控制灌溉條件下施氮量對雜交秈稻F優(yōu)498氮素利用效率及產(chǎn)量的影響

張紹文，何巧林，王海月，蔣明金，李應(yīng)洪，嚴(yán)奉君，楊志遠(yuǎn)，孫永健，郭 翔，馬 均*

（1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所/農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 611130；2 四川省農(nóng)業(yè)氣象中心，四川成都 610072）

水稻作為主要的糧食作物，氮素利用率低和耗水量大是當(dāng)前生產(chǎn)中面臨的兩大主要問題。目前，稻田灌溉用水量約占我國用水總量的54%，占農(nóng)業(yè)用水總量的70%。傳統(tǒng)的淹水灌溉耗水量極大，水分利用效率 (water use efficiency，WUE) 只有30%～40%，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重[1]。因此，節(jié)水灌溉方式是水稻生產(chǎn)中水分管理的必然趨勢。當(dāng)前水稻生產(chǎn)中采用的節(jié)水灌溉技術(shù)主要有干濕交替灌溉、覆蓋旱種、無水層種稻等[2]。其中干濕交替灌溉技術(shù)(alternate wetting and drying irrigation，AWD) 是目前在生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的，且取得了顯著的節(jié)水效果。氮素對水稻生長的影響僅次于水，增施氮肥能顯著提高水稻產(chǎn)量，已成為共識(shí)。但近年來我國水稻種植中氮肥利用率低 (nitrogen use efficiency，NUE) 和增產(chǎn)遲緩等問題逐漸顯現(xiàn)。相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明[3]，我國稻田氮肥吸收利用率為30%～35%，遠(yuǎn)低于世界平均水平。過量施用氮肥，而忽視土壤和環(huán)境養(yǎng)分的利用，導(dǎo)致作物產(chǎn)量潛力未得到充分發(fā)揮，是造成我國糧食作物氮肥利用效率低的主要原因。同時(shí)，水稻生產(chǎn)中不合理的水分管理加劇了稻田氮素?fù)p失。過高的氮肥投入及不合理的灌溉方式不僅導(dǎo)致水、氮資源利用效率低下，而且還會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來巨大的破壞。如何通過合理的灌溉和施肥在保證水稻產(chǎn)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)水、氮資源的高效利用已經(jīng)成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要任務(wù)，也是研究的焦點(diǎn)。

只有水分和養(yǎng)分的合理投入，才有協(xié)同互作效果，達(dá)到“以肥調(diào)水”和“以水促肥”的雙重目的。而合理的節(jié)水灌溉方式配以適宜的氮肥管理，有助于實(shí)現(xiàn)水稻產(chǎn)量及水、氮利用效率的同步提高。同時(shí)，明確氮肥的適宜用量是提高氮肥利用率、發(fā)揮氮肥增產(chǎn)效應(yīng)的關(guān)鍵[4]。其中，與傳統(tǒng)灌溉方式相比，采用間歇灌溉方式有利于創(chuàng)造良好的根系形態(tài)、提高根系活力[5-6]，顯著提高葉面積指數(shù)及高效葉面積率[7]、延長劍葉功能期及提高群體光合速率[8]，提升水稻群體生長質(zhì)量[9]等，此外，間歇灌溉方式下可減少農(nóng)田氮素的徑流損失[10]，有助于提高氮素利用效率[11-12]。合理的稻田灌溉是實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)和水、氮資源高效利用的重要水分管理措施[13]。目前，關(guān)于節(jié)水灌溉技術(shù)對水稻產(chǎn)量影響的研究結(jié)果不一致，有的顯示減產(chǎn)[14]，有的顯示增產(chǎn)[15]。此外，對節(jié)水灌溉技術(shù)在提高水稻水分利用效率方面的作用已有明確認(rèn)識(shí)，但針對節(jié)水灌溉技術(shù)及不同施氮水平對水稻氮素利用效率的影響有待于進(jìn)一步闡明。為此，本研究在前期研究基礎(chǔ)上，以四川盆地稻區(qū)應(yīng)用廣泛的超級(jí)稻F優(yōu)498為供試材料，采用控制性間歇灌溉方式，進(jìn)行兩年大田試驗(yàn)，探討控制灌溉條件下施氮量對水稻產(chǎn)量形成及氮素利用的影響，旨在明確控制灌溉條件下的最佳氮肥施用量，為制定科學(xué)合理的灌溉方式和氮肥施用技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年和2016年在四川省成都市溫江區(qū)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所試驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行，試驗(yàn)田耕層土壤質(zhì)地為砂壤土，土壤基礎(chǔ)肥力見表1。供試品種為四川盆地稻區(qū)廣泛種植的超級(jí)稻F優(yōu)498(中遲熟雜交秈稻，生育期148 d左右，研究區(qū)域內(nèi)常規(guī)施氮量為180 kg/hm2，灌溉方式以間歇/干濕交替灌溉為主)。在本課題組前期研究基礎(chǔ)上[16-19]，本試驗(yàn)在控制灌溉條件下研究施氮量對雜交秈稻F優(yōu)498氮素利用效率及產(chǎn)量形成的影響。施氮量設(shè)5個(gè)水平，分別為施純氮 (N) 0、90、135、180和225 kg/hm2，依次記為N0、N1、N2、N3和N4。依據(jù)前期研究結(jié)果，氮肥施用配比為基肥∶蘗肥∶穗肥=3∶3∶4，其中穗肥分倒2、倒4葉兩次等量施肥。磷肥 (P2O5)、鉀肥 (K2O) 用量分別為75 kg/hm2、150 kg/hm2，磷肥全部作基肥一次施用，鉀肥按基肥∶分蘗肥=7∶3比例施用。2015年試驗(yàn)于3月29日播種，4月30日移栽，8月29日收獲；2016年試驗(yàn)4月7日播種，5月11日移栽，9月11日收獲。均為旱育秧，移栽葉齡為5葉1心，行株距為33.3 cm × 16.7 cm，單株插秧。每處理3次重復(fù)，共計(jì)15個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積15 m2。小區(qū)間筑埂 (寬40 cm) 并用塑料薄膜包裹，單區(qū)單灌，以防串水串肥，其他田間管理按大面積生產(chǎn)田進(jìn)行。

