不同栽培模式對新疆水稻產(chǎn)量和肥料利用率的影響

潘俊峰 鐘旭華* 約麥爾·艾麥提 黃農(nóng)榮巴拉提·巴克劉彥卓 彭碧琳 梁開明

（1廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所/廣東省水稻育種新技術(shù)重點實驗室，廣州510640；2疏附縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆疏附844100；第一作者∶junfeng401＠163．com；*通訊作者∶xzhong8＠163．com）

水稻是我國重要的口糧作物。新疆地屬西北干燥單季稻作帶的西部干旱稻作區(qū)，近5年水稻播種面積7.0～7.5 萬 hm2。由于新疆具有適宜水稻生長的光、熱條件，2014年水稻平均單產(chǎn)高達(dá)10.1 t/hm2，比全國平均水平高48.9%，排名全國第一，是我國西北的高產(chǎn)稻區(qū)[1-2]。然而，這一成就是以大量的肥水投入特別是化肥的投入為支撐的。據(jù)統(tǒng)計，新疆水稻生產(chǎn)的肥料用量超過390 kg/hm2，氮肥用量達(dá)233 kg/hm2，比我國稻田單季稻平均氮肥用量（180 kg/hm2）高 29.4%，其中，南疆肥料用量更高，肥料成本比北疆高47%以上[3-9]。隨著化肥投入的不斷增加，其對增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率逐漸減小，化肥生產(chǎn)效益不斷降低，對作物產(chǎn)量、品質(zhì)和環(huán)境帶來的不利影響也日益加重[10-12]。如何同步提高水稻單產(chǎn)和肥料利用效率倍受關(guān)注。近10多年來，我國先后研究出水稻精確定量栽培、“三定”栽培、“三控”施肥等技術(shù)并在生產(chǎn)上大面積應(yīng)用，在長江流域和華南地區(qū)取得顯著效果[13]。如應(yīng)用水稻“三控”施肥技術(shù)，一般比當(dāng)?shù)亓?xí)慣栽培減少氮肥用量20%、水稻增產(chǎn)10%左右[14]。若結(jié)合節(jié)水灌溉技術(shù)，稻田氮素的氨揮發(fā)、徑流、滲漏等總損失可減少42%，面源污染大幅減輕[15]。采用優(yōu)化氮肥管理可使施氮量減少33%，稻田氮素?fù)p失減少70%，產(chǎn)量基本保持不變[16]。基于西北干旱稻作區(qū)的特殊環(huán)境，前人研發(fā)了水稻膜下滴灌與優(yōu)化氮肥運籌相結(jié)合的方式，實現(xiàn)高產(chǎn)高效[17-18]。但由于該技術(shù)對耕作機(jī)械、灌溉設(shè)備和技術(shù)操作的要求較高，推廣應(yīng)用有限。是否可將我國南方成熟的高產(chǎn)高效栽培技術(shù)引入新疆，提高新疆水稻的產(chǎn)量與養(yǎng)分利用效率，目前還鮮有這方面的研究報道。本研究在南疆西南部主要水稻種植地喀什市進(jìn)行，分別以常規(guī)粳稻新稻11和農(nóng)家品種木什紅米為材料，研究不同栽培模式下水稻產(chǎn)量表現(xiàn)和肥料利用率，以為新疆水稻高產(chǎn)高效栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗地基本情況

試驗于2016年在新疆維吾爾自治區(qū)喀什市疏附縣進(jìn)行。

試驗一∶在布拉克蘇鄉(xiāng)（N39°15′54.41″，E75°48′13.44″）進(jìn)行。選擇3塊農(nóng)戶稻田，試驗地前茬為水稻。耕作層土壤屬粉（砂）壤土，pH值7.81～7.99，有機(jī)質(zhì)31.93～46.12 g/kg、全氮 1.61～2.32 g/kg、堿解氮 104.13～145.9 mg/kg、速效磷 26.8～47.2 mg/kg、速效鉀 75.92～229.32 mg/kg。供試品種為當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)優(yōu)質(zhì)常規(guī)稻品種新稻11。4月20-21日播種，5月29-30日移栽，每叢6～7苗，8月10日抽穗，10月9日收獲。

