供氮濃度與時(shí)期對(duì)水稻產(chǎn)量及氮吸收的影響

劉曉偉+王火焰+周健民+陳照明+劉永哲

摘要：采用田間微區(qū)框試驗(yàn)，對(duì)水稻基肥、分蘗肥、拔節(jié)肥分別設(shè)置0、30、60、90、120、150、180、210 mg/kg的供氮濃度處理，研究不同供氮濃度與時(shí)期對(duì)水稻產(chǎn)量及氮吸收的影響。結(jié)果表明，氮肥無論是用作基肥、分蘗肥還是用作拔節(jié)肥，水稻產(chǎn)量均隨供氮濃度的增加而增加，其中供氮210 mg/kg作基肥時(shí)水稻產(chǎn)量最高，為91.5 g/穴，顯著高于其他處理。不同時(shí)期施氮濃度越大，干物質(zhì)在籽粒中的分配比例越低，其中用作拔節(jié)肥時(shí)不同濃度間的差異較小。3個(gè)時(shí)期供氮，籽粒、秸稈氮含量亦隨供氮濃度的增加明顯增加，用作拔節(jié)肥增幅最明顯。拔節(jié)期供氮水稻籽粒氮積累量增幅最大，明顯高于基肥和分蘗肥。基肥供氮濃度對(duì)水稻產(chǎn)量影響明顯，拔節(jié)期施氮可提高水稻籽粒氮吸收量。

關(guān)鍵詞：水稻；供氮濃度；氮肥利用率；根區(qū)施肥

中圖分類號(hào)： S511.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）07-0066-04

水稻是我國主要糧食作物，其種植面積較大，氮肥用量多[1-2]，近年來，因?yàn)榈咎锏适┯眠^量而導(dǎo)致的水體以及大氣污染等環(huán)境問題引起重視，針對(duì)提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的研究也成為近年的熱點(diǎn)[3]。尿素分次施用、緩控釋肥的施用[4]、有機(jī)無機(jī)配合施用[5]、脲酶抑制劑以及硝化抑制劑[6-8]等措施均能有效降低氮肥的損失，提高氮肥利用率。氮肥在土壤中的移動(dòng)具有一定的空間局限性，改變氮肥施用方式，將氮肥集中施入水稻根系下方合適的位置（根區(qū)施肥），可以有效提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用率[9]。一方面減少氮素的損失風(fēng)險(xiǎn)，另一方面肥料養(yǎng)分釋放與水稻吸收和利用相匹配。張朝等研究表明，即使是3倍于常規(guī)施氮水平，肥料氮素表面撒施后的遷移轉(zhuǎn)化也僅僅發(fā)生在5 cm土層內(nèi)[10]。筆者試驗(yàn)也證明，將尿素一次性點(diǎn)施于水稻根下，相對(duì)尿素表面撒施處理，能顯著提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用效率。氮肥用量能顯著影響水稻根系的生長，進(jìn)而影響水稻的產(chǎn)量[11-12]，氮肥集中施入根系周圍，存在養(yǎng)分高濃度毒害的風(fēng)險(xiǎn)[13-14]。研究水稻不同生長時(shí)期對(duì)氮肥濃度的耐受能力，明確供氮濃度與水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收之間相互關(guān)系至關(guān)重要，本研究以水稻氮肥的根區(qū)施肥模式為出發(fā)點(diǎn)，主要研究水稻根系在不同生長時(shí)期對(duì)不同供氮濃度的反應(yīng)，揭示水稻產(chǎn)量以及氮肥利用率與供氮濃度和供氮時(shí)期的關(guān)系，以期為提高肥料利用率的根區(qū)施肥模式提供理論支持。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在安徽省廣德縣邱村鎮(zhèn)進(jìn)行，土壤質(zhì)地為中壤，肥力中等，土壤理化性狀為：pH值5.6、有機(jī)質(zhì)含量 19.4 g/kg、全氮含量1.08 g/kg、速效磷含量5.77 mg/kg、速效鉀含量8800 mg/kg。田間試驗(yàn)采用微區(qū)框設(shè)計(jì)，微區(qū)框?yàn)殚L 0.54 m、寬0.50 m、高0.35 m，無上下面的長方體桶狀，以防止串水串肥，內(nèi)部均勻種植4穴水稻，微區(qū)框之間留 0.30 m 過道便于水稻生長期調(diào)查取樣。水稻氮肥一次施用，共設(shè)基肥、分蘗期、拔節(jié)期3個(gè)施氮時(shí)期。每個(gè)時(shí)期設(shè)8個(gè)供氮濃度，分別為0、30、60、90、120、150、180、210 mg/kg（按照每個(gè)微區(qū)框裝風(fēng)干土50 kg計(jì)算）。P2O5、K2O用量均為 120 kg/hm2。肥源分別為尿素，含氮46%；過磷酸鈣P2O5 12%；氯化鉀，K2O 60%。每個(gè)處理4次重復(fù)，微區(qū)框隨機(jī)排列。

