早稻氮高效利用主栽品種的篩選

張玉屏 姜蘄琳朱德峰 陳惠哲 向鏡張義凱 童未名 朱思怡

（1中國水稻研究所/水稻生物學國家重點實驗室，杭州310006；2長江大學農(nóng)學院，湖北荊州434020；3金華市婺城區(qū)農(nóng)林局，浙江 金華 321017；第一作者：cnrrizyp@163.com）

為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，人們常常增施氮肥，導致氮肥用量大幅增加、氮肥利用率低下，目前我國氮肥施用量約占世界氮肥總施用量的24%，而氮肥利用率僅為28%~40%，大部分氮素主要通過氨揮發(fā)、硝化和反硝化、淋洗和徑流等途徑損失[1]。大量氮肥施用給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了各種嚴峻問題：氮肥通過地表流失和滲漏等途徑，直接導致地下水污染和江河湖泊的富營養(yǎng)化；氮肥的硝化和反硝化作用釋放了大量溫室氣體，造成空氣嚴重污染，等等。同時在我國，氮肥成本占水稻生產(chǎn)外部投入總成本（只包括肥料、農(nóng)藥、種子和灌溉成本）的份額高達35%[2-3]。針對我國氮肥利用率低的現(xiàn)狀，減氮增效已經(jīng)是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的大方向。

國內(nèi)外學者對氮肥深施、控釋肥和緩釋肥施用等方面開展了大量研究，并試圖選育出氮高效利用品種，但至今仍未取得重大突破。主要原因是氮肥利用率是一個復雜的綜合性狀，受外界試驗環(huán)境、研究方法、試驗材料和研究者試驗目的影響，研究結(jié)果不盡一致，甚至目前國內(nèi)外對氮肥利用率的定義都還未形成統(tǒng)一的標準[4]。徐富賢等[5]指出，近些年我國水稻氮素高效利用研究主要集中于氮高效利用和吸收品種的形成機制及大田實時水肥管理方面。張耀鴻等[6]對水稻進行不同梯度的氮肥處理時指出，產(chǎn)量的不同主要是氮素利用率存在差異所致，且氮素利用效率高的水稻品種具有較高的氮素轉(zhuǎn)運量。張亞麗等[7]指出，氮高效基因型意味著其能吸收大量的氮或有較高的氮生理利用效率，從氮素的吸收方面，水稻的氮素吸收與根系的形態(tài)及活力的關(guān)系極為密切。大量研究表明，水稻的氮素利用效率及其構(gòu)成因素存在著顯著的基因型差異，且影響機制極其復雜[8-12]。為此，本文通過研究不同氮素水平下不同基因型水稻的重要農(nóng)藝性狀，構(gòu)建綜合評價體系，兼顧水稻高產(chǎn)和氮高效，以期篩選出氮高效利用品種，并為氮高效品種篩選和評價提供有效、適用的方法。

表1 供試早稻品種及其編號

1 材料與方法

1.1 供試材料

以12個生產(chǎn)中常用的早稻品種為試驗材料，種子均由中國水稻所研究所提供。這12個品種生育期大致相同，具體名稱見表1。

1.2 試驗方法

試驗于2017年在浙江省金華市婺城瑯新合作社田間進行。選取中低等肥力、具有代表性的多年種植水稻田為試驗田。試驗土壤不同土層的養(yǎng)分含量如表2所示。從表2可見，該試驗田土壤pH值偏低，呈酸性，隨土層加深pH值增加，有機質(zhì)含量和氮磷鉀等養(yǎng)分含量減少。由于土壤酸性較強，土壤質(zhì)地粘重，結(jié)構(gòu)不良，土壤的保肥供肥能力較差，水稻產(chǎn)量不高。

試驗采用裂區(qū)設計，主區(qū)肥料、裂區(qū)為品種。3次重復，共6個小區(qū)，每個小區(qū)120 m2，小區(qū)間做埂并用塑料薄膜隔開。本試驗設2個氮肥處理水平：施用氮肥（N1）和不施氮肥（N0）。氮肥施用量和其他栽培管理措施同當?shù)匾话闵a(chǎn)大田。3月20日在育秧盤中播種（提前2 d浸種消毒），4月17日移栽到大田，種植規(guī)格20 cm×20 cm，每叢插2株苗。氮肥為尿素，施用量（純N）10 kg/667 m2，分基肥、分蘗肥、穗肥 3 次施用，施用比例為 5∶3∶2；磷肥（過磷酸鈣）施用量為 25 kg/667 m2，作基肥一次性施用；鉀肥為氯化鉀，施用量為10 kg/667 m2，分基肥和穗肥2次等量施用。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分與結(jié)構(gòu)變化

