在热带美洲大陆，水稻产量对于区域发展，包括食品供应和社会稳定变得越来越重要，在不断变化的气候条件下，改进农艺实践以实现资源高效和盈利性利用的农艺信息很少，在哥伦比亚，稻谷产量约为251万吨，平均单产为4.84吨/公顷。

这还不足以满足日益增长的水稻需求，施用氮肥和灌溉水是增加产量所必需的，但是由于效率低下，其高投入导致生产成本增加，单单化肥的成本就占到了水稻生产成本的17%，这可能在国际市场上造成不利，并对环境可持续性产生影响，但是对于这些资源使用的定量农艺信息很少见。

«——【·哥伦比亚水稻生产中的生态生理信息的收集·】——»

在哥伦比亚，水稻栽培与典型的亚洲低地稻田系统有很大不同，哥伦比亚稻田要么是在由等高堤坝分隔的坡地上种植，要么是在平整的田地上种植，在这两种类型的田地中，机械化干直播法是主要的种植方法，不需要将土壤打浆。

其独特的栽培特点包括，直播播种系统，不需要打浆，少量使用有机改良剂，以及较大的单元田地和单元农场规模，这些特点导致了连续冲洗式的定时灌溉供水，不需要维持水分停留或积水，以及每公顷连续分五次施用，总计180-220千克的化学合成氮肥。

其中在植物营养生长期需要更多的施肥，在亚洲的移栽式稻田生产中，有很多关于节省氮肥和节水栽培的研究，这基本上通过家庭劳动和劳动密集型方式进行，但在哥伦比亚和美洲大陆等市场导向的大规模稻田生产系统中，这方面的努力和报告较少。

在哥伦比亚和美洲大陆的直播稻田生产中，必须开发更高效地利用氮肥和水的方法，从1980年到2012年，在哥伦比亚中部平均降雨量为1473毫米，通常有两个高峰季节，一个是从10月到11月，另一个是从3月到4月。

7月至9月的阳光明媚月份，平均记录了每天18.8兆焦耳/平方米的太阳辐射，而3月至5月的平均辐射量为每天16.8兆焦耳/平方米，不规则的气候事件频率逐渐增加，2015年至2016年的厄尔尼诺现象，减少了中小河流流域的灌溉水供应，导致水稻种植面积减少，产量也减少。

厄尔尼诺现象导致空气温度升高，特别是在2016年2月至4月之间，导致下游田地产量不稳定减少，2015年至2016年期间的海洋尼尼奥指数较高，被认为是自1950年以来第二强烈的。

为了更好地证明在哥伦比亚水稻生产中的节水和节能，需要量化不同季节，包括厄尔尼诺年份，在明确的气候条件下，水和太阳辐射等资源与水稻产量之间的关系，不同于决策制定过程在亚洲国家，基本上受农业经验的长期指导。

新型市场导向的水稻种植，确实需要这些量化关系来进行决策，例如何时种植和应用多少灌溉，像亚洲已经建立的交替湿润和干旱灌溉等，节水灌溉管理策略在拉丁美洲仅少数进行了研究。

通过调整灌溉间隔或使用交替湿润和干旱，可以更有效地利用水资源，提高氮肥利用效率，还可以通过优化施肥的时间、肥料类型、施肥量和施肥方式，来提高氮肥利用效率，由于不打浆可能会减少积水和可利用的土壤水分，在直播水稻种植系统中节水的机会可能会有限。

但目前缺乏定量的证据，节水可能会导致土壤开裂，增加深部渗透，对于成功的节水，需要考虑蒸发蒸腾和季节降雨的平衡，有效管理水和氮能够提高产量和资源利用效率，降低生产成本。

在拉丁美洲，特别是在哥伦比亚等热带稻作环境中，关于干直播条件下灌溉水量和氮肥用量的基本信息还不足，研究旨在研究减少氮肥施用量对谷物产量、地上生物量和氮吸收的影响，以及在2015-2016年厄尔尼诺期间，减少灌溉水供应对干直播水稻的影响。

提出了两个假设，在干直播系统中，包括水节约灌溉策略在内，氮肥施用量可以减少而不降低产量，最低可达每公顷氮肥约140公斤，通过慢释放肥料和基肥有机改良的结合，测试将5次分施氮肥是否可以减少到3次。

在没有水稻鼓泡的干直播系统中，水节约策略的成功取决于气候因素，作为第一步，研究旨在哥伦比亚平整田地中收集定量的生态生理信息。

«——【·试验场地、土壤和肥料施用·】——»

研究于2015年和2016年，在哥伦比亚托利玛省萨尔达尼亚的FEDEARROZ Las Lagunas站进行了田间实验，由于位于热带山谷地区，该地区通常气温较高且湿度较大，病害和虫害的发生在萨尔达尼亚很常见。

土壤属于壤土，含沙36％、淤泥52％和粘土12％，pH值为5.4，有机质含量为13.1 g kg−1，2015年实验开始前对0-15厘米深度的土壤进行化学分析，结果显示，总氮1559 mg kg−1，总磷460 mg kg−1，硼0.5 mg kg−1，铜3.10 mg kg−1，锌5.1 mg kg−1，锰23.4 mg kg−1，铁120.3 mg kg−1，铵态氮3.9 mg kg−1，硝态氮34.6 mg kg−1。

