肥水耦合对膜下滴灌水稻穗部性状及产量的影响

李 猛，郭晓红，周 健，陈立强，牛同旭，赵海成，张先创，李红宇，那永光，郑桂萍，吕艳东

(1.黑龙江八一农垦大学农学院/黑龙江省教育厅寒地作物种质改良与栽培重点实验室，黑龙江 大庆 163319； 2.黑龙江省农垦科学院水稻研究所，黑龙江 佳木斯 154007)

水稻是我国种植面积和产量最大的粮食作物，也是耗水量最多的作物之一[1-4]，其耗水量占我国总用水量的54%左右，占农业总用水量的65%以上[5, 6]，水稻的高产和稳产对于维系国家安全和稳定至关重要[7]。随着人口的增长、城镇和工业的发展、全球气候的变化以及环境污染的加重，用于作物灌溉的水资源愈来愈匮乏，严重威胁作物特别是水稻生产的发展[8,9]。虽然旱作水稻得到一定的发展，但总体来说产量偏低，且稳定性差，导致旱作栽培模式的推广具有一定风险性，并且推广难度较大[10,11]。水稻膜下滴灌可实现机械化精量播种，栽培方式不同于覆膜旱作[12]，灌溉方式也不同于间歇灌溉[13]、湿润灌溉[14]，通过滴灌技术少量多次将水分输送到水稻根部，使土壤含水量在田间持水量90%左右，将肥料溶于水中通过水肥一体化技术滴灌于作物根部，并使施肥在数量、时间上与作物的需求量同步，提高肥料和水分的利用率[15]。

水和肥料是水稻生长的2个重要限制因素，这2个因素的交互作用共同影响水稻产量。水和肥料的适时适量可以明显促进作物增产，同时提高作物的水和肥料的利用效率，而不适宜的水和肥料不仅会使作物减产[16]，更会造成环境污染与恶化[17]。目前，国内外针对水肥耦合对不同作物产量的影响已有大量研究[18-21]，而对于水稻灌水施肥技术的研究，主要是针对传统育秧移栽种植[22-31]，于水稻膜下滴灌旱作水肥耦合机理与模型的研究报道甚少[32]。因此，本试验在目前推广的水稻膜下滴灌旱作种植方式基础上，进一步在寒地研究其肥水管理技术，旨在将传统水肥管理革新为膜下滴灌水肥一体化技术；同时，提出高产高效水肥优化组合方案，为寒地水稻膜下滴灌旱作高效栽培技术提供科学依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

龙粳31号和空育131，两品种的主茎叶片数均为11。

1.2 试验设计

试验于2014年在黑龙江八一农垦大学农学院试验基地进行。5月25日浸种。5月27日整地、施底肥。5月28日区划。5月29日人工播种。膜宽90 cm，膜上种四行；小区内行距15 cm-30 cm-15 cm，穴距13 cm，小区间横向间距40 cm。旱直播芽谷，单穴点播5～7粒，超过7株间苗；每处理24行，每行6 m；随机排列，3次重复。6月3日出苗，6月14日施分蘖肥，7月28日施穗肥。

S1F1：三叶一心后，当田面以下15 cm体积含水量降至饱和含水量的60%时；然后滴灌至饱和，再降至饱和含水量的60%，如此反复直至收获，使用MPM-160B型水分仪测定土壤水分，测定深度为田面下15 cm，五点测定(测定方法下同)；分蘖肥与穗肥用量为对照的80%。S1F2：三叶一心后，当田面以下15 cm体积含水量降至饱和含水量的60%时；然后滴灌至饱和，再降至饱和含水量的60%，如此反复直至收获；分蘖肥与穗肥用量与对照一致。S2F1：三叶一心后，当田面以下15 cm体积含水量降至饱和含水量的80%时；然后滴灌至饱和，再降至饱和含水量的80%，如此反复直至收获；分蘖肥与穗肥用量为对照的80%。S2F2：三叶一心后，当田面以下15 cm体积含水量降至饱和含水量的80%时；然后滴灌至饱和，再降至饱和含水量的80%，如此反复直至收获；分蘖肥与穗肥用量与对照一致。对照(CK)：常规育苗，三叶一心后插秧，插秧的株行距配置为30 cm×13 cm，本田管理同常规。各处理及对照的基肥均相同：尿素(46%纯N)144 kg/hm2;磷酸二铵(64%P2O5)160 kg/hm2；硫酸钾(50%K2O)125 kg/hm2。各处理肥水管理方式见表1。生育期间人工除草。9月末收获。

供试土壤为草甸土，土壤的基础条件见表2。

1.3 测试内容与方法

考种：水稻成熟时每个品种的处理和对照选取有代表性的植株2穴，带回室内考察农艺性状和产量性状，测定项目主要有每株穗数、穗长、单穗重、一次枝梗数、二次枝梗数、实粒数、空秕粒数，并称取粒重，计算结实率、千粒重。

