间歇灌溉缓释肥施肥水平对水稻生长特性及产量的影响

何军, 张宇航, 叶磊, 钟盛建, 何天楷, 赵树君, 高明利

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中国农村水利水电 ›› 2021 ›› (3) : 103-107.
农田水利

间歇灌溉缓释肥施肥水平对水稻生长特性及产量的影响

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The Effects of Slow-release Fertilizer Levels on Rice Growth Characteristics and Yields under Alternate Wetting and Drying

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摘要

水稻水肥调控是水稻获得高产的重要原因。为揭示间歇灌溉模式下不同缓释肥施肥水平对水稻生产影响,选取湖北省漳河灌区为研究区域,以水稻品种荃早优丝苗为试验材料,于2019年6-9月开展了淹水灌溉W1和间歇灌溉W2两种灌溉模式以及传统肥N1和缓释肥N2不同施肥水平[F(0.5)、F(0.75)、F(1)、F(1.25)、F(1.5)]互作条件下的水稻种植桶栽试验研究。结果表明,不同水肥处理对水稻株高、叶绿素SPAD终值的影响不显著,但在缓释肥条件下,植株株高、叶绿素SPAD值整体上在一定范围与施肥水平呈正相关,间歇灌溉模式下,N2F(1.5)处理与N2F(1)、N2F(0.75)处理差异显著,N2F(1.5)水平比N2F(1)、N2F(0.75)分别显著高出71%、91%。不同水肥处理对产量的影响显著,淹灌缓释肥W1N2F(1)处理产量最高可达18 170.29 kg/hm2,间歇灌溉传统肥W2N1F(1)处理次之,为17 826.86 kg/hm2。不同缓释肥施肥水平下淹灌模式产量比间歇灌溉平均高6.43%。传统肥条件下,间歇灌溉比淹灌产量高3.7%,缓释肥施肥水平对产量的影响最为显著。水稻种植施用缓释肥时,淹水灌溉模式更为适宜。

Abstract

Water and fertilizer, two major factors affecting rice yields, have always been the focus of researchers. Zhanghe Irrigation District of Hubei Province is selected as the research area, and the rice variety Quanzaoyousimiao is used as the test material, and the barrels are used for cultivation. The main treatments are W1 (CF, continuous flooding irrigation) and W2 (AWD, alternate wetting and drying irrigation), and the secondary treatment are traditional fertilizer and slow-release fertilizer with different levels. Experimental studies on rice barrel cultivation under different irrigation modes coupled with traditional fertilizer N1 and fertilization levels [F(0.5),F(0.75),F(1),F(1.25),F(1.5)] of slow-release fertilizer are carried out from June to September in 2019. The results show that different water and fertilizer treatments have no significant effect on rice plant height, chlorophyll SPAD value, but plant height and chlorophyll SPAD value are positively correlated with slow-release fertilizer levels in a certain range in general, and under alternate wetting and drying irrigation mode, the plant height and chlorophyll SPAD value of N2F(1.5) is significantly different from N2F(1)’s and N2F(0.75)’s, specifically, the N2F(1.5) level is significantly higher than N2F(1),N2F(0.75) levels by 71% and 91%, respectively. Different water and fertilizer treatments have a significant effect on yield, and the highest yield, continuous flooding slow-release fertilizer treatment W1N2F(1) could reach 18 170.29 kg/hm2, treatment of alternate wetting and drying traditional fertilizer W2N1 followed by 17 826.86 kg/hm2. The yield of continuous flooding irrigation model is 6.43% higher than that of alternate wetting and drying irrigation. Under traditional fertilizer, the yield of alternate wetting and drying irrigation is 3.7% higher than that of continuous flooding irrigation, and the effect of slow-release fertilizer on yield is the most significant. The continuous flooding irrigation mode is more suitable when applying slow-release fertilizer in rice cultivation.

