水稻强化栽培农艺性状及其生态环境效应的研究

水稻强化栽培体系（the System of Rice Intensification，SRI）是一项新的节水栽培技术体系，近年来在国际上引起了强烈的反响，而且争论的焦点主要集中于该项技术体系的增产效应。为了评价该技术体系的产量效应及其对环境生态的影响，从2004到2006年，连续三年进行了田间试验研究。2004年试验设置了水稻强化栽培、覆膜旱作、裸地旱作、常规水作、覆膜强化栽培五个处理，其中，覆膜强化栽培包括三个移栽密度，分别为25cm×30cm、25cm×25cm、25 cm×17 cm；2005年设置了水稻强化栽培与常规水作两个处理；2006年采用裂区设计，设置了水稻强化栽培与常规水作两个主处理，0kghm-2（NO）、80kghm-2（N1）、160kghm-2（N2）、240 kg hm-2（N3）四个施氮量为副处理。各处理重复3次。以常规水作为对照，对三种节水栽培方式（水稻强化栽培、覆膜旱作、裸地旱作）水稻生长发育特性和产量性状，对水稻强化栽培方式下稻田土壤氨挥发、土壤生物学特性、节水效果与水分生产效率、养分吸收利用特性、氮肥利用率进行了研究；并且对强化栽培覆盖地膜的产量效应进行了探讨。主要结果如下： 1．三种节水栽培方式以裸地旱作对水稻干旱胁迫比较严重，其分蘖数、株高、功能叶叶绿素、干物质积累量、根系干重、有效穗、结实率、千粒重显著降低，比常规水作减产44.8％。覆膜旱作促进分蘖的发生，由于成穗率较低，穗型较小，千粒重降低，产量比常规水作降低23.9％。成熟期，覆膜旱作稻株高显著降低，功能叶叶绿素、干物质积累量、根系干重与常规水作差异不大。与常规水作相比，强化栽培促进分蘖的发生，显著提高了有效穗；生育后期功能叶叶绿素、单株干物质积累量、根系干重显著提高，株高无显著差异。2004到2006年，三年数据表明强化栽培产量均有提高，较常规水作分别增产26.4％、11.5％、6.4％～48.4％，有效穗大幅度提高，千粒重、结实率无显著差异，穗粒数显著降低。 2．常规水作与强化栽培产量增加幅度随着施氮量增加明显下降。强化栽培在施氮量80 kg hm-2产量最高，但与施氮量160 kg hm-2的产量没有显著性差异。常规水作在施氮量160 kg hm-2产量最高。与常规水作比较，在施氮量0和80 kghm-2下，强化栽培方式显著提高了稻谷产量，而在160和240 kg hm-2，两种栽培方式产量差异不显著。 3．与常规水作相比，强化栽培促进了水稻对养分（N、P、K）的吸收，单株养分吸收总量显著高于常规水作。成熟期，各器官中N、P、K的吸收累积量均高于常规水作，而且N、P、K在籽粒中的分配比例分别比常规水作高5.0％、2.0％、3.0％，在叶片中N、P、K的分配比例比常规水作分别低6.7％、7.3％、12.2％。强化栽培显著提高了N、P、K的产谷效率，分别比常规水作提高21.9％、19.3％、17.0％。 4．无论是常规水作还是强化栽培，随着施氮量的增加，植株吸氮量增加，氮素在穗中的分配比例却下降，而且氮肥农学利用率和偏生产力降低。强化栽培稻氮肥利用率受氮肥施用量影响显著。在施氮量80 kg hm-2水平，强化栽培氮肥农学利用率比常规水作提高47.9％；在施氮量160 kg hm-2、240 kg hm-2水平却显著低于常规水作，分别低44.7％、70.9％。与常规水作相比，不同氮肥水平下，强化栽培均提高了氮肥偏生产力。栽培方式与氮肥施用量的交互作用对氮肥利用率的影响显著。 5．水稻强化栽培对氨挥发动态变化趋势没有影响，但促进了氨的挥发损失，氨挥发损失总量比常规水作平均提高了25.2％。在三次施肥时期，氨挥发损失量为：基肥＞分蘖肥＞孕穗肥，施用基肥是氨挥发损失的主要时期。 6．与常规水作比较，3种节水栽培方式均有很好的节水效果。2004年，覆膜旱作、裸地旱作总耗水量比常规水作分别节约672.8 mm和631.0 mm，覆膜旱作显著提高了总水分利用效率和灌溉水利用率，但裸地旱作总水分利用率与常规水作差别不大。强化栽培总耗水量在2004、2005、2006年分别比常规水作节约461.5 mm、476.5 mm、830.3 mm，达33.9％、26.9％、36.9％；灌溉水利用率分别提高195.6％、90.1％、130.5％，总水分利用率分别提高91.3％、54.5％、93.5％。在一定范围内施用氮肥可以显著提高水分利用率。 7．与常规水作比较，强化栽培增加了土壤细菌、真菌、放线菌数量；增加了土壤微生物量碳、微生物量氮含量；增加了生育后期土壤微生物量磷含量；提高了分蘖期土壤脲酶、碱性磷酸酶、转化酶、过氧氢酶活性；增加了土壤碱解氮含量，有效磷含量差异不显著。 8．覆膜强化栽培可以促进分蘖的发生，增加有效穗数，但穗粒数、千粒重降低；单株干物质量显著高于常规水作，群体干物质量高于常规水作或持平。而且随着密度的增加，覆膜强化栽培有效穗、穗粒数、结实率降低；单株干物质量增加，群体干物质量降低。与常规水作相比，不同的移栽密度产量效应不同。在本试验的三种密度中，25 cm×30 cm、25 cm×25 cm产量比常规水作分别增加10.3％、3.7％，25 cm×17 cm比常规水作减产1.2％。 综上所述，水稻强化栽培促进水稻的分蘖发生、提高有效穗、根系发达、在生育后期功能叶仍具有较高的叶绿素含量；促进了植株对养分的吸收，提高了养分在籽粒中的分布，增产作用显著；而且在低的施氮量下，增产作用较大。水稻强化栽培有利于土壤生物学特性的提高，节水效果显著，对于水稻生产的可持续发展具有重要意义，但该法采用干湿灌溉的水分管理方式促进了稻田土壤氨的挥发，因此，在水稻强化栽培中合理的氮肥管理至关重要。