兩種產(chǎn)量水平下減量施氮對雜交中稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

蔣 鵬 徐富賢 熊 洪 張 林 朱永川郭曉藝 陳 琳 明 靜

(1四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高粱研究所/農(nóng)業(yè)部西南水稻生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川德陽 618000；2瀘州市納溪區(qū)農(nóng)業(yè)局,四川瀘州 646300)

氮素在水稻(Oryza sativaL.)生長發(fā)育和產(chǎn)量形成中起關(guān)鍵作用,合理施用氮肥是當(dāng)前水稻實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、氮高效的重要栽培措施,也是農(nóng)業(yè)科研的熱點(diǎn)問題之一。據(jù)報道,2006-2010年,我國平均氮肥總用量超過了27.9×106t[1],其中稻田單季水稻氮肥用量平均為180 kg·hm-2,較世界稻田氮肥單位面積用量約高75%[2]；而在高產(chǎn)的太湖稻區(qū)(平均產(chǎn)量為 8.6 t·hm-2,較全國平均產(chǎn)量高37%),稻田單季稻平均氮肥用量甚至超過300 kg·hm-2,較全國單季稻平均施氮量高67%[3-6]。然而,氮肥的過量投入,一方面導(dǎo)致我國稻田氮肥利用率顯著下降,本世紀(jì)初水稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥吸收利率僅分別為 10.4 kg·kg-1和28.3%,與20世紀(jì)80年代相比呈顯著下降趨勢[7]；另一方面還造成水稻生產(chǎn)成本的增加,同時引發(fā)水體、大氣等一系列污染問題。李艷等[8]研究表明,水稻的表觀氮損失量、氮損失比例隨著施氮量的增加呈線性增長的趨勢,氮素?fù)p失量占氮素總輸入量的14%～52%,稻田氨揮發(fā)總量也隨施氮量的增加而增加。因此,如何在確保水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的前提下,減少氮肥施用量的同時大幅度提高稻田氮肥利用效率,減少氮素?fù)p失及對環(huán)境的不利影響,即減少氮肥投入并使其與水稻需求相匹配對保持水稻可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。目前,我國農(nóng)業(yè)科研工作者圍繞水稻高產(chǎn)、氮素高效利用,開展了包括施氮量、施氮方法[9-10]、土壤類型[11]、品種類型[12]等對雜交稻產(chǎn)量和氮肥利用率影響的研究,對指導(dǎo)我國水稻生產(chǎn)以及協(xié)調(diào)提高產(chǎn)量和氮肥利用率起到了積極的作用。近年來,大量研究表明,通過合理的減少氮肥施用量及科學(xué)的氮肥運(yùn)籌能確保水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的同時,還能大幅度提高水稻氮肥利用率[13-15]。Peng等[16]研究發(fā)現(xiàn)在南方不同生態(tài)稻區(qū)減少30%的施氮量,水稻產(chǎn)量不但沒有下降,氮肥農(nóng)學(xué)利用率還成倍提高；張軍等[17]研究表明,不同土壤基礎(chǔ)肥力水平下,隨著土壤基礎(chǔ)肥力的提高,水稻最佳施氮量呈下降趨勢,氮肥吸收利用率呈增加趨勢。然而,前人研究多側(cè)重于氮肥減量多少,關(guān)于不同產(chǎn)量水平(中產(chǎn)、高產(chǎn))下雜交稻產(chǎn)量和氮肥利用率對減量施氮的響應(yīng)尚鮮見報道。實(shí)際生產(chǎn)中,雜交稻對氮肥的響應(yīng)隨產(chǎn)量水平的變化而改變[18],不同產(chǎn)量水平下相同的減氮量對雜交稻產(chǎn)量的影響也不盡相同,以同一標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)不同產(chǎn)量水平的水稻氮肥管理,將會造成施氮量偏高或不足等現(xiàn)象。可見,減量施氮必須是在確保雜交稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的前提下,最低限度地施用氮肥,最大限度地提高氮肥利用率,而非盲目地減少施氮量。為此,本研究利用雜交稻在不同生態(tài)條件(中產(chǎn)點(diǎn)、高產(chǎn)點(diǎn))下產(chǎn)量差異,研究不同產(chǎn)量水平(中產(chǎn)、高產(chǎn))下減量施氮對雜交稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響,以確定不同產(chǎn)量水平下雜交稻的合理施氮量,以期為雜交稻高產(chǎn)、氮肥高效管理提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及供試材料

