李 敏，羅德強(qiáng)，蔣明金，江學(xué)海，姬廣梅，李立江，周維佳

（貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，貴州貴陽(yáng) 550006）

水稻是我國(guó)最重要的糧食作物[1]，提高水稻單產(chǎn)是保證糧食安全的主要途徑，但隨著水稻單產(chǎn)持續(xù)提高，氮肥施用量也不斷攀升，造成水稻生產(chǎn)成本增加、倒伏風(fēng)險(xiǎn)加劇以及生態(tài)環(huán)境惡化等一系列問(wèn)題[2-4]，減少水稻氮肥施用量已然十分迫切，但低于水稻品種最適施氮量進(jìn)行減氮，水稻會(huì)出現(xiàn)不同程度的氮素虧缺現(xiàn)象[5-6]，造成減產(chǎn)。鑒于我國(guó)人多地少以及始終要把糧食安全放在首位的具體國(guó)情[1,7]，水稻減氮條件下仍需保證較高的產(chǎn)量水平，因此，采取合理栽培措施調(diào)控減氮后水稻生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成具有重要意義。

減氮條件下物質(zhì)生產(chǎn)總量變小以及群體穎花量不足是水稻產(chǎn)量降低的主要原因[7-8]。因此目前普遍采取的水稻減氮栽培調(diào)控措施是增加移栽密度。較多研究顯示，增加移栽密度可有效提高低氮條件下水稻群體生長(zhǎng)量[9-15]，一些學(xué)者對(duì)直播粳稻[12]和機(jī)插雙季稻[14]進(jìn)行了不同施氮量和移栽密度的研究，結(jié)果顯示，合理的減氮增密并未顯著降低水稻產(chǎn)量。但也有研究[7,12]指出，增密雖顯著提高了水稻各生育時(shí)期干物質(zhì)積累量，但干物質(zhì)在營(yíng)養(yǎng)器官分配量較多，向穗部轉(zhuǎn)運(yùn)率降低，收獲指數(shù)明顯下降，從而限制了產(chǎn)量進(jìn)一步提升。控水是調(diào)節(jié)水稻生長(zhǎng)的另一重要手段，水稻生長(zhǎng)過(guò)程存在明顯的水肥耦合效應(yīng)，尤其干濕交替灌溉技術(shù)近年在水稻生產(chǎn)中逐漸得到應(yīng)用[16-24]。相關(guān)研究表明，干濕交替灌溉可促進(jìn)水稻碳水化合物由營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)[19,21]，改善弱勢(shì)粒使灌漿充實(shí)[20]，提高收獲指數(shù)[19]。但采用干濕交替灌溉(控水)與增密共同調(diào)控水稻減氮后生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成的研究鮮見報(bào)道，干濕交替灌溉可促進(jìn)水稻碳水化合物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)[18-21]，但對(duì)氮素的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的研究尚不清楚。本研究選用西南稻區(qū)廣泛應(yīng)用的2個(gè)雜交秈稻品種，研究了減氮、增密及控水栽培模式對(duì)水稻根系生長(zhǎng)、氮素吸收利用及產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)，為水稻減氮高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用雜交秈稻品種成優(yōu)981和宜香優(yōu)2115，在貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng) (27°76′N,107°50′E) 進(jìn)行定位試驗(yàn)，前茬為冬閑田，土壤為黃壤土，耕作層土壤理化性狀為有機(jī)質(zhì)13.88 g/kg、全氮1.2 g/kg、堿解氮86.7 mg/kg、速效磷32.8 mg/kg、速效鉀87.7 mg/kg，pH為6.22。

2016—2017年進(jìn)行預(yù)備試驗(yàn)，在濕潤(rùn)灌溉條件下，分別設(shè)置5個(gè)施氮總量(0、150、187.5、225、262.5 kg/hm2)和 3個(gè)移栽密度 (16.0×104/hm2、20.0×104/hm2、24.0×104/hm2)，2 個(gè)品種均在施氮量187.5 kg/hm2、栽培密度20.0×104/hm2時(shí)產(chǎn)量最高，將其作為常規(guī)高產(chǎn)栽培的最適施氮量和最佳密度。

