施用粒肥对水稻产量和氮素吸收利用的影响

孙文星，田 伟，肖 峰，高叶敏，敖和军

（湖南农业大学农学院，长沙 410128）

氮素是水稻生长过程中必不可少的元素之一，氮素过多或过少都会对水稻生长造成一系列不利的影响。氮素供应不足易导致水稻分蘖少、植株矮小、叶色黄绿、幼穗分化迟缓、造成产量低等影响；氮素供应过量易造成水稻生长过旺、无效分蘖增多、有效分蘖减少、水稻成熟期结实率低等影响［1］。因此，氮素平衡在水稻生长过程中有着举足轻重的作用。氮肥的施用是实现水稻高产的重要途径，有研究表明粮食作物氮肥利用率为30%~50%，氮肥偏生产力为40~70 kg/kg，氮肥农学效率为10~30 kg/kg，氮肥生理利用率为30~60 kg/kg 比较适宜［2］，且氮肥对作物最终的产量贡献率达40%~50%，合理施用氮肥可使水稻增产高达52.0%［3］，但目前存在为追求高产而盲目施用氮肥造成氮素利用率低的现状，介于30%~35%，远低于欧美发达国家的70%［4］。为提高氮肥的利用率前人在氮肥施用方式、氮肥类型、氮肥施用时期、氮肥施用比例及氮肥施用量等方面进行了研究［5］。虽然有关于氮肥和氮肥利用率相关的研究已有很多，但对粒肥施用的作用以及不同时期粒肥施用的氮素利用等研究相对较少。本试验基于前人的研究，以杂交稻株两优819、陆两优996，常规稻湘晚籼13 号和玉针香为材料，分析增施粒肥后的效果以及不同时期施用粒肥对水稻产量和氮素利用的影响，试图阐明粒肥在水稻生长中对产量构成的作用及对氮素的吸收利用。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

本试验于2019 年在湖南省浏阳市湖南农业大学综合教学实习基地进行，该地处于湖南省东北部地区，具亚热带季风气候，日均温度17.5 ℃，≥10 ℃活动积温5 030~5 353 ℃，年日照时数1 490~1 850 h，年辐射量为418.585~468.815 kJ/m2，全年无霜期235~293 d，年降水量1 457~2 247 mm，当地土壤基本理化性质如表1 所示。

表1 试验田土壤基础肥力

1.2 试验设计

本试验供试材料早稻选用杂交水稻株两优819和陆两优996，晚稻选用常规稻湘晚籼13 号和玉针香，采用裂区试验设计，主区为施氮量，裂区为品种，在水稻不同时期施氮肥，每个时期的施氮量按45 kg/hm2的纯氮施用，其中CK 处理不施氮、F1 处理施氮量180 kg/hm2、F2 处理施氮量135 kg/hm2、F3 处理齐穗期施氮量45 kg/hm2，F4 处理灌浆期施氮量45 kg/hm2，每个处理3 次重复。水稻移栽前翻耕后反复多次耙平、耙匀，以减小试验小区间土壤氮含量的差异。小区随机排列，面积为64 m2，小区间留排水沟，覆盖黑色地膜。早稻收获后，在原有小区内用小型打田机翻耕均匀后移栽晚稻。常规水肥管理，磷肥（P2O5）90 kg/hm2、钾肥144 kg/hm2；其中氮肥为尿素（6.4%）、磷肥为过磷酸钙（P2O512%）、钾肥为氯化钾（K2O 60%）。氮肥按试验比例于不同时期施用（表2），磷肥一次性基施，钾肥于移栽前1~2 d和幼穗分化始期各施50%，蘖肥、穗肥、粒肥分别于水稻移栽后14 d、幼穗分化始期和齐穗期施用，全生育期保持浅水层淹水灌溉（2~3 cm 水层），其他栽培管理措施与当地习惯保持一致。

表2 试验处理

1.3 测定项目与方法

1.3.1 水稻产量及其构成因素 大田收割前1 d 取样，以每小区平均分蘖数为基础选取5 穴，记录穗数、每穗粒数、结实率和千粒重，计算理论产量。每小区中心割去100 蔸，脱粒、晒干、风选后称重测实际产量。

1.3.2 植株含氮量与氮素利用效率 样品经105 ℃杀青30 min 后80 ℃烘干至恒重，采用H2SO4-H2O2法消化，采用连续流动分析仪测定植株样品的全氮含量，计算氮肥利用率与氮素利用效率。