試驗(yàn)前按照微區(qū)框的長寬，取出框內(nèi)20 cm耕層土壤，刮平犁底層土面，擺好微區(qū)框并將四邊壓實(shí)。微區(qū)框內(nèi)取出的耕層土壤全部混在一起，風(fēng)干磨碎過篩后在裝入微區(qū)框內(nèi)，裝土量50 kg/個(gè)。基肥施用處理，將稱好的氮、磷、鉀肥與土壤均勻混合后裝入微區(qū)框；其他時(shí)期追氮處理，只混勻磷、鉀肥裝框，氮肥后期用水溶解，在微區(qū)框內(nèi)打細(xì)洞少量多次灌入對(duì)應(yīng)微區(qū)框。每個(gè)微區(qū)框內(nèi)種4穴水稻，其中2穴作為不同時(shí)期取樣，剩余的2穴留作最后測產(chǎn)。水稻品種為廣兩優(yōu)100。2013年5月20日育苗，6月20日移栽，7月20日追施分蘗肥，同時(shí)對(duì)施基肥的處理取樣；8月2日追拔節(jié)肥，同時(shí)對(duì)施分蘗肥的處理取樣；9月1日對(duì)施拔節(jié)肥處理的樣品取樣；10月10日收獲。

1.2數(shù)據(jù)處理與分析

成熟期水稻樣品分為莖稈和籽粒，105 ℃殺青30 min，后經(jīng)70 ℃烘干至恒質(zhì)量，磨碎，采用硫酸-雙氧水法消煮，采用法國SmartChem200全自動(dòng)化學(xué)分析儀測定水稻植株氮含量[15]。測定后的數(shù)據(jù)在Excel 2007中計(jì)算和制圖。

