广西稻区不同水稻品种对氮肥施用量的响应差异

陈桂芬　黄雁飞　刘斌　刘淑仪　黄玉溢　林昔香　唐其展

摘要：【目的】探明施氮量對不同水稻品种产量及其氮肥利用率的影响，为培育和利用氮高效水稻品种提供理论依据。【方法】选择适宜广西稻区的6个水稻品种，设4个施氮量水平（0、75、150和225 kg/ha）的田间试验，测定不同施氮量下各水稻品种的产量及其主要农艺性状和氮积累量，并计算氮肥利用率，通过回归分析各水稻品种产量与施氮量的关系，估算出获得最高产量时的施氮量及其氮肥农学效率和氮肥偏生产力。【结果】在0～225 kg/ha施氮量范围内，6个水稻品种的株高均随施氮量增加而增高，但有效穗数、穗长、穗粒数、结实率及千粒重与施氮量的关系表现不一致;水稻产量的总体变化趋势是随施氮量增加而增加，当施氮量达225 kg/ha时，除桂野丰产量开始下降外，其他品种产量增加缓慢。与无氮处理相比，施氮处理产量平均增产幅度在35.92%～67.45%，由高到低依次是恒丰优777>桂育11号>野香优3号>桂野丰>百香优139>桂育9号。6个水稻品种的氮肥吸收利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力均随施氮量增加呈逐渐下降趋势;氮肥贡献率则随施氮量增加而增加，当施氮量达225 kg/ha时，氮肥贡献率增加缓慢甚至开始下降;不同水稻品种的氮肥利用率不同，氮高效利用品种（恒丰优777）的平均氮肥吸收利用率是氮低效利用品种（野香优3号）的1.53倍。6个水稻品种当季获得最高产量时的适宜施氮量在181.9～219.7 kg/ha，氮肥农学效率在10.1～17.9 kg/kg，氮肥偏生产力在30.6～41.9 kg/kg。【结论】不同水稻品种对氮肥的响应存在一定差异。本研究条件下，初步筛选出恒丰优777和桂育11号两个氮高效利用品种。

关键词： 施氮量;水稻;氮高效品种;产量;氮肥利用率;广西

中图分类号： S143.1;S511                            文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2021）01-0137-08

Abstract：【Objective】Effects of nitrogen application rate on different rice varieties and nitrogen utilization efficiency were studied to provide theoretical basis for breeding and using high nitrogen efficiency rice varieties. 【Method】Four nitrogen application rates（0，75，150 and 225 kg/ha） were applied on six rice varieties in Guangxi. Rice yield，main agronomic characters，nitrogen accumulation were tested to calculate nitrogen utilization efficiency under different nitrogen application rates. Correlation between rice yield and nitrogen application rate were determined by regressive analysis. The nitrogen rate for the maximum rice yield，nitrogen agronomic efficiency（NAE） and nitrogen partial factor productivity（NPFP） were estimated. 【Result】 In the range of 0-225 kg/ha nitrogen application rate，the plant height of the six rice varie-ties increased with the increase of nitrogen application rate，but the relationship between the effective panicle，ear length，grain number per ear，seed setting rate，1000-grain weight and nitrogen application rate showed inconsistent; the overall change trend of rice yield was to increase with the increase of nitrogen application rate. When the nitrogen application rate reached 225 kg/ha，the yield of the varieties increased slowly，except that Guiyefeng began to decline. Compared with the nitrogen-free block，the average yield increase was  35.92%-67.45%，the rank from high to low was Hengfengyou 777>Guiyu 11>Yexiangyou 3>Guiyefeng>Baixiangyou 139>Guiyu 9. The nitrogen uptake efficiency，NAE and NPFP of the six rice varieties showed a gradual decrease with the increase of nitrogen application rate; the contribution rate of nitrogen increased with the increase of nitrogen application rate，when the nitrogen application rate reached 225 kg/ha，the contribution rate of nitrogen  increased slowly or even began to decline. Rice varieties showed different average nitrogen utilization efficiencies with 1.53 times difference between the high one（Hengfengyu 777） and the low one（Yexiangyou 3）. The optimum nitrogen application rate for the six rice varieties to obtain the highest yields was 181.9-219.7 kg/ha，the NAE was 10.1-17.9 kg/kg，and NPFP was 30.6-41.9 kg/kg. 【Conclusion】 Rice varieties showed different nitrogen uptake efficiencies，Hengfengyou 777 and Guiyu 11 are screened as rice varieties with high nitrogen efficiency under this experiment condition.

