不同水肥处理水稻氮磷吸收利用及产量试验研究

何 军 ，何天楷，张宇航，钟盛建，高明利， 赵树君*，陈 扬，朱子荣，陈 莹

（1.三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；2.三峡大学 三峡库区生态环境教育部 工程研究中心，湖北 宜昌 443002；3.湖北省漳河工程管理局，湖北 荆门 448156）

0 引 言

我国是水稻种植与消费大国，水稻的产量占全球的28.1%[1]，水稻的高产、优产与我国民生问题息息相关[2-3]。近年来，湖北省作为中稻生产大省，中稻种植面积呈逐年增长趋势，种植范围遍布全省。水稻栽培过程中，施肥和灌溉是2 个最重要的因素，施肥是水稻的重要增产措施，灌水模式会影响水稻的发育、氮磷素养分吸收及最终产量[4-6]。目前，我国水稻的氮肥利用率较低，普遍在25%～30%左右，稻田的氮素污染现状也较为严重[7-8]。肥料利用率是指各种养分的回收率，是衡量肥料施用是否合理的一项重要指标，提高肥料利用率除了对资源的高效利用、有效提高粮食产量以外，也对减轻环境污染有重要意义[9-10]。针对上述情况，在我国南方长江流域典型水稻种植区湖北省漳河灌区开展水稻氮磷吸收利用及产量试验，采集不同水肥调控模式下收割后的水稻植株样，进行氮磷指标农化分析，研究成果对生态型水稻生产管理模式筛选具有参考意义。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验在湖北省灌溉试验中心站进行，时段为2019年5—10 月的水稻种植期。灌溉试验站位于荆门市漳河镇却集村（东经112°05′，北纬30°54′），位于漳河灌区附近。该灌区处于湖北中部，地形起伏不定，山区、丘陵、平原、湖区地形兼具，优势兼得。四季分明，常年气候温暖，年无霜期260 d。年平均气温16 ℃，最高月平均气温27.7 ℃，最低月平均气温3.9 ℃，年降雨量700～1 100 mm，多年平均年降雨量947 mm，年平均蒸发量（20 cm 蒸发皿）1 300～1 800 mm，是典型的南方丘陵地带气候条件，适宜种植水稻[11]。

试验在测坑中进行，设有防雨棚，每个测坑面积为2 m×2 m，测坑之间相互独立，其底部用钢筋混凝土浇灌隔离。试验主处理为淹水灌溉模式（Continuous flooding，CF）W1 和节水灌溉模式W2，W2 节水灌溉采用间歇灌溉（Alternate wetting and drying, AWD），2 种灌溉模式在各生育阶段实行严格的田间水层控制[11-12]：W1 模式下，返青复苗、分蘖前期灌前下限为10 mm，灌后上限为40 mm。分蘖后期、拔节孕穗、抽穗开花及乳熟期的控制标准为20～60 mm，黄熟期则自然落干；W2 模式下，各生育期的灌前土壤饱和含水率下限分别为100%（返青复苗）、85%（分蘖前期）、65%～70%（分蘖后期）、90%（拔节孕穗）、90%（抽穗开花）、85%（乳熟）以及65%（黄熟）。灌后上限返青复苗为30 mm，分蘖前期、拔节孕穗期为40 mm，抽穗开花、乳熟期为70 mm，分蘖后期进行晒田处理，黄熟期自然落干。

副处理为施用常规肥N1 和缓释肥N2 的2 种肥料类型。其中N1 氮肥水平（以N 计）为180 kg/hm2，基肥采用碳酸氢铵（NH4HCO3），追肥为尿素（CO（NH2）2），磷肥水平（以P2O5计）为72 kg/hm2，为过硫酸钙（主要成分为Ca（H2PO4）2·H2O），钾肥水平（以K2O 计）为115 kg/hm2，为氯化钾（KCl）。氮、磷、钾常规施肥水平为当地群习模式，其有效量比为25∶10∶16。N2 氮、磷、钾有效量及配比与N1 相当的水稻专用配方缓释肥。

施肥方式设计：N1 磷、钾肥作为基肥一次性施入；氮肥50%基肥、50%追肥。基肥在插秧整地时施入，追肥（分蘖肥）在移栽后15 d 左右施入。N2 在插秧整地时作为底肥1 次性施入，在缓释剂作用技术体系下，缓释的养分释放速率将与作物生长需求相协调。以上共4 个水肥处理模式，即W1N1、W1N2、W2N1、W2N2。每个处理3 次重复，共计12 个测坑，采用随机排列模式。供试水稻品种为当地大面积推广种植的荃早优丝苗。

