氮素調(diào)控對水稻黃華占氮素吸收與利用的影響

萬淑紅，田應(yīng)兵，許昌雨，任東宜

(長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

【研究意義】氮素供應(yīng)對水稻產(chǎn)量及氮素的吸收與利用具有重要的調(diào)節(jié)作用。目前，國內(nèi)水稻氮肥利用率為30 %～35 %，低于世界平均水平[1]。研究認(rèn)為，氮肥施用量過高、施用比例不合理是水稻氮肥利用率低的主要原因[2]。因此，適宜的氮素調(diào)控方式對實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)高效具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】在一定施氮范圍內(nèi)，水稻產(chǎn)量、氮素積累總量和利用效率與供氮水平呈正相關(guān)，但超過一定施氮量后，產(chǎn)量和氮素利用效率將不再提高[3-5]。前人關(guān)于施氮量及施用比例對水稻產(chǎn)量和氮素吸收與利用進(jìn)行了大量研究，如胡雅潔等和郭保衛(wèi)等研究認(rèn)為增加施氮量水稻增產(chǎn)不顯著且氮肥利用率低，但通過適當(dāng)提高基肥比例(基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶ 3∶ 3)可提高水稻產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量、氮素積累量和氮肥利用效率[6-7]；陳愛忠等和陳仁天等研究發(fā)現(xiàn)增施氮肥促進(jìn)了植株對氮素的吸收，可顯著提高水稻干物質(zhì)量和產(chǎn)量，但氮肥施用過多，會延緩水稻衰老，導(dǎo)致植株貪青晚熟，不利于營養(yǎng)器官中的碳水化合物和氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，最終導(dǎo)致水稻產(chǎn)量和氮肥利用率偏低[8-9]。此外，不同水稻類型對氮素的響應(yīng)和吸收特性也存在差異。研究表明，水稻不同類型間(秈粳稻、雜交稻和超級稻等)、相同類型不同品種間在物質(zhì)生產(chǎn)、氮素吸收與利用普遍存在基因型差異[10-13]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，在水稻高產(chǎn)栽培中，氮肥(純氮)施用量已高達(dá)300～450 kg/hm2，不僅造成氮肥資源浪費(fèi)，而且給環(huán)境帶來巨大壓力[14]。造成氮肥過量施用的一個重要因素是氮素調(diào)控不當(dāng)。因此，如何正確進(jìn)行氮素調(diào)控，對于提高水稻氮素吸收與利用、增加產(chǎn)量和農(nóng)民收入具有重要的作用。【擬解決的關(guān)鍵問題】黃華占是由廣東農(nóng)科院水稻所選育的優(yōu)質(zhì)常規(guī)稻，因其米質(zhì)優(yōu)良、生育期適中、耐肥抗倒和播期彈性大，成為目前我國南方稻區(qū)同類型種植面積最大的水稻品種之一，且種植面積還有繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢[15-16]。為此，本試驗(yàn)以黃華占為供試材料，設(shè)置2個氮肥水平和7種氮素調(diào)控方式，研究了黃華占的氮素吸收與利用特點(diǎn)，以期為黃華占氮肥合理利用提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年在湖北省荊州市李埠鎮(zhèn)楊井村(30°32′N，112°06′E)進(jìn)行，該地區(qū)屬于典型北亞熱帶季風(fēng)氣候，年降水量約1150 mm，年均溫在16.5 ℃左右，年日照時間≥2000 h，年無霜期≥230 d。試驗(yàn)地為冬閑田，土壤類型為灰潮土，質(zhì)地中壤，pH 7.6，全氮2.12 g/kg，全磷1.77 g/kg，全鉀8.14 g/kg，有機(jī)質(zhì)14.5 g/kg，速效氮95.23 mg/kg，速效磷26.66 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)共設(shè)7個處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積24 m2(3 m×8 m)，隨機(jī)區(qū)組排列，區(qū)組間設(shè)排灌溝，小區(qū)間筑埂覆膜，四周設(shè)有保護(hù)行。施氮方案見表1，設(shè)置常規(guī)施氮(180 kg/hm2)和減量施氮(135 kg/hm2)2個水平，其中N1、N2和N3處理的施氮量為180 kg/hm2，N4、N5和N6處理的施氮量為135 kg/hm2；N1、N2、N3、N4、N5和N6處理的基、蘗、穗肥比例分別為5∶2∶3、4∶2∶4、3∶2∶5、3∶2∶3、5∶0∶3和4∶1∶3。所有處理的磷肥用量(P2O5，75 kg/hm2)和鉀肥用量(K2O，180 kg/hm2)相同。磷肥作為基肥一次施入，鉀肥按基肥∶穗肥為6∶4分2次施用。