关键词

间歇灌溉 / 缓释肥 / 水稻 / 株高 / 分蘖数 / 叶绿素 / 产量

Key words

alternate wetting and drying / slow-release fertilizer / rice / height / tiller number / chlorophyll / yield

基金

湖北省教育厅科学技术研究项目(Q20161206)
宜昌市应用基础研究项目(A17-302-a01)

引用本文

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何军 , 张宇航 , 叶磊 , 钟盛建 , 何天楷 , 赵树君 , 高明利. 间歇灌溉缓释肥施肥水平对水稻生长特性及产量的影响[J].中国农村水利水电, 2021(3): 103-107
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0 引 言

水稻作为我国三大粮食作物之一12,其播种面积占世界水稻播种面积的18.8%3,占我国粮食播种面积的26.4%4,在粮食生产中占有举足轻重的作用。水肥作为影响水稻的2大因素5,一直是人们研究的重点。缓释肥作为一种能根据作物不同生长期的需肥特点来进行养分缓慢释放的新型肥料,具有肥效长、肥料利用率高等特点6。在水稻生产中施用缓释肥,不仅可减少施肥次数,降低施肥强度和用工投劳量,还可提高肥料利用率,减少环境污染7-9,其特点符合当代农业施肥技术发展趋势1011,然而大部分的缓释肥研究在施肥水平上研究单一,缓释肥不同施肥水平对水稻的影响研究相对较少。现有水稻间歇灌溉模式主要是基于施用传统肥料(碳酸氢铵、尿素、过磷酸钙、氯化钾等)得出1213,间歇灌溉模式稻田干湿交替的水土环境下缓释肥对水稻生长特性的影响尚不明确。本文选择长江中下游典型灌区进行水稻试验研究,对水稻在间歇灌溉模式下施用不同水平缓释肥的株高、分蘖数、叶绿素SPAD值及最终产量等进行观测分析,为水稻间歇灌溉模式施用缓释肥适宜性及优化种植管理措施等提供借鉴。

1 材料与方法

试验于2019水稻种植期(6-9月)在湖北省漳河灌区灌溉试验中心站进行。试验站位于北纬N30°54′17″,东经 E112°05′23″,气候温暖,年无霜期长,多年平均温度17 ℃,最高月平均温度27.7 ℃,最低月平均温度3.9 ℃,年降雨量700~ 1 100 mm,多年平均降雨量947 mm,年平均蒸发量(20 cm蒸发皿)1 300~1 800 mm,年日照总时间1 300~1 600 h。该地区地形起伏,为典型的丘陵地带,夏季以水稻作物为主,其自然条件在长江中游水稻种植区具有一定的代表性13
试验采用桶栽,大田育秧,6月2日移栽,9月10日收获,设有防雨棚,桶口直径0.618 m,桶深1.20 m,当地稻田耕作土装桶90 cm,平均容重1.46 g/cm3,底部为20 cm厚的反滤层(由上至下为细砂、粗砂、碎石),并设置侧向排水。主处理为淹水灌溉W1(CF, Continuous Flooding Irrigation)和间歇灌溉W2(AWD, Alternate Wetting and Drying),2种灌溉模式水层控制标准参见文献[1415],副处理为2种肥料类型及水平,N1为施传统氮磷钾肥,采用当地群众水平,视为标准肥量F(1),具体为:氮肥水平(以N计)为180 kg/hm2,施肥方式设计:50%基肥、50%追肥,基肥在插秧整地时施入,追肥(分蘖肥)发生在移栽后15天左右,基肥采用碳酸氢铵(NH4HCO3),追肥为尿素[CO(NH22],磷肥水平(以P2O5计)为72 kg/hm2,为过硫酸钙[主要成分为Ca(H2PO42·H2O],钾肥水平(以K2O计)为115 kg/hm2,为氯化钾(KCL)。磷肥钾肥均作为底肥一次性施入。N2为施用缓释肥,N2F(1)为氮、磷、钾肥有效量与传统肥N1F(1)一致的标准肥量处理,并以此为基础上调和下降25%、50%,即N2分为5种处理,分别为F(0.5)、F(0.75)、F(1)、F(1.25)、F(1.5),均作为底肥一次施入,一共12个处理,每个处理3次重复,计36个测桶。试验水稻品种为当地当季大面积推广种植的荃早优丝苗。
水稻生长特性指标考虑植株株高、分蘖数和叶绿素,其中叶绿素量采用叶绿素SPAD值表示,采用SPAD-502PLUS叶绿素测定仪测取16-18。株高、叶绿素、分蘖数一周测定一次,水稻黄熟期收割后测产。采用EXCEL2019、SPSS25.0软件进行数据统计分析及制图。

