氮肥用量對水稻明珠2號產量和氮肥利用率的影響

李超英，計小江，吳春艷

(浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

氮素是影響水稻生長發育和產量最敏感的因素。在稻田生態系統中，氮素是水稻生產中的主要養分限制因子之一［1］。在一定施氮范圍內，水稻的產量隨供氮水平的提高而增加，氮素積累總量和利用效率隨著氮素水平的提高而增加，但是，超過一定的氮肥水平以后，水稻的產量和氮素利用效率將不再提高［2－4］。

我國水稻生產氮肥施用量高而肥料利用率低是困擾我國水稻生產的一個突出問題。朱兆良等的研究表明，我國主要農作物水稻及麥類對氮肥的利用率平均只有28% ～41%［1］，低于世界發達國家水平。目前，在水稻高產栽培中，氮肥施用量已達純N(下同)300～350 kg·hm－2，甚至高達 400～450 kg·hm－2［2］。施用過量氮肥不僅可造成稻田生態系統中氮素的大量盈余和大量損失，造成農民收入減少和國家資源浪費，還會引起地下水的硝酸鹽污染、湖泊富營養化和大氣溫室氣體的增加［5－7］。本研究在大田間條件下研究了氮肥用量與水稻吸氮量、水稻產量、氮肥利用率的關系，以期確定合理的氮肥用量，為指導水稻生產合理施肥提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在浙江省農科院海寧楊渡試驗基地(120°25'01″E，30°26'04″N)進行，海拔 3 ～ 4 m。供試土壤起源于江海沉積物，為滲育水稻土亞類黃松田土屬。該區屬中亞熱帶季風氣候區，年平均氣溫16～17℃，≥10℃積溫4 800～5 200℃，年降水量1 500～1 600 mm，年蒸發量 1 000～1 100 mm，無霜期 240～250 d，年日照時數 1 900～2 000 h，年太陽輻射量100～115 J·cm－2。試驗設在農業部浙江土壤肥料與環境科學觀測實驗站內。試驗田排水狀況良好，耕層質地為粉砂性粘壤土，供試土壤肥力中上等，其土壤基礎肥力性狀:pH值 6.90，有機質14.32 g·kg－1，速效氮113.2 mg·kg－1，速效磷 26.8 mg·kg－1，速效鉀 49.2 mg·kg－1。

供試水稻品種為高產水稻品種明珠2號。

1.2 處理設計

試驗設 5個 施氮水平 (0，90，180，240，300 kg·hm－2)處理，分別用代號N0，N90，N180，N240，N300表示。隨機區組排列，小區面積20 m2，重復4次。所有處理施過磷酸鈣 (P2O5)75 kg·hm－2，氯化鉀 (K2O)105 kg·hm－2，與本地區水稻磷鉀施肥量相一致。氮肥1/3作基施，另2/3在分蘗期追施，磷鉀肥全部作基施。單季晚稻于7月15日移栽，10月18日收割。

1.3 測定項目

水稻成熟后，每小區單獨收割測產，并選取代表性水稻植株5穴，從中隨機選擇15株進行考種和水稻產量構成要素分析。

每個處理在試驗前和水稻收割后取0～15 cm混合土樣各1個，同時采集每小區水稻籽粒和秸稈樣品各1個。土壤全氮、全磷、礦質氮、有效磷(Olsen-P)、有效鉀 (NH4Ac)、pH值、有機質以及植株和籽粒樣品的氮、磷、鉀均采用《土壤理化分析方法》［8］中的常規方法測定［9］。

1.4 統計分析方法

試驗數據采用Excel 2003和SAS 9.0進行作圖和方差分析，并采用Duncan’S新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 植株性狀和產量構成

不同的氮肥用量對水稻植株性狀和產量構成要素產生顯著影響 (表1)。從表1可以看出，水稻株高隨氮用量的增加而提高，其中N240和N3002個處理顯著高于對照 (N0)和N90處理。提高氮肥水平可以增加水稻單位面積有效穗數、每穗粒數和實粒數，其中施氮處理的每穗實粒數和結實率顯著高于對照，而施氮處理的千粒重與對照之間沒有顯著性差異。

表1 不同施氮水平對水稻植株性狀和產量構成要素的影響

提高水稻的成穗率有利于改善冠層結構，改善中后期群體光照條件，延長功能葉壽命，提高抽穗后群體光合效率，獲取高產。本研究表明，當供氮水平超過240 kg·hm－2時，有效穗數、每穗實粒數和千粒重開始下降，說明當氮肥施用過量時，水稻營養生長過旺，增加無效分蘗與空癟率。

