不同地力条件下施氮量对杂交籼稻干物质积累、氮肥利用率和产量的影响

韩志丽 许桂玲 冯跃华,2* 王晓珂 卢苇 李杰 高钰琪 任红军 由晓璇

（1 贵州大学 农学院，贵阳 550025；2 贵州大学山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室，贵阳 550025；第一作者：2438952686@qq.com；*通讯作者：fengyuehua2006@126.com）

水稻是世界上重要的粮食作物之一。氮是水稻生长的重要营养元素[1-2]，氮肥对水稻的增产有巨大贡献[3]。然而，在实际生产中，我国氮肥施用存在一定的盲目性，氮肥过量施用直接或者间接引起水稻病害加剧、倒伏、产量下降和氮肥利用率降低，而且会对地下水和大气造成污染[4]。近年来，由于城市化的快速推进和人口数量急剧增加，我国总耕地面积和人均耕地面积呈“刚性”减少趋势，且在有限的耕地资源中，中低产田比例高达70%左右，严重制约我国粮食持续增产[5]。针对不同地力田块如何合理施用氮肥，已成为一个重要研究课题。黎建勇等[6]研究发现，随着施氮量的增加，水稻抽穗期和抽穗至成熟期的干物质积累量增加，而茎叶转运率降低。张绍文等[7]研究认为，施氮量对水稻产量和氮素利用率有显著影响，杂交籼稻的适宜施氮量为135~180 kg/hm2。徐敏等[8]研究表明，产量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势。以上学者的研究仅涉及一种地力条件。也有学者开展了不同地力条件下施氮量对水稻产量、干物质积累和氮素利用率的研究。刘艳阳等[9]研究表明，在高、中、低地力的土壤上，施氮量与武香粳14、武粳15 的产量和氮肥利用率均呈抛物线关系，而干物质积累量随施氮量的增加而增加。张军等[10]研究表明，中粳稻品种徐稻3 号的产量在不同施氮水平下均随地力条件的升高而提高，氮肥表观利用率与施氮量之间存在二次相关关系，在不同地力下，随着施氮量的增加，拔节至抽穗期的干物质积累比例呈线性上升趋势。但二者的研究材料均为粳稻品种。以往研究涉及籼稻特别是超级杂交籼稻较少。因此，作者设置了本试验，旨在为贵州省超级杂交籼稻的高产栽培提供科学的氮肥施用依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 试验地点和材料

本试验于2020 年在贵州省黄平县旧州镇寨碧村（26°59′44.59″ N，107°43′58.90″ E）进行。试验品种为宜香优2115（由四川绿丹种业有限公司提供）。

1.2 试验方法

试验设地力（S）和施氮量（N）两因素处理。地力为通过土壤养分测定选定具有代表性的高地力（H）、较高地力（RH）、中地力（M）、低地力（L）田块各1 块，具体肥力指标见表1；施氮量设N0（0 kg/hm2）、N1（75 kg/hm2）、N2（150 kg/hm2）和N3（225 kg/hm2）4 个水平。氮肥处理采用分次施肥法，基肥、分蘖肥、促花肥和保花肥的施氮量分别占总施氮量的35%、20%、30%和15%；磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）的用量分别为96 kg/hm2、135 kg/hm2，磷肥作基肥一次性施入，钾肥作基肥和保花肥各施50%。每个处理重复3 次，小区面积8.8 m2，随机排列。移栽规格30 cm×20 cm。4 月21 日播种，5 月27日移栽，田间精细管理，及时控制病虫害。

表1 供试土壤化学性质

1.3 测定项目与方法

1.3.1 产量及其构成

成熟期每个小区选40 丛测产，单打单收，晒干后测定稻谷质量和含水量，折合含水量13.5%，记为实收产量。在测产的同时，根据田间调查的平均茎蘖数，选取代表性植株6 丛作为每个小区考种样品，考察水稻的产量构成。

1.3.2 干物质积累及转运

分别于水稻抽穗期和成熟期按每个小区平均茎蘖数取代表性植株4 丛。抽穗期测定茎鞘、叶、穗的干物质量；成熟期测定叶、枝梗、实粒、秕粒干物质量。测定时，把样品分别装袋，于105 ℃条件下杀青30 min，再经80 ℃烘干到恒质量，测定干物质量。穗前干物质积累量用抽穗期干物质积累量表示，穗后干物质积累量用成熟期与穗前干物质积累量之差表示。

