不同栽培模式对新疆水稻产量和肥料利用率的影响

潘俊峰 钟旭华* 约麦尔·艾麦提 黄农荣巴拉提·巴克刘彦卓 彭碧琳 梁开明

（1广东省农业科学院水稻研究所/广东省水稻育种新技术重点实验室，广州510640；2疏附县农业技术推广中心，新疆疏附844100；第一作者∶junfeng401＠163．com；*通讯作者∶xzhong8＠163．com）

水稻是我国重要的口粮作物。新疆地属西北干燥单季稻作带的西部干旱稻作区，近5年水稻播种面积7.0～7.5 万 hm2。由于新疆具有适宜水稻生长的光、热条件，2014年水稻平均单产高达10.1 t/hm2，比全国平均水平高48.9%，排名全国第一，是我国西北的高产稻区[1-2]。然而，这一成就是以大量的肥水投入特别是化肥的投入为支撑的。据统计，新疆水稻生产的肥料用量超过390 kg/hm2，氮肥用量达233 kg/hm2，比我国稻田单季稻平均氮肥用量（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]。随着化肥投入的不断增加，其对增产的贡献率逐渐减小，化肥生产效益不断降低，对作物产量、品质和环境带来的不利影响也日益加重[10-12]。如何同步提高水稻单产和肥料利用效率倍受关注。近10多年来，我国先后研究出水稻精确定量栽培、“三定”栽培、“三控”施肥等技术并在生产上大面积应用，在长江流域和华南地区取得显著效果[13]。如应用水稻“三控”施肥技术，一般比当地习惯栽培减少氮肥用量20%、水稻增产10%左右[14]。若结合节水灌溉技术，稻田氮素的氨挥发、径流、渗漏等总损失可减少42%，面源污染大幅减轻[15]。采用优化氮肥管理可使施氮量减少33%，稻田氮素损失减少70%，产量基本保持不变[16]。基于西北干旱稻作区的特殊环境，前人研发了水稻膜下滴灌与优化氮肥运筹相结合的方式，实现高产高效[17-18]。但由于该技术对耕作机械、灌溉设备和技术操作的要求较高，推广应用有限。是否可将我国南方成熟的高产高效栽培技术引入新疆，提高新疆水稻的产量与养分利用效率，目前还鲜有这方面的研究报道。本研究在南疆西南部主要水稻种植地喀什市进行，分别以常规粳稻新稻11和农家品种木什红米为材料，研究不同栽培模式下水稻产量表现和肥料利用率，以为新疆水稻高产高效栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地基本情况

试验于2016年在新疆维吾尔自治区喀什市疏附县进行。

试验一∶在布拉克苏乡（N39°15′54.41″，E75°48′13.44″）进行。选择3块农户稻田，试验地前茬为水稻。耕作层土壤属粉（砂）壤土，pH值7.81～7.99，有机质31.93～46.12 g/kg、全氮 1.61～2.32 g/kg、碱解氮 104.13～145.9 mg/kg、速效磷 26.8～47.2 mg/kg、速效钾 75.92～229.32 mg/kg。供试品种为当地高产优质常规稻品种新稻11。4月20-21日播种，5月29-30日移栽，每丛6～7苗，8月10日抽穗，10月9日收获。

试验二∶在木什乡艾斯里木什村（N39°28′18.98″，E75°39′46.28″）进行。试验地前茬为小麦。耕作层土壤属粉（砂）壤土，pH 值 8.1，有机质 6.27 g/kg、全氮 0.43 g/kg、碱解氮 24.03 mg/kg、速效磷 4.80mg/kg、速效钾47.68 mg/kg。以当地优质农家红米品种木什红米为试验材料。采用直播栽培，5月8日播种，播种量9 kg/667 m2，8月6日抽穗，9月22日收获。

1.2 试验设计

试验设当地习惯栽培和高产高效栽培两种处理。每块田中间做一田埂，使之等分为肥力相近的两半。田埂用塑料薄膜包埋，以防渗漏。半块田按当地习惯施肥和灌溉，另外半块田采用高产高效栽培管理。前期调研表明，新稻11产量水平比木什红米高得多，但木什乡土壤肥力低，保水保肥能力差，因此两个试验仍采用相同施肥方案。

当地习惯栽培（FP）∶栽插密度为 27.4 丛/m2。不施基肥，移栽后 7 d 施纯 N 67.5 kg/hm2、P2O5172.5 kg/hm2，移栽后16 d和47 d各施纯N 138 kg/hm2，未施钾肥。除生育中期排水搁田外，其余时期保持水层，收获前1周断水。

