不同氮肥施用模式下北方粳稻生理特性及产量差异

2016-01-12崔月峰卢铁钢孙国才王俊茹吴晓秋王桂艳王健黄文佳

湖北农业科学 2015年24期

崔月峰　卢铁钢　孙国才　王俊茹　吴晓秋　王桂艳　王健　黄文佳

摘要：以北方粳稻铁粳11号为试材，分析了不同氮肥施用模式下其生理特性及产量的差异。结果表明，基肥∶蘖肥∶穗肥为6∶3∶1时，施氮量越高越有利于提高叶绿素含量、光合能力、有效穗数、千粒重和产量；基肥∶蘖肥∶穗肥为4∶3∶3时，中氮水平下更具有优势；前氮后移适用于低、中氮水平，能够增强光合能力，优化产量构成因素，提高产量；同一基蘖穗肥比例下，增加施氮量有利于提高总吸氮量和蛋白质含量，而氮素生理利用率、精米率和食味值呈下降趋势，氮素回收率和收获指数变化存在差异；同一施氮水平下，前氮后移使总吸氮量、蛋白质含量增加，氮素生理利用率、精米率、直链淀粉含量以及食味值下降，低、中氮水平使氮素回收率和收获指数增加，高氮水平则降低；施氮量210 kg/hm2，基肥∶蘖肥∶穗肥为4∶3∶3时，产量较其他处理增加2.8%～11.3%，是本试验中氮肥施用的最优模式。

关键词：氮肥；粳稻；生理特性；产量

中图分类号：S143.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）24-6195-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.24.024

Abstract： Using the northern japonica rice Tiejing 11 as test material， the differences in their physiological characteristics and yield under different nitrogen fertilization patterns were studied. The results showed that while the nitrogen of basal： tillering： panicle was 6∶3∶1，the higher amount of nitrogen would improve the chlorophyll content， photosynthetic capacity， effective panicle， grain weight and yield； the medium nitrogen level had advantage under the ratio 4∶3∶3； nitrogen application at late growth stage was suitable for low or medium nitrogen level， which could increase photosynthetic capacity and optimize the yield components and increase yield； under the same ratio for basic tiller and ear fertilizer，the increase of nitrogen could improve total nitrogen uptake and protein content，decrease nitrogen physiological efficiency and milled rice and tasting，but nitrogen recovery and harvest index changes had difference； as application at late growth stage in same nitrogen rate， total nitrogen uptake and protein content increased， nitrogen physiological efficiency and milled rice and amylose content and tasting decreased， nitrogen recovery and harvest index increased under low or medium nitrogen level and decreased under high nitrogen level. Nitrogen application 210 kg/hm2 and the ratio 4∶3∶3 of basal： tillering： panicle made the yield increase by 2.8%～11.3%， and this is the optimal mode of nitrogen fertilizer application.

Key words：nitrogen；japonica rice；physiological characteristics；yield

随着人民生活水平的提高，中国水稻栽培目标已逐步由过去的追求高产单一目标，向高产、优质、高效、生态、安全5方面综合目标的方向转变[1]。氮素对水稻的生长发育具有极其重要的作用，是影响水稻光合效率、氮素利用率、品质以及产量的敏感因素[2-4]；合理施用氮肥是实现水稻多目标协调发展的关键环节。然而目前在水稻生产上施氮量过大，导致水稻氮肥利用率降低、品质变劣。

环境污染、施肥经济效益下降，而且采用的“重施基肥、早施分蘖肥、轻施穗肥”方式易引起水稻前期分蘖过多、后期养分不足，造成成穗率和结实率下降，不利于水稻单产的提高[5，6]。因此合理确定水稻施氮量，科学运筹氮肥前后期比例，探明其光合能力的变化特征，指导和改变生产中不科学的施氮方式，使产谷效率与氮素利用率得以协调统一，对实现水稻优质高产具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2012年设在铁岭市农业科学院内水稻试验田。供试土壤为棕壤土，耕层0～20 cm土层营养指标含量见表1。供试品种为铁岭市农业科学院选育的优质、高产水稻新品种铁粳11号，半散穗型，主茎15片叶，生育期156 d左右。