試驗(yàn)于5月25日采用精準(zhǔn)直播，株行距為8.3 cm×20 cm，1苗/穴；人工除草、病蟲害防治和水分管理同當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣。播種、取樣、收獲均在一天內(nèi)完成。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土樣采集與理化性質(zhì)測定 試驗(yàn)前采集耕層(0～20 cm)土壤樣品，用相關(guān)方法[17]測定pH、有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、全氮、全磷與全鉀含量。

表1 氮肥施用方案

1.3.2 植株干物質(zhì)量及全氮的測定 分別于分蘗期、拔節(jié)期、齊穗期、灌漿期和成熟期在各小區(qū)取3穴，將植株按照穗、葉、莖、根分揀后裝袋，置于烘箱105 ℃殺青30 min，80 ℃烘24 h后，降至室溫后分別稱重，并粉碎過篩備用；采用意大利ECS 4024型CHNSO元素分析儀測定穗、葉、莖、根的全氮含量。

1.4 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計分析

氮素吸收量(kg/hm2)= 某時期單位面積各器官干物質(zhì)重×植株各器官含氮率；

氮素吸收利用率(%)=(施氮區(qū)植株總吸氮量-無氮區(qū)植株總吸氮量)/氮肥施用量×100；

氮素農(nóng)學(xué)效率(kg/kg)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-無氮區(qū)產(chǎn)量)/氮肥施用量；

氮素偏生產(chǎn)力(kg/kg)= 施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施用量；

氮素收獲指數(shù) = 成熟期籽粒氮積累量/全株地上部分氮積累總量。

使用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，DPS軟件進(jìn)行其它統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃華占的植株含氮率變化

水稻不同生育期體內(nèi)含氮率的變化反映了對氮素吸收與利用的程度。由表2可知，黃華占整個生育期間均可吸收利用土壤中的氮素，不同處理在不同時期的含氮率均表現(xiàn)為分蘗期>拔節(jié)期>齊穗期>灌漿期>成熟期，這一趨勢與生育進(jìn)程是一致的。分蘗期至齊穗期是黃華占生長最旺盛的階段，對氮素吸收利用程度較大，其中，分蘗期N5處理最高(1.81 %)，較N0和N4處理分別高18.78 %和11.05 %，且與其它各處理差異顯著；灌漿期至成熟期營養(yǎng)生長變慢并逐漸向生殖生長轉(zhuǎn)變，對氮素的吸收利用也相應(yīng)減少；成熟期各處理的含氮率在0.77 %～1.19 %，施氮處理均極顯著高于N0。

2.2 氮在黃華占體內(nèi)的分布特征

黃華占吸收的氮素在各部位的分配具有一定規(guī)律性(表3)。分蘗期至拔節(jié)期，不同施氮處理各器官的含氮率差異不顯著，與N0處理差異顯著；齊穗期不同處理各器官含氮率的大小順序?yàn)槿~>穗>莖>根，說明黃華占吸收的氮大部分集中在葉片和穗部，只有少部分轉(zhuǎn)移到莖鞘和根部，其中，N6處理的穗含氮率最大，為1.50 %，且與N0、N4和N5處理差異顯著；灌漿期和成熟期各器官的氮含量大小順序均為葉>穗>根>莖，其中，成熟期N3處理葉片和穗部含氮率最高，較N0處理分別高38.02 %和27.78 %，且與N2、N4和N6處理差異顯著。

2.3 氮對黃華占生物量的影響

由圖1-a可知，分蘗至拔節(jié)期，不同氮素調(diào)控方式顯著影響黃華占生物量的積累，其中，拔節(jié)期N6處理的營養(yǎng)體生物量最高，達(dá)5.81 t/hm2，比N2和N4處理分別高11.02 %和13.08 %，差異極顯著。齊穗期至成熟期，營養(yǎng)體生物量呈下降趨勢，且齊穗期至灌漿期的下降幅度較大，而灌漿期至成熟期的下降幅度較小?？偵锪吭谡麄€生育期間均呈上升趨勢，且施氮處理顯著高于N0(圖1-b)。齊穗期至成熟期，穗部生物量顯著增加，其中，齊穗期的總生物量大小順序?yàn)镹6>N3>N1>N5>N4>N2>N0；成熟期，N6處理的總生物量比N1、N2、N3、N4、N5和N0處理分別顯著增加2.12 %、1.61 %、2.34 %、0.60 %、0.88 %和11.27 %。說明減量施氮水平下，合理分配施氮比例能夠滿足黃華占生育過程中的氮素需求，以保證總生物量的積累。

表2 不同生育期的植株含氮率

注：表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同列中的不同大、小寫字母分別表示處理間差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)。下同。

Note: The data in the table is 3 replicate mean ± standard deviation. The different large and lower letters in the same column indicate that the difference between treatments is extremely significant (P<0.01) and significant (P<0.05).The same as below.