表1 試驗(yàn)田基礎(chǔ)肥力及灌溉水量Table 1 Basic soil fertility of the experimental plot and irrigation amount

控制性間歇灌溉模式：淺水 (1 cm左右) 栽秧，移栽后5～7 d田間保持2 cm水層確保秧苗返青成活，之后至孕穗前田面不保持水層，土壤含水量為飽和含水量的70%～80%，無效分蘗期“夠苗”曬田。孕穗期土表保持1～3 cm水層；抽穗至成熟期采用灌透水、自然落干至土壤水勢為-25 kPa時(shí) (用中國科學(xué)院南京土壤研究所生產(chǎn)的真空表式土壤負(fù)壓計(jì)測定) 再灌水的交替灌溉。用水表準(zhǔn)確記載每次灌水量，確保各小區(qū)每次灌水量一致。兩年水稻大田生育期的平均溫度、降雨量及日照時(shí)數(shù)見圖1。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 干物質(zhì)積累和氮素吸收、積累及轉(zhuǎn)運(yùn) 分別于水稻分蘗盛期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期按每小區(qū)莖蘗數(shù)的平均數(shù)取代表性植株3穴，分根、莖鞘、葉和穗4部分，105℃下殺青30 min，80℃下烘干至恒重后稱重記錄，粉碎后過0.246 mm篩，采用濃H2SO4-H2O2消煮，用FOSS 8400半微量凱氏定氮儀分別測定各器官的氮含量。計(jì)算參數(shù)如下：

氮素積累量 (N accumulation, kg/hm2) = 某生育期單位面積植株氮素的積累量

葉片 (莖) 氮轉(zhuǎn)運(yùn)量 (N translocation, kg/hm2) = 抽穗期葉片 (莖) 氮積累量 - 成熟期葉片 (莖) 氮積累量

葉片 (莖) 氮素貢獻(xiàn)率 (N contribution rate, %) =葉片 (莖) 氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期穗部氮素積累總量 × 100

轉(zhuǎn)運(yùn)氮貢獻(xiàn)率 (Translocation contribution rate of vegetative organ, %) = 氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/抽穗期至成熟期穗部氮素積累總量 × 100

氮肥農(nóng)學(xué)利用率 (N agronomic efficiency, kg/kg) =(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量 - 不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮量

氮素生產(chǎn)效率 (N production efficiency, kg/kg) =單位面積籽粒產(chǎn)量/單位面積植株氮積累量

氮肥偏生產(chǎn)力 (N partial factor productivity, kg/kg) =施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/氮肥施用量

