不同栽培措施對水稻基肥氮素利用率及產量的影響

摘要 為評估不同栽培措施對水稻基肥氮素利用率和產量的影響，本研究以水稻品種瑋兩優8612為試驗材料，利用15N標記示蹤技術分析不同栽培措施下水稻產量、植株氮素的吸收和轉化率以及土壤酶活性。結果表明，改良灌溉管理和優化施肥策略有利于增加水稻植株氮素的積累與吸收，增加產量，其中輕干濕交替灌溉配合有機肥的綜合管理措施（ZGC-3）效果較佳；此外，綜合管理措施有利于提高土壤酶活性，增強土壤生物化學活性。研究證實了綜合栽培管理措施可有效提升水稻產量和氮肥利用效率，以及減少對環境影響。

關鍵詞 栽培；水稻；氮素利用；15N示蹤；土壤酶活性

中圖分類號 S511" " 文獻標識碼 A" " 文章編號 1007-7731（2024）15-0009-05

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.15.003

Effects of different cultivation measures on nitrogen utilization efficiency of"basal fertilizer and rice yield

YANG Zhouhua

（Agricultural and Rural Comprehensive Service Center of Dashi Township， Taihu Lake County， Anqing 246400， China）

Abstract To evaluate the effects of different cultivation measures on the nitrogen utilization efficiency of basal fertilizer and rice yield base fertilizer， the rice variety Weiliangyou 8612 was used as the experimental material， and the rice yield， plant nitrogen absorption and conversion rate， and soil enzyme activity under different cultivation measures were analyzed using 15N labeling and tracing technology. The results showed that improving irrigation management and optimizing fertilization strategies were beneficial for increasing nitrogen accumulation and absorption in rice plants， and increasing yield. Among them， the comprehensive management measure of light dry wet alternation irrigation combined with organic fertilizer（ZGC-3）had the better effect. In addition， comprehensive management measures are beneficial for improving soil enzyme activity and enhancing soil biochemical activity. The study confirmed the effectiveness of comprehensive cultivation management strategies in improving rice yield and nitrogen fertilizer utilization efficiency， as well as reducing environmental impact.

Keywords cultivation; rice; nitrogen utilization; 15N tracer; soil enzyme activities

氮肥的有效利用對于促進農業生產可持續發展具有重要作用。氮素利用率直接關系到水稻作物的產量與品質，且對環境存在潛在影響。實際農業生產中，氮肥利用率偏低不僅造成資源浪費，還在一定程度上引發了環境問題，如溫室氣體排放和水體富營養化等[1-2]。當前，相關學者聚焦于通過各種栽培措施提高氮素利用率的研究，謝昊等[3]研究表明，通過增密減氮、前氮后移和增施餅肥等栽培措施處理，可以提高植株的氮肥吸收利用效率，且具有改善土壤質量的作用；丁周宇等[4]研究了栽培措施對水稻氮素吸收利用的影響，采用秸稈還田+深耕+緩釋肥方式提高了氮肥利用率；李敏等[5]研究表明，控水增密簡單栽培能明顯提高水稻中后期氮素積累量，促進氮素由營養器官向穗部轉運。為研究植株氮素吸收和轉化效率，相關學者提出利用同位素15N標記技術追蹤氮素在土壤—植物系統中的轉化和利用情況，已經取得較好的成果[6]，程晉偉等[7]利用15N示蹤技術研究了香蒲對金魚藻腐殖質氮的吸收；韋劍鋒等[8]應用15N示蹤技術研究了耕作方式對甘蔗氮肥吸收利用的影響。

合理的栽培管理措施有助于促進植株氮素利用效率，不同栽培管理措施在不同土壤和氣候條件下的應用效果不同，需進行進一步的研究驗證。本試驗通過15N示蹤技術，研究了不同栽培管理措施對水稻氮素利用率和產量影響，目的是探索在當前農業生產實踐中實現氮肥高效利用的栽培措施，為推動農業可持續發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種為瑋兩優8612，是研究區廣泛栽植的一種優良水稻品種。

