施氮条件下不同株型水稻的土壤氨化强度和氮肥利用率研究

王柏秋　全革　刘中卓　吕小红

摘  要：以穗型直立的紧凑型水稻品种沈农07425和穗型弯曲的松散型水稻品种秋光为材料，在不同氮素水平下研究两种株型水稻品种的土壤氨化强度和氮肥利用率。结果表明，沈农07425 施氮处理的土壤氨化强度随生育进程的推进表现为上升趋势，松散型秋光施氮处理的土壤氨化强度随生育进程的推进表现为下降趋势，但两品种间土壤氨化强度均呈现N1>N2>N3的关系。沈农07425的氮肥农学利用率遵循N1>N2>N3的趋势，秋光N2处理的氮肥农学利用率最大。土壤氨化强度受品种株型、施氮水平及二者交互作用共同影响。为减少氮素氨化损失，建议不同株型水稻品种采取相应追氮模式，紧凑型沈农07425适宜低氮、氮肥早施，而松散型秋光中氮、氮肥晚施。

关键词：氮;株型;氨化强度;氮肥农学利用率

Study on Soil Ammonification Intensity and Nitrogen Fertilizer Utilization Efficiency between Different Plant Type Rice under Several Nitrogen Levels

WANG Bai-qiu ， QUAN-Ge ， LIU Zhong-zhuo ， LV Xiao-hong*

（Liaoning Institute of Saline-Alkali Land Utilization， Panjin Liaoning 124010， China）

Abstract： The soil ammonification intensity of Shennong-07425 under the nitrogen application treatments showed an upward trend with the advancement of growth process， while that of loose Akihikari showed a downward trend. However， the soil ammonification intensity between the two varieties showed a relationship of N1>N2>N3. The nitrogen agronomy efficiency of Shennong-07425 followed a trend of N1>N2>N3， and Akihikari get its highest nitrogen agronomy efficiency under N2 treatment. The soil ammonification intensity was influenced by the variety， nitrogen application and their interaction. To reduce nitrogen ammoniation loss， it is recommended to adopt corresponding nitrogen application modes for different plant types of rice varieties. The compact type Shennong-07425 is suitable for early application of low nitrogen ， while the loose type Akihikari is suitable for late application of medium nitrogen.

Key words： Nitrogen; Plant type; Ammonifying intensity; Nitrogen agronomy efficiency

氮素是土壤中重要的養分限制因子，也是水稻生长中不可缺少的最重要营养元素，外施氮肥不仅可调节作物产量品质，还影响氮肥的利用效率[1]。研究证明，在施用氮肥的前提下，水稻所需氮素有50%以上来自土壤[2]，而土壤供氮的主要方式来自于土壤有机氮的矿化[3]。氨化作用指微生物分解有机氮化物产生氨的过程，土壤中氨化作用的强弱除与有机含氮化合物的数量有关外，还受土壤环境条件的影响[4]。稻田氮肥损失中，氨挥发占很大比例，也是稻田氮肥损失的主要机制之一。目前稻田土壤氮矿化、氨化研究主要围绕热带和亚热带地区[5，6]，而北方温带地区稻田土壤氨化方面的报道较少。因此，在当前化肥减施的大背景下，以北方稻区育成的穗型直立的紧凑型水稻品种沈农07425和穗型弯曲的松散型水稻品种秋光为试材，进行施氮条件下不同株型水稻品种土壤氨化研究，旨在了解北方温带稻田土壤的氨化特征，以期丰富水稻土壤研究理论，为不同株型水稻品种的科学施肥、提高肥料利用效率提供理论依据。

1  材料与方法

1.1  试验材料

试验在沈阳农业大学水稻研究所进行，以穗型直立、株型紧凑的沈农07425和穗型弯曲、株型松散的秋光为试验材料。

1.2  试验设计

采用盆栽方式，盆钵直径30 cm，高26 cm，装土13.25 kg/盆。土壤基本理化性质如下：全氮含量为1.1 g/kg，全磷含量为2.8 g/kg，全钾含量为34 g/kg，水解氮84.5 mg/kg，有效磷38.3 mg/kg，有效钾138.7 mg/kg，有机质29.8 g/kg，pH 值5.65。

参考毛达如[7]的《植物营养研究法》设定5个氮肥水平：低氮（N1，施氮0.1 g/kg土壤）、中氮（N2，施氮0.15 g/kg土壤）、高氮（N3，施氮0.2 g /kg土壤）、完全不施肥（CK）、不施氮肥（PK，磷钾肥正常施用）。3次重复，完全随机排列。施用磷酸二铵300 kg/hm2，氯化钾225 kg/hm2。氮肥分基肥、蘖肥、穗肥（按5：3：2比例）施入，其中以尿素作为基肥，硫酸铵作为蘖肥、穗粒肥追施，磷肥和钾肥作为基肥施入。4月12日育苗，5月20日插秧，3穴/盆，1株/穴。降雨天气用遮雨棚防止氮素损失。其它栽培管理措施同生产田。

