氮肥不同用量对南四湖区水稻产量及氮素利用率的影响

赵庆雷等

摘要：针对山东南四湖稻区氮肥施用量过大，导致生产成本增加、农田氮素失衡、氮素流失严重的现象，研究了不同施氮量对氮素积累与转移、稻谷产量及其构成、氮素利用率等的影响。结果表明，不施氮肥处理，抑制了水稻营养生长，显著降低了水稻分蘖和成熟期有效穗、干物质积累量、植株氮吸收量及稻谷产量；氮肥施用量过大，造成营养生长过旺，形成大量无效分蘖，降低了氮肥利用率，对提高水稻产量无显著效果。在当前氮肥施用水平上减施30%，可有效抑制无效分蘖，使营养生长和生殖生长更加协调，提高氮肥利用率，且对水稻产量无不利影响。

关键词：南四湖区； 水稻； 氮素利用率； 产量

中图分类号：S511.062文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）07-0078-05

施用氮肥是水稻获得高产的必要举措。但长期以来，部分稻区盲目追加氮肥夺高产，如山东南四湖流域部分稻区氮肥施用量高达350～400 kg/hm2，远远高于水稻生长所需，带来生产成本增加、农田氮素失衡、氮素流失导致的农业面源污染严重等一系列问题，严重威胁到南四湖水体水质。南四湖是南水北调东线山东段重要的调蓄水库，沿途农田养分的流失直接关系到输水水质与饮用水安全。因此，在山东南四湖流域，在维持当前水稻产量水平的前提下，减少化学氮肥投入量，已迫在眉睫。相关学者在该领域做了大量研究：王绍华等^[1]研究了江苏太湖地区水氮互作对水稻氮吸收与利用的影响；潘圣刚等^[2]研究了氮肥用量与基追比例对水稻氮素吸收转运及产量的影响；莫润秀等^[3]研究了氮肥运筹对水稻植株不同形态氮含量的影响；晏娟^[4]、魏海燕^[5]、江立庚^[6]、叶利庭等^[7]研究了施氮量对不同氮效率水稻氮素吸收、转运与利用的影响；鲁艳红等^[8]研究了控释氮肥对洞庭湖区水稻氮素利用的影响；汪华等^[9]研究了不同氮水平对高肥力稻田水稻、土壤、水体氮素变化及环境影响。不过，针对当前南四湖流域稻田氮素合理施用研究尚少。本研究基于南四湖区稻田氮素施用量过大，导致面源污染严重、威胁到南水北调输水水质的现实，研究了氮肥不同用量对水稻干物质积累、产量、氮素利用及氮素积累与转移的影响，以期为制定南四湖区水稻高产、高效、节氮、降污的合理施肥技术提供参考。

1材料与方法

1.1试验设计

田间试验设在山东省水稻研究所济宁综合试验站，供试土壤为砂姜黑土发育的水稻土，基本理化性状：有机质含量36.15 g/kg，全氮1.29 g/kg，全磷0.246 g/kg，全钾22.27 g/kg，碱解氮45.23 mg/kg，有效磷12.45 mg/kg，速效钾123.12 mg/kg，pH 7.16。供试品种为当地推广品种圣稻16。

试验设4种氮肥水平处理，各处理磷、钾肥用量相同，随机区组排列，重复4次，小区面积4 m×5 m。小区间筑埂并包膜以防串灌，以当地农田平均氮素用量为标准用量，设各施肥处理分别为：N0，不施氮肥；N1，常规施氮肥（常规氮肥施用量）；N2，过量施氮肥（比N1用量高30%）；N3，减量施氮肥（比N1用量低30%）。供试化肥为尿素、过磷酸钙和氯化钾。种植方式为稻-麦轮作，一年两熟。水稻季常规养分施用量分别为：N 310.5 kg/hm2；P2O5 120.9 kg/hm2；K2O 85.2 kg/hm2。氮肥的施用分作基肥、起身肥、分蘖肥和穗肥4次施用，施用比例为基肥20%，返青肥25%，分蘖肥30%，穗肥25%。磷肥全部用作基肥施用，钾肥作基肥和穗肥各50%施用。水稻插秧行株距为25 cm×15 cm。