1.2 植株样采集分析

水稻在黄熟期收割测产，为避免边缘效应，于测坑中间位置选取代表性1 m×1 m，单打单收。每个测坑采集代表性植株1 株，每个处理设3 次重复。植株样取回后用自来水洗净，置阴凉处晾2～3 h，并分根、茎、叶、籽粒器官剪取，分别称取鲜质量后置于烘箱中120 ℃杀青30 min，90 ℃恒温24 h 烘干至恒质量称质量。

全磷（TP）采用H2SO4-H2O2消解，钼酸铵分光光度法测定，全氮（TN）采用凯氏定氮法测量[13]。数据统计分析及制图采用微软公司Excel 2019 软件。

2 结果与分析

选取常用的氮素收获指数（Nitrogen harvest index,NHI）、氮肥偏生产力（Nitrogen fertilizer partial productivity，NFPP）评价不同水肥处理水稻对氮素的吸收利用情况，计算式为：氮素收获指数（NHI）=籽粒含氮量/植株地上部含氮量×100%；氮肥偏生产力（NFPP）=籽粒产量/施氮量。磷素的吸收利用评价指标参考氮素。

2.1 产量分析

图1 为不同水肥处理水稻产量对比。缓释肥N2条件淹水灌溉W1、间歇灌溉W2 模式水稻籽粒产量分别为10 386 kg/hm2和10 505 kg/hm2，比常规肥N1 9 679 kg/hm2（W1）和10 056 kg/hm2（W2）分别高出7.3%和4.5%。W2N2 处理水稻的产量最大，比最低产量W1N1 处理高出826 kg/hm2，比W1N2处理高出119 kg/hm2。总体来看，2 种灌溉模式下缓释肥水稻籽粒产量明显大于常规肥，间歇灌溉模式施用缓释肥料产量最高，可见施用缓释肥对水稻的增产效果优于常规肥。

图1 不同水肥处理水稻产量对比 Fig.1 Comparison of rice yield under different water and fertilizer treatments

2.2 氮、磷素的吸收利用分析

图2 为不同水肥处理植株各部分吸氮（磷）量占总含氮（磷）量对比。由图2 a 可知，不同水肥处理下，植株各部分吸氮量占总含氮量的百分比均为穗＞茎＞叶＞根，含氮量主要集中在植株籽粒部分。N2 条件下淹水灌溉W1，间歇灌溉W2 模式穗的含氮量占比达66.7%和69.3%，比N1 条件穗的含氮量占比63.6%（W1）和59.8%（W2）分别高出3.1%和9.5%。结果表明，相较于常规肥N1，缓释肥N2条件会促使植株的氮素在籽粒部分进一步积累。

由图2（b）可看出，不同水肥处理下，植株各部分含磷量占比均为穗＞茎＞叶＞根。与氮元素相同，磷素也集中在籽粒部分。总体来看，籽粒（穗）部分吸磷量的占比N2 条件要大于N1 条件。N2 条件下，淹灌W1 植株穗的含磷量为82.0%，间歇灌溉W2 植株穗的含磷量为82.5%，比N1 条件下的79.9%（W1）和77.9%（W2）分别高出2.1%和4.6%。结合图2（a）可知，相较于常规肥，施用缓释肥会进一步促进氮、磷元素向籽粒部位转移。

图2 不同水肥处理植株各部分吸氮（磷）量占总含氮（磷）量百分比 Fig.2 Percentage of nitrogen (phosphorus) uptake in each part of different water and fertilizer treatments to total nitrogen (phosphorus) content

为了更好地评价氮、磷肥的吸收利用效果，给出图3 植株氮、磷素收获指数对比。由图3（a）可知，在不同水肥处理下，植株氮素收获指数（NHI）最高为W2N2 处理的71.6%，最低为W2N1 处理的64.1%。淹灌W1 模式NHI为66.2%和69.0%，缓释肥N2 条件比常规肥N1 高2.8%。间歇灌溉W2 模式NHI为64.1%和71.6%，缓释肥N2 条件比常规肥N1高7.5%。表明缓释肥相较于常规肥能更好地促进氮素的吸收并推动氮素向籽粒发生转移；缓释肥条件下，间歇灌溉的效果优于淹灌。

图3（b）为不同水肥处理下植株磷素收获指数（PHI）对比。缓释肥N2 条件2 种灌溉模式PHI均高于N1。W1N2 处理、W2N2 处理PHI为84.1%和86.7%，比W1N1 处理、W2N1 处理PHI的83.6%和82.3%分别高出0.5%和4.4%。表明缓释肥同样有促进植株籽粒磷素吸收的效果。间歇灌溉模式下，缓释肥对植株PHI影响更为明显。相较于常规肥，缓释肥条件下植株氮、磷素收获指数较高，籽粒产量也较高，这与常少燕等[14]研究结果相一致。

