水肥一体化条件下氮肥类型对水稻生理指标及产量的影响

叶振威，窦超银，刘 健，曹 亮，周明耀

(1.扬州大学 水利与能源动力工程学院， 江苏 扬州 225009；2.泰州市姜堰区水利局， 江苏 泰州 225500)

水肥一体化技术可根据作物对水肥的需求，借助管道灌溉系统将易被作物吸收利用的养分适时适量地输送到作物根系附近，具有节水、节肥、省工、高效的优点，能够显著提高作物产量并改善品质[1]，已成为国家推动实施化肥施用量零增长行动，提高水肥资源利用效率的主要技术措施。研究者们通过水肥一体化技术试验示范，在不同区域、不同作物开展系列试验研究。然而，目前关于水肥一体化的研究主要集中于经济作物并建立在滴灌系统上，研究方向包括水肥一体化与传统施肥方式的比较[2]、水肥一体化技术对经济作物生长及品质的影响[3-4]、滴灌水肥一体化设备的开发[5]。以往由于稻田管网化程度相对较低，缺乏水肥一体化必要的硬件条件，因此，关于稻田水肥一体化技术研究较少。近年来，随着高效节水灌溉技术的发展，尤其是国家“十三五”期间进一步新增6.667×106ha高效节水灌溉面积，管道输水灌溉技术在稻田地区得到大力推广，为水肥一体化技术的应用创造了有利条件，与之配套的水稻水肥一体化技术缺乏则成为迫切需要解决的问题。

水肥一体化技术不是单一的肥料制度或者灌溉制度，而是灌溉与施肥统一起来的水肥制度。其中氮肥对水稻产量和品质有着重要影响，本文首先对水肥一体化氮肥类型展开研究。目前稻田使用氮肥类型比较单一，主要是尿素和碳酸氢铵，硫酸铵的施用比例较低[6]，少部分地区也有施用氯化铵、脲铵等。传统施肥以人工撒施为主，容易造成施肥不均匀，水肥一体化改变了氮素在田间的浓度、温度、迁移、转化条件，影响到氮素存在形式和活度等，从而影响水稻对氮素的吸收和生长，因此，氮肥类型的选择是水稻水肥一体化合理应用的关键之一。本文以江苏地区中稻为对象，研究水肥一体化条件下氮肥类型对水稻生理指标以及产量的影响，为水稻水肥一体化适宜氮肥类型的选择提供理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于江苏省泰州市沈高镇河横生态园，试验土壤为潴育型水稻土，壤质粘性。0～20 cm耕层土壤有机质含量32.13 g/kg、全氮0.98 g/kg、速效磷61.54 mg/kg、速效钾164.27 mg/kg，pH为6.72。当地水利基础设施完善，作物种植以稻麦轮作为主，在江苏地区具有一定代表性。

1.2 试验设计

试验于2016年和2017年进行，供试水稻品种为宁粳7号，采用盆栽试验，试验盆钵规格25 cm(内径)×32 cm(高)，每盆装10 kg过筛耕层土，盆栽每桶用苗3穴，每穴2株。试验以当地常用氮肥类型为试验因素，设4个肥料类型处理(见表1)，其中氯化铵和硫酸铵为铵态氮肥，尿素为酰胺态氮肥，脲铵同时含有铵态氮和酰胺态氮。考虑到部分测定内容为破坏性取样，每个处理设置6次重复，由于本次试验优先对肥料类型展开研究，所以氮肥用量和施肥比例暂时参照当地传统施肥水平，各处理纯氮量一致，折施纯氮270 kg/hm2，纯钾和纯磷为100 kg/hm2，氮肥施肥比例为基肥∶分蘖肥∶穗肥=5∶2∶3，钾肥和磷肥作基肥一次性施入。追肥方式采用人工模拟水肥一体化，将肥与水按照1∶100比例充分溶解随灌溉水施入；试验管理同当地常规田间管理一致。

表1 盆栽试验肥料类型设计

1.3 测定内容与方法

株高、分蘖数：对每个处理选定代表性植株用标牌做标记，在分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期用直尺量取株高；分蘖数每隔5 d统计一次。

