施氮條件下不同株型水稻的土壤氨化強度和氮肥利用率研究

王柏秋　全革　劉中卓　呂小紅

摘? 要：以穗型直立的緊湊型水稻品種沈農07425和穗型彎曲的松散型水稻品種秋光為材料，在不同氮素水平下研究兩種株型水稻品種的土壤氨化強度和氮肥利用率。結果表明，沈農07425 施氮處理的土壤氨化強度隨生育進程的推進表現為上升趨勢，松散型秋光施氮處理的土壤氨化強度隨生育進程的推進表現為下降趨勢，但兩品種間土壤氨化強度均呈現N1>N2>N3的關系。沈農07425的氮肥農學利用率遵循N1>N2>N3的趨勢，秋光N2處理的氮肥農學利用率最大。土壤氨化強度受品種株型、施氮水平及二者交互作用共同影響。為減少氮素氨化損失，建議不同株型水稻品種采取相應追氮模式，緊湊型沈農07425適宜低氮、氮肥早施，而松散型秋光中氮、氮肥晚施。

關鍵詞：氮;株型;氨化強度;氮肥農學利用率

Study on Soil Ammonification Intensity and Nitrogen Fertilizer Utilization Efficiency between Different Plant Type Rice under Several Nitrogen Levels

WANG Bai-qiu ， QUAN-Ge ， LIU Zhong-zhuo ， LV Xiao-hong*

（Liaoning Institute of Saline-Alkali Land Utilization， Panjin Liaoning 124010， China）

Abstract： The soil ammonification intensity of Shennong-07425 under the nitrogen application treatments showed an upward trend with the advancement of growth process， while that of loose Akihikari showed a downward trend. However， the soil ammonification intensity between the two varieties showed a relationship of N1>N2>N3. The nitrogen agronomy efficiency of Shennong-07425 followed a trend of N1>N2>N3， and Akihikari get its highest nitrogen agronomy efficiency under N2 treatment. The soil ammonification intensity was influenced by the variety， nitrogen application and their interaction. To reduce nitrogen ammoniation loss， it is recommended to adopt corresponding nitrogen application modes for different plant types of rice varieties. The compact type Shennong-07425 is suitable for early application of low nitrogen ， while the loose type Akihikari is suitable for late application of medium nitrogen.

Key words： Nitrogen; Plant type; Ammonifying intensity; Nitrogen agronomy efficiency

氮素是土壤中重要的養分限制因子，也是水稻生長中不可缺少的最重要營養元素，外施氮肥不僅可調節作物產量品質，還影響氮肥的利用效率[1]。研究證明，在施用氮肥的前提下，水稻所需氮素有50%以上來自土壤[2]，而土壤供氮的主要方式來自于土壤有機氮的礦化[3]。氨化作用指微生物分解有機氮化物產生氨的過程，土壤中氨化作用的強弱除與有機含氮化合物的數量有關外，還受土壤環境條件的影響[4]。稻田氮肥損失中，氨揮發占很大比例，也是稻田氮肥損失的主要機制之一。目前稻田土壤氮礦化、氨化研究主要圍繞熱帶和亞熱帶地區[5，6]，而北方溫帶地區稻田土壤氨化方面的報道較少。因此，在當前化肥減施的大背景下，以北方稻區育成的穗型直立的緊湊型水稻品種沈農07425和穗型彎曲的松散型水稻品種秋光為試材，進行施氮條件下不同株型水稻品種土壤氨化研究，旨在了解北方溫帶稻田土壤的氨化特征，以期豐富水稻土壤研究理論，為不同株型水稻品種的科學施肥、提高肥料利用效率提供理論依據。

1? 材料與方法

1.1? 試驗材料

試驗在沈陽農業大學水稻研究所進行，以穗型直立、株型緊湊的沈農07425和穗型彎曲、株型松散的秋光為試驗材料。

1.2? 試驗設計

采用盆栽方式，盆缽直徑30 cm，高26 cm，裝土13.25 kg/盆。土壤基本理化性質如下：全氮含量為1.1 g/kg，全磷含量為2.8 g/kg，全鉀含量為34 g/kg，水解氮84.5 mg/kg，有效磷38.3 mg/kg，有效鉀138.7 mg/kg，有機質29.8 g/kg，pH 值5.65。

