氮素調控對水稻黃華占氮素吸收與利用的影響

萬淑紅，田應兵，許昌雨，任東宜

(長江大學農學院，湖北 荊州 434025)

【研究意義】氮素供應對水稻產量及氮素的吸收與利用具有重要的調節作用。目前，國內水稻氮肥利用率為30 %～35 %，低于世界平均水平[1]。研究認為，氮肥施用量過高、施用比例不合理是水稻氮肥利用率低的主要原因[2]。因此，適宜的氮素調控方式對實現水稻高產高效具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M展】在一定施氮范圍內，水稻產量、氮素積累總量和利用效率與供氮水平呈正相關，但超過一定施氮量后，產量和氮素利用效率將不再提高[3-5]。前人關于施氮量及施用比例對水稻產量和氮素吸收與利用進行了大量研究，如胡雅潔等和郭保衛等研究認為增加施氮量水稻增產不顯著且氮肥利用率低，但通過適當提高基肥比例(基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶ 3∶ 3)可提高水稻產量、干物質積累量、氮素積累量和氮肥利用效率[6-7]；陳愛忠等和陳仁天等研究發現增施氮肥促進了植株對氮素的吸收，可顯著提高水稻干物質量和產量，但氮肥施用過多，會延緩水稻衰老，導致植株貪青晚熟，不利于營養器官中的碳水化合物和氮素向籽粒轉運，最終導致水稻產量和氮肥利用率偏低[8-9]。此外，不同水稻類型對氮素的響應和吸收特性也存在差異。研究表明，水稻不同類型間(秈粳稻、雜交稻和超級稻等)、相同類型不同品種間在物質生產、氮素吸收與利用普遍存在基因型差異[10-13]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，在水稻高產栽培中，氮肥(純氮)施用量已高達300～450 kg/hm2，不僅造成氮肥資源浪費，而且給環境帶來巨大壓力[14]。造成氮肥過量施用的一個重要因素是氮素調控不當。因此，如何正確進行氮素調控，對于提高水稻氮素吸收與利用、增加產量和農民收入具有重要的作用?！緮M解決的關鍵問題】黃華占是由廣東農科院水稻所選育的優質常規稻，因其米質優良、生育期適中、耐肥抗倒和播期彈性大，成為目前我國南方稻區同類型種植面積最大的水稻品種之一，且種植面積還有繼續擴大的趨勢[15-16]。為此，本試驗以黃華占為供試材料，設置2個氮肥水平和7種氮素調控方式，研究了黃華占的氮素吸收與利用特點，以期為黃華占氮肥合理利用提供理論依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年在湖北省荊州市李埠鎮楊井村(30°32′N，112°06′E)進行，該地區屬于典型北亞熱帶季風氣候，年降水量約1150 mm，年均溫在16.5 ℃左右，年日照時間≥2000 h，年無霜期≥230 d。試驗地為冬閑田，土壤類型為灰潮土，質地中壤，pH 7.6，全氮2.12 g/kg，全磷1.77 g/kg，全鉀8.14 g/kg，有機質14.5 g/kg，速效氮95.23 mg/kg，速效磷26.66 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗共設7個處理，3次重復，小區面積24 m2(3 m×8 m)，隨機區組排列，區組間設排灌溝，小區間筑埂覆膜，四周設有保護行。施氮方案見表1，設置常規施氮(180 kg/hm2)和減量施氮(135 kg/hm2)2個水平，其中N1、N2和N3處理的施氮量為180 kg/hm2，N4、N5和N6處理的施氮量為135 kg/hm2；N1、N2、N3、N4、N5和N6處理的基、蘗、穗肥比例分別為5∶2∶3、4∶2∶4、3∶2∶5、3∶2∶3、5∶0∶3和4∶1∶3。所有處理的磷肥用量(P2O5，75 kg/hm2)和鉀肥用量(K2O，180 kg/hm2)相同。磷肥作為基肥一次施入，鉀肥按基肥∶穗肥為6∶4分2次施用。

試驗于5月25日采用精準直播，株行距為8.3 cm×20 cm，1苗/穴；人工除草、病蟲害防治和水分管理同當地農民習慣。播種、取樣、收獲均在一天內完成。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土樣采集與理化性質測定 試驗前采集耕層(0～20 cm)土壤樣品，用相關方法[17]測定pH、有機質、速效氮、速效磷、全氮、全磷與全鉀含量。