土壤硫含量较低，由于该地点没有单一的硫肥可用，因此必须施用硫酸铵来纠正土壤硫含量过低，使用硫酸铵和“Micro-essential”肥料使氮的施用量为39 kg N ha−1，按照当地农艺师的建议，在所有地块上施用了五种商业肥料，尿素以不同的施氮处理分次施用具体的施用量。

«——【·地块布局和实验设计·】——»

实验在三个相邻的田地中进行，每个田地面积为22.4米×40米，采用了三种灌溉策略，传统策略，每3天灌溉一次；轻度节水策略，每6天灌溉一次；高风险节水策略，每8天灌溉一次。

W1被认为是接近持续灌溉的常水淹的田地，而W2和W3分别被认为是适度的AWD和严苛的AWD策略，为了避免水流，田地之间留有足够的空间，并且两年都使用相同的田地，在每个田地中，按照随机区组设计安排了五个氮水平，并进行了三个重复。

地块的命名是根据总氮的施用量，例如“N220”表示每公顷施用220公斤的氮肥，N220是最高施用量，N180是传统施用量，N140是减少的施用量，相对于N180减少22%，相对于N220减少36%。

N180SR是将分施氮肥的次数减少到三次，尿素的50%来自慢释放型，并在2015年施用土壤改良剂“Gaicashi”，施用量为每公顷667千克，在2016年为每公顷2000千克，ENTEC尿素含有延迟硝化的硝化抑制剂DMPP。

可延缓硝化过程长达10周，使稳定的铵盐缓慢释放亚硝酸盐，NB被视为计算氮利用效率参数的基准水平，每个N地块的宽度为2.4米，长度为11米，坚固的土垄避免了地块之间的水流，第二个季节重新随机安排了N地块，以避免累积的氮效应。

«——【·植物栽培·】——»

在播种前，田地经过犁田机犁耕和激光平整处理，稻谷的干种子直接通过直播机在干燥的土壤中播种，每平方米播种量为6.6克，在2015年5月15日和2016年2月17日，分别按照行间距20厘米的间隔进行种植，发芽日期分别为2015年5月25日和2016年2月27日，通过补缺的方式，实现了每平方米最低200株的密度。

«——【·气候和土壤湿度·】——»

现场通过一个气象站每小时记录降雨量、太阳辐射、最低和最高温度以及相对湿度，使用气象站的数据，通过Penman–Monteith方法计算平均参考蒸散发量，土壤水势通过土壤湿度传感器在5厘米深度进行测量，每种处理一个传感器，每个田地安装了一个30厘米长的压力计型张力计，使用时间域反射计和一个12厘米长的探头测量体积含水量。

«——【·水深监测和水平衡·】——»

灌溉水输入量是通过每隔10分钟，从压力传感器测量的水深估算得出的，一个固定在每个田地的水入口处的帕夏尔水槽，另一个固定在空气中，计算公式如下，Q10=1.84×(0.4−0.2d)×d1.5×600，为了进行初始校准，水深进行了多次手动测量。

每次灌溉事件的持续时间也进行了测量，灌溉输入量是从处理开始后的20天开始计算的，2015年6月14日和2016年3月18日，直到开花和成熟的90%阶段。

«——【·物候和叶绿素含量·】——»

在所有地块中，记录了开花期的90％时的表型特征，在所有地块的开花期达到50％时，在每个地块中的5株植物中，使用SPAD 502叶绿素仪测量了最上部完全展开叶片中部的叶绿素含量。

«——【·生物质取样·】——»

在每个地块中，在出苗后的30、50、70和90天，分别在1平方米的范围内对地上生物量进行采样，记录了总鲜重，以及子样本的鲜重和干重，按照以下公式计算每平方米的总干重，DWt=FWt×DWs/FWs。

«——【·光截留分数和辐射利用效率·】——»

在采样时机的晴天11:00和13:00之间，使用一台线性量子传感器测量光合有效辐射，在每个地块中，使用两个单独的传感器同时测量冠层上方和下方的PAR读数，使用对角放置传感器在冠层下方的排上进行PAR读数，根据这些PAR读数，计算光线截获比例如下，FI(%)=(PARa−PARb)/PARa×100。

稻田冠层的累积辐射截获通过每日太阳辐射乘以根据测得的FI值之间的线性变化假设得出的每日FI计算得出，RI(MJm−2)=Σ每日太阳辐射×每日FI，将地上生物量绘制为累积RI，利用处理平均数据和复制数据的线性回归斜率获得辐射利用效率。

«——【·光合参数·】——»

在2015年8月14日和2016年5月21日的开花阶段，在每个地块的最上部完全展开的叶片和旗叶上，选择3株植物，在晴天的09:00至11:30之间进行测量。

腔室内湿度调整为80％，进入腔室的参考CO2浓度设定为400 µmol mol−1，块温度设置在28至31°C之间，以保持1500 µmol m−2 s−1下的空气温度±2°C，在测量过程中，参考和样品CO2浓度的值每30分钟进行一次匹配。

