi)有差異。從水氮互作來(lái)看，在分蘗期以W2N3最大，為319.59 μmol/mol，W1N1最小，為304.81μmol/mol，差異顯著；在孕穗期以W2N3最大，為315.31 μmol/mol，W1N3最小，為304.28 μmol/mol，差異顯著；在齊穗期以W2N2最大，為321.25 μmol/mol，W1N2最小，為303.70 μmol/mol，差異顯著；而灌漿期處理間差異不顯著。說(shuō)明胞間CO2濃度的差異來(lái)源主要是灌溉方式，而施氮處理對(duì)胞間CO2濃度沒(méi)有明顯影響。

表4 灌溉模式和有機(jī)肥配施對(duì)株兩優(yōu)819氣孔導(dǎo)度的影響(mol/(m2·s))

2.3 灌溉模式和有機(jī)肥配施對(duì)水稻硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶的影響

從表6可知，灌溉模式和有機(jī)肥配施顯著影響水稻不同時(shí)期的硝酸還原酶的活性。在不同灌溉模式下，在分蘗期、孕穗期、齊穗期、灌漿期，W2比W1分別增加19.14%、14.25%、20.59%、30.83%。從施氮處理來(lái)看，N1>N2>N3>N0。從水氮互作來(lái)看，總的趨勢(shì)是W2N1>W1N1>W2N2>W1N2> W2N3> W1N3>W2N0>W1N0。在孕穗期W2N1條件下酶活性為最高，達(dá)到了10.77 μg/(g·h)。

表5 灌溉模式和有機(jī)肥配施對(duì)株兩優(yōu)819胞間CO2濃度的影響(μmol/mol)

與硝酸還原酶類似，不同處理能影響水稻不同時(shí)期的谷氨酰胺合成酶的活性，但在齊穗期達(dá)到最高值(表6)。從灌溉模式來(lái)看，在各個(gè)生育期谷氨酰胺合成酶均表現(xiàn)為W2大于W1，在分蘗期、孕穗期、齊穗期、灌漿期，W2比W1分別增加12.79%、20.76%、3.92%、16.63%。從施氮處理來(lái)看，以齊穗期為例，N1分別比N0、N2、N3增加63.59%、13.33%、27.64%；從水氮互作來(lái)看，前3個(gè)時(shí)期總的趨勢(shì)是W2N1> W1N1>W2N2>W1N2>W2N3>W1N3>W2N0>W1N0，且處理之間存在顯著或極顯著差異。綜上所述，濕潤(rùn)灌溉和施用氮肥有利于提高谷氨酰胺合成酶活性，氮肥種類以化學(xué)氮肥更能促進(jìn)谷氨酰胺合成酶活性的提高，而用有機(jī)氮肥替代化學(xué)氮肥則對(duì)谷氨酰胺合成酶活性有影響。

表6 灌溉模式和有機(jī)肥配施對(duì)株兩優(yōu)819葉片硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性的影響(μg/(g·h))

2.4 灌溉模式和有機(jī)肥配施對(duì)超級(jí)稻氮肥利用率的影響

由表7可以看出，不同灌溉模式下，氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮收獲指數(shù)表現(xiàn)出一定差異。濕潤(rùn)灌溉W2的氮肥吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力較淹水灌溉要高，而氮肥生理利用率稍低。從施氮處理來(lái)看，氮肥吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力都是N3>N2>N1。氮肥吸收利用率，N3為78.52%，比N1高出27.01%；氮肥農(nóng)學(xué)利用率，N3為9.77 kg/kg，比N1高出15.62%；氮肥偏生產(chǎn)力，N3為46.91 kg/kg，比N1高出15.62%。氮肥生理利用率則剛好相反，N1>N2>N3，N1為70.45 kg/kg，比N3高出14.64%。從水氮互作來(lái)看，W2N3的氮肥吸收利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率最高，分別為78.64%、10.37 kg/kg；處理W1N3的氮肥偏生產(chǎn)力和氮收獲指數(shù)最高，分別為46.98%、0.79；而氮肥生理利用率則以處理W1N1最高，為72.86 kg/kg。

表7 灌溉模式和有機(jī)肥配施對(duì)株兩優(yōu)819氮肥利用率的影響

3 討論

3.1 不同灌溉模式和有機(jī)肥配施耦合對(duì)水稻產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成的影響