參考毛達如[7]的《植物營養研究法》設定5個氮肥水平：低氮（N1，施氮0.1 g/kg土壤）、中氮（N2，施氮0.15 g/kg土壤）、高氮（N3，施氮0.2 g /kg土壤）、完全不施肥（CK）、不施氮肥（PK，磷鉀肥正常施用）。3次重復，完全隨機排列。施用磷酸二銨300 kg/hm2，氯化鉀225 kg/hm2。氮肥分基肥、蘗肥、穗肥（按5：3：2比例）施入，其中以尿素作為基肥，硫酸銨作為蘗肥、穗粒肥追施，磷肥和鉀肥作為基肥施入。4月12日育苗，5月20日插秧，3穴/盆，1株/穴。降雨天氣用遮雨棚防止氮素損失。其它栽培管理措施同生產田。

1.3? 測定指標及方法

分別于分蘗期（T1）、拔節孕穗期（T2）、齊穗期（T3）、灌漿15 d（T4）、灌漿30 d（T5）、灌漿45 d（T6）取根系土壤用萘氏試劑比色法[8]測定土壤氨化強度。

1.4? 數據處理

應用Microsoft Excel和DPS數據處理系統分析。

氮肥農學利用率：施氮肥區與不施氮肥區稻谷產量之差與施氮量之比，即單位施氮量的產量增加量。（單位：kg/kg）

2? 結果與分析

2.1? 施氮條件下不同株型水稻土壤氨化強度隨生育期的變化

如圖1可知，沈農07425的N1、N2和N3處理的土壤氨化強度隨生育進程的變化走勢較為相似，整體上表現為上升趨勢，都在齊穗期達最低值，灌漿45 d的土壤氨化強度較大，且土壤氨化強度呈現N1>N2>N3的關系，N1處理的土壤氨化強度較N2、N3高0.43%、7.90%;PK、CK處理在灌漿15 d土壤氨化強度大幅度提升，達到整個生育期的最大值，其它生育時期與N1、N2和N3處理間差異不大。秋光各處理間差異較大：PK、CK處理與沈農07425的相似，形成W型走勢，而N1、N2和N3處理的土壤氨化強度隨生育進程的變化走勢則與沈農07425有所區別，整體上表現為下降趨勢，N2、N3處理在拔節期時表現出極顯著的上升趨勢，隨后下降，N1處理分蘗期到齊穗期極顯著下降，灌漿后期也表現出微弱的下降趨勢。各施氮處理間土壤氨化強度呈現N1>N2>N3的關系。由此可見，無論施肥與否，隨水稻生育期的變化均表現在齊穗期有最低的土壤氨化強度，而不施氮處理在灌漿15 d土壤氨化強度很高，可能是因為土壤氮素使水稻土壤在灌漿15 d表現出了抑制氨化作用的環境，沈農07425成熟期土壤氨化強度大于分蘗和拔節期，而秋光分蘗和拔節期的土壤氨化強度大于成熟期。秋光的低氮處理在拔節期的表現不同于中氮和高氮處理。

分蘗期和灌漿15 d左右氮肥對土壤的氨化強度有抑制作用，使PK、CK處理的土壤氨化強度極顯著高于N1、N2和N3，沈農07425的高中低氮三種處理間的整體差異不明顯，說明施氮量對土壤氨化強度影響沒有顯著差異，秋光的N1處理在拔節期表現為極顯著低于其他各處理，說明此時秋光各處理間的土壤氨化強度產生很大變化，低氮肥處理使秋光土壤氨化強度變小，而在成熟期施氮使土壤氨化強度明顯降低。

可見，施氮處理后期兩品種間差異極顯著，表現為沈農07425的土壤氨化強度高于秋光，而前期，秋光與沈農07425的只有N1的差異不明顯，其他處理均極顯著高于沈農07425。沈農07425與秋光在低氮條件土壤的氨化強度表現相似。因此，品種的不同使其施氮處理的土壤氨化強度在成熟期產生極顯著的差異，說明不同株型水稻品種在成熟期土壤氨化強度上差異表現明顯，松散型秋光土壤氨化強度比緊湊型沈農07425低。

2.2? 品種株型與施氮水平對土壤氨化作用強度的交互作用

表1中品種株型與施氮水平對土壤氨化作用強度的影響表明，分蘗期、拔節期、灌漿30 d和灌漿45 d土壤氨化作用強度受品種株型因素影響達到了極顯著水平，而施氮水平對土壤氨化作用強度的影響在分蘗期、灌漿15 d和灌漿30 d達到極顯著水平。此外，品種株型和施氮水平對土壤氨化作用強度的影響存在一定的正交互作用，除灌漿30 d外各生育期均達極顯著水平，說明品種株型與施氮水平的交互作用對土壤氨化作用強度產生較大影響。