2結(jié)果與分析

2.1供氮濃度與時(shí)期對(duì)水稻干物質(zhì)積累及分配的影響

從圖1可以看出，不同時(shí)期施氮對(duì)水稻籽粒和秸稈產(chǎn)量均產(chǎn)生明顯的影響。無論氮肥全部用作基肥、分蘗肥還是用作拔節(jié)肥，水稻籽粒產(chǎn)量均隨供氮濃度的增加而增加。氮肥全作基肥時(shí)，供氮濃度為210 mg/kg時(shí)產(chǎn)量最高，為91.5 g/穴，相對(duì)不施氮肥處理高78.7%。氮肥全作分蘗肥時(shí)水稻產(chǎn)量以供氮濃度210 mg/kg處理最高，為83.6 g/穴，明顯高于同期供氮的其他處理。拔節(jié)期供氮產(chǎn)量最高的為180 mg/kg處理，為79.2 g/穴，雖然拔節(jié)期施肥處理的水稻產(chǎn)量仍隨供氮濃度的增加而增加，但是產(chǎn)量增加幅度較小，氮肥全部作基肥施用時(shí)產(chǎn)量隨供氮濃度增加的增幅最大。從相同供氮濃度在不同生長時(shí)期施用的效果看，供氮濃度小于120 mg/kg時(shí)，相同供氮濃度在不同時(shí)期施用，水稻產(chǎn)量差異不大；但當(dāng)供氮濃度超過120 mg/kg時(shí)，則表現(xiàn)為氮肥用作基肥時(shí)水稻產(chǎn)量的增幅最多，供氮濃度為210 mg/kg時(shí)，氮肥用作基肥比用作拔節(jié)肥水稻增產(chǎn)22.7%。水稻秸稈生物量變化趨勢(shì)與籽粒相同。氮肥全作基肥、分蘗肥、拔節(jié)肥的最大秸稈干物質(zhì)量均為 210 mg/kg 處理，分別為113.3、100.3、76.7 g/穴，比不施氮肥處理分別增加76.2%、54.9%、18.4%。從不同時(shí)期供氮對(duì)秸稈生物量的影響看，低濃度供氮時(shí)以氮肥用作分蘗肥效果最好，高濃度供氮時(shí)仍以氮肥用作基肥秸稈生物量最大。

從圖2可以看出，不同時(shí)期供氮及供氮濃度對(duì)水稻干物質(zhì)分配有明顯影響。氮肥作基肥施用時(shí)，籽粒干物質(zhì)分配比例隨供氮濃度的增加呈現(xiàn)先降低后平穩(wěn)的變化，供氮濃度大于 120 mg/kg 時(shí)籽粒干物質(zhì)分配基本保持不變。基肥 30 mg/kg 處理籽粒分配比例最大，達(dá)51.0%，明顯高于其他處理。氮肥用作分蘗肥時(shí)，籽粒干物質(zhì)分配比例也有隨供氮濃度的增加而降低的趨勢(shì)，但是各處理間差異不明顯。氮肥用作拔節(jié)肥時(shí)，不同供氮濃度處理間并無明顯的變化規(guī)律，但是籽粒干物質(zhì)分配比例均高于50%，明顯高于用作基肥和分蘗肥。從同一濃度不同時(shí)期施用的效果看，供氮濃度在30～60 mg/kg時(shí)，氮肥用作基肥、拔節(jié)肥時(shí)籽粒干物質(zhì)分配比例相對(duì)較大。供氮濃度較高時(shí)，用作拔節(jié)肥時(shí)籽粒的干物質(zhì)分配比例最大。

2.2供氮濃度與時(shí)期對(duì)水稻氮含量及積累量的影響

從圖3可以看出，不同供氮濃度對(duì)水稻籽粒和秸稈氮含量有明顯影響。從同一時(shí)期不同供氮濃度結(jié)果看，氮肥全部作基肥施用時(shí)，水稻籽粒氮含量隨著施氮濃度的增加而增加，在150 mg/kg時(shí)達(dá)到最大值，為12.3 mg/g，之后隨氮濃度增加略有下降，但處理間差異不明顯。氮肥作分蘗肥時(shí)籽粒氮含量的變化趨勢(shì)與用作基肥類似，即在施肥濃度為 150 mg/kg 時(shí)最高。然而氮肥全作拔節(jié)肥處理時(shí)，籽粒氮濃度隨著施氮濃度的增加顯著增加，在供氮210 mg/kg時(shí)最大，為17.1 mg/g，比不施氮肥的處理高98.8%。而從相同供氮濃度不同供氮時(shí)期數(shù)據(jù)看，總體表現(xiàn)為氮肥用作拔節(jié)肥時(shí)籽粒氮含量明顯高于用作基肥、分蘗肥時(shí)的籽粒氮含量。供氮30 mg/kg時(shí)，拔節(jié)肥處理的籽粒氮含量為12.7 mg/g，比最低的基肥處理高38.0%；供氮210 mg/kg時(shí)，拔節(jié)肥處理的籽粒氮含量比最低的分蘗肥處理高36.8%，差異明顯。