試驗(yàn)分別在四川省瀘州(29°10′N、105°23′E, 海拔280 m)和德陽(31°14′N、104°16′E, 海拔 490 m)進(jìn)行。其中瀘州位于川東南,屬于亞熱帶濕潤氣候區(qū)；德陽位于成都平原,屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),2個試驗(yàn)點(diǎn)具體氣象情況詳見表1。試驗(yàn)點(diǎn)瀘州點(diǎn)土壤pH 值 4.4,含總氮 1.6 g·kg-1、有機(jī)質(zhì) 26.9 g·kg-1、堿解氮 70.8 mg·kg-1、有效磷 2.0 mg·kg-1、速效鉀 150.0 mg·kg-1。德陽點(diǎn)土壤 pH 值 6.7,含總氮 2.4 g·kg-1、有機(jī)質(zhì) 37.9 g·kg-1、堿解氮 102.9 mg·kg-1、有效磷 11.0 mg·kg-1、速效鉀 63.9 mg·kg-1。

供試材料:雜交中稻蓉優(yōu)1015,由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高粱研究所提供。

表1 瀘州和德陽3-9月的氣象條件比較Table 1 Comparison in climatic factors from June to September in Luzhou and Deyang

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2016和2017年分別在四川省瀘州和德陽進(jìn)行大田試驗(yàn),其中瀘州點(diǎn)為冬水田(冬季休耕),德陽點(diǎn)前茬為蔬菜。試驗(yàn)共設(shè)置農(nóng)民常量施氮(純氮195 kg·hm-2,NCK)、減量 23%(純氮 150 kg·hm-2,N-23%)、減量 46%(純氮 105 kg·hm-2,N-46%)、不施氮(0 kg·hm-2,N0)4個處理,采用隨機(jī)區(qū)組排列,3次重復(fù),小區(qū)面積20 m2。處理間作田埂并覆蓋塑料薄膜犁底層,防止串水串肥。氮肥分基肥(50%,移栽前1 d)、分蘗肥(30%,移栽后10 d)、穗肥(20%,幼穗分化Ⅱ期)3次施用,磷肥(過磷酸鈣)全部做基肥,P2O5用量為90 kg·hm-2；鉀肥(氯化鉀)分基肥和穗肥2次施用,按基肥∶穗肥=50%∶50%施用,K2O總用量為 150 kg·hm-2。中產(chǎn)、高產(chǎn)點(diǎn)均是采用濕潤育秧,人工移栽,移栽密度為20 cm×26.4 cm。瀘州點(diǎn)于2016年3月5日播種,4月8日移栽,7月2日齊穗,8月4日成熟；2017年3月5日播種,4月14日移栽,7月6日齊穗,8月8日成熟。德陽點(diǎn)于2016年4月6日播種,5月8日移栽,7月25日齊穗,9月3日成熟；2017年4月6日播種,5月8日移栽,7月26日齊穗,9月4日成熟。田間管理按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培進(jìn)行。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

于成熟期按小區(qū)莖蘗平均數(shù)取5穴代表性植株,用自來水將根系沖洗干凈,剪去根系,采用人工手工脫粒,分成稻草、稻谷兩部分,然后將稻谷分成實(shí)粒、秕粒兩部分,于105℃殺青30 min,75℃烘至恒重,用百分之一天平稱重。然后采用FZ102微型植物粉碎機(jī)(天津市泰斯特儀器有限公司)將稻草、實(shí)粒、秕粒樣品粉碎,經(jīng)濃H2SO4-H2O2消化后,采用Integral Futura連續(xù)流動分析儀(Alliance Instruments,法國)測定含氮量。收割整個小區(qū)植株進(jìn)行測產(chǎn),每小區(qū)單打單曬,折算成13.5%含水量后計(jì)為小區(qū)實(shí)收產(chǎn)量。

