氮肥不同用量對(duì)南四湖區(qū)水稻產(chǎn)量及氮素利用率的影響

趙慶雷等

摘要：針對(duì)山東南四湖稻區(qū)氮肥施用量過大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加、農(nóng)田氮素失衡、氮素流失嚴(yán)重的現(xiàn)象，研究了不同施氮量對(duì)氮素積累與轉(zhuǎn)移、稻谷產(chǎn)量及其構(gòu)成、氮素利用率等的影響。結(jié)果表明，不施氮肥處理，抑制了水稻營養(yǎng)生長，顯著降低了水稻分蘗和成熟期有效穗、干物質(zhì)積累量、植株氮吸收量及稻谷產(chǎn)量；氮肥施用量過大，造成營養(yǎng)生長過旺，形成大量無效分蘗，降低了氮肥利用率，對(duì)提高水稻產(chǎn)量無顯著效果。在當(dāng)前氮肥施用水平上減施30%，可有效抑制無效分蘗，使?fàn)I養(yǎng)生長和生殖生長更加協(xié)調(diào)，提高氮肥利用率，且對(duì)水稻產(chǎn)量無不利影響。

關(guān)鍵詞：南四湖區(qū)； 水稻； 氮素利用率； 產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S511.062文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2013）07-0078-05

施用氮肥是水稻獲得高產(chǎn)的必要舉措。但長期以來，部分稻區(qū)盲目追加氮肥奪高產(chǎn)，如山東南四湖流域部分稻區(qū)氮肥施用量高達(dá)350～400 kg/hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水稻生長所需，帶來生產(chǎn)成本增加、農(nóng)田氮素失衡、氮素流失導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重等一系列問題，嚴(yán)重威脅到南四湖水體水質(zhì)。南四湖是南水北調(diào)東線山東段重要的調(diào)蓄水庫，沿途農(nóng)田養(yǎng)分的流失直接關(guān)系到輸水水質(zhì)與飲用水安全。因此，在山東南四湖流域，在維持當(dāng)前水稻產(chǎn)量水平的前提下，減少化學(xué)氮肥投入量，已迫在眉睫。相關(guān)學(xué)者在該領(lǐng)域做了大量研究：王紹華等^[1]研究了江蘇太湖地區(qū)水氮互作對(duì)水稻氮吸收與利用的影響；潘圣剛等^[2]研究了氮肥用量與基追比例對(duì)水稻氮素吸收轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響；莫潤秀等^[3]研究了氮肥運(yùn)籌對(duì)水稻植株不同形態(tài)氮含量的影響；晏娟^[4]、魏海燕^[5]、江立庚^[6]、葉利庭等^[7]研究了施氮量對(duì)不同氮效率水稻氮素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)與利用的影響；魯艷紅等^[8]研究了控釋氮肥對(duì)洞庭湖區(qū)水稻氮素利用的影響；汪華等^[9]研究了不同氮水平對(duì)高肥力稻田水稻、土壤、水體氮素變化及環(huán)境影響。不過，針對(duì)當(dāng)前南四湖流域稻田氮素合理施用研究尚少。本研究基于南四湖區(qū)稻田氮素施用量過大，導(dǎo)致面源污染嚴(yán)重、威脅到南水北調(diào)輸水水質(zhì)的現(xiàn)實(shí)，研究了氮肥不同用量對(duì)水稻干物質(zhì)積累、產(chǎn)量、氮素利用及氮素積累與轉(zhuǎn)移的影響，以期為制定南四湖區(qū)水稻高產(chǎn)、高效、節(jié)氮、降污的合理施肥技術(shù)提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)設(shè)在山東省水稻研究所濟(jì)寧綜合試驗(yàn)站，供試土壤為砂姜黑土發(fā)育的水稻土，基本理化性狀：有機(jī)質(zhì)含量36.15 g/kg，全氮1.29 g/kg，全磷0.246 g/kg，全鉀22.27 g/kg，堿解氮45.23 mg/kg，有效磷12.45 mg/kg，速效鉀123.12 mg/kg，pH 7.16。供試品種為當(dāng)?shù)赝茝V品種圣稻16。