1.2 试验设计

采用随机区组设计，4个施氮量（纯氮）水平处理，即对照0 kg/hm2，低氮165 kg/hm2，中氮210 kg/hm2，高氮255 kg/hm2。2个氮素的基蘖穗肥不同比例处理，即重基肥模式的基肥∶蘖肥∶穗肥的比例为6∶3∶1，而前氮后移模式的基肥∶蘖肥∶穗肥的比例为4∶3∶3。所有处理均施用12%过磷酸钙875 kg/hm2和52%硫酸钾202 kg/hm2。磷肥做基肥100%一次施用，钾肥做基肥和穗肥各施50%。氮肥统一用46%的尿素，分基肥（耙地前施）、分蘖肥（移栽后7 d施）、穗肥（倒4叶期施）3次施用。育苗方式为塑料小棚旱育苗，4月16日播种，5月26日移栽，10月8日收获。插秧规格30 cm×13.3 cm，每穴3苗，重复3次，共计21个小区，小区面积24 m2，各小区单独打埂，单灌单排，除草、病虫害防治等栽培措施同一般生产田。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 叶绿素含量及光合特性于灌浆期选择具有代表性的植株，用SPAD502型叶绿素仪测定顶三叶叶绿素含量（SPAD值），同时采用美国LI-COR公司生产的LI-6400便携式光合测量系统测定剑叶的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率。

1.3.2 品质参照中华人民共和国国家标准《GB/T 17891-1999优质稻谷》测定精米率、蛋白质含量、直链淀粉含量和食味值。

1.3.3 氮素利用率将成熟期烘干的叶、茎、穗样品分别粉碎过筛后采用凯氏定氮法测定氮素含量，并计算氮素利用率。其中总吸氮量=成熟期植株总干物质重×植株总含氮量；氮素回收率=（施氮区植株总吸氮量-空白区植株总吸氮量）/施氮量×100；氮素收获指数=子粒吸氮量/植株总吸氮量；氮素生理利用率=（施氮区产量-空白区产量）/（施氮区植株总吸氮量-空白区植株总吸氮量）。

1.3.4 产量及其构成因素成熟期调查有效穗数，选6 m2实割，晾干，人工脱粒后计算产量，另外每小区分别取具有代表性的植株4穴，风干后进行室内考种，测定其穗粒数、结实率、千粒重等。

1.4 数据处理与分析

采用EXCEL、DPS软件进行数据处理和方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥施用模式下铁粳11号叶绿素含量差异

从表2可以看出，基肥∶蘖肥∶穗肥为6∶3∶1时，随施氮量的增加，剑叶、倒二叶和倒三叶的叶绿素含量（SPAD值）呈增加趋势，且剑叶和倒二叶的叶绿素含量在高氮与低氮水平下差异达显著水平（P<0.05）；基肥∶蘖肥∶穗肥为4∶3∶3时，顶三叶的叶绿素含量呈先增后减趋势，但差异均未达到显著水平。在165 kg/hm2和210 kg/hm2施氮量水平下，与基肥∶蘖肥∶穗肥为6∶3∶1处理相比，基肥∶蘖肥∶穗肥为4∶3∶3处理下顶三叶的叶绿素含量呈增加趋势；在255 kg/hm2施氮量水平下，前氮后移则使得顶三叶的叶绿素含量呈降低趋势，但差异不显著。总体来看，剑叶和倒二叶的叶绿素含量以施氮量210 kg/hm2、基肥∶蘖肥∶穗肥为4∶3∶3处理时达到最高值，较其他施肥模式分别增加1.7%～15.5%、1.6%～11.1%，倒三叶的叶绿素含量在各处理间差异不显著。

2.2 不同氮肥施用模式下铁粳11号光合特性差异

从表3可知，基肥∶蘖肥∶穗肥为6∶3∶1时，随施氮量的增加，净光合速率、气孔导度以及蒸腾速率呈增加趋势，且处理间差异基本达到显著水平（P<0.05），而胞间CO2浓度呈降低趋势，低氮与高氮水平下差异显著；基肥：蘖肥：穗肥为4∶3∶3时，随施氮量的增加，净光合速率和蒸腾速率呈先增后减趋势，而胞间CO2浓度呈相反趋势。在低、中氮水平下，前氮后移有利于增加净光合速率、气孔导度以及蒸腾速率，降低了胞间CO2浓度；在高氮水平下，前氮后移导致净光合速率、气孔导度以及蒸腾速率下降，而胞间CO2浓度出现回升现象。总体来看，净光合速率、气孔导度以及蒸腾速率都在施氮量210 kg/hm2、基肥∶蘖肥∶穗肥为4∶3∶3处理时达到最高值，较其他施肥模式分别增加0.3%～15.3%、3.0%～41.8%、2.9%～19.9%，有利于光合作用的进行和光合同化物的积累。

