氮肥用量对云南高原粳稻产量及氮素吸收利用的影响

张锦文，邓 伟，吕永刚，吕 莹，徐雨然，谷安宇，年 伟，安 华，董 维，李小林

（云南省农业科学院粮食作物研究所，昆明 650200）

0 引言

水稻是重要的粮食作物之一，全世界50%以上人口以水稻为主食[1]。丁颖[2]根据水稻亲缘关系将水稻分为籼稻和粳稻，根据米粒和淀粉结构不同将水稻分为非糯稻和糯稻，糯稻中又有粳糯和籼糯。云南在地里位置上属于高原低纬地区，因特殊的地里位置和丰富的光温条件，粳稻种植面积有50余万hm2，约占全省水稻种植面积的56.7%，占云贵高原粳稻区种植面积的80%，是国内西南地区粳稻主要推广地区。在云南多样的生态条件下，少数民族众多，多种民族文化经过多年的交融，形成了喜食糯米和以糯米为原料制作食品的生活习俗。因此，如何科学种植云南高原粳稻是提高粮食生产能力的重要途径。氮素是水稻生长必需的营养元素之一，可直接影响水稻的生理特性、群体构建及产量的形成。水稻生产过程中，合理的施用氮肥不仅能增加产量，还能提高水稻对氮素的吸收利用，实现品种高产与肥料的高效利用。关于氮肥的使用量对水稻品种的影响，前人做了大量研究[3-11]。董明辉等[9]对江苏具有代表性的17个粳稻品种进行氮素吸收利用特点的研究，表明不同粳稻品种不同施肥水平下水稻植株含氮率、吸氮量、氮经济产量生产力及其构成因子间具有较大差异。殷春渊等[10]研究表明，熟期相近的中熟中籼和中熟中粳，随着氮肥用量的增加平均产量增加，植株吸氮量和阶段吸氮量中熟中籼比中熟中粳高。孙永健等[11]研究了不同施肥水平下2个水稻品种产量差异与氮素吸收和利用的关系，表明品种与施肥水平对杂交稻生育期及各阶段氮素的吸收利用特征和产量均有显著影响。这些研究对不同水稻品种合理施用氮肥，促进高产和高效栽培起到一定的指导作用。目前，关于云南高原非糯粳稻和糯型粳稻品种之间氮素的吸收利用较少报道，研究氮肥管理模式，提高氮肥利用率，利用科学的种植技术提高粳稻品种产量有较大发展前景。笔者主要研究不同氮肥用量下云南非糯粳稻和糯型粳稻的氮肥利用及产量的变化情况，以明确云南低纬高原粳稻区粳稻产量形成过程与氮素营养的关系，为高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

试验于2018年和2019年在云南省农业科学院粮食作物研究所富民试验基地进行。试验田为多年水旱轮作田，前茬没有种植任何作物。2018年土壤pH 7.36，有机质含量37.88 g/kg，全氮含量 2.49 g/kg，全磷含量1.24 g/kg，全钾含量22.7 g/kg，有效磷含量41.8 mg/kg，速效钾含量128 mg/kg；2019年土壤pH 7.2，有机质含量36.74 g/kg，全氮含量2.72 g/kg，全磷含量2.11 g/kg，全钾含量21.58 g/kg，有效磷含量43.8 mg/kg，速效钾含量134 mg/kg。

供试材料为云南高原非糯粳稻‘楚粳28’和糯型粳稻‘云科粳1号’，品种来源于云南省农业科学院粮食作物研究所。

1.2 试验方法

采用大田试验，试验设置5个氮肥处理，分别为0、75、150、225、300 kg/hm2，氮肥使用纯氮，试验按随机区组排列，重复3次，共15个小区，小区面积22.5 m2。氮肥按基肥:分蘖肥:穗肥=4:3:3施用（氮肥使用方案见表1），磷肥用过磷酸钙（含P2O5），施用量为75 kg/hm2；钾肥用氯化钾（含K2O），施用量为180 kg/hm2；磷肥和钾肥均作基肥一次施入。试验小区之间用塑料隔水板作埂隔开，试验材料采用单本移栽，株行距为15 cm×25 cm，按当地高产方案进行管理。