試驗(yàn)設(shè)4種氮肥水平處理，各處理磷、鉀肥用量相同，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)4次，小區(qū)面積4 m×5 m。小區(qū)間筑埂并包膜以防串灌，以當(dāng)?shù)剞r(nóng)田平均氮素用量為標(biāo)準(zhǔn)用量，設(shè)各施肥處理分別為：N0，不施氮肥；N1，常規(guī)施氮肥（常規(guī)氮肥施用量）；N2，過量施氮肥（比N1用量高30%）；N3，減量施氮肥（比N1用量低30%）。供試化肥為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。種植方式為稻-麥輪作，一年兩熟。水稻季常規(guī)養(yǎng)分施用量分別為：N 310.5 kg/hm2；P2O5 120.9 kg/hm2；K2O 85.2 kg/hm2。氮肥的施用分作基肥、起身肥、分蘗肥和穗肥4次施用，施用比例為基肥20%，返青肥25%，分蘗肥30%，穗肥25%。磷肥全部用作基肥施用，鉀肥作基肥和穗肥各50%施用。水稻插秧行株距為25 cm×15 cm。

1.2樣品采集與項(xiàng)目調(diào)查

2009年6月7日采集0～20 cm耕層基礎(chǔ)土樣。分蘗動(dòng)態(tài)調(diào)查的樣點(diǎn)10叢定位，記載基本苗、高峰苗和成熟期的有效穗數(shù)。分別于水稻分蘗期、抽穗期和成熟期取有代表性的植株6叢，按莖鞘、葉、穗分開，烘干后測定干物重，樣品保留做含氮量分析。水稻收獲前測定水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素，主要包括有效穗、每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)等。收獲時(shí)，各小區(qū)選6 m2左右實(shí)割，曬干換算成標(biāo)準(zhǔn)含水量后計(jì)算產(chǎn)量，并從測產(chǎn)的樣品中取樣測定千粒重。土樣經(jīng)自然風(fēng)干后磨碎過2 mm篩，分析相關(guān)的肥力指標(biāo)，植株全氮采用凱氏定氮法測定^[10]。

2結(jié)果與分析

2.1不同施氮量對(duì)水稻分蘗及干物質(zhì)積累的影響

由表1可知，與常規(guī)施氮處理N1相比，不施氮肥處理N0水稻最高分蘗和成熟期有效穗數(shù)均顯著降低，增施氮肥處理N2顯著增加了水稻最高分蘗，但成熟期有效穗數(shù)與處理N1差異不顯著。減施氮肥處理N3水稻最高分蘗和成熟期有效穗數(shù)與常規(guī)施氮處理N1相比差異均不顯著。這說明水稻缺氮會(huì)抑制分蘗，降低水稻有效穗數(shù)，過量施氮可促進(jìn)水稻分蘗，但對(duì)成熟期有效穗數(shù)無顯著影響，適當(dāng)減施氮肥對(duì)水稻分蘗和有效穗數(shù)影響不大。

齊穗期水稻干物質(zhì)積累量以莖最大，其次為葉，穗最小，成熟期水稻干物質(zhì)積累量以穗最大，其次為莖，葉最?。ū?）。與常規(guī)施氮處理N1相比，處理N0水稻齊穗期和成熟期干物質(zhì)均顯著降低。處理N2齊穗期僅葉中干物質(zhì)積累量顯著高于處理N1，成熟期干物質(zhì)積累量與處理N1無顯著差異。處理N3于齊穗期和成熟期干物質(zhì)積累量與N1均無顯著差異。說明不施氮肥會(huì)顯著降低水稻干物質(zhì)積累量，但適量增施和減施氮肥對(duì)水稻干物質(zhì)積累均無顯著影響。

2.2不同施氮量對(duì)水稻吸氮量的影響

由表2可知，與常規(guī)施氮處理N1相比，處理N0齊穗期和成熟期吸氮量均顯著降低，氮素收獲指數(shù)顯著高于處理N1。處理N2齊穗期葉、莖吸氮量及植株總吸氮量均顯著高于處理N1，成熟期植株吸氮量與處理N1相比均無顯著差異，氮素收獲指數(shù)顯著低于處理N1。處理N3齊穗期莖中吸氮量顯著低于處理N1，葉、穗吸氮量及植株總吸氮量與處理N1差異均不顯著，成熟期植株吸氮量與處理N1差異均不顯著，氮素收獲指數(shù)兩處理也無顯著差異。