參照馮洋等[11]的方法按照公式分別計(jì)算氮素貢獻(xiàn)率(nitrogen fertilization contribution rate,NCR)、土壤氮素依存率(soil N dependent rate,SNDR)、氮肥農(nóng)學(xué)利用率(agronomic efficiency of applied N,AEN,kg·kg-1)、氮肥偏生產(chǎn)力(partial factor productivity of applied N,PFPN,kg·kg-1)、氮肥吸收利用率(recovery efficiency of applied N,REN)、氮肥生理利用率(physiological efficiency of applied N,PEN,kg·kg-1)、每生產(chǎn)1 000 kg稻谷氮素需要量(kg):

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2003整理數(shù)據(jù)；Statistix 8.0進(jìn)行方差分析；LSD0.05進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 減量施氮對雜交中稻產(chǎn)量的影響

由表2可知,不同地點(diǎn)間雜交中稻產(chǎn)量差異顯著。瀘州點(diǎn)(中產(chǎn)點(diǎn))的平均產(chǎn)量為8.54 t·hm-2,德陽點(diǎn)(高產(chǎn)點(diǎn))的平均產(chǎn)量為11.60 t·hm-2；與中產(chǎn)點(diǎn)相比,高產(chǎn)點(diǎn)雜交中稻產(chǎn)量平均增加35.9%。瀘州點(diǎn)(中產(chǎn)點(diǎn)),2016年 N-46%處理雜交中稻產(chǎn)量較 NCK增加3.9%,而2017年N-46%處理產(chǎn)量較NCK降低1.6%,但差異不顯著,表明中產(chǎn)點(diǎn)減施46%的氮肥雜交中稻產(chǎn)量未出現(xiàn)顯著下降。德陽點(diǎn)(高產(chǎn)點(diǎn)),N-46%處理雜交中稻產(chǎn)量較NCK平均降低7.3%,且差異顯著,表明高產(chǎn)點(diǎn)減施46%的氮肥會造成雜交中稻產(chǎn)量顯著下降。與NCK相比,德陽點(diǎn)N-23%處理產(chǎn)量平均增加1.3%,表明高產(chǎn)點(diǎn)減施23%氮肥并不會造成雜交中稻產(chǎn)量下降。與N0相比,N-46%、N-23%處理產(chǎn)量平均增加28.6%(瀘州)、32.3%(德陽),說明合理施氮有利于雜交中稻產(chǎn)量提高,但過量施氮會造成雜交中稻產(chǎn)量下降,如NCK。

表2 不同產(chǎn)量水平下減量施氮對雜交中稻產(chǎn)量的影響Table 2 Effect of reduced N application on grain yield of hybrid mid-season rice under different yield levels

2.2 減量施氮對氮肥貢獻(xiàn)率和土壤氮素依存率的影響

由表3可知,隨著施氮量的增加,兩地點(diǎn)的氮肥貢獻(xiàn)率均呈先上升后下降的趨勢。中產(chǎn)點(diǎn)(瀘州點(diǎn)),與NCK相比,2016年N-46%處理氮肥貢獻(xiàn)率增加2.7個百分點(diǎn),而2017年則降低1.3個百分點(diǎn),差異不顯著。德陽點(diǎn)(高產(chǎn)點(diǎn)),N-46%處理氮肥貢獻(xiàn)率較NCK平均降低5.9個百分點(diǎn),且差異顯著。與NCK相比,N-23%處理氮肥貢獻(xiàn)率平均升高4.7(中產(chǎn)點(diǎn))、1.1個百分點(diǎn)(高產(chǎn)點(diǎn))。高產(chǎn)點(diǎn)氮肥貢獻(xiàn)率與中產(chǎn)點(diǎn)相當(dāng)或更高。此外,隨著施氮量的增加,中產(chǎn)點(diǎn)和高產(chǎn)點(diǎn)的土壤氮素依存率均呈下降趨勢,且N-46%處理的土壤氮素依存率顯著高于NCK和N-23%。

