太湖地區不同水稻品種對追肥期氮素利用率的比較研究

彭玉凈， 田玉華， 尹 斌， 高進華， 卞會濤

(1. 史丹利化肥股份有限公司，山東臨沂 276700；2. 土壤與農業可持續發展國家重點實驗室，中國科學院南京土壤研究所， 江蘇南京 210008)

太湖地區不同水稻品種對追肥期氮素利用率的比較研究

彭玉凈1， 田玉華2， 尹 斌2， 高進華1， 卞會濤1

(1. 史丹利化肥股份有限公司，山東臨沂 276700；2. 土壤與農業可持續發展國家重點實驗室，中國科學院南京土壤研究所， 江蘇南京 210008)

摘要[目的] 為研究不同水稻品種對追肥期氮素的利用效率。[方法]在中國常熟生態農業試驗站，采用田間微區15N示蹤技術研究不同水稻品種對不同生育期追肥的氮素利用率及分配。[結果]不同水稻品種在不同施肥階段對肥料的回收利用率變化趨勢一致，即隨著生育期的推移，氮肥的利用率增加。基肥的利用率最低，僅占施肥量的16%左右；分蘗肥回收率為30%左右；穗肥利用率最高，利用氮肥效率最高的水稻品種穗肥回收率可達52.3%。收獲時，不同水稻品種吸收的15N在各部分分布規律為：吸收的分蘗肥在籽粒和稻草中的積累量相當，均占吸收量的45%左右；在標記穗肥中，不同水稻品種籽粒集中吸收氮的60%左右，秸稈中35%，根中5%左右，說明水稻對穗肥的轉移利用率遠高于對分蘗肥的轉移利用率。粳稻-86優8品種對分蘗肥和穗肥的回收利用率均顯著高于另外2個品種，說明它適宜在太湖流域種植。另外，不同追肥在作物收獲時土壤殘留氮均占施肥量的10%左右，大部分集中在0～20 cm土層內，在未發生下滲和徑流損失的情況下在水稻整個生育期內氣態損失是稻田氮素損失的主要途徑。[結論] 粳稻-N-86優8品種產量高、品質好、氮素利用率高，適于在太湖流域大面積種植。

關鍵詞水稻;氮素利用率;15N；追肥

氮素是作物生長的必需元素。施用氮肥是促進作物生長和提高糧食產量的重要措施。 氮肥在我國糧食增產中的作用達到40%～60%[1-2]。然而，氮肥不合理施用導致作物利用率較低，其當季作物利用率僅為30%～35%[3]，甚至更低[4]。氮肥施入農田會通過各種損失途徑進入大氣、水體等，導致地表水富營養化、地下水硝酸鹽污染、酸雨及土壤酸化、溫室氣體排放和大氣污染等一系列環境生態問題[5-9]，已引起全球的廣泛關注[10-11]。目前，我國氮肥的增產效果趨于降低，氮的環境污染趨于加重，東部地區更明顯。蘇南太湖地區是我國重要的水稻產區，氮肥施用量一直保持在較高水平, 水稻季氮肥用量達270～300kg/hm2，有的地區甚至高達350 kg/hm2[3,12]，肥料的增產作用已微乎其微。若仍一味增加氮肥用量，則不僅會增加氮肥施肥成本，降低氮肥利用率，而且會加重對環境的污染[12-13]。大量研究表明，水稻品種是影響氮素吸收利用的影響因素之一[14-17]。在該地區，已對稻田氮肥的作物吸收利用以及損失途徑開展一系列的研究，但對于不同水稻品種不同生長階段所施肥料氮的吸收利用率的比較研究較少。采用田間小區15N微區試驗,筆者對太湖地區不同水稻品種對不同追肥的利用率以及施氮時期對水稻植株、籽粒氮的吸收和分配規律的影響進行了研究, 以期為確定水稻高產、優質、施氮的最佳時期提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗區概況該試驗于2010年稻季在中國科學院常熟生態農業試驗站(120°41′88″E，31°32′93″N)進行。該站位于太湖流域，屬亞熱帶濕潤氣候區，年平均氣溫在15.5 ℃，年均降雨量1 038mm，無霜期224d。6～10月份日照強烈，白天最高氣溫在38 ℃左右。供試土壤為普通潛育水耕人為土(烏柵土)。0～15cm土壤有機質含量 35.0g/kg、全氮2.01g/kg、速效氮12.4mg/kg、速效磷5.0mg/kg、速效鉀121.3mg/kg、CEC17.7cmol/kg，pH7.35。