高产高效栽培（OPT）∶栽插规格 26.7 cm×13.3 cm（28.1 丛/m2）。按水稻“三控”施肥技术规程[19]施肥，参照当地实际情况略有调整，总施肥量为纯N 210 kg/hm2、P2O563 kg/hm2和K2O 75 kg/hm2。氮肥分4次施入，分别在移栽后 8 d、23 d、47 d 和 70 d，按 4∶2∶3∶1 的比例施，第1次施用磷酸二铵，其他3次用尿素。磷肥在第1次施用氮肥时以磷酸二铵的形式施入。钾肥（硫酸钾）在施穗肥（第3次施肥）时随氮肥一次性施入。水分管理采用安全干湿交替灌溉技术[20-21]。移栽后埋下水位管，在移栽后10 d内、抽穗前3 d至抽穗后3 d保持3～5 cm浅水层，其他时期只有当地下水位低于15 cm时才灌水5 cm，如此循环。

每个处理田块用拖拉机旋耕，试验一采用手插秧方式，试验二采用旱直播方式，种子不经浸种催芽直接播种，播后灌水。

1.3 取样与测定

试验一在成熟期每个小区取样12丛，脱粒考种，并测定地上部干质量，各小区实收5 m2计产。试验二于收割前，每小区实收5 m2计产。

1.4 数据处理与统计方法

养分利用效率∶氮肥偏生产力（kg/kg N）=稻谷产量（kg/hm2）/氮肥施用量（kg/hm2N）；磷肥偏生产力（kg/kg P2O5）=稻谷产量（kg/hm2）/磷肥施用量（kg/hm2P2O5）；钾肥偏生产力（kg/kg K2O）=稻谷产量（kg/hm2）/钾肥施用量（kg/hm2K2O）；肥料偏生产力[kg/kg（N+P2O5+K2O）]=稻谷产量（kg/hm2）/总施肥量[kg/hm2（N+P2O5+K2O）]。

经济效益计算∶稻谷和肥料价格均按当地价计，稻谷 3.1 元/kg，尿素 2.2 元/kg，磷酸二铵 3.5 元/kg，硫酸钾3.7元/kg。利润计算以稻谷产值扣除肥料成本计算，未计算种子、农药、田间管理用工等成本。

将3块田视作3次重复，用Microsoft Excel软件处理数据，Statistica软件进行差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 不同栽培模式下的水稻产量及其构成

由表1可知，不同田块OPT处理的产量均高于FP处理，平均高30.7%，达显著水平。对比各处理产量构成发现，OPT处理的有效穗数、结实率和千粒重都高于FP处理，其中千粒重的差异达显著水平，而每穗总粒数低于FP处理。OPT处理的生物量比FP处理高14.4%，差异显著，收获指数也略有提高，但差异不显著。此外，OPT处理的灌溉次数比FP减少6次，减少24.1%。

2.2 不同栽培模式下的肥料利用率

从表2可见，与FP处理相比，OPT处理下的水稻氮、磷和肥料的偏生产力均显著提高，分别增加113.8%、257.9%和 94.3%，均达显著水平。表明 OPT 处理有利于提高养分的综合利用效率。

2.3 不同处理对稻米品质的影响

从表3可见，在布拉克苏乡，FP处理和OPT处理对稻米加工品质指标的影响不显著；不同处理对稻米外观品质的影响主要是影响米粒长，而对垩白粒率、垩白度、长宽比以及透明度影响不明显；不同处理对直链淀粉含量、碱消值、胶稠度等稻米食味品质的影响均不显著；在营养品质方面，OPT处理的蛋白质含量显著低于FP处理。总的来看，不同栽培管理措施对米粒长和蛋白质含量的影响较大，而对其他稻米品质性状的影响相对较小。

表1 不同处理下新稻11的产量及其构成因素（布拉克苏）

表2 不同处理下水稻氮肥、磷肥、钾肥和肥料偏生产力（布拉克苏）

表3 不同处理的稻米品质性状比较（布拉克苏）

表4 不同处理的经济效益比较

2.4 经济效益分析

与FP处理相比，OPT处理表现出明显的增产增收效果，每hm2稻谷产值增加7 725元，肥料成本减少732元，增收节支8 458元，达显著水平，产投比提高81.2%，达极显著水平（表 4）。

