水稻盆栽速效氮淋洗法及短期亏氮效果分析

武辉 向镜 陈惠哲 张玉屏 张义凯 姬广梅 王亚梁 史鸿志 张文倩 朱德峰



水稻盆栽速效氮淋洗法及短期亏氮效果分析

武辉#向镜#陈惠哲 张玉屏 张义凯 姬广梅 王亚梁 史鸿志 张文倩 朱德峰*

(中国水稻研究所 水稻生物学国家重点实验室，杭州 310006；#共同第一作者；*通讯联系人，E-mail: cnrice@qq.com)

探索一种简易、有效的盆栽土壤速效氮淋洗方法，并分析水稻花前不同时期土壤氮亏缺对不同类型水稻主功能叶及植株花后氮积累的影响，以期为阐明水稻花后氮素积累、转运特征和大田生产减氮技术应用奠定研究基础。比较了3种水稻盆栽土壤速效氮淋洗方法的减氮效果，同时探讨了水稻花前14 d和花前3 d短期亏氮对籼粳杂交稻甬优12号、籼型杂交稻中浙优1号上3叶SPAD值、氮浓度和花后植株含氮量的影响。通过淋洗结构+沙土混合基质方法进行3次淋洗，即可将土壤中85.6%的硝态氮和67.1%的铵态氮洗脱；水稻花前处理后，土壤硝态氮和铵态氮含量分别降低42.1%～59.3%和35.0%～43.9%，可实现预期的土壤减氮效果，短期内对土壤速效氮供应能力形成有效抑制。花前土壤氮亏缺导致甬优12上3叶SPAD值和氮浓度以及齐穗后10 d植株茎鞘、叶、穗和单株含氮量显著降低，且茎鞘、穗和单株含氮量在两淋洗处理间差异显著。花前14 d淋洗减氮导致中浙优1号上3叶SPAD值和氮浓度以及齐穗后10 d单株和穗部含氮量显著下降，花前3 d淋洗处理则对中浙优1号上3叶氮浓度和植株氮积累量几乎无影响。水稻对花前14 d氮亏缺的敏感性显著高于花前3 d，植株不同叶位叶片的叶色和氮浓度对土壤氮亏缺敏感度由下而上增强，两时期土壤氮亏缺对籼粳杂交稻甬优12的影响均远大于籼型杂交稻中浙优1号，意味着籼型杂交稻中浙优1号花后对土壤速效氮需求明显降低，而籼粳杂交稻甬优12减数分裂期后对土壤速效氮存在更高需求。

水稻；淋洗；速效氮；氮亏缺；减数分裂期；花后

施氮是目前提高水稻产量最直接、有效的途径之一。然而，我国水稻栽培普遍存在氮肥施用量过高，施用方式不合理、养分损失严重等问题[1, 2]，氮肥利用率仅为28.3%[3]，远低于国际水平，同时造成严重环境污染[4-6]，直接威胁着人们的健康。优化氮肥投入技术，减少氮肥损失，实现农业节氮减氮、提高氮肥利用率的同时做到稳产增产，是农业生产和环境和谐共存、可持续发展的必然趋势。

目前学者主要通过调整氮肥总量[7]、分期调控[8]、同位素示踪[9]、水肥一体化技术、测土配方施肥、新型肥料施用[10, 11]、选育氮高效品种[12]、增密减氮[13, 14]等方法，研究水稻生长生理、产量形成和氮素积累、转运、再利用的关系，以及氮效率提高的可能途径。一般认为，水稻籽粒中氮素主要来源于花前植株积累的氮素转运以及花后植株对土壤氮素的吸收[15, 16]，其中，花前积累氮素转移量可占到籽粒总氮的80%以上[17]，而随着籼粳杂交稻研究的兴起，其灌浆期和叶片超长保绿期与花后土壤氮的吸收、再转运特征的关系成为重点。研究表明，拔节至抽穗期是水稻吸氮高峰期[18, 19]，穗分化期特别是减数分裂期至始穗期对氮素非常敏感[20]，此时供氮或亏氮，会对颖花退化、功能叶片生理、源库器官非结构性碳水化合物(nonstructural carbohydrate, NSC)积累[21]，甚至植株生育进程产生重要影响。

土壤氮素淋溶流失源于地表径流的向下渗漏和土壤水的向下移动，是稻田可用氮的主要损失方式。有研究者通过土壤渗漏池[22]、排水采集器[23]、土柱淋溶[24]等方式来研究肥料养分淋溶损失，而通过土壤渗漏淋洗的方式主动降低土壤中速效氮含量，快速抑制土壤供氮能力，以此来分析土壤氮亏缺对水稻花后氮素积累、转运影响的研究尚未见报道。本研究拟探索一种简易、有效的土壤速效氮淋洗方法，并分别于花前14 d和3 d进行淋洗处理，探讨水稻花前不同时期土壤氮亏缺对籼型杂交稻和籼粳型杂交稻主功能叶及植株花后氮积累的影响，以期为阐明水稻花后氮素积累及转运特征，并为大田生产减氮技术应用提供研究基础。