以上結(jié)果表明，不施氮肥可降低齊穗期和成熟期植株吸氮量，但能顯著提高氮素收獲指數(shù)，增施氮肥可促進(jìn)齊穗期植株對(duì)氮素的吸收，但使氮素收獲指數(shù)顯著降低，適當(dāng)減施氮肥對(duì)水稻植株吸氮量影響不大，對(duì)氮素收獲指數(shù)也無顯著影響。

2.3不同施氮量對(duì)稻谷產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

由表3可知，不施氮肥處理N0與常規(guī)施氮處理N1相比，穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著降低，結(jié)實(shí)率和千粒重均顯著提高，產(chǎn)量較N1顯著降低。與常規(guī)施氮處理N1相比，增施氮肥處理N2顯著增加了每公頃水稻穗數(shù)，但兩處理間穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重?zé)o顯著差異，水稻產(chǎn)量差異也不顯著。減施氮肥處理N3水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素與處理N1間差異均不顯著。這說明，不施氮肥降低了每公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)，但提高了結(jié)實(shí)率和千粒重，總體上使水稻產(chǎn)量顯著降低，增施氮肥處理提高了每公頃穗數(shù)，但對(duì)穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和產(chǎn)量均影響不大，適當(dāng)減施氮肥對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均無顯著影響。

2.4不同施氮量對(duì)水稻氮素利用率的影響

由表4可知，與常規(guī)施氮處理N1相比，不施肥處理N0氮素表觀轉(zhuǎn)移量及灌漿期轉(zhuǎn)移的氮對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率均顯著降低。增施氮肥處理N2與N1相比，氮素表觀利用率降低了23.2%，灌漿期氮素表觀轉(zhuǎn)移量提高了39.5%。 減施氮肥處理N3氮素表觀利用率較常規(guī)施氮處理N1顯著提高，提高幅度達(dá)72.3%，氮素農(nóng)學(xué)利用率提高幅度達(dá)60.4%，灌漿期氮素表觀轉(zhuǎn)移量降低了24.4%，灌漿期轉(zhuǎn)移的氮對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率降低了25.4%。

以上結(jié)果表明，增施30%氮肥降低了水稻氮素表觀利用率和農(nóng)學(xué)利用率，提高了灌漿期氮素表觀轉(zhuǎn)移量。減施30%氮肥在不減產(chǎn)的情況下大幅度提高了水稻氮素表觀利用率和農(nóng)學(xué)利用率，降低了灌漿期氮素表觀轉(zhuǎn)移量及灌漿期轉(zhuǎn)移的氮對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率。

3結(jié)論與討論

3.1不同施氮量對(duì)水稻分蘗、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響

傅慶林^[11]研究表明，營養(yǎng)生長期高氮肥用量顯著增加了葉片干物質(zhì)重，這與本研究結(jié)果是一致的，這是因?yàn)闋I養(yǎng)生長期高氮肥用量促進(jìn)了葉片中RuBP羧化酶含量的提高，而葉片中RuBP羧化酶含量的提高促進(jìn)了二氧化碳同化作用和地上部干物質(zhì)生產(chǎn)^[12]。鄭永美等^[13]研究認(rèn)為，適量的起身肥可以促進(jìn)分蘗的早生快發(fā)，提高水稻的分蘗成穗率，本研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。本研究中各處理均施用了占總施氮量25%的起身肥，結(jié)果表明，減施30%氮肥處理與不施氮肥處理相比，水稻最高分蘗和成熟期有效穗均顯著提高，與常規(guī)施氮處理相比，水稻最高分蘗和成熟期有效穗均無顯著差異；增施30%氮肥處理較常規(guī)施氮處理提高了水稻最高分蘗數(shù)，但對(duì)成熟期有效穗數(shù)無顯著影響。說明適量的起身肥可以促進(jìn)水稻分蘗的早生快發(fā)，提高水稻分蘗成穗率，前期氮肥施用過量，會(huì)產(chǎn)生無效分蘗，降低水稻分蘗成穗率。