2.3 不同氮肥施用模式下铁粳11号品质差异

表4显示的是不同施氮模式下铁粳11号稻米品质的变化特征。基肥∶蘖肥∶穗肥为6∶3∶1时，随施氮量的增加，精米率和食味值呈下降趋势，蛋白质含量呈增加趋势，且高氮水平下的蛋白质含量显著（P<0.05）高于中氮和低氮水平，直链淀粉含量以中氮水平占有优势；基肥∶蘖肥∶穗肥为4∶3∶3时，随施氮量的增加，精米率、蛋白质含量、食味值变化与基肥∶蘖肥∶穗肥为6∶3∶1时保持一致，而直链淀粉含量呈下降趋势。在低、中、高3个施氮量水平下，前氮后移使得精米率、直链淀粉含量以及食味值呈下降趋势，蛋白质含量呈增加趋势，但差异均未达到显著水平。

2.4 不同氮肥施用模式下铁粳11号氮素利用率差异

表5表明，基肥∶蘖肥∶穗肥为6∶3∶1时，随施氮量的增加，总吸氮量、氮素回收率和氮素收获指数呈增加趋势，氮素生理利用率呈降低趋势；基肥∶蘖肥∶穗肥为4∶3∶3时，随施氮量的增加，总吸氮量呈增加趋势，氮素回收率和氮素收获指数呈先增后减趋势，而氮素生理利用率仍表现为降低趋势。在165 kg/hm2和210 kg/hm2施氮量水平下，前氮后移分别使总吸氮量增加15.4%和24.6%，氮素回收率提高36.7%和43.1%，氮素收获指数增加6.5%和8.5%，差异均达到显著水平（P<0.05），氮素生理利用率降低4.7%和13.8%；在255 kg/hm2施氮量水平下，前氮后移使总吸氮量增加7.3%，氮素回收率和氮素收获指数分别降低13.8%和3.3%，氮素生理利用率显著（P<0.05）下降了21.3%。

2.5 不同氮肥施用模式下铁粳11号产量及构成因素差异

从表6可以看出，基肥∶蘖肥∶穗肥为6∶3∶1时，有效穗数、千粒重和产量随施氮量的增加而增加，成穗率和结实率呈降低趋势，实粒数以中氮水平下最高；基肥∶蘖肥∶穗肥为4∶3∶3时，随施氮量的增加，有效穗数呈递增趋势，成穗率、实粒数和千粒重呈先增后减趋势，结实率呈递减趋势，产量则表现为中氮水平下最高。在低、中氮水平下，前氮后移有利于各产量构成因素的提高，进而使产量分别增加4.0%和5.3%，且在中氮水平下差异显著（P<0.05）；在高氮水平下，前氮后移有利于有效穗数的增加，而成穗率、实粒数、结实率和千粒重有降低趋势，致使产量降低了1.6%。总体来看，施氮量为210 kg/hm2，基肥∶蘖肥∶穗肥为4∶3∶3时，由于成穗率、实粒数和千粒重较其他施氮处理分别提高1.2%～10.9%、4.1%～13.9%和0.8%～3.0%，致使产量增加了2.8%～11.3%，是本试验中氮肥施用的最优模式。

