氮肥用量和运筹对我国水稻产量及其构成因子影响的整合分析

肖大康 胡仁 韩天富 张卫峰 侯俊,* 任科宇,*

氮肥用量和运筹对我国水稻产量及其构成因子影响的整合分析

肖大康1胡仁1韩天富2张卫峰3侯俊1,*任科宇2,*

(1长江大学 农学院/湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北 荆州 434025；2中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/耕地培育技术国家工程实验室，北京 100081；3中国农业大学 资源与环境学院, 北京 100193;*通信联系人, email:houjungoodluck1@163.com；1173557108@qq.com)

【目的】合理的氮肥用量和运筹能够有效提高水稻产量和氮肥利用率。明确氮肥用量和运筹对水稻产量及其构成因子的影响可为水稻高产高效生产提供理论指导。【方法】基于119篇已发表的有关稻田氮肥管理的论文，采用整合分析(Meta-analysis)的方法量化了不同施氮量、基肥+分蘖肥、穗肥、种植区域和土壤性质等条件下氮肥管理对水稻产量及其构成因子的影响，并探究了我国各水稻主产区提高产量构成因子以获得高产的适宜措施。【结果】与不施氮肥相比，施用氮肥能够显著提高水稻实际产量(+42.2%)和理论产量(+43.1%)，有效穗数和每穗粒数分别增加了33.2%和13.5%，而结实率和千粒重分别下降了4.2%和1.6%。在不同施氮量和氮肥运筹下，水稻产量及其构成因子存在显著差异。水稻实际和理论产量在施氮量为150～200 kg/hm2时增幅最大，有效穗数和每穗粒数在施氮量为250～300 kg/hm2时增幅最大。另外，随着施氮量的增加，水稻的结实率和千粒重显著下降。基肥+分蘖肥的氮比例(基肥+分蘖肥占总施氮量的比例)为30%～50%和穗肥氮比例为10%～30%时，水稻增产幅度最大；基肥+分蘖肥氮比例(≤70%)增加，水稻有效穗数的提升幅度呈上升趋势，而每穗粒数和结实率的提升幅度呈下降趋势；穗肥氮比例(穗肥占总施氮量的比例)增加(≤30%)，每穗粒数和结实率的提升幅度呈上升趋势。对于不同稻区而言，水稻产量及其构成因子的提升幅度存在显著差异，主要表现为东北单季稻区产量增幅最大，长江流域单双季稻区次之，南方单双季稻区和云贵川湘高原单季稻区最小。所有稻区均通过增加有效穗数和穗粒数以获得高产。水稻实际和理论产量的增幅受SOM(土壤有机质)影响较小，各SOM水平间的增幅差异不超过4.39%和2.26%，而受土壤TN(总氮)、AN(有效氮)、AP(有效磷)、AK(速效钾)的含量变化影响较大，但亚组间没有显著差异。【结论】我国水稻的推荐施氮量不宜超过250 kg/hm2，推荐基肥+分蘖肥比例不要超过总施氮量的70%，穗肥比例10%～30%时更有利于水稻增产。在保证水稻有效穗数和穗粒数前提下，提高结实率是所有稻区未来增产的关键，需通过化学调控、适宜的栽培密度和优良品种等综合管理措施来实现。

氮肥管理；水稻；产量；产量构成因子；整合分析

我国是全球水稻总产量最高的国家，占全球水稻总产量的30%[1]。随着人口增长，水稻产量需求仍在增大，而施用氮肥是提高水稻产量的重要途径。随着水稻高产品种培育和推广，水稻氮肥需求也在增加，目前增施氮肥成为增加产量的主要途径之一。然而，过量氮肥施用降低了水稻抗倒性，增加了稻田病虫害风险，导致水稻减产，同时还加剧了农业面源污染[3]。因此，实施合理的氮肥管理措施对水稻增产稳产具有重要意义。大量研究表明，在稻田系统中施氮量、施氮时期和施氮比例等均能显著影响水稻产量[4]。吕小红等[6]发现氮肥施用量增加到375 kg/hm2时能够获得更高的产量；王琳等[7]研究发现不同的水稻品种获得最高产量时其最佳施氮量不同，例如冈优188与阳鑫优1号的最佳施氮量分别为105 kg/hm2和195 kg/hm2。还有研究表明，水稻的施氮量与追肥比例和施肥次数有关，通过优化氮运筹和减少氮肥投入同时增加追肥次数，均可增加穗粒数进而显著增加水稻产量[8]。因此，探究最佳施氮量和追肥比例对水稻增产具有重要意义。

