氮素调控对水稻黄华占氮素吸收与利用的影响

万淑红，田应兵，许昌雨，任东宜

(长江大学农学院，湖北 荆州 434025)

【研究意义】氮素供应对水稻产量及氮素的吸收与利用具有重要的调节作用。目前，国内水稻氮肥利用率为30 %～35 %，低于世界平均水平[1]。研究认为，氮肥施用量过高、施用比例不合理是水稻氮肥利用率低的主要原因[2]。因此，适宜的氮素调控方式对实现水稻高产高效具有重要的意义。【前人研究进展】在一定施氮范围内，水稻产量、氮素积累总量和利用效率与供氮水平呈正相关，但超过一定施氮量后，产量和氮素利用效率将不再提高[3-5]。前人关于施氮量及施用比例对水稻产量和氮素吸收与利用进行了大量研究，如胡雅洁等和郭保卫等研究认为增加施氮量水稻增产不显著且氮肥利用率低，但通过适当提高基肥比例(基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶ 3∶ 3)可提高水稻产量、干物质积累量、氮素积累量和氮肥利用效率[6-7]；陈爱忠等和陈仁天等研究发现增施氮肥促进了植株对氮素的吸收，可显著提高水稻干物质量和产量，但氮肥施用过多，会延缓水稻衰老，导致植株贪青晚熟，不利于营养器官中的碳水化合物和氮素向籽粒转运，最终导致水稻产量和氮肥利用率偏低[8-9]。此外，不同水稻类型对氮素的响应和吸收特性也存在差异。研究表明，水稻不同类型间(籼粳稻、杂交稻和超级稻等)、相同类型不同品种间在物质生产、氮素吸收与利用普遍存在基因型差异[10-13]。【本研究切入点】目前，在水稻高产栽培中，氮肥(纯氮)施用量已高达300～450 kg/hm2，不仅造成氮肥资源浪费，而且给环境带来巨大压力[14]。造成氮肥过量施用的一个重要因素是氮素调控不当。因此，如何正确进行氮素调控，对于提高水稻氮素吸收与利用、增加产量和农民收入具有重要的作用。【拟解决的关键问题】黄华占是由广东农科院水稻所选育的优质常规稻，因其米质优良、生育期适中、耐肥抗倒和播期弹性大，成为目前我国南方稻区同类型种植面积最大的水稻品种之一，且种植面积还有继续扩大的趋势[15-16]。为此，本试验以黄华占为供试材料，设置2个氮肥水平和7种氮素调控方式，研究了黄华占的氮素吸收与利用特点，以期为黄华占氮肥合理利用提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年在湖北省荆州市李埠镇杨井村(30°32′N，112°06′E)进行，该地区属于典型北亚热带季风气候，年降水量约1150 mm，年均温在16.5 ℃左右，年日照时间≥2000 h，年无霜期≥230 d。试验地为冬闲田，土壤类型为灰潮土，质地中壤，pH 7.6，全氮2.12 g/kg，全磷1.77 g/kg，全钾8.14 g/kg，有机质14.5 g/kg，速效氮95.23 mg/kg，速效磷26.66 mg/kg。

1.2 试验设计

试验共设7个处理，3次重复，小区面积24 m2(3 m×8 m)，随机区组排列，区组间设排灌沟，小区间筑埂覆膜，四周设有保护行。施氮方案见表1，设置常规施氮(180 kg/hm2)和减量施氮(135 kg/hm2)2个水平，其中N1、N2和N3处理的施氮量为180 kg/hm2，N4、N5和N6处理的施氮量为135 kg/hm2；N1、N2、N3、N4、N5和N6处理的基、蘖、穗肥比例分别为5∶2∶3、4∶2∶4、3∶2∶5、3∶2∶3、5∶0∶3和4∶1∶3。所有处理的磷肥用量(P2O5，75 kg/hm2)和钾肥用量(K2O，180 kg/hm2)相同。磷肥作为基肥一次施入，钾肥按基肥∶穗肥为6∶4分2次施用。

试验于5月25日采用精准直播，株行距为8.3 cm×20 cm，1苗/穴；人工除草、病虫害防治和水分管理同当地农民习惯。播种、取样、收获均在一天内完成。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土样采集与理化性质测定 试验前采集耕层(0～20 cm)土壤样品，用相关方法[17]测定pH、有机质、速效氮、速效磷、全氮、全磷与全钾含量。

表1 氮肥施用方案

1.3.2 植株干物质量及全氮的测定 分别于分蘖期、拔节期、齐穗期、灌浆期和成熟期在各小区取3穴，将植株按照穗、叶、茎、根分拣后装袋，置于烘箱105 ℃杀青30 min，80 ℃烘24 h后，降至室温后分别称重，并粉碎过筛备用；采用意大利ECS 4024型CHNSO元素分析仪测定穗、叶、茎、根的全氮含量。

