供氮浓度与时期对水稻产量及氮吸收的影响

刘晓伟+王火焰+周健民+陈照明+刘永哲

摘要：采用田间微区框试验，对水稻基肥、分蘖肥、拔节肥分别设置0、30、60、90、120、150、180、210 mg/kg的供氮浓度处理，研究不同供氮浓度与时期对水稻产量及氮吸收的影响。结果表明，氮肥无论是用作基肥、分蘖肥还是用作拔节肥，水稻产量均随供氮浓度的增加而增加，其中供氮210 mg/kg作基肥时水稻产量最高，为91.5 g/穴，显著高于其他处理。不同时期施氮浓度越大，干物质在籽粒中的分配比例越低，其中用作拔节肥时不同浓度间的差异较小。3个时期供氮，籽粒、秸秆氮含量亦随供氮浓度的增加明显增加，用作拔节肥增幅最明显。拔节期供氮水稻籽粒氮积累量增幅最大，明显高于基肥和分蘖肥。基肥供氮浓度对水稻产量影响明显，拔节期施氮可提高水稻籽粒氮吸收量。

关键词：水稻；供氮浓度；氮肥利用率；根区施肥

中图分类号： S511.06文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）07-0066-04

水稻是我国主要粮食作物，其种植面积较大，氮肥用量多[1-2]，近年来，因为稻田氮肥施用过量而导致的水体以及大气污染等环境问题引起重视，针对提高水稻产量和氮肥利用率的研究也成为近年的热点[3]。尿素分次施用、缓控释肥的施用[4]、有机无机配合施用[5]、脲酶抑制剂以及硝化抑制剂[6-8]等措施均能有效降低氮肥的损失，提高氮肥利用率。氮肥在土壤中的移动具有一定的空间局限性，改变氮肥施用方式，将氮肥集中施入水稻根系下方合适的位置（根区施肥），可以有效提高水稻产量和氮肥利用率[9]。一方面减少氮素的损失风险，另一方面肥料养分释放与水稻吸收和利用相匹配。张朝等研究表明，即使是3倍于常规施氮水平，肥料氮素表面撒施后的迁移转化也仅仅发生在5 cm土层内[10]。笔者试验也证明，将尿素一次性点施于水稻根下，相对尿素表面撒施处理，能显著提高水稻产量和氮肥利用效率。氮肥用量能显著影响水稻根系的生长，进而影响水稻的产量[11-12]，氮肥集中施入根系周围，存在养分高浓度毒害的风险[13-14]。研究水稻不同生长时期对氮肥浓度的耐受能力，明确供氮浓度与水稻产量及养分吸收之间相互关系至关重要，本研究以水稻氮肥的根区施肥模式为出发点，主要研究水稻根系在不同生长时期对不同供氮浓度的反应，揭示水稻产量以及氮肥利用率与供氮浓度和供氮时期的关系，以期为提高肥料利用率的根区施肥模式提供理论支持。

1材料与方法

1.1试验材料

试验在安徽省广德县邱村镇进行，土壤质地为中壤，肥力中等，土壤理化性狀为：pH值5.6、有机质含量 19.4 g/kg、全氮含量1.08 g/kg、速效磷含量5.77 mg/kg、速效钾含量8800 mg/kg。田间试验采用微区框设计，微区框为长 0.54 m、宽0.50 m、高0.35 m，无上下面的长方体桶状，以防止串水串肥，内部均匀种植4穴水稻，微区框之间留 0.30 m 过道便于水稻生长期调查取样。水稻氮肥一次施用，共设基肥、分蘖期、拔节期3个施氮时期。每个时期设8个供氮浓度，分别为0、30、60、90、120、150、180、210 mg/kg（按照每个微区框装风干土50 kg计算）。P2O5、K2O用量均为 120 kg/hm2。肥源分别为尿素，含氮46%；过磷酸钙P2O5 12%；氯化钾，K2O 60%。每个处理4次重复，微区框随机排列。

试验前按照微区框的长宽，取出框内20 cm耕层土壤，刮平犁底层土面，摆好微区框并将四边压实。微区框内取出的耕层土壤全部混在一起，风干磨碎过筛后在装入微区框内，装土量50 kg/个。基肥施用处理，将称好的氮、磷、钾肥与土壤均匀混合后装入微区框；其他时期追氮处理，只混匀磷、钾肥装框，氮肥后期用水溶解，在微区框内打细洞少量多次灌入对应微区框。每个微区框内种4穴水稻，其中2穴作为不同时期取样，剩余的2穴留作最后测产。水稻品种为广两优100。2013年5月20日育苗，6月20日移栽，7月20日追施分蘖肥，同时对施基肥的处理取样；8月2日追拔节肥，同时对施分蘖肥的处理取样；9月1日对施拔节肥处理的样品取样；10月10日收获。

1.2数据处理与分析

成熟期水稻样品分为茎秆和籽粒，105 ℃杀青30 min，后经70 ℃烘干至恒质量，磨碎，采用硫酸-双氧水法消煮，采用法国SmartChem200全自动化学分析仪测定水稻植株氮含量[15]。测定后的数据在Excel 2007中计算和制图。