秸稈氮含量的變化趨勢(shì)與籽粒氮含量一致，但變化幅度比籽粒小。氮肥作基肥時(shí)，秸稈氮含量隨供氮濃度增加而增加，在180 mg/kg時(shí)達(dá)最大值，為8.3 mg/g，比不施氮處理高90.9%，與210 mg/kg處理間差異不明顯。氮肥用作分蘗肥、拔節(jié)肥時(shí)，秸稈氮含量均在供氮210 mg/kg時(shí)達(dá)到最大值，分別為7.3、11.2 mg/g，比不施氮處理分別高65.9%、154.5%。從相同供氮濃度不同供氮時(shí)期看，供氮濃度在0～60 mg/kg時(shí)，不同時(shí)期供氮水稻秸稈氮含量差異不明顯；供氮濃度大于 90 mg/kg 時(shí)，氮肥用作拔節(jié)肥的秸稈氮含量顯著高于用作基肥和分蘗肥。

從圖4可以看出，3個(gè)時(shí)期供氮，水稻籽粒氮積累量均隨著供氮濃度的增加而增加。氮肥用作拔節(jié)肥時(shí)，籽粒氮積累量在150 mg/kg處理時(shí)達(dá)到最大值，之后氮濃度增加，籽粒氮積累量趨于平緩。而氮肥用作基肥、分蘗肥時(shí)，籽粒氮積累量隨著供氮濃度的增加而增加，在210 mg/kg處理時(shí)達(dá)到最大。從不同時(shí)期供氮結(jié)果看，相同供氮濃度情況下，籽粒氮積累量仍然以用作基肥處理最高，明顯高于其他時(shí)期。秸稈中氮素積累量變化趨勢(shì)不如籽粒明顯，供氮濃度較低時(shí)不同時(shí)期間的差異較小；供氮濃度大于150 mg/kg時(shí)，氮肥施用越早，則秸稈氮素積累量相對(duì)越高。

2.3供氮濃度與時(shí)期對(duì)水稻氮分配的影響

水稻總氮積累量的變化趨勢(shì)與籽粒、秸稈變化趨勢(shì)相同，即氮肥無論作為基肥、分蘗肥還是拔節(jié)肥，總氮積累量均隨著供氮濃度的增加而增加，均在供氮210 mg/kg時(shí)達(dá)到最大值，分別為2 059、1 790、2 143 mg/穴（圖5）。本試驗(yàn)條件下，供氮濃度相同，氮肥施用時(shí)間越晚，水稻的總氮積累量相對(duì)越高。

從圖6可以看出，氮肥作基肥時(shí)，氮積累量在籽粒中分配比例隨著供氮濃度的增加而降低，在供氮180 mg/kg時(shí)達(dá)到最低值，為54.3%。氮肥用作分蘗肥的變化趨勢(shì)與基肥基本相似，在供氮150 mg/kg時(shí)籽粒氮分配比例最低，為56.7%。當(dāng)?shù)视米靼喂?jié)肥時(shí)，籽粒氮素分配比例隨著供氮濃度的增加明顯降低，供氮210 mg/kg處理最低，為59.5%。而從相同供氮濃度在不同時(shí)期所表現(xiàn)的差異看，氮素在籽粒中的分配比例總體表現(xiàn)為拔節(jié)肥>分蘗肥>基肥。