«——【·产量和产量成分·】——»

在成熟期，从每个地块的5株植物中测量了植株高度，从茎基到最高穗尖，粮食产量从4平方米的面积确定，并且按照14％的含水量进行调整，穗密度、地上生物量、收获指数和其他粮食产量组成部分，从额外的0.4平方米的面积确定。

所有穗都进行了计数，然后手动脱粒，经过烘干到恒定重量后，记录了粮食和秸秆的干重，以计算HI，即粮食干重与粮食加秸秆干重的比值，所有粮食被浸泡在自来水中，以将完全填满的粮食与部分填满和空的粮食分开。

沉底的粮食被认为是完全填充的，浮出水面的粮食通过手工压榨分为空粒和部分填充粒，分开的粮食经过烘干并记录干重，从每个类别中，计数和称重50颗粮食，计算出每平方米的1000颗完全填充粒的重量和粒数，粮食填充率被计算为完全填充粒的比例与总粒数的比值。

«——【·氮分析·】——»

通过Skalar San分析仪，对粮食和秸秆样品的氮含量进行了干重分析，将数值乘以干重以计算氮重量，然后将其相加以计算总氮吸收量，生物量的氮利用效率被定义如下，同时计算了以下指示氮利用的参数，NUEofbiomass=totalabovegroundbiomass/totalNuptake。

NHI=grainNweight/totalNuptake，一个gronom我cNeff我c我ency=[(Gr一个我ndrywe我ghtNlevel−Gr一个我ndrywe我ghtNB)/(Nfert我l我zerNlevel−3.9)]，Nrecovery%=[(tot一个lNupt一个keNlevel−tot一个lNupt一个keNB)/(Nfert我l我zerNlevel−3.9)]×100，数值3.9是NB处理中的基准值。

«——【·统计分析·】——»

数据在GenStat v. 17软件中进行了分析，方差分析检验了氮、灌溉策略、年份及其交互作用在两年结果中的主要影响，在每年中，对粮食产量、地上生物量和收获指数也进行了方差分析，多重比较分析使用了Tukey’s测试进行。

«——【·讨论·】——»

从传统用量减少22%的N施用量并没有降低粮食产量，产量组分或水分利用率，无论是哪一年，尽管N140中总氮吸收量和粮谷和秸秆的氮浓度降低，但N140的地上生物量氮利用效率和总氮利用效率值，高于N220、N180和N180SR。

N140中显著较高的总氮利用效率相对于N220表明，在每千克氮肥施用量上产量增加更多，这些基地试验的数据表明，在哥伦比亚的热带低洼稻田中存在节氮的巨大潜力，在中国，通过使用实时氮管理和固定时间，可调剂剂量氮管理方法，将氮肥施用速率从传统的每公顷180-240千克氮肥，减少到每公顷60-120千克氮肥。

将氮肥施用速率从每公顷270千克，减少到每公顷180千克会增加氮回收效率、总氮利用效率和部分因子生产力，同时不影响产量，针对具体场地的氮管理和应用缓释肥料，可以将氮肥施用量从每公顷195千克，减少到每公顷133千克，同时增加氮利用效率和产量。

从经济效益的角度，氮肥施用量应略低于最大产量的施用量，研究表明，在产量或氮参数上，氮水平和灌溉策略之间没有交互作用，因此即使在节水管理条件下，将氮肥减少到每公顷140千克也是有效的。

利用缓释氮和有机物质应用于N180SR中，并采用较少的分划，并没有降低谷物产量、水分利用效率或任何关于氮素的参数，包括回收效率和利用效率，这个结果表明，利用有机物质和缓释肥料可以继续供应氮营养，提高肥料氮的回收率，并降低施用频率和成本。

在交替湿润和干燥条件下，有机物质的加入增加了氮、磷和钾的吸收，有机物质的添加增加了土壤的生物活性，土壤团聚体稳定性、持水能力和阳离子交换能力，这些都有助于保留氮素和减少氮素淋失。

有机物质的添加可以调节土壤氮素的固定和矿化作用，从而提高氮的吸收，无法分解N180SR对有机物或缓释氮的影响，但研究表明，通过减少分划次数，可能有可能满足作物对氮的需求。

«——【·结论·】——»

将氮肥减少到每公顷140千克可以降低氮吸收量，但由于提高了各种灌溉策略在湿季和旱季中，氮利用效率和总氮利用效率，产量并没有减少，延长灌溉间隔在旱季中每节约100毫米水量，可使产量降低74克每平方米，但在湿季中并不会降低产量。

相比旱季的1474毫米，湿季最佳产量是在总供水量为993毫米的情况下达到的，湿季中显性氮肥回收率比旱季高得多，导致湿季中氮吸收量、光合有效能利用效率和粮食氮浓度较高，研究表明，在哥伦比亚的旱田播种稻米生产中，氮肥至少可以节约至每公顷140千克，而轻度节水策略的成功更多地取决于季节性气候条件。

参考文献

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