2018, Vol. 24 
doi: 
2. 四川省农业气象中心，四川成都 610072
2. Sichuan Agro-meteorological Center, Chengdu, Sichuan 610072, China
水稻作为主要的粮食作物，氮素利用率低和耗水量大是当前生产中面临的两大主要问题。目前，稻田灌溉用水量约占我国用水总量的54%，占农业用水总量的70%。传统的淹水灌溉耗水量极大，水分利用效率 (water use efficiency，WUE) 只有30%～40%，水资源浪费严重[1]。因此，节水灌溉方式是水稻生产中水分管理的必然趋势。当前水稻生产中采用的节水灌溉技术主要有干湿交替灌溉、覆盖旱种、无水层种稻等[2]。其中干湿交替灌溉技术 (alternate wetting and drying irrigation，AWD) 是目前在生产中应用最为广泛的，且取得了显著的节水效果。氮素对水稻生长的影响仅次于水，增施氮肥能显著提高水稻产量，已成为共识。但近年来我国水稻种植中氮肥利用率低 (nitrogen use efficiency，NUE) 和增产迟缓等问题逐渐显现。相关统计表明[3]，我国稻田氮肥吸收利用率为30%～35%，远低于世界平均水平。过量施用氮肥，而忽视土壤和环境养分的利用，导致作物产量潜力未得到充分发挥，是造成我国粮食作物氮肥利用效率低的主要原因。同时，水稻生产中不合理的水分管理加剧了稻田氮素损失。过高的氮肥投入及不合理的灌溉方式不仅导致水、氮资源利用效率低下，而且还会给生态环境带来巨大的破坏。如何通过合理的灌溉和施肥在保证水稻产量的同时实现水、氮资源的高效利用已经成为当前农业生产的重要任务，也是研究的焦点。
只有水分和养分的合理投入，才有协同互作效果，达到“以肥调水”和“以水促肥”的双重目的。而合理的节水灌溉方式配以适宜的氮肥管理，有助于实现水稻产量及水、氮利用效率的同步提高。同时，明确氮肥的适宜用量是提高氮肥利用率、发挥氮肥增产效应的关键[4]。其中，与传统灌溉方式相比，采用间歇灌溉方式有利于创造良好的根系形态、提高根系活力[5–6]，显著提高叶面积指数及高效叶面积率[7]、延长剑叶功能期及提高群体光合速率[8]，提升水稻群体生长质量[9]等，此外，间歇灌溉方式下可减少农田氮素的径流损失[10]，有助于提高氮素利用效率[11–12]。合理的稻田灌溉是实现水稻高产和水、氮资源高效利用的重要水分管理措施[13]。目前，关于节水灌溉技术对水稻产量影响的研究结果不一致，有的显示减产[14]，有的显示增产[15]。此外，对节水灌溉技术在提高水稻水分利用效率方面的作用已有明确认识，但针对节水灌溉技术及不同施氮水平对水稻氮素利用效率的影响有待于进一步阐明。为此，本研究在前期研究基础上，以四川盆地稻区应用广泛的超级稻F优498为供试材料，采用控制性间歇灌溉方式，进行两年大田试验，探讨控制灌溉条件下施氮量对水稻产量形成及氮素利用的影响，旨在明确控制灌溉条件下的最佳氮肥施用量，为制定科学合理的灌溉方式和氮肥施用技术提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验设计试验于2015年和2016年在四川省成都市温江区四川农业大学水稻研究所试验农场进行，试验田耕层土壤质地为砂壤土，土壤基础肥力见表1。供试品种为四川盆地稻区广泛种植的超级稻F优498(中迟熟杂交籼稻，生育期148 d左右，研究区域内常规施氮量为180 kg/hm2，灌溉方式以间歇/干湿交替灌溉为主)。在本课题组前期研究基础上[16–19]，本试验在控制灌溉条件下研究施氮量对杂交籼稻F优498氮素利用效率及产量形成的影响。施氮量设5个水平，分别为施纯氮 (N) 0、90、135、180和225 kg/hm2，依次记为N0、N1、N2、N3和N4。依据前期研究结果，氮肥施用配比为基肥∶蘖肥∶穗肥=3∶3∶4，其中穗肥分倒2、倒4叶两次等量施肥。磷肥 (P2O5)、钾肥 (K2O) 用量分别为75 kg/hm2、150 kg/hm2，磷肥全部作基肥一次施用，钾肥按基肥∶分蘖肥=7∶3比例施用。2015年试验于3月29日播种，4月30日移栽，8月29日收获；2016年试验4月7日播种，5月11日移栽，9月11日收获。均为旱育秧，移栽叶龄为5叶1心，行株距为33.3 cm × 16.7 cm，单株插秧。每处理3次重复，共计15个小区，随机区组排列，小区面积15 m2。小区间筑埂 (宽40 cm) 并用塑料薄膜包裹，单区单灌，以防串水串肥，其他田间管理按大面积生产田进行。