氮肥回收利用率 (N recovery efficiency, %) = (施氮區(qū)植株吸氮量 - 不施氮區(qū)植株吸氮量)/施氮量 ×100

氮肥干物質(zhì)生產(chǎn)效率 (N dry matter production efficiency, kg/kg) = 單位面積植株干物質(zhì)積累量/單位面積植株氮積累量

氮收獲指數(shù) (N harvest index, %) = 收獲時(shí)籽粒氮積累量/植株氮素積累總量 × 100

土壤氮素依存率 (soil N dependent rate, %) = 不施氮區(qū)植株總吸氮量/施氮區(qū)植株總吸氮量 × 100

1.2.2 凈光合速率測定 采用美國生產(chǎn)的LI-6400光合測定儀，于水稻齊穗期、齊穗后10 d和齊穗后20d上午10:00左右，每小區(qū)選有代表性、頂葉完全抽出的植株10株，測定劍葉的中部凈光合速率 (Pn)、氣孔導(dǎo)度 (Gs)、胞間CO2濃度 (Ci)、蒸騰速率 (Tr)?？刂茥l件為CO2濃度400 μmol/mol、30℃、光照度1200 μmol/(m2·s)。

圖1 水稻生育期間降水量、平均氣溫及總?cè)照諘r(shí)數(shù)Fig. 1 Rainfall, mean temperature and total sunshine hours during rice growth period

1.2.3 抽穗期葉面積及根系特征測定 抽穗期按小區(qū)莖蘗數(shù)的平均值取代表性植株3穴 (取樣方法參考彭玉等[20]的方法)，地上部分上三葉、其余葉兩部分，用MSD-971葉面積分析儀分別測定整株上三葉、其余葉面積。地下部置于0.4 mm孔徑尼龍網(wǎng)袋中用流水沖凈，獲得完整根系，用Epson Expression 10000XL掃描儀及WinRHIZO Pro v．2009c分析軟件測定總根長、根直徑、根表面積與根體積等根系形態(tài)指標(biāo)。計(jì)算方法如下：

葉面積指數(shù) (leaf area index, LAI) = 單位土地面積水稻植株綠葉面積大小;

高效葉面積指數(shù) (high valid LAI) = 單位土地面積水稻植株上三葉葉面積大小;

高效葉面積率 (high valid LAI rate, %) = 高效葉面積指數(shù)/葉面積指數(shù)

1.2.4 灌溉水利用效率 各小區(qū)采用抽水機(jī)抽水灌溉，并用水表準(zhǔn)確記錄各小區(qū)每次灌水量，溫度、降雨等氣候數(shù)據(jù)后期由溫江區(qū)氣象站提供。計(jì)算參數(shù)如下：

灌溉水利用效率 (irrigation water use efficiency,kg/m3) = 單位面積水稻產(chǎn)量/灌溉水用量

1.2.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成 收獲前分別于每小區(qū)取5株具有代表性的植株，進(jìn)行考種，調(diào)查實(shí)粒數(shù)、每穗總粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率等產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Microsoft Excel 2003處理數(shù)據(jù)，用DPS 7. 05和Origin Pro 9.0 系統(tǒng)軟件進(jìn)行方差分析及圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可知，控制灌溉條件下隨著施氮量的增加，2015年和2016年雜交秈稻F優(yōu)498產(chǎn)量均先增加后降低。2015年，N3水平下產(chǎn)量達(dá)到最大值，為11829.03 kg/hm2，但與N2和N4處理差異均不顯著，而2016年，產(chǎn)量達(dá)到最大值時(shí)施氮量為N2水平，為12965.15 kg/hm2，且顯著高于其他施肥處理。兩年試驗(yàn)，灌溉水利用效率與產(chǎn)量變化規(guī)律一致。此外，與2015年相比，2016年水稻產(chǎn)量及灌溉水利用效率平均分別提高9.7% 和14.7%?？赡苁怯捎?016年試驗(yàn)田塊土壤基礎(chǔ)肥力較高及水稻中后期溫光條件較好所致。

表2 控制灌溉條件下施氮量對雜交秈稻F優(yōu)498產(chǎn)量及灌溉水利用效率的影響Table 2 Effects of nitrogen rates on yield and yield components and water use efficiency of hybrid rice F You498 under controlled intermittent irrigation