1.4 数据计算与统计分析

氮素吸收量(kg/hm2)= 某时期单位面积各器官干物质重×植株各器官含氮率；

氮素吸收利用率(%)=(施氮区植株总吸氮量-无氮区植株总吸氮量)/氮肥施用量×100；

氮素农学效率(kg/kg)=(施氮区产量-无氮区产量)/氮肥施用量；

氮素偏生产力(kg/kg)= 施氮区产量/氮肥施用量；

氮素收获指数 = 成熟期籽粒氮积累量/全株地上部分氮积累总量。

使用Microsoft Excel 2016进行数据处理，DPS软件进行其它统计分析。

2 结果与分析

2.1 黄华占的植株含氮率变化

水稻不同生育期体内含氮率的变化反映了对氮素吸收与利用的程度。由表2可知，黄华占整个生育期间均可吸收利用土壤中的氮素，不同处理在不同时期的含氮率均表现为分蘖期>拔节期>齐穗期>灌浆期>成熟期，这一趋势与生育进程是一致的。分蘖期至齐穗期是黄华占生长最旺盛的阶段，对氮素吸收利用程度较大，其中，分蘖期N5处理最高(1.81 %)，较N0和N4处理分别高18.78 %和11.05 %，且与其它各处理差异显著；灌浆期至成熟期营养生长变慢并逐渐向生殖生长转变，对氮素的吸收利用也相应减少；成熟期各处理的含氮率在0.77 %～1.19 %，施氮处理均极显著高于N0。

2.2 氮在黄华占体内的分布特征

黄华占吸收的氮素在各部位的分配具有一定规律性(表3)。分蘖期至拔节期，不同施氮处理各器官的含氮率差异不显著，与N0处理差异显著；齐穗期不同处理各器官含氮率的大小顺序为叶>穗>茎>根，说明黄华占吸收的氮大部分集中在叶片和穗部，只有少部分转移到茎鞘和根部，其中，N6处理的穗含氮率最大，为1.50 %，且与N0、N4和N5处理差异显著；灌浆期和成熟期各器官的氮含量大小顺序均为叶>穗>根>茎，其中，成熟期N3处理叶片和穗部含氮率最高，较N0处理分别高38.02 %和27.78 %，且与N2、N4和N6处理差异显著。

2.3 氮对黄华占生物量的影响

由图1-a可知，分蘖至拔节期，不同氮素调控方式显著影响黄华占生物量的积累，其中，拔节期N6处理的营养体生物量最高，达5.81 t/hm2，比N2和N4处理分别高11.02 %和13.08 %，差异极显著。齐穗期至成熟期，营养体生物量呈下降趋势，且齐穗期至灌浆期的下降幅度较大，而灌浆期至成熟期的下降幅度较小。总生物量在整个生育期间均呈上升趋势，且施氮处理显著高于N0(图1-b)。齐穗期至成熟期，穗部生物量显著增加，其中，齐穗期的总生物量大小顺序为N6>N3>N1>N5>N4>N2>N0；成熟期，N6处理的总生物量比N1、N2、N3、N4、N5和N0处理分别显著增加2.12 %、1.61 %、2.34 %、0.60 %、0.88 %和11.27 %。说明减量施氮水平下，合理分配施氮比例能够满足黄华占生育过程中的氮素需求，以保证总生物量的积累。

表2 不同生育期的植株含氮率

注：表中数据为3次重复平均值±标准差，同列中的不同大、小写字母分别表示处理间差异极显著(P<0.01)和显著(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 分别表示叶、茎、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，不同生育期黄华占的氮素吸收量随生育进程而逐步增加，拔节期至成熟期根、茎鞘和叶片的氮素吸收量逐渐下降，而穗部的氮素吸收量增加。无论常规施氮还是减量施氮水平下，黄华占的叶片和茎鞘氮素吸收量高峰均出现在齐穗期。从分配器官来看，生育前期氮素吸收量主要集中在叶片，至生育后期则主要集中在穗部，而茎鞘和叶片的氮素吸收量比抽穗前显著降低，且茎鞘略大于叶片。同时，在齐穗期，随着施氮量的增加，茎鞘氮素吸收量呈逐渐增加的趋势。成熟期，N6处理的氮素吸收量最高，达195.77 kg/hm2，较N1、N2和N3处理分别提高0.77 %、4.23 %和2.64 %，说明减量施氮条件下黄华占仍可维持较高的总生物量，进而提高植株氮素吸收量。

