不同氮肥施用模式下北方粳稻生理特性及產(chǎn)量差異

崔月峰　盧鐵鋼　孫國(guó)才　王俊茹　吳曉秋　王桂艷　王健　黃文佳

摘要：以北方粳稻鐵粳11號(hào)為試材，分析了不同氮肥施用模式下其生理特性及產(chǎn)量的差異。結(jié)果表明，基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1時(shí)，施氮量越高越有利于提高葉綠素含量、光合能力、有效穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量；基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時(shí)，中氮水平下更具有優(yōu)勢(shì)；前氮后移適用于低、中氮水平，能夠增強(qiáng)光合能力，優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成因素，提高產(chǎn)量；同一基蘗穗肥比例下，增加施氮量有利于提高總吸氮量和蛋白質(zhì)含量，而氮素生理利用率、精米率和食味值呈下降趨勢(shì)，氮素回收率和收獲指數(shù)變化存在差異；同一施氮水平下，前氮后移使總吸氮量、蛋白質(zhì)含量增加，氮素生理利用率、精米率、直鏈淀粉含量以及食味值下降，低、中氮水平使氮素回收率和收獲指數(shù)增加，高氮水平則降低；施氮量210 kg/hm2，基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時(shí)，產(chǎn)量較其他處理增加2.8%～11.3%，是本試驗(yàn)中氮肥施用的最優(yōu)模式。

關(guān)鍵詞：氮肥；粳稻；生理特性；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S143.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

隨著人民生活水平的提高，中國(guó)水稻栽培目標(biāo)已逐步由過去的追求高產(chǎn)單一目標(biāo)，向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全5方面綜合目標(biāo)的方向轉(zhuǎn)變[1]。氮素對(duì)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育具有極其重要的作用，是影響水稻光合效率、氮素利用率、品質(zhì)以及產(chǎn)量的敏感因素[2-4]；合理施用氮肥是實(shí)現(xiàn)水稻多目標(biāo)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而目前在水稻生產(chǎn)上施氮量過大，導(dǎo)致水稻氮肥利用率降低、品質(zhì)變劣。

環(huán)境污染、施肥經(jīng)濟(jì)效益下降，而且采用的“重施基肥、早施分蘗肥、輕施穗肥”方式易引起水稻前期分蘗過多、后期養(yǎng)分不足，造成成穗率和結(jié)實(shí)率下降，不利于水稻單產(chǎn)的提高[5，6]。因此合理確定水稻施氮量，科學(xué)運(yùn)籌氮肥前后期比例，探明其光合能力的變化特征，指導(dǎo)和改變生產(chǎn)中不科學(xué)的施氮方式，使產(chǎn)谷效率與氮素利用率得以協(xié)調(diào)統(tǒng)一，對(duì)實(shí)現(xiàn)水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2012年設(shè)在鐵嶺市農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)水稻試驗(yàn)田。供試土壤為棕壤土，耕層0～20 cm土層營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)含量見表1。供試品種為鐵嶺市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)水稻新品種鐵粳11號(hào)，半散穗型，主莖15片葉，生育期156 d左右。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4個(gè)施氮量（純氮）水平處理，即對(duì)照0 kg/hm2，低氮165 kg/hm2，中氮210 kg/hm2，高氮255 kg/hm2。2個(gè)氮素的基蘗穗肥不同比例處理，即重基肥模式的基肥∶蘗肥∶穗肥的比例為6∶3∶1，而前氮后移模式的基肥∶蘗肥∶穗肥的比例為4∶3∶3。所有處理均施用12%過磷酸鈣875 kg/hm2和52%硫酸鉀202 kg/hm2。磷肥做基肥100%一次施用，鉀肥做基肥和穗肥各施50%。氮肥統(tǒng)一用46%的尿素，分基肥（耙地前施）、分蘗肥（移栽后7 d施）、穗肥（倒4葉期施）3次施用。育苗方式為塑料小棚旱育苗，4月16日播種，5月26日移栽，10月8日收獲。插秧規(guī)格30 cm×13.3 cm，每穴3苗，重復(fù)3次，共計(jì)21個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積24 m2，各小區(qū)單獨(dú)打埂，單灌單排，除草、病蟲害防治等栽培措施同一般生產(chǎn)田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 葉綠素含量及光合特性 于灌漿期選擇具有代表性的植株，用SPAD502型葉綠素儀測(cè)定頂三葉葉綠素含量（SPAD值），同時(shí)采用美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400便攜式光合測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定劍葉的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率。

