氮肥减施对麦茬机插水稻产量及氮肥利用的影响

王瑜 赵庆雷 信彩云 陈博聪 刘奇华 陈靖雨

(山东省农业科学院湿地农业与生态研究所/山东省水稻工程技术研究中心，山东 济南 250100)

化肥养分投入对粮食增产起到了重要作用，尤其是氮肥的使用。在水稻的实际生产中，农民习惯加大肥料的投入得到更高的产量和经济效益，造成了肥料资源投入大、利用率低和增产迟缓等问题。我国稻田单季氮肥用量平均已经达到180kg·hm-2以上，平均吸收利用率仅33%左右，为发达国家的50%左右[1]。粗放管理加上不合理施用氮肥，导致植株群体不合理，营养生长过盛，更易发生倒伏，病虫害加重，严重影响产量和品质进一步提升[2]。

进行氮肥优化管理，提高氮素养分流动和循环控制，可兼顾作物产量、品质和资源利用效率，是实现水稻产业绿色发展的重要途径。但过量减少肥料养分供应不足，会显著降低水稻产量，影响氮素吸收利用效率[3,4]。长期定位监测发现，氮肥过量或不足，水稻产量均存在下降的风险[5]。前人研究表明，水稻产量与施氮量关系表现为开口向下的抛物线，即随着施氮量增加水稻产量呈先上升后下降的趋势[6]。水稻施氮量定位试验的结果表明，氮肥施用量减少25%的处理产量可以持平常规施氮量处理，说明氮肥具有较大的减量空间[7]。

因此，本研究主要通过开展氮肥减施对麦茬机插水稻产量和氮肥利用的研究，以明确氮肥合理减施范围，为麦茬机插水稻生产科学减肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在山东省水稻研究所济宁试验站连续2a进行。试验地0～20cm土壤养分情况：全氮2.44g·kg-1、碱解氮145.95mg·kg-1、速效磷46.92mg·kg-1、速效钾270mg·kg-1。

氮肥、磷肥和钾肥分别为尿素(含N46%)、过磷酸钙(含P2O514%)和氯化钾(含K2O60%)。

1.2 试验设计

设置N0、N1、N2和N3共4个氮肥处理氮肥用量分别为0kg·hm-2、180kg·hm-2、210kg·hm-2、300kg·hm-2，氮肥追肥比例为2∶1∶1，分别在分蘖期、孕穗期追肥。磷肥P2O560kg·hm-2和钾肥K2O 165kg·hm-2，作为基肥施入。

供试水稻品种为“津稻263”和“圣稻19”。

采用机插秧，行株距为25cm×16cm。每个处理3次重复，小区面积为24m2(4m×6m)。病虫害防治、田间除草和水管理等遵循试验基地常用的栽培管理方法。

1.3 测定项目与方法

产量及其构成因素：成熟期水稻各小区随机选择30穴，测定植株的穗数、穗粒数、千粒重等。取3m2样方测定水稻实际产量。

1.4 肥料利用率计算方法

氮肥农学利用率(kg·kg-1)=(施氮区产量-空白

区产量)/施氮量

氮肥偏生产力(kg·kg-1)=施氮区产量/施氮量

氮肥偏生产力(kg·kg-1)=施氮区籽粒产量/施

氮量

氮肥贡献率(%)=(施氮区籽粒产量-空白区籽粒

产量)/施氮区籽粒产量×100

1.5 数据处理与分析

试验数据为2a的平均值，数据采用Excel、SPSS相关分析软件进行。

2 结果分析

2.1 氮肥减施对麦茬机插水稻产量构成的影响

单位面积的有效穗数、每穗粒数与千粒重是水稻产量构成的三要素。减施氮肥显著影响产量构成，2个品种变化规律基本一致。单位面积有效穗数随氮肥施用量增加而增加，穗粒数和千粒重变化规律是随氮肥用量的增加而降低。如表1所示，不施氮处理(N0)有效穗数显著低于施氮处理(N1～N3)；施氮处理间，随着施氮量的增加，穗数显著增加。穗粒数随着施氮量的增加，先升高后降低；N0处理穗粒数最高，而N3处理为最低。不施氮处理(N0)千粒重显著高于施氮处理(N1～N3)，施氮处理间差异不显著。这可能是因为在氮素缺乏时，水稻主要进行生殖生长，促进主茎成穗；当氮素过量时，水稻主要进行营养生长，产生较多无效分蘖。