試驗二∶在木什鄉(xiāng)艾斯里木什村（N39°28′18.98″，E75°39′46.28″）進(jìn)行。試驗地前茬為小麥。耕作層土壤屬粉（砂）壤土，pH 值 8.1，有機(jī)質(zhì) 6.27 g/kg、全氮 0.43 g/kg、堿解氮 24.03 mg/kg、速效磷 4.80mg/kg、速效鉀47.68 mg/kg。以當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)農(nóng)家紅米品種木什紅米為試驗材料。采用直播栽培，5月8日播種，播種量9 kg/667 m2，8月6日抽穗，9月22日收獲。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)當(dāng)?shù)亓?xí)慣栽培和高產(chǎn)高效栽培兩種處理。每塊田中間做一田埂，使之等分為肥力相近的兩半。田埂用塑料薄膜包埋，以防滲漏。半塊田按當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥和灌溉，另外半塊田采用高產(chǎn)高效栽培管理。前期調(diào)研表明，新稻11產(chǎn)量水平比木什紅米高得多，但木什鄉(xiāng)土壤肥力低，保水保肥能力差，因此兩個試驗仍采用相同施肥方案。

當(dāng)?shù)亓?xí)慣栽培（FP）∶栽插密度為 27.4 叢/m2。不施基肥，移栽后 7 d 施純 N 67.5 kg/hm2、P2O5172.5 kg/hm2，移栽后16 d和47 d各施純N 138 kg/hm2，未施鉀肥。除生育中期排水?dāng)R田外，其余時期保持水層，收獲前1周斷水。

高產(chǎn)高效栽培（OPT）∶栽插規(guī)格 26.7 cm×13.3 cm（28.1 叢/m2）。按水稻“三控”施肥技術(shù)規(guī)程[19]施肥，參照當(dāng)?shù)貙嶋H情況略有調(diào)整，總施肥量為純N 210 kg/hm2、P2O563 kg/hm2和K2O 75 kg/hm2。氮肥分4次施入，分別在移栽后 8 d、23 d、47 d 和 70 d，按 4∶2∶3∶1 的比例施，第1次施用磷酸二銨，其他3次用尿素。磷肥在第1次施用氮肥時以磷酸二銨的形式施入。鉀肥（硫酸鉀）在施穗肥（第3次施肥）時隨氮肥一次性施入。水分管理采用安全干濕交替灌溉技術(shù)[20-21]。移栽后埋下水位管，在移栽后10 d內(nèi)、抽穗前3 d至抽穗后3 d保持3～5 cm淺水層，其他時期只有當(dāng)?shù)叵滤坏陀?5 cm時才灌水5 cm，如此循環(huán)。

每個處理田塊用拖拉機(jī)旋耕，試驗一采用手插秧方式，試驗二采用旱直播方式，種子不經(jīng)浸種催芽直接播種，播后灌水。

1.3 取樣與測定

試驗一在成熟期每個小區(qū)取樣12叢，脫?？挤N，并測定地上部干質(zhì)量，各小區(qū)實收5 m2計產(chǎn)。試驗二于收割前，每小區(qū)實收5 m2計產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計方法

養(yǎng)分利用效率∶氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg N）=稻谷產(chǎn)量（kg/hm2）/氮肥施用量（kg/hm2N）；磷肥偏生產(chǎn)力（kg/kg P2O5）=稻谷產(chǎn)量（kg/hm2）/磷肥施用量（kg/hm2P2O5）；鉀肥偏生產(chǎn)力（kg/kg K2O）=稻谷產(chǎn)量（kg/hm2）/鉀肥施用量（kg/hm2K2O）；肥料偏生產(chǎn)力[kg/kg（N+P2O5+K2O）]=稻谷產(chǎn)量（kg/hm2）/總施肥量[kg/hm2（N+P2O5+K2O）]。

經(jīng)濟(jì)效益計算∶稻谷和肥料價格均按當(dāng)?shù)貎r計，稻谷 3.1 元/kg，尿素 2.2 元/kg，磷酸二銨 3.5 元/kg，硫酸鉀3.7元/kg。利潤計算以稻谷產(chǎn)值扣除肥料成本計算，未計算種子、農(nóng)藥、田間管理用工等成本。

將3塊田視作3次重復(fù)，用Microsoft Excel軟件處理數(shù)據(jù)，Statistica軟件進(jìn)行差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培模式下的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成

