不同氮肥水平對水稻15N吸收的影響

李建輝　徐寶安　蒼真名等

摘要 采用田間試驗的方法，利用15N同位素示蹤技術(shù)，研究了施氮對龍粳31和空育131兩個水稻品種15N吸收與分配的影響。試驗結(jié)果表明：植株生長前期水稻吸收的氮素的量最高；水稻籽粒中的15N累積分配量龍粳31高于空育131，而在莖稈龍粳31低于空育131；水稻吸收的氮在植株體內(nèi)的重新分配和轉(zhuǎn)運(yùn)效率對龍粳31的產(chǎn)量增加有重要作用。

關(guān)鍵詞 水稻；15N；吸收；分配

中圖分類號 S143.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼

A 文章編號 0517-6611（2015）15-090-02

Effects of Different Nitrogen Application Rates on 15N Absorption of Rice

LI Jianhui1，2， XU Baoan3， CANG Zhenming1， JIAO Feng1* et al

（1.Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing， Heilongjiang 163319； 2.Heilongjiang Shuguang Farm， Jiamusi， Heilongjiang 154451； 3.Heilongjiang Beidahuang Rice Industry Group Co.Ltd.， Harbin， Heilongjiang 150090）

Abstract In field experiments， the effect of nitrogen application on 15N absorption and distribution of Longjing 31 and Kongyu131 rice varieties was studied by 15N isotopic trace technique.The results showed that nitrogen absorbed by rice plant is the most in the early plant growth， and 15N accumulation of Longjing 31 grains are higher than Kongyu131， but stem organ is the opposite； the reallocation and transfer efficiency of nitrogen absorbed by rice have an important role to the increasing of Longjing 31 output.

Key words Rice； 15N； Absorption； Distribution

氮是作物必須的營養(yǎng)元素，對作物生長和產(chǎn)量有重要影響[1-4]。水稻產(chǎn)量的形成在很大程度上取決于氮素在營養(yǎng)器官和生殖器官中的積累和運(yùn)移分配[5-6]。一般認(rèn)為，水稻對氮素利用吸收起決定作用的生育時期是分蘗期到開花期。這一生育階段吸收的氮素主要貯藏在葉中[7]。當(dāng)水稻進(jìn)入開花期，貯藏于營養(yǎng)器官中的氮素就開始向籽粒中運(yùn)轉(zhuǎn)，以滿足籽粒灌漿對氮素的需求[8-9]。對水稻生產(chǎn)中氮素吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)等方面進(jìn)行深入研究，更有利于人們對水稻生長發(fā)育的深層次理解和調(diào)控。

在當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況下，依據(jù)作物生長過程中對肥料的需求，合理地施用化學(xué)肥料，在獲得合理產(chǎn)量的同時，又能極大地提高施入肥料的利用效率。據(jù)此，筆者利用N15同位素示蹤技術(shù)，通過田間小區(qū)試驗與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，研究黑龍江省水稻主產(chǎn)區(qū)兩個主栽品種不同施氮處理的植株氮素吸收與分配規(guī)律，以期進(jìn)一步明確水稻氮營養(yǎng)規(guī)律，為黑龍江省水稻主產(chǎn)區(qū)科學(xué)合理的施用氮肥和水稻栽培過程中的氮營養(yǎng)管理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗設(shè)計

田間試驗在黑龍江省八五八農(nóng)場科技園區(qū)內(nèi)進(jìn)行。土壤類型為草甸白漿土。試驗前土壤的基礎(chǔ)肥力狀況為：有機(jī)質(zhì)31.13 g/kg、堿解氮163.51 mg/kg、有效磷31.14 mg/kg、速效鉀116.65 mg/kg、pH 6.02。根據(jù)不同施氮水平，設(shè)N0、N1、N2、N3、N4 5個處理，各處理純氮施用量分別為0、90、150、210、270 kg/hm2，作為基肥、蘗肥、穗肥的氮肥比例為4∶3∶3。氮肥的氮源為尿素（N，46%）；磷肥為過磷酸鈣（P2O5，17%），施入量為P2O5 60 kg/hm2；鉀肥為硫酸鉀（K2O，50%），施入量為K2O 90 kg/hm2。磷肥做基肥一次施入，鉀肥60%做基肥施入、40%做穗肥施入。

