氮肥不同用量對南四湖區水稻產量及氮素利用率的影響

趙慶雷等

摘要：針對山東南四湖稻區氮肥施用量過大，導致生產成本增加、農田氮素失衡、氮素流失嚴重的現象，研究了不同施氮量對氮素積累與轉移、稻谷產量及其構成、氮素利用率等的影響。結果表明，不施氮肥處理，抑制了水稻營養生長，顯著降低了水稻分蘗和成熟期有效穗、干物質積累量、植株氮吸收量及稻谷產量；氮肥施用量過大，造成營養生長過旺，形成大量無效分蘗，降低了氮肥利用率，對提高水稻產量無顯著效果。在當前氮肥施用水平上減施30%，可有效抑制無效分蘗，使營養生長和生殖生長更加協調，提高氮肥利用率，且對水稻產量無不利影響。

關鍵詞：南四湖區； 水稻； 氮素利用率； 產量

中圖分類號：S511.062文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）07-0078-05

施用氮肥是水稻獲得高產的必要舉措。但長期以來，部分稻區盲目追加氮肥奪高產，如山東南四湖流域部分稻區氮肥施用量高達350～400 kg/hm2，遠遠高于水稻生長所需，帶來生產成本增加、農田氮素失衡、氮素流失導致的農業面源污染嚴重等一系列問題，嚴重威脅到南四湖水體水質。南四湖是南水北調東線山東段重要的調蓄水庫，沿途農田養分的流失直接關系到輸水水質與飲用水安全。因此，在山東南四湖流域，在維持當前水稻產量水平的前提下，減少化學氮肥投入量，已迫在眉睫。相關學者在該領域做了大量研究：王紹華等^[1]研究了江蘇太湖地區水氮互作對水稻氮吸收與利用的影響；潘圣剛等^[2]研究了氮肥用量與基追比例對水稻氮素吸收轉運及產量的影響；莫潤秀等^[3]研究了氮肥運籌對水稻植株不同形態氮含量的影響；晏娟^[4]、魏海燕^[5]、江立庚^[6]、葉利庭等^[7]研究了施氮量對不同氮效率水稻氮素吸收、轉運與利用的影響；魯艷紅等^[8]研究了控釋氮肥對洞庭湖區水稻氮素利用的影響；汪華等^[9]研究了不同氮水平對高肥力稻田水稻、土壤、水體氮素變化及環境影響。不過，針對當前南四湖流域稻田氮素合理施用研究尚少。本研究基于南四湖區稻田氮素施用量過大，導致面源污染嚴重、威脅到南水北調輸水水質的現實，研究了氮肥不同用量對水稻干物質積累、產量、氮素利用及氮素積累與轉移的影響，以期為制定南四湖區水稻高產、高效、節氮、降污的合理施肥技術提供參考。

1材料與方法

1.1試驗設計

田間試驗設在山東省水稻研究所濟寧綜合試驗站，供試土壤為砂姜黑土發育的水稻土，基本理化性狀：有機質含量36.15 g/kg，全氮1.29 g/kg，全磷0.246 g/kg，全鉀22.27 g/kg，堿解氮45.23 mg/kg，有效磷12.45 mg/kg，速效鉀123.12 mg/kg，pH 7.16。供試品種為當地推廣品種圣稻16。

試驗設4種氮肥水平處理，各處理磷、鉀肥用量相同，隨機區組排列，重復4次，小區面積4 m×5 m。小區間筑埂并包膜以防串灌，以當地農田平均氮素用量為標準用量，設各施肥處理分別為：N0，不施氮肥；N1，常規施氮肥（常規氮肥施用量）；N2，過量施氮肥（比N1用量高30%）；N3，減量施氮肥（比N1用量低30%）。供試化肥為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。種植方式為稻-麥輪作，一年兩熟。水稻季常規養分施用量分別為：N 310.5 kg/hm2；P2O5 120.9 kg/hm2；K2O 85.2 kg/hm2。氮肥的施用分作基肥、起身肥、分蘗肥和穗肥4次施用，施用比例為基肥20%，返青肥25%，分蘗肥30%，穗肥25%。磷肥全部用作基肥施用，鉀肥作基肥和穗肥各50%施用。水稻插秧行株距為25 cm×15 cm。

1.2樣品采集與項目調查

2009年6月7日采集0～20 cm耕層基礎土樣。分蘗動態調查的樣點10叢定位，記載基本苗、高峰苗和成熟期的有效穗數。分別于水稻分蘗期、抽穗期和成熟期取有代表性的植株6叢，按莖鞘、葉、穗分開，烘干后測定干物重，樣品保留做含氮量分析。水稻收獲前測定水稻產量構成因素，主要包括有效穗、每穗總粒數、每穗實粒數等。收獲時，各小區選6 m2左右實割，曬干換算成標準含水量后計算產量，并從測產的樣品中取樣測定千粒重。土樣經自然風干后磨碎過2 mm篩，分析相關的肥力指標，植株全氮采用凱氏定氮法測定^[10]。

