東北粳稻區(qū)覆膜濕潤栽培條件下不同肥密組合的評價(jià)與尋優(yōu)

趙鑫 曹鐵華,2 李善龍 李濤 管俊 馮軍 梁烜赫*

（1 吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，長春 130033；2 延邊大學(xué)，吉林 延吉 133002；3 磐石市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，吉林磐石 132300；4 梨樹縣白山鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，吉林 梨樹 132005；*通訊作者：liangxuanhe_2004@163.com）

東北地區(qū)是我國北方粳稻主產(chǎn)區(qū)，每年稻米產(chǎn)量和商品化率均處于全國前列。但是，由于緯度較高，東北部分地區(qū)特別是東部山區(qū)，水稻生育期間多雨寡照、積溫不足和低溫頻發(fā)，導(dǎo)致水稻單產(chǎn)水平低，年際變化大；而東北平原地區(qū)積溫充足，但水資源相對不足，傳統(tǒng)水稻栽培模式由于耗水量大，限制了水稻種植面積的擴(kuò)大和總產(chǎn)量的提高[1-3]。

水稻覆膜栽培技術(shù)具有節(jié)水[4-5]、節(jié)肥[6-7]、提高地溫[8-9]和抑制雜草[10]等優(yōu)點(diǎn)?？山到獾啬さ陌l(fā)明和使用，解決了地膜污染問題，使水稻覆膜栽培技術(shù)具備了更好的推廣價(jià)值[11]。但該技術(shù)只在水稻關(guān)鍵生育期補(bǔ)水灌溉，其他時(shí)期依靠自然降雨滿足水稻生長需求，雖然操作簡便，但由于供水不穩(wěn)定，水稻單產(chǎn)年際變化較大，與常規(guī)種植方式相比增產(chǎn)不明顯，甚至減產(chǎn)[12-14]，目前在旱稻應(yīng)用較多。而覆膜濕潤栽培技術(shù)通過膜下滴灌或人工合理控水，始終保持土壤飽和濕潤，地表基本無積水的狀態(tài)，既滿足水稻需水，又增加土壤通透性，增強(qiáng)根系活力，單產(chǎn)穩(wěn)定且高于水稻常規(guī)栽培技術(shù)[15-16]。

目前，國內(nèi)關(guān)于水稻覆膜濕潤栽培技術(shù)的研究較少，并且缺乏施肥、密度等配套栽培技術(shù)的研究數(shù)據(jù)。在參考相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)和政府指導(dǎo)文件的情況下，我們設(shè)置2 種施肥模式（耐冷施肥，高產(chǎn)施肥）和5 種插秧密度，以篩選覆膜濕潤栽培條件下最優(yōu)和次優(yōu)肥密組合，為指導(dǎo)北方粳稻區(qū)水稻覆膜濕潤栽培提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019 年、2020 年在吉林省磐石市拐子炕村（北緯42.98°東經(jīng)125.96°）的水田進(jìn)行。供試品種為吉林省主栽粳稻品種吉宏6 號(hào)。試驗(yàn)設(shè)置2 種施肥模式（耐冷施肥、高產(chǎn)施肥）和5 種插秧密度（D1，行株距30 cm×26 cm；D2，行株距30 cm×23 cm；D3，行株距30 cm×20 cm；D4，行株距30 cm×17 cm；D5，行株距30 cm×13 cm），共10 個(gè)處理，D3 即當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的插秧密度（30 cm×20 cm）為對照。

田間設(shè)置6 個(gè)單排單灌大區(qū)，其中耐冷施肥和高產(chǎn)施肥各3 個(gè)大區(qū)。每個(gè)大區(qū)面積30 m×50 m，平分設(shè)置5 種插秧密度。每年5 月25 日至30 日人工插秧，同時(shí)鋪設(shè)地膜。專人負(fù)責(zé)水分管理，水稻全生育期始終保持土壤飽和濕潤而膜上基本無水層的狀態(tài)。追肥時(shí)增加灌水，保持水層3 cm 左右，維持2~3 d，而后排干水層。

高產(chǎn)施肥模式根據(jù)吉林省農(nóng)業(yè)委員會(huì)制定的《2018 年吉林省科學(xué)施肥指導(dǎo)意見》確定，氮肥用量150 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O為15∶7∶8，其中，氮肥的40%作基肥、20%作分蘗肥、30%作穗肥、10%作粒肥，全部磷肥和50%鉀肥作基肥，50%鉀肥作分蘗肥；耐冷施肥模式根據(jù)吉林省地方標(biāo)準(zhǔn)《水稻耐冷肥水調(diào)控技術(shù)規(guī)程》確定，氮肥用量120 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O 為3∶2∶2，其中，氮肥在翻地前施用90%，余下10%在返青前施用，磷、鉀肥全部作底肥。

