氮硫互作对五常香稻产量和氮肥利用率的影响

阳树英，王浩，邹应斌，李奎，靳国靖，吕广动

(1.湖南农业大学生物科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.南方粮油作物协同创新中心，湖南 长沙 410128)

黑龙江省五常市传统稻花香品种‘稻花香2号’，具有香气浓郁、抗病害等特点，且营养品质和蒸煮品质优良，深受消费者的青睐。稻花香2号种植的气候条件、地理条件和生态条件独特，昼夜温差大，有利于稻谷香味积累。目前，五常市稻花香2号种植面积约8.0万hm2，且逐年增长。由于农户生产上盲目追求产量，不合理的大量增施氮、磷、钾肥，导致其产量逐年下降；因此，寻求合理的肥料运筹模式是目前五常市水稻生产面临的重要问题之一。

孙冬梅等[1]发现，黑龙江省土壤有机质与全氮存在极显著的相关关系，而氮素营养状况与水稻产量形成关系密切[2–6]。水稻的有效穗数、每穗粒数和单位面积粒数都随着施氮量的增加而增加，并且表现为二次回归方程关系[7–10]；但氮肥施用量过高，会使植株增高、倒伏率提高，造成减产；过量施用氮肥还将导致温室气体 N2O的急剧增加和水体富营养化的加剧；因此，如何在保证五常香稻高产的同时提高氮素增产效应和氮素利用效率，降低氮素损失是农业生态研究的重要内容之一。

张永春等[11]研究发现，硫包衣尿素较普通尿素增产明显；赵洪涛等[12]研究认为，同等氮肥施用量下，施用硫肥可明显提高氮肥利用率；李娟等[13]研究认为，硫有利于水稻结实率和千粒质量的提高；王旭等[14]也认为，适度增施硫肥可加快水稻返青、分蘖、抽穗和成熟，可增加株高，提高分蘖率；也有研究[15–16]表明，单施硫或者单施氮均能显著增加水稻有效穗数、穗粒数和实粒数，提高水稻产量，但氮硫互作增产效应不显著；TSUJIMOTO等[17]研究发现，硫能放大增施氮肥所带来的增产效应，同时提高氮肥利用率。可见，氮、硫的施肥效果与氮硫互作效果与所处地区的环境、施肥水平等有关。本研究中，以五常地方香稻品种‘稻花香2号’为供试材料，比较分析不同氮、硫及其组合对五常香稻产量、产量构成及氮肥利用率的影响，以期找到理想的氮硫互作组合，提高五常香稻的产量和氮肥利用效率。

1 试验地基本概况

试验于2017年5—10月在黑龙江省五常市杜家镇樊家屯水稻田进行。土壤类型为沙壤土。土壤基础肥力：有机质、全氮含量分别为 59.87、1.85 g/kg，速效氮、速效磷、有效钾含量分别为15.00、24.00、97.00 mg/kg。pH值6.32。

2 材料与方法

2.1 材料

供试材料为五常市传统地方香稻品种‘稻花香2 号’。

2.2 试验设计

试验设 3个氮水平，即折合纯氮为 0 kg/hm2(N1)、90 kg/hm2(N2)和 180 kg/hm2(N3)；3 个硫水平，即折合纯硫为 0 kg/hm2(S1)、45 kg/hm2(S2)和 90 kg/hm2(S3)。共9个处理，其中N1S1为空白对照。每个处理1个小区，每个小区40 m2。氮肥为尿素(含氮46.67%)，硫肥为硫磺粉(含硫99.0%)。硫肥在移栽前一次性施入。氮肥中基肥、分蘖肥、孕穗肥的施用比例为5∶3∶2，分蘖肥在移栽后7 d施用，孕穗肥在穗分化期(枝梗分化期)施用；磷肥(P2O5)施用量90 kg/hm2，钾肥(K2O)施用量180 kg/hm2，全部作基肥施用。小区间筑埂(宽40 cm)，并用塑料薄膜包裹，以防串水串肥。

2.3 测定项目与方法

水稻收获前，每个小区随机选取3个1 m2，并在其中随机选取 10穴植株，记录每穴的穗数，得到每平方米范围内的有效穗数；水稻收获时，每个小区任意选取3个1 m2，并随机选取10穴植株，带回实验室，统计结实率和千粒质量，计算理论产量；水稻收获时，分小区测定实际产量。根据公式A=(Y1－Y0)/Y0×100%和B=(Y1－Y0)/C×100%分别计算氮肥增产效益和氮肥利用率。式中：A为氮肥增产效益；Y1为施氮肥处理的实际产量；Y0为未施氮肥处理的实际产量；B为氮肥利用率；C为施氮肥量。

