供氮濃度與時期對水稻產(chǎn)量及氮吸收的影響

劉曉偉+王火焰+周健民+陳照明+劉永哲

摘要：采用田間微區(qū)框試驗，對水稻基肥、分蘗肥、拔節(jié)肥分別設(shè)置0、30、60、90、120、150、180、210 mg/kg的供氮濃度處理，研究不同供氮濃度與時期對水稻產(chǎn)量及氮吸收的影響。結(jié)果表明，氮肥無論是用作基肥、分蘗肥還是用作拔節(jié)肥，水稻產(chǎn)量均隨供氮濃度的增加而增加，其中供氮210 mg/kg作基肥時水稻產(chǎn)量最高，為91.5 g/穴，顯著高于其他處理。不同時期施氮濃度越大，干物質(zhì)在籽粒中的分配比例越低，其中用作拔節(jié)肥時不同濃度間的差異較小。3個時期供氮，籽粒、秸稈氮含量亦隨供氮濃度的增加明顯增加，用作拔節(jié)肥增幅最明顯。拔節(jié)期供氮水稻籽粒氮積累量增幅最大，明顯高于基肥和分蘗肥?；使┑獫舛葘λ井a(chǎn)量影響明顯，拔節(jié)期施氮可提高水稻籽粒氮吸收量。

關(guān)鍵詞：水稻；供氮濃度；氮肥利用率；根區(qū)施肥

中圖分類號： S511.06文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）07-0066-04

水稻是我國主要糧食作物，其種植面積較大，氮肥用量多[1-2]，近年來，因為稻田氮肥施用過量而導致的水體以及大氣污染等環(huán)境問題引起重視，針對提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的研究也成為近年的熱點[3]。尿素分次施用、緩控釋肥的施用[4]、有機無機配合施用[5]、脲酶抑制劑以及硝化抑制劑[6-8]等措施均能有效降低氮肥的損失，提高氮肥利用率。氮肥在土壤中的移動具有一定的空間局限性，改變氮肥施用方式，將氮肥集中施入水稻根系下方合適的位置（根區(qū)施肥），可以有效提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用率[9]。一方面減少氮素的損失風險，另一方面肥料養(yǎng)分釋放與水稻吸收和利用相匹配。張朝等研究表明，即使是3倍于常規(guī)施氮水平，肥料氮素表面撒施后的遷移轉(zhuǎn)化也僅僅發(fā)生在5 cm土層內(nèi)[10]。筆者試驗也證明，將尿素一次性點施于水稻根下，相對尿素表面撒施處理，能顯著提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用效率。氮肥用量能顯著影響水稻根系的生長，進而影響水稻的產(chǎn)量[11-12]，氮肥集中施入根系周圍，存在養(yǎng)分高濃度毒害的風險[13-14]。研究水稻不同生長時期對氮肥濃度的耐受能力，明確供氮濃度與水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收之間相互關(guān)系至關(guān)重要，本研究以水稻氮肥的根區(qū)施肥模式為出發(fā)點，主要研究水稻根系在不同生長時期對不同供氮濃度的反應，揭示水稻產(chǎn)量以及氮肥利用率與供氮濃度和供氮時期的關(guān)系，以期為提高肥料利用率的根區(qū)施肥模式提供理論支持。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗在安徽省廣德縣邱村鎮(zhèn)進行，土壤質(zhì)地為中壤，肥力中等，土壤理化性狀為：pH值5.6、有機質(zhì)含量 19.4 g/kg、全氮含量1.08 g/kg、速效磷含量5.77 mg/kg、速效鉀含量8800 mg/kg。田間試驗采用微區(qū)框設(shè)計，微區(qū)框為長 0.54 m、寬0.50 m、高0.35 m，無上下面的長方體桶狀，以防止串水串肥，內(nèi)部均勻種植4穴水稻，微區(qū)框之間留 0.30 m 過道便于水稻生長期調(diào)查取樣。水稻氮肥一次施用，共設(shè)基肥、分蘗期、拔節(jié)期3個施氮時期。每個時期設(shè)8個供氮濃度，分別為0、30、60、90、120、150、180、210 mg/kg（按照每個微區(qū)框裝風干土50 kg計算）。P2O5、K2O用量均為 120 kg/hm2。肥源分別為尿素，含氮46%；過磷酸鈣P2O5 12%；氯化鉀，K2O 60%。每個處理4次重復，微區(qū)框隨機排列。