图3 不同水肥处理植株氮（磷）素收获指数对比 Fig.3 Comparison of nitrogen (phosphorus) harvest index of plants under different water and fertilizer treatments

图4 为不同水肥处理植株氮、磷肥偏生产力（NFPP，PFPP）对比。由图4（a）可知，在W2N2处理下，植株的NFPP达到最大值58.4 kg/kg，比W1N2 处理57.7 kg/kg 高出0.7 kg/kg，比W1N1 处理53.8 kg/kg 高出4.6 kg/kg。这表明在相同施氮量（180 kg/hm2）下，缓释肥比常规肥更能提高氮肥生产力，相较于淹灌模式，间歇灌溉下施用缓释肥，肥料的利用率更高效，有利于植株籽粒的产出获得高产，可与图1 产量互相佐证。

图4（b）为不同水肥处理植株磷肥偏生产力（PFPP）对比，在相同施磷量（72 kg/hm2）下，W2N2 处理PFPP最高为145.9 kg/kg，比最低W1N1处理134.4 kg/kg 高11.5 kg/kg。缓释肥N2 条件下，W2N2 处理PFPP比W1N2 处理高出1.1%。结合图4（a）可知，氮肥偏生产力（NFPP）与磷肥偏生产力（PFPP）都在W2N2 时达到最大，表明缓释肥不仅有利于提高植株的氮肥偏生产力，同时也提高植株的磷肥偏生产力。相较淹灌模式，间歇灌溉模式下施用缓释肥效果更好。

图4 不同水肥处理植株氮(磷)肥偏生产力 Fig.4 Partial productivity of nitrogen (phosphorus)fertilizer under different water and fertilizer treatments

3 讨 论

缓释肥条件下水稻籽粒产量较高，4 种灌溉模式中，间歇灌溉缓释肥处理时水稻产量达最大10 505 kg/hm2。这与孙爱华等[15]、马良等[16]研究结果相似，表明施用缓释肥对水稻的增产效果优于常规肥。

试验过程中，植株氮、磷元素主要集中在籽粒部分，各部分含氮、磷量占比均为穗＞茎＞叶＞根，可以发现氮、磷素逐渐在穗、茎部积累，这与已有研究结果一致[7]。相较于常规肥，缓释肥条件下植株的氮、磷素收获指数与偏生产力均较高。间歇灌溉缓释肥处理的氮、磷素收获指数分别达到最大值：71.6%和86.7%，氮、磷肥偏生产力也分别达最大值：58.4 kg/kg 和145.9 kg/kg。原因可能是直接将缓释肥料施入土中后，在植株根系附近形成了一个养分释放速率与养分吸收速率相匹配的贮肥环境[17]，一定程度上提高了水稻的产量，提高了肥料利用率。

不同水肥调控模式对水稻氮、磷吸收利用的影响是比较微观而又真实存在的。本文仅从1 a 的水稻种植试验数据加以分析。不设防雨棚、不同水文年型以及水旱轮作等不同情况下的水肥调控模式对水稻氮、磷吸收利用最终产量的影响将是下一步的研究重点。

4 结 论

1）间歇灌溉缓释肥处理水稻产量最大，为10 505 kg/hm2，比淹灌缓释肥处理高1.1%，比淹灌常规肥处理高8.5%。缓释肥对水稻的增产效果优于常规肥，间歇灌溉可进一步提高缓释肥的作用，提升水稻籽粒产量。

2）缓释肥条件下，植株籽粒含氮占比达66.7%（W1）和69.3%（W2），分别比常规肥条件高3.1%和9.5%；植株籽粒含磷占比达82.0%（W1）和82.5%（W2），分别比常规肥条件高2.1%和4.6%。植株氮、磷元素大部分积累在籽粒（穗）部分，相较于常规肥，缓释肥条件会进一步促进这种积累。间歇灌溉模式下，这种积累变化更为明显。

3）间歇灌溉缓释肥处理植株的氮、磷肥偏生产力达到最大值58.4 kg/kg 和145.9 kg/kg，比淹灌缓释肥处理高1.2%和1.1%。缓释肥比常规肥更利于植株氮、磷素的吸收积累，在间歇灌溉模式下施用缓释肥，能进一步提升氮、磷肥的利用率，提高肥料生产力，增加作物产量。