3 小结与讨论

光合作用是利用光能将CO2和H2O等无机物转化成有机物，植物干物质的90%～95%来自光合作用[7]。水稻叶片是最重要的光合器官，后期叶片的叶绿素含量是表征作物后期生长发育状态的重要生理性状，与作物的光合特性密切相关[8]。水稻产量的形成过程实质上就是光合产物的积累和分配的过程，灌浆时期光合作用较强，产生的光合物质较多，干物质运输较快，对产量的贡献率较大[9]。杨惠杰等[10]认为在稳定穗数的基础上，扩大产量库是实现高产必须寻求的有效途径，而库的充实则取决于光合生产能力（源）和光合产物的运转和分配（流）。本试验结果表明，重施基肥时，叶绿素含量、光合能力、有效穗数、千粒重和产量随施氮量的增加而提高，而在前氮后移时，中氮水平下更具有优势；在低、中氮水平下，前氮后移有利于增加叶绿素含量、提高光合能力，改善产量构成因素，使产量分别提高4.0%和5.3%；高氮水平下，前氮后移致使光合能力下降，产量降低了1.6%。总体来看，施氮量210 kg/hm2、基肥∶蘖肥∶穗肥为4∶3∶3时可以使水稻生育后期抗氧化系统的诱导增加，在一定程度上缓解了水稻的逆境状态，减轻功能叶片的损伤，从而使功能叶维持较高的叶绿素水平，增强了光合作用[11]，获得适宜的穗数，提高了成穗率、实粒数和千粒重，使产量增加了2.8%～11.3%，成为本试验中氮肥施用的最优模式。

稻米品质主要受品种基因型和环境因素如气候、营养、水分状况等因子控制[12]，有研究认为氮肥用量增加和施肥时期后移可以提高稻米的蛋白质含量，提高整精米率，而当氮肥用量过大或者氮肥追肥比例增大，则不利于稻米品质的改善，尤其是降低食味品质[13，14]。本试验结果表明，同一基蘖穗肥比例下，增加施氮量有利于提高蛋白质含量，而精米率和食味值呈下降趋势，直链淀粉含量表现有一定差异；同一施氮水平下，前氮后移使得精米率和直链淀粉含量以及食味值呈下降趋势，但促进了蛋白质含量的增加。

提高氮素利用率至少有两种含义，第一是不同水稻类型或品种在整个生育期中从土壤吸收的氮素多；第二是成熟时氮素最大限度地存留在干物质中，并且生理活性强[15]。中国稻田氮素利用率大多在30%～40%，较发达国家低10%～15%[16]，在不提高施肥量甚至适当减少的基础上，根据水稻对氮素的需求进行分次施肥，适当增加穗粒肥比例是提高水稻氮素利用率的一个有效途径[17]。本试验结果表明，同一基蘖穗肥比例下，施氮量越高，总吸氮量越大，氮素生理利用率越低，氮素回收率和收获指数变化存在差异；同一施氮量下，前氮后移使总吸氮量增加、氮素生理利用率降低，但对于氮素回收率和收获指数而言，低、中氮水平有促进作用，而高氮水平则使之降低。可见氮素利用率的高低与产谷的多少，不尽完全一致，只有当氮素基蘖肥适宜、穗肥与其比例适当时，才能实现统一[15]。

参考文献：

[1] 刘建，魏亚凤，徐少安.蘖穗肥氮素配比对水稻产量、品质及氮素利用率的影响[J].华中农业大学学报，2006，25（3）：223-227.

[2] 王卫，谢小立，谢永宏，等.不同施肥制度对双季稻氮吸收、净光合速率及产量的影响[J].植物营养与肥料学报，2010，16（3）：752-757.

[3] 刘立军，桑大志，刘翠莲，等.实时实地氮肥管理对水稻产量和氮素利用率的影响[J].中国农业科学，2003，36（12）：1456-1461.

[4] 金军，徐大勇，蔡一霞，等.施氮量对水稻主要米质性状及RVA谱特征参数的影响[J].作物学报，2004，30（2）：154-158.

[5] 彭长青，李世峰，陈慧，等.沿江地区超级稻武粳15氮肥运筹技术研究[J].中国稻米，2009，2：30-32.

[6] 尹娟，勉韶平.稻田中氮肥损失途径研究进展[J].农业科学研究，2005，26（2）：76-80.

[7] 沈允钢，施教耐，许大全.动态光合作用[M].北京：科学出版社，1998，1-3.

[8] 邓仲篪，徐目，陈翠莲，等.籼粳亚种组合干物质累积效率与光合特性的关系[J].杂交水稻，1992（1）：40-44.

[9] 王先俱，邵国军，商文奇.水稻灌浆时期叶绿素与光合效率的研究[J].吉林农业科学，2008，33（3）：14-16.

[10] 杨惠杰，李义珍，黄育民，等.超高产水稻的产量构成和库源结构[J].福建农业学报，1999，14（1）：1-5.

[11] 金磊，朱启法，季学军，等.不同施氮量下皖南粳稻光合作用的差异研究[J].安徽农学通报，2014，20（1-2）：13-19.