1.2試驗安排水稻供試品種為兩優培九(S-秈型兩系雜交水稻，全生育期145d),華優廣抗占(M-秈型三系雜交水稻，全生育期140d,86優8(N-粳型三系雜交水稻，全生育期150～155d)。

按照當地常規種植方式于5月下旬育秧，6月中下旬插秧(基肥于插秧前1d施用)。試驗具體時間安排為2010年6月18日插秧，7月24日第1次追肥，8月21日第2次追肥，10月28日收獲。施肥量與當地常規施肥量相同，氮肥用量300kg/(hm2·季),磷肥量為90 kg/(hm2·季)(以P2O5計)，鉀肥量為90 kg/(hm2·季)(以K2O計)。氮肥為普通尿素、15N標記尿素(豐度為20%)，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀。磷鉀肥做基肥一次施用；氮肥分3次施用，施用比例為4∶3∶3。3次施肥均為表層撒施。

1.3試驗設計對于每個水稻品種，分別在分蘗期和孕穗期施入15N標記氮肥。田間小區的面積為40m2。在稻季試驗開始之前，在每個小區放置6個微區筒，微區筒為方形，長50 cm，寬25 cm，置入土層40 cm，上方留15 cm。同時，分為2組：一組在分蘗期施15N標記氮肥，另一組在孕穗期施15N標記氮肥。基肥為普通尿素。在微區內可種植一行水稻(2穴，每穴3株)，在微區外小區部分水稻行距和株距按照當地習慣為25cm*13cm。小區施用普通尿素。在施肥后若遇降雨，則可對微區進行遮蓋，以防微區內氮肥濺出。微區的施肥方法、施肥時間、管理方法均與當地稻田管理方法保持一致。

1.4樣品采集與測定方法采集微區內水稻植株樣品和微區內土壤樣品。 在水稻成熟后，地上部分沿著地表收割，挖出0～20cm表層土，進行手動挑根。在水稻收割后，洗凈，分為根、秸稈、籽粒3個部分。收割后，在烘箱105 ℃條件下殺青30min，然后在70 ℃下烘干至恒重后稱物質干重，粉碎。

土壤樣品采集按0～20、20～40cm深度分層采樣。以往相關研究結果表明，在該試驗區當季氮肥下滲至40cm以下土層的采集十分困難，故未采集更深土層土樣[18]。在土壤樣品采集后，立即噴撒1mol/LHCl，使得土樣酸化，減少在風干過程中的氮素損失[19]。在土樣自然風干后磨細過100目篩。

土樣、植株樣全氮的測定采用凱氏定氮法[20]。所得吸收液用稀硫酸酸化后濃縮至固體，用Finnigan-MAT-251同位素質譜儀測定樣品中的15N豐度。為了防止在測定過程中的交叉污染，土樣、植株樣品在測定過程中按照15N含量由低到高的順序進行。

1.5計算方法根據Cabrera和Kissel[21]提供的公式，計算水稻植株吸收15N量、植株及土壤中15N的回收利用率。

15N吸收量=p×c/a

15N回收率%=[p(c-b)/f(a-b)] ×100

式中，p為土壤或植株中總氮量；f為施用肥料的N量；c為土壤或植株的15N豐度；a為施用肥料的15N豐度；b為未施用N處理或植株15N自然豐度。

所得數據用Excel和SAS統計分析軟件處理，采用LSD法對均值比較各處理間差異(P<0.05)。

2結果與分析

2.1不同水稻品種各部分生物量由表1可知，由于各處理分蘗肥和孕穗肥標記微區施氮量相同，秈稻兩優培九、華優廣抗占在分蘗肥和穗肥標記2個處理間各部分生物量沒有明顯差異，2個品種間也沒有明顯差異。分蘗肥標記的粳稻-86優8收獲時各部分生物量則在0.05水平顯著高于其他處理，產量較高，即粳稻產量高于秈稻。