1.3.3 计算方法［6］氮肥吸收利用率（RE）=（施氮区地上部分吸氮量－不施氮区地上部吸氮量）/施氮量×100%。

氮收获指数（NHI）=子粒氮积累总量/植株氮素积累总量。

氮肥偏生产力（PFP）=水稻子粒产量/施氮量，单位投入的肥料氮所能生产的作物子粒产量。

农学利用率（AE）=（施氮区水稻产量－氮空白区水稻产量）/施氮量，单位施氮量所增加的作物子粒产量。

氮肥生理利用率（PE）=（施氮区子粒产量－氮空白区子粒产量）/（施氮区水稻吸氮量－空白区水稻吸氮量），反映了作物吸收的氮对产量和秸秆形成的贡献差异和利用效率。

氮素子粒生产效率（NGPE）=水稻的稻谷产量/水稻吸氮量，是吸收单位N 生产的子粒产量。

1.4 数据处理

采用Excel 2010 软件进行数据统计分析，采用SPSS20.0 软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 粒肥对产量的影响

如表3 所示，不同处理后水稻产量均有不同程度的增长，F1 处理较CK 处理平均增产24.84%，其中早稻株两优819 和晚稻玉针香较CK 处理分别增产30.98%、35.93%；F2 处 理 较CK 处 理 平 均 增 产23.47%，F1 与F2 处理后增产效果均显著，但F2 处理增产幅度较F1 处理小；4 个水稻品种F3、F4 处理较CK 处理平均增产9.95%和5.06%，且除晚稻玉针香，其他品种F4 处理后产量与CK 差异不具有统计学意义。综上所述，在基蘖穗肥的基础上增施粒肥有一定的增产作用，增施粒肥增产效应可高达8.22%；单独施用粒肥对产量影响较小，但F3 处理后增产效果比F4 处理好，说明粒肥施用时期的不同对最终产量的形成也有一定的影响。

表3 施氮量对产量的影响

2.2 粒肥对产量构成因素的影响

不同时期施用氮肥对作物群体结构具有不同程度的影响，由表4 可以看出，早晚稻各品种成熟期F1、F2、F3、F4 处理的有效穗数较CK 处理都有增加，且F1、F2 处理后的早晚稻有效穗数都高于其他处理，其中早稻株两优819 与晚稻玉针香F1 处理下有效穗数显著高于F2 处理，说明增施粒肥对不同品种的有效穗数具有不同程度的影响，而有效穗数的多少主要看基蘖穗肥的施用；各处理下每穗粒数较CK处理有增加的趋势，其中晚稻的增长趋势比早稻更为明显，F3 与F4 处理下晚稻每穗粒数大于F1、F2 和CK 处理，且晚稻品种F3 处理后每穗粒数较F4 处理高，由此可见，施用粒肥后可增加水稻的每穗粒数，且在齐穗期施用粒肥比灌浆期施用对每穗粒数的增加效果更好，晚稻每穗粒数的增加效果更为明显；早晚稻各品种千粒重和结实率整体表现为CK>F3、F4>F1，且早稻F3>F4，晚稻反之，说明氮肥施入量与千粒重和结实率成反比，且早稻齐穗期施粒肥在增长千粒重和结实率上优于晚稻。

表4 施氮量对产量构成因素的影响

2.3 水稻各部位氮素积累量

由表5 可知，早晚稻各品种地上部氮积累量从大到小依次为F1、F2、F3、F4、CK，F1 处理后水稻茎叶、子粒及地上部的氮素积累量与其他各处理均形成显著差异，且除湘晚籼13 号子粒氮素积累量F2处理多于F1 处理外，其他各处理的茎叶及子粒氮素积累量均低于F1 处理，且F1 处理下早稻地上部氮素积累量较CK 处理平均提升了37.76%，晚稻地上部氮素积累量平均提升了45.08%，可见，在基蘖穗肥的基础上增施粒肥，在一定程度上有利于水稻茎叶、子粒及地上部的氮素积累，且晚稻受氮肥的影响较大；F3、F4 处理与CK 处理间差异显著，但F3 与F4处理间差异不显著，早晚稻各品种地上部氮素积累量均为F3 优于F4 处理，可见单独施用粒肥在一定程度上能增加水稻的氮素积累量，且齐穗期施用效果优于灌浆期。

表5 水稻各部位氮素积累量

2.4 氮肥运筹对氮素吸收利用的影响

由表6 可知，早稻株两优819 和陆两优996 的氮肥吸收利用率均呈F3>F4>F1>F2，且株两优819 的F3、F4 处理显著高于F1、F2，陆两优996 F3、F4 处理显著高于F2，晚稻2 品种的氮肥利用率均为F3>F2>F1、F4，且湘晚籼13 号的F3 处理显著高于F4，玉针香的F3 处理显著高于F1、F4 处理，由早晚稻各品种的氮肥吸收利用率综合可知，氮肥吸收利用率随着氮肥施用量的增加呈降低趋势，且氮肥的施用时期对早晚稻的氮肥吸收利用率具有重要影响。早稻的氮收获指数明显高于晚稻，除早稻株两优819 外，其余各品种均为F3、F4>F1、F2，且部分品种具有显著差异。早晚稻各品种氮肥偏生产力均有F3>F4>F2>F1，且F3、F4 显著高于F1、F2。对于早晚稻的农学利用率和生理利用率，早稻两品种无明显规律性，晚稻两个品种则随施氮量的增加表现为降低的趋势，部分处理之间的差异达到显著水平。