有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重是水稻产量的重要构成因子。陈桂芬等[9]研究发现，施氮量对水稻穗粒数及千粒重无显著影响，但也有研究指出随着施氮量的增加，水稻的有效穗数、每穗粒数和千粒重显著增加，结实率显著降低[10]。水稻的总颖花量和每穗粒数对氮肥响应变幅较大，而结实率和千粒重变化幅度较小[11]。由于水稻不同生育期的需肥量不同，氮肥基追比例也会影响水稻产量构成因子的形成，其中基肥和穗肥分别调控水稻生育前、后期的植株生长，是最重要的两个施肥时期，对产量的形成具有重要影响[12]。在基肥施氮量和穗肥施氮量相同的处理下，基肥用量可以调控水稻的前期分蘖速度[13]；而等氮条件下穗肥用量可以调控颖花数[14]。此外，氮肥管理对产量构成因子的影响也会受到种植区域和土壤肥力的影响，我们需要根据区域特征及肥力针对性调控产量因子来实现增产。目前，氮肥管理对水稻产量及其构成因子的研究多是基于一个或几个特定试验点展开的，其结果会受该区域特征和土壤条件的影响。

为了全面认识氮肥管理对产量及构成因子的影响，需收集全国范围内独立试验数据进行综合分析，在全国尺度上定量氮肥管理对水稻产量构成因子的影响来明确水稻产量增产的原因和机制，为水稻精准氮管理提供新思路。

本研究通过收集已发表的有关水稻氮肥管理的文献，采用整合分析(Meta-analysis)方法，定量分析不同施氮量、基肥+分蘖肥、种植区域和土壤肥力等条件下氮肥管理对水稻产量及构成因子的影响，从水稻产量因子的视角解析增产机制，为我国水稻绿色生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

利用中国知网(CNKI)和Web of Science两个数据库，分别选择“氮运筹、施氮量和水稻产量”和“N application, N rate, rice yield”等为关键词对2000年至2021年发表的关于中国水稻施氮量、产量的国内外期刊及学位论文(重复出现取其一)进行检索，并根据以下条件对文献进行筛选：1）以水稻(包括单季稻和双季稻，再生稻不考虑)为研究对象的大田试验，且有明确的时间和地点信息；2）试验必须包含不施氮肥和施氮肥处理，且每一个处理重复至少3次；3）试验数据需至少包含水稻理论或实际产量；4）需详细记录试验前土壤的化学性质(至少包含土壤全氮含量、有机质含量、速效氮含量、速效磷含量和速效钾含量)和施氮量信息。氮肥指常规氮肥，缓/控释肥等增效氮肥产品不统计。根据以上条件共获取119篇文献，对于每个选定的研究，直接从表格和文本中收集原始数据，如果数据为图形，则使用Get Data Graph Digitizer 2.26软件(Get Data Pty Ltd, Kogarah NSW 2210, Australia)提取。

文献中的水稻实际产量、理论产量、有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒重为响应变量，水稻施氮量、基肥+分蘖肥比例、穗肥比例、种植区域和土壤养分指标为解释变量。其中，种植区域参照武良的研究[15]划分，土壤养分指标划分以第二次土壤普查为准[16]，具体分如表1所示。

1.2 数据计算与分析

整合分析(Meta-analysis)方法可对多个相互独立的研究结果进行定量综合评价[17]。本研究采用 Meta Win 2.1 软件进行整合分析。为了描述施氮对水稻产量及构成因子的影响，用自然对数响应比ln来表示[18]：

ln=ln (a/b)；

公式中的a和b分别是施氮和不施氮处理对应的水稻产量及构成因子的平均值。在分组计算合并效应时，需对独立的响应比进行加权处理，公式如下[19]：

=1/2)

1.3 数据与分析

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据整理，MetaWin 2.1软件进行Meta统计分析，运用SPSS单因素分析中的Duncan法进行显著性分析，采用 Sigmaplot 10.0软件绘图。