產(chǎn)量構(gòu)成因素方面，兩年試驗(yàn)結(jié)果顯示，控制灌溉條件下，在一定范圍內(nèi)增施氮肥有助于提高水稻有效穗、穗粒數(shù)和群體穎花量，而結(jié)實(shí)率則隨施氮量增加逐漸降低，增施氮肥對千粒重影響較小。從有效穗和群體穎花量上看，兩年試驗(yàn)中有效穗和群體穎花量表現(xiàn)差異較大。2015年兩者均在N3水平下達(dá)到最大值，而2016年兩者則在N2水平下達(dá)到最大值。此外，2016年較2015年有效穗和群體穎花量分別平均提高6.2%和6.3%，而結(jié)實(shí)率則降低3.5%?？赡苁怯捎?016年試驗(yàn)土壤基礎(chǔ)肥力較高，主要通過增加有效穗數(shù)來提高群體穎花量，進(jìn)而達(dá)到增產(chǎn)。綜合兩年試驗(yàn)結(jié)果可知，控制灌溉條件下，施氮量為135～180 kg/hm2時(shí)，能夠獲得最佳的產(chǎn)量表現(xiàn)及灌溉水利用效率。

2.2 施氮量對水稻抽穗期葉面積特征的影響

葉片是水稻進(jìn)行光合作用的重要器官，其葉面積大小顯著影響水稻產(chǎn)量。由表3可知，控制灌溉條件下，兩年試驗(yàn)雜交秈稻F優(yōu)498單株上三葉葉面積隨著施氮量的增加先增加后降低，N3水平下均達(dá)到最大值，而單株其余葉葉面積則隨著施氮量的增加而增加，即 N4 ＞ N3 ＞ N2 ＞ N1，但高氮處理間(N4與N3) 葉面積指數(shù)均差異甚小。而高效葉面積指數(shù)及高效葉面積率均隨著施氮量的增加先增加后降低，N3與N2水平下分別達(dá)到最大值。此外，N2、N3、N4處理間高效葉面積指數(shù)均無顯著差異，高效葉面積率則差異顯著。與2015年相比，2016試驗(yàn)中抽穗期單株上三葉單株葉面積、其余葉單株葉面積、葉面積指數(shù)和高效葉面積指數(shù)分別平均提高8.7%、56.9%、22.7%和8.8%，而高效葉面積率則降低10.8%。說明高土壤肥力下，增施氮肥顯著提高了其余葉的單株葉面積，但降低了高效葉面積率。綜合兩年試驗(yàn)結(jié)果，控制灌溉條件下，施氮量為135～180 kg/hm2時(shí)，可有效改善葉面積配置，從而獲得較好的高效葉面積指數(shù)及高效葉面積率。

表3 控制灌溉條件下和不同施氮量水稻抽穗期葉面積指數(shù)Table 3 Leaf area index (LAI) of rice under different nitrogen rates and intermittent irrigation at the heading stage

2.3 施氮量對水稻光合特征參數(shù)的影響

由圖2可知，控制灌溉條件下，隨著齊穗后天數(shù)的增加雜交秈稻F優(yōu)498凈光合速率和氣孔導(dǎo)度逐漸降低，蒸騰速率則表現(xiàn)相反。就凈光合速率和氣孔導(dǎo)度而言，隨著施氮量的增加，兩者變化表現(xiàn)基本一致。齊穗期和齊穗后20 d時(shí)均隨著施氮量的增加而增加，齊穗后10 d時(shí)，N2水平下凈光合速率和氣孔導(dǎo)度達(dá)到最大值，且顯著高于其他處理。此外，齊穗后20 d時(shí)，氣孔導(dǎo)度各處理間無顯著差異。齊穗期及齊穗后20 d，隨著施氮量的增加蒸騰速率表現(xiàn)為先增加后降低，N3水平下均達(dá)到最大值，且齊穗后20 d時(shí)各處理間蒸騰速率無顯著差異。而齊穗后10 d時(shí)，隨著施氮量的增加蒸騰速率逐漸降低。