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.1.1 盆栽淋洗结构

盆栽土壤淋洗结构从下到上依次为浮石、排水板(PVC材质)、无纺布(40 g/m2)、沙土混合基质/过筛干土，高度如图1所示。栽培盆内径为25.5 cm× 20.0 cm×26.5 cm(长×宽×高)，均装入过筛干土或沙土混合基质(10±0.2) kg，土表距盆口约4 cm。栽培盆侧下方开有排水孔1个，并用橡胶塞堵塞。盆底部放置若干浮石，上置裁剪好的带孔排水板。排水板表面垫2层无纺布，防止淋洗过程中土壤随水淋失堵塞排水孔。沙土混合基质为过筛干土与粗沙按4∶1(质量比)混匀。

1.1.2 试验Ⅰ

于2015年在中国水稻研究所富阳试验基地进行，用以比较不同淋洗结构的减氮效果，包括淋洗结构+过筛干土(T1)、盆装沙土混合基质(T2)、淋洗结构+沙土混合基质(T3)共3个处理，各处理5盆。土壤理化性质如下：pH值 5.40，有机质41.29 g/kg，全氮0.17%，碱解氮66.60 mg/kg，有效磷59.89 mg/kg，速效钾49.73 mg/kg。

模拟水稻盆栽方法，浇水浸泡3周后，打碎上层土块，分别施入尿素2.2 g，继续浸泡3 d，开始淋洗处理。淋洗前一天，将栽培盆置于周转箱内(内径长×宽×高：25 cm×18 cm×8 cm)，并浇水1 L，确保土壤水饱和，第二天下午拔掉橡胶塞，开始第一次淋洗。12 h后收集周转箱内淋洗溶液，各盆加橡胶塞并浇水1 L，12 h后开始第二次淋洗，共淋洗4次。淋洗过程中花盆略微倾斜放置，便于淋洗液尽快排出。所有栽培盆置于遮雨棚下，淋洗均于夜间进行，减少日间高温引起的淋洗液蒸发和氨挥发的损耗。

图中数字为淋洗结构各组成高度（cm）。

Fig. 1. Nitrogen leaching structure in potted soil.

表1参试品种主要生育期以及生育阶段天数

Table 1. Development stage and growth period of the tested varieties.

1.1.3 试验Ⅱ

分别于2015和2016年在中国水稻研究所富阳试验基地进行，用以比较水稻不同时期土壤速效氮淋洗效果。两年试验均采用淋洗结构+沙土混合基质(T3)模式，所有植株挂牌主茎确定发育进程。2015年于植株开花前3 d(3 d before anthesis, 3DBA)，主茎抽穗前3 d)选择发育进程一致的植株进行淋洗处理，以不淋洗植株作为对照(CK)，共2个处理。2016年分别于植株花前14 d(14 d before anthesis, 14DBA，剑叶抽出1/2)和花前3 d(3DBA)选择发育进程一致的植株进行淋洗处理，以不淋洗植株作为对照(CK)，共3个处理。淋洗方法同试验Ⅰ，共淋洗3次，各处理均20盆。

两年试验材料均选用籼粳型杂交稻代表品种甬优12和籼型杂交稻代表品种中浙优1号。2015年盆栽土壤理化性质同试验Ⅰ，2016年pH 5.80，有机质42.57 g/kg，全氮0.19%，碱解氮73.54 mg/kg，有效磷54.30 mg/kg，速效钾44.22 mg/kg。采用162穴大钵盘育秧，水稻机插专用育秧基质育秧，催芽种2粒/穴，移栽秧龄21～22 d，叶龄5.1～5.5，1穴/盆。全生育期施尿素3 g/盆，按基肥∶分蘖肥∶穗肥为4∶3∶3施用。基肥于移栽前1 d施入，分蘖肥于移栽后7 d施入，穗肥于倒3～4叶施入。过磷酸钙(含P2O512%)3 g，随基肥一次性施入；氯化钾(含K2O 40%)2 g，按基肥和穗肥等量施入。主要生育期情况见表1。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 淋洗液及土壤速效氮测定

试验Ⅰ用于不同淋洗方法的速效氮损失比较。分别于淋洗前及每次淋洗后，取上层10 cm混合土样50 g/盆，测定鲜土速效氮(硝态氮、铵态氮)含量（FOSS流动注射分析仪）及土壤含水量，为避免土壤含水量差异，均折算为干土硝态氮、铵态氮含量(mg/kg)。共5次土样，分别标记为S0、S1、S2、S3、S4。每次淋洗后快速收集淋洗液，记录体积，过滤后测定水样中硝态氮、铵态氮含量，并折算为单位质量土壤硝态氮、铵态氮淋洗量(mg/kg)。共4次淋洗液，分别标记为W1、W2、W3、W4。土样及水样均为5次重复。

试验Ⅱ用于水稻花前不同时期速效氮损失比较。2016年于3次淋洗结束后，取对照和淋洗处理土样测定硝态氮、铵态氮含量(mg/kg)。同时收集3次淋洗液，标记为W1、W2、W3，测定水样中硝态氮、铵态氮含量(mg/kg)。土样及水样均为5次重复。

1.2.2 植株上3叶SPAD和氮浓度测定

试验Ⅱ两年试验均于淋洗处理结束后，测定主茎上3叶SPAD值(SPAD502，日本)，各处理均10次重复。2016年在测定SPAD的同时取叶烘干，磨成细粉，消煮测定上3叶氮浓度(%，FOSS全自动定氮仪)，各处理均为5次重复。