試驗前按照微區(qū)框的長寬，取出框內(nèi)20 cm耕層土壤，刮平犁底層土面，擺好微區(qū)框并將四邊壓實。微區(qū)框內(nèi)取出的耕層土壤全部混在一起，風干磨碎過篩后在裝入微區(qū)框內(nèi)，裝土量50 kg/個。基肥施用處理，將稱好的氮、磷、鉀肥與土壤均勻混合后裝入微區(qū)框；其他時期追氮處理，只混勻磷、鉀肥裝框，氮肥后期用水溶解，在微區(qū)框內(nèi)打細洞少量多次灌入對應微區(qū)框。每個微區(qū)框內(nèi)種4穴水稻，其中2穴作為不同時期取樣，剩余的2穴留作最后測產(chǎn)。水稻品種為廣兩優(yōu)100。2013年5月20日育苗，6月20日移栽，7月20日追施分蘗肥，同時對施基肥的處理取樣；8月2日追拔節(jié)肥，同時對施分蘗肥的處理取樣；9月1日對施拔節(jié)肥處理的樣品取樣；10月10日收獲。

1.2數(shù)據(jù)處理與分析

成熟期水稻樣品分為莖稈和籽粒，105 ℃殺青30 min，后經(jīng)70 ℃烘干至恒質(zhì)量，磨碎，采用硫酸-雙氧水法消煮，采用法國SmartChem200全自動化學分析儀測定水稻植株氮含量[15]。測定后的數(shù)據(jù)在Excel 2007中計算和制圖。

2結(jié)果與分析

2.1供氮濃度與時期對水稻干物質(zhì)積累及分配的影響

從圖1可以看出，不同時期施氮對水稻籽粒和秸稈產(chǎn)量均產(chǎn)生明顯的影響。無論氮肥全部用作基肥、分蘗肥還是用作拔節(jié)肥，水稻籽粒產(chǎn)量均隨供氮濃度的增加而增加。氮肥全作基肥時，供氮濃度為210 mg/kg時產(chǎn)量最高，為91.5 g/穴，相對不施氮肥處理高78.7%。氮肥全作分蘗肥時水稻產(chǎn)量以供氮濃度210 mg/kg處理最高，為83.6 g/穴，明顯高于同期供氮的其他處理。拔節(jié)期供氮產(chǎn)量最高的為180 mg/kg處理，為79.2 g/穴，雖然拔節(jié)期施肥處理的水稻產(chǎn)量仍隨供氮濃度的增加而增加，但是產(chǎn)量增加幅度較小，氮肥全部作基肥施用時產(chǎn)量隨供氮濃度增加的增幅最大。從相同供氮濃度在不同生長時期施用的效果看，供氮濃度小于120 mg/kg時，相同供氮濃度在不同時期施用，水稻產(chǎn)量差異不大；但當供氮濃度超過120 mg/kg時，則表現(xiàn)為氮肥用作基肥時水稻產(chǎn)量的增幅最多，供氮濃度為210 mg/kg時，氮肥用作基肥比用作拔節(jié)肥水稻增產(chǎn)22.7%。水稻秸稈生物量變化趨勢與籽粒相同。氮肥全作基肥、分蘗肥、拔節(jié)肥的最大秸稈干物質(zhì)量均為 210 mg/kg 處理，分別為113.3、100.3、76.7 g/穴，比不施氮肥處理分別增加76.2%、54.9%、18.4%。從不同時期供氮對秸稈生物量的影響看，低濃度供氮時以氮肥用作分蘗肥效果最好，高濃度供氮時仍以氮肥用作基肥秸稈生物量最大。

從圖2可以看出，不同時期供氮及供氮濃度對水稻干物質(zhì)分配有明顯影響。氮肥作基肥施用時，籽粒干物質(zhì)分配比例隨供氮濃度的增加呈現(xiàn)先降低后平穩(wěn)的變化，供氮濃度大于 120 mg/kg 時籽粒干物質(zhì)分配基本保持不變?；?30 mg/kg 處理籽粒分配比例最大，達51.0%，明顯高于其他處理。氮肥用作分蘗肥時，籽粒干物質(zhì)分配比例也有隨供氮濃度的增加而降低的趨勢，但是各處理間差異不明顯。氮肥用作拔節(jié)肥時，不同供氮濃度處理間并無明顯的變化規(guī)律，但是籽粒干物質(zhì)分配比例均高于50%，明顯高于用作基肥和分蘗肥。從同一濃度不同時期施用的效果看，供氮濃度在30～60 mg/kg時，氮肥用作基肥、拔節(jié)肥時籽粒干物質(zhì)分配比例相對較大。供氮濃度較高時，用作拔節(jié)肥時籽粒的干物質(zhì)分配比例最大。