2 结果和分析

2.1 不同水肥处理对水稻株高的影响

图1为不同水肥处理下的水稻株高生长趋势,由图1可知,整体上看,6月下旬之前不同水肥处理株高增长幅度较大,从6月上旬到6月下旬的平均增长率为100.33%,最大的是W2N2F(1.25)处理,达110.80%,最小的是W1N2F(1)处理,为83.69%。
图1 不同水肥处理水稻全生育期株高变化趋势

Fig.1 Variation trend of the rice height with growth period under different water and fertilizer treatments

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6月下旬到7月下旬各处理产生明显差异,由图1(a)可以看出,在淹灌模式下,整体的株高随着施肥水平的增大而增大,W1N2F(1.5)处理比W1N2F(1)处理的株高平均高出11.4 cm,W1N2F(0.5)处理比W1N2F(1)处理平均低了3.6 cm,随后在8月上旬W1N2F(1.5)、W1N2F(1)处理达到了峰值,其峰值分别为117.3、109.3 cm,W1N2F(0.5)处理在8月中旬达到峰值104.3 cm,往后略有下降。W1N1F(1)处理比W1N2F(1)处理株高全生育期平均高7.58%。
图1(b)可知,在间歇灌溉模式下,7月上旬之后仍维持较高增幅,W2N2F(1)、W2N2F(1.5)处理在7月末达到峰值,分别为106.7、122.2 cm,随后8月上旬W2N2F(0.5)、W2N2F(0.75)达到峰值,分别为106、109 cm,往后有所下降。缓释肥条件下株高全生育期比传统肥平均高出2.32%。
图1(c)可以看出,N2条件下,W2处理株高比W1处理株高平均高出6.01%,N1条件下,W1处理株高比W2平均高了3.81%。株高随缓释肥肥量的增加而增加,淹灌模式下缓释肥对株高的促进不如传统肥,间歇灌模式下缓释肥对株高有更好的促进作用。各处理间株高终值差异不显著(表1)。
表1 不同水肥处理水稻最终株高、分蘖数、SPAD

Tab.1 Final plant height, tiller number, SPAD value of rice under different water and fertilizer treatments

灌溉模式 施肥种类及水平 株高/cm 分蘖数/个 SPAD
W1 N2F(0.5) 104.0a 15.3a 6.4a
N2F(0.75) 108.3a 14.7a 9.8a
N2F(1) 107.7a 12.0a 9.6a
N2F(1.25) 112.3a 11.7a 11.9a
N2F(1.5) 114.0a 17.0a 10.6a
N1 F(1) 112.0a 19.7a 7.4a
W2 N2F(0.5) 108.3a 13.3ab 12.2a
N2F(0.75) 107.7a 11.0b 6.9a
N2F(1) 107.7a 12.3b 11.0a
N2F(1.25) 109.7a 8.0b 8.5a
N2F(1.5) 106.3a 21.0a 13.8a
N1 F(1) 107.3a 17.0ab 7.5a
注:同列数据后不同小写字母表示处理间差异明显(P<0.05),下同。

2.2 不同水肥处理对水稻分蘖数的影响

图2为不同水肥处理下水稻分蘖数生长趋势,由图2可知,整体上看,从6月上旬到6月下旬分蘖数增长幅度较大,各处理分蘖数平均增长8个,增幅最大的是W2N2F(0.75)处理,分蘖数增长12个,增幅最小的是W1N2F(1)处理,增长6个。
图2 不同水肥处理水稻全生育期分蘖数变化趋势

Fig.2 Variation trend of the tiller number with growth period under different water and fertilizer treatments

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图2(a)可以看出,在淹灌模式下,6月下旬之后分蘖数上升趋势缓慢,在7月末达到峰值。平均峰值为21个,W1N2F(1.5)处理最高,达26个,W1N2F(1)处理最低为16个。随后有所下降,在8月中旬后稳定在15个。
图2(b)可以看出,在间歇灌溉模式下,自6月下旬往后,W2N2F(1)、W2N2F(1.5)处理仍维持较高增幅,W2N2F(1)处理在7月上旬达到峰值20个,而W2N2F(1.5)处理在7月末达到峰值28个,随后8月上旬其他处理才达到峰值,平均峰值为19个;最大的是W2N2F(1.5)处理达28个,最小的是W2N2F(1.25)处理,为17个,W2N2F(1.5)处理与W2N2F(1)、W2N2F(0.75)处理差异显著(P<0.05),W2N2F(1.5)处理比W2N2F(1)、W2N2F(0.75)处理分别显著高出71%、91%,灌溉模式及水肥交互差异不显著(表1)。
图2(c)可知,缓释肥条件下,间歇灌溉模式分蘖数比淹灌平均高1.8%;传统肥条件下,淹灌分蘖数比间歇灌溉平均高15.3%。