1.3  测定指标及方法

分别于分蘖期（T1）、拔节孕穗期（T2）、齐穗期（T3）、灌浆15 d（T4）、灌浆30 d（T5）、灌浆45 d（T6）取根系土壤用萘氏试剂比色法[8]测定土壤氨化强度。

1.4  数据处理

应用Microsoft Excel和DPS数据处理系统分析。

氮肥农学利用率：施氮肥区与不施氮肥区稻谷产量之差与施氮量之比，即单位施氮量的产量增加量。（单位：kg/kg）

2  结果与分析

2.1  施氮条件下不同株型水稻土壤氨化强度随生育期的变化

如圖1可知，沈农07425的N1、N2和N3处理的土壤氨化强度随生育进程的变化走势较为相似，整体上表现为上升趋势，都在齐穗期达最低值，灌浆45 d的土壤氨化强度较大，且土壤氨化强度呈现N1>N2>N3的关系，N1处理的土壤氨化强度较N2、N3高0.43%、7.90%;PK、CK处理在灌浆15 d土壤氨化强度大幅度提升，达到整个生育期的最大值，其它生育时期与N1、N2和N3处理间差异不大。秋光各处理间差异较大：PK、CK处理与沈农07425的相似，形成W型走势，而N1、N2和N3处理的土壤氨化强度随生育进程的变化走势则与沈农07425有所区别，整体上表现为下降趋势，N2、N3处理在拔节期时表现出极显著的上升趋势，随后下降，N1处理分蘖期到齐穗期极显著下降，灌浆后期也表现出微弱的下降趋势。各施氮处理间土壤氨化强度呈现N1>N2>N3的关系。由此可见，无论施肥与否，随水稻生育期的变化均表现在齐穗期有最低的土壤氨化强度，而不施氮处理在灌浆15 d土壤氨化强度很高，可能是因为土壤氮素使水稻土壤在灌浆15 d表现出了抑制氨化作用的环境，沈农07425成熟期土壤氨化强度大于分蘖和拔节期，而秋光分蘖和拔节期的土壤氨化强度大于成熟期。秋光的低氮处理在拔节期的表现不同于中氮和高氮处理。

分蘖期和灌浆15 d左右氮肥对土壤的氨化强度有抑制作用，使PK、CK处理的土壤氨化强度极显著高于N1、N2和N3，沈农07425的高中低氮三种处理间的整体差异不明显，说明施氮量对土壤氨化强度影响没有显著差异，秋光的N1处理在拔节期表现为极显著低于其他各处理，说明此时秋光各处理间的土壤氨化强度产生很大变化，低氮肥处理使秋光土壤氨化强度变小，而在成熟期施氮使土壤氨化强度明显降低。

可见，施氮处理后期两品种间差异极显著，表现为沈农07425的土壤氨化强度高于秋光，而前期，秋光与沈农07425的只有N1的差异不明显，其他处理均极显著高于沈农07425。沈农07425与秋光在低氮条件土壤的氨化强度表现相似。因此，品种的不同使其施氮处理的土壤氨化强度在成熟期产生极显著的差异，说明不同株型水稻品种在成熟期土壤氨化强度上差异表现明显，松散型秋光土壤氨化强度比紧凑型沈农07425低。

2.2  品种株型与施氮水平对土壤氨化作用强度的交互作用

表1中品种株型与施氮水平对土壤氨化作用强度的影响表明，分蘖期、拔节期、灌浆30 d和灌浆45 d土壤氨化作用强度受品种株型因素影响达到了极显著水平，而施氮水平对土壤氨化作用强度的影响在分蘖期、灌浆15 d和灌浆30 d达到极显著水平。此外，品种株型和施氮水平对土壤氨化作用强度的影响存在一定的正交互作用，除灌浆30 d外各生育期均达极显著水平，说明品种株型与施氮水平的交互作用对土壤氨化作用强度产生较大影响。

2.3  施氮条件下不同株型水稻品种氮肥利用率的比较

由表2所示，两品种各施氮处理的氮肥农学利用率在与PK、CK对照分别比较时差异较大。与PK做比较时，沈农07425的氮肥农学利用率较小，而秋光的氮肥农学利用率较大，N1、N2和N3三个处理下，秋光的氮肥农学利用率均远远大于沈农07425的氮肥农学利用率。沈农07425在N3处理下氮肥农学利用率最大，秋光在N2处理下氮肥农学利用率最大。

与CK做比较时，两株型品种的氮肥农学利用率均较大，且沈农07425的氮肥农学利用率大于秋光的氮肥农学利用率。沈农07425的氮肥农学利用率遵循N1>N2>N3的趋势，且N1与N3处理间差异显著。秋光N2处理的氮肥农学利用率最大。沈农07425的N1处理的氮肥农学利用率达到34.84 kg/kg，较N2、N3处理的氮肥农学利用率分别提高48.13%、59.45%。秋光N2处理的氮肥农学利用率达到22.20 kg/kg，较N1、N3处理的氮肥农学利用率分别提高26.42%、10.89%。以PK、CK为对照，两株型品种氮肥农学利用率的差异说明，以PK为对照的单位施氮量的产量增加量小于以CK为对照的单位施氮量的产量增加量，这与PK处理下产量大于CK处理的结果吻合。