2.4 施氮量對水稻抽穗期根系特征的影響

由表4可知，控制灌溉條件下，施氮量對雜交秈稻F優(yōu)498抽穗期根系特征影響顯著。從兩年試驗(yàn)結(jié)果來看，隨著施氮量的增加，總根長、根直徑、根表面積和根體積均先增加后降低。其中，2015年水稻單株總根長、根表面積和根體積均在N3水平時(shí)達(dá)到最大值，且顯著高于其他處理，2016年則在N2水平下達(dá)到最大值。此外，兩年試驗(yàn)結(jié)果中根直徑則均在N3水平下達(dá)到最大值。根干重及根冠比方面，隨著施氮量的增加，2015年根干重及根冠比逐漸增加，而2016年則呈現(xiàn)先增加后降低的規(guī)律，N3與N2水平下分別達(dá)到最大值。2016年試驗(yàn)中水稻總根長、根體積及根表面積等指標(biāo)均明顯高于2015年，可能是由于2016年試驗(yàn)田塊基礎(chǔ)肥力過高導(dǎo)致，但兩年間根冠比差異較小。表明在控制灌溉條件下，地上部與地下部之間協(xié)同生長較好。

圖2 控制灌溉條件下施氮量對雜交秈稻F優(yōu)498光合特征的影響(2015)Fig. 2 Effects of nitrogen rates on photosynthetic characteristics of hybrid rice F You498 under controlled intermittent irrigation (2015)

表4 控制灌溉條件下不同施氮量水稻抽穗期單株根系生長狀況Table 4 Root development of single rice plant under intermittent irrigation and different N rates at heading stage

2.5 施氮量對水稻各生育期干物質(zhì)及氮素總積累量的影響

由表5可知，控制灌溉條件下，施氮量對雜交秈稻F優(yōu)498干物質(zhì)積累量和氮素積累量影響顯著。分蘗盛期，2015年和2016年干物質(zhì)積累量均隨著施氮量的增加而增加，即 N4 ＞ N3 ＞ N2 ＞ N1 ＞N0。而拔節(jié)期，2015年干物質(zhì)和氮素積累量均隨著施氮量的增加而增加，但N4處理與N2和N3處理差異不顯著，2016年則表現(xiàn)為隨著施氮量的增加干物質(zhì)和氮素積累量先增加后降低，N3水平時(shí)均達(dá)到最大值，且顯著高于其他處理。抽穗期，2015年和2016年干物質(zhì)積累量分別在N3和N4下達(dá)到最大值，而氮素積累量兩年試驗(yàn)均在N4水平下達(dá)到最大值。成熟期，2015和2016年試驗(yàn)中氮素積累量兩年表現(xiàn)一致，而干物質(zhì)積累量則年份間表現(xiàn)不同，2015年干物質(zhì)積累量隨著施氮量的增加而提高，而2016年干物質(zhì)積累量則在N2水平下達(dá)到最大值，表現(xiàn)為 N2 ＞ N3 ＞ N4 ＞ N1 ＞ N0。此外，2016 年在成熟期干物質(zhì)和氮素積累量較2015年分別平均提高10.4%和16.1%，因而其產(chǎn)量也一定程度上提高。綜合兩年試驗(yàn)結(jié)果可知，控制灌溉條件下，施氮量為135～180 kg/hm2時(shí)，水稻各生育期干物質(zhì)及氮素積累量表現(xiàn)較好，但與土壤肥力水平和氣候條件密切相關(guān)。

2.6 施氮量對水稻抽穗期至成熟期莖鞘和葉氮素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

由表6可知，控制灌溉條件下，施氮量對雜交秈稻F優(yōu)498抽穗期至成熟期莖鞘及葉氮素轉(zhuǎn)運(yùn)影響顯著。2015年，N2水平下莖鞘氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率、貢獻(xiàn)率及葉氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量均達(dá)到最大值。葉氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率及貢獻(xiàn)率均隨著施氮量的增加而降低，即N1 ＞N2 ＞ N3 ＞ N4。2016年，莖鞘氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率、貢獻(xiàn)率及葉氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量均在N3水平時(shí)達(dá)到最大值。而葉氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率及貢獻(xiàn)率則隨著施氮量增加呈先增加后降低，N2與N3水平下分別達(dá)到最大值，分別為56.2%和38.2%。此外，隨著施氮量的增加，2015年試驗(yàn)穗部氮素積累量逐漸增加，而抽穗期至成熟期氮素轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率則表現(xiàn)相反，且N2、N3、N4處理間兩者差異均未達(dá)顯著水平。2016年，穗部氮素積累量及抽穗期至成熟期氮素轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率均隨著施氮量的增加先增加后降低，N3水平時(shí)，均達(dá)到最大值，分別為154.66 kg/hm2和76.6%。從年份間比較看，抽穗至成熟期氮素轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率兩年之間差異不大，而其他指標(biāo)差異明顯。其中，2016年試驗(yàn)中葉氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率、貢獻(xiàn)率及穗部氮素積累量分別較2015年提高65.9%、4.6%、46.2%和15.3%，而莖鞘氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及貢獻(xiàn)率則分別降低16.4%、27.0%和27.3%。說明增施過多氮肥無益于增加穗部氮素積累量，同時(shí)高土壤肥力下抽穗期至成熟期葉氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及轉(zhuǎn)運(yùn)率顯著高于莖鞘。