2018—2019年在預(yù)備試驗(yàn)及前期研究[7]基礎(chǔ)上，以常規(guī)高產(chǎn)栽培(T0)為對(duì)照(濕潤(rùn)灌溉、密度20.0×104/hm2、施氮量187.5 kg/hm2)，設(shè)置3個(gè)栽培模式處理（表1）：?jiǎn)我粶p氮 (濕潤(rùn)灌溉，密度不變，僅減氮量10%，記為T1)、增密減氮(濕潤(rùn)灌溉，密度增加到24.0×104/hm2，減氮10%，記為T2)、控水增密減氮(輕干濕交替灌溉，密度24.0×104/hm2，減氮10%，記為T3)，另設(shè)氮空白區(qū)以測(cè)定氮肥利用率，各栽培模式隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積9 m2，重復(fù)3次，小區(qū)間單獨(dú)作梗隔離，保證單獨(dú)排灌。

表1 不同減氮栽培模式處理Table 1 The details of the N-reduction cultivation models

采用濕潤(rùn)育秧，拉繩打點(diǎn)人工移栽，單本栽插，T0和T1處理的行株距為30 cm×16.7 cm，T2和T3處理的行株距為30 cm×13.9 cm。濕潤(rùn)灌溉處理為全生育期保持1—2 cm淺水層，中期擱田，收獲前一周斷水。輕干濕交替灌溉：從移栽至返青建立淺水層1—2 cm；返青至有效分蘗臨界葉齡期(N-n，N為水稻主莖總?cè)~片數(shù)，n為伸長(zhǎng)2 cm左右節(jié)間數(shù)，下同) 前2個(gè)葉齡期 (N-n-2) 進(jìn)行間隙濕潤(rùn)灌溉；(N-n-1) 葉齡期至 (N-n) 葉齡期進(jìn)行排水?dāng)R田，低限土壤水勢(shì)為-20 kPa，并保持1個(gè)葉齡期；(N-n+1)葉齡期至抽穗后45天進(jìn)行輕度干濕交替灌溉，低限土壤水勢(shì)為-10 kPa。用水分張力計(jì)監(jiān)測(cè)各小區(qū)15—20 cm深處土壤水勢(shì)，于每天12:00讀取水勢(shì)值，當(dāng)水勢(shì)達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)即灌1—2 cm淺層水，自然落干后達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)再灌水，用水表準(zhǔn)確記錄灌水量，各處理全生育期平均灌溉用水量見圖1。本試驗(yàn)地上方搭建透明玻璃頂棚，保證水稻生長(zhǎng)期內(nèi)不受降雨因素的影響，頂棚高度4.0 m，試驗(yàn)區(qū)四周空曠通風(fēng)。

圖1 不同減氮栽培模式下雜交稻生育期灌溉用水量Fig. 1 Irrigation amount of hybrid indica rice during the whole growth stage under different N-reduction cultivation models

氮肥分4次施用，基肥∶分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ?30∶20∶30∶20，基肥于移栽前施用，分蘗肥于移栽后5天施用，促花肥于倒四葉葉齡期施用，保花肥于倒二葉葉齡期施用；磷肥 (P2O5) 施用總量為112.5 kg/hm2，全部用作基肥；鉀肥 (K2O) 施用總量為187.5 kg/hm2，分基肥和拔節(jié)肥兩次等量施用，病蟲草害按高產(chǎn)栽培嚴(yán)格管理。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 根干重及根系α-萘胺(α-NA)氧化量 參考魏海燕等[25]方法，于水稻拔節(jié)、抽穗和成熟期對(duì)各小區(qū)進(jìn)行根系取樣并測(cè)定根干重，采用α-NA 氧化法測(cè)定根系對(duì)α-NA 的氧化量。

