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随着水资源短缺问题与过度施肥引起环境污染问题的日益突出,在水稻高产的前提下,研究高效稻田管理策略以降低水肥资源消耗和环境代价,对于保障粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。能量调控灌溉技术是基于干湿交替灌溉技术发展而形成的,能实现水稻节水、稳产甚至增产的双重目标。尽管如此,该技术下稻田氮素损失严重,氮磷利用率低,还易造成严重的环境污染问题。因此,本文将具有保氮、促磷和持水特性的天然无机材料—斜发沸石应用于稻田节水体系中,在能量调控灌溉实现水稻节水稳产的基础上,利用斜发沸石对NH4+的强吸附性及对有效磷的促进作用,以改善稻田的氮磷利用,降低氮素淋溶损失,缓解地下水硝酸污染,并进一步实现水稻增产。本研究运用非称重式蒸渗仪(测坑),采用裂区试验设计,研究了不同灌溉模式与斜发沸石量对水稻生长生理特性、产量、稻米品质、渗漏液与土壤无机氮含量及水分利用的影响,阐明了斜发沸石的保氮增产机制;采用室内试验,研究了不同斜发沸石量对土壤持水性能的影响,以揭示斜发沸石的节水机理;运用称重式蒸渗仪(测筒),采用裂-裂区试验设计,研究了不同灌溉模式与磷肥管理下斜发沸石对土壤有效磷、水稻各器官及地上部磷吸收、地上部干重、产量及水分利用的影响,阐明了稻田磷素对斜发沸石的响应及其增产机制。主要研究结果如下:(1)稻田施用15 t·ha–1斜发沸石显著提高了水稻分蘖数、叶面积指数、叶片SPAD值及光合速率等指标;斜发沸石显著提高了水稻地上部干重、收获指数、产量、有效穗数及每穗粒数,产量显著提高了7.5%,从产量构成角度来看,斜发沸石增产的主要原因是有效穗数与每穗粒数的提高。回归分析表明,水稻产量与叶片光合速率及SPAD值间呈显著正相关关系,说明斜发沸石可通过改善这些生理生长指标以实现水稻增产。与持续淹灌(CF)相比,干湿交替灌溉(AWD)显著降低了水稻分蘖数、叶面积指数、叶片SPAD值及光合速率,而能量调控灌溉(EC)对这些指标无显著影响;AWD下水稻减产15.3%,而EC维持了与CF相当的产量,表明能量调控灌溉在实现水稻节水的同时亦能维持水稻高产。(2)与CF处理相比,EC与AWD处理通过显著提高精米率与整精米率以改善稻米碾磨品质,通过降低垩白度及垩白粒率以改善稻米外观品质,部分淀粉粘滞特性也有所改善,表明适度干湿交替灌溉可显著改善稻米品质。斜发沸石提高了稻米整精米率,并改善了稻米外观品质,对淀粉粘滞特性无显著影响。(3)水稻生长期间,与CF处理相比,EC与AWD处理均降低了渗漏液NH4+-N浓度,增加了NO3–-N浓度,即节水灌溉加重了稻田氮素NO3–淋溶损失。斜发沸石显著提高了土壤阳离子交换量和水稻地上部总氮吸收。斜发沸石处理降低了渗漏液NH4+-N与NO3–-N浓度,平均来看分别降低了6.5%和14.7%。收获期,斜发沸石提高了表层(030cm)与深层(3060 cm)土壤NH4+-N含量,且对表层土壤的效应更明显;提高了表层土壤NO3–-N含量,并降低了深层土壤NO3–-N含量,即斜发沸石将更多的NO3–-N保留于表层土中,并阻止其向深层土壤迁移。这些均表明斜发沸石能通过提高土壤无机氮的保留以改善植株对氮素的吸收利用,降低稻田氮素损失,并缓解地下水NO3–污染问题。(4)土壤持水性能随斜发沸石量增加而增加,且斜发沸石对土壤的保水效应随水分胁迫程度增加而增强,即斜发沸石能有效缓解水分胁迫对水稻的不利影响。在EC与AWD处理控水范围内,即土水势为–5、–10、–15、–20、–25、–35 kPa时,斜发沸石(15t·ha–1)处理下土壤含水率较对照组分别提高了2.9%、5.4%、7.8%、10.1%、12.1%和15.5%。斜发沸石处理下水稻总耗水量稍有降低,且水分利用效率显著提高了9.2%。与CF处理相比,EC与AWD处理下水稻总耗水量分别降低了14.8%和25.4%,水分利用效率分别提高了15.5%和13.3%,且能量调控灌溉下施斜发沸石15 t·ha–1(IECZ15处理)可获得最高水分利用效率。(5)斜发沸石显著提高了土壤有效磷含量,并增加了水稻各器官磷浓度和地上部磷吸收。水稻产量与地上部磷吸收呈二次曲线关系,产量随地上部磷吸收量增加而增加,表明斜发沸石通过增加地上部磷吸收以提高水稻产量。此外,能量调控灌溉下斜发沸石对土壤有效磷的提升幅度更大,表明斜发沸石可有效缓解水分胁迫对土壤有效磷的限制。综上,能量调控灌溉(EC)结合常规施磷量(60 kg·ha–1)并施加斜发沸石15 t·ha–1(IECP60Z15处理),不仅可以节约灌溉水量,提高水稻产量,还能改善稻米品质,并缓解节水条件下稻田NO3–淋溶引起的地下水污染问题,可为节水、高产、优质、环保多目标最优型稻田管理模式的实现提供理论依据。