1.2.3 植株各部位氮积累量测定

试验Ⅱ两年试验均取齐穗后10 d植株样品，分茎鞘、叶片、穗三部分，杀青、烘干、称重、磨粉后消煮测定氮浓度(%)，并计算各部位氮积累量(mg)。各处理均为5次重复。

1.3 数据统计与分析

数据统计分析采用Microsoft Excel 2016和SPSS 23.0软件结合进行；采用Duncan新复极差法进行差异显著性检验；利用Origin 8.5软件制作图片。

表2 不同淋洗方法对淋洗液中速效氮积累量的影响

W1、W2、W3、W4和Sum分别代表淋洗第1次、第2次、第3次、第4次及淋洗总积累量；表中数据为平均值±标准误；=5；不同小写字母代表淋洗液中速效氮总积累量在各淋洗处理间差异达显著水平。

W1, W2, W3, W4, and Sum indicate the first time, the second time, the third time, and the fourth time of leaching, and total accumulation amount, respectively; All data are mean±;=5; Different lowercase letters indicate statistical significance (＜0.05) ofavailable nitrogen accumulation in leacheate among different leaching treatments.

2 结果与分析

2.1 不同淋洗方法速效氮淋失效果

土壤中90%以上的氮素以有机形态存在，只有经过矿化转变成无机态的铵态氮和硝态氮，才可被作物吸收利用[25]。试验Ⅰ和Ⅱ均为短期淋洗处理，且土壤总氮浓度在淋洗前后均差异较小(数据略)，因此以铵态氮和硝态氮检测为主。

由表2可知，通过淋洗结构+过筛干土(T1)、盆装沙土混合基质(T2)、淋洗结构+沙土混合基质(T3)3种淋洗方法对盆栽土壤进行4次淋洗后，淋洗液铵态氮和硝态氮总积累量均表现为T3＞T1＞T2，处理间差异均达显著水平。T3处理淋洗液中硝态氮积累量分别比T1、T2处理高29.7%和42.9%，铵态氮积累量分别高14.7%和26.0%，且淋洗1次后，T3处理硝态氮和铵态氮淋洗量累积百分比分别达到75.2%和77.8%，淋洗3次后可分别达91.7%和95.2%。

由图2可知，盆栽土壤经4次淋洗后，T3处理中土壤硝态氮残留量仅为5.6 mg/kg，淋洗前后土壤硝态氮降低幅度达87.8%，T1和T2处理土壤硝态氮残留量分别达12.6和11.4 mg/kg，两者降幅均远低于T3。土壤铵态氮淋洗趋势与硝态氮相近，但其淋洗量明显低于硝态氮，3个处理淋洗前后降幅分别为52.7%、49.0%和67.5%。T3处理淋洗1次后，土壤硝态氮和铵态氮残留量较淋洗前分别下降79.5%和61.6%，淋洗3次分别降至85.6%和67.1%，继续淋洗对土壤速效氮残留量几无影响。

S0、S1、S2、S3和S4分别代表淋洗前、淋洗第1次、第2次、第3次、第4次土壤速效氮含量。图中数据为平均值±标准误；n=5。

Fig. 2.Effects of different leaching methods on available nitrogen residues in soil.

W1、W2和W3分别代表淋洗第1次、第2次、第3次。ZZY1－中浙优1号；YY12－甬优12。14DBA－花前14d；3DBA－花前3d。不同小写字母代表处理间差异达显著水平(＜0.05，=5)。下同。

W1, W2, and W3indicate the first time, the second time, and the third time of leaching, respectively. ZZY1, Zhongzheyou 1; YY12, Yongyou 12. 14DBA, Fourteen days before anthesis; 3DBA, Three days before anthesis. Different lowercase letters indicate statistical significance (＜0.05) among different leaching treatments. (=5). The same as below.

图3水稻花前不同时期淋洗对淋洗液中速效氮积累量的影响

Fig. 3.Effects of leaching before anthesis on available nitrogen accumulation in leacheate.

**表示土壤速效氮残留量在对照和淋洗处理间差异达显著水平（＜0.01）。图中数据为平均值±标准误；=5。

**,Available nitrogen residues in soil significantly difference at＜0.01 level between CK and leaching treatment. All data are mean±;=5.

图4水稻花前不同时期淋洗对土壤速效氮残留量的影响

Fig. 4.Effects of leaching before anthesis on available nitrogen residues in soil.

以上结果表明，采用淋洗结构+沙土混合基质的淋洗法，淋洗液中速效氮素积累量最高，土壤速效氮残留量最低，淋洗减氮效果最佳，且淋洗3次即可将土壤中85.6%的硝态氮和67.1%的铵态氮洗脱。

2.2 水稻花前不同时期速效氮淋失效果

2016年采用淋洗结构+沙土混合基质的淋洗减氮方法，分别于植株花前14 d (14DBA)和花前3 d (3DBA)进行3次淋洗处理。由图3可知，淋洗液硝态氮和铵态氮损失积累量均表现为14DBA＞3DBA，甬优12＞中浙优1号，且品种间及处理间差异均达显著水平。