1.3.2 品質(zhì) 參照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 17891-1999優(yōu)質(zhì)稻谷》測(cè)定精米率、蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量和食味值。

1.3.3 氮素利用率 將成熟期烘干的葉、莖、穗樣品分別粉碎過篩后采用凱氏定氮法測(cè)定氮素含量，并計(jì)算氮素利用率。其中總吸氮量=成熟期植株總干物質(zhì)重×植株總含氮量；氮素回收率=（施氮區(qū)植株總吸氮量-空白區(qū)植株總吸氮量）/施氮量×100；氮素收獲指數(shù)=子粒吸氮量/植株總吸氮量；氮素生理利用率=（施氮區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量）/（施氮區(qū)植株總吸氮量-空白區(qū)植株總吸氮量）。

1.3.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 成熟期調(diào)查有效穗數(shù)，選6 m2實(shí)割，晾干，人工脫粒后計(jì)算產(chǎn)量，另外每小區(qū)分別取具有代表性的植株4穴，風(fēng)干后進(jìn)行室內(nèi)考種，測(cè)定其穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用EXCEL、DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥施用模式下鐵粳11號(hào)葉綠素含量差異

從表2可以看出，基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1時(shí)，隨施氮量的增加，劍葉、倒二葉和倒三葉的葉綠素含量（SPAD值）呈增加趨勢(shì)，且劍葉和倒二葉的葉綠素含量在高氮與低氮水平下差異達(dá)顯著水平（P<0.05）；基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時(shí)，頂三葉的葉綠素含量呈先增后減趨勢(shì)，但差異均未達(dá)到顯著水平。在165 kg/hm2和210 kg/hm2施氮量水平下，與基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1處理相比，基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3處理下頂三葉的葉綠素含量呈增加趨勢(shì)；在255 kg/hm2施氮量水平下，前氮后移則使得頂三葉的葉綠素含量呈降低趨勢(shì)，但差異不顯著?？傮w來(lái)看，劍葉和倒二葉的葉綠素含量以施氮量210 kg/hm2、基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3處理時(shí)達(dá)到最高值，較其他施肥模式分別增加1.7%～15.5%、1.6%～11.1%，倒三葉的葉綠素含量在各處理間差異不顯著。

2.2 不同氮肥施用模式下鐵粳11號(hào)光合特性差異

從表3可知，基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1時(shí)，隨施氮量的增加，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度以及蒸騰速率呈增加趨勢(shì)，且處理間差異基本達(dá)到顯著水平（P<0.05），而胞間CO2濃度呈降低趨勢(shì)，低氮與高氮水平下差異顯著；基肥：蘗肥：穗肥為4∶3∶3時(shí)，隨施氮量的增加，凈光合速率和蒸騰速率呈先增后減趨勢(shì)，而胞間CO2濃度呈相反趨勢(shì)。在低、中氮水平下，前氮后移有利于增加凈光合速率、氣孔導(dǎo)度以及蒸騰速率，降低了胞間CO2濃度；在高氮水平下，前氮后移導(dǎo)致凈光合速率、氣孔導(dǎo)度以及蒸騰速率下降，而胞間CO2濃度出現(xiàn)回升現(xiàn)象?？傮w來(lái)看，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度以及蒸騰速率都在施氮量210 kg/hm2、基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3處理時(shí)達(dá)到最高值，較其他施肥模式分別增加0.3%～15.3%、3.0%～41.8%、2.9%～19.9%，有利于光合作用的進(jìn)行和光合同化物的積累。