表1 氮肥施用方案

1.3.2 植株干物質量及全氮的測定 分別于分蘗期、拔節期、齊穗期、灌漿期和成熟期在各小區取3穴，將植株按照穗、葉、莖、根分揀后裝袋，置于烘箱105 ℃殺青30 min，80 ℃烘24 h后，降至室溫后分別稱重，并粉碎過篩備用；采用意大利ECS 4024型CHNSO元素分析儀測定穗、葉、莖、根的全氮含量。

1.4 數據計算與統計分析

氮素吸收量(kg/hm2)= 某時期單位面積各器官干物質重×植株各器官含氮率；

氮素吸收利用率(%)=(施氮區植株總吸氮量-無氮區植株總吸氮量)/氮肥施用量×100；

氮素農學效率(kg/kg)=(施氮區產量-無氮區產量)/氮肥施用量；

氮素偏生產力(kg/kg)= 施氮區產量/氮肥施用量；

氮素收獲指數 = 成熟期籽粒氮積累量/全株地上部分氮積累總量。

使用Microsoft Excel 2016進行數據處理，DPS軟件進行其它統計分析。

2 結果與分析

2.1 黃華占的植株含氮率變化

水稻不同生育期體內含氮率的變化反映了對氮素吸收與利用的程度。由表2可知，黃華占整個生育期間均可吸收利用土壤中的氮素，不同處理在不同時期的含氮率均表現為分蘗期>拔節期>齊穗期>灌漿期>成熟期，這一趨勢與生育進程是一致的。分蘗期至齊穗期是黃華占生長最旺盛的階段，對氮素吸收利用程度較大，其中，分蘗期N5處理最高(1.81 %)，較N0和N4處理分別高18.78 %和11.05 %，且與其它各處理差異顯著；灌漿期至成熟期營養生長變慢并逐漸向生殖生長轉變，對氮素的吸收利用也相應減少；成熟期各處理的含氮率在0.77 %～1.19 %，施氮處理均極顯著高于N0。

2.2 氮在黃華占體內的分布特征

黃華占吸收的氮素在各部位的分配具有一定規律性(表3)。分蘗期至拔節期，不同施氮處理各器官的含氮率差異不顯著，與N0處理差異顯著；齊穗期不同處理各器官含氮率的大小順序為葉>穗>莖>根，說明黃華占吸收的氮大部分集中在葉片和穗部，只有少部分轉移到莖鞘和根部，其中，N6處理的穗含氮率最大，為1.50 %，且與N0、N4和N5處理差異顯著；灌漿期和成熟期各器官的氮含量大小順序均為葉>穗>根>莖，其中，成熟期N3處理葉片和穗部含氮率最高，較N0處理分別高38.02 %和27.78 %，且與N2、N4和N6處理差異顯著。

2.3 氮對黃華占生物量的影響

由圖1-a可知，分蘗至拔節期，不同氮素調控方式顯著影響黃華占生物量的積累，其中，拔節期N6處理的營養體生物量最高，達5.81 t/hm2，比N2和N4處理分別高11.02 %和13.08 %，差異極顯著。齊穗期至成熟期，營養體生物量呈下降趨勢，且齊穗期至灌漿期的下降幅度較大，而灌漿期至成熟期的下降幅度較小?？偵锪吭谡麄€生育期間均呈上升趨勢，且施氮處理顯著高于N0(圖1-b)。齊穗期至成熟期，穗部生物量顯著增加，其中，齊穗期的總生物量大小順序為N6>N3>N1>N5>N4>N2>N0；成熟期，N6處理的總生物量比N1、N2、N3、N4、N5和N0處理分別顯著增加2.12 %、1.61 %、2.34 %、0.60 %、0.88 %和11.27 %。說明減量施氮水平下，合理分配施氮比例能夠滿足黃華占生育過程中的氮素需求，以保證總生物量的積累。

表2 不同生育期的植株含氮率

注：表中數據為3次重復平均值±標準差，同列中的不同大、小寫字母分別表示處理間差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)。下同。

Note: The data in the table is 3 replicate mean ± standard deviation. The different large and lower letters in the same column indicate that the difference between treatments is extremely significant (P<0.01) and significant (P<0.05).The same as below.