1.2.2 根系傷流強(qiáng)度 于水稻拔節(jié)、抽穗和成熟期，按每小區(qū)平均莖蘗數(shù)選取代表性植株 3 穴，于下午6：00時(shí)在各莖離地面12 cm處剪去地上部分植株，將預(yù)先稱重的脫脂棉放于留在田里莖的剪口處，包上塑料薄膜，于第二天早上8：00時(shí)取回帶有傷流液的脫脂棉球并稱重，計(jì)算傷流強(qiáng)度。

1.2.3 植株氮素的測(cè)定 于拔節(jié)、抽穗和成熟期，分別每小區(qū)取有代表性植株4穴，105℃殺青，80℃烘至恒重后測(cè)定各器官(莖鞘、葉片和穗)及全株的干物質(zhì)重，植株粉碎后，用半微量凱氏定氮法測(cè)定氮素含量。

1.2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 于成熟期，按照各小區(qū)定點(diǎn)標(biāo)記的30穴，計(jì)算平均有效穗數(shù)，并選取代表性植株5穴，測(cè)定穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重，并實(shí)收小區(qū)產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

使用Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和圖表繪制，使用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 根系形態(tài)生理特征

2.1.1 根干重 不同減氮栽培模式對(duì)水稻根干重有較大影響(圖2)。與常規(guī)高產(chǎn)栽培(T0)相比，單一減氮栽培(T1)的水稻根干重在各生育時(shí)期均有顯著降低(P＜0.05)。增密減氮栽培(T2)和控水增密減氮栽培(T3)較T1在拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的根干重顯著增加(P＜0.05)，但與T0處理沒有顯著差異，T2和T3處理間也沒有顯著差異。說(shuō)明減氮必需配合增密才能保持水稻生育中后期較大的群體根系生長(zhǎng)量。

圖2 不同減氮栽培模式對(duì)雜交秈稻根干重的影響Fig. 2 Effects of different N-reduction cultivation models on root dry weight of hybrid indica rice

2.1.2 根系α-NA氧化量 不同減氮栽培模式對(duì)水稻根系α-NA氧化量也具有較大影響(圖3)。與常規(guī)高產(chǎn)栽培(T0)相比，單一減氮栽培(T1)水稻根系α-NA氧化量在拔節(jié)期、抽穗期和成熟期均有明顯降低(P＜0.05)；增密減氮栽培(T2)較T1在各生育時(shí)期的根系α-NA氧化量進(jìn)一步降低，兩品種兩年拔節(jié)期、抽穗期、成熟期平均分別降低4.14%、4.88%和14.76%?？厮雒軠p氮栽培(T3)較T2在拔節(jié)期、抽穗期和成熟期根系α-NA氧化量平均分別提高8.18%、17.06%和54.29% (P＜0.05)，且在成熟期顯著高于T0。說(shuō)明增密、減氮措施降低了根系的α-NA氧化量，而控水有利于保持水稻生育后期較高的根系活力，抵消減氮和增密對(duì)水稻根系活力的負(fù)效應(yīng)。

圖3 不同減氮栽培模式對(duì)雜交秈稻根系α-NA氧化量的影響Fig. 3 Effects of different N-reduction cultivation models on root α-NA oxidation of hybrid indica rice

2.1.3 根系傷流強(qiáng)度 圖4顯示，與常規(guī)高產(chǎn)栽培(T0)相比，單一減氮栽培(T1)的單莖根系傷流強(qiáng)度在有些生育時(shí)期有顯著降低(P＜0.05)，增密減氮栽培(T2)的單莖根系傷流強(qiáng)度在拔節(jié)期、抽穗期和成熟期進(jìn)一步下降，較T1平均分別降低32.01%、23.49%和24.05%。減氮控水增密栽培(T3)在抽穗期和成熟期的單莖根系傷流強(qiáng)度均高于T1、T2，且2018年在成熟期顯著高于T0，表明控水可抵消減氮、增密對(duì)根系傷流強(qiáng)度的不利影響，維持生育中后期根系吸收和向地上部運(yùn)輸養(yǎng)分的能力。