2结果与分析

2.1供氮浓度与时期对水稻干物质积累及分配的影响

从图1可以看出，不同时期施氮对水稻籽粒和秸秆产量均产生明显的影响。无论氮肥全部用作基肥、分蘖肥还是用作拔节肥，水稻籽粒产量均随供氮浓度的增加而增加。氮肥全作基肥时，供氮浓度为210 mg/kg时产量最高，为91.5 g/穴，相对不施氮肥处理高78.7%。氮肥全作分蘖肥时水稻产量以供氮浓度210 mg/kg处理最高，为83.6 g/穴，明显高于同期供氮的其他处理。拔节期供氮产量最高的为180 mg/kg处理，为79.2 g/穴，虽然拔节期施肥处理的水稻产量仍随供氮浓度的增加而增加，但是产量增加幅度较小，氮肥全部作基肥施用时产量随供氮浓度增加的增幅最大。从相同供氮浓度在不同生长时期施用的效果看，供氮浓度小于120 mg/kg时，相同供氮浓度在不同时期施用，水稻产量差异不大；但当供氮浓度超过120 mg/kg时，则表现为氮肥用作基肥时水稻产量的增幅最多，供氮浓度为210 mg/kg时，氮肥用作基肥比用作拔节肥水稻增产22.7%。水稻秸秆生物量变化趋势与籽粒相同。氮肥全作基肥、分蘖肥、拔节肥的最大秸秆干物质量均为 210 mg/kg 处理，分别为113.3、100.3、76.7 g/穴，比不施氮肥处理分别增加76.2%、54.9%、18.4%。从不同时期供氮对秸秆生物量的影响看，低浓度供氮时以氮肥用作分蘖肥效果最好，高浓度供氮时仍以氮肥用作基肥秸秆生物量最大。

从图2可以看出，不同时期供氮及供氮浓度对水稻干物质分配有明显影响。氮肥作基肥施用时，籽粒干物质分配比例随供氮浓度的增加呈现先降低后平稳的变化，供氮浓度大于 120 mg/kg 时籽粒干物质分配基本保持不变。基肥 30 mg/kg 处理籽粒分配比例最大，达51.0%，明显高于其他处理。氮肥用作分蘖肥时，籽粒干物质分配比例也有随供氮浓度的增加而降低的趨势，但是各处理间差异不明显。氮肥用作拔节肥时，不同供氮浓度处理间并无明显的变化规律，但是籽粒干物质分配比例均高于50%，明显高于用作基肥和分蘖肥。从同一浓度不同时期施用的效果看，供氮浓度在30～60 mg/kg时，氮肥用作基肥、拔节肥时籽粒干物质分配比例相对较大。供氮浓度较高时，用作拔节肥时籽粒的干物质分配比例最大。

2.2供氮浓度与时期对水稻氮含量及积累量的影响

从图3可以看出，不同供氮浓度对水稻籽粒和秸秆氮含量有明显影响。从同一时期不同供氮浓度结果看，氮肥全部作基肥施用时，水稻籽粒氮含量随着施氮浓度的增加而增加，在150 mg/kg时达到最大值，为12.3 mg/g，之后随氮浓度增加略有下降，但处理间差异不明显。氮肥作分蘖肥时籽粒氮含量的变化趋势与用作基肥类似，即在施肥浓度为 150 mg/kg 时最高。然而氮肥全作拔节肥处理时，籽粒氮浓度随着施氮浓度的增加显著增加，在供氮210 mg/kg时最大，为17.1 mg/g，比不施氮肥的处理高98.8%。而从相同供氮浓度不同供氮时期数据看，总体表现为氮肥用作拔节肥时籽粒氮含量明显高于用作基肥、分蘖肥时的籽粒氮含量。供氮30 mg/kg时，拔节肥处理的籽粒氮含量为12.7 mg/g，比最低的基肥处理高38.0%；供氮210 mg/kg时，拔节肥处理的籽粒氮含量比最低的分蘖肥处理高36.8%，差异明显。

秸秆氮含量的变化趋势与籽粒氮含量一致，但变化幅度比籽粒小。氮肥作基肥时，秸秆氮含量随供氮浓度增加而增加，在180 mg/kg时达最大值，为8.3 mg/g，比不施氮处理高90.9%，与210 mg/kg处理间差异不明显。氮肥用作分蘖肥、拔节肥时，秸秆氮含量均在供氮210 mg/kg时达到最大值，分别为7.3、11.2 mg/g，比不施氮处理分别高65.9%、154.5%。从相同供氮浓度不同供氮时期看，供氮浓度在0～60 mg/kg时，不同时期供氮水稻秸秆氮含量差异不明显；供氮浓度大于 90 mg/kg 时，氮肥用作拔节肥的秸秆氮含量显著高于用作基肥和分蘖肥。