同時，在各處理中設(shè)置微區(qū)試驗。微區(qū)試驗用上下敞開PVC圓筒打入土中約45 cm，圓筒高60 cm、直徑25 cm，每圓筒內(nèi)插秧1穴，施肥量與所在的小區(qū)相同，整個微區(qū)單穴施肥。微區(qū)采用15N同位素示蹤技術(shù)，同位素為15N標(biāo)記尿素（豐度5%，上海化工研究院生產(chǎn)）。試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，4次重復(fù)。各處理水稻插秧穴距14 cm，行距30 cm，每穴3株。每個處理7行區(qū)（寬2 m），行長10 m。

供試水稻品種為水稻新品種龍粳31和黑龍江水稻主產(chǎn)區(qū)常規(guī)品種空育131。試驗田5月15日插秧。其他試驗過程中的田間管理方式同大田。

1.2 樣品采集及分析

在水稻分蘗、拔節(jié)、開花和成熟期4個關(guān)鍵生育期，在每個小區(qū)取具有代表性的水稻植株3穴，按照莖稈、葉片和籽粒等不同器官進(jìn)行分離；在微區(qū)試驗中，水稻在完全成熟后進(jìn)行收獲，按照不同器官將微區(qū)試驗水稻植株分為莖葉、籽粒和根系3個部分。所有植株樣品均用清水和去離子水多次清洗，于105 ℃殺青30 min后，75 ℃烘干至恒重，并稱重，然后粉碎過1 mm篩，分析植株養(yǎng)分含量。

植株氮含量用H2SO4K2SO4CuSO4密閉消煮[10]，用BUCHI公司生產(chǎn)的KjelFlex K360定氮儀測定；微區(qū)試驗同位素15N豐度值用Europa Scientifi公司生產(chǎn)的Integra CN專用同位素質(zhì)譜儀測定。植株中來自肥料氮的百分比（Ndff）為植株N原子百分超與肥料N原子百分超的比值。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析 全部試驗數(shù)據(jù)用Excel 2003進(jìn)行處理，利用SAS 9.2進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育期水稻植株的氮含量

從表1可以看出，分蘗期水稻植株中氮含量最高，隨著水稻生長發(fā)育的進(jìn)行，水稻各器官干物質(zhì)積累量不斷增大，植株氮含量逐漸降低。這可能是因為干物質(zhì)的快速積累對植株中N產(chǎn)生明顯的稀釋作用，成熟期植株N含量最小。在水稻生育后期，營養(yǎng)器官中的N會向貯藏器官運(yùn)轉(zhuǎn)和抽調(diào)，因而莖稈等器官中的N含量明顯下降。不同氮肥水平對水稻N含量產(chǎn)生極為明顯的影響。N0處理中的植株N含量低于其他處理，同時盡管不同器官氮含量不同，但是均隨著施氮水平的增加而增加。當(dāng)植株達(dá)到生理成熟時，試驗中不同品種收獲器官N含量表現(xiàn)為龍粳31高于空育131，兩個水稻品種莖部N含量的差異達(dá)到0.01顯著水平。

2.2 不同處理對水稻植株氮積累的影響

從表2可以看出，隨著水稻生育進(jìn)程的不斷推進(jìn)，植株N素的累積總量不斷提高，在水稻生育中間階段（分蘗-拔節(jié)）植株獲得最大的N素累積量，接近整個生育進(jìn)程的40%，而生育前期（出苗-分蘗）則出現(xiàn)另一個N素累積峰值。由此可知，在整個生育進(jìn)程中水稻對N素的吸收基本發(fā)生在生育前期，也就是營養(yǎng)生長時期，而在生殖生長時期N素的吸收量較小，水稻收獲器官積累的氮素基本來自于植株生長前期，即營養(yǎng)生長階段累積N素的運(yùn)轉(zhuǎn)與再分配。施N處理明顯對水稻植株N的吸收有促進(jìn)作用。對于處于相同生長階段的水稻植株，隨著N肥水平的增加，植株N的累積總量也增大。在水稻生育末期，N1～N4處理龍粳31植株N素吸收量與N0相比分別提高了42.0%、91.2%、116.9%和121.0%，可知龍粳31品種在吸N量方面比空育131水稻品種反應(yīng)更加敏感。