由图4可知，与对照相比，水稻花前14 d和花前3 d经淋洗处理，中浙优1号土壤硝态氮含量分别下降59.3%和42.1%，甬优12同比分别降低53.6%和43.1%，中浙优1号土壤铵态氮含量分别下降43.5%和35.0%，甬优12则分别下降43.9%和40.9%，淋洗前后土壤速效氮含量差异均达显著水平。

总体上，淋洗结构+沙土混合基质的淋洗减氮方法可将水稻栽植土壤速效氮有效淋洗，减氮效果显著。淋洗速效氮形态以硝态氮为主，其淋洗量可达铵态氮淋洗量的2.1～2.7倍。水稻花前14 d与花前3 d相比，植株氮积累量较少，因此前者土壤速效氮淋洗效果显著高于后者，其硝态氮淋洗量为后者的1.5～1.6倍，铵态氮淋洗量则为1.2～1.4倍。

2.3 植株上3叶SPAD和氮浓度

由图5~7可见，通过淋洗结构+沙土混合基质进行土壤淋洗减氮，可对水稻形成短期亏氮，两品种上3叶SPAD和氮浓度均大幅下降。2016年试验中，花前14 d淋洗处理导致两品种上3叶SPAD值降幅分别达16.0%～16.7%，9.9%～11.2%和8.3%～8.9%，与对照差异均达显著水平(＜0.01)。

两年试验中，花前3 d淋洗减氮导致两品种剑叶SPAD值下降8.3%～9.8%，倒2叶降幅5.1%～7.5%，甬优12倒3叶SPAD值降低5.6%～6.2%，均与对照差异显著，中浙优1号倒3叶较对照则无显著差异。处理间比较发现，土壤氮亏缺条件下，水稻两处理时期上3叶SPAD降幅排序均为剑叶＞倒2叶＞倒3叶，且土壤供氮不足对甬优12叶片SPAD的影响明显大于中浙优1号。

上3叶氮浓度变化趋势与SPAD值相似，但对淋洗减氮造成的短期亏氮更为敏感。与对照相比，花前14 d减氮处理导致中浙优1号叶片氮浓度显著下降，各叶位降幅为13.2%～19.5%，花前3 d处理中中浙优1号各叶位氮浓度仅下降5.2%～7.1%，与对照差异未达显著水平。两处理均导致甬优12叶片氮浓度显著下降，降幅分别达18.2%～23.3% (14DBA)和11.3%～15.8%(3DBA)。

总体上，各叶位氮浓度降幅排序为剑叶＞倒2叶＞倒3叶，品种间则为甬优12＞中浙优1号。水稻花前14 d剑叶仅抽出一半，倒2叶和倒3叶氮积累时间亦比花前3 d少11 d，同时土壤速效氮淋洗效果显著高于花前3 d处理，因此植株上3叶SPAD和氮浓度对淋洗处理的响应远大于花前3 d处理。

2.4 花后植株含氮量

对齐穗后10 d植株各部位含氮量(图8)进行比较后发现，水稻花前不同时期淋洗处理对植株各部位氮素分配比例几无影响，但品种间、处理间的单株及各部位含氮量存在明显差异。花前14 d减氮处理后，中浙优1号单株和穗部含氮量显著下降，花前3 d淋洗处理则导致中浙优1号单株含氮量分别下降3.8%～4.8%，植株各部位分别下降2.3%～7.9%(茎鞘)，0.0%～2.2%(叶片)和6.0%～6.3%(穗部)，与对照差异均未达显著水平。与对照相比，甬优12两时期处理含氮量分别下降11.1%～14.9%(单株)，12.0%～17.5%(茎鞘)，11.7%～13.9%(叶片)，8.1%～13.1%(穗部)，均与对照差异显著。

*和**表示叶片SPAD在对照和淋洗处理间差异分别在0.05和0.01水平上达显著水平。图中数据为平均值±标准误；n=10。下同。

Fig. 5.Effects of leaching before anthesis on SPAD value of three leaves from the top in 2016.

图6 2015年花前3 d淋洗处理对植株上3叶SPAD值的影响

Fig. 6.Effects of leaching three days before anthesis on SPAD value of three leaves from the top in 2015.

图中数据为平均值±标准误；n=5。

Fig. 7. Effects of leaching before anthesis on nitrogen concentration of three leaves from the top in 2016.

处理间比较发现，花前14 d土壤氮淋失对单株和植株各部位含氮量的影响明显大于花前3 d处理，特别是甬优12茎鞘、穗部和单株含氮量均显著低于花前3 d处理，而中浙优1号在两处理间差异未达显著水平。

不同小写字母代表同一部位含氮量在各淋洗处理间差异达显著水平(P＜0.05)。不同大写字母代表单株含氮量在各淋洗处理间差异达显著水平(P＜0.05)。图中数据为平均值±标准误；n=5。

Fig. 8.Effects of leaching before anthesis on nitrogen content in different parts of plant.