Key words： nitrogen application rate; rice; rice variety with high nitrogen efficiency; yield; nitrogen utilization effi-ciency; Guangxi

Foundation item： National Key Research and Development Program of China（2018YFD020030603）; Guangxi Science and Technology Plan Project（Guike AD17195026， Guike AD19259007）

0 引言

【研究意义】水稻是我国的主要粮食作物，其高效优质生产对我国粮食保障及食品安全起着极其重要的作用。氮素是水稻生长和产量形成中最重要的营养元素，也是制约水稻产量的重要限制因子，合理施用氮肥可提高水稻产量，维持土壤氮素平衡。当前许多生产者为达到提高水稻单产的目的，氮肥施用严重过量，不仅降低氮肥利用效率，造成资源浪费和生产成本增加，还增加环境污染风险。目前水稻栽培品种很多，不同水稻品种对氮肥响应存在一定差异，因而不同水稻品种对氮素的吸收利用率不同，培育和筛选氮利用率较高的水稻品种是促进水稻生产氮高效利用的措施之一（章星传等，2018）。研究不同水稻品种对不同施氮量的响应差异，对培育氮高效水稻品种和制定合理的施氮量，提高氮肥利用率，以及减少环境污染均具有重要意义。【前人研究进展】当前关于施氮量与水稻产量和氮肥利用率关系方面的研究有较多报道。李俊周等（2017）的研究结果显示，适宜的施氮量能有效提高水稻Y两优886干物质积累量和产量，但过量施用氮肥会造成减产;氮肥农学利用率和氮肥偏生产力随施氮量的增加呈下降趋势。吕小红等（2017）研究施氮量对不同株型水稻产量和氮肥利用率的影响，结果表明，在一定范围内，不同株型品种产量均随施氮量的增加而增加，氮肥偏生产力则随施氮量的增加而降低。管正策等（2018）研究不同施氮量对杂交籼稻产量和氮肥利用率的影响，发现随施氮量的增加，氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率、氮肥偏生产力、氮素籽粒生产效率及氮素干物质生产效率均呈下降趋势，产量呈先升高后降低的变化趋势。李楠等（2019）认为合理的施氮量可提高氮肥利用率。从夕汉等（2019）研究表明，在施氮量0～270 kg/ha范围内，水稻籽粒产量和植株地上部干质量随施氮量的增加而显著增加，氮肥农学利用效率和氮肥生理利用效率随施氮量的增加而降低。孙志广等（2019）以18个粳稻品种为试验材料，研究结果表明，在不同的施氮水平下，各品种的氮肥农学利用率差异显著，单株谷重随氮肥施用量的增加而显著提高，氮肥偏生产力与施氮量呈负相关。肖荣英等（2019）指出，不同水稻品种产量对氮肥用量的响应程度不同，各品种之间的最佳施氮量、最高产量及氮肥利用率差异明显。【本研究切入点】虽然前人在水稻对氮肥的吸收利用方面进行了大量研究（杨广等，2019;乔月等，2020），但水稻对氮肥的吸收利用受品种特性、土壤条件、气候条件和施肥方法等因素的影响，不同区域的研究结果不尽相同（冯洋等，2014;鲁伟林等，2016;肖荣英等，2019），而关于广西稻区不同水稻品种对氮肥响应的相关研究报道较少。【拟解决的关键问题】以适宜广西稻区种植的6个水稻品种为研究对象，设计4个施氮量处理，测定不同施氮量条件下各水稻品种的产量及其主要农艺性状、干物质积累量和氮积累量，并计算氮肥利用率，通过回归分析各水稻品种产量与施氮量的关系，估算出获得最高产量时的施氮量及其氮肥农学效率和偏生产力，以期探明适宜广西稻区不同水稻品种对氮肥响应的差异，为选育和利用氮高效水稻品种提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 试验地概况

试验地点设在南宁市宾阳县武陵镇，属南亚热带季风气候，地理位置位于东经108°52′40.87″、北纬23°9′42.22″，海拔高度135 m，土壤为第四红土母质发育的黄泥田，土地平整，排灌条件良好，是宾阳县水稻生产基地之一。供试土壤基本性质：pH 5.40，全氮1.59 g/kg，全磷0.74 g/kg，全钾4.17 g/kg，有机质3.23%，水解氮173 mg/kg，速效磷30.9 mg/kg，速效钾169 mg/kg。