2結果與分析

2.1不同施氮量對水稻分蘗及干物質積累的影響

由表1可知，與常規施氮處理N1相比，不施氮肥處理N0水稻最高分蘗和成熟期有效穗數均顯著降低，增施氮肥處理N2顯著增加了水稻最高分蘗，但成熟期有效穗數與處理N1差異不顯著。減施氮肥處理N3水稻最高分蘗和成熟期有效穗數與常規施氮處理N1相比差異均不顯著。這說明水稻缺氮會抑制分蘗，降低水稻有效穗數，過量施氮可促進水稻分蘗，但對成熟期有效穗數無顯著影響，適當減施氮肥對水稻分蘗和有效穗數影響不大。

齊穗期水稻干物質積累量以莖最大，其次為葉，穗最小，成熟期水稻干物質積累量以穗最大，其次為莖，葉最?。ū?）。與常規施氮處理N1相比，處理N0水稻齊穗期和成熟期干物質均顯著降低。處理N2齊穗期僅葉中干物質積累量顯著高于處理N1，成熟期干物質積累量與處理N1無顯著差異。處理N3于齊穗期和成熟期干物質積累量與N1均無顯著差異。說明不施氮肥會顯著降低水稻干物質積累量，但適量增施和減施氮肥對水稻干物質積累均無顯著影響。

2.2不同施氮量對水稻吸氮量的影響

由表2可知，與常規施氮處理N1相比，處理N0齊穗期和成熟期吸氮量均顯著降低，氮素收獲指數顯著高于處理N1。處理N2齊穗期葉、莖吸氮量及植株總吸氮量均顯著高于處理N1，成熟期植株吸氮量與處理N1相比均無顯著差異，氮素收獲指數顯著低于處理N1。處理N3齊穗期莖中吸氮量顯著低于處理N1，葉、穗吸氮量及植株總吸氮量與處理N1差異均不顯著，成熟期植株吸氮量與處理N1差異均不顯著，氮素收獲指數兩處理也無顯著差異。

以上結果表明，不施氮肥可降低齊穗期和成熟期植株吸氮量，但能顯著提高氮素收獲指數，增施氮肥可促進齊穗期植株對氮素的吸收，但使氮素收獲指數顯著降低，適當減施氮肥對水稻植株吸氮量影響不大，對氮素收獲指數也無顯著影響。

2.3不同施氮量對稻谷產量及其構成的影響

由表3可知，不施氮肥處理N0與常規施氮處理N1相比，穗數和穗粒數顯著降低，結實率和千粒重均顯著提高，產量較N1顯著降低。與常規施氮處理N1相比，增施氮肥處理N2顯著增加了每公頃水稻穗數，但兩處理間穗粒數、結實率、千粒重無顯著差異，水稻產量差異也不顯著。減施氮肥處理N3水稻產量及產量構成因素與處理N1間差異均不顯著。這說明，不施氮肥降低了每公頃穗數和穗粒數，但提高了結實率和千粒重，總體上使水稻產量顯著降低，增施氮肥處理提高了每公頃穗數，但對穗粒數、結實率、千粒重和產量均影響不大，適當減施氮肥對水稻產量及其構成因素均無顯著影響。

2.4不同施氮量對水稻氮素利用率的影響

由表4可知，與常規施氮處理N1相比，不施肥處理N0氮素表觀轉移量及灌漿期轉移的氮對籽粒的貢獻率均顯著降低。增施氮肥處理N2與N1相比，氮素表觀利用率降低了23.2%，灌漿期氮素表觀轉移量提高了39.5%。 減施氮肥處理N3氮素表觀利用率較常規施氮處理N1顯著提高，提高幅度達72.3%，氮素農學利用率提高幅度達60.4%，灌漿期氮素表觀轉移量降低了24.4%，灌漿期轉移的氮對籽粒的貢獻率降低了25.4%。

以上結果表明，增施30%氮肥降低了水稻氮素表觀利用率和農學利用率，提高了灌漿期氮素表觀轉移量。減施30%氮肥在不減產的情況下大幅度提高了水稻氮素表觀利用率和農學利用率，降低了灌漿期氮素表觀轉移量及灌漿期轉移的氮對籽粒的貢獻率。