表1 氮肥用量方案 kg/hm2

1.3 测定项目及方法

1.3.1 叶龄、茎蘖动态调查 移栽后各小区不同品种去除边行连续选取10穴水稻，每7天标记1次主茎叶龄，并调查分蘖数，叶龄直至主茎剑叶抽出，记录主茎总叶片数，茎蘖数直至齐穗期。

1.3.2 干物质测定 分别于分蘖盛期、齐穗期、成熟期取样。每小区按茎蘖数的平均值取代表性植株3穴，将其分割为茎鞘、叶、穗器官，分别装于牛皮纸袋，在105℃烘箱中杀青0.5 h后，80℃烘干至恒重，用电子称称量，计算地上部分干物重、抽穗后干物质积累量、成熟期干物质积累量。

1.3.3 植株氮含量 将分蘖盛期、齐穗期、成熟期取样的样品烘干处理后，用植物粉碎机粉碎，从每个处理称取0.5 g混合样置于消解管中，后用H2SO4-H2O2消煮，用FOSS-8400凯氏定氮仪测定氮含量。

1.3.4 产量及产量构成因素的测定 成熟期每小区选取非边行60丛调查平均有效穗数，计算成穗率。每个小区全部实割测产，去除空瘪粒和杂质后，用谷物水分仪测定籽粒含水量，然后称重，按14.5%的含水量换算成实际产量。按照平均有效穗数取代表性植株3丛，考查每穗总粒数、实粒数、瘪粒数、结实率和千粒重。

1.3.5 数据计算与统计分析 数据采用SPSS和Microsoft Excel 2010软件进行处理分析。

供试材料总吸氮量计算如式(1)，100 kg谷粒吸氮量计算如式(2)，收获指数计算如式(3)，氮肥农学利用率计算如式(4)，氮肥贡献率计算如式(5)，氮肥吸收利用率计算如式(6)。

2 结果与分析

2.1 施氮量对云南高原粳稻产量及其构成因素的影响

2.1.1 氮肥处理对粳稻产量的影响 2年田间试验，2个供试品种产量的平均值、最大值和最小值均随施氮量的增加而增加（表2），N0、N1处理产量与N2、N3、N4处理产量差异达显著水平，N2、N3、N4处理之间产量差异未达显著水平。2个供试品种2年各处理变异系数的变化趋势基本一致，说明产量在年度间的变化较小。表中增产幅度表示供试品种2018年和2019年处理之间产量增长情况，首先，非糯粳稻和糯型粳稻均表现出随氮肥用量增加增产幅度降低；其次，不同品种之间表现为‘云科粳1号’N0到N1处理间增产幅度（2年均值为27.3%）显著大于‘楚粳28’（2年均值为17.93%），‘云科粳1号’N1到N2处理的增产幅度（2年均值为8.94%）显著小于‘楚粳28’（2年均值为18.33%），说明在低氮（氮肥用量75 kg/hm2）条件下，糯型粳稻‘云科粳1号’对氮肥的响应大于非糯粳稻‘楚粳28’，在中氮（氮肥用量150 kg/hm2）条件下，糯型粳稻‘云科粳1号’对氮肥的响应程度降低。

表2 不同氮肥处理下粳稻产量差异

续表2

2.1.2 氮肥处理对云南高原粳稻产量性状的影响 表3结果显示，氮肥对有效穗数和穗粒数的影响达显著水平，对结实率和千粒重的影响不显著。‘楚粳28’有效穗在N0到N1处理和N3到N4处理间增长快，每公顷有效穗分别增加29.34万穗和56.89万穗；‘云科粳1号’有效穗在N0到N1处理间增长最快，每公顷有效穗增加44.3万穗。