2.2 水稻產量

試驗結果(表2)表明，施用不同量的氮肥對水稻有顯著的增產作用。稻谷和稻草的產量均隨著氮用量的增加而提高。獲得稻谷和秸稈最高產量的分別為N240和N300處理，其產量分別為8 041 kg·hm－2和 16 723 kg·hm－2。處理 N90，N180，N240和N300的稻谷產量分別比對照提高10.2%，15.4%，20.7%和14%，稻草產量分別提高11.6%，18.1%，21.9%和23.5%。隨氮肥用量的增加水稻谷草比略有降低，表明過量施用氮肥不利于水稻的生殖生長。

表2 不同施氮水平對水稻產量的影晌

2.3 水稻植株氮含量和對氮的吸收

由表3可以看出，水稻籽粒和秸稈中的氮含量均隨氮用量的增加而提高。當施氮量在180 kg·hm－2以上時，籽粒和秸稈中的氮含量比對照有顯著性增加。施氮240 kg·hm－2及以上處理的秸稈氮含量與180 kg·hm－2及以下處理的秸稈氮含量之間也存在顯著性差異。

由于水稻籽粒和秸稈中的氮含量均隨氮用量的增加而提高，因此 (籽粒和秸稈)對氮的吸收量也隨氮用量的增加而顯著提高。統計結果顯示，氮肥用量 (x)水平與單位面積吸氮量 (y)之間呈極顯著的直線關系:y=38.84x+116.62(r=0.982 6＊＊)。與籽粒產量變化一致，氮肥用量在一定施用范圍內，地上部單位面積吸氮量隨施氮量的增加而增加，但超過240 kg·hm－2后，吸氮量的增加開始下降。處理N90，N180，N240和N300的地上部氮吸收量分別比對照提高32.5%，67.0%，92.3%和102.2%。

表3 不同施氮水平對水稻植株氮含量和吸收的影晌

2.4 氮素利用率

每100 kg籽粒吸氮量和養分內部利用效率是常用的氮肥利用效率評價指標。已有研究表明，不同施氮處理作物氮肥利用效率有所不同，高氮供應時利用率較低［10］。根據氮肥施用量和和水稻吸氮量計算出氮素利用率表明，隨著氮肥用量的增加，100 kg籽粒吸氮量直線增加 (圖1)，說明施氮可以促進水稻對氮素的吸收，但施用量越高，單位氮素生產干物質及稻谷的能力以及稻谷中氮素所占比例都會下降，即多吸收的氮素并沒有使籽粒產量同步增加，而是多積累在稻草中［11］．。

Gerloff等［12］提出的植物養分利用效率概念，即養分內部利用效率 (internalnutrientuse efficiency，INUE)/(kg·kg－1)= 經濟產量 /養分吸收量。在本研究中，INUE表示吸收單位重量養分所生產稻谷的重量，即表現了養分利用在生理方面的效率，也一定程度上表示了水稻生產的經濟效率。本研究的結果顯示，施用氮肥顯著降低了養分內部利用效率，且施氮量越高養分內部利用效率降幅越大 (圖1)。氮脅迫條件下，水稻能夠經濟、有效地利用所吸收的氮，當土壤中氮源相對充足時，氮利用效率降低，符合效益遞減規律。

氮肥用量 (x)與100 kg籽粒吸氮量 (y)和養分內部利用效率 (y)之間的相關研究顯示，氮肥用量與這2個氮素利用率之間的相關性達到極顯著，y=0.005x+2.226 2(r=0.991 2＊＊)，y=0.066 5x+44.475(r= －0.979 7＊＊)。

3 小結

隨著氮用量的增加，水稻有效穗數和每穗實粒數顯著提高，氮吸收量也隨之增加，從而導致稻谷產量顯著增加。氮肥用量與100 kg籽粒吸氮量之間呈極顯著的正相關 (r=0.991 2)，而氮肥用量與養分內部利用效率之間呈極顯著的負相關 (r=－0.979 7)。

圖1 氮肥用量與每100 kg籽粒吸氮量和養分內部利用效率之間的相關性

施氮量240 kg·hm－2時能更好地協調水稻產量和肥料利用率矛盾，獲得最高產量。施氮量超過240 kg·hm－2時，雖然還能增加秸稈產量，具有高效吸收的特點，但稻谷產量開始下降，造成水稻經濟效益的下降，因此在本研究的條件下，水稻施氮的最佳用量為240 kg·hm－2。

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