2.5 不同栽培模式对木什红米产量和肥料利用率的影响

木什乡的对比试验采用当地的农家品种木什红米，该品种产量潜力较低，但米质优良。试验结果显示，OPT 处理的产量为 3.0 t/hm2，FP 处理的产量为 2.1 t/hm2，OPT处理比FP增产44.3%，差异达显著水平。OPT处理的灌溉次数也比FP处理减少6次，减少27.3%。由于OPT处理的施肥量比FP处理减少，而产量反而比FP提高，水稻氮肥、磷肥和肥料的偏生产力均显著提高，较对照分别提高了 136.1%、295.1%和 112.2%。

3 讨论

3.1 OPT处理提高新疆水稻产量和养分利用效率的原因

在本研究中，与FP处理相比，OPT处理有3个重要特点∶一是施用了保蘖肥和粒肥，二是施用了钾肥，三是采用干湿交替灌溉。

本研究中，OPT处理中粒肥的施用对增产增效可能发挥了重要作用。FP处理在移栽后16 d内的施氮量达到205.5 kg/hm2，而OPT处理在同一时间段内施氮量为84.0 kg/hm2。大量研究已经证实，在分蘖期过量施氮会导致无效分蘖的大量发生，使得群体进入穗分化期后的碳水化合物供求矛盾加剧，群体恶化[22-23]。在总施氮量相同的情况下，氮肥作为穗粒肥施用的增产效果要显著优于作基蘖肥施用[23]。本研究中水稻从抽穗至成熟仍有将近60 d，由于FP处理无粒肥投入，导致其结实率、千粒重分别比OPT处理减少7.1%和8.1%，产量也显著低于OPT处理。

钾肥的施用可能是OPT处理高产高效的重要原因。氮、磷、钾是水稻正常生长的三大必需营养元素，三者之间存在复杂的交互作用。钾对于参与各种重要反应的酶起到活化剂的作用，是40多种酶的辅助因子。钾肥的施用对促进作物光合产物运输、增加产量具有重要作用[24]。氮和钾在植物代谢过程中有互补作用，当钾水平较低时，氮水平太高会导致水稻减产[25]。FP处理不施钾肥，导致养分不平衡，可能是FP处理产量和肥料利用率低的重要原因。OPT处理虽然氮肥和磷肥用量减少了，但增施了钾肥，氮磷钾养分平衡得到改善。

采用干湿交替灌溉可能是OPT处理高产高效的另一重要原因。已有研究表明，采用干湿交替灌溉能够显著提高灌浆期间剑叶光合速率、籽粒中ATP酶活性以及根系中吲哚-3-乙酸、玉米素+玉米素核苷和脱落酸含量，有利于促进茎鞘物质运转，提高结实率和千粒重[26]。这可能是OPT处理结实率和千粒重同时提高，最后导致产量提高的重要原因。干湿交替灌溉还有利于提高根系活力和养分吸收能力，从而有利于提高肥料利用率。

3.2 新疆水稻高产与肥料高效的关键技术

本研究中高产高效（OPT）处理集成了水稻“三控”施肥和干湿交替灌溉两项技术。水稻“三控”施肥技术是以控肥、控苗、控病虫为主要内容的高产高效施肥新技术，一般比习惯栽培节省氮肥20%左右，增产10%左右，氮肥利用率提高10个百分点，同时病虫害减轻，可少打农药，抗倒性提高，稳产性好[14，19，23]。该技术已在广东、江西、浙江等省大面积推广应用，取得了良好的减肥减药和增产增收效果[27-30]。但这一技术以往主要用于南方籼稻区，对于在新疆等一季粳稻区的适应性如何，尚不明确。本研究结果表明，这一技术在新疆一季粳稻中应用也是可行的。

本研究中高产高效处理的另一技术是干湿交替节水灌溉技术。该技术采用一根水位管监控稻田水分状况，进行水分管理[20-21]。与传统灌溉技术相比，该技术节约用水20%～30%，产量略增，温室气体甲烷排放减少30%以上，氮肥损失大幅减少，且操作简便[15，20-21，31]。由于新疆特殊的地理和生态环境，水分资源严重短缺，而且不合理的灌溉方式还会引起土壤盐渍化[32]。通过节水技术的应用，可以节约大量稻田灌溉用水，对于稳定当地水稻生产具有重要意义，值得大力推广应用。

4 结论

采用基于水稻“三控”施肥和干湿交替灌溉的高产高效栽培技术，可在氮肥减少38.9%、肥料总量减少32.6%、灌溉次数明显减少的情况下，水稻产量提高30.7%～44.3%，氮肥、磷肥和肥料偏生产力提高 113.8%～136.1%、257.9%～295.1%和 94.3%～112.2%，在新疆稻区具有良好的应用前景。