1.4 数据分析

利用EXCEL和DPS统计软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 膜下滴灌旱种下肥水对水稻穗部性状的影响

2.1.1 膜下滴灌旱种下肥水对水稻穗长、单穗重的影响

膜下滴灌旱种下水分与肥料对两品种穗长影响的F测验结果说明：水分间的差异显著，肥料间、肥料×水分间的差异不显著。水分间的比较：两品种的两个水分处理均以S2的穗长较长，且2个水分处理间的差异均达显著水平(见图1)。肥料间的比较：空育131的两种肥料处理以F1处理的穗长较大，F2处理的穗长较小，但两者差异未达显著水平；龙粳31号的两种肥料处理以F2处理的穗长较大，F1处理的穗长较小，但两者差异未达显著水平(见图2)。上述结果说明，两品种的穗长以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理相对较大；两种肥料处理对两品种穗长的影响不显著。

表1 各处理肥水管理方式Tab.1 Fertilizer and water management of different treatment

表2 试验土壤养分含量状况Tab.2 The condition of soil nutrient content on test

图2 不同肥料处理对两品种穗长的影响Fig.2 Effects of different fertilizer treatments on panicle length of two varieties

膜下滴灌旱种下两品种的穗长水分与肥料间不存在互作效应，说明各处理组合的效应只是各单因素效应的简单相加。空育131以S2F1处理的穗长最大，以S1F2处理的穗长最小，且两处理间的差异达显著水平；龙粳31号以S2F1处理的穗长最大，以S1F1处理的穗长最小，且两处理间的差异达显著水平。由表3可以看出膜下滴灌旱种下两品种的穗长均以S2 的大于S1的，即以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理两品种的穗长较大；同时可以看出膜下滴灌旱种下两品种的穗长对水分的反应敏感于肥料。与对照相比，膜下滴灌旱种下两品种的穗长均降低；其中空育131膜下滴灌旱种的各处理与对照间的差异均达极显著水平，龙粳31号的S1F2和S1F1与对照间的差异均达极显著水平，龙粳31号的S2F2与对照间的差异达显著水平。

表3 不同处理穗长的新复极差测验Tab.3 The multiple comparison of panicle length of different treatments

膜下滴灌旱种下水分与肥料对两品种单穗重影响的F测验结果说明：水分间、肥料×水分间的差异显著，肥料间的差异不显著。水分间的比较：两品种的两个水分处理均以S2的单穗重较大，其中空育131的两个水分处理间的差异达极显著水平，龙粳31号的两个水分处理间的差异达显著水平(见图3)。肥料间的比较：空育131的两种肥料处理以F1处理的单穗重较大，F2处理的较小，但两者差异未达显著水平；龙粳31号的两种肥料处理以F2处理的单穗重较大，F1处理的较小，但两者差异未达显著水平(见图4)。上述结果说明，两品种的单穗重以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理相对较大；两种肥料处理对两品种单穗重的影响不显著。

图3 不同水分处理对两品种单穗重的影响Fig.3 Effects of different water treatments on panicle weight of two varieties

图4 不同肥料处理对两品种单穗重的影响Fig.4 Effects of different fertilizer treatments on panicle weight of two varieties

膜下滴灌旱种下两品种的单穗重水分与肥料间存在互作效应，说明各处理组合的效应不是各单因素效应的简单相加，而是肥料效应随水分而不同。空育131以S2F2处理的单穗重最大，以S1F2处理的单穗重最小，且两处理间的差异达极显著水平；龙粳31号以S2F1处理的单穗重最大，以S1F1处理的单穗重最小，且两处理间的差异达极显著水平。由表4可以看出膜下滴灌旱种下两品种的单穗重均以S2 的大于S1的，即以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理两品种的单穗重较大；同时可以看出膜下滴灌旱种下两品种的单穗重对水分的反应敏感于肥料。与对照相比，膜下滴灌旱种下两品种的单穗重均降低；且两品种膜下滴灌旱种的各处理与对照间的差异均达极显著水平。

表4 不同处理单穗重的新复极差测验Tab.4 The multiple comparison of panicle weight of different treatments

2.1.2 膜下滴灌旱种下肥水对水稻枝梗数的影响

膜下滴灌旱种下水分与肥料对两品种单穗重影响的F测验结果说明：水分间、肥料间的差异不显著，肥料×水分间的差异显著。水分间的比较：两品种的两个水分处理均以S2的一次枝梗数较多，且两个品种的两个水分处理间的差异均未达显著水平(见图5)。肥料间的比较：空育131的两种肥料处理以F1处理的一次枝梗数较多，F2处理的较少，但两者差异未达显著水平；龙粳31号的两种肥料处理以F2处理的一次枝梗数较多，F1处理的较少，但两者差异未达显著水平(见图6)。上述结果说明，两种水分、肥料处理对两品种一次枝梗数的影响不显著。