| 表1 试验田基础肥力及灌溉水量 Table 1 Basic soil fertility of the experimental plot and irrigation amount |
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控制性间歇灌溉模式：浅水 (1 cm左右) 栽秧，移栽后5～7 d田间保持2 cm水层确保秧苗返青成活，之后至孕穗前田面不保持水层，土壤含水量为饱和含水量的70%～80%，无效分蘖期“够苗”晒田。孕穗期土表保持1～3 cm水层；抽穗至成熟期采用灌透水、自然落干至土壤水势为–25 kPa时 (用中国科学院南京土壤研究所生产的真空表式土壤负压计测定) 再灌水的交替灌溉。用水表准确记载每次灌水量，确保各小区每次灌水量一致。两年水稻大田生育期的平均温度、降雨量及日照时数见图1。
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| 图1 水稻生育期间降水量、平均气温及总日照时数 Fig. 1 Rainfall, mean temperature and total sunshine hours during rice growth period |
分别于水稻分蘖盛期、拔节期、抽穗期和成熟期按每小区茎蘖数的平均数取代表性植株3穴，分根、茎鞘、叶和穗4部分，105℃下杀青30 min，80℃下烘干至恒重后称重记录，粉碎后过0.246 mm筛，采用浓H2SO4–H2O2消煮，用FOSS 8400半微量凯氏定氮仪分别测定各器官的氮含量。计算参数如下：
氮素积累量 (N accumulation, kg/hm2) = 某生育期单位面积植株氮素的积累量
叶片 (茎) 氮转运量 (N translocation, kg/hm2) = 抽穗期叶片 (茎) 氮积累量 – 成熟期叶片 (茎) 氮积累量
叶片 (茎) 氮素贡献率 (N contribution rate, %) = 叶片 (茎) 氮素转运量/成熟期穗部氮素积累总量 × 100
转运氮贡献率 (Translocation contribution rate of vegetative organ, %) = 氮素转运量/抽穗期至成熟期穗部氮素积累总量 × 100
氮肥农学利用率 (N agronomic efficiency, kg/kg) = (施氮区籽粒产量 – 不施氮区籽粒产量)/施氮量
氮素生产效率 (N production efficiency, kg/kg) = 单位面积籽粒产量/单位面积植株氮积累量
氮肥偏生产力 (N partial factor productivity, kg/kg) = 施氮区籽粒产量/氮肥施用量
氮肥回收利用率 (N recovery efficiency, %) = (施氮区植株吸氮量 – 不施氮区植株吸氮量)/施氮量 × 100
氮肥干物质生产效率 (N dry matter production efficiency, kg/kg) = 单位面积植株干物质积累量/单位面积植株氮积累量
氮收获指数 (N harvest index, %) = 收获时籽粒氮积累量/植株氮素积累总量 × 100
土壤氮素依存率 (soil N dependent rate, %) = 不施氮区植株总吸氮量/施氮区植株总吸氮量 × 100
1.2.2 净光合速率测定采用美国生产的LI-6400光合测定仪，于水稻齐穗期、齐穗后10 d和齐穗后20 d上午10:00左右，每小区选有代表性、顶叶完全抽出的植株10株，测定剑叶的中部净光合速率 (Pn)、气孔导度 (Gs)、胞间CO2浓度 (Ci)、蒸腾速率 (Tr)。控制条件为CO2浓度400 μmol/mol、30℃、光照度1200 μmol/(m2·s)。