圖4 不同減氮栽培模式對(duì)雜交秈稻單莖根系傷流強(qiáng)度的影響Fig. 4 Effects of different N-reduction cultivation models on root bleed intensity of hybrid indica rice

2.2 氮素吸收利用特征

2.2.1 氮素積累量 圖5顯示，與常規(guī)高產(chǎn)栽培(T0)相比，單一減氮栽培(T1)各生育時(shí)期和少數(shù)生育階段的氮素積累量顯著降低。增密減氮栽培(T2)較T1顯著增加了少數(shù)生育時(shí)期和少數(shù)生育階段的氮素積累量，拔節(jié)期、抽穗期和成熟期平均分別增加14.77%、9.48%和8.87%?？厮雒軠p氮栽培(T3)在拔節(jié)期的氮素積累量較T2有所降低，但抽穗至成熟階段的氮素積累量與T2、T0相當(dāng)。因此，單一減氮會(huì)降低水稻群體的氮素積累量，而增密可以彌補(bǔ)減氮造成的水稻群體氮素積累量降低的不利影響，控水主要提高了水稻生育中后期的氮素積累量。

圖5 不同減氮栽培模式對(duì)雜交秈稻氮素積累量的影響Fig. 5 Effects of different N-reduction cultivation models on nitrogen accumulation of hybrid indica rice

2.2.2 氮素轉(zhuǎn)運(yùn) 不同減氮栽培模式對(duì)水稻氮素轉(zhuǎn)移特性也具有較大影響(表2)。與常規(guī)高產(chǎn)栽培(T0)相比，單一減氮栽培(T1)抽穗期和成熟期莖葉氮素積累量顯著降低(P＜0.05)，氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率得到提高。與T1相比，增密減氮栽培(T2)的莖葉氮素積累量顯著增加，而氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率兩年兩品種平均降低8.25%，差異達(dá)顯著水平(P＜0.05)。與T2相比，控水增密減氮栽培(T3)的莖葉氮素積累量減少，氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率均不同程度提高，兩年兩品種平均分別提高3.45%和4.67%。說(shuō)明增密會(huì)降低氮素運(yùn)轉(zhuǎn)率，而配合控水可以有效促進(jìn)氮素由營(yíng)養(yǎng)器官向穗部轉(zhuǎn)運(yùn)。

表2 不同減氮栽培模式下雜交秈稻莖-鞘葉中氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率Table 2 Nitrogen translocation amount and rate in stem-sheath and leaves of hybrid indica rice under different N-reduction cultivation models

2.2.3 氮素分配 不同減氮栽培模式對(duì)成熟期水稻氮素分配的影響見圖6。與常規(guī)高產(chǎn)栽培(T0)相比，單一減氮栽培(T1)降低了成熟期各器官(莖-鞘、葉、穗)的氮素分配量。與T1相比，增密減氮栽培(T2)各器官的群體氮素分配量均有所增加，但是增加了在莖-鞘和葉片中的氮素分配比例，而降低了穗部的氮素分配比例。與T2相比，控水增密減氮栽培(T3)降低了莖-鞘和葉片氮素分配量，而顯著增加了穗部的氮素分配量和分配比例。表明單一減氮會(huì)降低成熟期群體各器官的氮素分配量，增密雖然增加了全體的氮素分配量但主要增加了在營(yíng)養(yǎng)器官的分配比例，只有配合控水才能在增加氮素分配量的基礎(chǔ)上，提高氮素在穗部的分配比例。

2.2.4 氮肥利用率 表3顯示，單一減氮栽培(T1)較T0提高了氮肥生理利用率、氮素籽粒生產(chǎn)效率和氮肥偏生產(chǎn)力，而氮肥吸收利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率顯著降低。增密減氮栽培(T2)較T1的氮肥吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高，與T0的氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率、氮素籽粒生產(chǎn)效率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率基本相當(dāng)，氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于T0?？厮雒軠p氮栽培(T3)較T2的氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率、氮素籽粒生產(chǎn)效率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均有不同程度提高。4種栽培模式間，T3具有最高的氮肥吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力，說(shuō)明合理的控水增密模式有利于減氮條件下水稻氮素的高效吸收與利用，促進(jìn)減氮高產(chǎn)。

