氮肥减施对水稻产量、氮吸收和利用的影响

陈晓萍，曹雪仙，陈文伟，柯桢

(1.天台县农业技术推广总站，浙江 台州 317200；2.三门县农业农村局，浙江 台州 317100)

水稻是中国主要的粮食作物，单产较世界平均水平高60%以上，为中国粮食安全做出了重要贡献，但随着社会的发展，由于劳动力和物化成本的增加，导致中国水稻生产的比较效益较低[1]。中国稻田单季氮肥用量平均为180 kg·hm-2以上，平均吸收利用率33%左右，仅为发达国家的50%左右[2-3]，大量氮素通过氨挥发、硝化与反硝化和淋溶等途径流失，给生态环境带来了巨大的压力[4]。而且过量的氮素还会使水稻籽粒中的蛋白质含量增加，造成稻米食味性的下降[5]。因此，减少氮肥不合理投入，既可以节约生产成本，又可以提高经济效益。但不同的土壤综合生产和增产能力不同，减少氮肥投入有可能会减少土壤中的氮素库容量[6]，因此，本研究选择2个肥力不同的土壤，2个水稻品种，以高产田所采用的氮肥用量和施肥模式(尿素一基二追)为对照，研究不同量氮、磷、钾肥配施对水稻籽粒产量及其构成、地上部氮素累积量和氮肥效率的影响，以期为促进水稻生长和减少化学肥料的施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验在2个地点同时进行。天台县龙溪乡石门村试验田(29°3′38″N，120°47′5″E)为砂性壤土，前茬作物为花生，土壤粒径≤0.002 mm的占4.19%，耕层土壤(0～20 cm)pH 5.01，EC 40.1 μS·cm-1，有机质32.1 g·kg-1，全氮2.17 g·kg-1，水解性氮179.0 mg·kg-1，速效钾72.5 mg·kg-1，有效磷34.4 mg·kg-1。街头镇湖酋村试验田(29°5′53″N，120°47′20″E)为砂性壤土，为冬闲田，土壤粒径≤0.002 mm的占4.01%，耕层土壤(0～20 cm)pH 5.61，EC 35.1 μS·cm-1，有机质11.2 g·kg-1，全氮0.89 g·kg-1，水解性氮85.7 mg·kg-1，速效钾49.0 mg·kg-1，有效磷8.40 mg·kg-1。

供试水稻品种石门为甬优1540号，湖酋为春优927号。肥料用尿素(N 46%)、钙镁磷肥(P2O512%)和氯化钾(K2O 60%)。

1.2 处理设计

试验设4个处理：1)常规无氮区(常规PK)，P2O5、K2O施用量分别为72和135 kg·hm-2；2)常规氮磷钾区(常规NPK)，N、P2O5、K2O施用量分别为240、72和135 kg·hm-2；3)减量无氮区(减量PK)，P2O5、K2O施用量分别为42和90 kg·hm-2；4)减量氮磷钾区(减量NPK)，N、P2O5、K2O施用量分别为225、42和90 kg·hm-2。重复3次，小区面积30 m2，随机区组排列。各小区间设置塑料薄膜包裹田埂，单排单灌，避免相互影响，试验区域外围设置保护行，各小区其他田间管理措施一致。

磷肥作基肥一次性施入，钾肥基肥和孕穗肥各占50%，氮肥分3次施用，基肥、分蘖肥、孕穗肥分别占40%、40%和20%。

田间管理按当地常规栽培措施进行。石门试验田水稻于2019年5月24日播种，6月22日移栽，10月3日收获。湖酋试验田水稻于5月22日播种，6月22日移栽，10月23日收获。

1.3 取样与分析

采用手工收获，籽粒和秸秆产量来源于整个小区。收获的同时取植株样品，经烘干、粉碎后用于植株养分分析。

土壤、植株中各养分含量都按土壤农化常规分析方法测定[7]。其中：土壤有机质采用重铬酸钾容量法，全氮采用凯氏定氮法，有效磷采用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法，速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度计法，电导率采用电位法(水土比例1∶5)，pH采用电位法(水土比例1∶2.5)；植株(籽粒和秸秆)经硫酸-过氧化氢消煮，采用凯氏定氮法测全氮。