3 讨论

氮肥在现代水稻高产栽培中占有重要地位，而如何在保证水稻优质、稳产或增产的前提下，减少氮肥用量，提高肥料利用率，减轻环境污染，是近年来的研究热点[11, 26]。硝态氮或铵态氮是水稻可直接吸收的两种氮形态，由于栽培土壤类型、生态环境、耕作制度、稻田管理措施等因素影响，稻田土淋失氮形态是以硝态氮还是以铵态氮为主仍存在争议[22- 23, 27-30]。本研究希望能通过适宜方法快速降低土壤硝态氮和铵态氮含量，主动抑制土壤供氮能力，为水稻氮营养研究提供思路和手段。结果表明，本研究设计的淋洗结构+沙土混合基质(T3)对土壤中速效氮淋溶效果显著，淋洗3次即可将土壤中85.6%的硝态氮和67.1%的铵态氮洗脱。淋洗结构+栽培土(T1)处理的单位质量土壤含氮量明显高于沙土混合基质，但纯栽培土对速效氮的固定作用明显高于沙土混合基质，导致淋洗效果显著低于T3。采用T3方法在水稻花前14 d进行淋洗处理后，土壤硝态氮和铵态氮含量分别下降53.6%～59.3%和43.5%～43.9%，花前3 d处理中硝态氮和铵态氮降幅分别为42.1%～43.1%和35.0%～40.9%，可实现预期的速效氮淋洗效果，短期内对土壤供氮能力产生快速、有效抑制。同时因铵态氮迁移半径较小，其淋洗效果明显低于硝态氮。

氮素在叶片中再移动能力最强，且不同叶位间自下而上转运，并总是优先供应新生叶片[31, 32]，缺氮时下位叶的氮含量明显低于上位叶[33]，因此不同叶位SPAD值及叶位间叶色差值可作为氮素营养快速诊断手段[34-36]。但在本研究中，不同叶位叶色和含氮量对土壤短期氮亏缺敏感度为剑叶＞倒2叶＞倒3叶，原因在于前人研究采用氮饥饿（无氮肥处理）均为长期亏氮胁迫，下部叶片的含氮物质分解并持续向顶部转运[37]，而短期亏氮则出现氮素向上转运滞后现象，其氮代谢生理差异还需进一步研究。同时，花前不同时期土壤氮亏缺亦存在明显差异。特别是花前14 d即减数分裂期正值剑叶展开阶段，速效氮淋失导致剑叶氮浓度降幅达19.5%～23.3%，SPAD值下降16.0%～16.7%，倒2叶和倒3叶亦显著下降。而破口期剑叶已完全展开，植株生长中心转移至穗部，叶片由氮库开始向氮源转化，此时上3叶对土壤氮亏缺的敏感度降低，叶片SPAD值和氮浓度下降幅度远低于减数分裂期处理，同时由于此时期土壤速效氮淋失效果低于减数分裂期，导致齐穗后植株含氮量亦明显高于减数分裂期。

此外，本研究发现，不同类型水稻叶片氮营养和植株氮积累对花前不同时期土壤氮亏缺的响应存在明显差异。与对照相比，籼型杂交稻中浙优1号上3叶氮浓度和齐穗后10 d单株含氮量因花前14 d土壤速效氮淋失而显著下降，花前3 d淋洗则几无影响，意味着中浙优1号花后对土壤氮需求明显降低。与之相比，花前14 d和花前3 d淋洗处理均导致籼粳杂交稻甬优12上3叶氮浓度显著下降，齐穗后10 d单株含氮量降低10.3%～14.9%，茎鞘、叶片、穗部氮积累亦均与对照差异显著。韦还和等[38]研究表明，与常规粳稻和杂交籼稻相比，籼粳杂交稻花后氮素积累量最高，而本研究中甬优12淋洗前土壤含氮量高，主功能叶和植株含氮量对氮亏缺敏感度高，表明籼粳杂交稻甬优12花前14 d之前对土壤速效氮需求相对较低，而此后植株氮素积累对土壤速效氮供给量有更高的需求。土壤氮亏缺对不同类型水稻花后碳、氮代谢生理生化及结实率、产量、品质的影响将在其他论文中进一步讨论。

4 结论

通过本研究设计的淋洗结构+沙土混合基质方法进行3次淋洗，即可洗脱土壤中42.1%～59.3%的硝态氮和35.0%～43.9%的铵态氮，可实现预期的土壤减氮效果，短期内对土壤供氮能力形成有效抑制。水稻花前14 d氮亏缺敏感度显著高于花前3 d，且水稻不同叶位叶片的叶色和氮浓度对亏氮敏感度由下而上增强。籼型杂交稻中浙优1号花后对土壤速效氮需求明显降低；籼粳杂交稻甬优12主功能叶和植株含氮量对花前短期亏氮的响应显著高于籼型杂交稻中浙优1号，意味着减数分裂期后对土壤速效氮存在更高需求。

[1] Peng S B, Buresh R J, Huang J L, Yang J C, Zou, Y B, Zhong X H, Wang, G H, Zhang F S. Strategies for overcoming low agronomic nitrogen use efficiency in irrigated rice systems in China., 2006, 96(1): 37-47.

[2] Guo J H, Liu X J, Zhang Y, Shen J L, Han W X, Zhang W F, Christie P, Goulding K W T, Vitousek P M, Zhang F S. Significant acidification in major Chinese croplands., 2010, 327(5968): 1008-1010.

[3] 张福锁, 王激清, 张卫峰, 崔振岭, 马文奇, 陈新平, 江荣风. 中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径. 土壤学报, 2008, 45(5): 915-924.