叶绿素含量(SPAD)：测试期下午3∶00～4∶00对每个处理选定植株采用日本产SPAD-502 PLUS便携式叶绿素计定期测定叶片叶绿素含量。

叶面积指数：分别在分蘖中期、分蘖末期、拔节期、抽穗期、乳熟期采用长宽法观测。

干物质量：在不同生育期取整株水稻，洗净后将叶、茎鞘、穗分装，于105℃烘箱中杀青30 min再降温至75℃恒温烘48 h后称取干物质量。

产量及产量构成因素：成熟期统计穗长、穗重、穗粒数、结实率，统计产量。

数据分析方法：采用Excel 2003以及SPSS19.0软件进行数据统计、分析及绘图。

2 结果与分析

2.1 氮肥类型对水稻茎蘖消长的影响

不同氮肥处理对水稻分蘖期茎蘖数影响如表2所示，分蘖初期，氯化铵(F1)、硫酸铵(F2)以及尿素(F3)处理组茎蘖数差异不显著，三个处理茎蘖数均高于脲铵(F4)处理组，且与脲铵处理组差异达显著水平；分蘖中期尿素(F3)处理组茎蘖数最少，为17个，氯化铵(F1)处理组茎蘖数最多，达到21个，高出尿素处理组24%，差异显著，硫酸铵(F2)处理组与氯化铵处理组茎蘖数接近，显著高于脲铵(F4)处理组；分蘖末期，氯化铵(F1)和硫酸铵(F2)处理组茎蘖数均为20个，尿素(F3)和脲铵(F4)处理茎蘖数接近，较氯化铵和硫酸铵处理组少10%，且差异达到显著水平。从试验结果可以看出，不同形态氮肥对水稻茎蘖数能产生显著影响，铵态氮肥相较于酰胺态氮肥更能够促进水稻分蘖，可能的原因在于铵态氮肥相较于其他类型肥料更有利于水稻根系的吸收，利于分蘖数的形成。

表2 氮肥类型对水稻分蘖期茎蘖数的影响

2.2 氮肥类型对水稻株高的影响

从图1可以看出，各处理组株高增长先快后慢，于抽穗期(9/21)达到最大，最大株高为F1处理组，株高为92.7 cm，最小株高为F4处理组，株高为82.3 cm。不同处理间，返青期株高差异不大，随着作物生长，在拔节期和抽穗期，氯化铵(F1)和硫酸铵(F2)处理组株高相近，始终大于尿素(F3)和脲铵(F4)处理，且差异显著，脲铵处理株高最小。试验结果表明铵态氮肥(氯化铵、硫酸铵)有利于株高生长，因为不同形态氮肥在土壤中的转化过程存在差异，氮肥中的阴离子会在一定程度上影响氮肥的转化过程，从而影响作物对氮素的吸收利用。以往的研究结果已经表明，适当的增加水稻株高可以提高水稻的有效穗数、穗粒数、穗实粒数和产量[7]，在水肥一体化条件下，施用铵态氮肥有利于获得较高植株，为生长打下基础。

图1氮肥类型对水稻株高的影响

2.3 氮肥类型对叶片叶绿素含量的影响

由表3可知，拔节期尿素(F3)处理组植株叶片叶绿素含量最高，脲铵(F4)处理组叶片叶绿素含量最低，尿素和脲铵处理组之间差异显著；抽穗期氯化铵(F1)处理组叶绿素含量最低，脲铵(F4)处理组叶绿素含量最高，氯化铵处理组叶绿素含量比脲铵处理组叶绿素含量低6.19%，两个处理之间差异达显著水平；成熟期硫酸铵(F2)处理组叶绿素含量最高，氯化铵(F1)处理组叶绿素含量最低，各处理叶片叶绿素含量差异不显著。在不同生育期，硫酸铵处理组叶绿素含量均高于氯化铵处理组，说明硫酸铵比氯化铵更有利于水稻叶绿素的合成。

表3 氮肥类型对水稻叶片叶绿素含量的影响

注：同列不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)；下同。

2.4 氮肥类型对水稻叶面积指数的影响

不同处理叶面积指数如图2所示，各处理组叶面积指数从分蘖中期开始逐渐增大，到分蘖末期出现明显分化，说明不同肥料对水稻植株生长的影响开始表现出来；从分蘖末期到抽穗期，植株叶面积指数的分化加剧，铵态氮肥处理组叶面积指数显著高于其他处理组，这种分化是由于不同氮肥造成的水稻植株株型的差异产生的，水稻株高越高，分蘖数越多，株型越大，越易获得较高的叶面积。叶面积指数在抽穗期达到最大，抽穗期各处理叶面积指数大小关系为氯化铵(F1)>硫酸铵(F2)>尿素(F3)>脲铵(F4)，氯化铵和硫酸铵处理之间差异不明显，但显著高于尿素和脲铵处理组。