1.4 有关参数的计算

收获指数是水稻收获时籽粒产量与地上部生物量的比值，即作物同化产物在籽粒和营养器官上的分配比例。收获指数反映了作物群体光合同化物转化为经济产品的能力，是评价作物品种产量水平和栽培成效的重要指标。氮素表观利用率是指施氮水稻地上部吸氮量与不施氮肥水稻地上部吸氮量之差占氮肥施入量的百分率[8]，氮素内部利用率是指水稻籽粒产量与地上部吸氮量的比值[8]，它表示水稻每吸收单位氮素所获得的水稻籽粒产量。氮肥偏生产力是指单位投入的氮肥所能生产的水稻籽粒产量[9]。

1.5 统计分析

试验数据采用Excel软件进行整理，并采用SAS统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 籽粒产量

表1表明，在湖酋、石门试验，不施氮肥(PK)水稻籽粒产量平均为6 346和8 137 kg·hm-2。施氮肥(NPK)提高了籽粒产量，与PK相比，NPK水稻籽粒产量分别提高51.8%和29.9%。不施氮肥水稻籽粒产量占NPK籽粒产量分别为65.9%和77.0%，这说明，在湖酋和石门两地氮肥增产贡献率分别为34.1%和23.0%。在施肥量相同的情况下，造成两地氮肥贡献率差异的原因主要是土壤肥力水平不同造成的，石门试验田土壤养分含量远高于湖酋，而且前茬作物为绿肥作物，土壤氮素自然供给能力强，施氮增产贡献率较低。

表1 不同施肥处理对水稻籽粒产量的影响

在湖酋，常规施肥氮肥的增产贡献率为29.7%，比减量施肥的(39.4%)低9.7百分点，这主要是因为，常规施肥处理磷钾施用量高于减量处理。这也说明了磷钾配施能促进水稻对氮的吸收，从而降低了氮肥的增产贡献率。而在石门，常规施肥氮肥的增产贡献率(23.7%)与减量的(22.3%)相似，这是因为该试验田土壤有效磷、有机质和全氮含量高，土壤供氮磷能力较强之故。

在湖酋减量施肥水稻籽粒产量比常规施肥的低13.0%；但在石门减量施肥与常规施肥水稻籽粒产量没有显著差异。这说明，在土壤肥力较低的地区减量施肥会显著降低水稻产量，而在土壤肥力较高的地块，如石门，降低肥料施用量不会影响当季产量。

2.2 收获指数

水稻收获指数石门试验平均为0.546，比湖酋试验平均高5%(表2)。2个试验水稻收获指数差异的原因主要是供试水稻品种不同造成的。

表2 不同施肥处理对水稻收获指数的影响

尽管从整体上常规施肥与减量施肥间，以及PK与NPK处理间水稻收获指数没有显著差异；但在不施氮肥条件下，常规PK水稻收获指数比减量PK高，尤其是在湖酋试验达到显著水平。这说明，在不施氮肥条件下，多施磷钾肥能促进水稻将干物质向籽粒运输。

2.3 有效穗

由于水稻品种的差异，石门试验田水稻有效穗平均为161万个·hm-2，而湖酋仅有134万·hm-2(表 3)。2个试验田不施氮肥处理水稻有效穗平均为130万·hm-2，NPK处理比PK增加27.1%，施氮肥能显著提高水稻有效穗。与常规施肥相比，尽管在石门减量施肥没有显著影响水稻有效穗数，但是在湖酋减量施肥水稻有效穗显著降低11%，这主要是因为湖酋土壤肥力水平低造成的。