表3 不同氮肥处理下粳稻产量性状差异

2.2 氮肥用量对云南高原粳稻生育期、主茎总叶片数及成穗率的影响

由于2年试验结果产量差异未达显著水平，下文以2019年试验数据进行分析。表4结果显示，随着氮肥用量增加，品种生育期延长。随着氮肥用量增加，移栽至齐穗的时间延长，‘楚粳28’延长2～4天，‘云科粳1号’延长1～7天；齐穗至成熟期，‘楚粳28’延长1～3天，‘云科粳1号’延长1～2天。‘楚粳28’氮肥不同处理主茎总叶片数为12.3～13.3叶，氮肥对主茎总叶片数的影响为0～1叶。‘云科粳1号’氮肥不同处理主茎总叶片数为12.5～13.6叶，氮肥对主茎总叶片数的影响为0.3～1.1叶。‘楚粳28’随氮肥用量增加成穗率降低，N0处理成穗率最大为86.80%，N4处理成穗率为76.04%。‘云科粳1号’成穗率也表现为随氮肥用量增加而降低，N0处理成穗率为84.43%，N4处理成穗率为74.67%。

表4 不同氮肥处理下粳稻关键生育阶段、主茎总叶片数及成穗率

2.3 氮肥用量对云南高原粳稻不同生育阶段干物质积累量及其比例的影响

表5结果显示，‘楚粳28’干物质积累量大于‘云科粳1号’。随着氮肥用量增加，干物质积累量显著增加，2个品种移栽至分蘖盛期干物质积累量随氮肥用量的增加而增加，N3、N4处理干物质积累量显著高于其他处理；分蘖盛期至成熟期干物质积累量随氮肥用量增加呈增加的趋势。抽穗至成熟期干物质积累量所占比例最大。

2.4 氮肥用量对高原粳稻不同生育阶段吸氮量及其比例的影响

表6结果显示，2个品种均表现N0处理的吸氮量最低，N4的吸氮量最大，非糯粳稻‘楚粳28’比糯型粳稻‘云科粳1号’吸氮量多。分蘖盛期至抽穗期吸氮量比例大于抽穗至成熟期比例，大于移栽至分蘖盛期比例。

2.5 氮肥用量对云南高原粳稻氮肥吸收利用率的影响

表7结果显示，不同氮肥处理下，随氮肥量增加，‘楚粳28’总吸氮量呈上升趋势，100 kg谷粒吸氮量呈先降后升的趋势‘，云科粳1号’总吸氮量、100 kg谷粒吸氮量呈上升的趋势‘，楚粳28’总吸氮量和100 kg谷粒吸氮量高于‘云科粳1号’。‘楚粳28’在N2处理下收获指数和氮肥农学利用率最高‘，云科粳1号’N1处理下收获指数和氮肥农学利用率最高；氮肥贡献率表现为随氮肥用量增加呈增加趋势‘；楚粳28’N3、N4处理氮肥吸收利用率显著高于N1、N2处理‘，云科粳1号’N2、N4处理氮肥吸收利用率显著高于N1、N3处理。

表7 不同氮肥处理下粳稻氮素吸收利用效率差异

3 结论

（1）在云南低纬高原粳稻区，在低氮（氮肥用量75 kg/hm2）条件下，糯型粳稻‘云科粳1号’增产幅度大于‘楚粳28’，对氮肥的响应程度高；在中氮（氮肥用量150 kg/hm2）条件下，糯型粳稻‘云科粳1号’增产幅度小于非糯粳稻‘楚粳28’，非糯粳稻‘楚粳28’对氮肥的响应程度高。

（2）不同氮肥处理下非糯粳稻的产量高于糯型粳稻，结合产量和氮肥吸收利用率数据，在大田种植中，非糯粳稻‘楚粳28’适合的氮肥用量为225 kg/hm2，糯型粳稻‘云科粳1号’适合的氮肥量为150 kg/hm2。