3討論與結(jié)論

室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)證明，即使尿素用量濃度較高，銨態(tài)氮隨水向土壤下層遷移的距離也僅僅5 cm[9]，可見常規(guī)尿素表面撒施在水田水解后隨水遷移進(jìn)入耕層土壤的量會(huì)很少，而大部分通過揮發(fā)或徑流損失。提高尿素的氮肥利用率，除了適當(dāng)降低氮肥用量、施用包膜肥料、脲酶抑制劑以及硝化抑制劑等配合施用措施外，根區(qū)施肥是提高氮肥利用率的關(guān)鍵措施[10]。本試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，尿素用作基肥一次性根區(qū)施肥，水稻顯著增產(chǎn)，同時(shí)氮肥當(dāng)季利用率可達(dá)55%以上。所以探索氮肥在土壤中的擴(kuò)散、供氮濃度對(duì)水稻根系及生長的影響以及根肥互作下養(yǎng)分吸收等規(guī)律，對(duì)于根區(qū)施肥技術(shù)的推廣至關(guān)重要。盡管試驗(yàn)條件下的根區(qū)施肥要耗費(fèi)大量人力，但是隨著水稻播種和施肥機(jī)械的創(chuàng)新和發(fā)展，定能解決肥料的機(jī)械施用難題。

本試驗(yàn)在大田條件下進(jìn)行，供氮濃度210 mg/kg相當(dāng)于472.5 kg/hm2的純氮用量，明顯高于常規(guī)氮肥用量，筆者在基肥施用20 d后，取樣測定了水稻的生長參數(shù)，數(shù)據(jù)顯示基肥供氮濃度大于90 mg/kg時(shí)會(huì)抑制水稻的生長，水稻干物質(zhì)量明顯降低。但從整個(gè)生育期來看，這種毒害并未影響水稻產(chǎn)量，分蘗肥、拔節(jié)肥供氮濃度達(dá)到210 mg/kg時(shí)也不會(huì)有毒害的癥狀。可能為水稻前期根系相對(duì)弱小，對(duì)于高氮濃度相對(duì)敏感[16]，隨著根系的逐漸強(qiáng)壯，其對(duì)高濃度氮素耐受力增強(qiáng)[14]。所以，根區(qū)施肥技術(shù)要著重考慮和解決氮肥初期對(duì)水稻的影響。

大量研究表明，尿素前氮后移可以提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用率[17-18]。本試驗(yàn)結(jié)果證明，基肥氮施用量越大，水稻產(chǎn)量越高。其原因一方面是前人研究尿素多為表面撒施，前氮后移即等同于尿素分次施用，降低了徑流等損失，因而提高了氮肥利用率。本研究尿素基肥與土體充分混勻，并且有微區(qū)框包圍，氮素多被土壤吸附保存下來，基本無徑流損失，可供水稻吸收的量更多。另一方面可能是水稻苗期根系小，對(duì)于氮素吸收能力有限，較高濃度氮素利于水稻對(duì)其吸收和積累，為水稻后期產(chǎn)量的增加奠定了基礎(chǔ)。

增加氮肥用量以及適當(dāng)提高氮肥追肥比例可以顯著提高水稻蛋白質(zhì)含量和精米率等品質(zhì)指標(biāo)[19-20]，但其效果受水稻品種以及栽培方式的影響[21-22]。本試驗(yàn)結(jié)果未測定稻米的品質(zhì)，但是就不同時(shí)期追氮水稻籽粒氮含量的數(shù)據(jù)看，拔節(jié)期追氮肥，無論籽粒的氮含量、氮積累量還是氮素在籽粒中的分配比例均明顯高于前期施用氮肥，可見水稻后期追施氮肥定會(huì)對(duì)其品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響，但水稻后期供氮濃度與水稻營養(yǎng)品質(zhì)關(guān)系及機(jī)理有待進(jìn)一步深入研究。

為防止試驗(yàn)小區(qū)間相互串水串肥影響試驗(yàn)效果，本試驗(yàn)采用微區(qū)框設(shè)計(jì)，結(jié)果表明，微區(qū)框?qū)τ谒视绊懫鸬胶芎玫谋Ｗo(hù)作用，由于微區(qū)框之間預(yù)留了采樣和調(diào)查的過道，使得試驗(yàn)樣品所接收的通氣和光照狀況好于常規(guī)種植密度下的水稻，框內(nèi)水稻產(chǎn)量很高，邊際效應(yīng)明顯，一定程度上影響試驗(yàn)結(jié)果。后期應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)以確保試驗(yàn)結(jié)果更接近大田生長情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭少兵，黃見良，鐘旭華，等. 提高中國稻田氮肥利用率的研究策略[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，35（9）：1095-1103.