1.2 調(diào)查項(xiàng)目及方法

水稻插秧后定期進(jìn)行田間調(diào)查。每次調(diào)查隨機(jī)選擇各處理中的10 叢水稻，調(diào)查葉面積指數(shù)和地上干物質(zhì)積累量；分蘗盛期開始，使用Li-6400 光合儀調(diào)查水稻葉片凈光合速率，使用冠層分析儀調(diào)查水稻行間冠層內(nèi)不同位置的光合有效輻射（PAR）。水稻成熟后，每個(gè)處理隨機(jī)選擇5 m2水稻收割，進(jìn)行測產(chǎn)和考種，3 次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用WPS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，使用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥密處理對水稻生長發(fā)育的影響

如圖1 所示，耐冷施肥和高產(chǎn)施肥條件下，水稻插秧后的葉面積指數(shù)均呈單峰曲線變化趨勢。不同插秧密度間，D4 和D5處理的葉面積指數(shù)從插秧后48 d 開始顯著高于其他處理；葉面積指數(shù)的峰值出現(xiàn)在插秧后64 d，耐冷施肥為8.27（D5 處理），高產(chǎn)施肥為8.98（D4處理）；峰值后葉面積指數(shù)持續(xù)下降，到插秧后93 d時(shí)，高產(chǎn)施肥不同密度處理的葉面積指數(shù)為峰值的55.1%~65.2%，而耐冷施肥條件下是 49.5% ~57.4%。上述結(jié)果說明，與高產(chǎn)施肥相比，耐冷施肥需要更高的插秧密度來獲得最大的葉面積指數(shù)峰值，并且在生育后期葉面積指數(shù)的下降幅度更大。

圖1 不同處理葉面積指數(shù)的變化

如圖2 所示，耐冷施肥與高產(chǎn)施肥條件下，水稻葉片的凈光合速率在插秧后49~79 d 基本維持不變，保持在25 μmol/（m2·s）左右，而后迅速下降，至插秧后93 d 時(shí)，耐冷施肥下降了33.2%~57.1%，高產(chǎn)施肥下降了24.8%~34.8%；不同插秧密度處理間葉片凈光合速率無顯著差異。上述結(jié)果說明，水稻葉片光合能力主要受施肥方式影響，高產(chǎn)施肥能維持水稻生育后期更高的葉片光合能力。

圖2 不同處理水稻葉片凈光合速率的變化

如圖3 所示，耐冷施肥和高產(chǎn)施肥條件下，水稻行間冠層內(nèi)不同位置的平均光合有效輻射均有極顯著差異，并且插秧密度越高底部數(shù)值占頂部數(shù)值的比例就越低，其中耐冷施肥條件下底部數(shù)值為頂部的9.9%~27.8%，而高產(chǎn)施肥條件下為7.9%~17.9%。上述結(jié)果說明，水稻群體冠層對光的截獲同時(shí)受施肥和插秧密度影響；插秧密度相同時(shí)，高產(chǎn)施肥水稻群體的光截獲比耐冷施肥大。

不同小寫字母表示0.05 水平差異顯著。

如圖4 所示，耐冷施肥與高產(chǎn)施肥條件下，水稻單位面積的干物質(zhì)積累量均呈持續(xù)增加趨勢，在插秧后64 d 之前耐冷施肥處理的干物質(zhì)積累增速明顯快于高產(chǎn)施肥處理，而后高產(chǎn)施肥處理干物質(zhì)積累速度迅速提高，至插秧后93 d 時(shí)，耐冷施肥條件下的最大值為1 684 g/m2（D5 處理），低于高產(chǎn)施肥條件下的最大值1 886 g/m2（D4 處理）。上述結(jié)果說明，與分次施肥的高產(chǎn)施肥相比，肥料施用前移的耐冷施肥更能促進(jìn)水稻群體前期的生長速度，但由于后期肥料供應(yīng)不足，最終的最大干物質(zhì)積累量仍然是高產(chǎn)施肥處理更高。