表5 控制灌溉條件下不同施氮量雜交秈稻F優(yōu)498各生育期干物質(zhì)及氮素積累量 (kg/hm2)Table 5 Dry matter and nitrogen accumulation of hybrid rice F You498 under intermittent irrigation and different N rates at different growing stages

表6 控制灌溉條件下施氮量對雜交秈稻下優(yōu)498抽穗期至成熟期葉片及莖鞘氮素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響Table 6 Effects of nitrogen rates on nitrogen translocation in leaves and stem-sheathes of hybrid rice F You498 from the heading to mature stages under controlled intermittent irrigation

2.7 施氮量對水稻氮素利用效率的影響

由表7可知，控制灌溉條件下，施氮量對水稻氮素利用效率影響顯著。兩年試驗(yàn)結(jié)果中雜交秈稻F優(yōu)498氮素利用效率指標(biāo)氮肥偏生產(chǎn)力、氮素生產(chǎn)率、氮肥干物質(zhì)生產(chǎn)效率和土壤氮素依存率均隨著施氮量的增加而逐漸降低，即 N1 ＞ N2 ＞ N3 ＞ N4。氮肥回收利用率也表現(xiàn)一致，均隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先增加后降低，N2水平下達(dá)到最大值，與N3水平下無顯著差異。就氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮收獲指數(shù)而言，年份間表現(xiàn)不同。2015年隨著施氮量的增加氮肥農(nóng)學(xué)利用率先增加后降低，氮收獲指數(shù)則逐漸降低，分別在N2和N1水平時(shí)達(dá)到最大值。而2016年氮肥農(nóng)學(xué)利用率隨著施氮量的增加逐漸降低，氮收獲指數(shù)先增加后降低，分別在N1和N2處理達(dá)到最大值。從年份間比較來看，2016年氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮素生產(chǎn)效率、氮肥干物質(zhì)生產(chǎn)效率和氮收獲指數(shù)較2015年分別降低4.4%、5.1%、9.1%和4.3%，而氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥回收利用率和土壤氮素依存率較2015年分別增加10.8%、10.3%和2.1%。綜上可知，控制灌溉條件下，施氮量為135～180 kg/hm2時(shí)，能夠獲得最佳的氮肥回收利用率，且其他氮素利用效率指標(biāo)表現(xiàn)理想。

表7 控制灌溉條件下不同施氮量雜交秈稻F優(yōu)498氮素利用效率Table 7 Nitrogen use efficiencies of hybrid rice F You498 under intermittent irrigation and different nitrogen rates

2.8 指標(biāo)間相關(guān)性分析

由表8可知，控制灌溉條件下，氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用率與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，與各生育期干物質(zhì)及氮素積累量呈正相關(guān)，但均未達(dá)顯著水平。氮肥回收利用率與各生育期干物質(zhì)積累量、氮素積累量和產(chǎn)量均呈顯著或極顯著正相關(guān) (r =0.62*～0.82**)，而氮素生產(chǎn)率及氮肥干物質(zhì)生產(chǎn)效率則呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān) (r = -0.61*～-0.98**)。氮收獲指數(shù)和土壤氮素依存率與各生育期干物質(zhì)積累量、氮素積累量和產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，除氮素收獲指數(shù)與拔節(jié)期干物質(zhì)積累量和氮素積累量之間和土壤氮素依存率與分蘗盛期、抽穗期干物質(zhì)積累量之間未達(dá)顯著水平外，其他均達(dá)顯著或極顯著水平。此外，抽穗期葉面積指數(shù)和高效葉面積指數(shù)與各生育期氮素積累量呈極顯著正相關(guān)，與產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關(guān)。同時(shí)，抽穗期總根長與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，根直徑、根表面積、根體積和根干重與各生育期氮素積累量和產(chǎn)量均呈顯著或極顯著正相關(guān)?？偢L、根表面積、根體積和根干重與成熟期干物質(zhì)積累量均呈極顯著正相關(guān) (r = 0.75**～0.86**)。