2.2供氮濃度與時期對水稻氮含量及積累量的影響

從圖3可以看出，不同供氮濃度對水稻籽粒和秸稈氮含量有明顯影響。從同一時期不同供氮濃度結(jié)果看，氮肥全部作基肥施用時，水稻籽粒氮含量隨著施氮濃度的增加而增加，在150 mg/kg時達到最大值，為12.3 mg/g，之后隨氮濃度增加略有下降，但處理間差異不明顯。氮肥作分蘗肥時籽粒氮含量的變化趨勢與用作基肥類似，即在施肥濃度為 150 mg/kg 時最高。然而氮肥全作拔節(jié)肥處理時，籽粒氮濃度隨著施氮濃度的增加顯著增加，在供氮210 mg/kg時最大，為17.1 mg/g，比不施氮肥的處理高98.8%。而從相同供氮濃度不同供氮時期數(shù)據(jù)看，總體表現(xiàn)為氮肥用作拔節(jié)肥時籽粒氮含量明顯高于用作基肥、分蘗肥時的籽粒氮含量。供氮30 mg/kg時，拔節(jié)肥處理的籽粒氮含量為12.7 mg/g，比最低的基肥處理高38.0%；供氮210 mg/kg時，拔節(jié)肥處理的籽粒氮含量比最低的分蘗肥處理高36.8%，差異明顯。

秸稈氮含量的變化趨勢與籽粒氮含量一致，但變化幅度比籽粒小。氮肥作基肥時，秸稈氮含量隨供氮濃度增加而增加，在180 mg/kg時達最大值，為8.3 mg/g，比不施氮處理高90.9%，與210 mg/kg處理間差異不明顯。氮肥用作分蘗肥、拔節(jié)肥時，秸稈氮含量均在供氮210 mg/kg時達到最大值，分別為7.3、11.2 mg/g，比不施氮處理分別高65.9%、154.5%。從相同供氮濃度不同供氮時期看，供氮濃度在0～60 mg/kg時，不同時期供氮水稻秸稈氮含量差異不明顯；供氮濃度大于 90 mg/kg 時，氮肥用作拔節(jié)肥的秸稈氮含量顯著高于用作基肥和分蘗肥。

從圖4可以看出，3個時期供氮，水稻籽粒氮積累量均隨著供氮濃度的增加而增加。氮肥用作拔節(jié)肥時，籽粒氮積累量在150 mg/kg處理時達到最大值，之后氮濃度增加，籽粒氮積累量趨于平緩。而氮肥用作基肥、分蘗肥時，籽粒氮積累量隨著供氮濃度的增加而增加，在210 mg/kg處理時達到最大。從不同時期供氮結(jié)果看，相同供氮濃度情況下，籽粒氮積累量仍然以用作基肥處理最高，明顯高于其他時期。秸稈中氮素積累量變化趨勢不如籽粒明顯，供氮濃度較低時不同時期間的差異較??；供氮濃度大于150 mg/kg時，氮肥施用越早，則秸稈氮素積累量相對越高。

2.3供氮濃度與時期對水稻氮分配的影響

水稻總氮積累量的變化趨勢與籽粒、秸稈變化趨勢相同，即氮肥無論作為基肥、分蘗肥還是拔節(jié)肥，總氮積累量均隨著供氮濃度的增加而增加，均在供氮210 mg/kg時達到最大值，分別為2 059、1 790、2 143 mg/穴（圖5）。本試驗條件下，供氮濃度相同，氮肥施用時間越晚，水稻的總氮積累量相對越高。

從圖6可以看出，氮肥作基肥時，氮積累量在籽粒中分配比例隨著供氮濃度的增加而降低，在供氮180 mg/kg時達到最低值，為54.3%。氮肥用作分蘗肥的變化趨勢與基肥基本相似，在供氮150 mg/kg時籽粒氮分配比例最低，為56.7%。當?shù)视米靼喂?jié)肥時，籽粒氮素分配比例隨著供氮濃度的增加明顯降低，供氮210 mg/kg處理最低，為59.5%。而從相同供氮濃度在不同時期所表現(xiàn)的差異看，氮素在籽粒中的分配比例總體表現(xiàn)為拔節(jié)肥>分蘗肥>基肥。