表3 不同施肥处理对水稻有效穗的影响

2.4 千粒重

在湖酋和石门水稻千粒重平均为24.6 g和24.0 g(表 4)。尽管NPK处理的水稻千粒重在数值上比PK的高，但两处理间没有显著差异。而且无论是在常规施肥还是减量施肥下，趋势都相似。在常规施肥与减量施肥情况下，水稻千粒重也没有显著差异。

表4 不同施肥处理对水稻千粒重的影响

2.5 穗粒数

施氮肥显著提高了水稻穗粒数(表5)，NPK处理的水稻穗粒数比PK的高10.9%。同样常规施肥处理也比减量施肥处理的高8.1%。但是在平衡施肥条件下，在石门，常规施肥处理与减量施肥处理水稻穗粒数没有显著差异。而在湖酋，常规施肥处理比减量施肥处理水稻穗粒数高8.0%。在不施氮肥条件下，2个试验田常规施肥处理穗粒数显著高于减量施肥。

表5 不同施肥处理对穗粒数的影响

2.6 吸氮量

不施氮水稻籽粒和秸秆吸氮量平均为68.5和28.6 kg·hm-2，施氮肥显著提高土壤供氮能力，促进水稻对氮的吸收和累积(表 6)。施氮肥处理水稻籽粒和秸秆吸氮量比不施肥的高53.3%和53.7%。在减量条件下，施氮的优势明显。减量施肥显著降低了湖酋籽粒和秸秆吸氮量，但对石门秸秆吸氮量没有显著影响。

表6 不同施肥处理对籽粒和秸秆吸氮量的影响

在湖酋和石门，不施氮肥水稻平均每季可吸收氮90和104 kg·hm-2，增施氮肥显著提高地上部吸氮量，分别提高了67%和53.3%。水稻所吸收的氮平均70.6%被储存在籽粒中。如果秸秆全部还田，在常规磷钾施用量下至少施氮122.8 kg·hm-2才能维持稻田土壤大致平衡。而在减量条件下也要施氮107.6 kg·hm-2。

2.7 氮素表观利用率

氮素表观利用率在23.9%～28.1%(表7)。在石门，减量施肥处理的表观利用率略高于常规施肥，而在湖酋，常规施肥水稻氮素表观利用率比减量施肥的高4.2百分点。

表7 不同施肥处理对氮吸收和利用的影响

造成氮素表观利用率差异的原因可能是由于湖酋土壤肥力水平比较低，高量磷钾肥的施用促进水稻对氮素的吸收之故。尽管氮素表观利用率最高的只有28.1%，但水稻所吸收的氮占施氮量的58.5%～71.0%，平均67.1%，这说明，施入的氮肥绝大部分是可以被根系吸收利用的。

2.8 氮素偏生产力

无论在湖酋还是在石门，尽管常规施肥条件下氮素偏生产力在数值上比减量施肥的略高，但差异并不显著。在本试验条件下，湖酋和石门分别可生产水稻籽粒41.4和45.5 kg·kg-1。

2.9 氮素内部利用率

不施氮肥水稻氮素内部利用率为71.6 kg·kg-1；而在施氮肥条件下，水稻氮素内部利用率降低到63.3 kg·kg-1，降低13.1%。尽管减量的氮素内部利用率在数值上高于常规，但并没有达到显著差异(表8)。

表8 不同施肥处理对氮素内部利用率的影响

3 小结

在本试验条件下，施氮肥均能提高水稻籽粒产量，主要是因为施氮能显著提高水稻穗粒数和有效穗，但对收获指数、千粒重没有显著影响。由于氮磷钾施肥量同时降低，常规施肥水稻产量略高于减量施肥处理。在土壤肥力比较高的耕地可以降低肥料施用量，但对于土壤肥料较低的稻田，降低肥料施用量，尤其是氮肥，能显著降低水稻产量。尽管氮素表观利用率只有23.9%～28.1%，但水稻当季所吸收的氮占施氮量的67.1%，这说明，施入的氮肥绝大部分可以被根系吸收利用。