表3 不同器官的含氮率

注：L,S,R,P 分別表示葉、莖、根、穗。

Note: L, S, R, P mean leaf, stem, root and panicle,respectively.

2.4 植株氮素吸收量

由表4可知，不同生育期黃華占的氮素吸收量隨生育進程而逐步增加，拔節期至成熟期根、莖鞘和葉片的氮素吸收量逐漸下降，而穗部的氮素吸收量增加。無論常規施氮還是減量施氮水平下，黃華占的葉片和莖鞘氮素吸收量高峰均出現在齊穗期。從分配器官來看，生育前期氮素吸收量主要集中在葉片，至生育后期則主要集中在穗部，而莖鞘和葉片的氮素吸收量比抽穗前顯著降低，且莖鞘略大于葉片。同時，在齊穗期，隨著施氮量的增加，莖鞘氮素吸收量呈逐漸增加的趨勢。成熟期，N6處理的氮素吸收量最高，達195.77 kg/hm2，較N1、N2和N3處理分別提高0.77 %、4.23 %和2.64 %，說明減量施氮條件下黃華占仍可維持較高的總生物量，進而提高植株氮素吸收量。

圖1 不同處理的營養體生物量(a)和總生物量(b)的動態變化Fig.1 Dynamics of vegetative organs biomass and total biomass in different treatments

表4 不同時期各器官的氮素吸收量

續表4 Continued table 4

吸氮量(kg/hm2) NUA器官Organ處理 TreatmentN0N1N2N3N4N5N6TA37.46±3.20dC76.12±1.22abAB69.44±0.40bcAB78.58±4.37aA67.49±5.59cB75.42±2.76abAB73.52±4.22abcAB齊穗期 HSP 11.07±0.96eD16.66±0.82bABC16.16±0.32bcBC17.44±0.60abAB12.68±0.28dD14.82±1.10cC18.09±0.65aAL17.73±0.77dE39.24±2.18aA32.62±0.13cCD35.65±1.01bBC32.13±0.67cD36.33±1.67bAB36.43±0.86bABS25.42±1.98eD70.05±3.32abAB64.08±1.97cdBC72.77±1.48aA60.60±3.73dC67.13±1.39bcABC65.25±4.38bcdBCR5.14±0.70dC9.15±0.64abAB8.32±0.71bcAB9.52±0.31aA7.74±0.21cB8.90±0.48abAB9.76±0.56aATA59.36±3.95eD135.09±3.68aA121.17±2.04cBC135.38±2.10aA113.16±4.57dC127.19±2.58bcAB129.54±4.59abAB灌漿期 GSP 42.55±3.17eE64.55±3.31dD62.21±2.55dD92.15±3.25aA65.42±0.38dD80.05±1.79bB71.43±0.43cCL12.75±0.17eD25.78±0.52bB23.25±0.33cC28.33±1.14aA21.63±0.98dC26.16±0.16bB27.95±0.44aAS15.34±2.48dC39.12±6.73bcAB35.91±7.04bcB51.91±0.27aA34.25±0.97cB44.37±5.02abAB36.7±6.38bcBR4.85±0.45dC8.12±0.32bcB8.07±0.25bcB8.63±0.64abAB7.50±0.54cB8.27±0.67bcAB9.39±0.23aATA75.49±3.93eE137.57±5.05cdCD129.44±8.48dD181.03±2.14aA128.80±0.96dD158.85±6.90bB145.47±6.94cBC成熟期 MSP 82.26±0.62eE112.24±0.93bAB109.71±1.58bB109.75±2.23bB90.72±1.37dD97.41±2.13cC115.85±1.58aAL15.73±0.16eE33.63±1.17aA28.58±0.90cC31.01±0.67bB27.02±0.30dC31.43±0.77bAB31.40±0.96bABS18.38±0.69fD49.51±2.28abAB42.39±0.45dC50.95±1.26aA41.02±0.38dC47.12±1.12cB48.30±0.93bcABR4.77±0.19dC8.19±0.67abA7.80±0.58bA7.79±0.50bA6.58±0.34cB8.20±0.37abA8.54±0.18aATA130.55±1.86dE194.27±1.89aAB187.49±1.79bC190.61±3.56bBC180.12±2.10cD179.67±1.66cD195.77±1.73aA

注：L,S,R,P,TA分別表示葉、莖、根、穗、總量。

Note: L, S, R, P, TA mean leaf, stem, root, panicle and total amount,respectively.