图2氮肥类型对水稻叶面积指数的影响

2.5 氮肥类型对水稻地上部分干物质量的影响

从表4可以看出，水稻干物质的积累主要在抽穗期之后完成，分蘖期和拔节期尿素(F3)处理组干物质量最小，其他处理组干物质量接近；抽穗期干物质量氯化铵(F1)>硫酸铵(F2)>尿素(F3)>脲铵(F4)且这种大小关系延续到成熟期，成熟期氯化铵处理组干物质量为152.9 g/穴，脲铵处理组干物质量为127.6 g/穴，氯化铵处理组干物质量比脲铵处理组高19.8%，差异显著。铵态氮肥在不同生育阶段均表现出较高的干物质积累，原因在于水稻对不同氮肥的吸收存在差异，铵态氮肥促进了水稻分蘖和植株生长，水稻植株同化的物质多。

表4 氮肥类型对水稻干物质量的影响

2.6 不同氮肥处理对水稻产量及产量构成的影响

测产结果如表5所示，可以看出：不同处理产量大小关系为硫酸铵(F2)>氯化铵(F1)>尿素(F3)>脲铵(F4)，硫酸铵处理组产量最高，为95.6 g/盆，比氯化铵、尿素和脲铵处理组产量分别高1.92%、26.3%和26.5%，铵态氮肥和酰胺态氮肥产量差异显著。不同氮肥处理通过对水稻生理形态的影响来影响水稻产量构成最终会影响水稻的产量,其中穗粒数对产量直接作用最大，其次为有效穗数[8]，铵态氮肥处理组(氯化铵、硫酸铵)有效穗数、穗长、穗粒数均高于尿素(F3)和脲铵(F4)处理组，所以铵态氮肥处理组产量高于尿素和脲铵处理组；氯化铵处理有效穗数和穗长均优于硫酸铵处理，穗重和穗粒数低于硫酸铵处理组，但差异都不显著，硫酸铵处理组结实率显著高于氯化铵处理组，直接造成硫酸铵处理产量高于氯化铵处理。氯化铵处理组分蘖数、叶面积指数以及干物质量均高于硫酸铵处理组，产量却低于硫酸铵处理组，原因在于水稻产量不仅仅取决于植株光合作用积累的干物质量，还得看光合产物分配到籽粒中的比例，氯化铵处理组叶面积过大，植株本身生长吸收的营养较多，灌浆期叶绿素含量较低，造成灌浆不充分，结实率低于硫酸铵处理组，从而产量低于硫酸铵处理组。尿素处理组有效穗数多于脲铵处理组，但脲铵处理组在穗重和千粒重上均优于尿素处理组，这与前人的研究结果一致[9],说明脲铵氮肥相对于尿素有助于改善水稻穗粒结构。

表5 盆栽试验产量及产量构成

3 讨 论

农田中氮肥损失主要途径有氨挥发、硝化-反硝化、淋洗和径流，其中氨挥发损失可以达到施氮总量的40%，水稻田间试验得到的表观硝化-反硝化损失率为16%～41%[10]。试验追肥过程主要在7、8月份进行，温度较高，脲酶活性强，尿素分子能够快速转化，在转化的过程中，会有更多氨的挥发损失和硝化反应损失，因此尿素处理能被植株吸收利用的氮素并不多，从而造成处理生理指标及产量在所有处理中表现较差。有研究表明，不同氮肥在土壤中硝化作用大小为：尿素>硫酸铵>氯化铵[11]，氯化铵和硫酸铵对农田硝化作用的抑制强于尿素，氮源能长时间以NH4+-N的形式存在，在农田水面形成较高的氮素浓度，有利于作物吸收利用。脲铵既包含酰胺态氮肥也含有铵态氮肥，肥效介于两种形态氮肥之间。值得重视的是，长期施用单一类型氮肥如氯化铵或硫酸铵，对土壤理化性质造成的影响。

4 结论与展望

氯化铵和硫酸铵能够改善水稻植株形态，有助于促进水稻分蘖和株高生长，使得植株叶面积增大，有利于干物质的积累，为植株生长和产量形成打下良好基础，相较于氯化铵，硫酸铵有利于水稻植株叶绿素的合成，提升结实率。氯化铵和硫酸铵在有效穗数、穗长、穗粒数均高于尿素和脲铵处理组，有利于水稻穗粒结构的改善；硫酸铵处理组在穗粒结构及产量上均优于其他处理组，综合考虑产量和外在形态，硫酸铵是实施水稻水肥一体化技术的理想氮肥品种。

南方平原地区劳动力紧张，传统水稻肥料投放方案均以减少投放次数，节省人工为出发点，水肥一体化改变了传统的施肥方式，采用水肥一体化，并不会增加额外的劳动力，在研究稻田水肥一体化时，可以结合水稻营养需求规律，改变传统的施肥次数和施肥比例，在水肥一体化的肥料用量上也可做进一步研究，这些方面也是笔者接下来的研究方向。