优化施肥对五优稻4号氮素吸收及转运影响

罗盛国，王欢，刘元英，王丽娟，赵广欣

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨　150030）

优化施肥对五优稻4号氮素吸收及转运影响

罗盛国，王欢，刘元英，王丽娟，赵广欣

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨150030）

采用大田对比试验方法，分别设置优化施肥和常规施肥两个处理，研究优化施肥对五优稻4号氮素吸收、积累及转运影响。结果表明，抽穗期和抽穗后20 d，民乐村、辉煌村试点优化施肥叶片含氮率分别比常规施肥高12.7%（P＜0.01）和12.0%（P＜0.01）、5.3%（P＜0.05）和11.0%（P＜0.01）。成熟期，试点优化施肥稻穗氮积累量比常规施肥高18.4%（P＜0.01）和15.7%（P＜0.01）；茎叶氮转运量比常规施肥分别增加18.2%（P＜0.05）和16.5%（P＜0.05）；氮同化贡献率分别提高3.7（P＜0.05）和3.2个百分点（P＜0.05）；抽穗后氮同化量分别增加25.5%（P＜0.05）和25.7%（P＜0.05）。抽穗后氮同化量与产量呈极显著正相关。

水稻；含氮率；氮积累量；茎叶氮转运量；抽穗后氮同化量

网络出版时间2016-7-20 10:39:42［URL］http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20160720.1039.002.html

罗盛国,王欢,刘元英,等.优化施肥对五优稻4号氮素吸收及转运影响[J].东北农业大学学报,2016,47(7):9-15.

Luo Shengguo,Wang Huan,Liu Yuanying,et al.Effect of optimized fertilization on N uptake,transportation of rice cultivar Wuyoudao4[J].Journal of Northeast Agricultural University,2016,47(7):9-15.(in Chinese with English abstract)

水稻是我国种植面积最大粮食作物之一［1］，五常市位于黑龙江省第二积温带，土地肥沃、水利资源丰富、气候适宜，是黑龙江省主要优质稻产区之一。氮是影响作物生长和产量形成最重要营养元素［2］。氮吸收和利用是相互协调统一的过程［3］。李旭毅等研究表明，氮肥管理［4-5］与氮素积累、运转、分配显著相关［6-7］。五常市虽为优质稻米生产基地，但施肥方式，尤其是氮肥施用有待改善。主要表现在水稻生长前期氮肥施用量过大，使无效分蘖增加，群体质量恶化，而在水稻需氮量最大孕穗期氮素供应不足，籽粒形成后期叶片含氮量下降，使结实率和千粒重降低，影响产量［8］。本试验依照作物需肥规律，通过优化施肥，改善水稻氮吸收、积累、转运状况，验证“前氮后移”施肥技术科学性、合理性，为五优稻4号优质高产施肥提供理论依据。

1　材料与方法

1.1实验材料

试验地点：试验于2015年在黑龙江省五常市民乐乡民乐村（M）和龙凤山乡辉煌村（H）进行。

供试品种：五优稻4号（稻花香2号），主茎14片叶，株高105 cm，生育期147 d左右，活动积温2 700～2 800℃，分蘖强而集中。

供试土壤：民乐村，黑土型水稻土；辉煌村，草甸土型水稻土，土壤基础肥力见表1。

表1　土壤基础肥力Table 1Basic fertilities of tested soils

1.2方法

1.2.1试验设计

两试验地点均以五优稻4号为试验材料，采用大田对比试验方法，每一地点设置两个处理，即优化施肥（OPT）和常规施肥（FFP），分别编号为MFFP、M-OPT、H-FFP、H-OPT。每个处理4次重复，每个重复面积为1 000 m2。水稻4月初育苗，5月20日移栽。移栽时秧苗已达3.5叶，两地插秧密度为33.3 cm×16.7 cm。