由表1可知，不同田塊OPT處理的產(chǎn)量均高于FP處理，平均高30.7%，達(dá)顯著水平。對比各處理產(chǎn)量構(gòu)成發(fā)現(xiàn)，OPT處理的有效穗數(shù)、結(jié)實率和千粒重都高于FP處理，其中千粒重的差異達(dá)顯著水平，而每穗總粒數(shù)低于FP處理。OPT處理的生物量比FP處理高14.4%，差異顯著，收獲指數(shù)也略有提高，但差異不顯著。此外，OPT處理的灌溉次數(shù)比FP減少6次，減少24.1%。

2.2 不同栽培模式下的肥料利用率

從表2可見，與FP處理相比，OPT處理下的水稻氮、磷和肥料的偏生產(chǎn)力均顯著提高，分別增加113.8%、257.9%和 94.3%，均達(dá)顯著水平。表明 OPT 處理有利于提高養(yǎng)分的綜合利用效率。

2.3 不同處理對稻米品質(zhì)的影響

從表3可見，在布拉克蘇鄉(xiāng)，F(xiàn)P處理和OPT處理對稻米加工品質(zhì)指標(biāo)的影響不顯著；不同處理對稻米外觀品質(zhì)的影響主要是影響米粒長，而對堊白粒率、堊白度、長寬比以及透明度影響不明顯；不同處理對直鏈淀粉含量、堿消值、膠稠度等稻米食味品質(zhì)的影響均不顯著；在營養(yǎng)品質(zhì)方面，OPT處理的蛋白質(zhì)含量顯著低于FP處理?？偟膩砜矗煌耘喙芾泶胧γ琢ｉL和蛋白質(zhì)含量的影響較大，而對其他稻米品質(zhì)性狀的影響相對較小。

表1 不同處理下新稻11的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素（布拉克蘇）

表2 不同處理下水稻氮肥、磷肥、鉀肥和肥料偏生產(chǎn)力（布拉克蘇）

表3 不同處理的稻米品質(zhì)性狀比較（布拉克蘇）

表4 不同處理的經(jīng)濟(jì)效益比較

2.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

與FP處理相比，OPT處理表現(xiàn)出明顯的增產(chǎn)增收效果，每hm2稻谷產(chǎn)值增加7 725元，肥料成本減少732元，增收節(jié)支8 458元，達(dá)顯著水平，產(chǎn)投比提高81.2%，達(dá)極顯著水平（表 4）。

2.5 不同栽培模式對木什紅米產(chǎn)量和肥料利用率的影響

木什鄉(xiāng)的對比試驗采用當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)家品種木什紅米，該品種產(chǎn)量潛力較低，但米質(zhì)優(yōu)良。試驗結(jié)果顯示，OPT 處理的產(chǎn)量為 3.0 t/hm2，F(xiàn)P 處理的產(chǎn)量為 2.1 t/hm2，OPT處理比FP增產(chǎn)44.3%，差異達(dá)顯著水平。OPT處理的灌溉次數(shù)也比FP處理減少6次，減少27.3%。由于OPT處理的施肥量比FP處理減少，而產(chǎn)量反而比FP提高，水稻氮肥、磷肥和肥料的偏生產(chǎn)力均顯著提高，較對照分別提高了 136.1%、295.1%和 112.2%。

3 討論

3.1 OPT處理提高新疆水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率的原因

在本研究中，與FP處理相比，OPT處理有3個重要特點∶一是施用了保蘗肥和粒肥，二是施用了鉀肥，三是采用干濕交替灌溉。

本研究中，OPT處理中粒肥的施用對增產(chǎn)增效可能發(fā)揮了重要作用。FP處理在移栽后16 d內(nèi)的施氮量達(dá)到205.5 kg/hm2，而OPT處理在同一時間段內(nèi)施氮量為84.0 kg/hm2。大量研究已經(jīng)證實，在分蘗期過量施氮會導(dǎo)致無效分蘗的大量發(fā)生，使得群體進(jìn)入穗分化期后的碳水化合物供求矛盾加劇，群體惡化[22-23]。在總施氮量相同的情況下，氮肥作為穗粒肥施用的增產(chǎn)效果要顯著優(yōu)于作基蘗肥施用[23]。本研究中水稻從抽穗至成熟仍有將近60 d，由于FP處理無粒肥投入，導(dǎo)致其結(jié)實率、千粒重分別比OPT處理減少7.1%和8.1%，產(chǎn)量也顯著低于OPT處理。