移栽前，采用分層取樣法（0~10 cm、10~25 cm、25 cm以下土層）對每個小區(qū)土壤進行取樣，分析土壤主要理化指標（表2）。

表2 供試土壤的基本理化性狀

1.3.2 農(nóng)藝性狀及干物質(zhì)量

于成熟期按照平均分蘗數(shù)（避開邊行）選取代表性植株，每個處理2叢，3次重復，測定單株分蘗數(shù)、株高、葉面積后，分成莖、葉、穗三部分，在105℃下殺青30 min，后75℃烘干至恒質(zhì)量，分別稱量莖、葉、穗的干物質(zhì)量，接著研磨后用濃H2SO4-H2O2消化，再用全自動凱氏定氮儀（Foss K jeltecTM2300，Swiss）測定植株各部分的含氮量。計算植株吸氮量（成熟期的地上部干物質(zhì)量×含氮量）、氮素生理利用率[氮肥生理利用效率（kg/kg）=（施N區(qū)產(chǎn)量-不施N區(qū)產(chǎn)量）/（施N區(qū)植株吸氮量-不施N區(qū)植株吸氮量）] 。

1.3.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

根據(jù)平均有效穗數(shù)，每個處理選2叢，3次重復，單穗進行每穗粒數(shù)、穗長、實粒數(shù)、癟粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重統(tǒng)計，并在成熟期每個處理選6 m2進行實割測產(chǎn)，換算成標準含水量后的產(chǎn)量為實際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和DPS 2006軟件進行數(shù)據(jù)分析以及圖表的繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基因型品種的產(chǎn)量比較

從表3可以看出，施氮處理的水稻產(chǎn)量明顯高于不施氮處理，且不同品種間的單產(chǎn)也存在極顯著差異。由于試驗田土壤肥力不高，參試早稻的產(chǎn)量普遍不高。SINGH等[13]曾指出，不同供氮水平下，水稻的產(chǎn)量均高于相同處理下同一生育期的其他品種的平均產(chǎn)量，即為氮高效基因型，反之則為氮低效基因型。以12個品種在N0處理下的平均產(chǎn)量為橫坐標，以在N1處理下的平均產(chǎn)量為縱坐標進行分類，分類表明：第Ⅰ象限（雙高效型），在施氮和不施氮條件下產(chǎn)量均高于平均值，相對穩(wěn)產(chǎn)，包括 V11、V8、V12、V10；第Ⅱ象限（低氮高效、高氮低效型），不施氮條件下可以相對高產(chǎn)，而在施氮條件下產(chǎn)量低于平均值，是耐低氮的品種，包括V9、V6；第Ⅲ象限（雙低效型），在施氮和不施氮條件下產(chǎn)量均低于平均值，包括 V4、V7、V5、V2、V3；第Ⅳ象限（高氮高效、低氮低效型），在施氮條件下可以獲得高產(chǎn)，但在不施氮條件下產(chǎn)量相對低，僅V1（圖1）。在生產(chǎn)實際中，我們需要選用低氮高效型或雙高效型水稻品種，才能保證在一定投入下有較高的收益，所以從產(chǎn)量上看，象限Ⅰ、Ⅱ的6個品種為該土壤背景條件下的氮素利用率較高的品種。

表3 不同處理產(chǎn)量和成熟期氮素生理利用率

2.2 不同基因型品種的氮素生理利用效率差異

進一步分析表明，12個品種的氮素生理利用率也存在較大差異，變幅在24.6~50.5 kg/kg之間（表3）。氮高效品種不僅需要考慮產(chǎn)量，還需要考慮氮的吸收利用，所以，以產(chǎn)量為參數(shù)篩選出的V6、V8、V9、V10、V11、V12這6個品種中，進一步以氮肥生理利用率大于30%為氮高效篩選參數(shù)，選出了V6、V8、V11這3個既具有較高的產(chǎn)量，也具有相對較高的生理利用率的品種，可視為氮高效品種。

2.3 3個氮高效品種的種子粒型特征

對篩選出的3個氮高效早稻品種V6、V8、V11的籽粒性狀進行分析，發(fā)現(xiàn)這3個品種的千粒重均在24 g以上，圓度均在0.30以上，長寬比表現(xiàn)適中（表4）。

表4 3個品種籽粒性狀特征

圖1 施氮和不施氮處理下水稻產(chǎn)量結(jié)果的象限分布

3 討論與結(jié)論

張亞麗等[7]對氮高效基因型水稻描述為在不同的氮素水平下都有較高的產(chǎn)量。本研究根據(jù)產(chǎn)量數(shù)據(jù)對12個早稻品種進行象限劃分，明確氮高效型品種在施氮和不施氮2個處理下均具有較高的產(chǎn)量，且具有較高的氮素生理利用率，說明可以實現(xiàn)高產(chǎn)和高效的同步，這與徐富賢等人的結(jié)論一致[5，14]。由于土壤供氮能力、氮肥用量以及基因型與環(huán)境互作問題都會影響對氮素利用率的評價，本研究以產(chǎn)量、干物質(zhì)量及植株氮含量等重要指標進行綜合性篩選，闡明一種氮高效品種的篩選方法，并進一步分析了氮高效品種籽粒的性狀特征，也為水稻機械化精確量播種提供了理論依據(jù)。