2.3 不同氮肥施用模式下鐵粳11號(hào)品質(zhì)差異

表4顯示的是不同施氮模式下鐵粳11號(hào)稻米品質(zhì)的變化特征?；省锰Y肥∶穗肥為6∶3∶1時(shí)，隨施氮量的增加，精米率和食味值呈下降趨勢(shì)，蛋白質(zhì)含量呈增加趨勢(shì)，且高氮水平下的蛋白質(zhì)含量顯著（P<0.05）高于中氮和低氮水平，直鏈淀粉含量以中氮水平占有優(yōu)勢(shì)；基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時(shí)，隨施氮量的增加，精米率、蛋白質(zhì)含量、食味值變化與基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1時(shí)保持一致，而直鏈淀粉含量呈下降趨勢(shì)。在低、中、高3個(gè)施氮量水平下，前氮后移使得精米率、直鏈淀粉含量以及食味值呈下降趨勢(shì)，蛋白質(zhì)含量呈增加趨勢(shì)，但差異均未達(dá)到顯著水平。

2.4 不同氮肥施用模式下鐵粳11號(hào)氮素利用率差異

表5表明，基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1時(shí)，隨施氮量的增加，總吸氮量、氮素回收率和氮素收獲指數(shù)呈增加趨勢(shì)，氮素生理利用率呈降低趨勢(shì)；基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時(shí)，隨施氮量的增加，總吸氮量呈增加趨勢(shì)，氮素回收率和氮素收獲指數(shù)呈先增后減趨勢(shì)，而氮素生理利用率仍表現(xiàn)為降低趨勢(shì)。在165 kg/hm2和210 kg/hm2施氮量水平下，前氮后移分別使總吸氮量增加15.4%和24.6%，氮素回收率提高36.7%和43.1%，氮素收獲指數(shù)增加6.5%和8.5%，差異均達(dá)到顯著水平（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，前氮后移使總吸氮量增加7.3%，氮素回收率和氮素收獲指數(shù)分別降低13.8%和3.3%，氮素生理利用率顯著（P<0.05）下降了21.3%。

2.5 不同氮肥施用模式下鐵粳11號(hào)產(chǎn)量及構(gòu)成因素差異

從表6可以看出，基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1時(shí)，有效穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，成穗率和結(jié)實(shí)率呈降低趨勢(shì)，實(shí)粒數(shù)以中氮水平下最高；基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時(shí)，隨施氮量的增加，有效穗數(shù)呈遞增趨勢(shì)，成穗率、實(shí)粒數(shù)和千粒重呈先增后減趨勢(shì)，結(jié)實(shí)率呈遞減趨勢(shì)，產(chǎn)量則表現(xiàn)為中氮水平下最高。在低、中氮水平下，前氮后移有利于各產(chǎn)量構(gòu)成因素的提高，進(jìn)而使產(chǎn)量分別增加4.0%和5.3%，且在中氮水平下差異顯著（P<0.05）；在高氮水平下，前氮后移有利于有效穗數(shù)的增加，而成穗率、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重有降低趨勢(shì)，致使產(chǎn)量降低了1.6%?？傮w來(lái)看，施氮量為210 kg/hm2，基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時(shí)，由于成穗率、實(shí)粒數(shù)和千粒重較其他施氮處理分別提高1.2%～10.9%、4.1%～13.9%和0.8%～3.0%，致使產(chǎn)量增加了2.8%～11.3%，是本試驗(yàn)中氮肥施用的最優(yōu)模式。