茎叶干物质转运量=抽穗期茎叶的干物质积累量－成熟期茎叶的干物质积累量；

茎叶干物质转运率=茎叶干物质的转运量/抽穗期茎叶干物质积累量×100%；

茎叶干物质转化率=[（抽穗期茎叶干物质量－成熟期茎叶干物质量）/籽粒干物质量]×100%；

穗后干物质积累比例=抽穗期至成熟期干物质积累量/生物总量×100%；

穗部干物质增加量=成熟期穗部干物质积累量－抽穗期穗部干物质积累量；

穗后比例= [（成熟期干物质积累量－抽穗期总干物质积累量）/籽粒干物质量]×100%；

茎叶干物质转运对穗部的贡献率=茎叶的干物质转运量/抽穗至成熟期穗部干物质积累量×100%；

光合作用对穗部的贡献率=1－茎叶干物质转运对穗部的贡献率；

收获指数=实粒干物质量/生物总量×100%。

1.3.3 氮肥利用率

氮肥吸收利用率（%）= [（施氮区植株氮素积累量-未施氮区植株氮素积累量）/（施氮区施氮量）]×100%；

氮肥生理利用率（kg/kg）=（施氮区稻谷产量-未施氮区稻谷产量）/（施氮区植株氮素积累量-未施氮区植株氮素积累量）；

氮肥农学利用率（kg/kg）=（施氮区稻谷产量-未施氮区稻谷产量）/施氮区施氮量；

氮肥偏生产力（kg/kg）=施氮区产量/施氮区施氮量。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2016 软件进行整理和计算，并用SAS 9.0 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同地力条件下施氮量对杂交籼稻宜香优2115产量及产量构成的影响

由表2 可知，随着施氮量的增加，宜香优2115 有效穗数逐渐升高，且各处理间差异显著，其中N3 显著高于其他处理；每穗粒数随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，其中N1、N2 处理间差异不显著，二者显著高于N0 和N3 处理；随着施氮量的增加，千粒重和结实率逐渐降低，其中千粒重N0 处理显著高于N2、N3 处理，结实率各处理间差异均显著。

由表2 可见，随着地力水平的降低，宜香优2115有效穗数呈下降趋势，且各处理间差异显著；每穗粒数则呈上升趋势，各处理间存在一定的显著性差异。方差分析结果表明，地力条件和施氮量对有效穗数、每穗粒数和结实率的影响均达显著或极显著水平，地力水平和施氮量的互作对有效穗数的影响达显著水平。

表2 不同地力条件下施氮量对水稻产量及产量构成的影响

由表2 可见，随着施氮量的增加，宜香优2115 产量呈先升高后降低的变化趋势，N2 处理下的产量显著高于其余3 个施氮处理，N1 和N3 处理间无显著差异，但均显著高于N0 处理；随着地力水平的降低，产量呈逐渐降低趋势，其中高地力（H、RH）条件下的产量显著高于中低地力（M、L）。方差分析结果表明，地力水平和施氮量互作对产量影响不显著，但施氮量和地力水平均对产量有极显著影响。

在本试验条件下，宜香优2115 在各地力条件下施氮量和产量之间呈抛物线关系。根据回归方程可以推算出，H、RH、M、L 地力条件下，水稻最高产量分别为10 829.94、10 107.20、9 757.30 和9 112.37 kg/hm2，其对应 的 适 宜 施 氮 量 分 别 为141.96、165.47、154.86 和152.98 kg/hm2（表3）。

表3 不同地力条件下水稻产量回归方程和最高产量、施氮量

2.2 不同地力条件下施氮量对杂交籼稻宜香优2115干物质积累量的影响

由表4 可知，随着施氮量的增加，宜香优2115 的穗前干物质积累量均逐渐增加，其中N2、N3 处理间差异不显著，二者显著高于N0 和N1 处理；成熟期干物质积累量呈先升后降的趋势，其中N2 和N3 处理显著高于N0 和N1 处理；穗后干物质积累量N1 和N2 处理间无显著差异，但均显著高于N0 和N3 处理；穗后干物质积累比例呈现先增后降趋势，其中N1 和N2 处理间无显著差异，但均显著高于N0 和N3 处理；收获指数随施氮量的增加先增后降，N3 处理显著低于其他3个施氮处理。

由表4 可知，随着地力水平的降低，宜香优2115穗前和成熟期干物质积累量均逐渐下降，穗后干物质积累量先减后增，H 地力条件下均显著高于其他3 种地力条件；穗后比例呈逐渐降低趋势，其中H 和RH 地力无显著差异，但均显著高于M 地力，极显著高于L地力。方差分析结果表明，地力和施氮水平对成熟期干物质积累量无显著的交互作用，而对其余相关指标均具有显著或极显著的交互作用；施氮量和地力条件对各项指标的影响均达显著或极显著水平。

表4 不同地力条件下施氮量对水稻干物质积累量

2.3 不同地力条件下施氮量对杂交籼稻宜香优2115抽穗－成熟期各器官干物质转运的影响

由表5 可知，随着施氮量的增加，茎叶干物质转运量和茎叶干物质转运对穗部贡献率均呈先增加后降低的趋势，其中茎叶干物质转运量N1 和N2 处理间无显著差异，但二者均显著高于N0 和N3 处理，茎叶干物质转运对穗部贡献率N1 与N2 处理差异不显著，但显著高于N0 和N3 处理；茎叶干物质转运率N0 和N1 处理无显著差异，但均显著高于N3 处理；茎叶干物质转化率N1 处理显著高于其他3 个施氮处理；穗部干物质增加量随施氮量增加呈逐渐增加的趋势，且N3 显著高于其他3 个施氮处理；光合作用对穗部的贡献率呈先降后增的趋势，N0 处理显著高于N2 处理。