2.3 15N在水稻植株中的吸收與分配

從表3可以看出，在植株收獲時（成熟期）水稻不同部位的同位素15N累積總量有明顯的不同，具體表現(xiàn)為籽粒中含量最高，莖稈和葉片中次之，根中的同位素15N含量最少。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是水稻植株各器官中干物質(zhì)累積量不同，特別是根部器官的干物質(zhì)累積量較少，龍粳31收獲器官中干物質(zhì)累積是地下根系的5.2～6.2倍，而莖稈和葉部的干物質(zhì)累積量是根系的4.4～5.5倍。不同品種相比較來看，N1～N4處理龍粳31收獲器官中15N 總量分別比空育131高出27.9%、37.5%、23.9%和33.0%，而其他器官則沒有表現(xiàn)出明顯差異。15N同位素在收獲器官中累積的百分比隨著N肥投入水平的提高表現(xiàn)出下降的趨勢，而莖稈和葉片則相反。對于試驗中的不同水稻品種，同位素15N積累在收獲器官、莖稈和葉片等部位均表現(xiàn)出差異，龍粳31的收獲器官15N的累積百分比與空育131高3.1%～7.5%，而在其他器官中莖稈和葉片累積總和下降32%～7.9%。

3 結(jié)論與討論

一直以來，水稻不同生長發(fā)育階段植株氮素的累積動態(tài)

變化是氮營養(yǎng)研究的熱點(diǎn)。曹洪生等[11]研究表明，水稻植株的蘗、穗形成的生長發(fā)育時期對氮素的需求量最大；王秀芹[12]則認(rèn)為，水稻植株對氮素的吸收利用峰值出現(xiàn)在拔節(jié)期到穗形成期，水稻全生育期吸收氮素的50%左右在此階段吸收。該試驗結(jié)果顯示，在植株生長前期（蘗形成期至拔節(jié)期）水稻吸收氮素的量最高，接近整個生長發(fā)育階段氮吸收總量的40%，其他的氮素吸收峰值出現(xiàn)在分蘗期以前。因而，水稻在生長發(fā)育前期對氮素的需求量較高。良好的氮營養(yǎng)環(huán)境可以促進(jìn)葉片的生長發(fā)育，增大葉面積，對葉部器官光合作用的順利進(jìn)行提供保障[13]，還可以促進(jìn)有效分蘗數(shù)量的增加，以減少后期部分籽粒不能及時完成灌漿而對產(chǎn)量造成的不良影響，此外對水稻千粒重有積極的影響，最終提高水稻的單位面積產(chǎn)量[14]。

同位素示蹤試驗結(jié)果表明，2個品種水稻均表現(xiàn)為隨著氮素投入水平的增加，15N在水稻收獲器官中累積量減少，而在水稻莖部器官和葉部器官中累積量增加，龍粳31和空育131根系中15N累積量差異不顯著；氮素水平的增大改善了水稻的營養(yǎng)環(huán)境，增強(qiáng)了施入肥料氮在植株營養(yǎng)器官中的累積。該試驗結(jié)果還表明，吸收的肥料中氮在水稻植株中的分布情況為籽粒>莖部和葉部>根系，同時在水稻根中15N的累積量與地上部器官比明顯變小。可能有2個原因產(chǎn)生這種現(xiàn)象：①一般，作物根部器官的生物學(xué)產(chǎn)量較小，直接導(dǎo)致15N累積量較低；②在作物生長發(fā)育過程中，通過根系從肥料中吸收大量的氮素（15N），隨著營養(yǎng)器官的快速發(fā)育，這些累積的氮素快速向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)，大部分在地上部營養(yǎng)器官中進(jìn)行氮的同化[1]。從不同品種來看，龍粳31籽粒中的15N 累積分配量高于空育131，而在莖部器官中相反，即龍粳31低于空育131。綜上所述，水稻吸收的氮在植株體內(nèi)的重新分配和轉(zhuǎn)運(yùn)效率對龍粳31產(chǎn)量的增加有重要作用。

參考文獻(xiàn)

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