2.5 黃華占的氮肥利用率

氮肥利用率是評價水稻對氮素吸收的一個重要指標，反映水稻對土壤中氮肥的回收與利用效果。由表5可知，所有施氮處理中，N6處理的氮素農學利用率、偏生產力和吸收利用率均顯著高于其它處理。其中，氮肥農學利用率和偏生產力較N1處理高42.62 %和27.8 %。氮素吸收利用率的變化范圍為31.63 %～48.33 %，其中N6處理最高，較N2處理高34.55 %。而氮素收獲指數N0處理最高，達0.71，且與其它處理差異極顯著。N6處理的產量最高，達7541.11 kg/hm2，較其它處理增產7.98 %～15.88 %。說明減量施氮水平下，黃華占能夠更為有效地利用肥料中的氮。

表5 不同處理的氮素利用率及產量

3 討 論

施氮量是影響水稻氮素吸收與利用的關鍵因子[18-19]。研究表明，施氮量與水稻氮素積累總量呈正相關，與氮肥利用效率呈負相關[3,20]。趙慶雷等研究發現在當前農民習慣施氮水平(310.5 kg/hm2)上減少30 %的施氮量，不影響水稻產量且有利于氮肥利用率的提高[21]。本研究結果也反映了這一趨勢，常規施氮水平(180 kg/hm2)下，黃華占在不同生育期的含氮率雖然高于減量施氮處理，但氮素利用率較低；減少25 %的施氮量時仍能獲得比常規施氮處理更高的產量，且總生物量和氮肥利用率顯著高于其它處理。徐新朋等研究認為過量的氮肥會導致氮素在莖鞘和葉片中積累，進而導致水稻營養生長過旺、甚至貪青晚熟，因此適宜的施氮量是提高氮肥利用率和實現高產的關鍵[22]。本研究結果表明，減量施氮有助于提高黃華占的氮素吸收與利用，常規施氮處理雖然可以增加植株含氮率，但不利于氮肥利用率和產量的提高。

施氮比例對水稻氮素吸收與利用有重要影響，且因品種而異[23-25]。萬靚軍等研究認為降低穗肥比例，超級雜交稻氮肥利用效率呈先升后降的趨勢，以基蘗肥∶穗肥比例為6∶4時，氮素利用率最高[26]。而吳文革等指出雙季早稻基肥∶蘗肥∶穗肥為5∶2.5∶2.5時促進氮素吸收，提高氮肥利用效率[27]。本研究結果表明，減量施氮水平下，當基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶1∶3時黃華占的產量最高(7541.11 kg/hm2)，較其它處理提高7.98 %～15.88 %，且氮肥農學效率、偏生產力和吸收利用率均高于其它施氮處理，氮素吸收利用率變化在36.68 %～48.33 %；常規施氮水平下，不同氮素調控處理的氮素吸收利用率的變化范圍為31.63 %～35.40 %。聶凌利等研究表明適當減少基蘗肥比例，提高穗肥比例，可以增加水稻抽穗期的莖鞘干物質量，促進莖鞘和葉片干物質向籽粒的轉運，從而增加產量[28]。本研究發現，施氮可以促進黃華占的氮素吸收，提高莖鞘、葉片和穗部的氮素積累量，但氮肥施用量過高不利于后期氮素的吸收，進而導致氮素吸收利用率降低。說明在當前水稻施氮量普遍偏高的情況下，適當減少施氮總量，提高基肥比例，協調生育中后期干物質生產與氮素吸收量是提高黃華占產量和氮肥利用率的關鍵。

4 結 論

在減量施氮條件下(135 kg/hm2)，基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶1∶3時能較好的協調黃華占產量與氮肥利用率的關系，增加生育后期生物總量，提高了氮肥利用率，其產量達7541.11 kg/hm2，氮肥農學效率、偏生產力和吸收利用率分別為8.87 kg/kg、55.86 kg/kg和48.33 %。因此，通過合理的氮素調控，即使在減少氮肥的情況下，仍可實現黃華占產量和氮肥利用率的協同提高。