2 结果与分析

2.1 水稻产量和产量构成因子的描述性分析

如图1所示，样本范围内在不施氮肥处理下，我国水稻的平均实际产量、理论产量、有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒重分别为6389.4 kg/hm2、6606.1 kg/hm2、227×104穗/hm2、140粒/穗、87.3%、27.6 g；施用氮肥后可分别达到9085.2 kg/hm2、10007 kg/hm2、301×104穗/hm2、158粒/穗、84.1%、26.2 g。Meta分析结果表明，与不施氮肥相比，施用氮肥显著提高了水稻的实际产量(提升幅度42.2%)和理论产量(提升幅度43.1%)，水稻的有效穗数和每穗粒数分别显著增加33.2%和13.5%，而结实率和千粒重则分别显著下降4.2%和1.6%。

表1 氮肥管理对水稻产量及其构成因子效应数据库解释变量的分组

括号内为样本数；虚线为辅助线。

Fig. 1. Effects of nitrogen application on rice yield and yield components.

2.2 施氮量对水稻产量和产量构成因子的影响

与不施氮肥处理相比，不同施氮量下水稻的产量及其构成因子的提升幅度存在差异(图2)。随施氮量的增加，水稻实际产量和理论产量的提升幅度变化趋势为先增加后降低或平稳，均在施氮量150～200 kg/hm2时增幅达到最大，分别为47.4%(图2-A)和49.6%(图2-B)。随着施氮量的增加(≤200 kg/hm2)，水稻有效穗数提升幅度增加，超过200 kg/hm2，没有显著性提升。每穗粒数在施氮量超过300 kg/hm2后增幅显著下降，结实率和千粒重的增幅分别在施氮量超过100 kg/hm2和150 kg/hm2后显著下降。

n为样本数；虚线为辅助线。

Fig. 2. Increase range of actual yield (A), theoretical yield (B), number of effective panicles (C), number of grains per panicle (D), seed setting rate (E) and thousand grain weight (F) of rice under various nitrogen levels.

n为样本数；虚线为辅助线。

Fig. 3. Increase range of actual yield (A), theoretical yield (B), number of effective panicles (C), number of grains per panicle (D), seed setting rate (E) and 1000-grain weight (F) of rice under different basal+tillering fertilizer ratios.

2.3 氮运筹对水稻产量和构成因子的影响

2.3.1 基肥＋分蘖肥比例对水稻产量和构成因子的影响

不同的基肥+分蘖肥比例显著影响水稻的产量及其构成因子(图3)。基肥+分蘖肥比例超过70%显著降低了水稻实际和理论产量的提升幅度(图3-A～B)。随着基肥+蘖肥比例提高，水稻有效穗数提升幅度变化趋势先增加后降低，基肥+分蘖肥比例在30%～70%时增幅达到最大(34.3%～37.3%)(图3-C)。水稻每穗粒数提升幅度变化趋势随基肥+分蘖肥比例增加降低，基肥+分蘖肥比例在不超过30%时增幅达到最大(15.7%)，整体变化趋势未达显著差异(图3-D)。在不同基肥+蘖肥比例水平下，水稻结实率和千粒重均降低，增幅均小于0%(图3-E～F)。

n为样本数。

Fig. 4. Increase range of actual yield (A), theoretical yield (B), number of effective panicles (C), number of grains per panicle (D), seed setting rate (E) and 1000 grain weight (F) of rice under different ratios of topdressing for panicle initiation.

2.3.2 穗肥比例对水稻产量和构成因子的影响

不同穗肥施用比例下水稻实际和理论产量的变化趋势一致，两者的增幅均在穗肥比例为10%～30%时最大，分别为45.9%和45.2%(图4)。随着穗肥施用比例的增加，水稻的有效穗数、结实率和千粒重的提升幅度均表现为先增加后减小的趋势，均在穗肥比例为10%～30%时提升幅度最大(图4-C,D,F)；水稻结实率的提升幅度则表现为先降低后增加，穗肥比例在30%～50%时提升幅度最大，为−1.2%(图4-E)。