在產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成方面，大量研究表明^[14～16]，隨施氮量的增加，有效穗和穗粒數(shù)顯著增加，但施氮量過高反而下降，這與本研究結(jié)果是一致的。本研究結(jié)果表明，不施氮肥處理水稻分蘗、干物質(zhì)量、有效穗、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率均顯著降低；與常規(guī)施氮處理相比，增施30%氮肥顯著增加了水稻最高分蘗數(shù)和齊穗期葉片干物質(zhì)量，但對(duì)成熟期有效穗、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率均無顯著影響，產(chǎn)量也無顯著差異；減施30%氮肥對(duì)水稻分蘗、干物質(zhì)量、有效穗、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、產(chǎn)量較常規(guī)施氮處理均無顯著差異。這說明增施氮肥，主要增加了水稻無效分蘗，導(dǎo)致群體過大，無效生長多，對(duì)產(chǎn)量并無顯著貢獻(xiàn)。在常規(guī)施氮基礎(chǔ)上減施30%氮肥，對(duì)水稻干物質(zhì)及產(chǎn)量并未構(gòu)成不利影響。

3.2不同施氮量對(duì)水稻氮素吸收、轉(zhuǎn)移與利用的影響

本研究表明，不施氮肥水稻植株吸氮量顯著降低，但能顯著提高氮素收獲指數(shù)；增施30%氮肥提高了齊穗期植株吸氮量，顯著降低了氮素收獲指數(shù)，這與晏娟等^[4]的研究結(jié)果是一致的；減施30%氮肥處理，僅齊穗期莖吸氮量高于常規(guī)施氮處理，齊穗期葉和穗吸氮量、成熟期植株吸氮量及氮素收獲指數(shù)與常規(guī)施氮處理均無顯著差異。這說明，不施氮肥對(duì)水稻生長造成逆境脅迫，但促進(jìn)了氮素自水稻營養(yǎng)器官向生殖器官的轉(zhuǎn)移，減施30%氮肥處理完全可以滿足水稻正常生長所需，常規(guī)施氮處理所施氮肥多于水稻實(shí)際生長所需，多余的氮肥隨徑流流失或殘存在土壤中，增施30%氮肥處理增加了營養(yǎng)生長期無效分蘗數(shù)量，造成氮肥的大量浪費(fèi)。

本研究結(jié)果還表明，齊穗期植株氮含量主要集中于莖、葉中，至成熟期，大量氮素由莖、葉轉(zhuǎn)至籽粒中，這是因?yàn)樗竞笃诘匚漳芰τ邢?，籽粒氮素主要靠營養(yǎng)器官中氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)，而大量氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)是水稻獲得高產(chǎn)的重要途徑^[4]。

3.3不同施氮量對(duì)水稻氮素利用效率的影響

本研究結(jié)果顯示，增施30%氮肥降低了水稻氮素表觀利用率和農(nóng)學(xué)利用率，提高了灌漿期氮素表觀轉(zhuǎn)移量。這是由于氮肥施用量過大，超出水稻生長所需，一方面造成大量流失，導(dǎo)致利用率降低，另一方面，使水稻營養(yǎng)生長旺盛，產(chǎn)生大量無效分蘗，提高了灌漿期氮素由莖葉向籽粒的轉(zhuǎn)移量。減施30%氮肥在不減產(chǎn)的情況下大幅度提高了水稻氮素表觀利用率和農(nóng)學(xué)利用率，降低了灌漿期氮素表觀轉(zhuǎn)移量及灌漿期轉(zhuǎn)移的氮對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率。這是因?yàn)?，適當(dāng)減施氮肥可以滿足水稻正常生長需要，降低了流失量，提高了利用率，另外，適當(dāng)減施氮肥，使水稻營養(yǎng)生長和生殖生長更加協(xié)調(diào)，減少了灌漿期氮素由營養(yǎng)器官向生殖器官的轉(zhuǎn)移。

山東南四湖稻區(qū)當(dāng)前氮肥施用量高于水稻實(shí)際生長所需，存在流失風(fēng)險(xiǎn)。氮肥用量過大，造成營養(yǎng)生長過旺，形成大量無效分蘗，降低了氮素表觀利用率及農(nóng)學(xué)利用率，不利于水稻的增產(chǎn)增效。在當(dāng)前氮肥施用水平上減施30%，可有效抑制無效分蘗，使?fàn)I養(yǎng)生長和生殖生長更加協(xié)調(diào)，提高氮肥表觀利用率及農(nóng)學(xué)利用率，且不會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)量造成不利影響，是可行的。

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