表3 減量施氮對氮肥貢獻(xiàn)率和土壤氮素依存率的影響Table 3 Effect of reduced N application on NCR and SNDR in paddy field /%

2.3 減量施氮對雜交中稻吸氮量、氮收獲指數(shù)、每生產(chǎn)1 000 kg稻谷氮素需要量的影響

由表4可知,德陽點(diǎn)(高產(chǎn)點(diǎn))稻草吸氮量較瀘州點(diǎn)(中產(chǎn)點(diǎn))平均降低20.2%,但其成熟期總吸氮量較中產(chǎn)點(diǎn)增加7.2%。隨著施氮量的增加,稻草吸氮量、成熟期總吸氮量均呈上升趨勢。與NCK相比,中產(chǎn)點(diǎn)N-23%、N-46%處理的平均稻草吸氮量分別降低8.8%、32.1%,平均總吸氮量分別降低4.6%、20.6%；高產(chǎn)點(diǎn)N-23%、N-46%處理的平均稻草吸氮量分別降低12.8%、24.0%,平均總吸氮量分別降低5.6%、20.1%。說明減少施氮量可有效降低稻草的吸氮量。與中產(chǎn)點(diǎn)相比,高產(chǎn)點(diǎn)氮收獲指數(shù)平均增加10.3個百分點(diǎn),不同施氮量處理間雜交中,稻氮收獲指數(shù)差異顯著。中產(chǎn)點(diǎn)雜交中稻氮收獲指數(shù)隨著施氮量的增加呈下降趨勢；與NCK相比,N-23%、N-46%處理氮收獲指數(shù)分別增加1.9、6.8個百分點(diǎn)。高產(chǎn)點(diǎn)不同施氮量之間雜交中稻氮收獲指數(shù)變化趨勢不明顯,以NCK處理相氮收獲指數(shù)最低,較N-23%、N-46%分別降低3.2、2.4個百分點(diǎn)。

高產(chǎn)點(diǎn)每生產(chǎn)1 000 kg稻谷氮素需要量較中產(chǎn)點(diǎn)平均降低了20.9%。無論是中產(chǎn)點(diǎn)還是高產(chǎn)點(diǎn),隨著施氮量的增加,每生產(chǎn)1 000 kg稻谷氮素需要量呈上升趨勢。中產(chǎn)點(diǎn),與NCK相比,N-23%、N-46%處理每生產(chǎn)1 000 kg稻谷氮素需要量分別降低10.4%、21.4%。高產(chǎn)點(diǎn),N-23%、N-46%處理每生產(chǎn)1 000 kg稻谷氮素需要量較NCK分別降低6.4%、12.9%。相關(guān)分析表明,每生產(chǎn)1 000 kg稻谷氮素需要量與成熟期稻草吸氮量、總吸氮量呈顯著正相關(guān),與成熟期氮素收獲指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(圖1)。

2.4 減量施氮對雜交中稻氮肥利用率的影響

2.4.1 氮肥農(nóng)學(xué)利用率 由表5可知,施氮量對雜交中稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率影響顯著。隨著施氮量的增加,雜交中稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率呈顯著下降趨勢。與NCK相比,瀘州點(diǎn)(中產(chǎn)點(diǎn))N-23%、N-46%處理氮肥農(nóng)學(xué)利用率平均分別增加72.2%、94.3%,德陽點(diǎn)(高產(chǎn)點(diǎn))N-23%、N-46%處理氮肥農(nóng)學(xué)利用率平均分別增加36.1%、35.0%。高產(chǎn)點(diǎn)雜交中稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率為14.1～29.0 kg·kg-1,與中產(chǎn)點(diǎn)相比,高產(chǎn)點(diǎn)雜交中稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率平均增加56.8%。