两个地点优化施肥处理磷钾肥施用量及施用时期相同，均为P2O554 kg·hm-2，其中基肥42 kg·hm-2，穗肥12 kg·hm-2；K2O 70 kg·hm-2，其中基肥、穗肥各35 kg·hm-2。

民乐村常规施肥：P2O544 kg·hm-2，基肥32 kg·hm-2，返青分蘖肥12 kg·hm-2；K2O 30 kg·hm-2，基肥22 kg·hm-2，返青分蘖肥8 kg·hm-2。

辉煌村常规施肥：P2O542 kg·hm-2，作基肥一次性施入；K2O 73 kg·hm-2，基肥48 kg·hm-2，返青分蘖肥8 kg·hm-2，穗肥17 kg·hm-2。各地、各处理氮肥施用情况见表2。

表2　氮肥施肥量及施肥时期Table 2Timing and amount of N fertilizer applied（kg·hm-2）

1.2.2样品采集及处理

分别于幼穗分化期、抽穗期、抽穗后20 d及成熟期取样，每重复取4点，每点分别选取有代表性4穴。取回新鲜样品清洗后将叶、茎鞘、穗分开，然后置于烘箱中，80℃杀青30 min，70℃烘干至恒重，粉碎备用。

1.2.3测定项目

土壤基础肥力测定：采用常规分析方法。

各器官含氮率测定：H2SO4-H2O2消煮，使用德国布朗卢比公司AA3连续流动分析仪测定。

产量测定：收获时每个重复选取四个代表性样点，每点分别量取11行水稻宽度，3m长度，从中随机选取3行测定穴数及每穴穗数，并在每点取具有平均穗数水稻6穴。分别将样品手工脱粒，称鲜重，测定含水量，再以含水量14.5%折算，通过6穴平均面积计算各处理理论产量。相关指标计算公式如下：

氮积累量（Nitrogen accumulation，NA）=各器官干物重×含氮率；

氮转运量（Translocation amount of N，TAN）=抽穗期茎叶氮积累量-成熟期茎叶氮积累量；

抽穗后氮同化量（Post-heading N assimilation，PNA）=成熟期氮积累量-抽穗期氮积累量；

抽穗后氮转运贡献率（Contribution rate of postheading N translocation to seed，CNT）=氮转运量/成熟期籽粒氮积累量×100%；

抽穗后氮同化贡献率（Contribution rate of postheading N assimilation to seed，CNA）=抽穗后氮同化量/成熟期籽粒氮积累量×100%。

1.3数据分析

采用Excel 2010和DPS 7.5数据处理系统软件

作相关数据计算和统计分析。

2　结果与分析

2.1优化施肥对各器官含氮率影响

2.1.1对叶片含氮率影响

叶片是光合作用主要器官，叶片含氮率一定程度上反映叶片光合能力。如图1所示，在测定4个时期中，叶片含氮率幼穗分化期最高，从幼穗分化期到抽穗期下降明显，抽穗期到抽穗后20 d略有降低，抽穗后20 d到成熟期小幅下降。幼穗分化期，M-OPT和H-OPT叶片含氮率分别比MFFP和H-FFP低7.1%（P＜0.01）和18.1%（P＜0.01）。抽穗期和抽穗后20 d，M-OPT和H-OPT叶片含氮率均高于M-FFP和H-FFP，分别高12.7%（P＜0.01）和12.0（P＜0.01）、5.3%（P＜0.05）和11.0%（P＜0.01）。到成熟期，M-OPT叶片含氮率仍高于MFFP（15.2%，P＜0.01），而H-OPT叶片含氮率略微下降，差异不显著。

2.1.2对茎鞘含氮率影响

水稻茎鞘是光合产物运输和贮藏器官，其发育状况与产量形成密切相关。由图2可知，随生育期推进，茎鞘含氮率均表现为不同程度下降，从幼穗分化期至抽穗期下降最多，其次为抽穗期至抽穗后20 d，抽穗后20 d至成熟期略有下降。说明茎鞘中的氮不断向籽粒输送，在测定的4个时期中，茎鞘含氮率最大值均出现在幼穗分化期。