表8 雜交秈稻F優(yōu)498氮素效率及抽穗期葉、根指標(biāo)間相關(guān)性分析Table 8 Correlation coefficients among indicators of nitrogen efficiencies and indexes of leaf and root at heading stage of hybrid rice F You498

3 討論

3.1 控制灌溉條件下施氮量對雜交秈稻產(chǎn)量及其形成的影響

合理的稻田灌溉和施肥是提高水稻產(chǎn)量和實(shí)現(xiàn)水、肥資源高效利用的重要基礎(chǔ)。關(guān)于不同水、氮管理對水稻群體生長及產(chǎn)量形成的影響，前人做了大量研究[21-22]，但針對控制間歇灌溉條件下的研究報(bào)道較少。郭群善等[23]研究認(rèn)為，間歇灌溉下水稻產(chǎn)量較常規(guī)灌溉有所提高。與常規(guī)灌溉相比，其增產(chǎn)原因主要在于間歇灌溉條件下水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重均表現(xiàn)較好，彌補(bǔ)了有效穗數(shù)量的不足對產(chǎn)量造成的負(fù)效應(yīng)。同時(shí)，研究指出，常規(guī)灌溉下，不同氮肥水平間產(chǎn)量差異顯著。而低施氮條件下，間歇灌溉處理下水稻產(chǎn)量顯著高于常規(guī)灌溉處理。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水稻產(chǎn)量隨著施氮量增加先增加后降低 (y = -0.1116x2+ 38.003x + 8989.7,r = 0.9843**)，當(dāng)施氮水平超過180 kg/hm2時(shí)，兩年水稻產(chǎn)量均有所下降，說明施用較高的氮肥，不利于間歇灌溉條件下水稻增產(chǎn)。且2016年試驗(yàn)水稻產(chǎn)量較2015年提高9.74%，可能是因?yàn)樗旧L中后期溫光條件較好和2016年試驗(yàn)田塊土壤肥力較高(表1和圖1)，通過獲得更多的有效穗和群體穎花量，且保持較好的結(jié)實(shí)率，從而使產(chǎn)量有所提高。此外，間歇灌溉條件下能夠增產(chǎn)，還得益于水稻群體生長質(zhì)量更好，有利于高產(chǎn)群體的構(gòu)建。其中，顧東祥等[24]指出合理施氮和控水可以調(diào)節(jié)根系的生長與分布特征。常規(guī)灌溉方式下，根系主要分布于上層土壤，且根系活力較差，容易早衰，而間歇灌溉下，土壤通透性較好，根區(qū)溶氧能力增強(qiáng)，能夠促進(jìn)水稻根系向下層土壤伸長并保持較高的根系活力[25]，有利于促進(jìn)水分及養(yǎng)分的高效吸收利用[5,26]。此外，趙宏偉等[7]研究表明，灌溉方式顯著影響水稻各生育時(shí)期葉面積指數(shù)，與常規(guī)淹灌相比，輕干濕交替灌溉條件下有利于顯著提高水稻葉面積指數(shù)、高效葉面積率。范立春[27]也研究指出，控制性間歇灌溉和SSNM(實(shí)地氮肥管理) 交互作用下顯著提高了抽穗后葉面積指數(shù)。且節(jié)水灌溉處理下，水稻生育后期劍葉始終維持較高的光合速率[8]，物質(zhì)生產(chǎn)能力更強(qiáng)，從而確保了水稻具有充足的“源”。而一定程度增施氮肥，有助于促進(jìn)有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的提高，從而獲得更多的群體穎花量，增大了水稻“庫”容，其效應(yīng)大于施氮所致結(jié)實(shí)率降低所帶來的負(fù)效應(yīng)，從而提高了水稻產(chǎn)量。本試驗(yàn)相關(guān)分析結(jié)果顯示，抽穗期葉面積指數(shù)、高效葉面積指數(shù)及抽穗期根系特征與水稻產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關(guān)。說明控制灌溉條件下配以適宜氮肥用量有助于促進(jìn)地上部與地下部良好協(xié)同生長，有利于產(chǎn)量的提高。水稻植株既具有旺盛生理活力的根系系統(tǒng)，又具有合理而高效的冠層系統(tǒng)[8]，這可能是控制灌溉條件下水稻得以高產(chǎn)的重要保證。