2.4.2 氮肥偏生產(chǎn)力 由表5可知,隨著施氮量的增加,雜交中稻氮肥偏生產(chǎn)力呈顯著下降趨勢。與NCK相比,瀘州點(diǎn)(中產(chǎn)點(diǎn))N-23%、N-46%處理氮肥偏生產(chǎn)力平均分別增加38.3%、87.5%；德陽點(diǎn)(高產(chǎn)點(diǎn))N-23%、N-46%處理氮肥偏生產(chǎn)力平均分別增加31.7%、72.1%。高產(chǎn)點(diǎn)雜交中稻氮肥偏生產(chǎn)力為58.8～122.4 kg·kg-1,與中產(chǎn)點(diǎn)相比,高產(chǎn)點(diǎn)雜交中稻氮肥偏生產(chǎn)力平均增加36.1%。

2.4.3 氮肥吸收利用率 由表5可知,德陽點(diǎn)(高產(chǎn)點(diǎn))雜交中稻氮肥吸收利用率為25.2%～54.6%,較瀘州(中產(chǎn)點(diǎn))平均增加4.6個百分點(diǎn)。施氮量對雜交中稻氮肥吸收利用率影響顯著,隨著施氮量的增加,雜交中稻氮肥吸收利用率呈先上升后下降的趨勢。與NCK相比,N-23%處理氮肥吸收利用率平均增加4.9(中產(chǎn)點(diǎn))、4.4個百分點(diǎn)(高產(chǎn)點(diǎn))。N-46%處理氮肥吸收利用率與NCK相當(dāng)。

表4 不同產(chǎn)量水平下減量施氮對雜交中稻吸氮量、氮收獲指數(shù)和每生產(chǎn)1 000 kg稻谷氮素需要量的影響Table 4 Effect of reduced N application on N uptake,harvest index and requirement for producing 1 000 kg grains(NRPG)of hybrid mid-season rice under different yield levels

表5 不同產(chǎn)量水平下減量施氮對雜交中稻氮肥利用率的影響Table 5 Effect of reduced N application on N use efficiency of hybrid mid-season rice under different yield levels

2.4.4 氮肥生理利用率 由表5可知,雜交中稻氮肥生理利用率變化趨勢與氮肥農(nóng)學(xué)利用率相似,隨著施氮量的增加,氮肥生理利用率呈下降趨勢。德陽點(diǎn)(高產(chǎn)點(diǎn))雜交中稻氮肥生理利用率為40.0～70.0 kg·kg-1,與瀘州點(diǎn)(中產(chǎn)點(diǎn))相比,平均增加32.3%。與NCK相比,中產(chǎn)點(diǎn)N-23%、N-46%處理氮肥生理利用率平均分別增加60.2%、123.4%,高產(chǎn)點(diǎn)N-23%、N-46%處理氮肥生理利用率平均分別增加21.0%、42.4%。