2.4 数据处理

采用IBM SPSS 19.0X进行双因素方差分析。

3 结果与分析

3.1 氮、硫对香稻产量构成因素的影响

由图1可知，所有施肥处理的有效穗数、每穗总粒数均显著高于空白对照，且随着施氮水平的增加，有效穗数和每穗总粒数显著增加(P<0.05)。结实率和千粒质量随施硫量的增加而增加。

图1 不同氮、硫施肥水平水稻的产量构成因素Fig.1 The yield components of rice under different nitrogen and sulfur application rates

3.2 氮、硫对香稻产量及其构成因素的影响

从表1可知，水稻的有效穗数、每穗总粒数和理论产量均与氮肥的施用量呈显著正相关；水稻的有效穗数、结实率、千粒质量与硫肥施用量呈显著正相关；氮肥和硫肥的交互作用主要影响水稻的有效穗数和千粒质量。鉴于双因素分析结果理论产量与氮元素呈极显著关系，而实际产量只与硫元素极显著相关；因此，有必要进一步对9个氮硫互作的处理进行完全随机比较分析，以明确氮硫互作对水稻产量及产量构成因素的影响。

表1 氮、硫及氮硫互作与产量及产量构成因素的方差显著性分析结果Table 1 Results of variance analysis of nitrogen and surlfur and interactive effects of nitrogen × sulfur to the yield and yield components of rice

3.3 不同氮硫施肥组合对香稻产量及产量构成因素的影响

从表2可以看出，与 N1S1比较，N3S2显著提高了稻花香2号的有效穗数和每穗总粒数，N2S2则显著提高了稻花香2号的千粒质量、理论产量和实际产量，说明施用氮肥和硫肥对香稻均有显著增产作用。与N1S1的实际产量比较，N1S2、N1S3分别增产 3.6%和 28.7%，N2S1、N3S1分别增产 7.9%和30.0%，说明不施氮肥下，产量随硫肥的增加而显著增产；不施硫肥下，实际产量均随施氮量的增加而显著增加。氮硫中等施肥处理(N2S2)的实际产量最高(7 583 kg/hm2)，显著高于其他处理；单施最高水平的氮肥(N3S1)或硫肥(N1S3)或高氮高硫配施处理(N3S3)的实际产量也较高，分别达6 087、6 026和6 105 kg/hm2。

表2 不同施肥处理的产量及产量构成因素Table 2 Yield and yield components of rice under different treatments

3.4 不同氮硫施肥组合的增产效应与氮肥利用率的比较

由表2可知，以N1S1为对照，N2S1的增产率为7.9%；以N2S1为对照，N3S1的增产率20.5%；以N1S2为对照，N2S2的增产率56.3%；以N2S2为对照，N3S2的增产率–27.0%；以N1S3为对照，N2S3的增产率–12.9%；以 N2S3为对照，N3S3的增产率16.3%；可见，施硫90 kg/hm2，需要高氮水平(N3)才能增产。

由图2可知，以N1S1为对照，N2S1的氮肥利用率8.22 kg/kg，N3S1的氮肥利用率11.5 kg/kg，N2S2的氮肥利用率60.0 kg/kg；N2S3和N3S2的氮肥利用率均为负值。

图2 氮硫互作处理的氮肥利用率Fig.2 The nitrogen utilization effeciency among the treatments of N×S interactions

4 结论与讨论

本研究中，增施氮肥能显著提高有效穗数和每穗总粒数，这与前人的研究结果[7–8,14–18]基本一致。虽然增施氮肥可提高营养器官氮素向籽粒的转移量，但转移率会降低，过多的氮素滞留在营养器官中，导致氮素收获系数降低，氮素利用率偏低[19–21]。李贵勇等[22]认为，减少施氮量可以提高氮肥利用率，但氮肥用量太少，不利于产量的提高。S素是植物的必需营养元素之一，不仅能改善水稻营养状况，对水稻重金属和P吸收也有重要调控作用[23]；有利于千粒质量的增加、产量的提升和氮肥利用率的提高[24–25]。本研究结果表明，施硫能显著增加水稻的结实率和千粒质量。

本研究的9个处理中，N2S2的实际产量最高，为7 583 kg/hm2，增产率最高，达56.3%，且氮肥利用率也最高，达60.0 kg/kg；低氮高硫的N2S3和高氮低硫的N3S2处理虽然产量较高，但均造成氮肥浪费，增加水稻生产成本，增加环境污染风险；因此，N2S2是五常香稻生产较理想的氮硫互作施肥模式。