圖4 不同處理水稻干物質(zhì)積累的變化

2.2 不同肥密處理對水稻產(chǎn)量的影響

如表1 所示，耐冷施肥條件下均以D5 處理產(chǎn)量最高，2019 年和2020 年分別為679.8 kg/ 667m2和636.8 kg/667 m2，而高產(chǎn)施肥條件下均以D4 處理最高，2019年和2020 年分別為705.8 kg/667 m2和650.5 kg/667 m2。由于2020 年7—9 月吉林省中東部遭遇了歷史罕見的連續(xù)3 場臺(tái)風(fēng)襲擊，引起短時(shí)狂風(fēng)暴雨和氣溫驟降，導(dǎo)致2020 年的水稻單產(chǎn)水平整體上低于2019 年，但是，耐冷施肥條件下各處理的單產(chǎn)降幅為4.2%~7.7%，低于高產(chǎn)施肥的 8.3% ~14.1%降幅，體現(xiàn)了更強(qiáng)的穩(wěn)產(chǎn)作用。在倒伏率方面，耐冷施肥處理整體上也低于高產(chǎn)施肥處理。在產(chǎn)量構(gòu)成要素上，千粒重只在年際間變化顯著，每穗粒數(shù)在施肥方式和插秧密度間差異顯著，而單位面積有效穗數(shù)在年際、插秧密度和施肥方式上均有顯著差異，說明單位面積有效穗數(shù)和穗粒數(shù)是不同處理產(chǎn)量存在差異的主要原因。上述結(jié)果說明，耐冷施肥處理的最高單產(chǎn)雖然不及高產(chǎn)施肥處理，但產(chǎn)量年際變化和倒伏率受氣象災(zāi)害的影響較小，體現(xiàn)了較強(qiáng)的穩(wěn)產(chǎn)作用，究其原因可能是肥料施用比例前移促進(jìn)了水稻生育前期的生長速度，提高了生育后期水稻植株抵御氣象災(zāi)害的能力，并降低了倒伏率，因此，耐冷施肥在氣象災(zāi)害頻發(fā)的東北東部山區(qū)具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)論與討論

3.1 水稻覆膜濕潤栽培條件下不同施肥方式對水稻影響的差異

耐冷施肥中，由于90%的氮肥和50%的磷鉀肥作為基肥在水稻插秧前施用，導(dǎo)致水稻生育前期的生物量較快速增加（圖4），相當(dāng)于提前增強(qiáng)了水稻群體的抗逆能力，因此在2020 年7—9 月吉林省遭遇歷史罕見的連續(xù)3 次臺(tái)風(fēng)襲擊之后，水稻產(chǎn)量相對2019 年的下降幅度比高產(chǎn)施肥低（表1），起到了明顯的穩(wěn)產(chǎn)作用，在低溫氣象災(zāi)害頻發(fā)的東北東部山區(qū)尤其有推廣價(jià)值。另一方面，由于總施肥量和生育后期肥料施用比例較低，與高產(chǎn)施肥相比，耐冷施肥水稻在生育后期的葉面積指數(shù)（圖1）和凈光合速率（圖2）下降較快，干物質(zhì)積累較慢（圖4），需要更高的插秧密度實(shí)現(xiàn)單產(chǎn)最大化（表1），最高單產(chǎn)水平也較高產(chǎn)施肥低2.1%~3.7%，說明在正常年份或者積溫充足地區(qū)，高產(chǎn)施肥模式更有產(chǎn)量優(yōu)勢。

表1 耐冷施肥與高產(chǎn)施肥條件下不同插秧密度的產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)

3.2 水稻覆膜濕潤栽培條件下的最優(yōu)肥密組合

在本研究中，水稻覆膜后，通過人工合理控水，實(shí)現(xiàn)水稻全生育期土壤飽和濕潤，地表基本無積水的狀態(tài)，不僅滿足水稻需水要求，還最大限度降低了耗水量和化學(xué)除草劑用量，并提高土壤通透性和根系活力，水稻單產(chǎn)最高可達(dá)705.8 kg/667 m2，與其他地區(qū)類似研究的結(jié)論接近[15-16]，明顯高于傳統(tǒng)水稻栽培技術(shù)，說明水稻覆膜濕潤栽培技術(shù)在東北粳稻區(qū)具有很好的應(yīng)用前景。綜合來看，覆膜濕潤栽培條件下的最優(yōu)和次優(yōu)肥密組合分別是“高產(chǎn)施肥+插秧密度30 cm×17 cm（19.6 叢/m2）”和“耐冷施肥+插秧密度30 cm×13 cm（25.6 叢/m2）”，分別適合在積溫充足的東北平原地區(qū)和低溫冷害頻發(fā)的東北東部山區(qū)應(yīng)用。