图1　优化施肥对叶片含氮率影响Fig.1Effects of optimized fertilization on N content in rice leaves

幼穗分化期，M-OPT茎鞘含氮率比M-FFP低9.4%（P＜0.05），而H-OPT茎鞘含氮率比H-FFP低9.1%。到抽穗期，M-OPT和H-OPT茎鞘含氮率比M-FFP和H-FFP高12.6%（P＜0.05）和2.2%。到抽穗后20 d，M-OPT茎鞘含氮率比M-FFP高21.4%（P＜0.01），而H-OPT茎鞘含氮率差异不显著。到成熟期，M-OPT和H-OPT茎鞘含氮率分别比M-FFP和H-FFP高9.6%和4.4%。表明优化施肥在后期施用穗肥，提高了抽穗期和抽穗后20 d茎鞘含氮率，水稻幼叶和茎鞘中贮藏更多氮，为向稻穗中转运作好储备。

2.1.3对稻穗含氮率影响

如图3所示，从抽穗期到成熟期，两试点稻穗含氮率均呈不同程度下降，抽穗期到抽穗后20 d下降较多。抽穗期，M-OPT和H-OPT稻穗含氮率分别比M-FFP和H-FFP高12.7%（P＜0.01）和8.3%。到抽穗后20 d，M-OPT和H-OPT仍比M-FFP和H-FFP高，分别高14.3%（P＜0.01）和8.2%。到成熟期，MOPT和H-OPT仍表现出高稻穗含氮率，分别比MFFP和H-FFP高10.9%（P＜0.05）和4.5%。以上结果表明，优化施肥能提高稻穗含氮率，使稻穗一直保持较高氮素水平。

图2　优化施肥对茎鞘含氮率影响Fig.2Effects of optimized fertilization on N content in rice stems

图3　优化施肥对稻穗含氮率影响Fig.3Effects of optimized fertilization on N content in rice panicles

2.2优化施肥对各器官氮积累量影响

由表3可知，两地叶片氮积累量均随生育进程推进表现下降趋势。幼穗分化期到抽穗期，优化施肥叶片氮积累量降低最少，抽穗期到抽穗后20 d小幅下降，抽穗后20 d到成熟期下降较明显。幼穗分化期，M-OPT和H-OPT叶片氮积累量比M-FFP和H-FFP低13.3%（P＜0.05）和29.1%（P＜0.01），到抽穗期，两地FFP叶片氮积累量显著降低，而MOPT和H-OPT叶片氮积累量基本无变化，比M-FFP和H-FFP高18.6%（P＜0.01）和13.1%（P＜0.05），到抽穗后20 d，M-OPT和H-OPT叶片仍表现为较高氮积累量，分别比M-FFP和H-FFP高22.7%（P＜0.01）和21.9%（P＜0.01），到成熟期，M-OPT和H-OPT叶片氮积累量比M-FFP和H-FFP高，但差异不显著。

而茎鞘氮积累量则随生育进程推进表现为先升后降趋势。从幼穗分化期到抽穗期，优化施肥茎鞘氮积累量升高最显著，从抽穗期到抽穗后20 d下降较为明显，从抽穗后20 d到成熟期出现小幅下降。幼穗分化期，M-OPT和H-OPT茎鞘氮积累量比M-FFP和H-FFP低27.7%（P＜0.05）和22.6%（P＜0.05）。到抽穗期，M-OPT和H-OPT茎鞘氮积累量比M-FFP和H-FFP高21.7%（P＜0.01）和8.5%。到抽穗后20 d，M-OPT茎鞘氮积累量表现最为突出，比M-FFP高29.8%（P＜0.01），H-OPT茎氮积累量差异不显著。到成熟期，M-OPT和HOPT茎鞘氮积累量比M-FFP和H-FFP高，但差异不显著。