Zhang F S, Wang J Q, Zhang W F, Cui Z L, Ma W Q, Chen X P, Jiang R F. Nutrient use efficiencies of major cereal crops in China and measures for improvement., 2008, 45(5): 915-924. (in Chinese with English abstract)

[4] 曹仁林, 贾晓葵. 我国集约化农业中氮污染问题及防治对策. 土壤肥料, 2001(3): 3-6.

Cao R L, Jia, X K. The problems and control countermeasures of nitrogen pollution in agriculture of China., 2001(3): 3-6. (in Chinese with English abstract)

[5] Vitousek P M, Naylor R, Crews T, David M B, Drinkwater L E, Holland E, Johns, P J, Katzenberger J, Martinelli L A, Matson P A, Nziguheba G, Ojima D, Palm C A, Robertson G P, Sanchez P A, Townsend A R, Zhang F S. Nutrient imbalances in agricultural development., 2009, 324(5934): 1519-1520.

[6] Gilbert N. The disappearing nutrient., 2009, 461(7265): 716-718.

[7] Qiao J, Yang L Z, Yan T M, Xue F, Zhao D. Nitrogen fertilizer reduction in rice production for two consecutive years in the Taihu Lake area., 2012, 146(1): 103-112.

[8] Chen Y T, Peng J, Wang J, F P H, Hou Y, Zhang C D, Fahad S, Peng S B, Cui K H, Nie L X, Huang J L. Crop management based on multi-split topdressing enhances grain yield and nitrogen use efficiency in irrigated rice in China., 2015, 184: 50-57.

[9] 晏娟, 沈其荣, 尹斌, 万新军. 应用15N示踪技术研究水稻对氮肥的吸收和分配. 核农学报, 2009, 23(3): 487-491, 496.

YAN J, SHEN Q R, YIN B, WAN X J. Fertilizer-N uptake and distribution in rice plants using 15N tracer technique., 2009, 23(3): 487-491, 496. (in Chinese with English abstract)

[10] Deng F, Wang L, Ren W J, Mei X F. Enhancing nitrogen utilization and soil nitrogen balance in paddy fields by optimizing nitrogen management and using polyaspartic acid urea., 2014, 169: 30-38.

[11] Deng F, Wang L, Ren W J, Mei X F, Li S X. Optimized nitrogen managements and polyaspartic acid urea improved dry matter production and yield of indica hybrid rice., 2015, 145: 1-9.

[12] Li M, Zhang H C, Yang X, Ge M J, Ma Q, Wei H Y, Dai Q G, Huo Z Y, Xu K, Luo D Q. Accumulation and utilization of nitrogen, phosphorus and potassium of irrigated rice cultivars with high productivities and high N use efficiencies., 2014, 161: 55-63.

[13] 杜加银, 茹美, 倪吾钟. 减氮控磷稳钾施肥对水稻产量及养分积累的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(3): 523-533.

Du J Y, Ru M, Ni W Z. Effects of fertilization with reducing nitrogen, controlling phosphorus and stabilizing potassium on rice yield and nutrient accumulation., 2013, 19(3): 523-533. (in Chinese with English abstract)

[14] 朱相成, 张振平, 张俊, 等. 增密减氮对东北水稻产量、氮肥利用效率及温室效应的影响. 应用生态学报, 2016(2): 453-461.

Zhu X C, Zhang Z P, Zhang J, Deng A X, Zhang W J. Effects of increased planting density with reduced nitrogen fertilizer application on rice yield, N use efficiency and greenhouse gas emission in Northeast China., 2016(2): 453-461. (in Chinese with English abstract)

[15] Jiang L G, Dai T B, Jiang D, Cao W X, Gan X Q, Wei S Q. Characterizing physiological N-use efficiency as influenced by nitrogen management in three rice cultivars., 2004, 88(2): 239-250.

[16] Jiang L G, Dong D F, Gan X Q, Wei S Q. Photosynthetic efficiency and nitrogen distribution under different nitrogen management and relationship with physiological N-use efficiency in three rice genotypes., 2005, 271(1): 321-328.

[17] 米国华, 陈范骏, 张福锁. 作物养分高效的生理基础与遗传改良. 北京：中国农业大学出版社, 2012.

Mi G H, Chen, F J, Zhang, F S. Physiological basis and genetic improvement of nutrient use efficiency in crops. Beijing: China Agricultural Press, 2012.

[18] 俞巧钢, 叶静, 杨梢娜, 符建荣, 马军伟, 孙万春姜丽娜, 王强, 汪建妹. 不同施氮量对单季稻养分吸收及氨挥发损失的影响. 中国水稻科学, 2012, 26(4): 487-494.

Yu Q G, J Y, Yang S N, Fu J R, Ma J W, Sun W C, Jiang L N, Wang Q, Wang J M. Effects of different introgen application levels on rice nutrient uptake and ammonium volatilization., 2012, 26(4): 487-494. (in Chinese with English abstract)

[19] 王秀芹, 张洪程, 黄银忠, 戴其根, 霍中洋, 许轲, 邵世志, 徐巡军. 施氮量对不同类型水稻品种吸氮特性及氮肥利用率的影响. 上海交通大学学报: 农业科学版, 2003, 21(4): 325-330.

Wang X Q, Zhang H C, Huang Y Z, Dai Q G, Huo Z Y, Xu K, Shao S Z, Xu X J. Effects of N-application rate on the characters of uptake nitrogen and nitrogen recovery of different rice varieties., 2003, 21(4): 325-330.