表1　不同水稻品種收獲時各部分生物量　g/盆

注：同列不同字母表示差異達0.05顯著水平。

2.2不同水稻品種各部分吸氮量由表2可知，在水稻不同生長階段追肥，氮素利用率差異在0.05水平顯著。不同水稻品種對穗肥吸收的氮量均在0.05水平顯著高于分蘗期，主要表現在籽粒部分，其在穗肥期的吸氮量比分蘗期高近1倍，秸稈和根部15N含量在收獲時沒有明顯差異。分蘗肥標記粳稻-86優8籽粒吸氮量在0.05水平顯著高于另外2個品種，總吸氮量明顯高于其他2個品種；在穗肥標記中，秈稻-兩優培九和粳稻-86優8籽粒15N積累量在0.05水平顯著高于華優廣抗占，兩者之間差異不大，但總吸氮量以粳稻-86優8略高，在一定程度上說明粳稻吸氮能力高于秈稻。

表2　不同水稻品種不同期收獲時各部分吸氮量　mg/盆

注：同列不同字母表示差異達0.05顯著水平。

2.3不同施肥時期水稻對肥料氮的回收利用率及肥料氮在水稻各部分的分配在水稻的不同生長階段追肥，水稻對氮肥利用率差異很大。由表3可知，3個品種水稻對分蘗肥氮素利用率分別為25.4%、29.1%、37.1%，穗肥氮素利用率分別為46.3%、34.9%、52.3%，水稻對穗肥的利用率在0.05水平顯著高于對分蘗肥的利用率。其中，粳稻-86優8品種對分蘗肥的回收率達到37%，籽粒中15N含量占化肥氮的18%，均在0.05水平顯著高于另外2個品種；粳稻-86優8對穗肥的利用率高達52.3%，高于另外2個品種對穗肥的利用率。

表3　不同水稻品種各部分15N回收率及分配比例　%

注：同列不同字母表示差異達0.05顯著水平。

水稻基肥施15N標記氮肥，作物吸收肥料氮僅占施肥量的16.3%，其中54.3%集中在籽粒中，36.6%集中在秸稈中，根吸收肥料氮僅占施肥量的9%。分蘗肥施15N標記氮肥，作物吸收肥料氮占施氮量的30%左右。不同水稻品種籽粒中集中吸收氮占總和吸氮量的46.1%～49.2%，秸稈中占42.6%～47.3%，根中占6.6%～9.9%，各品種中籽粒和稻草中氮素積累量相當，差異不顯著，粳稻-86優8籽粒15N積累量在0.05水平顯著高于另外2個品種；在穗肥標記中，不同水稻品種籽粒集中吸收氮的60%左右，秸稈中35%，根中5%左右。總的來講，在不同施肥時期追肥，水稻對氮肥的吸收收獲時在各部分的分布表現為：穗肥標記中15N在籽粒中比例在0.05水平顯著高于分蘗肥標記，而在秸稈和根中積累量低于分蘗肥標記，即水稻對在穗肥期追肥的回收利用率在0.05水平顯著高于對分蘗肥的回收利用率，而且水稻對穗肥的轉移利用率遠高于對分蘗肥的轉移利用率。這與一些研究規律[22-24]是一致的。由表3可知，粳稻-86優8無論是在分蘗期還是在穗肥期氮素利用率均高于另外兩個品種，高于整個水稻生長期長期施氮的平均利用率[4,18]。

2.4不同水稻品種不同生育期施肥肥料氮的平衡試驗中不同追肥時期氮素利用率高于已有研究的平均利用率，原因可能是水稻基肥施用量大, 同時作物利用率較低(16%)[25]。由表4可知，氮素利用率較高的粳稻-86優8分蘗肥損失率達52%，穗肥總損失率達35.7%，另外2個品種分蘗肥損失率高達60%，穗肥分別達40%和50%。不同追肥在水稻收獲時土壤殘留肥料氮的比率均為10%左右, 其中絕大部分在0～20cm土壤中，20～40cm土層內肥料氮均占施氮量的1%左右，水稻當季氮肥幾乎不會淋洗到40cm以下，在試驗過程中微區內未發生氮素徑流損失，因此氣態損失是主要損失途徑，主要表現為氨揮發和硝化-反硝化。