2.3 不同水肥处理对水稻叶绿素的影响

图3(a)可以看出,在淹灌模式下,6月下旬之前各处理SPAD值增长幅度较大,各处理之间差异不明显,在6月下旬达到峰值,W1N2F(0.5)、W1N2F(0.75)、W1N2F(1)、W1N2F(1.25)、W1N2F(1.5)处理峰值分别为45.8、45.0、45.7、45.9、47.9。随后叶绿素SPAD值开始缓慢下降,8月中旬开始大幅度下降,平均下降了58.79%,最后各处理在9月上旬达到了10。整体上,肥量较大的处理叶绿素SPAD值会较高,W1N2F(1.5)处理叶绿素SPAD值比W1N2F(1)处理全生育期高4.4%。W1N2F(1)处理叶绿素SPAD值比W1N2F(0.5)处理全生育期高14.15%,叶绿素SPAD值随缓释肥的增加而增加。
图3 不同水肥处理水稻全生育期叶绿素SPAD值变化趋势

Fig.3 Variation trend of the chlorophyll with growth period under different water and fertilizer treatments

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图3(b)中可知,与淹灌不同的是W2N2(0.5)处理下的叶绿素SPAD值处于最低水平,W2N2F(0.75)处理叶绿素SPAD值比W2N2F(0.5)处理全生育期平均低10.19%。从图3(c)可以看出,各处理在达到峰值前,W1N1F(1)、W1N2F(1)、W2N1F(1)、W2N2F(1)处理叶绿素周时段增长率分别为8.02%、19.64%、2.47%、24.04%。缓释肥条件增长率比传统肥平均高出16.6%。各处理间叶绿素SPAD终值差异不显著(表1)。

2.4 不同水肥处理对水稻产量的影响

表2中可以看出,产量最高的是W1N2F(1)处理,达 18 170.29 kg/hm2,其次是W2N1F(1)处理,为17 826.86 kg/hm2。2种灌溉模式下,W1N2F(1)、W2N2F(1)处理各自产量最大,与其他施肥水平处理间的差异性显著(P<0.05)。缓释肥条件下,W1N2F(0.5)、W1N2F(0.75)、W1N2F(1.25)、W1N2F(1.5)处理的产量比W1N2F(1)处理分别显著低21.78%、32.88%、18.74%、17.56%;W2N2F(0.5)、W2N2F(0.75)、W2N2F(1.25)、W2N2F(1.5)处理的产量比W2N2F(1)处理分别显著低21.97%、18.61%、13.60%、33.48%。缓释肥肥量增加和减小处理产量均小于群众标准肥量水平。灌溉模式也对产量产生显著性差异(P<0.05),淹灌模式下产量比间歇灌溉平均高6.43%,表明施用缓释肥采取淹水灌溉模式更为适宜。传统肥条件下,间歇灌溉模式比淹灌产量高3.7%。缓释肥肥量的增减并不能增产,反而产生一定抑制。由表3可知,施肥水平的均方MS、平方和SS最大,可见缓释肥施肥水平对产量的影响最为显著。
表2 不同水肥处理水稻最终产量显著性分析

Tab.2 Significance analysis of the final yield of rice under different water and fertilizer treatments

灌溉模式 施肥种类及水平 产量/(kg·hm-2
W1 N2F(0.5) 14 212.87b
N2F(0.75) 12 287.56c
N2F(1) 18 170.29a
N2F(1.25) 14 813.87b
N2F(1.5) 14 978.98b
N1 F(1) 17 191.35b
W2 N2F(0.5) 13 365.16c
N2F(0.75) 13 940.02c
N2F(1) 17 128.45b
N2F(1.25) 14 798.60c
N2F(1.5) 11 393.19d
N1 F(1) 17 826.86ac
表3 水分缓释肥互作对产量的交互效应分析