表5 不同地力条件下施氮量对水稻干物质转运的影响

随着地力水平的降低，穗部干物质增加量呈逐渐降低的趋势，其中，H 条件的穗部干物质增加量显著高于其他3 种地力条件；随地力的下降，茎叶干物质转运量、茎叶干物质转运率和茎叶干物质转运对穗部贡献率先增后降，其中茎叶干物质转运量L 条件显著低于其他3 个地力条件，茎叶干物质转运率各处理间差异显著，而茎叶干物质转运对穗部贡献率RH 条件显著高于L 条件；光合作用对穗部的贡献率L 条件显著高于其他3 个地力条件。

方差分析结果表明，地力条件和施氮水平对干物质转运的各项指标均有显著或极显著影响；除茎叶转运量和穗部干物质增加量外，地力水平和施氮量对其余指标均有显著的交互作用（表5）。

2.4 不同地力条件下施氮量对杂交籼稻宜香优2115氮肥利用率的影响

由表6 可知，随着施氮量的增加，氮肥吸收利用率、农学利用率和偏生产力逐渐降低，且各处理间存在显著差异，氮肥生理利用率无明显变化规律。

由表6 可知，氮肥吸收利用率M 和L 条件间无显著性差异，但二者均显著低于H 和RH 条件；除L 条件外，氮肥生理利用率随地力条件的降低而逐渐降低，且各处理间差异显著；偏生产力随地力条件降低呈先增加后降低趋势。

方差分析结果（表6）表明，施氮量对氮肥偏生产力、农学利用率的影响达极显著水平，对氮肥吸收利用率和生理利用率影响达显著水平，地力条件对氮肥农学利用率和氮肥生理利用率的影响达极显著水平，而二者互作仅对氮肥生理利用率影响达极显著，对氮肥吸收利用率影响达显著水平。

表6 不同地力条件下施氮量对水稻干物质氮肥利用率的影响

3 结论与讨论

氮肥施用量对水稻产量和产量构成有着重要的影响。已有研究表明，适当增施氮肥可以使水稻增产，水稻产量随施氮量的增加表现为先增加后减少[8,11]。本研究表明，在4 种地力条件下，施氮处理的产量显著高于不施氮处理，随着施氮量的增加，产量呈先增加后降低的趋势，进一步证明施氮量对超级杂交籼稻产量有显著影响，适量增施氮有利于水稻增产，但达到一定水平时，水稻增产效果并不明显，且有下降趋势。从本研究的结果看，高、较高、中、低地力稻田获得高产的施氮量宜分别定为141.96、165.47、154.86 和152.98 kg/hm2。

此外，本研究发现，稻田地力条件越高水稻产量越高。夏圣益等[12]通过研究施氮水平与作物产量的关系发现，基础地力高的土壤农作物获得高产的潜力越大。同样，刘艳阳等[13]的研究发现，相比其他地力条件，高地力条件在促进水稻高产方面具有一定优势。本研究结果与前人研究结论一致。可见，水稻的生产与地力条件有着密切关系，应重视中低产田地力的培育和提升，提高稻田土壤基础地力对水稻高产稳产尤为重要。

干物质积累量是水稻产量高低的重要依据之一。本研究表明，随着施氮量增加，穗前干物质积累量逐渐增加，成熟期干物质积累量和穗后积累比例也均呈逐渐增加趋势，表明施氮量的增加对水稻生育后期干物质积累量影响较大，此研究结果与吴宗钊等[14]结果一致。其原因可能与试验所选材料的叶片特征有关，宜香优2115 叶片较宽、颜色深绿，利于其进行光作用进而拥有较强的物质生产能力。

施氮量与氮肥利用率关系密切。施氮量过高，则氮肥利用率降低，造成氮素的损失和环境污染[15-17]。本研究结果表明，施氮量过高，氮肥吸收利用率、农学利用率和偏生产力会降低。其原因可能在于农田长期大量施用氮肥会造成土壤氮素的大量盈余[18-20]，而水稻吸收利用土壤氮素的比例高于肥料[21]，因此降低了氮肥利用率。

本研究发现，地力条件不同，水稻氮肥利用率也存在一定的差异，随着地力条件的降低，氮肥吸收利用率和生理利用率有降低趋势，与张军等[22]的研究结论一致。因此，根据不同稻田地力条件制定适宜施氮量，对水稻实际生产中因地力施氮，从而实现高产高效具有重要的技术指导作用。

中等施氮量能使杂交籼稻在不同地力条件下获得较高的干物质积累量和转运能力及较高的氮肥利用率，从而实现杂交籼稻的高产稳产。