1.2.3 抽穗期叶面积及根系特征测定抽穗期按小区茎蘖数的平均值取代表性植株3穴 (取样方法参考彭玉等[20]的方法)，地上部分上三叶、其余叶两部分，用MSD-971叶面积分析仪分别测定整株上三叶、其余叶面积。地下部置于0.4 mm孔径尼龙网袋中用流水冲净，获得完整根系，用Epson Expression 10000XL扫描仪及WinRHIZO Pro v．2009c分析软件测定总根长、根直径、根表面积与根体积等根系形态指标。计算方法如下：
叶面积指数 (leaf area index, LAI) = 单位土地面积水稻植株绿叶面积大小;
高效叶面积指数 (high valid LAI) = 单位土地面积水稻植株上三叶叶面积大小;
高效叶面积率 (high valid LAI rate, %) = 高效叶面积指数/叶面积指数
1.2.4 灌溉水利用效率各小区采用抽水机抽水灌溉，并用水表准确记录各小区每次灌水量，温度、降雨等气候数据后期由温江区气象站提供。计算参数如下：
灌溉水利用效率 (irrigation water use efficiency, kg/m3) = 单位面积水稻产量/灌溉水用量
1.2.5 产量及其构成收获前分别于每小区取5株具有代表性的植株，进行考种，调查实粒数、每穗总粒数、千粒重、结实率等产量构成指标。
1.3 数据分析运用Microsoft Excel 2003处理数据，用DPS7. 05和Origin Pro 9.0 系统软件进行方差分析及图表绘制。
2 结果与分析 2.1 施氮量对水稻产量及其构成因素的影响由表2可知，控制灌溉条件下随着施氮量的增加，2015年和2016年杂交籼稻F优498产量均先增加后降低。2015年，N3水平下产量达到最大值，为11829.03 kg/hm2，但与N2和N4处理差异均不显著，而2016年，产量达到最大值时施氮量为N2水平，为12965.15 kg/hm2，且显著高于其他施肥处理。两年试验，灌溉水利用效率与产量变化规律一致。此外，与2015年相比，2016年水稻产量及灌溉水利用效率平均分别提高9.7% 和14.7%。可能是由于2016年试验田块土壤基础肥力较高及水稻中后期温光条件较好所致。
产量构成因素方面，两年试验结果显示，控制灌溉条件下，在一定范围内增施氮肥有助于提高水稻有效穗、穗粒数和群体颖花量，而结实率则随施氮量增加逐渐降低，增施氮肥对千粒重影响较小。从有效穗和群体颖花量上看，两年试验中有效穗和群体颖花量表现差异较大。2015年两者均在N3水平下达到最大值，而2016年两者则在N2水平下达到最大值。此外，2016年较2015年有效穗和群体颖花量分别平均提高6.2%和6.3%，而结实率则降低3.5%。可能是由于2016年试验土壤基础肥力较高，主要通过增加有效穗数来提高群体颖花量，进而达到增产。综合两年试验结果可知，控制灌溉条件下，施氮量为135～180 kg/hm2时，能够获得最佳的产量表现及灌溉水利用效率。
| 表2 控制灌溉条件下施氮量对杂交籼稻F优498产量及灌溉水利用效率的影响 Table 2 Effects of nitrogen rates on yield and yield components and water use efficiency of hybrid rice F You498 under controlled intermittent irrigation |
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叶片是水稻进行光合作用的重要器官，其叶面积大小显著影响水稻产量。由表3可知，控制灌溉条件下，两年试验杂交籼稻F优498单株上三叶叶面积随着施氮量的增加先增加后降低，N3水平下均达到最大值，而单株其余叶叶面积则随着施氮量的增加而增加，即N4 > N3 > N2 > N1，但高氮处理间 (N4与N3) 叶面积指数均差异甚小。而高效叶面积指数及高效叶面积率均随着施氮量的增加先增加后降低，N3与N2水平下分别达到最大值。此外，N2、N3、N4处理间高效叶面积指数均无显著差异，高效叶面积率则差异显著。与2015年相比，2016试验中抽穗期单株上三叶单株叶面积、其余叶单株叶面积、叶面积指数和高效叶面积指数分别平均提高8.7%、56.9%、22.7%和8.8%，而高效叶面积率则降低10.8%。说明高土壤肥力下，增施氮肥显著提高了其余叶的单株叶面积，但降低了高效叶面积率。综合两年试验结果，控制灌溉条件下，施氮量为135～180 kg/hm 2时，可有效改善叶面积配置，从而获得较好的高效叶面积指数及高效叶面积率。