Tab.3 Interaction of water and slow-fertilizer coupling on yields

差异来源 III 类平方和SS 自由度 均方MS F 显著性
施肥水平 81 354 321 5 16 270 864 50.193 0
灌溉模式 3 342 922 1 3 342 922 10.312 0.004

施肥水平×

灌溉模式

21 807 765 5 4 361 553 13.455 0
误差 7 779 983 24 324 166

3 讨 论

水稻株高、分蘖数、叶绿素SPAD值是水稻种植重要参考指标。本次试验不同灌溉模式与缓释肥不同施肥水平处理间水稻株高、叶绿素SPAD终值差异不显著,对水稻分蘖数终值影响显著,分蘖数终值一定程度反映了有效分蘖数,对产量有积极影响。间歇灌溉W2模式下,N2F(1.5)处理分蘖数终值比N2F(1)、N2F(0.75)处理分别显著高出71%、91%,但N2F(1.5)处理产量比N2F(1)、N2F(0.75)分别显著低33.48%、18.3%。其原因可能在于虽然施肥量增大使水稻分蘖数增多,但群体过大,不符合水稻生物学特征,千粒重、结实率等会降低,产量反而不高。传统肥条件下分蘖数比缓释肥全生育期平均高22.0%,产量比缓释肥条件平均高出4.08%,可能是间歇灌溉干湿交替的稻田水土环境并不利于缓释肥肥效的释放,水稻各生育阶段的水分尤其肥效的需求得不到很好满足。传统肥料碳酸氢铵(NH4HCO3)、尿素[CO(NH22]、过硫酸钙[主要成分为Ca(H2PO42·H2O]及氯化钾(KCL)条件下,间歇灌溉模式会一定程度增产,比淹灌平均高出3.7%,这与茆智15研究结论一致。不同缓释肥施肥水平下淹灌模式产量比间歇灌溉平均高6.43%,一定程度表明,水稻施用缓释肥时,淹水灌溉模式更为适宜,其原因可能在于稻田长期持有水层可促使缓释肥肥效持续释放,作物水肥需求得以满足,这与在三峡大学节水灌溉试验场研究成果一致19
本试验中,所有处理产量均较高,其原因可能是桶栽试验尺度较小,且设有防雨棚,其水肥条件易于严格控制,水稻产量接近潜力高产。接下来应进行测坑、小区及大田尺度的试验,研究结论可能更具有普适代表性。缓释肥在现代农业发展的前景优良,加之当前水资源日益紧缺的现状,如何将缓释肥和间歇灌溉模式良好耦合、提出缓释肥最优施肥水平将成为下一步的研究重点。

4 结 论

(1)在缓释肥条件下,植株株高、叶绿素SPAD值整体上在一定范围与施肥水平呈正相关。缓释肥条件下,间歇灌溉模式水稻株高比淹灌模式株高平均高了6.01%,传统肥条件下,淹灌模式水稻株高比间歇灌溉模式平均高出3.81%。淹灌模式缓释肥对株高的促进不如传统肥,间歇灌溉模式缓释肥对株高有更好的促进作用。缓释肥条件下,间歇灌的分蘖数比淹灌平均高1.8%;传统肥条件下,淹灌的分蘖数比间歇灌溉平均高15.3%。缓释肥对分蘖数的促进作用不如传统肥。不同灌溉模式与缓释肥不同施肥水平对水稻株高,叶绿素SPAD终值的影响不显著,间歇灌溉下不同施肥水平对水稻分蘖数终值影响显著。
(2)缓释肥肥量增减处理的产量均比当地群众标准肥量低。缓释肥条件下,淹灌模式的产量比间歇灌溉平均高6.43%,施用缓释肥条件采取淹水灌溉模式更为适宜。在传统肥条件下,间歇灌溉比淹灌产量高3.7%,间歇灌溉会一定程度增产。缓释肥施肥水平对产量的影响最为显著。
总体来看,缓释肥施肥水平对水稻株高、分蘖数、叶绿素SPAD值与产量的影响不一致,植株株高、叶绿素SPAD值在一定范围随肥量的增加而增加,而缓释肥肥量增减处理的产量均低于当地群众标准缓释肥施肥水平,缓释肥与淹水灌溉模式耦合互作更有利于产量的提高。

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