两地稻穗氮积累量则从抽穗期到成熟期一直

表3　优化施肥对各器官氮积累量影响Table 3Effects of optimized fertilization on N accumulation in different organs（kg·hm-2）

呈上升趋势，无论是从抽穗期到抽穗后20 d，还是从抽穗后20 d到成熟期，优化施肥稻穗氮积累量上升趋势尤为明显，均显著高于常规施肥，稻穗氮最大积累量均出现在成熟期。从抽穗期到成熟期，MOPT和H-OPT比M-FFP和H-FFP分别高11.2%（P＜0.05）和12.1%（P＜0.05）、17.8%（P＜0.05）和19.6%（P＜0.05）、18.4%（P＜0.01）和15.7%（P＜0.01）。而从全株氮积累量来看，优化施肥的全株氮积累量主要在幼穗分化期后氮素积累较多，而常规施肥则主要表现为幼穗分化期前氮素积累，幼穗分化期后氮素积累明显少于优化施肥。

2.3优化施肥对氮同化与转运影响

优化施肥对氮同化与转运的影响见表4。茎叶氮转运量以及抽穗后氮同化量均表现为优化施肥显著高于常规施肥。M-OPT和H-OPT茎叶氮转运量比M-FFP和H-FFP高18.2%（P＜0.05）和16.5%（P＜0.05）；而抽穗后氮同化量分别比M-FFP和H-FFP高25.5%（P＜0.05）和25.7%（P＜0.05）。

氮转运贡献率是籽粒中来源于营养器官中氮转运比例，同化贡献率是生育后期增加的氮占籽粒氮比例［9］。如表4所示，M-OPT和H-OPT抽穗后氮转运贡献率分别比M-FFP和H-FFP高4.0个百分点和8.4个百分点（P＜0.05），抽穗后氮同化贡献率分别比M-FFP和H-FFP高3.7个百分点（P＜0.05）和3.2个百分点（P＜0.05）。结果说明，优化施肥增加水稻抽穗后对氮素吸收，提高茎叶中氮同化和转运量，增加稻穗氮积累。

2.4水稻产量及叶片含氮率、抽穗后氮同化量与产量相关分析

表4　优化施肥对氮同化与转运影响Table 4Effects of optimized fertilization on N assimilation and transportation in rice plants

优化施肥对水稻产量的影响见图4。由图4可见，两个试验点优化施肥产量均高于常规施肥。HOPT比H-FFP增产11.2%（P＜0.01），M-OPT比MFFP增产6.9%（P＜0.05）。

为明确水稻不同生育时期氮吸收与积累对产量影响，分别对幼穗分化期、抽穗期和抽穗后20 d叶片含氮率及抽穗后氮同化量与产量作相关分析，结果见表5和图5。由表5可知，在幼穗分化期，叶片含氮率与产量呈极显著负相关，而抽穗期叶片含氮率与产量呈显著正相关。由图5可见，抽穗后氮同化量与产量呈正相关，r值为0.6873＞ r0.01=0.6226（n=16）。结果说明，后期氮积累有利于水稻产量提高。