2.4 不同水稻种植区域下氮肥管理对水稻产量及其构成因子的影响

与不施氮肥处理相比，各稻区施氮处理对水稻的产量及其构成因子的影响存在显著差异(图5)。东北单季稻区水稻实际产量和理论产量增幅分别为52.4%和65.8%，显著高于其他稻区(图5-A,B)。东北单季稻区的有效穗数和每穗粒数增幅也显著高于其他稻区，其中南方单双季稻区和云贵川湘山地高原单季稻区有效穗数和每穗粒数增幅最低，分别为20.3%～23.0%和9.8%～11.2%(图5-C,D)。长江流域单双季稻区、云贵川湘山地高原单季稻和东北单季稻区的水稻结实率分别显著降低4.6%、4.1%和1.6%，且云贵川湘山地高原单季稻的千粒重显著提高0.5%，但长江流域单双季稻区和东北单季稻区的水稻千粒重分别显著降低了2.1%和2.0%。氮肥管理对南方单双季稻区水稻的结实率和和千粒重均无显著影响。

2.5 土壤肥力对水稻产量及其构成因子增幅的影响

如表4所示，与不施氮肥处理相比，施用氮肥对水稻产量及其构成因子的影响在不同壤养分含量下存在差异。有效穗数主要受到土壤全氮(TN)、土壤有效氮(AN)含量的影响，TN≤1 g/kg、AN≤90 mg/kg时，有效穗数增幅显著。每穗粒数在有机质(SOM, 10-20 g/kg)、AN(90-150 mg/kg)和AK(80-160 mg/kg)中水平下提升幅度最大。结实率和千粒重受土壤肥力的影响较小，各土壤因子不同含量水平下均无显著差异。水稻实际产量在TN≤1 g/kg、AN≤90 mg/kg和AP＞10 mg/kg时，实际产量增幅显著。理论产量在AK≤160 mg/kg水平下提升幅度显著。水稻实际和理论产量的增幅受SOM影响较小，各SOM水平间的增幅差异不超过4.39%和2.26%，而受土壤TN、AN、AP、AK的含量影响较大，但亚组间没有显著性。

YRR－长江流域单双季稻区; SR－南方单双季稻区; YSSR－云贵川湘山地高原单季稻区; NER－东北单季稻区。

Fig. 5. Increase range of actual yield, theoretical yield, effective panicles (A), grains per panicle (B), seed setting rate (C) and 1000 grain weight (D) of rice in different rice areas.

2.6 施氮量和氮运筹对水稻产量及其构成因子的相关性分析

如图6所示，施氮量、基肥比例、穗肥比例与水稻理论和实际产量均呈极显著相关(<0.01)。从构成因子角度分析，三者与水稻有效穗数的相关性高于每穗粒数、结实率和千粒重。穗肥比例与水稻的有效穗数和结实率极显著正相关(<0.01)，与每穗粒数和千粒重相关不显著。产施氮量和基肥比例均与结实率显著负相关，2分别为−0.051(<0.05)和−0.198(<0.01)。施氮量、基肥比例、穗肥比例与千粒重均相关性不显著(>0.05)。

图6 施氮量和氮运筹对水稻产量及构成因子的相关性分析

Fig. 6. Correlation analysis of nitrogen application and nitrogen operation on rice yield and component factors.

图7 氮水平对水稻实际产量（A）、理论产量（B）和构成因子（C）的影响

Fig. 7. Effect of nitrogen level on actual yield (A), theoretical yield (B) and yield component factors (C) of rice.

表4 不同土壤全氮和速效氮含量下水稻产量及构成因子的增幅

为样本数; Bootstrap CI为置信区间。is the number of samples；Bootstrap CI is the confidence interval.

2.7 氮肥管理对水稻产量及构成因子增幅的关系

如图7-A和7-B所示，水稻的实际产量和理论产量增量随施氮量增加先升高后下降，通过水稻实际和理论产量增量与施氮量的拟合方程，施氮280.1和283.7 kg/hm2，实际和理论产量分别增加3013.5和3296.6 kg/hm2。水稻有效穗数和每穗粒数增幅与施氮量为开口向下的二次函数关系，施氮310 kg/hm2和211 kg/hm2两者增幅最大分别为42.4%、18.7%。水稻结实率和千粒重增幅随施氮量升高趋向于下降。综合计算水稻的有效穗数、每穗粒数、结实、和千粒重提升幅度的拟合方程，施氮量在274 kg/hm2综合增幅最大为49.5%(图7-C)。