1.2样品采集与项目调查

2009年6月7日采集0～20 cm耕层基础土样。分蘖动态调查的样点10丛定位，记载基本苗、高峰苗和成熟期的有效穗数。分别于水稻分蘖期、抽穗期和成熟期取有代表性的植株6丛，按茎鞘、叶、穗分开，烘干后测定干物重，样品保留做含氮量分析。水稻收获前测定水稻产量构成因素，主要包括有效穗、每穗总粒数、每穗实粒数等。收获时，各小区选6 m2左右实割，晒干换算成标准含水量后计算产量，并从测产的样品中取样测定千粒重。土样经自然风干后磨碎过2 mm筛，分析相关的肥力指标，植株全氮采用凯氏定氮法测定^[10]。

2结果与分析

2.1不同施氮量对水稻分蘖及干物质积累的影响

由表1可知，与常规施氮处理N1相比，不施氮肥处理N0水稻最高分蘖和成熟期有效穗数均显著降低，增施氮肥处理N2显著增加了水稻最高分蘖，但成熟期有效穗数与处理N1差异不显著。减施氮肥处理N3水稻最高分蘖和成熟期有效穗数与常规施氮处理N1相比差异均不显著。这说明水稻缺氮会抑制分蘖，降低水稻有效穗数，过量施氮可促进水稻分蘖，但对成熟期有效穗数无显著影响，适当减施氮肥对水稻分蘖和有效穗数影响不大。

齐穗期水稻干物质积累量以茎最大，其次为叶，穗最小，成熟期水稻干物质积累量以穗最大，其次为茎，叶最小（表1）。与常规施氮处理N1相比，处理N0水稻齐穗期和成熟期干物质均显著降低。处理N2齐穗期仅叶中干物质积累量显著高于处理N1，成熟期干物质积累量与处理N1无显著差异。处理N3于齐穗期和成熟期干物质积累量与N1均无显著差异。说明不施氮肥会显著降低水稻干物质积累量，但适量增施和减施氮肥对水稻干物质积累均无显著影响。

2.2不同施氮量对水稻吸氮量的影响

由表2可知，与常规施氮处理N1相比，处理N0齐穗期和成熟期吸氮量均显著降低，氮素收获指数显著高于处理N1。处理N2齐穗期叶、茎吸氮量及植株总吸氮量均显著高于处理N1，成熟期植株吸氮量与处理N1相比均无显著差异，氮素收获指数显著低于处理N1。处理N3齐穗期茎中吸氮量显著低于处理N1，叶、穗吸氮量及植株总吸氮量与处理N1差异均不显著，成熟期植株吸氮量与处理N1差异均不显著，氮素收获指数两处理也无显著差异。

以上结果表明，不施氮肥可降低齐穗期和成熟期植株吸氮量，但能显著提高氮素收获指数，增施氮肥可促进齐穗期植株对氮素的吸收，但使氮素收获指数显著降低，适当减施氮肥对水稻植株吸氮量影响不大，对氮素收获指数也无显著影响。

2.3不同施氮量对稻谷产量及其构成的影响

由表3可知，不施氮肥处理N0与常规施氮处理N1相比，穗数和穗粒数显著降低，结实率和千粒重均显著提高，产量较N1显著降低。与常规施氮处理N1相比，增施氮肥处理N2显著增加了每公顷水稻穗数，但两处理间穗粒数、结实率、千粒重无显著差异，水稻产量差异也不显著。减施氮肥处理N3水稻产量及产量构成因素与处理N1间差异均不显著。这说明，不施氮肥降低了每公顷穗数和穗粒数，但提高了结实率和千粒重，总体上使水稻产量显著降低，增施氮肥处理提高了每公顷穗数，但对穗粒数、结实率、千粒重和产量均影响不大，适当减施氮肥对水稻产量及其构成因素均无显著影响。

2.4不同施氮量对水稻氮素利用率的影响

由表4可知，与常规施氮处理N1相比，不施肥处理N0氮素表观转移量及灌浆期转移的氮对籽粒的贡献率均显著降低。增施氮肥处理N2与N1相比，氮素表观利用率降低了23.2%，灌浆期氮素表观转移量提高了39.5%。 减施氮肥处理N3氮素表观利用率较常规施氮处理N1显著提高，提高幅度达72.3%，氮素农学利用率提高幅度达60.4%，灌浆期氮素表观转移量降低了24.4%，灌浆期转移的氮对籽粒的贡献率降低了25.4%。

以上结果表明，增施30%氮肥降低了水稻氮素表观利用率和农学利用率，提高了灌浆期氮素表观转移量。减施30%氮肥在不减产的情况下大幅度提高了水稻氮素表观利用率和农学利用率，降低了灌浆期氮素表观转移量及灌浆期转移的氮对籽粒的贡献率。

