氮磷高效利用水稻品種篩選研究

楊利 張舒 馬朝紅 呂亮 劉華林 涂濤 董金梅 蔣先斌

摘? ? 要：分析比較不同水稻品種（組合）的氮、磷養(yǎng)分利用特性，篩選氮、磷節(jié)約高產(chǎn)型水稻品種，旨在為不同品種（組合）種植時合理實(shí)現(xiàn)化肥減施、提高肥料利用率和保證糧食產(chǎn)量提供科學(xué)依據(jù)。通過田間試驗(yàn)，對湖北省水稻生產(chǎn)中常用的20個主栽品種（組合）進(jìn)行了研究，試驗(yàn)對氮、磷二個因子分別設(shè)置高、中、低、和不施四個施肥水平，分別考察了各品種（組合）的氮肥、磷肥的偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用率等。結(jié)果表明，在兼顧水稻產(chǎn)量與肥料利用率的同時，‘深兩優(yōu)5814、‘廣兩優(yōu)476、‘楊兩優(yōu)6號、‘Y兩優(yōu)527、‘天優(yōu)華占、‘c兩優(yōu)華粘、‘廣兩優(yōu)香66等品種（組合）表現(xiàn)較好，屬氮、磷高效利用品種（組合）。

關(guān)鍵詞：水稻;氮磷高效利用;湖北省;品種篩選;象限分析

中圖分類號： S511? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.03.002

Research on Screening of Rice Cultivars with High Nitrogen and Phosphorus Use Efficiency

YANG Li1，2，3， ZHANG Shu1， MA Chaohong1，3，4， LYU Liang1， LIU Hualin5， TU Tao6，DONG Jinmei7，JIANG Xianbin8

（1.Institute of Plant Protection and Soil Fertilizer， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan，Hubei 430064，China;2.Key Laboratory of Fertilization from Agricultural Wastes， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Wuhan， Hubei 430064，China;3.Hubei Province Straw Agricultural Use Engineering and Technology Research Center， Wuhan， Hubei 430064，China;4. Qianjiang Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment and Arable Land Conservation， Ministry of Agriculture， Qianjiang， Hubei 433110，China; 5.Agricultural and Rural Bureau of Xiaogan City， Xiaogan， Hubei 432000，China;6.Agricultural and Rural Bureau of Qianjiang City，Qianjiang，Hubei 433199，China;7. Agricultural Technology Extension Center of Xiaogan City，Xiaogan，Hubei 432000， China;8. The Agriculture Office of Houhu Farm in Qianjiang City， Qianjiang， Hubei 433115，China）

Abstract： In order to provide a scientific basis for rationally reducing the application rates of chemical fertilizers， increasing fertilizer utilization efficiency and ensuring food production， the nitrogen and phosphorus utilization characteristics of different rice varieties commonly cultivated in Hubei Province were analyzed， and the rice varieties with both high yield and high nitrogen and phosphorus utilization efficiency were screened. 20 main rice varieties （combinations） commonly cultivated in Hubei Province were studied by field experiments. In the experiments， four fertilization levels including high， medium， low and control were set for nitrogen and phosphorus， the fertilizer partial productivity and agronomic utilization ratio of each variety were investigated. Taking account of both the rice yield and fertilizer utilization efficiency， 'Shenliangyou 5814'， 'Guangliangyou 476'， 'Yangliangyou 6'， 'Y Liangyou 527'，'Tianyou Huazhan'， 'c Liangyou Huanian'， 'Guangliangyouxiang 66' performed well， which can be identified as nitrogen and phosphorus efficient varieties （combinations）.