3 讨论

3.1 氮肥用量和运筹对水稻产量的影响

施用氮肥是提高水稻产量最有效的方法之一[24]。本研究通过整合施氮与水稻产量的数据发现，在150～200 kg/hm2水稻实际和理论产量增幅最大，超过该施氮量水稻产量增幅不显著，实际和理论水稻产量分别在施氮量超过350、300 kg/hm2增幅显著降低(图2-A, B)。与武良[15]和胡群等[25]研究结果相似，前者对我国水稻多个区域统计发现，吉辽单季稻区施氮量为126～180 kg/hm2；川陕盆地单季稻区151～173 kg/hm2等，后者发现在施氮量超过300 kg/hm2时，水稻增产不明显。

施肥时期和比例对水稻产量也尤为重要，一般认为，在移栽水稻系统中，应在营养生长前期施氮，目的是促进分蘖和增加有效穗数[26]。本研究中基肥＋分蘖肥比例超过70%，水稻产量显著下降(图3-A, B)，穗肥比例在10%～30%，水稻产量最高(图4-A, B)，这一结果与前人研究基本一致；张四海等发现基蘖肥量占总施氮量70%时有利于水稻高产[27]。在相同施氮量下，机插早、晚稻的基蘖肥比例分别为80%和70% 时，有利于水稻的高产[28]。

不同稻区的产量增幅也存在显著差异，东北单季稻区实际和理论产量增幅显著优于其他稻区，这可能与各地区种植的水稻类型和气候有关，与其他稻区相比，东北单季稻区水稻季平均气温较低，氮素损失（氨挥发等）少，土壤有机质含量高对氮素的固持能力强，均能降低氮素损失，为此增产幅度大。东北单季稻区主要种植一季稻，生育期较长，通过光合作用能够累积更多的产物，武良[15]通过各稻区产量和氮素效率比较发现东北单季稻区的氮素利用效率明显高于其他稻区。

土壤全氮(TN)和速效氮(AN)含量分别低于1.5 g/kg和150 mg/kg时，水稻实际和理论产量增幅最高，与土壤氮含量较低地区受施氮量响应较大有关，例如，云贵川湘山地高原单季稻区平均AN含量为167 mg/kg，而平均施氮量为204 kg/hm2，黑龙江地区平均AN含量211 mg/kg，而平均施氮量只有131 kg/hm2[15]。土壤AP和AK的含量对水稻产量增幅有显著影响(表4)，但增幅效果低于土壤氮素。

3.2 施氮量和氮运筹对水稻产量构成因子的影响

施氮对水稻产量构成因子均有显著影响，有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重增幅分别为33.2%、13.5%、−4.2%和−3.0%(图2)。水稻有效穗数对施氮量的响应最大，依次是每穗粒数、结实率、千粒重，这一结果和章星传等[11]的结论类似。水稻有效穗数和每穗粒数增幅均随施氮量升高而增大，且均在250～300 kg/hm2达到最大，分别为40.1%和15.0%，随后前者趋于稳定，后者明显随施氮量升高而降低。与不施氮肥相比，水稻结实率和千粒重分别在施氮量超过100 kg/hm2和150 kg/hm2时均会显著下降。杨晓龙等[29]研究认为水稻的结实率和千粒重随施氮量先升高后降低。氮素营养管理能通过延缓叶片衰老和延长光合时间使水稻拥有更长的籽粒灌浆期，进而提高水稻千粒重和结实率[30, 31]，但高氮投入下水稻的有效穗数和每穗粒数大幅增加，而后期氮供给不足，会导致水稻结实率和千粒重下降[32]。

水稻产量构成因子与氮肥运筹密切相关，通过氮肥运筹能有效提高水稻产量构成因子和产量。随着基肥比例增加，水稻的每穗粒数和结实率增幅显著下降，当基肥比例大于70%，水稻有效穗数增幅会显著下降。水稻生产早期氮肥的施用能够促进分蘖，增加分蘖数量，后期追肥能够保证有效分蘖数，因此，过高的基肥施用比例虽然增加了前期的分蘖数量，但后期养分供应不足，有效分蘖绝对数量和百分比下降，同时降低每穗粒数和结实率[33, 34]。本研究中，在穗肥比例10%～30%条件下，随着穗肥比例增加，水稻的有效穗数、结实率和千粒重增幅增大，而每穗粒数则呈下降趋势(图4)。但近年来也有研究表明，在水稻幼穗分化期施用氮肥能改善水稻群体动态，增加穗粒数，提高穗重[35, 36]。前人也发现提高穗肥的比例可以提高有效分蘖的百分比而增产，而千粒重几乎无变化，可能由于不同水稻品种，特别是地方品种对施肥管理和生态条件的响应不同造成这样的差异[37]。

