不同灌溉和施肥模式对水稻产量、氮利用和稻田氮转化特征的影响

曹小闯,吴龙龙,朱春权,朱练峰,孔亚丽,陆若辉,孔海民,胡兆平,戴锋,张均华✉,金千瑜

1中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室，杭州 310006；2浙江省耕地质量与肥料管理总站，杭州 310020；3金正大生态工程集团股份有限公司/养分资源高效开发与综合利用国家重点实验室，山东临沂 276700；4绍兴沃土农业科技有限公司，浙江绍兴 312000

0 引言

【研究意义】水稻（OryzaSativaL.）是我国主要的粮食作物，氮素利用率低和稻田耗水量大是其面临的2个主要问题。当前，我国水稻氮素和水分利用率仅35%—40%和30%—40%，远低于世界平均水平[1-2]。长期过量施氮及不合理的灌溉方式不仅造成水氮资源利用效率低下，也导致农产品品质下降[3]、耕地质量退化[4]、农业面源污染[5]和温室气体排放[6-7]等系列问题，严重影响农业生态环境和人类健康[8]。探索兼顾提升水稻产量和水氮利用效率的适宜栽培途径一直是近年来作物栽培学、土壤学和植物营养学领域的热点课题。【前人研究进展】适宜的水氮耦合模式，如干湿交替灌溉、起垄栽培和好氧灌溉等耦合氮肥运筹，可通过调控根系形态构建[9]、叶面积指数和光合速率[10-12]、同化物转运和分配[13-14]等提升水稻群体质量；同时，还可通过调控根际氮形态[15]、微生物群落结构[16]和氮吸收转化[12]等减少稻田氮素径流损失[17]，提高水稻产量和氮素利用率并对稻田系统氮循环产生重大影响[14,18]。作物高产与养分高效的本质是确保养分供应的时空有效性与作物需求同步[19-20]。然而，常规尿素施入农田后迅速转化为NH4+和NO3-，存在较大的氨挥发和径流损失风险，很难实现肥料养分供给与水稻需肥规律同步[21-22]。基于土壤养分有效性、作物目标产量和叶片 SPAD实时变化开发的实时实地氮肥管理系统（site-specific nutrient management，SSNM），可通过合理调控水稻各生育期需氮量和施氮比例提高水稻产量和氮素利用效率[18,23]，但其多次施肥要求同当前我国农业劳动力短缺的社会现实相矛盾。随着现代农业技术不断提升，环境友好型肥料产品的研发与轻简配套施用技术已成为当前研究热点。通过添加生化抑制剂、新型包膜材料研发的系列缓控释肥、稳定性肥料及其配套施肥技术（如一次性施肥、侧深施肥等技术），能有效简化施肥管理，提高产量和养分利用效率[24-26]。同时，以生物炭为载体的土壤增效剂能显著降低田面水各形态氮浓度，有效降低稻田氮素径流损失及面源污染风险[27-28]。但是，当前生物炭对稻田氮素循环的研究结论并不统一，HUANG等[29]研究表明生物炭可以提高水稻氮素吸收和产量形成，但范龙等[30]则得出相反的结论。【本研究切入点】当前，人们对干湿交替灌溉在提高水稻产量、水分和氮素利用效率方面的作用已有明确认识，但如何结合现有栽培技术充分发挥缓/控释肥养分调控优势，构建可协同实现水稻高产、氮肥高效利用的轻简栽培技术已成为当前研究的热点。【拟解决的关键问题】本研究拟通过探究不同灌溉和施肥模式对水稻产量、氮吸收利用和稻田氮迁移转化特征的影响及其与水稻产量的关系，以期为南方稻区水稻绿色高效栽培技术集成研究提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于 2018—2019年在中国水稻研究所富阳试验基地进行。供试土壤类型为青紫泥，pH 6.3、有机质 36.8 g·kg-1、全氮 2.65 g·kg-1、有效磷 17.0 mg·kg-1、速效钾 54.1 mg·kg-1、碱解氮 142 mg·kg-1。供试水稻品种为籼型三系杂交稻中浙优1号，由中国水稻研究所与浙江勿忘农种业集团合作育成，具有产量高、品质优、抗性好、适应广等特点，在长江中下游和南方稻区得到广泛推广种植。