| 表3 控制灌溉条件下和不同施氮量水稻抽穗期叶面积指数 Table 3 Leaf area index (LAI) of rice under different nitrogen rates and intermittent irrigation at the heading stage |
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由图2可知，控制灌溉条件下，随着齐穗后天数的增加杂交籼稻F优498净光合速率和气孔导度逐渐降低，蒸腾速率则表现相反。就净光合速率和气孔导度而言，随着施氮量的增加，两者变化表现基本一致。齐穗期和齐穗后20 d时均随着施氮量的增加而增加，齐穗后10 d时，N2水平下净光合速率和气孔导度达到最大值，且显著高于其他处理。此外，齐穗后20 d时，气孔导度各处理间无显著差异。齐穗期及齐穗后20 d，随着施氮量的增加蒸腾速率表现为先增加后降低，N3水平下均达到最大值，且齐穗后20 d时各处理间蒸腾速率无显著差异。而齐穗后10 d时，随着施氮量的增加蒸腾速率逐渐降低。
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| 图2 控制灌溉条件下施氮量对杂交籼稻F优498光合特征的影响(2015) Fig. 2 Effects of nitrogen rates on photosynthetic characteristics of hybrid rice F You498 under controlled intermittent irrigation (2015) [注（Note）：FHS—Full heading stage. 柱上不同字母表示同一生长期不同灌溉施氮量条件下处理间差异达P<0.05显著水平 Different letters above the bars indicate significant defferences (P<0.05) among treatments at the same stage.] |
由表4可知，控制灌溉条件下，施氮量对杂交籼稻F优498抽穗期根系特征影响显著。从两年试验结果来看，随着施氮量的增加，总根长、根直径、根表面积和根体积均先增加后降低。其中，2015年水稻单株总根长、根表面积和根体积均在N3水平时达到最大值，且显著高于其他处理，2016年则在N2水平下达到最大值。此外，两年试验结果中根直径则均在N3水平下达到最大值。根干重及根冠比方面，随着施氮量的增加，2015年根干重及根冠比逐渐增加，而2016年则呈现先增加后降低的规律，N3与N2水平下分别达到最大值。2016年试验中水稻总根长、根体积及根表面积等指标均明显高于2015年，可能是由于2016年试验田块基础肥力过高导致，但两年间根冠比差异较小。表明在控制灌溉条件下，地上部与地下部之间协同生长较好。
| 表4 控制灌溉条件下不同施氮量水稻抽穗期单株根系生长状况 Table 4 Root development of single rice plant under intermittent irrigation and different N rates at heading stage |