图4　优化施肥对产量影响Fig.4Effects of optimized fertilization on rice yield

3　讨论

表5　叶片含氮率与产量相关分析Table 5Correlation analysis between leaf N contents and yields

图5　氮同化量与产量相关性Fig.5Correlation between N assimilation and yield

郁燕等研究表明，增加穗肥施用比例，可显著提高水稻生育后期吸氮量，并显著提高水稻产量［10］。本试验通过对叶片含氮率与产量相关分析，证明幼穗分化期叶片含氮率与产量呈极显著负相关，而抽穗期叶片含氮率与产量呈显著正相关。说明如果前期施用过多氮肥，幼穗分化期之前叶片含氮率过高，会造成水稻生长过于繁茂，群体质量下降，不利于抽穗灌浆期产量形成。而适当减少前期氮肥施用，将适量氮肥后移作为穗肥施用，可显著提高抽穗期叶片含氮率及产量，与霍中洋等研究结果一致［11］。本试验结果表明，优化施肥处理抽穗后氮同化量及同化贡献率均显著高于常规施肥，抽穗后氮同化量与产量呈极显著正相关。进一步证明，以“前氮后移”为核心的优化施肥可显著增加水稻抽穗后对氮的吸收与同化，获得更高产量，与蒋彭炎研究结果一致［12］。

本试验中两个试验点优化施肥基蘖肥氮量不同，因为民乐试验点水稻秧苗。矮而弱，导致移栽后水稻生长缓慢，所以在分蘖期每公顷补施纯氮12 kg，使M-OPT总施氮量较H-OPT增加18%。前期增施氮肥显著增加了M-OPT水稻对氮素吸收和积累，但却降低了水稻抽穗后氮转运贡献率，是造成M-OPT和M-FFP抽穗后氮转运贡献率差异不显著主因。说明前期增施氮肥造成水稻营养体生长繁茂，群体质量较差，即使后期增施氮肥也不能增加茎叶中氮素向籽粒运转，不利于产量提高。只有减少前期氮肥施用，优化水稻群体质量，才能保证后期氮素供应充足，茎叶中积累氮素更多向籽粒中运转，提高产量，这与阮新民等研究结果一致［13-15］。

4　结论

优化施肥显著提高水稻抽穗后各器官含氮率和氮积累量，显著增加氮在稻穗中分配，提高茎叶氮转运量和抽穗后氮同化量、氮同化贡献率以及氮转运贡献率。对叶片含氮率与产量相关分析表明，幼穗分化期叶片含氮率与产量呈极显著负相关，而抽穗期叶片含氮率与产量呈显著正相关，抽穗后氮同化量与产量呈极显著正相关。

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Effect of optimized fertilization on N uptake，transportation of rice cultivar Wuyoudao4

LUO Shengguo,WANG Huan,LIU Yuanying,WANG Lijuan,ZHAOGuangxin
(School of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University, Harbin 150030,China)

Two treatments(optimized fertilization and farmer's fertilization practice)were adopted to study the effects of optimized fertilization on N assimilation,accumulation and transportation.The results showed that the optimized fertilization could promote N absorption at late stages,increase N accumulation,and promote N transportation.At heading stage and 20 d after heading,the N contents in rice leaf in M-OPT and H-OPT were 12.7%(P<0.01)and 12.0%(P<0.01),5.3%(P<0.05)and 11.0%(P< 0.01)higher than that of M-FFP and H-FFP.At maturity stage,the N accumulation in panicle in M-OPT and H-OPT were 18.4%(P<0.01)and 15.7%(P<0.01)higher than that of M-FFP and H-FFP.The amount of N transportation in stem and leaf after heading were 18.2%(P<0.05)and 16.5%(P<0.05) higher than that of M-FFP and H-FFP,respectively;the contribution rate of post-heading N assimilation (CAN)to seed were 3.7 percentage points(P<0.05)and 3.2 percentage points(P<0.05)higher than that of M-FFP and H-FFP,respectively.The amount of N assimilation in stem and leaf after heading were 25.5%(P<0.05)and 25.7%(P<0.05)higher than that of M-FFP and H-FFP,respectively.The amount of N assimilation in stem and leaf after heading had a significantly positive correlation with rice yield(P< 0.01).

rice;N content;N accumulation;N transportation;CAN

S511

A

1005-9369（2016）07-0009-07

2016-04-08

科技部“十二五”科技支撑项目（2013BAD20B04）

罗盛国（1956-），男，教授，硕士，硕士生导师，研究方向为作物养分管理。E-mail:luoshengguo56@163.com