表3 不同器官的含氮率

注：L,S,R,P 分別表示葉、莖、根、穗。

Note: L, S, R, P mean leaf, stem, root and panicle,respectively.

2.4 植株氮素吸收量

由表4可知，不同生育期黃華占的氮素吸收量隨生育進(jìn)程而逐步增加，拔節(jié)期至成熟期根、莖鞘和葉片的氮素吸收量逐漸下降，而穗部的氮素吸收量增加。無論常規(guī)施氮還是減量施氮水平下，黃華占的葉片和莖鞘氮素吸收量高峰均出現(xiàn)在齊穗期。從分配器官來看，生育前期氮素吸收量主要集中在葉片，至生育后期則主要集中在穗部，而莖鞘和葉片的氮素吸收量比抽穗前顯著降低，且莖鞘略大于葉片。同時，在齊穗期，隨著施氮量的增加，莖鞘氮素吸收量呈逐漸增加的趨勢。成熟期，N6處理的氮素吸收量最高，達(dá)195.77 kg/hm2，較N1、N2和N3處理分別提高0.77 %、4.23 %和2.64 %，說明減量施氮條件下黃華占仍可維持較高的總生物量，進(jìn)而提高植株氮素吸收量。

圖1 不同處理的營養(yǎng)體生物量(a)和總生物量(b)的動態(tài)變化Fig.1 Dynamics of vegetative organs biomass and total biomass in different treatments

表4 不同時期各器官的氮素吸收量

續(xù)表4 Continued table 4

吸氮量(kg/hm2) NUA器官Organ處理 TreatmentN0N1N2N3N4N5N6TA37.46±3.20dC76.12±1.22abAB69.44±0.40bcAB78.58±4.37aA67.49±5.59cB75.42±2.76abAB73.52±4.22abcAB齊穗期 HSP 11.07±0.96eD16.66±0.82bABC16.16±0.32bcBC17.44±0.60abAB12.68±0.28dD14.82±1.10cC18.09±0.65aAL17.73±0.77dE39.24±2.18aA32.62±0.13cCD35.65±1.01bBC32.13±0.67cD36.33±1.67bAB36.43±0.86bABS25.42±1.98eD70.05±3.32abAB64.08±1.97cdBC72.77±1.48aA60.60±3.73dC67.13±1.39bcABC65.25±4.38bcdBCR5.14±0.70dC9.15±0.64abAB8.32±0.71bcAB9.52±0.31aA7.74±0.21cB8.90±0.48abAB9.76±0.56aATA59.36±3.95eD135.09±3.68aA121.17±2.04cBC135.38±2.10aA113.16±4.57dC127.19±2.58bcAB129.54±4.59abAB灌漿期 GSP 42.55±3.17eE64.55±3.31dD62.21±2.55dD92.15±3.25aA65.42±0.38dD80.05±1.79bB71.43±0.43cCL12.75±0.17eD25.78±0.52bB23.25±0.33cC28.33±1.14aA21.63±0.98dC26.16±0.16bB27.95±0.44aAS15.34±2.48dC39.12±6.73bcAB35.91±7.04bcB51.91±0.27aA34.25±0.97cB44.37±5.02abAB36.7±6.38bcBR4.85±0.45dC8.12±0.32bcB8.07±0.25bcB8.63±0.64abAB7.50±0.54cB8.27±0.67bcAB9.39±0.23aATA75.49±3.93eE137.57±5.05cdCD129.44±8.48dD181.03±2.14aA128.80±0.96dD158.85±6.90bB145.47±6.94cBC成熟期 MSP 82.26±0.62eE112.24±0.93bAB109.71±1.58bB109.75±2.23bB90.72±1.37dD97.41±2.13cC115.85±1.58aAL15.73±0.16eE33.63±1.17aA28.58±0.90cC31.01±0.67bB27.02±0.30dC31.43±0.77bAB31.40±0.96bABS18.38±0.69fD49.51±2.28abAB42.39±0.45dC50.95±1.26aA41.02±0.38dC47.12±1.12cB48.30±0.93bcABR4.77±0.19dC8.19±0.67abA7.80±0.58bA7.79±0.50bA6.58±0.34cB8.20±0.37abA8.54±0.18aATA130.55±1.86dE194.27±1.89aAB187.49±1.79bC190.61±3.56bBC180.12±2.10cD179.67±1.66cD195.77±1.73aA

注：L,S,R,P,TA分別表示葉、莖、根、穗、總量。

Note: L, S, R, P, TA mean leaf, stem, root, panicle and total amount,respectively.