3 討論

3.1 減量施氮對雜交中稻產(chǎn)量的影響

在確保雜交稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的前提下,合理的減少施氮量一直以來都是農(nóng)業(yè)科研工作者研究的重點(diǎn),研究結(jié)果也因土壤基礎(chǔ)肥力、肥料類型、肥料部分有機(jī)替代(秸稈還田、冬季綠肥)、合理密植等差異很大。王道中等[19]研究表明,與農(nóng)民習(xí)慣施氮(165 kg·hm-2)相比,高、低土壤基礎(chǔ)肥力稻田分別減氮30%、10%,均不會造成水稻產(chǎn)量明顯下降；黃巧義等[20]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)減氮20%(156 kg·hm-2)時,控緩釋氮占25%處理雜交稻產(chǎn)量較常規(guī)施氮量(分多次施用)增產(chǎn)9%,當(dāng)減氮40%(117 kg·hm-2)時,控緩釋氮占50%處理雜交稻產(chǎn)量較常規(guī)施氮量增產(chǎn)2%；曾研華等[21]通過連續(xù)多年定位試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)秸稈全量還田后可減少27%的化學(xué)氮養(yǎng)分的投入,且其產(chǎn)量較同等化學(xué)肥料養(yǎng)分投入處理增產(chǎn)3%；張穎睿等[22]研究認(rèn)為,稻田紫云英翻壓量為2.7～4.5 t·hm-2時,氮肥減少常規(guī)用量的 33%～67%,不會造成水稻減產(chǎn)；Huang等[23]研究表明,通過合理密植可彌補(bǔ)因減少施氮量而造成的產(chǎn)量損失。本研究結(jié)果表明,瀘州點(diǎn)(中產(chǎn)點(diǎn)),當(dāng)減氮 46%(105 kg·hm-2)時,雜交中稻產(chǎn)量與常規(guī)施氮量(195 kg·hm-2)相當(dāng)或更高；德陽點(diǎn)(高產(chǎn)點(diǎn)),當(dāng)減氮46%時,雜交中稻產(chǎn)量顯著下降,與常規(guī)施氮量相比,2年平均降低了7.3%；但當(dāng)減氮23%時,雜交中稻產(chǎn)量較常規(guī)施氮量平均增加1.3%。即中產(chǎn)點(diǎn)減氮46%并不會造成雜交中稻產(chǎn)量下降,而高產(chǎn)點(diǎn)減氮46%會導(dǎo)致雜交中稻產(chǎn)量顯著下降?？梢?在制定雜交稻減氮策略時,需要根據(jù)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)量水平合理的減少施氮量,而非盲目地減少施氮量。

本研究中,德陽點(diǎn)無氮區(qū)(N0)和施氮區(qū)(NCK、N-23%、N-46%)雜交中稻產(chǎn)量均一致高于瀘州點(diǎn),其中無氮區(qū)(即土壤基礎(chǔ)地力產(chǎn)量)產(chǎn)量較瀘州點(diǎn)平均高30.6%,施氮區(qū)產(chǎn)量較瀘州點(diǎn)平均高37.3%。施氮區(qū)產(chǎn)量可分為土壤基礎(chǔ)地力產(chǎn)量和施氮增產(chǎn)量兩部分。土壤基礎(chǔ)地力產(chǎn)量是稻田土壤肥力和氣候生產(chǎn)的綜合反映。從土壤肥力來看,德陽點(diǎn)土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷含量分別是瀘州點(diǎn)的1.5倍、1.4倍、1.5倍、5.5倍,德陽點(diǎn)較高的土壤肥力可能與其蔬菜季施入過多的肥料有關(guān)。可見,培肥土壤地力是低氮支撐水稻高產(chǎn)的重要措施。從氣候條件來看,德陽點(diǎn)播種至齊穗最高溫度、最低溫度、日照時數(shù)均一致高于瀘州點(diǎn),雜交中稻前期相對較高的溫度和日照時數(shù)有利于促進(jìn)水稻分蘗和提高葉片的光合作用,進(jìn)而增加干物質(zhì)積累量為水稻高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)；另外,德陽點(diǎn)齊穗至成熟期最高溫度與瀘州點(diǎn)相當(dāng)或更低,但最低溫度較瀘州點(diǎn)平均降低了2.3℃。籽粒灌漿期較高的溫度并不利于水稻高產(chǎn)的形成,尤其是最低溫度。Peng等[24]研究發(fā)現(xiàn),夜間溫度升高導(dǎo)致呼吸損耗增加,引起干物質(zhì)生產(chǎn)量下降,進(jìn)而導(dǎo)致水稻產(chǎn)量下降,且夜間最低溫度每升高1℃水稻產(chǎn)量降低10%。