此外，南方单季稻区和云贵川湘山地高原稻区有效穗数增幅显著低于其他稻区，而千粒重与不施氮处理无显著差异(图5)。这与前人研究结果一致，例如，西南稻区主要以提高水稻有效穗数和结实率来实现增产[38]。云南高海拔地区的高原粳稻通过改良实粒数和有效穗数来实现增产的潜力较大[39]。

3.3 氮肥综合管理提高水稻产量及构成因子的建议

通过拟合水稻实际产量增量、理论产量增量与施氮量的方程，施氮量分别约在280和283 kg/hm2增量最高。通过分析水稻产量构成因子增幅的变化趋势发现，水稻有效穗数的增幅最大值为310.5 kg/hm2，但施氮量大于250 kg/hm2，水稻每穗粒数、结实率、千粒重下降，导致实际和理论产量在200～300 kg/hm2达到最大增量。这也表明当施氮量超过300 kg/hm2的有效穗数的贡献不足以抵消每穗粒数、千粒重、结实率的下降。付景等[40]研究得出，当施氮量超过270 kg/hm2，穗数和穗粒数的增加对产量做出的贡献小于结实率和千粒重的降低对产量造成的影响。在适宜的一定施氮量下，降低水稻基、蘖肥的施用比例，可以有效避免水稻有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒重的降低，达到稳产的作用，主要与两方面有关。第一，水稻生长前期氮素需求有限，土壤固定和转化能力存在一定限度，造成养分过于集中而大量损失；另一方面，前期施用氮素过多会促进水稻营养生长，虽增加了水稻分蘖数但水稻无效分蘖占比更高，“前多后少”无法维持水稻生殖生长，降低水稻每穗粒数、结实率和千粒重，导致产量降低；反之，适宜增施穗肥可以有效提高水稻成穗数，利于稳定和提高水稻每穗粒数、结实率、千粒重，但穗肥比例不宜过高，水稻前期分蘖数决定了水稻产量的最大限度[41,42]。因此，施氮量不超过250 kg/hm2，基肥加分蘖肥比例不要超过总施氮量的70%，穗肥比例10%～30%能有效协调水稻有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重变幅，提高产量。此外，提高产量及构成因子还需要氮肥综合管理。首先，水稻品种要与氮肥施用匹配。吕小红等[6]研究发现紧凑型品种“沈农07425”和松散型品种“秋光”的施氮量可以适当增大至375 kg/hm2。水稻产量及构成因子对不同氮肥种类的响应存在差异。其次，灌溉、种植密度等栽培措施与氮管理要协调。灌溉水用量和水管理过程可以调控土壤理化环境，促进水稻根系的生长，避免氮素的径流和淋溶带来的损失[43,44]；合理的种植密度与氮肥用量对水稻单位面积的光合面积和改善水稻有效穗数具有显著影响[45]。最后，通过化学调控提高产量因子来增产。袁帅等发现喷施多效唑与壳寡糖均能提高水稻产量，多效唑能使水稻大量分蘖，提高了最高茎蘖数和最高分蘖数，喷施壳寡糖较多效唑同时能提高水稻成穗数[46]。

目前水稻种植技术多元化，水氮耦合技术，机械侧深施肥技术，根区穴施技术，新型肥料以及有机肥等应用，绿肥、秸秆还田技术，稻渔共作技术等，较单一氮肥调控因素均能在不同程度上减少氮肥的用量，提高水稻的氮素利用效率。多元化的技术也是通过调控水稻产量构成因子来稳产减氮，或等氮增产，这些技术各有其优势和特点，随着相关技术的发展可以考虑进一步统计分析，促进水稻种植生产的进一步发展。

4 结论

施用氮肥主要通过提高水稻的有效穗数和每穗粒数来实现增产，提高结实率和千粒重来避免减产。稻田施氮量为150～200 kg/hm2对水稻实际和理论产量提升幅度显著增加，超过300kg/hm2有显著减产的风险，且施氮量与水稻产量及构成因子的拟合方程计算得出施氮量在274～284 kg/hm2水稻产量最大，因此，综合考虑稻田施氮量在200～250 kg/hm2。结合氮运筹对水稻产量及构成因子的影响，推荐基肥+分蘖肥比例不要超过总施氮量的70%，穗肥比例10%～30%。不同稻区实现水稻增产所需优化的产量构成因子不同，南方单双季和云贵川湘山地高原单季稻区主要依靠提高水稻有效穗数和每穗粒数使水稻增产，而长江流域单双季和东北单季稻区增产限制因子是结实率。提高结实率是所有稻区增产的关键，宜通过化学调控、栽培密度和优良品种等养分综合管理措施提高结实率进而增产。