2.3? 施氮條件下不同株型水稻品種氮肥利用率的比較

由表2所示，兩品種各施氮處理的氮肥農學利用率在與PK、CK對照分別比較時差異較大。與PK做比較時，沈農07425的氮肥農學利用率較小，而秋光的氮肥農學利用率較大，N1、N2和N3三個處理下，秋光的氮肥農學利用率均遠遠大于沈農07425的氮肥農學利用率。沈農07425在N3處理下氮肥農學利用率最大，秋光在N2處理下氮肥農學利用率最大。

與CK做比較時，兩株型品種的氮肥農學利用率均較大，且沈農07425的氮肥農學利用率大于秋光的氮肥農學利用率。沈農07425的氮肥農學利用率遵循N1>N2>N3的趨勢，且N1與N3處理間差異顯著。秋光N2處理的氮肥農學利用率最大。沈農07425的N1處理的氮肥農學利用率達到34.84 kg/kg，較N2、N3處理的氮肥農學利用率分別提高48.13%、59.45%。秋光N2處理的氮肥農學利用率達到22.20 kg/kg，較N1、N3處理的氮肥農學利用率分別提高26.42%、10.89%。以PK、CK為對照，兩株型品種氮肥農學利用率的差異說明，以PK為對照的單位施氮量的產量增加量小于以CK為對照的單位施氮量的產量增加量，這與PK處理下產量大于CK處理的結果吻合。

分析品種株型與施氮水平對氮肥農學利用率的交互作用發現，以PK為對照的氮肥農學利用率受品種影響達到顯著水平（表1）。

2.4? 施氮水平與不同株型水稻品種土壤氨化強度及氮肥利用率的相關分析

由表3可知，拔節孕穗期、灌漿15 d的氨化作用強度（T2、T4）與氮肥農學利用率（與PK比較）極顯著正相關，灌漿45 d的氨化作用強度（T6）與氮肥農學利用率（與PK比較）顯著負相關。齊穗期的氨化作用強度（T3）與施氮水平顯著正相關。氮肥農學利用率與施氮水平相關性未達到顯著水平。

3? 結論與討論

稻田氮肥損失中，氨揮發占比約20%，也是稻田氮肥損失的主要機制之一[9]。稻田的氨揮發與土壤的氨化強度是一個問題的兩方面的指標表現形式，土壤氨化強度表達了稻田氨揮發的潛力。孫宇賀[10]研究發現，單施無機肥、單施有機肥、無機肥與有機肥配施這3 種不同施肥方式下稻田土壤的氨化過程在氮礦化過程中占有重要地位。顧春朝[11]進一步研究認為，淹水培養的前7天土壤均表現出強烈的氨化和硝化作用，隨著培養時期延長，氨化過程仍然持續發生，且淹水培養的施肥稻田土壤礦化過程均以氨化過程為主。不同施肥措施對土壤硝態氮氨化過程的影響具有顯著差異，研究表明長期施氮會導致土壤硝態氮氨化速率隨著氮肥施用量的增加而減小[12]，且分蘗期土壤硝態氮氨化潛力最高[13]。由研究可得，無論施肥與否，隨水稻生育期的變化均表現在齊穗期有最低的土壤氨化強度，而不施加氮肥的處理在灌漿15 d有很高的土壤氨化強度，可能是因為土壤氮素使水稻土壤在灌漿15 d表現出了抑制氨化作用的環境，沈農07425在成熟期的土壤氨化強度大于分蘗和拔節期，而秋光分蘗和拔節期的土壤氨化強度大于成熟期。秋光的低氮處理在拔節期的表現不同于中氮和高氮處理。分蘗期和灌漿15 d左右氮肥對土壤的氨化強度有抑制作用，使未施加氮肥的PK、CK處理的土壤氨化強度極顯著高于施氮處理，沈農07425的高中低氮三種處理間的整體差異不明顯，說明氮肥施用量對其土壤氨化強度影響沒有顯著差異，秋光的低氮處理在拔節期時表現為極顯著低于其他各處理，說明拔節期使秋光各處理間的土壤氨化強度產生很大變化，低氮肥處理使秋光土壤氨化強度變小，而在成熟期施氮使土壤氨化強度明顯降低。施加氮肥的處理后期兩品種間差異極顯著，表現為沈農07425的土壤氨化強度高于秋光，而前期秋光與沈農07425的只有低氮處理的差異不明顯，其他處理秋光均極顯著高于沈農07425。可見，品種的不同使其施氮處理的土壤氨化強度在成熟期產生極顯著的差異，不同株型水稻品種在成熟期土壤氨化強度上差異表現明顯，松散型秋光土壤氨化強度比緊湊型沈農07425低。土壤氨化強度受品種株型、施氮水平及二者交互作用共同影響。