3.2 減量施氮對雜交中稻氮肥利用率的影響

在保證水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的前提下,適宜減少氮肥施用量并使其與水稻對氮素的需求相匹配是提高我國氮肥利用率和減少氮素?fù)p失的重要栽培管理措施。黃巧義等[20]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)施氮量減少20%～40%時,雜交稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥生理利用率較常規(guī)施氮量處理顯著提高。曾祥明等[25]研究表明,通過優(yōu)化施肥可減少14%～28%的氮肥投入,產(chǎn)量增加4%～8%,氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥吸收利用率、氮素收獲指數(shù)大幅度提高；高地力稻田土壤氮素依存率高,氮肥貢獻(xiàn)率小,施氮增產(chǎn)的潛力??；低地力稻田土壤氮素依存率低,氮肥貢獻(xiàn)率大,施氮增產(chǎn)潛力大。吳萌等[26]研究發(fā)現(xiàn),減施氮素30 kg·hm-2的條件下,普通尿素配合施用20%的緩釋尿素處理早稻和晚稻,其氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥吸收利用率均顯著高于常規(guī)施氮量(早稻、晚稻的常規(guī)施氮量分別為165、195 kg·hm-2)處理,且其產(chǎn)量與常規(guī)施氮量處理相當(dāng)。馬艷芹等[27]研究認(rèn)為,通過稻田冬季種植綠肥(紫云英),即使減少40%氮肥施用量,早、晚稻產(chǎn)量與常規(guī)施氮(150 kg·hm-2)處理相當(dāng),氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥吸收利用率平均分別提高了64.6%、56.1%、43.2%。本研究中,瀘州點(diǎn)(中產(chǎn)點(diǎn))NCK平均氮肥農(nóng)學(xué)利用率僅為8.8 kg·kg-1,說明中產(chǎn)點(diǎn)農(nóng)民習(xí)慣施氮的氮肥農(nóng)學(xué)利用率依然很低。N-46%處理氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥生理利用率顯著高于NCK,且其產(chǎn)量與NCK相當(dāng),說明在中產(chǎn)點(diǎn)即使減少46%的氮肥施用量也不會造成雜交中稻產(chǎn)量顯著下降,且氮肥利用率得到顯著提高?？梢?在中產(chǎn)點(diǎn)氮肥增施量越多損失也就越多。德陽點(diǎn)(高產(chǎn)點(diǎn))N-46%處理氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力高于NCK,但其產(chǎn)量顯著低于NCK,說明在高產(chǎn)水平下大幅度的減氮雖然有利于提高氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力,但造成雜交中稻產(chǎn)量的顯著下降。N-23%處理氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率較NCK平均分別增加了36.1%、31.7%、4.4個百分點(diǎn)、21.0%,且 N-23%處理產(chǎn)量較 NCK增加1.3%,表明高產(chǎn)條件下合理減氮可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和氮肥利用率的協(xié)同提高。馮洋等[11]和王秀斌等[28]研究發(fā)現(xiàn),高產(chǎn)稻田的土壤氮素依存率明顯高于中、低產(chǎn)稻田,但其氮肥貢獻(xiàn)率明顯低于中、低產(chǎn)稻田。本研究中,不管是中產(chǎn)點(diǎn)還是高產(chǎn)點(diǎn),氮肥貢獻(xiàn)率隨施氮量的增加呈先上升后下降趨勢,土壤氮素依存率隨施氮量的增加呈下降趨勢。高產(chǎn)點(diǎn)氮肥貢獻(xiàn)率和土壤氮素依存率與中產(chǎn)點(diǎn)相當(dāng)或更高,這與馮洋等[11]和王秀斌等[27]的研究結(jié)果不一致,可能是由于高產(chǎn)點(diǎn)雜交中稻產(chǎn)量與這些研究的產(chǎn)量差異較大有關(guān)。本研究中,高產(chǎn)點(diǎn)的平均產(chǎn)量水平為11.60 t·hm-2,而馮洋等[11]和王秀斌等[28]高產(chǎn)稻田的平均產(chǎn)量分別僅為7.12和7.42 t·hm-2。高產(chǎn)點(diǎn)較高的土壤氮素依存率可能與其土壤全氮、堿解氮含量較高有關(guān)。由此可見,減量施氮是提高雜交稻氮肥利用率的關(guān)鍵途徑,但氮肥減施量需要根據(jù)產(chǎn)量水平進(jìn)行確定。