图5 不同水分处理对两品种一次枝梗数的影响 Fig.5 Effects of different water treatments on primary rachis-branchesnumber of two varieties

图6 不同肥料处理对两品种一次枝梗数的影响Fig.6 Effects of different fertilizer treatments on primary rachis-branches number of two varieties

膜下滴灌旱种下两品种的一次枝梗数水分与肥料间存在互作效应，说明各处理组合的效应不是各单因素效应的简单相加，而是肥料效应随水分而不同。空育131以S2F1处理的一次枝梗数最多，以S1F2处理的一次枝梗数最少，且各处理间的差异不显著；龙粳31号以S1F2处理的一次枝梗数最多，以S1F1处理的一次枝梗数最少，且各处理间的差异不显著。与对照相比，两品种的一次枝梗数对膜下滴灌旱种的反应不同，其中空育131的一次枝梗数在膜下滴灌旱种的不同肥水处理下表现为减少，而龙粳31号的一次枝梗数在膜下滴灌旱种的不同肥水处理下表现为增加，但与对照相比差异均未达显著水平(见表5)，说明一次枝梗数对膜下滴灌旱种的不同肥水处理的反应较为迟钝，该性状较为稳定。

表5 不同处理一次枝梗数的新复极差测验Tab.5 The multiple comparison of primary rachis-branches number of different treatments

膜下滴灌旱种下水分与肥料对两品种二次枝梗数影响的F测验结果说明：空育131水分间的差异不显著，肥料间、肥料×水分间的差异显著；龙粳31号水分间、肥料间、肥料×水分间的差异均不显著。水分间的比较：两品种的两个水分处理均以S2的二次枝梗数较多，且两个品种的两个水分处理间的差异均未达显著水平(见图7)。肥料间的比较：空育131的两种肥料处理以F1处理的二次枝梗数较多，F1处理的较少，且两者差异达显著水平；龙粳31号的两种肥料处理以F1处理的二次枝梗数较多，F2处理的较少，但两者差异未达显著水平(见图8)。上述结果说明，两种水分处理对两品种二次枝梗数的影响不显著，两种肥料处理对空育131的二次枝梗数有显著影响，以常规施肥量的二次枝梗数较多。

图7 不同水分处理对两品种二次枝梗数的影响Fig.7 Effects of different water treatments on second rachis-branches number of two varieties

图8 不同肥料处理对两品种二次枝梗数的影响Fig.8 Effects of different fertilizer treatments on second rachis-branches number of two varieties

膜下滴灌旱种下空育131的二次枝梗数水分与肥料间存在互作效应，说明各处理组合的效应不是各单因素效应的简单相加，而是肥料效应随水分而不同；空育131以S2F2处理的二次枝梗数最多，以S2F1处理的二次枝梗数最少，且两处理间的差异达极显著水平。膜下滴灌旱种下龙粳31号的二次枝梗数水分与肥料间不存在互作效应，说明各处理组合的效应只是各单因素效应的简单相加；龙粳31号以S2F1处理的二次枝梗数最多，以S1F2处理的二次枝梗数最少，且各处理间的差异不显著。与对照相比，膜下滴灌旱种下两品种的二次枝梗数均减少；其中空育131的S2F2处理与对照间的差异不显著，其他3个处理与对照间的差异达显著或极显著水平；膜下滴灌旱种下龙粳31号的各处理与对照间的差异均达极显著水平(见表6)。

表6 不同处理二次枝梗数的新复极差测验Tab.6 The multiple comparison of second rachis-branches number of different treatments

2.2 膜下滴灌旱种下肥水对水稻产量的影响

膜下滴灌旱种下水分与肥料对空育131经济产量影响的F测验结果说明：空育131的经济产量水分间、肥料间的差异达显著水平，肥料×水分间的差异不显著。膜下滴灌旱种下水分与肥料对龙粳31号经济产量影响的F测验结果说明：龙粳31号的经济产量水分间、肥料×水分间的差异达显著水平，肥料间的差异不显著。水分间的比较：两品种的两个水分处理均以S2的经济产量较高，S1的较低，且两处理间的差异达极显著水平(见图9)。肥料间的比较：空育131的两种肥料处理以F2处理的经济产量较高，F1处理的较低，且两处理间的差异达极显著水平；龙粳31号的两种肥料处理以F1处理的经济产量较高，F2处理的较低，但两处理间的差异不显著(见图10)。上述结果说明，以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理能够提高两品种的经济产量。分蘖肥与穗肥用量与对照一致处理能够提高空育131的经济产量。