3.2 控制灌溉條件下施氮量對雜交秈稻氮素利用的影響

氮肥用量過高是導(dǎo)致氮肥利用率低的主要原因[3,28]。氮肥偏生產(chǎn)力與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，說明通過合理的技術(shù)調(diào)控，同步實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)與氮素高效利用在一定條件下是可能的[29]。節(jié)水灌溉模式下適宜的氮肥運(yùn)籌對提高水稻氮吸收利用及產(chǎn)量作用顯著，且水、氮間存在顯著的互作效應(yīng)[18,19]。灌溉方式主要影響氮素收獲指數(shù)和氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率[30]，與常規(guī)灌溉相比，間歇灌溉條件下氮肥利用率更高[31]。其原因可能在于節(jié)水灌溉下土壤的好氧生境促進(jìn)了微生物群落的發(fā)展，利于土壤氮礦化及硝化作用的進(jìn)行。同時(shí)，節(jié)水灌溉顯著提高土壤中硝態(tài)氮的含量，有效地減少了土壤的氮素淋溶損失[32]。孫永健等[18]研究發(fā)現(xiàn)干濕交替灌溉條件下能夠提高水稻氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率及稻谷生產(chǎn)效率，而劉立軍等[15]指出干濕交替灌溉和常規(guī)灌溉的氮肥吸收利用率無明顯差異，而結(jié)實(shí)期干濕交替灌溉提高了高施氮量處理氮肥的農(nóng)學(xué)利用率和生理利用率。同時(shí)，王紹華等[33]研究顯示，采用間歇灌溉并不會(huì)顯著降低植株對氮素的吸收，反而利于營養(yǎng)器官儲(chǔ)存氮素參與再分配和再利用。彭世彰等[12]研究也發(fā)現(xiàn)控制灌溉模式顯著改善了水稻對氮素的吸收，有效地抑制生育前期營養(yǎng)器官對氮素的吸收，有利于水稻生育中后期氮素的吸收。同時(shí)，控制灌溉與SSNM聯(lián)合調(diào)控顯著降低秸稈氮素含量，提高了水稻營養(yǎng)器官氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)量，有利于氮素向穗部的轉(zhuǎn)移。本試驗(yàn)則進(jìn)一步表明，采用控制灌溉，施氮量為180 kg/hm2時(shí)，顯著提高了氮肥回收利用效率。但在土壤基礎(chǔ)肥力過高時(shí)(2016年)，增施氮肥，提高了抽穗期至成熟期葉氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及轉(zhuǎn)運(yùn)率，但抑制了莖鞘中氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而造成收獲時(shí)莖稈中滯留大量氮素。且當(dāng)施氮量超過180 kg/hm2時(shí)，抽穗期至成熟期穗部氮素積累量和氮素轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率并沒有得到提高，反而降低。此外，根系形態(tài)參數(shù)是決定水稻高效吸收和利用氮素營養(yǎng)的決定性因素[26]。節(jié)水灌溉下，根際溶氧量增加，可顯著提高稻田氧化還原電位和硝態(tài)氮含量，這兩個(gè)因素都會(huì)影響水稻的根系形態(tài)建成和氮素吸收[34]。徐國偉等[5]研究發(fā)現(xiàn)，輕度水分脅迫下，根系活躍吸收面積、根系氧化力及根系中氮代謝關(guān)鍵酶如谷氨酰胺合成酶 (GS)、谷氨酸合成酶 (GOGAT) 等活性較高，進(jìn)而促進(jìn)根系對氮素的吸收與利用。同時(shí)本研究也發(fā)現(xiàn)，控制灌溉條件下，根系特征各指標(biāo)與各生育期氮素積累量顯著或極顯著正相關(guān)。根系良好的生長發(fā)育狀況及活性，可能是控制灌溉條件下氮素高效吸收利用的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)中，結(jié)合控制灌溉，雜交秈稻品種F優(yōu)498氮肥施用量可較常規(guī)施氮量減少45 kg/hm2左右?？刂乒喔葪l件下，施氮量對水稻產(chǎn)量的影響與土壤肥力和溫光條件密切相關(guān)。在光照積溫較好、土壤肥力較高時(shí)，施氮量為135 kg/hm2時(shí)表現(xiàn)最佳，而在光照積溫較差且土壤肥力較低時(shí)，則以180 kg/hm2較為適合。

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