1. 2 试验材料

供试水稻品种：恒丰优777、野香优3号、桂野丰、桂育9号、桂育11号和百香優139，均为目前推广的水稻品种，其中恒丰优777和野香优3号为杂交稻品种，其余品种为优质常规稻。

供试肥料：尿素（含N 46%，重庆建峰化工股份有限公司）、钙镁磷肥（含P2O5 16%，云南昆阳磷肥厂有限公司）、氯化钾[含K2O 60%，中化化肥（控股）有限公司]。

1. 3 试验设计

试验设4个氮水平：不施氮（N0 0 kg/ha）、低氮（N1 75 kg/ha）、中氮（N2 150 kg/ha）和高氮（N3 225 kg/ha），6个水稻品种，共24个处理，每处理3次重复，共72个小区，每小区面积为20 m2;小区间采用塑料薄膜包裹田埂隔开，四周设置独立的排灌水沟，实行单排单灌，防止小区间串水串肥。采用秧盘育秧，于2019年3月18日播种，4月2日插秧，7月13日收获;插秧规格为株行距20 cm×25 cm，每穴插3～4苗。各小区均施等量的磷钾肥（P2O5 75 kg/ha、K2O 225 kg/ha），磷肥全部作基肥一次施下，氮肥比例为基肥∶蘖肥∶穗肥=4∶3∶3，钾肥比例为基肥∶蘖肥∶穗肥=3∶4∶3。其他田间管理措施一致，按照常规栽培管理措施进行。

1. 4 测定项目及方法

在水稻成熟期，各小区内随机调查10株水稻的有效穗和株高，并采集具有代表性的5株水稻植株带回室内作为考种材料，测定其穗长、每穗粒数、穗实粒数、千粒重和结实率;小区稻谷全部收割脱粒，测定水稻湿谷产量和稻秆鲜重，并分别采集各处理的混合稻谷样品和稻秆样品，测试氮含量和含水率。植株样品氮含量的测定采用凯氏定氮法，含水率的测定采用烘干法。氮肥利用率计算公式：

氮肥吸收利用率（%）=（施氮区植株地上部吸氮量-不施氮区植株地上部吸氮量）/氮肥施用量×100

氮肥贡献率（%）=（施氮区产量-不施氮区产量）/施氮区产量×100

氮肥农学效率（kg/kg）=（施氮区产量-不施氮区产量）/氮肥施用量

氮肥偏生产力（kg/kg）=施氮区产量/氮肥施用量

1. 5 统计分析

采用Excel 2007统计、处理试验数据和制图，采用SPSS 19.0分析试验数据。

2 结果与分析

2. 1 施氮量對不同水稻品种产量构成因素的影响

水稻株高、单位面积的有效穗数、穗粒数、结实率及千粒重等是水稻生长发育的重要指标和产量构成的重要因素。如表1所示，6个水稻品种的株高均随施氮量的增加而增高，其中最高的是高氮水平下的恒丰优777，最低的是无氮处理的桂野丰。各品种的株高在中氮和高氮水平下差异不显著（P>0.05，下同），但与低氮水平（百香优139 75 kg/ha除外）及不施氮的处理间差异达显著水平（P<0.05，下同）。有效穗数与施氮量的关系各品种表现不一致，野香优3号和桂育11号的有效穗数随施氮量的增加而增加，而百香优139和桂野丰的有效穗在低、中氮水平下随施氮量的增加而增加，当施氮量达225 kg/ha时，有效穗数下降，恒丰优777和桂育9号有效穗数则是低氮处理最高，其他处理略有降低，但差异不显著。各品种的穗长、穗粒数及千粒重随施氮量的变化规律不明显，处理间差异不显著，可能受品种的遗传特性影响较大。各水稻品种的结实率与施氮量的关系表现也不一致，恒丰优777、野香优3号（0 kg/ha除外）和桂育9号的结实率均随施氮量增加而略有下降，百香优139的结实率则随施氮量增加而增加，桂育11号和桂野丰的结实率变化无规律。