试验采用裂区设计，以灌溉模式为主区、施肥模式为裂区，各处理重复3次，主区间做水泥埂保证单独排灌。2种灌溉模式如下：（1）干湿交替灌溉（alternate wet and dry irrigation，AWD），具体水分管理参考彭玉等[14]方法；（2）常规淹灌（flood irrigation，FI），除分蘖期外整个生育期田面保持2—3 cm水层，分蘖期晒田，收获前自然落干。5种施肥模式如下：（1）空白对照（N0）、（2）常规施氮（PUN100）、（3）减氮 20%（PUN80）、（4）缓控释复合肥减氮20%+生物炭（CRFN80-BC）和（5）稳定性复合肥减氮20%+生物碳（SFN80-BC）。PUN100和PUN80处理中施氮量分别为180和144 kg·hm-2，氮肥以尿素计，按基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶3∶3分 3次施用；CRFN80-BC和SFN80-BC处理中施氮量为144 kg·hm-2，按照基肥∶穗肥=7∶3分2次施用（一基一追，基施缓控释/稳定性复合肥，追施尿素）。所有5种施肥处理中 P2O5、K2O 施用量均为 90、150 kg·hm-2，磷肥（以CaP2H4O8计）一次性基施，钾肥（以KCl计）按照基肥∶穗肥=6∶4分 2次施入。其中，CRFN80-BC和SFN80-BC处理肥料用量包含生物炭中的氮、磷和钾养分含量。

缓控释复合肥（control-released fertilizer，CRF，N、P2O5和K2O含量为22%、8%和12%）由山东金正大生态工程股份有限公司提供，采用热固性树脂快速成膜技术制备，膜用量为肥料质量的0.2%左右，控释期3个月。稳定性复合肥（stable fertilizer，SF，N、P2O5和K2O含量为21%、8%和18%）由绍兴沃土农业科技有限公司提供，含有2-氯-6-三氯甲基吡啶（CP）作为硝化抑制剂，其含量为氮养分含量的1.5%。生物炭为水稻秸秆在500℃隔氧裂解1 h烧制而成，施用量为1 800 kg·hm-2，其基本理化性状为 pH 9.1、全氮 4.3 g·kg-1、全磷 0.7 g·kg-1、全钾 15.5 g·kg-1、速效氮 4.3 mg·kg-1、速效磷 154.0 mg·kg-1、速效钾 8 730 mg·kg-1，插秧前一天同基肥一起施于稻田。

1.2 稻田渗漏液收集

稻田渗漏液采用带有具微孔陶土头的 PVC管收集[31]。预先用外径1.8 cm的土钻垂直打孔，将 PVC 管插入至距表土层15、30和60 cm深度。使用便携式电动真空泵在收集渗滤液前天下午18：00进行抽气，负压12 h后收集渗滤水。返青前渗滤液在水稻移栽后的第1、3、5、7、9天收集，秧苗返青—成熟期每隔7 d收集一次，用定性滤纸过滤后置于4℃冰箱保存备用。同时，在水稻分蘖盛期、齐穗期和收获期采集15、30和60 cm剖面深度土壤样品，自然风干后过20目筛备用。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 产量及其构成因子 成熟后，每小区随机调查10株水稻有效穗，取3丛考察每穗粒数、千粒重和结实率，各小区实收测产。

1.3.2 各器官氮累积、氮转运和氮素利用率 在分蘖盛期、齐穗期和成熟期采集3穴水稻样品，分成茎鞘（包含茎和叶鞘）、叶片和穗 3个部分，烘干至恒重后称重、粉碎，采用H2SO4-H2O2消煮凯氏定氮法测定各器官氮含量。水稻氮累积量、氮转运量、氮转运率、转运氮对籽粒贡献率，以及氮素农学利用率、回收效率、生理利用率和偏生产力等测定采用霍中洋等[32]方法。

1.3.3 稻田土壤和渗滤液各形态氮含量 不同剖面深度土壤及渗滤液中的可溶性总氮（DTN）采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定[33]，NH4+和 NO3-含量采用流动分析仪检测（Bran & Luebe，Norder-stedt，Germany）。