图9 不同水分处理对两品种经济产量的影响Fig. 9 Effects of different water treatments on economic yield of two varieties

图10 不同肥料处理对两品种经济产量的影响Fig.10 Effects of different fertilizer treatments on economic yield of two varieties

从表7可以看出：膜下滴灌旱种下以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理其产量高于以体积含水量降至饱和含水量的60%为控水下限的水分管理，两品种的表现为一致的；膜下滴灌旱种下以体积含水量降至饱和含水量的60%为控水下限的水分管理，同时分蘖肥与穗肥用量为对照80%的处理两品种的经济产量均为最低；与对照相比，膜下滴灌旱种各处理两品种的产量均表现为降低，其中空育131的S2F2处理最适合膜下滴灌旱种，龙粳31号的S2F1处理最适合膜下滴灌旱种。

表7 不同处理经济产量的新复极差测验 kg/hm2

3 结 论

膜下滴灌旱种下两品种的穗长、单穗重均以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理相对较大。膜下滴灌旱种下两种肥料处理对两品种穗长、单穗重的影响不显著。膜下滴灌旱种下两品种的穗长、单穗重对水分的反应敏感于肥料。膜下滴灌旱种下两种水分、肥料处理对两品种一次枝梗数的影响不显著；一次枝梗数对膜下滴灌旱种的不同肥水处理的反应较为迟钝，该性状较为稳定。膜下滴灌旱种下两种水分处理对两品种二次枝梗数的影响不显著；膜下滴灌旱种下两种肥料处理对空育131的二次枝梗数有显著影响，以常规施肥量的二次枝梗数较多。膜下滴灌旱种下以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理其产量高于以体积含水量降至饱和含水量的60%为控水下限的水分管理，两品种的表现为一致的；膜下滴灌旱种下以体积含水量降至饱和含水量的60%为控水下限的水分管理，同时分蘖肥与穗肥用量为对照80%的处理两品种的经济产量均为最低。

作物的水分与肥料管理是农田管理中一个重要的理论问题，协调两者关系达到最优化时，便可能实现低投入、高产出和高品质的目标[33]。作物在不同的生长条件下和不同的生育阶段，施用不同的灌溉水量与肥量都会对产量形成很大的影响[34]。田军仓等大量学者研究认为灌水量与施肥量的交互作用显著，而且高水配以高肥对作物增产作用明显[18, 20, 21, 35]。何进宇等[32]研究表明，水肥耦合尤其水氮交互作用对旱作水稻产量的影响达到了显著水平；当施肥量和灌水量达到阈值后，如果继续增加水肥施用量，则会造成旱作水稻产量下降和水肥资源浪费。本研究结果表明：膜下滴灌旱种下水肥互作对空育131产量的影响不显著，这与前人的研究结果不一致；而膜下滴灌旱种下水肥互作对龙粳31号产量的影响差异达显著水平，这与前人的研究结果是一致的。与对照相比，膜下滴灌旱种各处理两品种的产量均表现为降低，其中空育131以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理，同时分蘖肥与穗肥用量同对照相同的处理(S2F2)最适合膜下滴灌旱种，龙粳31号以体积含水量降至饱和含水量的80%为控水下限的水分管理，同时分蘖肥与穗肥用量为对照的80%的处理(S2F1)最适合膜下滴灌旱种；说明在本试验条件下，空育131以高水配以高肥产量最高，并没有出现灌水量和施肥量的阈值反应，而龙粳31号确以高水配低肥的产量最高，出现了施肥量的阈值反映。

水稻膜下滴灌栽培和其他节水栽培方式较常规淹灌栽培增产的研究也有报道[36, 37]，本研究不同于上述结果。同时本研究结果表明：与对照相比，膜下滴灌旱种下两品种的穗长减小、单穗重降低、二次枝梗数减少。与前人研究结果不尽相同，可能是试验材料和管理措施的差异造成的。对于水稻膜下滴灌旱种的最佳肥水耦合效应尚需综合考虑气候、土壤条件、地下水位等诸多因素，在略微减产或增产的前提下，其综合效益要远远高于传统栽培。

合理的水分和养分管理是水稻高产、优质、高效的重要基础。基于近几年国内灌溉技术和水稻产业的长足发展，水肥一体化的理念开始接受并应用。然而，寒地水稻传统的漫灌生产一时间很难全部改变，多年来应用的各种模式的旱作、旱种水管等生产也占有一定比例的面积，再加上近几年膜下滴灌的逐年推广应用，不同灌溉模式的水稻生产在寒地稻区还将长期存在。因此，大力发展滴灌技术和推广节水、节肥、节药技术，全面提升内寒地水稻生产水平，不仅需要深入的理论技术研究，同时还需要加大推广力度，建立标准化体系，提高设备的质量，加大扶持力度等多项工作的共同努力。

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