1.2 試驗地基本情況

試驗地位于安徽安慶太湖縣大石鄉，試驗田塊經過前期準備，包括土壤深翻、平整和基肥施用，以確保試驗開始時土壤條件統一。試驗田土壤類型為馬肝土，土壤肥力水平中等，有機質含量2.5%，全氮含量0.14%。土壤pH 6.3，適宜水稻生長。

1.3 試驗設計

于2021—2022年連續兩年采用隨機區組設計，設置5種不同的栽培處理方式，每處理重復3次，小區面積50 m2，5種不同的栽培處理方式如下。

0N：氮空白區，不施氮肥。栽插密度13.3 cm × 30 cm，水分管理為常規灌溉。

CGZ：常規栽培（對照組）。在0N基礎上增施氮肥，氮肥總量300 kg/hm2，施肥比例基肥∶分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ蕿?∶2∶2∶1（W∶W∶W∶W），栽插密度13.3 cm × 30 cm，水分管理為常規灌溉。

ZGC-1：綜合管理措施一。在CGZ基礎上減少10%氮肥，總氮肥量270 kg/hm2，施肥比例基肥∶分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ蕿?∶2∶2∶2（W∶W∶W∶W），栽插密度10.7 cm × 30 cm，水分管理為常規灌溉。

ZGC-2：綜合管理措施二。在ZGC-1基礎上，全生育期實施輕干濕交替灌溉，以提高水分和氮素利用效率，施氮總量、施肥比例和栽插密度均與ZGC-1一致。

ZGC-3：綜合管理措施三。在ZGC-2基礎上，基肥增施菜籽肥餅（5%N）2 250 kg/hm2，施氮總量、施肥比例、栽插密度和水分管理均與ZGC-2一致。

微區設置：每個處理設置一個15N示蹤試驗微區，小區面積1 m2，鋁合金框隔離肥水。微區中基肥使用的氮肥來源為15N富集的封堵混合氮肥，確保可以準確追蹤和分析氮素在土壤—植物系統中的流動和利用。各微區內部裝配土壤水分張力計，用于監測和記錄土壤水分動態，這對于實施和評估不同水分管理策略至關重要。通過實時監測土壤水分狀態，可以精確控制灌溉，以模擬各種水分管理條件下的作物生長環境。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 考種與計產" 每個小區隨機選取3組10穴樣本，收獲的水稻經割茬、稱重后，在通風條件下晾干或烘干至恒重，以確定干物質重量。調查記錄各處理穗粒數、千粒重和結實率等產量構成因素，隨后進行脫粒和清選，排除未成熟粒，僅計算成熟稻谷的干重，通過測量清選后的稻谷干重折算單位面積稻谷產量。

1.4.2 氮肥吸收量和積累量的測定、計算" 氮肥吸收量和積累量的測定基于15N示蹤技術，采用以下步驟。（1）樣品采集與處理。在水稻生育的不同階段（分蘗期、拔節期、抽穗期和成熟期）采集代表性植物樣本和土壤樣本。樣本干燥、研磨和篩選后備用。（2）15N豐度測定。使用元素分析-同位素比值質譜儀（EA-IRMS）測定樣品中的15N豐度。通過計算14N和15N的比率，確定樣品中的15N豐度。（3）氮肥吸收量計算。通過測定收獲時植株各部分（根、莖、葉和穗）中的15N含量，計算出氮肥的吸收量，計算公式：吸收量（mg/kg）=樣本中15N含量/樣本干重，總吸收量（mg）=吸收量×樣品總重。（4）氮肥積累量計算。根據不同階段測得的15N含量，計算氮肥在植株中的積累量，積累量為各生育階段的吸收量（mg/kg），總積累量為各生育階段吸收量的總和（mg）。