从图4可以看出，3个时期供氮，水稻籽粒氮积累量均随着供氮浓度的增加而增加。氮肥用作拔节肥时，籽粒氮积累量在150 mg/kg处理时达到最大值，之后氮浓度增加，籽粒氮积累量趋于平缓。而氮肥用作基肥、分蘖肥时，籽粒氮积累量随着供氮浓度的增加而增加，在210 mg/kg处理时达到最大。从不同时期供氮结果看，相同供氮浓度情况下，籽粒氮积累量仍然以用作基肥处理最高，明显高于其他时期。秸秆中氮素积累量变化趋势不如籽粒明显，供氮浓度较低时不同时期间的差异较小；供氮浓度大于150 mg/kg时，氮肥施用越早，则秸秆氮素积累量相对越高。

2.3供氮浓度与时期对水稻氮分配的影响

水稻总氮积累量的变化趋势与籽粒、秸秆变化趋势相同，即氮肥无论作为基肥、分蘖肥还是拔节肥，总氮积累量均随着供氮浓度的增加而增加，均在供氮210 mg/kg时达到最大值，分别为2 059、1 790、2 143 mg/穴（图5）。本试验条件下，供氮浓度相同，氮肥施用时间越晚，水稻的总氮积累量相对越高。

从图6可以看出，氮肥作基肥时，氮积累量在籽粒中分配比例随着供氮浓度的增加而降低，在供氮180 mg/kg时达到最低值，为54.3%。氮肥用作分蘖肥的变化趋势与基肥基本相似，在供氮150 mg/kg时籽粒氮分配比例最低，为56.7%。当氮肥用作拔节肥时，籽粒氮素分配比例随着供氮浓度的增加明显降低，供氮210 mg/kg处理最低，为59.5%。而从相同供氮浓度在不同时期所表现的差异看，氮素在籽粒中的分配比例总体表现为拔节肥>分蘖肥>基肥。

3讨论与结论

室内培养试验证明，即使尿素用量浓度较高，铵态氮随水向土壤下层迁移的距离也仅仅5 cm[9]，可见常规尿素表面撒施在水田水解后随水迁移进入耕层土壤的量会很少，而大部分通过挥发或径流损失。提高尿素的氮肥利用率，除了适当降低氮肥用量、施用包膜肥料、脲酶抑制剂以及硝化抑制剂等配合施用措施外，根区施肥是提高氮肥利用率的关键措施[10]。本试验数据表明，尿素用作基肥一次性根区施肥，水稻显著增产，同时氮肥当季利用率可达55%以上。所以探索氮肥在土壤中的扩散、供氮浓度对水稻根系及生长的影响以及根肥互作下养分吸收等规律，对于根区施肥技术的推广至关重要。尽管试验条件下的根区施肥要耗费大量人力，但是随着水稻播种和施肥机械的创新和发展，定能解决肥料的机械施用难题。

本试验在大田条件下进行，供氮浓度210 mg/kg相当于472.5 kg/hm2的纯氮用量，明显高于常规氮肥用量，笔者在基肥施用20 d后，取样测定了水稻的生长参数，数据显示基肥供氮浓度大于90 mg/kg时会抑制水稻的生长，水稻干物质量明显降低。但从整个生育期来看，这种毒害并未影响水稻产量，分蘖肥、拔节肥供氮浓度达到210 mg/kg时也不会有毒害的症状。可能为水稻前期根系相对弱小，对于高氮浓度相对敏感[16]，随着根系的逐渐强壮，其对高浓度氮素耐受力增强[14]。所以，根区施肥技术要着重考虑和解决氮肥初期对水稻的影响。

大量研究表明，尿素前氮后移可以提高水稻产量和氮肥利用率[17-18]。本试验结果证明，基肥氮施用量越大，水稻产量越高。其原因一方面是前人研究尿素多为表面撒施，前氮后移即等同于尿素分次施用，降低了径流等损失，因而提高了氮肥利用率。本研究尿素基肥与土体充分混匀，并且有微区框包围，氮素多被土壤吸附保存下来，基本无径流损失，可供水稻吸收的量更多。另一方面可能是水稻苗期根系小，对于氮素吸收能力有限，较高浓度氮素利于水稻对其吸收和积累，为水稻后期产量的增加奠定了基础。

增加氮肥用量以及适当提高氮肥追肥比例可以显著提高水稻蛋白质含量和精米率等品质指标[19-20]，但其效果受水稻品种以及栽培方式的影响[21-22]。本试验结果未测定稻米的品质，但是就不同时期追氮水稻籽粒氮含量的数据看，拔节期追氮肥，无论籽粒的氮含量、氮积累量还是氮素在籽粒中的分配比例均明显高于前期施用氮肥，可见水稻后期追施氮肥定会对其品质产生一定的影响，但水稻后期供氮浓度与水稻营养品质关系及机理有待进一步深入研究。

为防止试验小区间相互串水串肥影响试验效果，本试验采用微区框设计，结果表明，微区框对于水肥影响起到很好的保护作用，由于微区框之间预留了采样和调查的过道，使得试验样品所接收的通气和光照状况好于常规种植密度下的水稻，框内水稻产量很高，边际效应明显，一定程度上影响试验结果。后期应进一步改进试验设计以确保试验结果更接近大田生长情况。

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