Key words： efficient use of nitrogen and phosphorus;Hubei Province;variety screening; quadrant analysis

水稻是我國最主要的糧食作物之一，產(chǎn)量約占谷物總產(chǎn)量的三分之一，其生長過程中，氮磷是需求量較大的營養(yǎng)元素[1-2]，合理施用氮、磷肥是保證水稻產(chǎn)量的重要技術(shù)措施[3-5]，過量施肥會造成生產(chǎn)成本增加、資源浪費(fèi)，使得肥料利用率低[6]，而施肥不足則會導(dǎo)致水稻減產(chǎn)，影響糧食安全。目前我國稻田化肥尤其氮肥施用量高于世界平均水平，從而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染、水體富營養(yǎng)化等一系列農(nóng)業(yè)環(huán)境問題[7-11]。

為了在減少化肥用量的同時保證水稻產(chǎn)量，研究不同施肥水平下水稻的農(nóng)藝性狀、以及不同水稻品種的氮磷利用效率，篩選肥料高效利用的水稻品種，可以為水稻品種選育、減肥增效提供參考。本研究以湖北主栽品種為對象，研究了不同氮磷水平下的水稻氮磷利用效率，以期為栽培、育種和生產(chǎn)實(shí)際提供決策參考。

1 材料和方法

1.1 供試材料

以20個湖北省水稻生產(chǎn)中常用的主栽水稻品種（組合）為試驗(yàn)材料，種子從市場購買或關(guān)聯(lián)的種子公司提供，試驗(yàn)前進(jìn)行發(fā)芽率測試，各品種生育期介于144～156 d，基本大致相同，具體名稱見表1。

試驗(yàn)地點(diǎn)位于孝感市孝南區(qū)陡崗鎮(zhèn)朝陽村，地勢平坦，屬于江漢平原北部、亞熱帶季風(fēng)氣候，海拔為29 m，年均降水量1 150 mm，供試土壤為潮土，質(zhì)地砂壤，肥力中上，排灌方便，前茬作物為油菜。試驗(yàn)前采基礎(chǔ)土壤，養(yǎng)分狀況[12]為pH 7.1，有機(jī)質(zhì)23.4 g·kg-1，全氮2.1 mg·kg-1，有效磷28.6 mg·kg-1，速效鉀188.2 mg·kg-1，有效硅87.6 mg·kg-1，有效鋅1.13 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)以上述20個品種（組合）為研究對象，氮設(shè)定高、中、低、不施氮4種施肥水平，N施用量分別為202.5 kg·hm-2，165 kg·hm-2，127.5 kg·hm-2，0 kg·hm-2，分別以NL、NM、NS、N0表示;磷亦設(shè)定高、中、低、不施磷4種施肥水平，P2O5施用量分別為120 kg·hm-2，90 kg·hm-2，60 kg·hm-2，0 kg·hm-2，分別以PL、PM、PS、P0表示。

試驗(yàn)重復(fù)3次，小區(qū)面積13.3 m2。

氮肥采用5-2.5-2.5運(yùn)籌，即底肥占50%，第一次追肥25%（插秧后8 d進(jìn)行），第二次追肥25%（曬田后復(fù)水時）;磷肥全部做底肥一次性施用。

所有小區(qū)均施鉀、硅、鋅肥，用量為K2O 120 kg·hm-2，底肥與追肥（曬田后復(fù)水時）各50%;硅肥、鋅肥施用量分別為大粒硅60 kg·hm-2、大粒鋅6 kg·hm-2，全部做底肥。

試驗(yàn)用肥料分別為尿素（N含量 46%，中國石油化工股份有限公司湖北化肥分公司）、過磷酸鈣（P2O5 含量12%，湖北洋豐股份有限公司）、氯化鉀（K2O 含量60%，德國鉀鹽公司）、硅肥（大粒硅，有效SiO2含量20%）和鋅肥（大粒鋅，有效Zn含量30%，）均由武漢高飛農(nóng)業(yè)有限公司提供。

水分全程實(shí)現(xiàn)應(yīng)變式肥水管理[13-14]。

試驗(yàn)為水育苗移栽，栽插密度22.5 萬蔸·hm-2，2018年5月2日播種，5月27日移栽，9月30日收獲。

1.3 測定項(xiàng)目

觀察記載各品種主要生育時期，苗情調(diào)查（每小區(qū)固定5株），成熟時各小區(qū)隨機(jī)取5株進(jìn)行考種，考察分蘗數(shù)、有效穗、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量等，各小區(qū)實(shí)收測產(chǎn)。