[20] 陈玉泉, 王延颐, 孙玲, 刘羽. 水稻群体叶色的光谱诊断及其在高产栽培中的应用基础. 江苏农业学报, 1995(2): 6-10.

Chen Y Q, Wang Y Y, Sun L, Liu Y. Spectral diagnosis of rice canopy leaf colors and its possible application in high yielding cultivation., 1995(2): 6-10. (in Chinese with English abstract)

[21] 李刚华, 王惠芝, 王绍华, 王强盛, 郑永美, 丁艳锋. 穗肥对水稻穗分化期碳氮代谢及颖花数的影响. 南京农业大学学报, 2010, 33(1): 1-5.

Li G H, Wang H Z, Wang S H, Wang Q S, Zheng Y M, Ding Y F. Effect of nitrogen applied at rice panicle initiaton stage on carbon and nitrogen metabolism and spikelets per panicle., 2010, 33(1): 1-5. (in Chinese with English abstract)

[22] 纪雄辉, 郑圣先, 石丽红, 廖育林. 洞庭湖区不同稻田土壤及施肥对养分淋溶损失的影响. 土壤学报, 2008(4): 663-671.

Ji X H, Zheng S X, Shi L H, Liu Y L. Effect of fertilization on nutrient leaching loss from different paddy soils in Dongting lake area., 2008, 7(4): 663-671.(in Chinese with English abstract)

[23] 连纲, 王德建, 林静慧, 阎德智. 太湖地区稻田土壤养分淋洗特征. 应用生态学报, 2003, 14(11): 1879-1883.

Lian G, Wang D J, Lin J H, Yan D Z. Characteristics of nutrient leaching from paddy field in Taihu Lake area., 2003, 14(11): 1879-1883. (in Chinese with English abstract)

[24] 高茹, 李裕元, 杨蕊, 魏红安, 聂敏, 张满意, 吴金水. 亚热带主要耕作土壤硝态氮淋失特征试验研究. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(4): 839-852.

Gao R, Li Y Y, Yang R, Wei H A, Nie M, Zhang M Y, Wu J S. Study on nitrate leaching characteristics in arable soils in subtropical region., 2012, 18(4): 839-852. (in Chinese with English abstract)

[25] 张玉玲, 陈温福, 虞娜, 张玉龙, 邹洪涛, 党秀丽. 北方地区滨海盐渍土型稻田土壤供氮能力的研究. 土壤通报, 2011(5): 1143-1147.

Zhang Y L, Chen W F, Yu N, Zhang Y L, Zou H T, Dang X L. Studies on nitrogen supplying capacity of paddy soil of coastal saline soil in the North area., 2011(5): 1143-1147. (in Chinese with English abstract)

[26] Ataulkarim S T, Yao X, Liu X J, Cao W X, Zhu Y. Development of critical nitrogen dilution curve of Japonica rice in Yangtze River Reaches., 2013, 149(149): 149-158.

[27] 罗良国, 闻大中, 沈善敏. 北方稻田生态系统养分渗漏规律研究. 中国农业科学, 2000, 33(2): 68-74.

Luo L G, Wen D Z, Shen S M. Study on the percolating regularity of nutrient in rice field ecosystem of Northern China., 2000, 33(2): 68-74. (in Chinese with English abstract)

[28] 吴建富, 张美良, 刘经荣, 王海辉. 不同肥料结构对红壤稻田氮素迁移的影响. 植物营养与肥料学报, 2001, 7(4): 368-373.

Effect of different structure of fertilizer on the migration of nitrogen in red rice soil., 2001, 7(4): 368-373. (in Chinese with English abstract)

[29] 王少平, 俞立中, 许世远, 程声通. 上海青紫泥土壤氮素淋溶及其对水环境影响研究. 长江流域资源与环境, 2002, 11(6): 554-558.

Wang S P, Yu L Z, Xu S Y, Chen S T. Nitrogen leaching in the purple clay and analysis on its influence on water environmental quality in Shanghai., 2002, 11(6): 554-558. (in Chinese with English abstract)

[30] Chowdary V M, Rao N H, Sarma P B S. A coupled soil water and nitrogen balance model for flooded rice fields in India., 2004, 103(3): 425-441.

[31] Mae T, Ohira K. The Remobilization of nitrogen related to leaf growth and senescence in rice plants (L.)., 1981, 22(6): 1067-1074.

[32] Mae T, Makino A, Ohira K. Changes in the amounts of ribulose bisphosphate carboxylase synthesized and degraded during the life span of rice leaf (L.).1983, 24(6): 1079-1086.

[33] Wang S H, Zhu Y, Jiang H D, Cao W X. Positional differences in nitrogen and sugar concentrations of upper leaves relate to plant N status in rice under different N rates., 2006, 96: 224-234.

[34] 李刚华, 丁艳锋, 薛利红, 王绍华. 利用叶绿素计(SPAD-502)诊断水稻氮素营养和推荐追肥的研究进展. 植物营养与肥料学报, 2005, 11(3): 412-416.