1.4 数据处理

所有数据均采用Microsoft excel 2010和SPSS数据分析软件包进行数据整理和方差分析，不同处理间显著性检验采用 LSD0.05（Least significant difference test）进行比较，各指标间的相关性分析采用 Pearson相关系数法进行分析。采用Origin 8.0 进行绘图。

2 结果

2.1 不同灌溉和施肥模式对水稻产量及产量构成因子的影响

由表1所示，灌溉和施肥模式显著影响水稻产量及其构成因子，二者交互效应显著（P＜0.05）。与常规淹灌（FI）相比，干湿交替灌溉（AWD）显著增加了各处理水稻产量，N0、PUN100、PUN80、CRFN80-BC和SFN80-BC处理2年平均产量分别增产8.6%、9.7%、6.1%、11.9%和13.8%。FI和AWD灌溉方式下，PUN80处理水稻产量较 PUN100处理分别显著降低 6.9%和8.8%（2018年）、4.7%和8.9%（2019年）；相反，CRFN80-BC和SFN80-BC处理产量显著高于PUN100，且以AWD灌溉下SFN80-BC处理最高。从2年产量构成因子来看，AWD灌溉模式下，CRFN80-BC处理可通过增加有效穗、穗粒数和结实率提高水稻产量，而 SFN80-BC处理主要通过增加穗粒数和结实率增加产量。与PUN80处理相比，无论AWD还是FI模式，CRFN80-BC和SFN80-BC处理均通过增加有效穗提高水稻产量。2018和2019年各施肥和灌溉模式下水稻产量无显著差异，且年份与施肥、灌溉模式交互作用不显著，表明2年结果基本一致且相对独立，故本文采用2019年数据进行分析。

2.2 不同灌溉和施肥模式对水稻各器官氮含量的影响

分蘖期PUN100和PUN80处理水稻叶片、茎鞘氮含量较 N0处理显著降低（P＜0.05）（图 1），但受灌溉模式影响差异不显著（除PUN100处理茎鞘）；与FI相比，AWD灌溉模式显著增加 CRFN80-BC和SFN80-BC处理叶片、茎鞘氮含量。AWD灌溉模式显著增加齐穗期N0处理水稻叶片、茎鞘和穗氮含量（P＜0.05），但对其他处理（除PUN80处理叶片、SFN80-BC处理穗）无显著影响，CRFN80-BC和SFN80-BC处理水稻叶片、茎鞘氮含量显著高于PUN100和 PUN80处理（P＜0.05）。水稻成熟期 AWD灌溉模式降低了 N0处理茎鞘氮含量，但增加了 N0和SFN80-BC处理穗部氮含量。

2.3 不同灌溉和施肥模式对水稻氮累积和转运的影响

随生育期推进，各处理（N0处理除外）水稻叶片、茎鞘氮积累量均呈现先增加后降低趋势，穗氮积累量明显增加（表2）。与FI相比，AWD灌溉模式显著增加了分蘖期和齐穗期N0、CRFN80-BC和SFN80-BC处理水稻茎鞘、叶片氮累积量（P＜0.05），且以SFN80-BC处理最高；相反，显著降低了成熟期N0处理叶片、茎鞘氮累积量，但增加了PUN80和SFN80-BC处理茎鞘、CRFN80-BC处理叶片氮累积量。除PUN80处理外，AWD灌溉模式显著提高了成熟期各处理穗部氮累积量，且SFN80-BC和PUN100处理显著高于其他处理。不同处理各器官氮累积量、分配比例在分蘖期、齐穗期和成熟期呈现叶＞茎鞘、叶≈茎鞘＞穗、穗＞茎鞘＞叶的趋势。与FI相比，AWD灌溉显著降低分蘖期N0、PUN100、CRFN80-BC和SFN80-BC处理水稻茎鞘氮分配比例，但增加了其叶片氮分配比例。

表2 水稻主要生育期群体各器官氮积累量及比例Table 2 Nitrogen accumulation and its ratio to total in main growth stages of rice