1.4.3 基肥氮素吸收利用效率" 本研究采用標準計算方法來確定水稻對氮肥的吸收和利用效率。分別測定水稻基肥氮吸收量和氮總吸收量，計算基肥氮素被植株吸收的比例以及基肥氮吸收量占氮總吸收量的比例。

1.4.4 土壤酶活性" 土壤脲酶活性測定采用靛藍比色法，操作參考黃娟等[9]的方法。此方法是將脲作為底物加入土壤樣品中，然后測量一定時間內產生的氨量，從而確定脲酶的活性。土壤過氧化氫酶（Catalase，CAT）活性測定依據Johnson等[10]的方法，添加過氧化氫作為底物，通過監測特定時間內過氧化氫的分解率來評估CAT活性。

1.5 數據統計分析

采用Excel軟件和SPSS 22.0軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 對水稻產量及其構成因素的影響

不同栽培管理措施對水稻的產量及其構成因素有一定影響。2021年0N、CGZ、ZGC-1、ZGC-2和ZGC-3處理的水稻產量分別為5.88、9.63、10.33、10.99和11.75 t/hm2，2022年分別為5.96、9.98、10.33、10.76和11.25 t/hm2。無氮肥處理（0N）的產量最低，顯示出氮肥在水稻生產中的重要性。相較于低氮肥平衡施用（CGZ），綜合栽培管理措施（ZGC-1～ZGC-3）均具有提升產量的效果，其中以ZGC-3處理的產量最高，反映多種栽培技術的綜合應用有助于提升產量。

穗數和總穎花數的增加對提高產量具有直接效應，其中ZGC-3與CGZ相比，2021年穗數從261.4萬/hm2增加至311.0萬/hm2，增幅19.0%，2022年穗數從259.7萬/hm2增加至311.9萬/hm2，增幅20.1%。結實率、千粒重在各處理間的差異不大，沒有呈現出明顯的規律性變化，這可能表明在上述處理條件下，結實率與千粒重對產量的貢獻潛力已經被充分利用。

綜合改良灌溉管理和優化施肥策略的栽培措施可提高水稻的產量和生產效率，其中，ZGC-3處理在多個產量構成因素上表現較好。

2.2 對氮積累量和吸收量的影響

由圖1可知，氮素的積累和吸收量在不同栽培措施下存在差異。在常規栽培（CGZ）條件下，氮素積累和吸收量相對較低，可能由于常規栽培方法未能充分發揮氮素的利用效率，導致氮肥部分流失。而改良灌溉管理的處理（ZGC-2、ZGC-3）顯示出較好的氮素積累量，表明適宜的水分管理可以提高土壤中氮素的溶解度，促進氮素被作物吸收利用。

在水稻生長發育過程中，氮素吸收呈現出生長初期吸收量較低，隨后逐漸增加的趨勢。與常規栽培（CGZ）相比，實施輕干濕交替灌溉處理（ZGC-2、ZGC-3）的水稻的氮素積累量在分蘗末期后差異存在統計學意義（Plt;0.05）。這可能是因為輕干濕交替灌溉增強了植物根系活性，從而提高了氮素的吸收效率。

綜合栽培管理方法通過優化氮素供應，有效增加了水稻對氮素的吸收和積累，促進了植株生長，提高了產量，同時氮肥減量施用有利于改善環境，為實現農業生產可持續發展提供了可行性策略。

2.3 不同處理下15N標記的基肥吸收利用效率分析

本研究使用15N標記尿素基肥來追蹤和分析基肥氮素在水稻體內的分布及其去向，揭示了不同栽培措施對基肥氮素利用效率的影響。由圖2可知，與常規栽培（CGZ）相比，綜合管理措施三（ZGC-3）提高了作物對基肥氮素的吸收量，差異存在統計學意義（Plt;0.05）。綜合管理措施有利于降低土壤中氮素的殘留。