Li G H, Ding Y F, Xue L H, Wang S H. Research progress on diagnosis of nitrogen nutrition and fertilization recommendation for rice by use chlorophyll meter., 2005, 11(3): 412-416. (in Chinese with English abstract)

[35] Peng S, Garcia F V, Laza R C, Sanico A L, Visperas R M, Cassman K G. Increased N-use efficiency using a chlorophyll meter on high-yielding irrigated rice., 1996, 47(2-3): 243-252.

[36] 姜继萍, 杨京平, 杨正超, 邹俊良, 戈长水. 不同氮素水平下水稻叶片及相邻叶位SPAD值变化特征. 浙江大学学报: 农业与生命科学版, 2012, 38(2): 166-174.

Jiang J P, Yang J P, Yang Z C, Zou J L, Ge C S. Dynamic characteristics of SPAD value of rice leaf and adjacent leaf under different N application rates., 2012, 38(2): 166-174. (in Chinese with English abstract)

[37] 赵全志, 陈静蕊, 刘辉, 乔江方, 高桐梅, 杨海霞, 王继红. 水稻氮素同化关键酶活性与叶色变化的关系. 中国农业科学, 2008, 41(9): 2607-2616.

Zhao Q Z, Chen J R, Liu H, Qiao J F, Gao T M, Yang H X, Wang J S. Relationship between activities of nitrogen assimilation enzymes and leaf color of rice., 2008, 41(9): 2607-2616. (in Chinese with English abstract)

[38] 韦还和, 孟天瑶, 李超, 张洪程, 史天宇, 马荣荣, 王晓燕, 杨筠文, 戴其根, 霍中洋, 许轲, 魏海燕, 郭保卫. 籼粳交超级稻甬优538花后氮素积累模型与特征分析. 作物学报, 2016, 42(4): 540-550.

Wei H H, Meng T Y, Li C, Zhang H C, Shi T Y, Ma R R, Wang X Y, Yang J W, Dai Q G, Huo Z Y, Xu K, Wei H Y, Guo B W. Dynamic model and its characteristics analysis for nitrogen accumulationafter heading in Yongyou 538., 2016, 42(4): 540-550. (in Chinese with English abstract)

Leaching Method of Available Nitrogen in Rice Potted Soil and Effect Analysis of Short-term Nitrogen Deficiency

WU Hui#, XIANG Jing#, CHEN Huizhe, ZHANG Yuping, ZHANG Yikai, JI Guangmei, WANG Yaliang, SHI Hongzhi, ZHANG Wenqian, ZHU Defeng*

(,,;; Corresponding author,:.)

This study aims to explore a simple and effective leaching method of available nitrogen in potted soil, and to reveal the effects of soil nitrogen deficiency at different periods before anthesis on nitrogen accumulation in main functional leaves and post-anthesis plant of different types rice, which would clarify the characteristics of nitrogen accumulation and translocation after anthesis, and lay the research foundation for reducing nitrogen fertilizer application.In this study, the effects of three leaching methods on available nitrogen reduction in potted soils were compared. Meanwhile, the effects of short-term nitrogen deficiency 14 d and 3 d before anthesis on SPAD value, nitrogen concentration of top-three leaves and plant nitrogen content after anthesis were discussed usinghybirid rice Yongyou 12(YY12), andhybrid rice variety Zhongzheyou 1(ZZY1).The results showed that 85.6% nitrate nitrogen and 67.1% ammonium nitrogen in soil could be eluted by leaching structure + sandy /soil mixed matrix(T3) with 3 times of leaching. Under the two leaching treatments, the contents of nitrate and ammonium nitrogen in potted soil decreased by 42.1%-59.3% and 35.0%-43.9%, respectively. This could achieve the expected effect of reducing soil nitrogen to inhibit effectively the soil available nitrogen supply capacity in the short term. Affected by soil nitrogen deficiency before anthesis, SPAD value and nitrogen concentration of top-three leaves, stem-sheath, leaves, panicle and plant nitrogen content at the 10th day after heading of YY12 were decreased significantly. At the same time, there was a remarkable difference of stem-sheath, panicle and plant nitrogen content between the two leaching treatments. SPAD value and nitrogen concentration of top-three leaves, panicle and plant nitrogen content at the 10th day after heading of ZZY1 were also decreased dramatically under the leaching treatment 14 d before anthesis. However, the leaching treatment 3 d before anthesis had little effect on nitrogen concentration of top-three leaves and plant nitrogen content.In conclusion, the sensitivity of rice to nitrogen deficiency 14 d before anthesis(meiosis stage) was greatly higher than that 3 d before anthesis. The sensitivity of leaf color and nitrogen concentration of leaves at different leaf positions to soil nitrogen deficiency were enhanced from bottom to top. The influence of soil nitrogen deficiency at the two leaching periods on YY12 was greater than that of ZZY1, which means that the lower demand for soil available nitrogen ofhybrid rice ZZY1 after anthesis, and the higher demand ofhybirid rice YY12 after the meiosis period.

rice; leaching; available nitrogen; nitrogen deficiency; meiosis stage; post-anthesis

10.16819/j.1001-7216.2018.7069

S143.1; S511.06

A

1001-7216(2018)01-0078-11

2017-06-09；

2017-07-06。

国家重点研发计划资助项目（2016YFD0300502，2016YFD0200801）；国家自然科学基金资助项目（31501272）；2015年浙江省三农六方项目；现代农业产业技术体系建设专项（ARS-01-22）。