[2]朱兆良. 農(nóng)田中氮肥的損失與對(duì)策[J]. 土壤與環(huán)境，2000，9（1）：1-6.

[3]朱兆良，金繼運(yùn). 保障我國糧食安全的肥料問題[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2013，19（2）：259-273.

[4]杜昌文，周健民. 控釋肥料的研究現(xiàn)狀及其進(jìn)展[J]. 土壤，2002，28（3）：127-133.

[5]徐陽春，沈其榮，雷寶坤. 水早輪作下長期免耕和施用有機(jī)肥對(duì)土壤某些肥力性狀的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，11（4）：549-552.

[6]倪秀菊，李玉中，徐春英，等. 土壤脲酶抑制劑和硝化抑制劑的研究進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25（12）：145-149.

[7]余光輝，張楊珠，萬大娟. 幾種硝化抑制劑對(duì)土壤和小白菜硝酸鹽含量及產(chǎn)量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，17（2）：247-250.

[8]皮荷杰，曾清如，蔣朝暉，等. 兩種硝化抑制劑對(duì)不同土壤中氮素轉(zhuǎn)化的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2009，23（1）：68-72.

[9]王火焰，周健民. 根區(qū)施肥——提高肥料養(yǎng)分利用效率和減少面源污染的關(guān)鍵和必要措施[J]. 土壤，2013，45（5）：785-790.

[10]張朝，車玉萍，李忠佩. 水稻土模擬土柱中肥料氮素的遷移轉(zhuǎn)化特征[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22（12）：3236-3242.

[11]王余龍，蔡建中，何杰升，等. 水稻穎花根活量與籽粒灌漿結(jié)實(shí)的關(guān)系[J]. 作物學(xué)報(bào)，1992，18（2）：81-89.

[12]蔡昆爭，駱世明，段舜山. 水稻根系在根袋處理?xiàng)l件下對(duì)氮養(yǎng)分的反應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23（6）：1109-1116.

[13]趙學(xué)強(qiáng)，施衛(wèi)明. 水稻根系生長對(duì)不同氮形態(tài)響應(yīng)的動(dòng)態(tài)變化[J]. 土壤，2007，39（5）：766-771.

[14]史正軍，樊小林，Klaus D，等. 根系局部供氮對(duì)水稻根系形態(tài)的影響及其機(jī)理[J]. 中國水稻科學(xué)，2005，19（2）：147-152.

[15]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：263-271.

[16]郭亞芬，米國華，陳范駿，等. 局部供應(yīng)硝酸鹽誘導(dǎo)玉米側(cè)根生長的基因型差異[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11（2）：155-159.

[17]劉建，魏亞鳳，徐少安. 蘗穗肥氮素配比對(duì)水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及氮肥利用率的影響[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，25（3）：223-227.

[18]劉立軍，徐偉，桑大志，等. 實(shí)地氮肥管理提高水稻氮肥利用效率[J]. 作物學(xué)報(bào)，2006，32（7）：987-994.

[19]金正勛，秋太權(quán)，孫艷麗，等. 氮肥對(duì)稻米堊白及蒸煮食味品質(zhì)特性的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2001，7（1）：31-35，10.

[20]許仁良，戴其根，王秀芹，等. 氮肥施用量、施用時(shí)期及運(yùn)籌對(duì)水稻氮素利用率影響研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005（2）：19-22.

[21]王德仁，盧婉芳，陳葦. 施氮對(duì)稻米蛋白質(zhì)、氨基酸含量的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2001，7（3）：353-356.

[22]楊益花，許乃霞，蘇祖芳. 不同施氮量對(duì)水稻品種植株氮素吸收利用的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（2）：71-74.