3 小結(jié)與討論

光合作用是利用光能將CO2和H2O等無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化成有機(jī)物，植物干物質(zhì)的90%～95%來(lái)自光合作用[7]。水稻葉片是最重要的光合器官，后期葉片的葉綠素含量是表征作物后期生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)的重要生理性狀，與作物的光合特性密切相關(guān)[8]。水稻產(chǎn)量的形成過程實(shí)質(zhì)上就是光合產(chǎn)物的積累和分配的過程，灌漿時(shí)期光合作用較強(qiáng)，產(chǎn)生的光合物質(zhì)較多，干物質(zhì)運(yùn)輸較快，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率較大[9]。楊惠杰等[10]認(rèn)為在穩(wěn)定穗數(shù)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大產(chǎn)量庫(kù)是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)必須尋求的有效途徑，而庫(kù)的充實(shí)則取決于光合生產(chǎn)能力（源）和光合產(chǎn)物的運(yùn)轉(zhuǎn)和分配（流）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，重施基肥時(shí)，葉綠素含量、光合能力、有效穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量隨施氮量的增加而提高，而在前氮后移時(shí)，中氮水平下更具有優(yōu)勢(shì)；在低、中氮水平下，前氮后移有利于增加葉綠素含量、提高光合能力，改善產(chǎn)量構(gòu)成因素，使產(chǎn)量分別提高4.0%和5.3%；高氮水平下，前氮后移致使光合能力下降，產(chǎn)量降低了1.6%?？傮w來(lái)看，施氮量210 kg/hm2、基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時(shí)可以使水稻生育后期抗氧化系統(tǒng)的誘導(dǎo)增加，在一定程度上緩解了水稻的逆境狀態(tài)，減輕功能葉片的損傷，從而使功能葉維持較高的葉綠素水平，增強(qiáng)了光合作用[11]，獲得適宜的穗數(shù)，提高了成穗率、實(shí)粒數(shù)和千粒重，使產(chǎn)量增加了2.8%～11.3%，成為本試驗(yàn)中氮肥施用的最優(yōu)模式。

稻米品質(zhì)主要受品種基因型和環(huán)境因素如氣候、營(yíng)養(yǎng)、水分狀況等因子控制[12]，有研究認(rèn)為氮肥用量增加和施肥時(shí)期后移可以提高稻米的蛋白質(zhì)含量，提高整精米率，而當(dāng)?shù)视昧窟^大或者氮肥追肥比例增大，則不利于稻米品質(zhì)的改善，尤其是降低食味品質(zhì)[13，14]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，同一基蘗穗肥比例下，增加施氮量有利于提高蛋白質(zhì)含量，而精米率和食味值呈下降趨勢(shì)，直鏈淀粉含量表現(xiàn)有一定差異；同一施氮水平下，前氮后移使得精米率和直鏈淀粉含量以及食味值呈下降趨勢(shì)，但促進(jìn)了蛋白質(zhì)含量的增加。

提高氮素利用率至少有兩種含義，第一是不同水稻類型或品種在整個(gè)生育期中從土壤吸收的氮素多；第二是成熟時(shí)氮素最大限度地存留在干物質(zhì)中，并且生理活性強(qiáng)[15]。中國(guó)稻田氮素利用率大多在30%～40%，較發(fā)達(dá)國(guó)家低10%～15%[16]，在不提高施肥量甚至適當(dāng)減少的基礎(chǔ)上，根據(jù)水稻對(duì)氮素的需求進(jìn)行分次施肥，適當(dāng)增加穗粒肥比例是提高水稻氮素利用率的一個(gè)有效途徑[17]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，同一基蘗穗肥比例下，施氮量越高，總吸氮量越大，氮素生理利用率越低，氮素回收率和收獲指數(shù)變化存在差異；同一施氮量下，前氮后移使總吸氮量增加、氮素生理利用率降低，但對(duì)于氮素回收率和收獲指數(shù)而言，低、中氮水平有促進(jìn)作用，而高氮水平則使之降低?？梢姷乩寐实母叩团c產(chǎn)谷的多少，不盡完全一致，只有當(dāng)?shù)鼗Y肥適宜、穗肥與其比例適當(dāng)時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一[15]。

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