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由表5可知，控制灌溉条件下，施氮量对杂交籼稻F优498干物质积累量和氮素积累量影响显著。分蘖盛期，2015年和2016年干物质积累量均随着施氮量的增加而增加，即N4 > N3 > N2 > N1 > N0。而拔节期，2015年干物质和氮素积累量均随着施氮量的增加而增加，但N4处理与N2和N3处理差异不显著，2016年则表现为随着施氮量的增加干物质和氮素积累量先增加后降低，N3水平时均达到最大值，且显著高于其他处理。抽穗期，2015年和2016年干物质积累量分别在N3和N4下达到最大值，而氮素积累量两年试验均在N4水平下达到最大值。成熟期，2015和2016年试验中氮素积累量两年表现一致，而干物质积累量则年份间表现不同，2015年干物质积累量随着施氮量的增加而提高，而2016年干物质积累量则在N2水平下达到最大值，表现为N2 > N3 > N4 > N1 > N0。此外，2016年在成熟期干物质和氮素积累量较2015年分别平均提高10.4%和16.1%，因而其产量也一定程度上提高。综合两年试验结果可知，控制灌溉条件下，施氮量为135～180 kg/hm 2时，水稻各生育期干物质及氮素积累量表现较好，但与土壤肥力水平和气候条件密切相关。
| 表5 控制灌溉条件下不同施氮量杂交籼稻F优498各生育期干物质及氮素积累量 (kg/hm2) Table 5 Dry matter and nitrogen accumulation of hybrid rice F You498 under intermittent irrigation and different N rates at different growing stages |
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由表6可知，控制灌溉条件下，施氮量对杂交籼稻F优498抽穗期至成熟期茎鞘及叶氮素转运影响显著。2015年，N2水平下茎鞘氮素转运量、转运率、贡献率及叶氮素转运量均达到最大值。叶氮素转运率及贡献率均随着施氮量的增加而降低，即N1 > N2 > N3 > N4。2016年，茎鞘氮素转运量、转运率、贡献率及叶氮素转运量均在N3水平时达到最大值。而叶氮素转运率及贡献率则随着施氮量增加呈先增加后降低，N2与N3水平下分别达到最大值，分别为56.2%和38.2%。此外，随着施氮量的增加，2015年试验穗部氮素积累量逐渐增加，而抽穗期至成熟期氮素转运贡献率则表现相反，且N2、N3、N4处理间两者差异均未达显著水平。2016年，穗部氮素积累量及抽穗期至成熟期氮素转运贡献率均随着施氮量的增加先增加后降低，N3水平时，均达到最大值，分别为154.66 kg/hm 2和76.6%。从年份间比较看，抽穗至成熟期氮素转运贡献率两年之间差异不大，而其他指标差异明显。其中，2016年试验中叶氮素转运量、转运率、贡献率及穗部氮素积累量分别较2015年提高65.9%、4.6%、46.2%和15.3%，而茎鞘氮素转运量、转运率及贡献率则分别降低16.4%、27.0%和27.3%。说明增施过多氮肥无益于增加穗部氮素积累量，同时高土壤肥力下抽穗期至成熟期叶氮素转运量及转运率显著高于茎鞘。
| 表6 控制灌溉条件下施氮量对杂交籼稻下优498抽穗期至成熟期叶片及茎鞘氮素转运的影响 Table 6 Effects of nitrogen rates on nitrogen translocation in leaves and stem-sheathes of hybrid rice F You498 from the heading to mature stages under controlled intermittent irrigation |
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由表7可知，控制灌溉条件下，施氮量对水稻氮素利用效率影响显著。两年试验结果中杂交籼稻F优498氮素利用效率指标氮肥偏生产力、氮素生产率、氮肥干物质生产效率和土壤氮素依存率均随着施氮量的增加而逐渐降低，即N1 > N2 > N3 > N4。氮肥回收利用率也表现一致，均随着施氮量的增加呈现先增加后降低，N2水平下达到最大值，与N3水平下无显著差异。就氮肥农学利用率和氮收获指数而言，年份间表现不同。