2.5 黃華占的氮肥利用率

氮肥利用率是評價水稻對氮素吸收的一個重要指標(biāo)，反映水稻對土壤中氮肥的回收與利用效果。由表5可知，所有施氮處理中，N6處理的氮素農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力和吸收利用率均顯著高于其它處理。其中，氮肥農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力較N1處理高42.62 %和27.8 %。氮素吸收利用率的變化范圍為31.63 %～48.33 %，其中N6處理最高，較N2處理高34.55 %。而氮素收獲指數(shù)N0處理最高，達(dá)0.71，且與其它處理差異極顯著。N6處理的產(chǎn)量最高，達(dá)7541.11 kg/hm2，較其它處理增產(chǎn)7.98 %～15.88 %。說明減量施氮水平下，黃華占能夠更為有效地利用肥料中的氮。

表5 不同處理的氮素利用率及產(chǎn)量

3 討 論

施氮量是影響水稻氮素吸收與利用的關(guān)鍵因子[18-19]。研究表明，施氮量與水稻氮素積累總量呈正相關(guān)，與氮肥利用效率呈負(fù)相關(guān)[3,20]。趙慶雷等研究發(fā)現(xiàn)在當(dāng)前農(nóng)民習(xí)慣施氮水平(310.5 kg/hm2)上減少30 %的施氮量，不影響水稻產(chǎn)量且有利于氮肥利用率的提高[21]。本研究結(jié)果也反映了這一趨勢，常規(guī)施氮水平(180 kg/hm2)下，黃華占在不同生育期的含氮率雖然高于減量施氮處理，但氮素利用率較低；減少25 %的施氮量時仍能獲得比常規(guī)施氮處理更高的產(chǎn)量，且總生物量和氮肥利用率顯著高于其它處理。徐新朋等研究認(rèn)為過量的氮肥會導(dǎo)致氮素在莖鞘和葉片中積累，進(jìn)而導(dǎo)致水稻營養(yǎng)生長過旺、甚至貪青晚熟，因此適宜的施氮量是提高氮肥利用率和實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的關(guān)鍵[22]。本研究結(jié)果表明，減量施氮有助于提高黃華占的氮素吸收與利用，常規(guī)施氮處理雖然可以增加植株含氮率，但不利于氮肥利用率和產(chǎn)量的提高。

施氮比例對水稻氮素吸收與利用有重要影響，且因品種而異[23-25]。萬靚軍等研究認(rèn)為降低穗肥比例，超級雜交稻氮肥利用效率呈先升后降的趨勢，以基蘗肥∶穗肥比例為6∶4時，氮素利用率最高[26]。而吳文革等指出雙季早稻基肥∶蘗肥∶穗肥為5∶2.5∶2.5時促進(jìn)氮素吸收，提高氮肥利用效率[27]。本研究結(jié)果表明，減量施氮水平下，當(dāng)基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶1∶3時黃華占的產(chǎn)量最高(7541.11 kg/hm2)，較其它處理提高7.98 %～15.88 %，且氮肥農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和吸收利用率均高于其它施氮處理，氮素吸收利用率變化在36.68 %～48.33 %；常規(guī)施氮水平下，不同氮素調(diào)控處理的氮素吸收利用率的變化范圍為31.63 %～35.40 %。聶凌利等研究表明適當(dāng)減少基蘗肥比例，提高穗肥比例，可以增加水稻抽穗期的莖鞘干物質(zhì)量，促進(jìn)莖鞘和葉片干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而增加產(chǎn)量[28]。本研究發(fā)現(xiàn)，施氮可以促進(jìn)黃華占的氮素吸收，提高莖鞘、葉片和穗部的氮素積累量，但氮肥施用量過高不利于后期氮素的吸收，進(jìn)而導(dǎo)致氮素吸收利用率降低。說明在當(dāng)前水稻施氮量普遍偏高的情況下，適當(dāng)減少施氮總量，提高基肥比例，協(xié)調(diào)生育中后期干物質(zhì)生產(chǎn)與氮素吸收量是提高黃華占產(chǎn)量和氮肥利用率的關(guān)鍵。

4 結(jié) 論

在減量施氮條件下(135 kg/hm2)，基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶1∶3時能較好的協(xié)調(diào)黃華占產(chǎn)量與氮肥利用率的關(guān)系，增加生育后期生物總量，提高了氮肥利用率，其產(chǎn)量達(dá)7541.11 kg/hm2，氮肥農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和吸收利用率分別為8.87 kg/kg、55.86 kg/kg和48.33 %。因此，通過合理的氮素調(diào)控，即使在減少氮肥的情況下，仍可實(shí)現(xiàn)黃華占產(chǎn)量和氮肥利用率的協(xié)同提高。