鉀肥的施用可能是OPT處理高產(chǎn)高效的重要原因。氮、磷、鉀是水稻正常生長的三大必需營養(yǎng)元素，三者之間存在復(fù)雜的交互作用。鉀對于參與各種重要反應(yīng)的酶起到活化劑的作用，是40多種酶的輔助因子。鉀肥的施用對促進(jìn)作物光合產(chǎn)物運輸、增加產(chǎn)量具有重要作用[24]。氮和鉀在植物代謝過程中有互補(bǔ)作用，當(dāng)鉀水平較低時，氮水平太高會導(dǎo)致水稻減產(chǎn)[25]。FP處理不施鉀肥，導(dǎo)致養(yǎng)分不平衡，可能是FP處理產(chǎn)量和肥料利用率低的重要原因。OPT處理雖然氮肥和磷肥用量減少了，但增施了鉀肥，氮磷鉀養(yǎng)分平衡得到改善。

采用干濕交替灌溉可能是OPT處理高產(chǎn)高效的另一重要原因。已有研究表明，采用干濕交替灌溉能夠顯著提高灌漿期間劍葉光合速率、籽粒中ATP酶活性以及根系中吲哚-3-乙酸、玉米素+玉米素核苷和脫落酸含量，有利于促進(jìn)莖鞘物質(zhì)運轉(zhuǎn)，提高結(jié)實率和千粒重[26]。這可能是OPT處理結(jié)實率和千粒重同時提高，最后導(dǎo)致產(chǎn)量提高的重要原因。干濕交替灌溉還有利于提高根系活力和養(yǎng)分吸收能力，從而有利于提高肥料利用率。

3.2 新疆水稻高產(chǎn)與肥料高效的關(guān)鍵技術(shù)

本研究中高產(chǎn)高效（OPT）處理集成了水稻“三控”施肥和干濕交替灌溉兩項技術(shù)。水稻“三控”施肥技術(shù)是以控肥、控苗、控病蟲為主要內(nèi)容的高產(chǎn)高效施肥新技術(shù)，一般比習(xí)慣栽培節(jié)省氮肥20%左右，增產(chǎn)10%左右，氮肥利用率提高10個百分點，同時病蟲害減輕，可少打農(nóng)藥，抗倒性提高，穩(wěn)產(chǎn)性好[14，19，23]。該技術(shù)已在廣東、江西、浙江等省大面積推廣應(yīng)用，取得了良好的減肥減藥和增產(chǎn)增收效果[27-30]。但這一技術(shù)以往主要用于南方秈稻區(qū)，對于在新疆等一季粳稻區(qū)的適應(yīng)性如何，尚不明確。本研究結(jié)果表明，這一技術(shù)在新疆一季粳稻中應(yīng)用也是可行的。

本研究中高產(chǎn)高效處理的另一技術(shù)是干濕交替節(jié)水灌溉技術(shù)。該技術(shù)采用一根水位管監(jiān)控稻田水分狀況，進(jìn)行水分管理[20-21]。與傳統(tǒng)灌溉技術(shù)相比，該技術(shù)節(jié)約用水20%～30%，產(chǎn)量略增，溫室氣體甲烷排放減少30%以上，氮肥損失大幅減少，且操作簡便[15，20-21，31]。由于新疆特殊的地理和生態(tài)環(huán)境，水分資源嚴(yán)重短缺，而且不合理的灌溉方式還會引起土壤鹽漬化[32]。通過節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用，可以節(jié)約大量稻田灌溉用水，對于穩(wěn)定當(dāng)?shù)厮旧a(chǎn)具有重要意義，值得大力推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

采用基于水稻“三控”施肥和干濕交替灌溉的高產(chǎn)高效栽培技術(shù)，可在氮肥減少38.9%、肥料總量減少32.6%、灌溉次數(shù)明顯減少的情況下，水稻產(chǎn)量提高30.7%～44.3%，氮肥、磷肥和肥料偏生產(chǎn)力提高 113.8%～136.1%、257.9%～295.1%和 94.3%～112.2%，在新疆稻區(qū)具有良好的應(yīng)用前景。