圖6 不同減氮栽培模式對(duì)雜交秈稻氮素分配量及分配比例的影響Fig. 6 Effects of different N-reduction cultivation models on nitrogen distribution of hybrid indica rice

2.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成

表4表明，4種栽培模式的產(chǎn)量表現(xiàn)為T3＞T0＞T2＞T1。與常規(guī)高產(chǎn)栽培(T0)相比，單一減氮栽培(T1)的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著降低，而結(jié)實(shí)率和千粒重略有提升，2018年成優(yōu)981和宜香優(yōu)2115的產(chǎn)量分別降低8.05%和4.63%，2019年分別降低7.17%和5.38%，平均降低6.37%，差異均達(dá)顯著水平(P＜0.05)。與T1相比，增密減氮栽培(T2)有效穗數(shù)和群體穎花量顯著增加，穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重總體呈降低趨勢(shì)，2018年成優(yōu)981和宜香優(yōu)2115的產(chǎn)量分別增加7.71%和2.94%，2019年產(chǎn)量分別增加6.01%和3.69%。但T2較T0兩品種兩年均表現(xiàn)為減產(chǎn)?？厮雒軠p氮栽培(T3)與T2相比，有效穗數(shù)有所降低，但兩個(gè)品種兩年的穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均不同程度增加。T3水稻產(chǎn)量較T2提高，其中2018年成優(yōu)981和宜香優(yōu)2115的產(chǎn)量分別增加2.74%和4.13%，2019年分別增加3.69%和3.82%，較T0平均提高1.78%。表明增密帶來(lái)的產(chǎn)量增加不能完全彌補(bǔ)減氮對(duì)產(chǎn)量的負(fù)效應(yīng)，需配合控水才能取得較為理想的產(chǎn)量效果。

表4 不同減氮栽培模式對(duì)雜交秈稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 4 Effects of different N-reduction cultivation models on grain yield and its components of hybrid indica rice

3 討論

3.1 不同減氮栽培模式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

關(guān)于減氮后水稻產(chǎn)量變化，大部分研究結(jié)果顯示為減產(chǎn)[7-8]，也有少量研究報(bào)道為增產(chǎn)[4]，結(jié)論有所差異的主要原因在于是否基于品種最適施氮量進(jìn)行減氮[2-3]，以及減氮后是否采取合理的栽培調(diào)控措施[7]。本研究基于水稻品種最適施氮量進(jìn)行等量減氮，3種減氮栽培模式的水稻產(chǎn)量具有較大差異。