分別計(jì)算氮肥、磷肥的偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用率，計(jì)算公式如下：

氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)水稻產(chǎn)量/施氮量;

氮肥農(nóng)學(xué)利用率=（施氮區(qū)水稻產(chǎn)量-氮空白區(qū)水稻產(chǎn)量）/施氮量;

磷肥偏生產(chǎn)力=施磷區(qū)水稻產(chǎn)量/施磷量;

磷肥農(nóng)學(xué)利用率=（施磷區(qū)水稻產(chǎn)量-磷空白區(qū)水稻產(chǎn)量）/施磷量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013、SPSS 13.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻品種在不同氮水平下的產(chǎn)量

試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行實(shí)收計(jì)產(chǎn)（表2）。

不同水稻品種對不同氮水平條件下的產(chǎn)量反應(yīng)是不同的（圖1）。

研究的20個水稻品種中，高氮（NL）水平下，產(chǎn)量介于7 595.7～11 063.3 kg·hm-2，平均9 903.3 kg·hm-2;中氮（NM）水平下，產(chǎn)量介于7 513.1～10 980.7 kg·hm-2，平均9 808.4 kg·hm-2;低氮（NS）水平下，產(chǎn)量介于6 852.6～10 485.4 kg·hm-2，平均9 271.7 kg·hm-2。不施氮肥（N0）水平下，產(chǎn)量介于4 623.5～6 687.5 kg·hm-2，平均6 060.0 kg·hm-2。在設(shè)定的不同施氮水平條件下，施氮量與水稻產(chǎn)量存在明顯的正相關(guān)，施氮量愈高，水稻產(chǎn)量也愈高，反之亦然。

2.2 水稻品種在不同磷水平下的產(chǎn)量

不同磷水平下的產(chǎn)量見表3。

同樣，不同水稻品種對不同磷水平條件下的產(chǎn)量反應(yīng)亦不相同（圖2）。研究的20個水稻品種中，高磷（PL）水平下，產(chǎn)量介于7 430.6～11 063.3 kg·hm-2，平均9 878.5 kg·hm-2;中磷（PM）水平下，產(chǎn)量介于7 348.0～10 898.2 kg·hm-2，平均9 721.7 kg·hm-2;低磷（PS）水平下，產(chǎn)量介于6 687.5～10 567.9 kg·hm-2，平均9 131.3 kg·hm-2。不施磷肥（P0）水平下，產(chǎn)量介于6 027.0～8 834.1 kg·hm-2，平均7 979.6 kg·hm-2。不同施磷水平條件下，施磷量與水稻產(chǎn)量的相關(guān)并不明顯。

2.3 基于產(chǎn)量的不同氮效率基因型品種比較

從表1可以看出，施氮處理的水稻產(chǎn)量明顯高于不施氮的處理，且不同品種間的產(chǎn)量也存在顯著差異，整體上，雜交稻產(chǎn)量高于常規(guī)稻產(chǎn)量。依據(jù)張亞麗、Singh 等[15-20]的觀點(diǎn)，不同供氮水平產(chǎn)量均較高的品種為氮高效型，產(chǎn)量水平較低的為氮低效型，介于二者之間的品種為中間型。

分別比較20個品種在高氮-低氮組、和施氮（中氮）-無氮組的氮效率表現(xiàn)，分別以高氮、施氮（中氮）為橫坐標(biāo)，以低氮、無氮為縱坐標(biāo)進(jìn)行分類（圖3），分類表明：在高氮-低氮條件下，第Ⅰ象限（雙高效型），高氮相對于低氮條件下產(chǎn)量高于平均值，水稻品種（組合）包括V3、V5、V7、V10、V11、V12、V13、14、V16、V18、V19、V20等;第Ⅲ象限（雙低效型），其他品種（組合）產(chǎn)量低于平均值。