灌溉和施肥模式对水稻叶、茎鞘和穗氮累积量以及氮转运量、转运率和转运贡献率均存在显著交互效应（P＜0.05）（表3）。AWD灌溉模式显著增加了CRFN80- BC和SFN80-BC处理茎鞘、叶片氮转运量和氮转运率，且显著高于PUN100和PUN80处理。AWD灌溉模式显著增加各处理转运氮对穗部氮贡献率，SFN80-BC处理显著高于其他各处理。从叶片和茎鞘贡献率看，AWD灌溉模式显著增加N0、CRFN80-BC和SFN80-BC处理叶片和茎鞘氮转运贡献率，且叶片氮转运贡献率明显高于茎鞘。

表3 水稻抽穗期至成熟期群体各器官氮转运量和氮转运贡献率Table 3 N translocation and contribution of nitrogen translocation in stems-sheaths and leaves of rice from the heading to maturity stage

2.4 不同灌溉和施肥模式对水稻氮素利用率的影响

灌溉和施肥模式均显著影响水稻各氮素利用率指标（表4）。与FI相比，AWD灌溉模式对PUN100处理水稻氮回收利用率、氮农学利用率和氮生理利用率无显著影响（P＞0.05）。除PUN80处理氮农学利用率、CRFN80-BC处理氮生理利用率外，AWD灌溉模式均显著增加PUN80、CRFN80-BC和SFN80-BC处理水稻氮回收利用率、氮农学利用率、氮生理利用率和氮偏生产力（P＜0.05），以SFN80-BC处理最高，分别达53.6%、19.4 kg·kg-1、42.2 kg·kg-1和 68.8 kg·kg-1，且显著高于其他处理。

表4 不同处理水稻氮素利用率指标Table 4 Nitrogen use efficiency of rice in different treatments

2.5 不同灌溉和施肥模式对稻田、渗滤液中各形态氮含量的影响

分蘖期和齐穗期各处理土壤可溶性总氮（dissolved total N，DTN）、NH4+和NO3-含量随剖面深度呈现先增加后降低趋势（图2）。与FI相比，除齐穗期PUN100处理外，AWD灌溉模式对上述各处理DTN含量均无显著影响，降低了分蘖期PUN100处理稻田NH4+和NO3-以及SFN80-BC处理NH4+含量，但增加了PUN80处理NH4+及SFN80-BC处理NO3-含量。同时，AWD灌溉模式降低了齐穗期SFN80-BC处理NH4+含量，但增加了N0处理NO3-以及CRFN80-BC处理NH4+和NO3-含量。与FI相比，AWD灌溉模式显著增加了成熟期CRFN80-BC和SFN80-BC处理稻田DTN和NO3-含量，但降低了PUN100、CRFN80-BC和SFN80-BC处理稻田0—30 cm深度NH4+含量。无论FI还是AWD灌溉模式，CRFN80-BC和SFN80-BC处理各剖面NO3-和NH4+均明显高于PUN100处理。

稻田不同剖面渗滤液中DTN、NH4+含量在移栽第3天出现峰值随后逐渐降低，且15 cm渗滤液DTN在穗肥施用后出现第 2个峰值（图 3）。与 FI相比，AWD灌溉模式增加水稻拔节前（7月15日）N0、PUN80处理稻田 15 cm剖面渗滤液中 DTN含量，降低了CRFN80-BC和SFN80-BC处理DTN含量。AWD灌溉模式增加了N0、PUN100和PUN80处理拔节前稻田15 cm剖面渗滤液中 NO3-含量，但降低了 CRFN80-BC和SFN80-BC处理 NO3-和所有处理中 NH4+含量，且CRFN80-BC处理NH4+、NO3-含量明显低于其他处理。此外，AWD灌溉模式还一定程度降低了CRFN80-BC和SFN80-BC处理稻田60 cm渗滤液NH4+和NO3-含量，且NO3-含量明显高于NH4+。

2.6 水稻产量和产量构成因子与氮吸收运转、氮利用效率及稻田氮含量的相关性

抽穗期和成熟期水稻叶和茎鞘氮积累量、茎鞘氮转运量及其转运氮贡献率均与水稻有效穗、每穗颖花数和产量显著或极显著正相关（P＜0.05），但与千粒重和结实率相关性不显著或显著负相关。氮回收利用率、氮农学利用率与有效穗和产量极显著正相关，氮农学利用率、氮偏生产力与每穗颖花数和产量极显著正相关（表5）。由此可见，水稻氮素累积、运转及氮效率与产量密切相关，氮素积累、运转主要是通过影响有效穗和穗粒数影响水稻产量；营养生长期叶、茎鞘氮素累积对有效穗、穗粒数和产量起正效应作用，对千粒重和结实率则表现一定的负效应。各氮素利用率指标均与水稻产量、叶片和茎鞘氮累积量、转运量及转运贡献率显著正相关（部分数据表 5未显示）。此外，水稻产量还与成熟期稻田土壤DTN和NO3-含量显著正相关，但与NH4+显著负相关。