濕潤(rùn)灌溉和化肥減量配施有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的提高都有著積極作用[19]。高菊生等[20]和徐明崗等[21]都提出化肥有機(jī)肥配合施用能促進(jìn)水稻中后期的干物質(zhì)積累和養(yǎng)分吸收，并能提高稻田單位面積總穗數(shù)和穗粒數(shù)，從而提高水稻產(chǎn)量。因?yàn)榛首鳛樗傩Х柿夏苤嗡旧L(zhǎng)前期的營(yíng)養(yǎng)需求，而有機(jī)肥作為緩釋肥料能夠?yàn)樗旧L(zhǎng)后期提供養(yǎng)分[22-23]。劉紅江等[24]提出了有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥各占50% 能夠?qū)崿F(xiàn)水稻產(chǎn)量最高化。本研究有機(jī)肥占比40% 能達(dá)到最高產(chǎn)，和前人的研究結(jié)果接近，后續(xù)需要細(xì)化占比開(kāi)展新的試驗(yàn)。在灌溉模式方面，全生育期濕潤(rùn)灌溉有利于水稻生長(zhǎng)發(fā)育，在全生育期濕潤(rùn)灌溉處理下土壤表面的透氣性增強(qiáng)，有利于水稻干物質(zhì)的積累，從而葉片光合速率及產(chǎn)量因素得以提高，水分的利用率隨著提高[25]。本研究結(jié)果與前人一致，全生育期濕潤(rùn)灌溉優(yōu)于長(zhǎng)期淹水灌溉，在同一施肥水平下，濕潤(rùn)灌溉的產(chǎn)量要高于淹水灌溉。

3.2 不同灌溉模式和有機(jī)肥配施耦合對(duì)水稻光合特性的影響

光合作用是影響作物產(chǎn)量的重要生理過(guò)程，對(duì)實(shí)現(xiàn)自然界的能量轉(zhuǎn)換、維持大氣的碳–氧平衡具有重要意義，已有研究表明施用有機(jī)肥可以提高植物的光合作用強(qiáng)度[26]。本研究結(jié)果表明，有機(jī)肥配施處理下的葉片氣孔導(dǎo)度、蒸騰作用、胞間CO2濃度都低于化肥處理，與凈光合速率負(fù)相關(guān)，這可能是因?yàn)橛袡C(jī)肥提高了葉肉細(xì)胞光合性能[27]。水分因子主要通過(guò)影響水稻光合速率、蒸騰速率，進(jìn)而影響光合生理特性。大量研究表明，供水不足導(dǎo)致水稻葉綠素含量降低，減少劍葉功能期，降低光合速率[28]，而淹水處理使作物總?cè)~綠素含量隨著淹水天數(shù)的延長(zhǎng)而呈下降趨勢(shì)，色素破壞明顯，從而導(dǎo)致光合速率下降，最終導(dǎo)致減產(chǎn)，因此，適當(dāng)?shù)乃止喔扔欣谔岣吖夂纤俾蔥29]。

3.3 不同灌溉模式和有機(jī)肥配施耦合對(duì)水稻葉片硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶的影響

硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶在水稻氮代謝過(guò)程中起調(diào)節(jié)和限速的作用，其活性影響著水稻氮素利用和中心調(diào)節(jié)作用[2]。不同的研究中，有機(jī)肥對(duì)植物葉片中硝酸還原酶含量的影響不一，陳星峰等人[30]研究表明施用餅肥、牛糞、豬糞能提高硝酸還原酶活性，而施用雞糞和稻草則降低硝酸還原酶活性，烤煙硝酸還原酶活性隨有機(jī)氮配施比例的增加而提高；而袁玉偉等[31]認(rèn)為隨著有機(jī)肥配施比例的降低，葉片中硝酸還原酶活性逐漸提高，100% 化肥處理時(shí)達(dá)到最高。本研究結(jié)果與后者一致，這可能是硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶與土壤含氮量關(guān)系密切, 化肥直接進(jìn)入土壤，導(dǎo)致含氮量明顯增高, 植株體內(nèi)硝酸還原酶活性也就越強(qiáng), 氮素代謝也就越旺盛。陳仁天等人[32]認(rèn)為采用濕潤(rùn)灌溉處理相對(duì)有利于提高水稻葉片硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶的活性，本研究結(jié)果與此一致。同時(shí)濕潤(rùn)灌溉和施用氮肥有利于提高谷氨酰胺合成酶活性。