圖1 每生產(chǎn)1 000 kg稻谷氮素需要量與雜交中稻稻草吸氮量、總吸氮量、氮素收獲指數(shù)的關(guān)系Fig.1 The relationships of N requirement for producing 1 000 kg grain with N uptake in straw,total uptake and N harvest index of hybrid mid-season rice

3.3 減量施氮對雜交中稻生產(chǎn)單位籽粒需氮量的影響

研究表明,隨著施氮量的增加,生產(chǎn)單位籽粒需氮量顯著增加[29]。但也有研究認(rèn)為,施氮水平(135～225 kg·hm-2)對超級雜交稻生產(chǎn)單位籽粒需氮量影響不顯著[30]。本研究中,減量施氮對雜交中稻生產(chǎn)單位籽粒需氮量影響顯著,隨著減氮量的增加,雜交中稻生產(chǎn)單位籽粒需氮量呈下降趨勢。王偉妮等[31]研究認(rèn)為,施用氮肥可促進(jìn)水稻植株對氮素養(yǎng)分的吸收,提高氮素養(yǎng)分的總吸收量,但會造成氮素養(yǎng)分在稻谷中的分配比例下降,進(jìn)而導(dǎo)致氮素養(yǎng)分收獲指數(shù)下降,生產(chǎn)單位籽粒氮素養(yǎng)分需要量增加。同時,增加施氮量,還會造成干物質(zhì)在稻穗中的分配比例下降,在稻草中的分配比例上升[32]。本研究中,隨著減氮量的增加,生產(chǎn)單位籽粒需氮量呈顯著下降趨勢。進(jìn)一步分析可知,減氮處理雜交中稻稻草吸氮量、總吸氮量相對較低,氮素收獲指數(shù)相對較高是減氮處理生產(chǎn)單位籽粒需氮量下降的重要原因。同時相關(guān)性分析還表明,雜交中稻生產(chǎn)單位籽粒需氮量與稻草吸氮量、總吸氮量呈正相關(guān),與氮素收獲指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān),說明減少施氮量有利于減少生產(chǎn)單位籽粒需氮量。此外,從植株氮素吸收利用特點(diǎn)來看,減氮處理雜交中稻的稻草吸氮量、總吸氮量均低于NCK,即減少施氮量可促使稻草中的氮素向籽粒轉(zhuǎn)移,提高氮素收獲指數(shù),進(jìn)而提高氮素利用效率；相反,過量施氮量(NCK)引起植株對氮素奢侈吸收,且吸收的氮素大部分滯留在稻草內(nèi),降低了氮素在籽粒中的分配比例,導(dǎo)致氮素氮素收獲指數(shù)降低,造成生產(chǎn)單位籽粒需氮量顯著增加,說明過量施氮所增加的植株氮素積累,并未轉(zhuǎn)化為籽粒產(chǎn)量優(yōu)勢,而是過多用于營養(yǎng)生長[33-34],進(jìn)而造成雜交中稻氮肥利用率下降。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明,當(dāng)減氮量為46%時,中產(chǎn)點(diǎn)雜交中稻產(chǎn)量并不會顯著下降,且氮肥利用率顯著提高；但高產(chǎn)點(diǎn)雜交中稻產(chǎn)量顯著下降(降幅為6.9%～7.8%)。當(dāng)減氮量為23%時,無論是中產(chǎn)點(diǎn)還是高產(chǎn)點(diǎn),雜交中稻產(chǎn)量和氮肥利用率均一致高于常規(guī)施氮(NCK)?？梢?在制定雜交中稻減氮策略時,需要根據(jù)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)量水平因地制宜的減少施氮量,而非盲目的減少施氮量。本研究條件下,瀘州點(diǎn)(中產(chǎn)點(diǎn))和德陽點(diǎn)(高產(chǎn)點(diǎn))雜交中稻產(chǎn)量和氮肥利用率協(xié)同提高的科學(xué)施氮量分別為 105、150 kg·hm-2。