表5 水稻氮累积转运、氮素利用率和稻田氮含量与产量及产量构成因子的相关系数Table 5 Correlation coefficients of nitrogen accumulation, translocation, nitrogen use efficiency and soil nitrogen concentration with rice yield and its yield components

3 讨论

3.1 不同灌溉和施氮模式对水稻产量形成的影响

本研究中，AWD灌溉模式较FI显著提高各处理水稻产量，且CRFN80-BC和SFN80-BC处理显著高于其他处理。进一步分析发现，AWD灌溉模式可通过增加有效穗、穗粒数和结实率提高CRFN80-BC处理水稻产量，SFN80-BC则通过增加穗粒数和结实率增加产量。这可能是AWD灌溉模式能抑制水稻无效分蘖形成，一定程度上保证了成穗率，有助于高产群体构建并降低氮素的奢侈消费；同时，AWD灌溉模式有助于保持较高的根系活力，可增加稻株对氮的吸收和氮素在植株中的分配、运转[34]。李娜等[35]发现控制灌溉下氮高效水稻品种较高的穗粒数、总颖花量和群体库容量是其产量更具优势的关键，而氮低效品种可通过增加籽粒千粒重缩小其与氮高效品种的产量差距。徐云姬等[13]采用扬两优6号、武运粳24和旱优8号也得出类似的结论，发现控制灌溉有利于花后籽粒尤其是弱势粒灌浆，可依靠千粒重的优势弥补其群体颖花量上的不足。中浙优1号作为耐肥性强的高产组合，控制灌溉对不同施肥模式水稻产量构成因子的影响不同，我们分析这可能与不同处理氮肥有效性、水稻氮吸收转运紧密相关。常规淹灌下尿素水解和氮素迁移迅速，易导致营养生长期水稻群体过大、无效分蘖增加、稻田氮肥后劲不足等问题，对后期氮素运转和分配造成消极影响[14]，不利于水稻高产群体构建。稳定性/缓控释复合肥由于养分释放缓慢、氮有效性较高[36]，能保证足穗并促进重穗，有利于提高水稻有效穗、产量和氮素利用率。此外，AWD灌溉模式下好氧环境促进了微生物群落结构和活性，有利于提高土壤氮矿化及硝化作用进程、减少土壤氮素淋溶损失[37]，这也能一定程度提高水稻产量。

也有研究发现干湿交替会通过缩短灌浆期、减少地上部干物质累积导致水稻减产[38-39]，不同水氮耦合研究对水稻产量和产量构成因子的影响并不统一。这可能与土壤落干程度、肥料类型以及水稻品种抗旱性等密切关系。与常规籼稻和粳稻相比，甬优系列籼粳杂交稻较高的茎鞘和叶片氮含量有利于维持生育后期较强的根系活力和氮素吸收积累，这是其高产形成的重要生理特征[40]。当前，控制灌溉下不同基因型水稻茎鞘和叶向穗部籽粒的氮转运量、转运率及其与产量形成关系有何差异仍鲜有报道。因此，不同缓控释/稳定性肥料对水稻产量的影响应结合水稻品种和水肥管理进行长期深入的研究，这也是本研究的局限性，有待进一步的补充和完善。

