再生水灌溉条件下施肥定额对水稻产量、品质及重金属的影响

王昭阳，田军仓，2，3*

（1.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川 750021；2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，宁夏银川 750021；3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，宁夏 银川 750021）

水稻是宁夏重要的优势作物。随着农业领域水资源供需矛盾的不断加剧，加快对再生水灌溉水稻的研究，推动宁夏再生水灌溉水稻高质量发展势在必行。再生水利用可有效解决水资源短缺问题，同时为国家水资源可持续利用提供有力保障，在我国已被证明技术可行、经济合理[1]。近年来，我国陆续颁布了城市污水再生利用系列水质标准[2]，将再生水回用在生态用水、景观环境用水、市政用水、农林牧渔业用水等途径中[3]。研究表明，再生水中的氮磷钾可以为作物提供营养[4]，进而减少化肥的使用。董思琼等[5-6]研究发现，随着灌溉水中再生水比例的增大，辣椒株高、茎粗、光合指标、产量、肥料偏生产力均值增大。徐桂红等[7]研究发现，相较于自来水对照处理，再生水灌溉处理对番茄光合及叶绿素有促进作用。王璐璐等[8]通过试验发现，相比自来水对照处理，再生水灌溉处理的黄瓜的维生素C 量、可溶性糖和可溶性固形物量平均值分别增加了1.14%，12.64%，5.8%。

2）退出控制电源、储能电源后，继保人员手动复归，两信号消失。投分一次控制电源后，“告警”信号又出现，且无法复归。保护装置掉电重启后，告警信号可手动复归。再次分投一次控制电源，告警信号再次无法手动复归。

目前，再生水灌溉对番茄、黄瓜及辣椒等农作物的生长、产量、品质、光合作用和重金属含量的影响已有研究，而再生水灌溉对水稻的生长、产量、品质和重金属含量影响的研究鲜见报道。因此，本文采用对比试验法，在宁夏中卫市宣和镇宣和村开展再生水灌溉条件下施肥定额对水稻产量、品质及重金属影响的研究，旨在为宁夏再生水灌溉水稻的推广提供理论与技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验点基本情况

本试验于2021 年4 月至9 月在宁夏中卫市宣和镇宣和村（105°26′E，37°28′N）进行。试验田土壤属壤土，0～20 cm 播前土壤干容重为1.46 g/cm3，田间持水率为22.4%（占干土重%）。再生水为中卫市第四污水处理厂生活污水处理水，再生水水质符合《再生水水质标准》（SL 368—2006)、《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2021）及《城市污水再生利用 农田灌溉用水水质标准》（GB 20922—2007）的规定。土壤理化性质见表1 所示。灌溉水质指标见表2所示。

根据上述分析，产业创新速度对创新效益的影响可能存在非线性关系，即门槛效应。以单门槛为例，如果存在1个创新速度门槛水平τ，当S≤τ以及S＞τ时，产业创新速度对创新效益的弹性系数并不一致，并呈现出显著的差异，为此引入虚拟变量Di:

表1 土壤理化性质

表2 灌溉水质指标

1.2 试验设计与实施

土壤水分和氮素营养是影响水稻品质的重要因子，结实期土壤水分和氮素营养对稻米品质的影响存在互作效应[10]。

ZF3 比ZF2 的重金属铅含量高66.7%，而施肥定额最低的ZF1 处理中，则未检出重金属铅。原因可能是：施肥量越多，水稻生长发育较好，根系更为发达，从再生水和土壤中汲取更多养分，同时也会吸收更多重金属离子；反之，施肥量越低，植株发育迟缓，根系则无法从水中和土壤中汲取养分，重金属铅积累较少。

表3 试验方案

试验田长58.52 m，宽12.3 m，分成3 个处理区。水稻于2021 年5 月20 日播种，10 月11 日收割，生育期145 d。水稻采用机械旱播种植。每个小区对应一个处理，在各个处理之间采用土埂和竹竿撑起的塑料薄膜将水面隔开。在水稻生育期中的需肥关键期分2 次进行施肥。具体追肥及灌水情况如表4～表5 所示。

表4 不同处理灌水实施情况

表5 不同处理施肥实施情况

1.3 测定项目及方法

水稻产量的测定:水稻收割前避开边行，在每个处理自左至右斜对角线的上中下位置各取1 个水稻株长势均匀的区域，按照1 m×1 m 规格进行实割取样，测产样本经脱粒、晒干、扬净后称重，测定每个取样小区产量。每个处理定点取5 株水稻进行穗长、千粒重、穗粒数的测定，穗长用钢卷尺测量，千粒重用精度为0.01 g 的电子天平称重，穗粒数通过人工查数来测定。

水稻品质及重金属测定:水稻籽粒中的直链淀粉、蛋白质与重金属铅、铬、砷含量送专业检测机构测定。

水稻生育期及时长：记录水稻的播种时间，观测水稻的不同生育阶段，记录起止时间并统计时长。

水稻产量由穗长、穗重、有效穗粒、结实率和有效穗数等指标构成[9]，其中稻谷产量的大部分来自抽穗后的干物质积累，抽穗前干物质转运籽粒的部分对产量的贡献较小。不同处理水稻产量及构成因素见表7。