與常規(guī)高產(chǎn)栽培相比，單一減氮栽培水稻產(chǎn)量顯著下降，表現(xiàn)為有效穗數(shù)和群體穎花量顯著降低，主要原因是各生育時(shí)期干物質(zhì)積累量減少、群體生長(zhǎng)量不足[7]，這也與湯國(guó)平等[8]報(bào)道的低氮條件下水稻的氮素虧缺現(xiàn)象基本一致。說(shuō)明不采取栽培調(diào)控措施的減氮方式將以顯著降低水稻產(chǎn)量為代價(jià)。本研究觀察到，與單一減氮栽培相比，增密減氮栽培和控水增密減氮栽培均能有效提高水稻產(chǎn)量。相關(guān)研究表明，合理增加移栽密度有利于增加水稻的有效穗數(shù)[13]。吳培等[12]研究認(rèn)為，適當(dāng)增密減氮有利于協(xié)調(diào)改善水稻群體結(jié)構(gòu)，同時(shí)水稻產(chǎn)量未出現(xiàn)顯著降低；朱相成等[14]研究認(rèn)為，增密減氮可維持較高的產(chǎn)量水平。本研究結(jié)果表明，增密減氮栽培較單一減氮栽培產(chǎn)量增加的主要原因是，通過(guò)大幅度提高有效穗數(shù)從而增加了群體穎花量?？梢?，適當(dāng)增加移栽密度可以彌補(bǔ)減氮后的水稻產(chǎn)量損失。盡管適當(dāng)增密會(huì)一定程度上增加用種成本和移栽成本[14]，但減氮本身能抵消部分增加成本，且隨著近年來(lái)水稻機(jī)械化生產(chǎn)不斷發(fā)展[9-10,15]，采用機(jī)械化栽插和同步深施肥技術(shù)，既能有效減少氮肥用量和施肥次數(shù)，還能在保證增密的前提下降低人工成本，且有利于水稻生產(chǎn)綠色發(fā)展，因此在機(jī)械化種植條件下合理的增密減氮栽培技術(shù)具有較好的應(yīng)用前景，但不同區(qū)域、不同土壤類型條件下不同品種的增密減氮技術(shù)參數(shù)有待進(jìn)一步研究明確。

同時(shí)，本研究?jī)赡陜善贩N的結(jié)果一致，表明增密減氮栽培產(chǎn)量雖較單一減氮栽培顯著提高，但始終低于常規(guī)高產(chǎn)栽培，原因在于增密減氮栽培雖提高了有效穗數(shù)，但每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均有所降低，這與已有的水稻增密減氮研究結(jié)果[12-15]也基本相符，說(shuō)明合理的增密減氮栽培能在一定程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)氮穩(wěn)產(chǎn)，但難以實(shí)現(xiàn)節(jié)氮高產(chǎn)。

控水增密減氮栽培運(yùn)用了干濕交替灌溉技術(shù)，其產(chǎn)量較增密減氮栽培進(jìn)一步提高。關(guān)于干濕交替灌溉對(duì)水稻產(chǎn)量的影響[16-18,26-30]前人結(jié)論不一，主要原因在于設(shè)置的土壤落干程度有所差異，楊建昌等[19]研究指出，土壤耕層15—20 cm處的土壤水勢(shì)控制在-25 kPa以內(nèi)，水稻光合作用不會(huì)受到明顯抑制，褚光等[23]建議將-15 kPa 作為在水稻干濕交替灌溉中土壤落干程度的安全土壤水勢(shì)指標(biāo)。本研究將干濕交替灌溉的低限土壤水勢(shì)設(shè)置為-10 kPa，結(jié)果表明，與增密減氮栽培相比，控水增密減氮栽培的穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重得到協(xié)同提升，這與付景等[27]采用干濕交替灌溉對(duì)超級(jí)稻品種的研究結(jié)果基本一致。此外，本研究中控水增密減氮栽培2個(gè)品種2年的產(chǎn)量均超過(guò)了正常施氮條件下的常規(guī)高產(chǎn)栽培，說(shuō)明適度控水(輕干濕交替灌溉)進(jìn)一步改善了增密減氮對(duì)水稻產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)。

本試驗(yàn)條件下，與常規(guī)高產(chǎn)栽培相比，控水增密減氮栽培實(shí)現(xiàn)了節(jié)約灌溉用水18.3%、節(jié)約氮肥用量10.0%，并提高了水稻產(chǎn)量。在我國(guó)水稻生產(chǎn)面臨水資源緊張、氮肥用量大、產(chǎn)量仍需持續(xù)提高的大背景下[4-5,19]，控水增密減氮栽培能為水稻可持續(xù)綠色高產(chǎn)發(fā)展提供重要的技術(shù)參考。由于該栽培模式運(yùn)用的輕干濕交替灌溉技術(shù)需要使用水分張力計(jì)監(jiān)測(cè)土壤水勢(shì)，對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用增加了難度，研究明確土壤水勢(shì)與不同土壤類型的外觀形態(tài)指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，有利于其在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用。