2015年随着施氮量的增加氮肥农学利用率先增加后降低，氮收获指数则逐渐降低，分别在N2和N1水平时达到最大值。而2016年氮肥农学利用率随着施氮量的增加逐渐降低，氮收获指数先增加后降低，分别在N1和N2处理达到最大值。从年份间比较来看，2016年氮肥农学利用率、氮素生产效率、氮肥干物质生产效率和氮收获指数较2015年分别降低4.4%、5.1%、9.1%和4.3%，而氮肥偏生产力、氮肥回收利用率和土壤氮素依存率较2015年分别增加10.8%、10.3%和2.1%。综上可知，控制灌溉条件下，施氮量为135～180 kg/hm 2时，能够获得最佳的氮肥回收利用率，且其他氮素利用效率指标表现理想。
| 表7 控制灌溉条件下不同施氮量杂交籼稻F优498氮素利用效率 Table 7 Nitrogen use efficiencies of hybrid rice F You498 under intermittent irrigation and different nitrogen rates |
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由表8可知，控制灌溉条件下，氮肥偏生产力和氮肥农学利用率与产量呈显著正相关，与各生育期干物质及氮素积累量呈正相关，但均未达显著水平。氮肥回收利用率与各生育期干物质积累量、氮素积累量和产量均呈显著或极显著正相关 (r = 0.62*～0.82**)，而氮素生产率及氮肥干物质生产效率则呈显著或极显著负相关 (r = –0.61*～–0.98**)。氮收获指数和土壤氮素依存率与各生育期干物质积累量、氮素积累量和产量呈负相关关系，除氮素收获指数与拔节期干物质积累量和氮素积累量之间和土壤氮素依存率与分蘖盛期、抽穗期干物质积累量之间未达显著水平外，其他均达显著或极显著水平。此外，抽穗期叶面积指数和高效叶面积指数与各生育期氮素积累量呈极显著正相关，与产量呈显著或极显著正相关。同时，抽穗期总根长与产量呈极显著正相关，根直径、根表面积、根体积和根干重与各生育期氮素积累量和产量均呈显著或极显著正相关。总根长、根表面积、根体积和根干重与成熟期干物质积累量均呈极显著正相关 (r = 0.75**～0.86**)。
| 表8 杂交籼稻F优498氮素效率及抽穗期叶、根指标间相关性分析 Table 8 Correlation coefficients among indicators of nitrogen efficiencies and indexes of leaf and root at heading stage of hybrid rice F You498 |
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合理的稻田灌溉和施肥是提高水稻产量和实现水、肥资源高效利用的重要基础。关于不同水、氮管理对水稻群体生长及产量形成的影响，前人做了大量研究[21–22]，但针对控制间歇灌溉条件下的研究报道较少。郭群善等[23]研究认为，间歇灌溉下水稻产量较常规灌溉有所提高。与常规灌溉相比，其增产原因主要在于间歇灌溉条件下水稻产量构成因子穗粒数、结实率、千粒重均表现较好，弥补了有效穗数量的不足对产量造成的负效应。同时，研究指出，常规灌溉下，不同氮肥水平间产量差异显著。而低施氮条件下，间歇灌溉处理下水稻产量显著高于常规灌溉处理。本试验发现，水稻产量随着施氮量增加先增加后降低 (y = –0.1116x2 + 38.003x + 8989.7, r = 0.9843**)，当施氮水平超过180 kg/hm2时，两年水稻产量均有所下降，说明施用较高的氮肥，不利于间歇灌溉条件下水稻增产。且2016年试验水稻产量较2015年提高9.74%，可能是因为水稻生长中后期温光条件较好和2016年试验田块土壤肥力较高 (表1和图1)，通过获得更多的有效穗和群体颖花量，且保持较好的结实率，从而使产量有所提高。此外，间歇灌溉条件下能够增产，还得益于水稻群体生长质量更好，有利于高产群体的构建。其中，顾东祥等[24] 指出合理施氮和控水可以调节根系的生长与分布特征。