4 讨论

4.1 氮肥用量对粳稻产量的影响

氮素对水稻产量的影响除水稻品种类型因素外，受生长环境因素的影响较大[12-14]。本研究2个供试水稻品种均表现为N0、N1产量与N2、N3、N4处理产量差异达显著水平，N2、N3、N4处理之间产量差异未达显著水平，本研究氮肥水平为300 kg/hm2的N4处理，后期有稻曲病发生，对产量造成影响。‘云科粳1号’N0到N1处理间产量及增产幅显著大于‘楚粳28’，说明在低氮（氮肥用量75 kg/hm2）条件下，糯型粳稻对氮肥的响应大于非糯粳稻；N1、N2处理‘云科粳1号’的产量及增产幅度显著小于‘楚粳28’，N3、N4处理‘云科粳1号’的产量小于‘楚粳28’，说明在中氮及高氮条件下，非糯粳稻对氮肥的响应程度大于糯型粳稻品种，因此，在少肥、土地较为贫瘠或种植方式较为粗放的稻区，种植糯稻品种能够实现更高产量。

水稻产量是由单位面积有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重共同决定，有效穗是奠定群体高产的基础，其次是穗粒数、结实率和千粒重[15-16]。本研究结果显示，在氮肥处理下有效穗的变化最大，是品种产量的基础保证，‘楚粳28’有效穗在N0到N1处理和N3到N4处理间增长快，‘云科粳1号’在N0到N1处理间穗数增长最快，因此在云南高原粳稻区种植粳稻时，增加有效穗，控制无效分蘖，进而攻取大穗是提高产量的主要途径。

4.2 氮肥用量对粳稻干物质积累的影响

水稻产量的形成过程，实质是干物质生产、分配、转运的过程[17]，不同品种间干物质具有明显的个体差异[18-19]。关于水稻产量形成过程中干物质积累与分配，林瑞余等[20]研究发现，水稻干物质积累在各器官的分配比例以籽粒最大，齐穗至成熟期水稻的干物质积累最大；唐启源等[21]研究发现，不同施氮处理间干物质积累穗生育进程推进逐渐加大，施氮处理对光合产物的积累影响主要表现在中后期；马均等[22]研究表明，齐穗后的干物质积累量与籽粒产量极显著正相关。本研究中，非糯粳稻‘楚粳28’和糯型粳稻‘云科粳1号’在不同氮肥处理下各生育期干物质积累量表现为抽穗—成熟期最大，该研究结果与前人研究结果相同，本研究具有较高产量的非糯粳稻‘楚粳28’的干物质积累量平均比糯型粳稻‘云科粳1号’高0.74 t/hm2，差异达4.42%，品种间具有个体差异。

4.3 氮肥用量对粳稻氮素吸收利用的影响

关于水稻品种间氮素吸收利用的差异研究报道较多[23-26]。已有研究表明，随着氮肥用量的增加，水稻氮肥农学利用率降低，表现出密切的负相关性[27-29]。本研究中，随着施氮量的增加，‘楚粳28’和‘云科粳1号’氮肥农学利用率下降，与前人研究结果一致。Park等[30]研究报道，水稻品种的氮素需求量和利用率在籼稻与粳稻间有较大差异,籼稻相对于粳稻具有较高的氮素利用效率，而关于非糯稻与糯稻间间氮素吸收利用的差异研究较少，本研究不同氮肥处理非糯粳稻‘楚粳28’平均氮素吸收利用率为27.16%，糯型粳稻‘云科粳1号’平均氮肥利用率为24.51%，非糯粳稻的氮肥农学利用率高于糯型粳稻。De Datta等[31]研究表明，各基因型氮素吸收效率存在显著或极显著的差异，并因年份、季节、栽培条件而表现稳定的大小排序。因此，提高水稻氮素吸收利用效率的潜力很大，关于非糯粳稻和糯型粳稻品种间产量形成及氮素吸收的基因型差异及形成机制有待进一步研究。