表6 氮肥运筹对氮素吸收利用的影响

3 讨论

3.1 氮肥运筹对产量和产量构成的影响

施肥是水稻生产中必不可少的措施之一，本试验通过在基蘖穗肥基础上增施粒肥和对粒肥施用时期的不同探究得出，在多个时期施氮肥可增加水稻产量和有效穗数，这与周雯雯等［7］的研究结果一致；汪秀志等［8］研究结果表明，各产量构成因素对产量的影响依次为有效穗数>每穗粒数>结实率>千粒重，即有效穗数是产量高低的主要决定因子，而实现高产要同时具备适宜的有效穗数和较高的每穗粒数［9］；De Datta［10］研究表明，水稻生育前期施肥主要对分蘖数造成影响，后期施肥主要对每穗粒数和结实率造成影响，即水稻生育前期施用基蘖肥主要促进水稻的分蘖数、有效穗数的形成［11］，水稻生育后期施肥主要是促进穗粒数的增长［12］；刘迎雪等［13］指出保证水稻结实率的关键是粒肥，而徐茂等［14］研究表明不同时期施用穗粒肥对产量构成影响较大的是每穗粒数，与本试验研究结果一致。在同一氮肥条件下水稻产量随施氮量的增加而增加，施用基蘖穗粒肥在提高水稻有效穗数和每穗粒数的前提下协调千粒重和结实率以达到高产，其中增施粒肥后对产量的作用效应可高达8.22%；单独施用粒肥可能由于生育前期缺乏基蘖肥导致氮素供应不足，水稻有效分蘖数减少，因此增产效果不明显，但粒肥对增产仍有一定的效果，齐穗期单独施用粒肥可平均增产9.95%；由于早稻生育时期短，生长期间温度较晚稻低，为能及时种植晚稻还需提前抢收以致干物质积累时间短且少，叶廷红等［15］认为早稻灌浆期施用氮肥干物质吸收时间短又少，增产效果不明显。

3.2 氮肥运筹对氮素吸收利用的影响

水稻产量的形成过程是水稻干物质积累的过程，其中以氮素积累尤为突出，叶廷红等［15］研究表明氮肥主要影响水稻氮素积累总量，随着施氮量的增加，植株总氮积累量也随之增加［16］，而水稻子粒的氮素主要是营养器官的氮素在花后期转运而来［17］，灌浆结实期茎叶的氮素表观转移总量越高，氮素养分越容易转入子粒［11］，而植株中下部叶片会因枯死而带走部分氮素，且施用基肥和分蘖肥后叶片带走部分的氮素多于穗肥施用后流失的氮素［18］，增施穗粒肥有利于补充因旧叶老化而丢失的氮素，还能提高水稻灌浆期和成熟期氮素吸收积累量［19］。综上所述，增施粒肥有利于增加水稻生长后期氮素积累量，但要提高水稻的氮素利用效率和子粒产量必须提高抽穗前的氮素累积量、抽穗后的干物质累积和氮素运转量［20］，单独施用粒肥氮素无法提高抽穗前期的氮素积累量导致总氮素积累量较低，但可提高生长后期的氮素积累量，且在齐穗期施用比灌浆期施用氮肥的氮素积累量更高。

氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率、氮肥生理利用率等指标都是从不同角度描述了水稻对氮素或氮肥的利用率［21］，其中施氮量是影响水稻氮素吸收利用的关键因子［22］，研究表明随着氮肥用量的提高，作物产量和氮素吸收量增加，而氮肥利用效率降低［23］，且水稻后期施用氮肥的利用率高于前期，水稻生育后期施用粒肥可提高水稻的氮素利用率［24］，与本研究得出的结果一致；氮肥偏生产力主要反映水稻从稻田中吸收的氮素对稻谷生产的贡献，因此施氮量越高氮肥的偏生产力越低，而氮肥生理利用率和氮肥农学利用率比较稳定，受水稻产量的影响较小［25］。本研究得出，在前期氮肥吸收利用不足时，齐穗期施用氮肥可维持水稻生长后期对氮肥的吸收利用，提高水稻氮素吸收利用率和氮收获指数。

4 结论

单独施用粒肥有一定的增产效果，但要获得高产及提高氮素吸收利用率还需基蘖穗粒肥合理配施。粒肥主要通过增加水稻的每穗粒数以提高产量，粒肥在齐穗期施用比灌浆期施用效果更好，且增施粒肥对产量的作用效率可高达8.22%。增施粒肥可使水稻的氮素吸收利用率维持在适宜的范围，齐穗期施用粒肥可维持水稻生长后期的氮素供应。