本研究設(shè)置的減氮方式為各時(shí)期均衡減氮，施氮時(shí)期和施氮比例不變，主要原因是冬閑田條件下稻田年度間土壤肥力變化較小[31]，按照精確施氮技術(shù)，保持基肥、分蘗肥、促花肥、?；ǚ适┑壤秊?0∶20∶30∶20，有利于維持各時(shí)期水稻氮素需求和供給平衡，塑造較好的群體結(jié)構(gòu)，獲得較高產(chǎn)量[2,7]。徐文波[31]在前作為冬閑條件下研究了不同減氮方式對(duì)雜交秈稻產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，均衡減氮(各時(shí)期平均減氮)較基肥減氮、蘗肥減氮、穗肥減氮的產(chǎn)量更高，也說(shuō)明本試驗(yàn)常規(guī)高產(chǎn)栽培各生育時(shí)期氮素施用的冗余現(xiàn)象不明顯。但在水旱輪作制度下，稻田土壤肥力可能存在較大差異，因此減氮方式有所不同。如龍瑞平等[32]研究認(rèn)為，在油菜-水稻輪作體系中，稻田土壤肥力顯著增加，第一年水稻生育前期不施基蘗肥只施穗肥仍然能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)，第二年則需適當(dāng)補(bǔ)充基蘗肥氮，以保證水稻穩(wěn)產(chǎn)。王慧等[33]報(bào)道，在湘北雙季稻區(qū)，前茬種植紫云英翻壓還田，氮肥減施常規(guī)量40%能夠?qū)崿F(xiàn)早稻穩(wěn)產(chǎn)，晚稻則有所減產(chǎn)，主要原因是紫云英還田后氮素迅速釋放，直接為早稻季提供養(yǎng)分，而晚稻季時(shí)養(yǎng)分已基本耗竭。此外，較多研究[3,6,16,31]一致認(rèn)為，適當(dāng)減少穗肥施氮量可有效提高稻米食味品質(zhì)，在優(yōu)質(zhì)水稻生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。因此，水稻減氮途徑應(yīng)在充分考慮水稻生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)需求、土壤肥力變化以及優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)生產(chǎn)目標(biāo)等多種因素基礎(chǔ)上科學(xué)確定。

3.2 不同減氮栽培模式對(duì)水稻氮素吸收利用的影響

單一減氮條件下，水稻各生育時(shí)期的根系生長(zhǎng)量和氮素積累量顯著減少，不能滿足高產(chǎn)群體的生長(zhǎng)需求，雖然提高了氮肥生理利用率、氮素籽粒生產(chǎn)效率和氮肥偏生產(chǎn)力，但氮肥吸收利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率顯著降低，其產(chǎn)量顯著低于常規(guī)高產(chǎn)栽培。較多研究顯示，合理增加移栽密度有利于增加水稻地上部吸氮量[7,13-14]。本研究結(jié)果表明，與單一減氮栽培相比，增密減氮栽培各生育時(shí)期的氮素積累量增加，氮肥吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均顯著提高，主要原因在于增密后各生育時(shí)期具有更大的群體根系生長(zhǎng)量，從而增加了根系吸收表面積[24]。本研究還觀察到，盡管增密減氮栽培的水稻根系生長(zhǎng)量增加，但根系活力有所降低，且抽穗至成熟階段根系衰亡較快，這可能與較大群體條件下的根系生長(zhǎng)冗余、個(gè)體生長(zhǎng)難以獲得充分營(yíng)養(yǎng)有關(guān)[24]，導(dǎo)致抽穗后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率和氮素在穗部的分配比例顯著降低，氮肥生理利用率和氮素籽粒生產(chǎn)效率難以提高，產(chǎn)量低于控水增密減氮栽培和常規(guī)高產(chǎn)栽培。相關(guān)研究曾經(jīng)報(bào)道，增密減氮后水稻干物質(zhì)在營(yíng)養(yǎng)器官滯留較多，而向穗部轉(zhuǎn)運(yùn)率降低[7]，說(shuō)明碳水化合物和氮素的積累轉(zhuǎn)運(yùn)具有密切的相互促進(jìn)關(guān)系，促進(jìn)碳氮同化物向穗部轉(zhuǎn)運(yùn)將有利于進(jìn)一步提升增密減氮條件下水稻產(chǎn)量水平。