2. 2 施氮量对不同水稻品种产量的影响

图1所示，各水稻品种施氮处理产量均显著高于无氮处理产量，当施氮量由0 kg/ha增加到75 kg/ha时，水稻产量随施氮量的增加而迅速增加，当施氮量增加到225 kg/ha时，产量增加缓慢甚至开始下降。无氮处理产量最高的是桂育9号，其次是恒丰优777，最低的是桂育11号，桂育9号与百香优139和桂育11号之间产量差异达显著水平，与其他品种之间差异不显著;低氮和中氮处理产量最高的品种均是恒丰优777，其次是桂育9号，最低的是百香优139;高氮处理产量最高的品种也是恒丰优777，其次是野香优3号，最低的是百香优139。低氮、中氮和高氮处理产量与无氮处理相比，恒丰优777分别增产56.38%、70.53%和75.45%，平均为67.45%，野香优3号分别增产38.86%、51.34%和62.29%，平均为50.83%，百香优139分别增产35.86%、49.99%和52.19%，平均为46.01%，桂育9号分别增产26.18%、39.73%和41.84%，平均为35.92%，桂育11号分别增产53.01%、65.87%和70.45%，平均为63.11%，桂野丰分别增产33.35%、56.12%和55.19%，平均为48.22%;平均增产率最高的是恒丰优777，其次是桂育11号，最低的是桂育9号。各品种增产幅度不同，说明品种间氮素利用效率有差异。

2. 3 施氮量对不同水稻品种氮肥利用率的影响差异

评价氮肥施用效果的定量指标主要包括氮肥吸收利用率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力和氮肥贡献率等。从表2可看出，6个水稻品种的氮肥吸收利用率、氮肥农学效率及氮肥偏生产力均与施氮量呈负相关，即氮肥吸收利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力均随着施氮量的增加而下降。氮肥吸收利用率在18.40%～46.81%，平均为29.57%，平均氮肥吸收利用率最高的是恒丰优777（36.58%），其次是桂育11号（35.05%），最低的是野香优3号（23.88%），恒丰优777和桂育11号的平均氮肥吸收利用率分别是野香优的1.53倍和1.47倍;中氮和低氮处理氮肥吸收利用率最高的品种是恒丰优777，其次是桂育11号，最低的是野香优3号，从高到低排序为恒丰优777>桂育11号>百香优139>桂野丰>桂育9号>野香优3号;高氮处理氮肥吸收利用率最高的是桂育11号，其次是恒丰优777，最低的是野香优3号，从高到低排序为桂育11号>恒丰优777>桂野丰>百香优139>桂育9号>野香优3号。氮肥农学效率在8.80～32.31 kg/kg，平均为16.08 kg/kg，各水稻品种的氮肥农学效率与施氮量的关系变化趋势与氮肥吸收利用率变化趋势一致。氮肥偏生产力在25.66～89.61 kg/kg，平均为49.72 kg/kg，最高的是恒丰优777，其次是桂育9号，最低的是百香优139。在一定施氮量范围内，各水稻品种的氮肥贡献率与施氮量呈正相关，即随施氮量增加而增加，但施氮量达到高水平时氮肥贡献率增加缓慢甚至开始下降。恒丰优777的氮肥贡献率最大，在36.05%～43.00%，平均为40.14%，其次是桂育11号，氮肥贡献率在34.64%～41.33%，平均为38.56%，最低的是桂育9号，氮肥贡献率在20.75%～29.50%，平均为26.23%，其他3个品种处于中间水平。可见，不同水稻品种对氮的响应不同，且在不同氮水平下各水稻品种的氮肥利用率和氮肥贡献率存在一定差异。本试验条件下，恒丰优777是对氮肥利用最高效的品种，而桂育11号在常规稻品种中是氮高效品种。

2. 4 不同水稻品种产量与施氮量的回归分析结果

通过对不同水稻品种产量与施氮量的回归分析，结果表明，供试的6个水稻品种产量（y）与施氮量（x）间的关系均呈二次曲线关系，二者的曲线方程式如表3所示，依据方程式可估算各水稻品种获得最高产量时所需的施氮量。6个水稻品种的最高产量在5831.0～7645.7 kg/ha，平均为6626.2 kg/ha，所需施氮量在181.9～219.7 kg/ha，平均为194.5 kg/ha;依据各水稻品种最高产量时对应的施氮量，可计算最高产量时的氮肥农学效率和氮肥偏生产力。6个水稻品种的氮肥农学效率在10.1～17.9 kg/kg，平均为12.8 kg/kg，其中最高的是恒丰优777（17.9 kg/kg），其次是桂育11号（14.7 kg/kg），分别比平均值高39.84%和14.84%，其他品种低于平均值，从高到低排序为恒丰优777>桂育11号>桂野丰>野香优3号>百香优139>桂育9号;氮肥偏生产力在30.6～41.9 kg/kg，平均为34.2 kg/kg，其中最高的是恒丰优777（41.9 kg/kg），其次是桂育11号（35.6 kg/kg），分别比平均值高22.51%和4.09%，其他品种低于平均值，从高到低排序为恒丰优777>桂育11号>桂育9号>桂野丰>百香优139>野香优3号。上述分析结果再次验证了本试验条件下，恒丰优777和桂育11号是氮高效利用的水稻品种。