图1 不同处理的营养体生物量(a)和总生物量(b)的动态变化Fig.1 Dynamics of vegetative organs biomass and total biomass in different treatments

表4 不同时期各器官的氮素吸收量

续表4 Continued table 4

吸氮量(kg/hm2) NUA器官Organ处理 TreatmentN0N1N2N3N4N5N6TA37.46±3.20dC76.12±1.22abAB69.44±0.40bcAB78.58±4.37aA67.49±5.59cB75.42±2.76abAB73.52±4.22abcAB齐穗期 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灌浆期 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分别表示叶、茎、根、穗、总量。

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

2.5 黄华占的氮肥利用率

氮肥利用率是评价水稻对氮素吸收的一个重要指标，反映水稻对土壤中氮肥的回收与利用效果。由表5可知，所有施氮处理中，N6处理的氮素农学利用率、偏生产力和吸收利用率均显著高于其它处理。其中，氮肥农学利用率和偏生产力较N1处理高42.62 %和27.8 %。氮素吸收利用率的变化范围为31.63 %～48.33 %，其中N6处理最高，较N2处理高34.55 %。而氮素收获指数N0处理最高，达0.71，且与其它处理差异极显著。N6处理的产量最高，达7541.11 kg/hm2，较其它处理增产7.98 %～15.88 %。说明减量施氮水平下，黄华占能够更为有效地利用肥料中的氮。

表5 不同处理的氮素利用率及产量

3 讨 论

施氮量是影响水稻氮素吸收与利用的关键因子[18-19]。研究表明，施氮量与水稻氮素积累总量呈正相关，与氮肥利用效率呈负相关[3,20]。赵庆雷等研究发现在当前农民习惯施氮水平(310.5 kg/hm2)上减少30 %的施氮量，不影响水稻产量且有利于氮肥利用率的提高[21]。本研究结果也反映了这一趋势，常规施氮水平(180 kg/hm2)下，黄华占在不同生育期的含氮率虽然高于减量施氮处理，但氮素利用率较低；减少25 %的施氮量时仍能获得比常规施氮处理更高的产量，且总生物量和氮肥利用率显著高于其它处理。徐新朋等研究认为过量的氮肥会导致氮素在茎鞘和叶片中积累，进而导致水稻营养生长过旺、甚至贪青晚熟，因此适宜的施氮量是提高氮肥利用率和实现高产的关键[22]。本研究结果表明，减量施氮有助于提高黄华占的氮素吸收与利用，常规施氮处理虽然可以增加植株含氮率，但不利于氮肥利用率和产量的提高。

施氮比例对水稻氮素吸收与利用有重要影响，且因品种而异[23-25]。万靓军等研究认为降低穗肥比例，超级杂交稻氮肥利用效率呈先升后降的趋势，以基蘖肥∶穗肥比例为6∶4时，氮素利用率最高[26]。而吴文革等指出双季早稻基肥∶蘖肥∶穗肥为5∶2.5∶2.5时促进氮素吸收，提高氮肥利用效率[27]。本研究结果表明，减量施氮水平下，当基肥∶蘖肥∶穗肥为4∶1∶3时黄华占的产量最高(7541.11 kg/hm2)，较其它处理提高7.98 %～15.88 %，且氮肥农学效率、偏生产力和吸收利用率均高于其它施氮处理，氮素吸收利用率变化在36.68 %～48.33 %；常规施氮水平下，不同氮素调控处理的氮素吸收利用率的变化范围为31.63 %～35.40 %。聂凌利等研究表明适当减少基蘖肥比例，提高穗肥比例，可以增加水稻抽穗期的茎鞘干物质量，促进茎鞘和叶片干物质向籽粒的转运，从而增加产量[28]。本研究发现，施氮可以促进黄华占的氮素吸收，提高茎鞘、叶片和穗部的氮素积累量，但氮肥施用量过高不利于后期氮素的吸收，进而导致氮素吸收利用率降低。说明在当前水稻施氮量普遍偏高的情况下，适当减少施氮总量，提高基肥比例，协调生育中后期干物质生产与氮素吸收量是提高黄华占产量和氮肥利用率的关键。

4 结 论

在减量施氮条件下(135 kg/hm2)，基肥∶蘖肥∶穗肥为4∶1∶3时能较好的协调黄华占产量与氮肥利用率的关系，增加生育后期生物总量，提高了氮肥利用率，其产量达7541.11 kg/hm2，氮肥农学效率、偏生产力和吸收利用率分别为8.87 kg/kg、55.86 kg/kg和48.33 %。因此，通过合理的氮素调控，即使在减少氮肥的情况下，仍可实现黄华占产量和氮肥利用率的协同提高。