3.4 不同灌溉模式和有機(jī)肥配施耦合對(duì)水稻氮肥利用率的影響

適當(dāng)?shù)氖┑獥l件下，有機(jī)肥代替部分化學(xué)肥料，可以提高水稻的氮肥利用率[33]。本研究中，有機(jī)肥配施無(wú)機(jī)肥處理較單施有機(jī)肥處理能顯著提高氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥吸收利用率和氮肥偏生產(chǎn)力，且其比例為40% 時(shí)達(dá)到最高，這與魏靜等人[34]研究基本一致，這可能是有機(jī)肥比較全面，促進(jìn)水稻根系生長(zhǎng)，減少氮素?fù)p失，促進(jìn)氮素吸收。表土濕潤(rùn)灌溉能有效改善稻田土壤氧化還原狀況，不僅顯著提高水稻產(chǎn)量，而且顯著增強(qiáng)稻田氮的硝化而減少氮素?fù)p失，從而提高水稻氮素積累量和氮素收獲指數(shù)，這與胡繼杰等人[35]的研究結(jié)果一致。綜上，說(shuō)明優(yōu)化灌溉、配施有機(jī)肥能夠提高氮肥的利用效率。

4 結(jié)論

適當(dāng)有機(jī)肥替代配施無(wú)機(jī)肥，以及濕潤(rùn)灌溉條件下，能在不同程度上提高水稻的光合利用率、氮肥利用率和氮肥貢獻(xiàn)率，增加水稻籽粒秸稈吸氮量，增加水稻穗數(shù)、穗粒數(shù)或千粒重，最終提高水稻的產(chǎn)量。綜合水稻產(chǎn)量、光合特性、氮肥利用率以及環(huán)境影響等方面，在施用中氮量的基礎(chǔ)條件下，對(duì)田間采用濕潤(rùn)灌溉模式，并配施40% 的有機(jī)肥為最優(yōu)有機(jī)無(wú)機(jī)配施方案。

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Effects of Irrigation Patterns and Combined Application of Organic Fertilizer on Rice Yield, Photosynthetic Characteristics and Nitrogen Use Efficiency

ZHU Haijun1,2, TANG Zhou1,2, SHI Ailong1,2, WEN Tian1,2, WEN Can1,2, XUE Hualiang3, WANG Xuehua1,2*

(1 Key Laboratory of Crop Physiology and Molecular Biology, Ministry of Education, Changsha 410128, China; 2 Southern Grain and Oil Crops Collaborative Innovation Center, Changsha 410128, China; 3 Agriculture and Rural Bureau of Heshan District, Yiyang, Hunan 413000, China)

In view of the growing shortage of agricultural water resources and the abuse of chemical nitrogen fertilizer on rice production in Northern Hunan Province, in order to save fresh water resources, reduce the dosage of chemical fertilizers, and realize the coordinated and efficient utilization of resources of water and fertilizer, two kinds of irrigation methods (W1: water irrigation in whole grow period; W2: wet irrigation in whole growth period) and four nitrogen levels (N0: no nitrogen; N1: N amount 150 kg/hm2, fertilizer urea nitrogen 100%; N2: N amount 150 kg/hm2, fertilizer urea nitrogen 80% + organic nitrogen 20%; N3: N amount 150 kg/hm2, fertilizer urea nitrogen 60% + organic nitrogen 40%) were set up in this study, and then the yields, photosynthetic characteristics, nitrogen metabolism and nitrogen use efficiencies of rice under different treatments were analyzed. The results showed that, compared with W1, W2significantly increased yield, nitrogen use efficiency, net photosynthetic rate, transpiration rate and stomatal conductance. Under different nitrogen levels, increasing organic fertilizer ratio significantly increased yield, and N3, N2and N1increased the yield by 28.32%, 25.52% and 18.88% compared with N0, respectively. Meanwhile, the absorption efficiency, agronomic efficiency and partial productivity also in the order of N3> N2> N1. The nitrogen absorption efficiency, agronomic efficiency and partial nitrogen productivity of N3reached 78.52%, 9.77 kg/kg and 46.91 kg/kg respectively. The comprehensive scoring method showed that the best irrigation mode and organic fertilizer combination was W2N3, that is, wet irrigation with N amount 150 kg/hm2, fertilizer combination of urea nitrogen 60% + organic nitrogen 40%. The above results can provide scientific basis for water and fertilizer management for rice growing in Northern Hunan Province.

Rice; Irrigation method; Combination of organic and inorganic fertilizers; Production; Nitrogen use efficiency

S511.3

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.04.006

祝?？? 唐舟, 石愛(ài)龍, 等. 灌溉模式和有機(jī)肥配施對(duì)水稻產(chǎn)量、光合特性和氮肥利用率的影響. 土壤, 2022, 54(4): 700–707.

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFD0301501，2018YFD0301005)資助。

(13873160151@163.com)

祝?？?1997—)，男，湖南益陽(yáng)人，博士研究生，主要研究方向?yàn)樗舅矢咝Ю?。E-mail: 921706423@qq.com