数据处理和统计方法：采用Excel 软件进行数据计算和统计分析。

2 结果与分析

2.1 水稻生育期分析

水稻在5 月20 日播种，10 月11 日收获，生育期共145 d。苗期共38 d，占全生育周期的26%；分蘖期共32 d，占全生育周期的22%；拔节孕穗期共28 d，占全生育周期的19%；抽穗开花期共16 d，占全生育周期的11%；灌浆-乳熟期共31 d，占全生育周期的21%（表6）。

表6 水稻生育期及时长

2.2 不同处理对水稻籽粒产量及构成因素的影响

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2.2.1 不同处理对水稻穗长的影响 不同处理水稻穗长见表7。由表7 可知，在设计试验工况下，穗长随着施肥量的增加而增大，水稻穗长从高到低的排序为ZF3，ZF2，ZF1。ZF3 处理水稻的穗长最大，为21.9 cm。ZF3 比ZF2，ZF1 的穗长分别高16.5%和26.6%，ZF2比ZF1 的穗长高8.67%。

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2.2.2 不同处理对水稻有效穗粒的影响 水稻穗粒数是由颖花的分化和退化共同决定的，颖花的分化和退化与遗传相关，更易受到稻田环境因素的影响，在穗分化形成期给予适当的水分与养分供应可以有效地防止颖花退化，有利于最终穗粒数的增加。

2.2.5 不同处理对水稻产量的影响 由表7 可知，在设计试验工况下，水稻的产量随着施肥量的增加而增大，ZF3 处理水稻的产量最大。水稻产量从高到低的排序为ZF3，ZF2，ZF1；ZF3 比ZF2，ZF1 的产量分别高16.32%和29.8%；ZF2 比ZF1 的产量高11.6%。

2.3.1 不同处理对水稻中蛋白质含量的影响 稻米中的蛋白质非常丰富，其中赖氨酸、苏氨酸微量元素的含量极为丰富，水稻蛋白质在溶解性、生物价和能量吸收方面都有很好的性能[11]，同时在稻米中的各种氨基酸含量的比值都是非常接近人体需要。由表8可知，不同处理的水稻籽粒蛋白质含量随着施肥定额的增加而逐渐增加，按照水稻籽粒蛋白质含量由高到低的顺序为ZF3（6.1 mg/kg），ZF2（6.0 mg/kg），ZF1（5.9 mg/kg）。ZF3 处理水稻中蛋白质含量最大。ZF3比ZF2，ZF1 的蛋白质含量分别高1.67%和3.39%，ZF2 比ZF1 的蛋白质含量高1.69%。

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2.2.4 不同处理对水稻千粒重的影响 由表7 可知，在设计试验工况下，水稻的千粒重随着施肥量的增加而增大，ZF3 处理水稻的千粒重最大。水稻千粒重从高到低的排序为ZF3，ZF2，ZF1；ZF3 比ZF2，ZF1的千粒重分别高8.85%和19.69%；ZF2 比ZF1 的千粒重高9.96%。

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由表7 可知，在设计试验工况下，水稻的有效穗粒随着施肥量的增加而增大，ZF3 处理水稻的有效穗粒最大，为197 粒/穗。水稻有效穗粒从高到低的排序为ZF3，ZF2，ZF1；ZF3 比ZF2，ZF1 的有效穗粒分别高9.4%和22.4%；ZF2 比ZF1 的有效穗粒高11.8%。

表7 不同处理水稻产量及构成因素

2.3 不同处理对水稻品质和重金属的影响

本文采用小区对比试验方法，选择施肥定额为控制因素，设3 个水平（高肥、中肥和低肥），旨在研究灌溉方式、栽培等相同条件下，施肥定额对水稻产量、品质及重金属的影响。灌水和施肥时间依据水稻生育期需水和需肥规律确定，试验方案如表3 所示。

2.2.3 不同处理对水稻有效穗数的影响 由表7 可知，在设计试验工况下，水稻的有效穗数随着施肥量的增加而增大。ZF3 处理水稻的有效穗数最大。水稻有效穗数从高到低的排序为ZF3，ZF2，ZF1；ZF3 比ZF2，ZF1 的有效穗数分别高44.9%和70.8%；ZF2 比ZF1 的有效穗数高17.8%。

2.3.2 不同处理对水稻中直链淀粉含量的影响 直链淀粉是表征稻米质地和适口性的指标，其含量与米饭口感、黏性、韧性呈负相关。表观直链淀粉含量（AAC）和蛋白质含量（PC）是影响水稻食味品质的主要因素，在一定范围内，二者越低则食味越佳，因此表观直链淀粉和蛋白质双低的粳稻资源中可能蕴含食味优良材料[12]。由表8 可知，不同处理的水稻籽粒直链淀粉含量随着施肥定额的增加而逐渐增加，水稻籽粒直链淀粉含量由高到低的顺序为ZF3（11.4 mg/kg），ZF2（10.9 mg/kg），ZF1（10.1 mg/kg）。ZF3 处理水稻中直链淀粉含量最大。ZF3 比ZF2，ZF1 的直链淀粉含量分别高4.59%和12.87%，ZF2 比ZF1 的直链淀粉含量高7.92%。