3討論與結(jié)論

室內(nèi)培養(yǎng)試驗證明，即使尿素用量濃度較高，銨態(tài)氮隨水向土壤下層遷移的距離也僅僅5 cm[9]，可見常規(guī)尿素表面撒施在水田水解后隨水遷移進入耕層土壤的量會很少，而大部分通過揮發(fā)或徑流損失。提高尿素的氮肥利用率，除了適當降低氮肥用量、施用包膜肥料、脲酶抑制劑以及硝化抑制劑等配合施用措施外，根區(qū)施肥是提高氮肥利用率的關(guān)鍵措施[10]。本試驗數(shù)據(jù)表明，尿素用作基肥一次性根區(qū)施肥，水稻顯著增產(chǎn)，同時氮肥當季利用率可達55%以上。所以探索氮肥在土壤中的擴散、供氮濃度對水稻根系及生長的影響以及根肥互作下養(yǎng)分吸收等規(guī)律，對于根區(qū)施肥技術(shù)的推廣至關(guān)重要。盡管試驗條件下的根區(qū)施肥要耗費大量人力，但是隨著水稻播種和施肥機械的創(chuàng)新和發(fā)展，定能解決肥料的機械施用難題。

本試驗在大田條件下進行，供氮濃度210 mg/kg相當于472.5 kg/hm2的純氮用量，明顯高于常規(guī)氮肥用量，筆者在基肥施用20 d后，取樣測定了水稻的生長參數(shù)，數(shù)據(jù)顯示基肥供氮濃度大于90 mg/kg時會抑制水稻的生長，水稻干物質(zhì)量明顯降低。但從整個生育期來看，這種毒害并未影響水稻產(chǎn)量，分蘗肥、拔節(jié)肥供氮濃度達到210 mg/kg時也不會有毒害的癥狀。可能為水稻前期根系相對弱小，對于高氮濃度相對敏感[16]，隨著根系的逐漸強壯，其對高濃度氮素耐受力增強[14]。所以，根區(qū)施肥技術(shù)要著重考慮和解決氮肥初期對水稻的影響。

大量研究表明，尿素前氮后移可以提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用率[17-18]。本試驗結(jié)果證明，基肥氮施用量越大，水稻產(chǎn)量越高。其原因一方面是前人研究尿素多為表面撒施，前氮后移即等同于尿素分次施用，降低了徑流等損失，因而提高了氮肥利用率。本研究尿素基肥與土體充分混勻，并且有微區(qū)框包圍，氮素多被土壤吸附保存下來，基本無徑流損失，可供水稻吸收的量更多。另一方面可能是水稻苗期根系小，對于氮素吸收能力有限，較高濃度氮素利于水稻對其吸收和積累，為水稻后期產(chǎn)量的增加奠定了基礎(chǔ)。

增加氮肥用量以及適當提高氮肥追肥比例可以顯著提高水稻蛋白質(zhì)含量和精米率等品質(zhì)指標[19-20]，但其效果受水稻品種以及栽培方式的影響[21-22]。本試驗結(jié)果未測定稻米的品質(zhì)，但是就不同時期追氮水稻籽粒氮含量的數(shù)據(jù)看，拔節(jié)期追氮肥，無論籽粒的氮含量、氮積累量還是氮素在籽粒中的分配比例均明顯高于前期施用氮肥，可見水稻后期追施氮肥定會對其品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響，但水稻后期供氮濃度與水稻營養(yǎng)品質(zhì)關(guān)系及機理有待進一步深入研究。

為防止試驗小區(qū)間相互串水串肥影響試驗效果，本試驗采用微區(qū)框設(shè)計，結(jié)果表明，微區(qū)框?qū)τ谒视绊懫鸬胶芎玫谋Ｗo作用，由于微區(qū)框之間預留了采樣和調(diào)查的過道，使得試驗樣品所接收的通氣和光照狀況好于常規(guī)種植密度下的水稻，框內(nèi)水稻產(chǎn)量很高，邊際效應明顯，一定程度上影響試驗結(jié)果。后期應進一步改進試驗設(shè)計以確保試驗結(jié)果更接近大田生長情況。

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