控水增密減氮栽培運(yùn)用了輕干濕交替灌溉技術(shù)，與增密減氮栽培相比，其生育中后期具有更大的根系生長(zhǎng)量，并能有效提高水稻根系活力，且抽穗至成熟階段的根系氧化力和根系傷流強(qiáng)度均高于常規(guī)高產(chǎn)栽培。張自常等[16]、褚光等[23]也曾觀察到，適度干濕交替灌溉可提高水稻結(jié)實(shí)期根量和根系活力。由于根系既是水分和養(yǎng)分吸收的主要器官[25]，又是多種激素、有機(jī)酸和氨基酸合成的重要場(chǎng)所[19]，因此根系形態(tài)和生理特性改善對(duì)水稻營(yíng)養(yǎng)吸收及產(chǎn)量形成起到了重要的促進(jìn)作用。徐國(guó)偉等[34]研究認(rèn)為，輕度干濕交替灌溉能協(xié)調(diào)水稻根冠生長(zhǎng)，提高氮肥利用率。本研究觀察到，控水增密減氮栽培在抽穗至成熟階段的氮素積累量高于其它3種栽培模式，因此能充分滿足水稻生育中后期對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的需求，為水稻高產(chǎn)創(chuàng)造了條件。王維[26]曾觀察到，采用適度土壤干旱的方法可以促進(jìn)碳水化合物向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，但能否協(xié)同促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)器官中氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)還未見進(jìn)一步研究報(bào)道。本研究結(jié)果顯示，與增密減氮栽培相比，控水增密減氮栽培不僅促進(jìn)了抽穗至成熟階段氮素吸收，還提高了抽穗后氮素由營(yíng)養(yǎng)器官向穗部的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率，說(shuō)明輕干濕交替灌溉有效促進(jìn)了碳氮同化物向穗部轉(zhuǎn)運(yùn)。4種栽培模式中，控水增密減氮栽培具有最高的氮肥吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力，說(shuō)明合理的控水增密不僅有效提高了減氮條件下水稻的氮素吸收，也有利于氮素的合理分配與高效利用，最終促進(jìn)水稻減氮高產(chǎn)。

本試驗(yàn)主要研究了減氮條件下控水、增密對(duì)水稻氮素吸收利用及產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)，其對(duì)稻米品質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)有待進(jìn)一步研究。同時(shí)，氮肥施用次數(shù)、施用時(shí)期、施用比例、施用方法等都會(huì)影響水稻氮素吸收利用和產(chǎn)量形成[2,4-6]，尤其是在不同種植制度條件下稻田肥力變化較大[32-33]，因此在減氮條件下如何進(jìn)一步優(yōu)化施氮策略也有待深入研究。

4 結(jié)論

在較為適宜的施氮量下進(jìn)一步減少氮肥的施入，會(huì)降低根系生長(zhǎng)和活力，影響水稻的氮素營(yíng)養(yǎng)和產(chǎn)量。增密減氮能增加水稻群體根系生長(zhǎng)量和氮素積累量，通過(guò)提高有效穗數(shù)一定程度上彌補(bǔ)水稻減氮后的產(chǎn)量損失，但其生育后期根系活力不強(qiáng)，抽穗后氮素積累量和轉(zhuǎn)運(yùn)率較低。控水增密減氮栽培在保證較大群體生長(zhǎng)量的前提下，顯著提高抽穗至成熟階段水稻根系生理活性，增加抽穗后氮素積累量，并促進(jìn)氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，庫(kù)容充實(shí)度好、氮肥利用率高，促進(jìn)了水稻減氮高產(chǎn)。