分析品种株型与施氮水平对氮肥农学利用率的交互作用发现，以PK为对照的氮肥农学利用率受品种影响达到显著水平（表1）。

2.4  施氮水平与不同株型水稻品种土壤氨化强度及氮肥利用率的相关分析

由表3可知，拔节孕穗期、灌浆15 d的氨化作用强度（T2、T4）与氮肥农学利用率（与PK比较）极显著正相关，灌浆45 d的氨化作用强度（T6）与氮肥农学利用率（与PK比较）显著负相关。齐穗期的氨化作用强度（T3）与施氮水平显著正相关。氮肥农学利用率与施氮水平相关性未达到显著水平。

3  结论与讨论

稻田氮肥损失中，氨挥发占比约20%，也是稻田氮肥损失的主要机制之一[9]。稻田的氨挥发与土壤的氨化强度是一个问题的两方面的指标表现形式，土壤氨化强度表达了稻田氨挥发的潜力。孙宇贺[10]研究发现，单施无机肥、单施有机肥、无机肥与有机肥配施这3 种不同施肥方式下稻田土壤的氨化过程在氮矿化过程中占有重要地位。顾春朝[11]进一步研究认为，淹水培养的前7天土壤均表现出强烈的氨化和硝化作用，随着培养时期延长，氨化过程仍然持续发生，且淹水培养的施肥稻田土壤矿化过程均以氨化过程为主。不同施肥措施对土壤硝态氮氨化过程的影响具有显著差异，研究表明长期施氮会导致土壤硝态氮氨化速率随着氮肥施用量的增加而减小[12]，且分蘖期土壤硝态氮氨化潜力最高[13]。由研究可得，无论施肥与否，随水稻生育期的变化均表现在齐穗期有最低的土壤氨化强度，而不施加氮肥的处理在灌浆15 d有很高的土壤氨化强度，可能是因为土壤氮素使水稻土壤在灌浆15 d表现出了抑制氨化作用的环境，沈农07425在成熟期的土壤氨化强度大于分蘖和拔节期，而秋光分蘖和拔节期的土壤氨化强度大于成熟期。秋光的低氮处理在拔节期的表现不同于中氮和高氮处理。分蘖期和灌浆15 d左右氮肥对土壤的氨化强度有抑制作用，使未施加氮肥的PK、CK处理的土壤氨化强度极显著高于施氮处理，沈农07425的高中低氮三种处理间的整体差异不明显，说明氮肥施用量对其土壤氨化强度影响没有显著差异，秋光的低氮处理在拔节期时表现为极显著低于其他各处理，说明拔节期使秋光各处理间的土壤氨化强度产生很大变化，低氮肥处理使秋光土壤氨化强度变小，而在成熟期施氮使土壤氨化强度明显降低。施加氮肥的处理后期两品种间差异极显著，表现为沈农07425的土壤氨化强度高于秋光，而前期秋光与沈农07425的只有低氮处理的差异不明显，其他处理秋光均极显著高于沈农07425。可见，品种的不同使其施氮处理的土壤氨化强度在成熟期产生极显著的差异，不同株型水稻品种在成熟期土壤氨化强度上差异表现明显，松散型秋光土壤氨化强度比紧凑型沈农07425低。土壤氨化强度受品种株型、施氮水平及二者交互作用共同影响。

适量施氮会促进水稻生长发育和养分转化，但施氮过量会导致水稻营养生长过剩和贪青晚熟，造成肥料利用率的降低、化肥资源的浪费和生态环境的污染[14]。张洪程等[15]研究认为，氮肥利用率随施氮量的增加而增加，至中肥处理达最大值，而高肥处理则显著降低。本研究取得相似的结果，沈农07425的氮肥农学利用率遵循N1>N2>N3的趨势，秋光N2处理的氮肥农学利用率最大。结合两个品种的土壤氨化强度，沈农07425 施氮处理的土壤氨化强度随生育进程的推进表现为上升趋势，松散型秋光施氮处理的土壤氨化强度随生育进程的推进表现为下降趋势，两品种间土壤氨化强度均呈现N1>N2>N3的关系，建议不同株型水稻品种采取不同的施氮模式以减少氮素氨化损失，其中，紧凑型品种沈农07425适宜较低施氮量且氮肥尽早追施，而松散型品种秋光适宜中等施氮量且氮肥尽可能晚施。

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基金项目：辽宁省博士科研启动基金项目（20141169），辽宁省科技厅重大攻关项目（2008201002）。

收稿日期：2023-04-28

作者简介：王柏秋（1965-），男，副研究员，主要从事作物高产栽培研究工作。

*通讯作者：吕小红（1983-），女，研究员，主要从事水稻高产栽培研究工作。