3結論與討論

3.1不同施氮量對水稻分蘗、干物質積累及產量的影響

傅慶林^[11]研究表明，營養生長期高氮肥用量顯著增加了葉片干物質重，這與本研究結果是一致的，這是因為營養生長期高氮肥用量促進了葉片中RuBP羧化酶含量的提高，而葉片中RuBP羧化酶含量的提高促進了二氧化碳同化作用和地上部干物質生產^[12]。鄭永美等^[13]研究認為，適量的起身肥可以促進分蘗的早生快發，提高水稻的分蘗成穗率，本研究結果也證實了這一點。本研究中各處理均施用了占總施氮量25%的起身肥，結果表明，減施30%氮肥處理與不施氮肥處理相比，水稻最高分蘗和成熟期有效穗均顯著提高，與常規施氮處理相比，水稻最高分蘗和成熟期有效穗均無顯著差異；增施30%氮肥處理較常規施氮處理提高了水稻最高分蘗數，但對成熟期有效穗數無顯著影響。說明適量的起身肥可以促進水稻分蘗的早生快發，提高水稻分蘗成穗率，前期氮肥施用過量，會產生無效分蘗，降低水稻分蘗成穗率。

在產量及產量構成方面，大量研究表明^[14～16]，隨施氮量的增加，有效穗和穗粒數顯著增加，但施氮量過高反而下降，這與本研究結果是一致的。本研究結果表明，不施氮肥處理水稻分蘗、干物質量、有效穗、穗粒數、結實率均顯著降低；與常規施氮處理相比，增施30%氮肥顯著增加了水稻最高分蘗數和齊穗期葉片干物質量，但對成熟期有效穗、穗粒數、結實率均無顯著影響，產量也無顯著差異；減施30%氮肥對水稻分蘗、干物質量、有效穗、穗粒數、結實率、產量較常規施氮處理均無顯著差異。這說明增施氮肥，主要增加了水稻無效分蘗，導致群體過大，無效生長多，對產量并無顯著貢獻。在常規施氮基礎上減施30%氮肥，對水稻干物質及產量并未構成不利影響。

3.2不同施氮量對水稻氮素吸收、轉移與利用的影響

本研究表明，不施氮肥水稻植株吸氮量顯著降低，但能顯著提高氮素收獲指數；增施30%氮肥提高了齊穗期植株吸氮量，顯著降低了氮素收獲指數，這與晏娟等^[4]的研究結果是一致的；減施30%氮肥處理，僅齊穗期莖吸氮量高于常規施氮處理，齊穗期葉和穗吸氮量、成熟期植株吸氮量及氮素收獲指數與常規施氮處理均無顯著差異。這說明，不施氮肥對水稻生長造成逆境脅迫，但促進了氮素自水稻營養器官向生殖器官的轉移，減施30%氮肥處理完全可以滿足水稻正常生長所需，常規施氮處理所施氮肥多于水稻實際生長所需，多余的氮肥隨徑流流失或殘存在土壤中，增施30%氮肥處理增加了營養生長期無效分蘗數量，造成氮肥的大量浪費。

本研究結果還表明，齊穗期植株氮含量主要集中于莖、葉中，至成熟期，大量氮素由莖、葉轉至籽粒中，這是因為水稻后期氮素吸收能力有限，籽粒氮素主要靠營養器官中氮素的轉運，而大量氮素的轉運是水稻獲得高產的重要途徑^[4]。

3.3不同施氮量對水稻氮素利用效率的影響

本研究結果顯示，增施30%氮肥降低了水稻氮素表觀利用率和農學利用率，提高了灌漿期氮素表觀轉移量。這是由于氮肥施用量過大，超出水稻生長所需，一方面造成大量流失，導致利用率降低，另一方面，使水稻營養生長旺盛，產生大量無效分蘗，提高了灌漿期氮素由莖葉向籽粒的轉移量。減施30%氮肥在不減產的情況下大幅度提高了水稻氮素表觀利用率和農學利用率，降低了灌漿期氮素表觀轉移量及灌漿期轉移的氮對籽粒的貢獻率。這是因為，適當減施氮肥可以滿足水稻正常生長需要，降低了流失量，提高了利用率，另外，適當減施氮肥，使水稻營養生長和生殖生長更加協調，減少了灌漿期氮素由營養器官向生殖器官的轉移。

山東南四湖稻區當前氮肥施用量高于水稻實際生長所需，存在流失風險。氮肥用量過大，造成營養生長過旺，形成大量無效分蘗，降低了氮素表觀利用率及農學利用率，不利于水稻的增產增效。在當前氮肥施用水平上減施30%，可有效抑制無效分蘗，使營養生長和生殖生長更加協調，提高氮肥表觀利用率及農學利用率，且不會對水稻產量造成不利影響，是可行的。

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