根据被调查人的叙述和历年水文资料分析，本次洪水前涑水河与姚暹渠河干，湾湾河流量极小，可以忽略不计，洪水时段内也没有有效降雨。据此可根据如下公式计算本次洪水时段内伍姓湖水文站总径流量：

2.3.3 不同处理对水稻中重金属铅的影响 由表8可知，本试验条件下重金属铅含量变异幅度为0～0.1 mg/kg。符合《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762—2017））（以下简称《标准》）对水稻中重金属铅的要求。水稻籽粒中重金属铅的含量随着水稻施肥量的增加而逐渐增加。不同处理水稻中重金属铅的含量从高到低排序为ZF3（0.1 mg/kg），ZF2（0.06 mg/kg），ZF1（未检出）。

番茄的生长对于土壤要求低，土质疏松、排水性良好的砂质土最佳，在很多地区均可以生长。土壤通透性是否良好，将直接影响到番茄种植成果，而土壤的通透性将在很大程度上影响到番茄是否可以茁壮成长。如果缺少充分的氧气支持，土壤空气含氧量在2%以下，将影响到番茄植株生长。所以，应该保证生产基地地势平坦、土层深厚以及排水良好，pH值在6-7。

2.3.4 不同处理对水稻中重金属铬的影响 由表8可知，本试验条件下重金属铬含量变异幅度为0.77～0.93 mg/kg。符合《标准》对水稻中重金属铬的要求。水稻籽粒中重金属铬的含量随着水稻施肥量的增加而逐渐增加。不同处理水稻中重金属铬的含量从高到低排序为ZF3（0.93 mg/kg），ZF2（0.84 mg/kg），ZF1（0.77 mg/kg）。

ZF3 比ZF2，ZF1 的重金属铬含量分别高10.7%和20.8%；ZF2 比ZF1 的重金属铬含量高9.1%。ZF3处理水稻中重金属铬含量最大，原因与重金属铅的规律相同。

2.3.5 不同处理对水稻中重金属砷的影响 由表8可知，本试验条件下重金属砷含量变异幅度为0.06～0.10 mg/kg。水稻籽粒中重金属砷的含量随着水稻施肥量的增加而逐渐增加。不同处理水稻中重金属砷的含量从高到低排序为ZF3（0.1 mg/kg），ZF2（0.07 mg/kg），ZF1（0.06 mg/kg）。ZF3 含量仅为《标准》限值的50%，符合现行规范对水稻中重金属砷的要求。

表8 不同处理水稻品质及重金属mg/kg

ZF3 比ZF2，ZF1 的重金属砷含量分别高42.9%和66.7%；ZF2 比ZF1 的重金属砷含量高16.7%。ZF3处理水稻中重金属砷含量最大，原因与重金属铅的规律相同。

3 讨论

本研究表明，再生水灌溉条件下，水稻的产量随着施肥定额的增大而逐渐增大，增加施氮量可提高水稻的产量。

医学院校科研处应加大“立德树人”思想政治教育研究经费投入力度，设立校级科研课题，鼓励全校教职员工参与，引导思政教育普及、普遍化；设备、后勤、保卫等相关部门做好学生的服务与保障工作，大家齐心协力，共同做好学生思想政治教育工作。2.5大树之果实：德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人

本研究表明，再生水灌溉条件下，随着施肥水平的逐渐增大，水稻中的直链淀粉含量逐渐增大。这与李书先等[13]，袁天泽等[14]的研究结论基本一致。J.I.Kim 等[15]研究发现，氮肥对直链淀粉含量影响不大。可能是由于在本试验条件下，不仅施加氮肥，还有较低水平的磷肥，在氮肥和磷肥的共同作用下促进了水稻中直链淀粉的生成。本研究表明，在再生水灌溉条件下，随着施肥水平的逐渐增大，水稻中蛋白质含量逐渐增大。这与刘秋员等[16]、唐健等[17]、S.J.HUANG等[18]的研究结果基本一致：施用氮肥可以促进水稻中蛋白质的生成。

本研究表明：再生水灌溉条件下，随着施肥定额的增加，水稻的籽粒产量及构成因素均逐渐提高；水稻中的蛋白质、直链淀粉含量和重金属铅、铬、砷含量均增大，但重金属铅、铬、砷含量均符合国家标准。

4 结论

本文以水稻为试验材料，在宁夏中卫市宣和镇宣和村开展了对比试验，探究了生活再生水灌溉条件下，不同施肥定额水平对水稻生长、产量、品质及重金属的影响。试验结果表明：

（1）生活再生水短期灌溉不会造成水稻重金属污染。采用生活再生水灌溉，水稻中重金属铅、砷、铬含量均符合《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中的要求。

（2）再生水灌溉条件下，提高施肥定额可促进水稻的生长，增加产量和提升品质。施肥定额为磷酸二铵（14.4 kg/667 m2）+硫酸钾（12.0 kg/667 m2）时对水稻的生长最有利。