3结论与讨论

3.1不同施氮量对水稻分蘖、干物质积累及产量的影响

傅庆林^[11]研究表明，营养生长期高氮肥用量显著增加了叶片干物质重，这与本研究结果是一致的，这是因为营养生长期高氮肥用量促进了叶片中RuBP羧化酶含量的提高，而叶片中RuBP羧化酶含量的提高促进了二氧化碳同化作用和地上部干物质生产^[12]。郑永美等^[13]研究认为，适量的起身肥可以促进分蘖的早生快发，提高水稻的分蘖成穗率，本研究结果也证实了这一点。本研究中各处理均施用了占总施氮量25%的起身肥，结果表明，减施30%氮肥处理与不施氮肥处理相比，水稻最高分蘖和成熟期有效穗均显著提高，与常规施氮处理相比，水稻最高分蘖和成熟期有效穗均无显著差异；增施30%氮肥处理较常规施氮处理提高了水稻最高分蘖数，但对成熟期有效穗数无显著影响。说明适量的起身肥可以促进水稻分蘖的早生快发，提高水稻分蘖成穗率，前期氮肥施用过量，会产生无效分蘖，降低水稻分蘖成穗率。

在产量及产量构成方面，大量研究表明^[14～16]，随施氮量的增加，有效穗和穗粒数显著增加，但施氮量过高反而下降，这与本研究结果是一致的。本研究结果表明，不施氮肥处理水稻分蘖、干物质量、有效穗、穗粒数、结实率均显著降低；与常规施氮处理相比，增施30%氮肥显著增加了水稻最高分蘖数和齐穗期叶片干物质量，但对成熟期有效穗、穗粒数、结实率均无显著影响，产量也无显著差异；减施30%氮肥对水稻分蘖、干物质量、有效穗、穗粒数、结实率、产量较常规施氮处理均无显著差异。这说明增施氮肥，主要增加了水稻无效分蘖，导致群体过大，无效生长多，对产量并无显著贡献。在常规施氮基础上减施30%氮肥，对水稻干物质及产量并未构成不利影响。

3.2不同施氮量对水稻氮素吸收、转移与利用的影响

本研究表明，不施氮肥水稻植株吸氮量显著降低，但能显著提高氮素收获指数；增施30%氮肥提高了齐穗期植株吸氮量，显著降低了氮素收获指数，这与晏娟等^[4]的研究结果是一致的；减施30%氮肥处理，仅齐穗期茎吸氮量高于常规施氮处理，齐穗期叶和穗吸氮量、成熟期植株吸氮量及氮素收获指数与常规施氮处理均无显著差异。这说明，不施氮肥对水稻生长造成逆境胁迫，但促进了氮素自水稻营养器官向生殖器官的转移，减施30%氮肥处理完全可以满足水稻正常生长所需，常规施氮处理所施氮肥多于水稻实际生长所需，多余的氮肥随径流流失或残存在土壤中，增施30%氮肥处理增加了营养生长期无效分蘖数量，造成氮肥的大量浪费。

本研究结果还表明，齐穗期植株氮含量主要集中于茎、叶中，至成熟期，大量氮素由茎、叶转至籽粒中，这是因为水稻后期氮素吸收能力有限，籽粒氮素主要靠营养器官中氮素的转运，而大量氮素的转运是水稻获得高产的重要途径^[4]。

3.3不同施氮量对水稻氮素利用效率的影响

本研究结果显示，增施30%氮肥降低了水稻氮素表观利用率和农学利用率，提高了灌浆期氮素表观转移量。这是由于氮肥施用量过大，超出水稻生长所需，一方面造成大量流失，导致利用率降低，另一方面，使水稻营养生长旺盛，产生大量无效分蘖，提高了灌浆期氮素由茎叶向籽粒的转移量。减施30%氮肥在不减产的情况下大幅度提高了水稻氮素表观利用率和农学利用率，降低了灌浆期氮素表观转移量及灌浆期转移的氮对籽粒的贡献率。这是因为，适当减施氮肥可以满足水稻正常生长需要，降低了流失量，提高了利用率，另外，适当减施氮肥，使水稻营养生长和生殖生长更加协调，减少了灌浆期氮素由营养器官向生殖器官的转移。

山东南四湖稻区当前氮肥施用量高于水稻实际生长所需，存在流失风险。氮肥用量过大，造成营养生长过旺，形成大量无效分蘖，降低了氮素表观利用率及农学利用率，不利于水稻的增产增效。在当前氮肥施用水平上减施30%，可有效抑制无效分蘖，使营养生长和生殖生长更加协调，提高氮肥表观利用率及农学利用率，且不会对水稻产量造成不利影响，是可行的。

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