覆膜栽培显著提高水稻氮肥利用效率

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摘要：摘要：四川盆地丘陵区受季节性干旱和低温的影响，水稻产量低而不稳，氮肥利用率低。采用水稻覆膜综合管理(IRM)能显著提高水稻产量，进一步探讨IRM对氮肥利用率的影响，可為该区域制定高产、资源高效利用的可持续水稻管理技术提供科学依据。基于对传统氮肥利

　　摘要：四川盆地丘陵区受季节性干旱和低温的影响，水稻产量低而不稳，氮肥利用率低。采用水稻覆膜综合管理(IRM)能显著提高水稻产量，进一步探讨IRM对氮肥利用率的影响，可為该区域制定高产、资源高效利用的可持续水稻管理技术提供科学依据。基于对传统氮肥利用率(NUEtra)计算方法的质疑和讨论，国内外已有许多改进的氮肥利用率计算方法。结合15N同位素示踪方法，选择有广泛影响的氮肥有效率(NFAR)和肥料养分真实利用率计算方法，多维度地对四川盆地丘陵区采用IRM的水稻氮肥利用效率进行了探讨，为更科学地认识氮肥利用率、筛选出更能指示氮肥利用状况的指标提供依据。结果表明，采用IRM后，NUEtra、15N利用率(15Nuse)、NFAR、RNUE15N和RNUElong-term均显著提高，15N损失率(15Nloss)在相同施氮量下减少7.9～11.8百分点。相对于NUEtra，NFAR、RNUE15N和RNUElong-term综合考虑了土壤氮、肥料氮和作物吸收氮，更准确地反应了氮肥的实际利用效果。IRM显著提高水稻产量的同时，也显著提高了氮肥利用率，降低了氮肥对环境的潜在污染。通过不同氮肥利用率计算方法的综合比较，本研究认为在采用15N示踪法情况下，用RNUE15N计算方法更能准确反映出当季氮肥利用率;在未采用15N示踪法的情况下，用RNUElong-term计算方法更能指示多年累积施肥的氮肥利用率，但需要长期定位试验结果来准确定量土壤氮库的变化。

　　关键词：水稻覆膜栽培;氮肥利用率;氮肥有效率;肥料真实利用率;四川盆地丘陵区

　　四川盆地丘陵区水稻产量不高且受气候环境影响波动较大，季节性干旱和生长前期低温是关键限制因子。水稻覆膜综合管理(integrated plastic mulch rice management，简称IRM)集旱育秧、起垄开厢、地膜覆盖和三角形栽培等为一体，相对于传统水稻管理(traditional rice management，TRM)，能够增产达30%[3]。这和IRM能够合理地调节水稻生育期的水热状况密切相关[7]。IRM在提高水稻产量的同时，也进一步提高了氮肥利用率。以更低的资源环境代价来实现粮食安全至关重要。IRM能够不同程度地提高地温，加速土壤矿化促进养分释放，使得土壤速效氮含量显著高于TRM[13];还能增强水稻根系活力，促使水稻从土壤中吸收更多养分。可见IRM有提高氮肥利用率的潜力，但目前四川盆地丘陵区长期采用IRM对氮肥利用率影响的研究还处于空白。本研究基于田间定位试验，用氮肥利用率的不同计算方法多维度探讨了IRM对水稻氮肥吸收利用效率的影响，以期为四川盆地丘陵区制定高产、资源高效利用的可持续水稻管理技术提供科学依据。

　　通常用传统氮肥利用率(差减法，NUEtra)来评价氮肥利用情况，但其对氮肥实际利用效果的反映，受到越来越多的质疑。第一，NUEtra在作物吸收氮相同时，其大小取决于分母的不同，即当季施氮量的多少。差减法中被减部分受土壤基础肥力、作物生长情况等因素的影响，在作物吸收相同肥料氮的情况下，土壤基础肥力越高，被减部分值越大，而NUEtra越低;第二，NUEtra没有将肥料-作物-土壤中氮的途径和变化统一分析，没有反映出残留在土壤中那部分肥料氮的作用，而这部分肥料氮能够补偿作物所吸收带走的土壤氮，是对土壤氮库消耗的补偿[15];第三，NUEtra并不能准确反映出肥料养分的损失率，不能正确评价施肥措施的正确性。目前，国内外已有许多关于NUEtra改进的研究。沈善敏提出了比值法，认为作物吸氮量应该包括对土壤氮的吸收，用作物吸收氮量除以土壤有效养分和肥料养分之和[17]。Brentrup等提出了平衡法计算氮肥利用率，即用氮素输出与输入率来比较区域或国家尺度上的氮肥利用率[18]。田昌玉等认为NUEtra在施氮量小的情况下成立，在施氮量大的情况下，应乘以一个<1的系数[19]。王火焰等提出了肥料养分真实利用率(real nutrient use efficiency，RNUE)，即肥料施入土壤后，直至被消耗完之前，被作物吸收利用的肥料养分量占被消耗的肥料养分量的比例[16]。巨晓棠提出了氮肥有效率(nitrogen fertilizer availability ratio，NFAR)的概念[15]，将氮肥施用后作物吸收的肥料氮以及肥料氮被微生物、土壤有机质或黏土矿物固定的部分视为有效肥料氮，将通过氨挥发、硝化-反硝化、淋洗和径流等脱离出主要作物根区的肥料氮视为无效肥料氮，计算氮肥被作物吸收量和在主要根区土壤中残留量之和占施入氮肥的百分比。对于上述不同氮肥利用率的计算方法，并非单纯比较数字的高低，而是在了解不同计算方法含义的基础上，结合田间具体情况，对结果进行正确的解析。

　　基于以上，本研究在四川盆地丘陵区水稻覆膜综合管理长期定位试验的基础上，结合15N同位素示踪方法，选择有广泛影响的RNUE和NFAR计算方法，多维度有针对性地对采用IRM后氮肥利用率进行比较和解析，以期促进四川盆地水稻高产高效技术体系的建立和农业可持续性发展，同时为筛选出更能准确指示水稻氮肥利用效率的指标提供科学依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 田间试验概况

　　试验地位于四川省资阳市雁江区雁江镇响水村柿子沟(104°34′ E，30°05′ N，平均海拔395 m)，年平均气温16.8 ℃，全年平均降水量965.8 mm。2011—2015年开展了水稻覆膜综合管理(IRM)和传统水稻管理(TRM)对比试验。IRM 集旱育秧、起垄开厢、三角形栽培和地膜覆盖为一体，首先整田开厢，厢面宽度145 cm，两厢之间宽约20 cm，厢沟深约15 cm，保持厢面湿润，厢沟有水。将基肥施于厢面上，搁置2 d，待厢面水分较少时覆薄膜(膜宽1.8 m，厚0.004 mm)，地膜紧贴土面。采用三角形稀植栽培，每3穴构成一个小三角形，每穴之间的距离为10～12 cm，每3个小三角形构成一个大三角形，大三角形之间相互距离为40 cm。TRM按照当地农民栽培方式进行，不开厢不覆膜，和IRM一样用旱育秧，不用三角型栽培，移栽密度和IRM一致，均为1.8×106株/hm2。2种栽培方式均在移栽期淹水，之后为雨养。供试水稻品种是四川省农业科学院作物所选育的优质杂交水稻 “川香8108”。

　　推荐阅读：《中国水稻科学》创刊于1986年，为中国水稻研究所主办的学术性双月刊，国内外公开发行(邮发代号32-94)。主要报道以水稻为研究对象的原始论文。

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