3 讨论

氮肥施用是影响水稻生长发育和产量形成的最直接因素，氮素营养状况与水稻产量密切相关。本研究结果表明，6个水稻品种的稻谷产量在施氮条件下均显著高于无氮处理产量，且随着施氮量的增加而增加，当施氮量增加到高氮量时，稻谷产量增加缓慢，甚至有的品种（桂野丰）产量开始下降。各品种稻谷产量与施氮量呈明显的二次曲线关系，与肖荣英等（2019）的研究结果一致。由于不同水稻品种产量对氮肥用量的响应程度不同（刘立军等，2014;江雅等，2019），因而获得最高产量时的适宜施氮量存在差異。瞿媛等（2018）研究表明，在施氮150 kg/ha时3个两系杂交早稻品种均获得最高产量，但增氮至250 kg/ha时产量有所下降;方林发等（2020）研究表明，在西南地区紫色土上的施氮量为150 kg/ha时水稻产量最高，当施氮量增至180 kg/ha时，水稻产量下降。本研究结果表明，在适宜的施氮量范围内，各水稻品种产量均随施氮量的增加而增加，但不同品种的适宜施氮量不同，其中恒丰优777和桂育11号在获得最高产量的适宜施氮量分别为182.6和181.9 kg/ha，其他品种的适宜施氮量在188.5～219.7 kg/ha，与陈安强等（2013）研究得出南方丘陵稻区水稻高产与环境友好双赢的容许施氮量为135.0～249.5 kg/ha的结果基本一致。

氮肥利用率是当前农业生产上最关注的问题之一。我国稻田的氮肥吸收利用率为30%～35%，农学利用效率低于10 kg/kg，较发达国家低很多，其主要原因之一是氮肥施用量过大。已有的研究结果表明，稻田氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力随施氮量增加呈下降趋势，曹彦圣等（2016）认为施氮量增加，稻田氮素泾流损失随之增加，而农学效率和偏生产力随之下降;张刚等（2016）指出稻田氨挥发损失量、氮肥淋溶损失量和土壤残留氮量均随施氮量的增加而增加。可见，制定合理的水稻施氮量对提高氮肥利用率非常重要。不同水稻品种的合理施氮量及其氮肥利用率不同，并受环境因素影响很大，研究结果也会因研究区域、土壤肥力和稻作类型等不同而差异明显。王秀斌等（2013）研究不同土壤肥力条件下施氮量对双季稻氮肥利用率的影响，结果表明，无论早稻还是晚稻，氮肥吸收利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力均表现为低产田>中产田>高产田，并均随施氮量的增加而降低;低产田、中产田和高产田的适宜施氮量分别为120、180和240 kg/ha。本研究结果表明，在施氮量75～225 kg/ha，6个水稻品种的氮肥吸收利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力均随着施氮量的增加而下降，氮肥贡献率则与稻谷产量的变化趋势相同;不同水稻品种的氮肥吸收利用率表现不一致，其中氮肥吸收利用率最高的品种是最低的1.53倍。6个水稻品种获得最高产量时的施氮量及其氮肥农学效率和氮肥偏生产力分别为181.9～219.7 kg/ha、10.1～17.9 kg/kg和30.6～41.9 kg/kg。氮肥对水稻产量和氮肥利用率的影响是多方面的，为能全面、准确地了解不同品种对氮肥的响应差异，下一步应开展不同水稻品种和施氮量在水稻各生育时期氮素的吸收累积及转运代谢方面的研究，以更好了解氮高效品种对氮素吸收的特性，有针对性地指导农民合理施用氮肥，确保水稻生产过程在提高氮肥利用率的同时达到增产增收的效果。

4 结论

不同水稻品种对氮肥的响应存在一定差异。本研究条件下，初步筛选出恒丰优777和桂育11号两个氮高效利用品种。

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（责任编辑 罗 丽）