適量施氮會促進水稻生長發育和養分轉化，但施氮過量會導致水稻營養生長過剩和貪青晚熟，造成肥料利用率的降低、化肥資源的浪費和生態環境的污染[14]。張洪程等[15]研究認為，氮肥利用率隨施氮量的增加而增加，至中肥處理達最大值，而高肥處理則顯著降低。本研究取得相似的結果，沈農07425的氮肥農學利用率遵循N1>N2>N3的趨勢，秋光N2處理的氮肥農學利用率最大。結合兩個品種的土壤氨化強度，沈農07425 施氮處理的土壤氨化強度隨生育進程的推進表現為上升趨勢，松散型秋光施氮處理的土壤氨化強度隨生育進程的推進表現為下降趨勢，兩品種間土壤氨化強度均呈現N1>N2>N3的關系，建議不同株型水稻品種采取不同的施氮模式以減少氮素氨化損失，其中，緊湊型品種沈農07425適宜較低施氮量且氮肥盡早追施，而松散型品種秋光適宜中等施氮量且氮肥盡可能晚施。

參考文獻：

[1] 呂小紅，王宇，馬暢，等.氮密互作對濱海稻區不同品種粳稻產量及氮肥利用率的影響[J].沈陽農業大學學報，2022，53（1）：1-8.

[2] 朱兆良.中國土壤肥力[M].北京：中國農業出版社，1998：9-10.

[3] 付會芳，張興昌.旱地土壤氮素礦化的動力學研究[J].干旱區資源與環境，1997，11（1）：53-57.

[4] 閔航.微生物學[M].杭州：浙江大學出版社，2011：121-135.

[5] 劉暢，唐國勇，童成立，等.不同施肥措施下亞熱帶稻田土壤碳、氮演變特征及其耦合關系[J].應用生態學報，2008，19（7）：1489-1493.

[6] 李卉，李寶珍，鄒冬生，等.水稻秸稈不同處理方式對亞熱帶農田土壤微生物生物量碳、氮及氮素礦化的影響[J].農業現代化研究，2015，36（2）：303-308.

[7] 毛達如.植物營養研究法[M].北京：中國農業大學出版社，2002：8-10.

[8] 李阜棣，喻子牛.農業微生物學實驗技術[M].北京：中國農業出版社，1996：29-63.

[9] 劉吉濤.應用15N研究棉田生態系統中氮素動態[J].農村生態環境，1988（1）：43-46.

[10] 孫宇賀，傅民杰.不同施肥方式對北方稻田土壤氮礦化的影響[J].湖北農業科學，2014，53（16）：3765-3769.

[11] 顧春朝，傅民杰.不同施肥類型對淹水稻田土壤氮素礦化的影響[J].湖北農業科學，2016，55（13）：3322-3326.

[12] Pandey A，Suter H，He J Z，et al.Dissimilatory nitrate reduction to ammonium dominates nitrate reduction in long-term low nitrogen fertilized rice paddies[J].Soil Biology & Biochemistry，2019，131：149-156.

[13] 楊知書，徐傳紅，湯逸帆，等.沼液替代化肥及與秸稈聯用對稻田土壤反硝化和硝態氮氨化潛力的影響[J].土壤學報，2023，60（3）：738-748.

[14] 徐新朋，周衛，梁國慶，等.氮肥用量和密度對雙季稻產量及氮肥利用率的影響[J].植物營養與肥料學報，2015，21（3）：763-772.

[15] 張洪程，馬群，楊雄，等.水稻品種氮肥群體最高生產力及其增長規律[J].作物學報，2012，38（1）：86-98.

基金項目：遼寧省博士科研啟動基金項目（20141169），遼寧省科技廳重大攻關項目（2008201002）。

收稿日期：2023-04-28

作者簡介：王柏秋（1965-），男，副研究員，主要從事作物高產栽培研究工作。

*通訊作者：呂小紅（1983-），女，研究員，主要從事水稻高產栽培研究工作。