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Effects of Nitrogen Fertilizer Consumption and Operation on Rice Yield and Its Components in China：A Meta-analysis

XIAO Dakang1, HU Ren1, HAN Tianfu2, ZHANG Weifeng3, HOU Jun1,*, REN Keyu2,*

(College of Agriculture, Yangtze University/Engineering Research Center of Ecology and Agricultural Use of Wet land of Ministry of Education, Jingzhou 434025, China; Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Laboratory for Improving Quality of Arable Land, Beijing 100081, China; College of Resources and Environmental Science, China Agricultural University, Beijing 100193, China; Communication Authors, )

【Objective】Moderate nitrogen (N) fertilizer rate and operation can effectively improve rice yield and N use efficiency. Clarifying the effects of N rate fertilizer rate and operation on rice yield and its components can provide theoretical guidance for high yield and high efficiency for rice. 【Methods】Based on 119 published articles on N fertilizer management in rice fields, a meta-analysis was conducted to summarize the effects of N management on rice yield and its components under different total N rates, basal fertilizer+tillering fertilizer, topdressing for panicle initiation, planting areas and soil properties, and explored the appropriate measures to improve yield components to get high yield in major Chinese rice production areas. 【Results】Compared with no N fertilizer application, N fertilizer application can significantly increase the actual yield (+42.2%) and theoretical yield (+43.1%), effective panicle number and grain number per panicle increased by 33.2% and 13.5%, respectively, while the seed setting rate and 1000-grain weight decreased by 4.2% and 1.6%, respectively. There were significant differences in rice yield and its components under different N rates and N operations. The actual and theoretical yield of rice increased significantly at the N rate of 150－200 kg/hm2, while the effective panicle number and grain number per panicle increased most at the N rate of 250－300 kg/hm2. In addition, with the increase of N rates, the seed setting rate and 1000-grain weight decreased significantly. When the ratio of basal fertilizer+tillering fertilizer to the total nitrogen application was 30%－50% and the N ratio of panicle fertilizer was 10%－30%, the rice yield peaked, while increasing the ratio of basal fertilizer+tillering fertilizer (≤70%) can significantly increase effective panicle number, but reduce grain number per panicle and seed setting rate. And, increasing the ratio of topdressing for panicle initiation (≤30%) can increase grain number per panicle and seed setting rate. For different rice growing regions, there were significant differences for rice yield and its components. The main performance is that the yield increase in the single-season rice from Northeast China is the largest, followed by the single-season and double-season rice in the Yangtze River basin, and the single-season and double-season rice region in South China and the single-season rice in the Yunnan-Guizhou and Sichuan-Hunan Plateau are the smallest. All rice regions achieved high yield by increasing the number of effective panicles and grain number per panicle. The increase of actual and theoretical yield of rice was less affected by SOM(soil organic matter), and the difference between the increase of each SOM level was not more than 4.39% and 2.26%, while the changes of soil TN(total nitrogen), AN(available nitrogen), AP(available phosphorus), AK(available potassium) contents had a greater impact, but there was no significant difference between subgroups. 【Conclusion】The recommended N rate should not exceed 250 kg/hm2, and the recommended ratio of base fertilizer +tillering fertilizer should not exceed 70% of the total N rate. When the ratio of panicle fertilizer is 10%－30%, it is more beneficial to increase rice yield. Under the condition of ensuring the effective panicles and grain number per panicle of rice, improving the seed setting rate is the key to increase yield in all the rice planting regions in China, which needs comprehensive management measures such as chemical regulation, cultivation density and excellent varieties.

nitrogen fertilizer management; rice; yield; yield components; meta-analysis

10.16819/j.1001-7216.2023.221111

2022-11-23；

2023-02-27。

国家自然科学基金资助项目(32372821)；湖北省重点研发计划资助项目(2022BBA002); 衢州市农业农村局委托项目(衢农合2022-31)。