常规灌溉方式下，根系主要分布于上层土壤，且根系活力较差，容易早衰，而间歇灌溉下，土壤通透性较好，根区溶氧能力增强，能够促进水稻根系向下层土壤伸长并保持较高的根系活力[25]，有利于促进水分及养分的高效吸收利用[5, 26]。此外，赵宏伟等[7]研究表明，灌溉方式显著影响水稻各生育时期叶面积指数，与常规淹灌相比，轻干湿交替灌溉条件下有利于显著提高水稻叶面积指数、高效叶面积率。范立春[27] 也研究指出，控制性间歇灌溉和SSNM(实地氮肥管理) 交互作用下显著提高了抽穗后叶面积指数。且节水灌溉处理下，水稻生育后期剑叶始终维持较高的光合速率[8]，物质生产能力更强，从而确保了水稻具有充足的“源”。而一定程度增施氮肥，有助于促进有效穗数和穗粒数的提高，从而获得更多的群体颖花量，增大了水稻“库”容，其效应大于施氮所致结实率降低所带来的负效应，从而提高了水稻产量。本试验相关分析结果显示，抽穗期叶面积指数、高效叶面积指数及抽穗期根系特征与水稻产量呈显著或极显著正相关。说明控制灌溉条件下配以适宜氮肥用量有助于促进地上部与地下部良好协同生长，有利于产量的提高。水稻植株既具有旺盛生理活力的根系系统，又具有合理而高效的冠层系统[8]，这可能是控制灌溉条件下水稻得以高产的重要保证。
3.2 控制灌溉条件下施氮量对杂交籼稻氮素利用的影响氮肥用量过高是导致氮肥利用率低的主要原因[3, 28]。氮肥偏生产力与产量呈极显著正相关，说明通过合理的技术调控，同步实现水稻高产与氮素高效利用在一定条件下是可能的[29]。节水灌溉模式下适宜的氮肥运筹对提高水稻氮吸收利用及产量作用显著，且水、氮间存在显著的互作效应[18, 19]。灌溉方式主要影响氮素收获指数和氮素转运效率[30]，与常规灌溉相比，间歇灌溉条件下氮肥利用率更高[31]。其原因可能在于节水灌溉下土壤的好氧生境促进了微生物群落的发展，利于土壤氮矿化及硝化作用的进行。同时，节水灌溉显著提高土壤中硝态氮的含量，有效地减少了土壤的氮素淋溶损失[32]。孙永健等[18]研究发现干湿交替灌溉条件下能够提高水稻氮素干物质生产效率及稻谷生产效率，而刘立军等[15]指出干湿交替灌溉和常规灌溉的氮肥吸收利用率无明显差异，而结实期干湿交替灌溉提高了高施氮量处理氮肥的农学利用率和生理利用率。同时，王绍华等[33]研究显示，采用间歇灌溉并不会显著降低植株对氮素的吸收，反而利于营养器官储存氮素参与再分配和再利用。彭世彰等[12]研究也发现控制灌溉模式显著改善了水稻对氮素的吸收，有效地抑制生育前期营养器官对氮素的吸收，有利于水稻生育中后期氮素的吸收。同时，控制灌溉与SSNM联合调控显著降低秸秆氮素含量，提高了水稻营养器官氮素的转运量，有利于氮素向穗部的转移。本试验则进一步表明，采用控制灌溉，施氮量为180 kg/hm2时，显著提高了氮肥回收利用效率。但在土壤基础肥力过高时 (2016年)，增施氮肥，提高了抽穗期至成熟期叶氮素转运量及转运率，但抑制了茎鞘中氮素的转运，从而造成收获时茎秆中滞留大量氮素。且当施氮量超过180 kg/hm2时，抽穗期至成熟期穗部氮素积累量和氮素转运贡献率并没有得到提高，反而降低。此外，根系形态参数是决定水稻高效吸收和利用氮素营养的决定性因素[26]。节水灌溉下，根际溶氧量增加，可显著提高稻田氧化还原电位和硝态氮含量，这两个因素都会影响水稻的根系形态建成和氮素吸收[34]。徐国伟等[5]研究发现，轻度水分胁迫下，根系活跃吸收面积、根系氧化力及根系中氮代谢关键酶如谷氨酰胺合成酶 (GS)、谷氨酸合成酶 (GOGAT) 等活性较高，进而促进根系对氮素的吸收与利用。同时本研究也发现，控制灌溉条件下，根系特征各指标与各生育期氮素积累量显著或极显著正相关。根系良好的生长发育状况及活性，可能是控制灌溉条件下氮素高效吸收利用的基础。
4 结论本试验中，结合控制灌溉，杂交籼稻品种F优498氮肥施用量可较常规施氮量减少45 kg/hm2左右。
控制灌溉条件下，施氮量对水稻产量的影响与土壤肥力和温光条件密切相关。在光照积温较好、土壤肥力较高时，施氮量为135 kg/hm2时表现最佳，而在光照积温较差且土壤肥力较低时，则以180 kg/hm2较为适合。
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