2021年CGZ、ZGC-1～ZGC-3處理下植株的基肥氮吸收量分別為30.04、30.41、33.49和34.88 kg/hm2，占基肥氮的比例分別為20.02%、28.16%、31.01%和32.29%；2022年CGZ、ZGC-1～ZGC-3處理下植株吸收的基肥氮分別為25.89、25.88、27.96和29.72 kg/hm2，占基肥氮的比例分別為17.26%、23.96%、25.89%和27.92%。

由圖2可知，ZGC-1、ZGC-2和ZGC-3處理中的植株基肥氮吸收量占植株總氮吸收量的比例低于CGZ處理。即輕干濕交替灌溉和增施有機肥的措施不僅促進了根系對氮素的吸收，且通過改善土壤質量和提高土壤氮素庫容，增加了植株對基肥氮的利用效率。

2.4 不同栽培措施處理的土壤酶活性差異分析

不同栽培措施下土壤中催化過氧化氫分解的催化酶（CAT）和促進氮循環的脲酶活性的變化如圖3所示。兩年中各處理的CAT活性均以分蘗期較高，成熟期較低，表明CAT活性可能在水稻的早期生長階段更為活躍。ZGC-2和ZGC-3處理在分蘗期和抽穗期展現出了較高的CAT活性，特別是ZGC-3處理，這可能與增施有機肥有關，有機肥的添加可能增強了土壤中的微生物活動，從而提升了CAT活性。脲酶活性趨勢與CAT相似，在分蘗期達到峰值，且ZGC-2和ZGC-3處理的脲酶活性均高于其他處理，這表明改良的灌溉管理和有機肥的施用可能增強了土壤中的氮轉化過程。

總的來說，改良的栽培措施，尤其是結合輕干濕交替灌溉和增施有機肥的綜合管理方法，能夠提升土壤中CAT和脲酶活性。這不僅指示土壤生物化學活性的提升，也反映了土壤肥力和氮素循環能力的增強。

3 結論與討論

氮素利用效率的提高主要源于優化的施肥策略和改良的灌溉管理，其中準確的施肥實踐確保了氮素供應與作物需求相協調，從而減少了氮素損失；改良的灌溉管理通過維持適宜的土壤水分條件，有利于氮素在土壤中溶解和被作物吸收，實現了水氮同步管理，從而促進了氮素的有效轉移和利用。此外，產量的增加歸因于綜合栽培管理，其通過水分和養分管理的協同作用改善了植物的生長環境，其中優化水分和養分管理，增強了光合效率和植物生長速度，進而提高了產量。土壤酶活性的提升反映了綜合栽培管理下土壤生物活性和養分循環能力的增強，這可能源于土壤有機質含量的提升和微生物棲息地的改善，為土壤微生物活動提供了更多的能量和養分，激活了土壤中部分酶活性。從經濟和生態角度來看，改進栽培措施通過提高氮素利用效率和產量，不僅提升了農業生產的經濟效益，而且減少了氮肥的過量使用和損失，有助于減少水體和大氣污染，減輕環境壓力，推動農業生態系統的可持續發展。

本試驗通過15N示蹤技術，研究了不同栽培管理措施對研究區水稻氮素利用率和產量的影響。結果表明，不同栽培措施通過水分和養分管理影響水稻的氮素利用率和產量，優化栽培措施能夠改善土壤質量和調控根系活力，有效減少氮損失，提升水稻對氮的吸收和利用，從而提高氮肥利用率，增加產量。ZGC-1處理通過增密減氮、前氮后移，ZGC-2處理通過輕干濕交替灌溉，ZGC-3處理通過增施有機肥，均有效提升了水稻產量和氮肥利用率?？茖W栽培管理在提升作物生產效率和促進農業可持續發展發揮著重要作用，未來研究應進一步探索這些栽培措施在不同環境和作物系統中的應用效果及其改進方向。

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（責任編輯：李 媛）