表4　水稻的氮素利用率、土壤殘留率和表觀總損失率　%

注：同列不同字母表示差異達0.05顯著水平。

3結論與討論

水稻植株對肥料氮的吸收隨生育期的推移是逐漸增加的。這是緣于隨著水稻生長，植株吸氮能力增加。3個水稻品種吸收肥料氮的規律一致，即在不同生長階段施肥，氮素利用率相差顯著。對各個品種水稻吸收的分蘗肥在收獲時主要分布在籽粒和秸稈，比例相當；穗肥吸收主要集中在籽粒中，其次是秸稈，根中的含氮量很低，只占很小一部分。不同水稻品種收獲時對穗肥的轉移利用率均在0.05水平顯著高于對分蘗肥的轉移利用率。水稻基肥期肥料利用率最低(僅16%)，原因可能是基肥施肥量大，水稻植株吸氮能力差，損失嚴重。穗肥利用率最高，可達施肥量的52.3%。

3個水稻品種產量、吸氮量、氮素利用率均以粳稻-86優8品種最優。這可能與其生育期不同有關。水稻生育期在產量形成過程中是決定群體光合積累的時間特征值，表示水稻發育速度的快慢，影響產量的形成。有研究表明，不同品種水稻稻谷產量與全生育期天數呈0.01水平顯著正相關關系，隨生育期推遲，水稻產量潛力明顯提高，生育期越長，產量越高[25-26]。

粳稻-N-86優8品種相比而言，生長狀況良好，產量高，品質好，氮素利用率高，適于在太湖流域大面積種植。

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中圖分類號S143.1

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)30-102-03

基金項目國家自然科學基金面上項目(31000940; 41071197)。

作者簡介彭玉凈(1986- )，女，山東聊城人，助理農藝師，碩士，從事肥效試驗研究。

收稿日期2015-09-11

NitrogenFertilizerUtilizationofDifferentRiceGenotypesinTaihuLakeRegion

PENGYu-Jing1, TIAN Yu-Hua2, YIN Bin2et al (1.StanleyFertilizerCo.Ltd.,Linyi,Shandong276700; 2.StateKeyLaboratoryofSoilandSustainableAgriculture,InstituteofSoilScience,ChineseAcademyofSciences,Nanjing,Jiangsu210008)

Abstract[Objective]The research aimed to study the nitrogen utilization rate of different rice genotypes.[Method] Field15N micro-plot experiment was applied to study the nitrogen utilization rate at different growth stages of different rice genotypes on Gleyed paddy soi1 in Taihu Lake region.[Result] The fertilizer recovery efficiency trend at different growth stages of different rice genotypes was consistent, which was the nitrogen recovery was increased as the growth period developed. The base fertilizer utilization rate was the lowest, only accountting for about 16% of fertilizing amount. The tillering fertilizer’s recovery was 30%. The panicle fertilizer’s utilization rate was the largest while the highest recovery reached 52.3%. The different rice genotypes’ recovery of panicle fertilizer was higher than the recovery of tillering fertilizer obviously. At harvest time, nitrogen accumulation of grain and straw during the tillering stage was considerable, accounting for about 45% of the tillering fertilizer uptake. The grain of different rice genotypes concentrated about 60% of the panicle nitrogen fertilizer absorption, and about 35% of the straw and about 5% of the root. The results showed that the utilization rate of panicle fertilizer was significantly higher than that of the tillering fertilizer, and the transfer efficiency of the panicle was much higher than the transfer efficiency of tillering. The recovery rate of two topdressing fertilizations of 86you8 was significantly higher than the other two rice genotypes, indicating that it was suitable for planting in the Taihu Lake Basin. Soil residual nitrogen of different topdressing fertiliations at crop harvest accounted for 10% of the fertilizer, mainly concentrated in the 0-20 cm top soil layer. The gaseous nitrogen loss was the main way of nitrogen loss in the whole rice growing period when the infiltration and run off losses of nitrogen didn’t occurred.[Conclusion] 86you8 has high yield, good quality, high utilization rate of nitrogen, indicating that it was suitable for planting in the Taihu Lake Basin.

Key wordsRice；Nitrogen fertilizer utilization；15N；Top-dressing fertilization