表1 不同氮肥用量对水稻产量构成因素的影响

综合各处理单位面积的有效穗数、每穗粒数和千粒重，氮肥用量在N2～N3处理之间能够获得较高的籽粒产量。

2.2 氮肥减施对麦茬机插水稻产量的影响

氮肥施用显著影响麦茬机插水稻产量，2个品种变化规律基本一致。图1表明，随氮肥用量的增加，施氮肥处理(N1～N3)水稻籽粒产量均比不施氮处理(N0)增加显著，表明氮肥施用显著增加水稻籽粒产量；随着氮肥用量的增加，麦茬机插水稻产量变化规律是先增加后降低；当氮肥用量达300kg·hm-2(N3)时，其产量未得到进一步提高，显著低于N2(210kg·hm-2)处理，因此在常规施氮量的基础上减少30%以内的使用量可保证稳产。

从表2可知，施氮处理显著提高麦茬机插水稻籽粒产量，较不施氮处理(N0)增产5.38%～20.0%。在施氮处理间，籽粒产量也存在差异，其中N2(210kg·hm-2)处理的产量显著高于其他处理(N1、N3)，N3处理与N1处理差异不显著。

图1 氮肥施用量与水稻产量的关系

2.3 氮肥减施对麦茬机插水稻氮肥利用的影响

不同品种的氮肥增产率有差异，这与品种间的氮肥利用效率相关，但变化规律基本一致。由表2可知，水稻氮肥贡献率、氮肥农学利用率变化趋势呈现为下口的抛物线即先增加后降低；随着氮肥施用量的增加，氮偏生产力显著降低；当氮肥用量达300kg·hm-2(N3)时，其氮偏生产力和氮肥农学利用率均显著低于其他处理。说明过量施用氮肥降低了氮肥的利用效率，而且增加环境污染风险。

综合产量、氮肥利用效率表现，N2处理在稳产增产基础上可显著提高水稻氮肥利用率，降低氮肥环境损失。说明合理确定氮肥适宜施用量，有利于保障水稻产量，发挥资源有效利用。

表2 不同氮肥用量对水稻氮肥利用效率的影响

3 讨论

在水稻生产中，要想得到较高的产量，必须建立合理的植株群体结构。合理的氮肥管理措施能够改善植株群体结构，减少无效分蘖，增加有效穗，提高生育后期光合生产能力和物质转运效率，从而获得较高产量[8]。在水稻的生产中，优化氮肥运筹，合理的施用量和时期，复合植株对养分的需求规律，才能最大限度发挥氮肥的增产效应[9]。

施氮水平对水稻产量构成也有直接的调控作用，从而决定了产量的高低。朱勇勇等[10]研究表明，减氮会显著减少水稻分蘖数，随着减氮比例的提升分蘖数逐渐下降。王道中等[11]研究发现，与常规处理相比，减氮处理会显著增加水稻结实率、每穗粒数和千粒重，从而维持与习惯施氮处理持平的产量。本研究表明氮肥减施后，有效穗数增加，而千粒重、穗粒数、结实率呈递下降趋势，合理的氮肥施用量能减缓结实率和千粒重的下降趋势，以保证产量。这可能与植株源库关系有关，合理减氮促进了叶源、根源和茎源质量的同步改善，促进群体源库质量提升，通畅的转运渠道，促进籽粒灌浆，从而提高产量形成[12]。本研究表明，氮肥可以显著增加麦茬机插水稻的籽粒产量；但过量施用氮肥后，籽粒产量及部分产量构成因子呈现下降的趋势，从而降低了氮肥的增产效应。

作物对氮肥的吸收利用能力主要通过氮肥农学效率、氮肥偏生产力、氮肥农学利用效率等指标体现[13]。目前，我国水稻氮肥农学效率和氮肥吸收利用效率仅为30%～35%和10kg·kg-1[13,14]，远远达不到世界农业发达国家水平，还有很大的提高空间。有研究表明，在合理范围内减施氮肥不但能提高氮肥偏生产力和氮肥吸收利用率，同时可以提高产量[14]。有研究通过2005—2015年开展的3300个水稻田间试验分析，证明了减氮14.7%～18.1%，不仅可以实现增产，而且可以显著提高氮素利用率。也有研究认为，应该在232～257kg·hm-2基础上削减施氮量以提高氮素利用率[15]。本研究表明在常规施氮量(300kg·hm-2)基础上减氮30%，氮素偏生产力、氮素农学利用率均显著提高，与前人结论一致，这主要是由于施氮量过多会造成水稻营养吸收过剩会造成大量无效分蘖形成，并引发稻田氮素失衡、氮素严重流失等问题。

综上，氮肥用量在180～210kg·hm-2范围内能够获得较高的产量；以210kg·hm-2为界限，过量施用氮肥会降低氮肥的增产效应，当氮肥用量达300kg·hm-2时，其氮肥利用显著低于其他处理，不仅无益于产量的提高，而且会造成生态污染。综合考虑籽粒产量、氮肥效率，210kg·hm-2施氮水平为试验条件下的最佳氮肥施用量，保证水稻的籽粒产量下显著提高氮肥偏生产力、氮肥农学效率。