3.2 不同灌溉和施氮模式对水稻氮素吸收利用的影响

前人研究发现通过栽培方式[41]、养分调控[42]、高产品种[32]等维持水稻营养生长期较高的干物质和氮素积累，增强抽穗-成熟期氮素向穗转运是其获得高产和氮高效利用的基础。本研究中，不同灌溉和施肥模式在水稻氮吸收、运转及氮利用率上表现出显著协同促进作用，进一步完善了前人的研究结果[14,34]。与FI相比，AWD灌溉模式显著提高了抽穗前CRFN80-BC和SFN80-BC处理水稻茎鞘和叶片氮累积量，增加了营养器官向生殖器官氮转运的“源”。除成熟期茎鞘氮累积量外，水稻产量与抽穗前茎鞘、叶片和穗氮累积量呈显著或极显著正相关关系（表5），表明提高此阶段氮素累积将有助于增加水稻产量。灌浆期至成熟期作物体内的养分主要进行转运分配，前人发现水稻灌浆期根系吸收氮素仅占吸收总量的10%—30%，其余主要通过水稻茎、叶等营养器官转运来实现[43]。AWD灌溉模式提高了CRFN80-BC和SFN80-BC处理茎鞘和叶片氮转运量、氮转移率及其氮转运贡献率，且其数值显著高于PUN100和PUN80处理。各处理中水稻营养器官转运氮对穗部的贡献率达 42.8%—80.6%，这也间接证明了维持抽穗期营养器官较高氮素累积量对水稻高产的重要性。相关分析结果显示，水稻营养生长期叶和茎鞘氮积累量、成熟期氮转运量及其转运氮贡献率与水稻产量显著正相关（P＜0.05），表明二者可协同促进氮素在稻株中的吸收、分配和运转畅通，进而显著提高其产量。这与霍中洋等[32]和彭玉等[14]的研究结果一致。这可能与CRFN80-BC和SFN80-BC处理中缓控释/稳定性复合肥养分释放特性能有效契合水稻生长规律、氮素有效期长有关，进而提高水稻氮吸收利用效率[36,44]；另一方面，水稻生育后期CRFN80-BC和 SFN80-BC处理仍维持较高的氮含量，不仅能防止叶片早衰，增强后期光合作用，还有利于维持生育后期较强的根系活力和氮吸收积累，保证灌浆期间穗部籽粒对氮素的需求和转运[45]。

茎鞘非结构性碳水化合物（NSCs）是水稻籽粒灌浆的重要物质来源，而协调茎鞘NSCs的积累与再分配是实现水稻高产和增强抗逆能力的重要途径[46]。前人从水稻产量形成的库-源关系、同化物转运方面做了较多研究，发现抽穗前茎鞘中储存NSCs的运转和抽穗后光合产物对产量形成的贡献分别为 30%和70%[47-48]。适度水分胁迫可通过增强茎鞘 α-淀粉酶和蔗糖磷酸合成酶活性，加快储藏淀粉的水解与蔗糖合成；同时，也可通过调控籽粒中 ABA合成加速灌浆进程，促进茎鞘积累NSCs向籽粒再分配[49-50]。另一方面，与CRFN80-BC和SFN80-BC处理相比，常规施氮处理较高施氮水平可导致碳库竞争、源限制以及呼吸消耗增加，不利于茎鞘NSCs的积累和再转运，导致茎鞘NSCs残留量增加和对产量贡献率下降[51]。基于以上研究，除了确保氮素在水稻中的吸收和运转畅通，我们推测干湿交替模式下CRFN80-BC和SFN80-BC处理还可通过调控抽穗前期干物质形成、灌浆期较高的光合产物累积及其籽粒转运进而维持较高产量水平。但是，其茎鞘NSCs内在转运机制仍需要进一步研究进行验证。

3.3 不同灌溉和施氮模式对稻田氮迁移转化特征的影响

氮素施用后在脲酶、微生物等作用下被分解，各形态氮迁移转化受土壤吸附、生物固定、挥发损失、硝化作用等过程影响[52]。水稻营养生长期 PUN100、PUN80、CRFN80-BC和SFN80-BC处理土壤DTN、NH4+和NO3-含量随剖面深度呈现先增加后降低的趋势。这可能与该时期根系主要分布于浅层土壤，对氮素需求量大等有关[53]。稻田硝化作用受根际水分含量和溶氧量影响[52]，理论上干湿交替过程有利于促进 NH4+向NO3-转化，进而增加CRFN80-BC和SFN80-BC处理稻田 NO3-含量。也有研究指出，硝化抑制剂能有效降低肥料NH4+释放速率及其硝化速率，使稻田中氮素更多地以 NH4+形式存在[54-55]。不同的是，SFN80-BC处理分蘖期和齐穗期稻田 NH4+含量显著降低，这可能与AWD灌溉模式诱导的硝化作用一定程度上高于硝化抑制剂（如CP）诱导的硝化抑制作用有关；另一方面，作为喜 NH4+作物，AWD灌溉模式能够促进水稻根系向下层土壤伸长并保持较高的根系活力[9]，能促进水稻对NH4+的吸收和利用[56]。这也间接解释了CRFN80-BC和SFN80-BC处理渗滤液中 NO3-质量较低、水稻氮素利用率较高的原因。成熟期伴随着水稻根系氮吸收能力降低和硝化作用增强，AWD灌溉模式显著增加了 CRFN80-BC和SFN80-BC处理各剖面稻田 DTN、NO3-质量浓度，并降低NH4+浓度。总之，不同灌溉模式下，肥料养分释放和水稻吸收能力不同导致CRFN80-BC和SFN80-BC处理 NH4+和 NO3-呈现明显的浓度差异特征。虽然AWD灌溉模式可有效降低稻田反硝化作用及其产生的N2O损失[57]，但硝化作用的增强也为反硝化作用提供了底物NO3-，也有增加稻田氮素损失的风险。因此，进一步明确稻田干湿交替过程中硝化-反硝化耦合过程、氮损失贡献及其微生物机制，对深入揭示水氮耦合下水稻氮高效利用机制具有重要意义。

各处理稻田渗漏液中 NH4+和 DTN 浓度于第 1—3 天达到峰值后降低，第6天分别降为峰值的22.9%—47.2%、12.3%—49.6%，与周旋等[58]和潘圣刚等[59]的研究结果基本一致。不同剖面深度渗滤液中各形态氮浓度呈现 DTN＞＞NO3-＞NH4+，DTN是渗漏液氮的主要损失形态，这可能与DTN移动性较强有关[60]。与 FI相比，AWD灌溉模式显著降低了 CRFN80-BC和SFN80-BC处理稻田渗滤液中DTN、NH4+和NO3-含量，且其含量显著低于N0、PUN100和PUN80处理。这可能因为CRFN80-BC和SFN80-BC处理中稳定性复合肥、缓释复合肥NH4+处于缓慢释放过程或其硝化作用被抑制。郑圣先等[61]研究也表明，一次性基施控释氮肥的氨挥发、淋失和硝化-反硝化的损失量分别比普通尿素下降54.0%、32.5%和94.2%。也有研究指出，添加硝化抑制剂会提高稻田根层土壤渗漏水的NH4+和TN浓度，降低根层土壤渗漏液NO3-浓度[62]。本研究中外源添加生物炭能大量负载吸附NH4+，有效降低渗滤液中氮含量；同时，生物炭表面孔隙可为硝化抑制剂提供丰富的负载位点，也有利于减少硝化抑制剂的水解损失，充分发挥其对硝化反应的抑制作用[63]。此外，水稻产量、氮素利用率还与成熟期稻田DON、NO3-显著正相关，与NH4+显著负相关，但与分蘖期和齐穗期含量相关性不显著。表明通过适宜的水氮管理模式，维持水稻生育后期较高的氮素有效性，有助于减少氮素损失并维持水稻高产和氮肥高效。

4 结论

干湿交替灌溉（AWD）下，生物炭配施缓控释复合肥和稳定性复合肥可通过增加水稻穗粒数、有效穗提高水稻产量，分别达 9 721 kg·hm-2和 10 056 kg·hm-2（2018年）、9 492 kg·hm-2和9 907 kg·hm-2（2019年），且均显著高于常规施氮处理。进一步分析发现，AWD灌溉模式显著提高了该处理抽穗前水稻茎鞘和叶片氮累积量、抽穗后茎鞘和叶片氮转运量及其氮转运贡献率；同时，有效降低了稻田渗滤液中可溶性总氮、NH4+和NO3-质量浓度，并增加成熟期稻田可溶性总氮、NO3-含量。表明 AWD灌溉模式下生物炭配施缓释/稳定性复合肥能协同促进水稻氮素吸收、分配和运转畅通，显著提高水稻群体质量、氮素利用率及稻田氮素有效性。