而在施氮（中氮）-無氮條件下，第Ⅰ象限（雙高效型），施氮相對于低氮條件下產(chǎn)量高于平均值，水稻品種（組合）包括V1、V3、V5、V7、V10、V11、V12、14、V16、V18、V19、V20等;第Ⅲ象限（雙低效型），其他品種（組合）產(chǎn)量低于平均值（圖4）。

在生產(chǎn)實(shí)際中，一般會選擇雙高效型水稻品種，以達(dá)到基于產(chǎn)量和氮高效的雙重目標(biāo)，從產(chǎn)量上看，氮素利用率較高的品種有V3、V5、V7、V10、V11、V12、14、V16、V18、V19、V20等。

2.4 基于產(chǎn)量的不同磷效率基因型品種比較

從表2可以看出，施磷處理的水稻產(chǎn)量高于不施磷的處理，不同品種間的產(chǎn)量也存在一定差異，整體上，雜交稻產(chǎn)量高于常規(guī)稻產(chǎn)量。同樣，分別比較20個品種在高磷-低磷組、和施磷（中磷）-無磷組的磷效率表現(xiàn)，分別以高磷、施磷（中磷）為橫坐標(biāo)，以低磷、無磷為縱坐標(biāo)進(jìn)行分類（圖5），分類表明：在高磷-低磷條件下，第Ⅰ象限（雙高效型），高磷相對于低磷條件下產(chǎn)量高于平均值，水稻品種（組合）包括V1、V3、V5、V7、V10、V11、V12、V14、V16、V18、V19、V20等;第Ⅲ象限（雙低效型），其他品種（組合）產(chǎn)量低于平均值。

在施磷（中氮）-無磷條件下，第Ⅰ象限（雙高效型），施磷相對于低磷條件下產(chǎn)量高于平均值，水稻品種（組合）包括V1、V3、V5、V7、V10、V11、V12、V 14、V16、V18、V19、V20等;第Ⅲ象限（雙低效型），其他品種（組合）產(chǎn)量低于平均值（圖6）。

在高磷-低磷組、和施磷（中磷）-無磷組各水稻品種（組合）的磷效率表現(xiàn)基本一樣，這與張玉屏、李敏[21-22]等的研究是一致的。

2.5 不同氮水平下的氮肥利用率

從表4可以看出，隨著施氮量逐漸減少，水稻氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率均逐漸提高。各品種在不同氮肥水平下氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率表現(xiàn)較為一致，較高的水稻品種有V1、V3、V7、V10、V14、V16、V18、V19等。

2.6 不同磷水平下的磷肥利用率

從表5可以看出，隨著施磷量逐漸減少，水稻磷肥偏生產(chǎn)力逐漸提高，施磷量愈少，磷肥偏生產(chǎn)力愈高，磷肥農(nóng)學(xué)利用率只有在中磷水平下表現(xiàn)為最好。各品種在不同磷肥水平下磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥農(nóng)學(xué)利用率表現(xiàn)較高的水稻品種有V1、V3、V7、V10、V12、V14、V16、V19等。

2.7 高效水稻品種的產(chǎn)量構(gòu)成因素

結(jié)合不同氮磷水平下的產(chǎn)量水平、以及不同水稻品種的氮、磷肥利用率表現(xiàn)，V1、V3、V7、V10、V14、V16、V19等水稻品種等具有氮、磷高效特性。通過考種獲得各高效水稻品種的產(chǎn)量構(gòu)成因素（表6）。

3 結(jié)論與討論

在目前水稻生產(chǎn)形勢下，既要保證水稻產(chǎn)量，又要保護(hù)生態(tài)環(huán)境，化肥減施增效是水稻綠色高質(zhì)量發(fā)展的重要內(nèi)容。水稻的高質(zhì)量發(fā)展，對化肥的使用要求也越來越嚴(yán)苛，而其中減少化肥用量、提高肥料利用率是最主要的研發(fā)方向，目前研發(fā)化肥替代品、新型高效肥料產(chǎn)品、及改進(jìn)肥料施用方法等是關(guān)于肥料產(chǎn)品及施用技術(shù)的主流方向[4-5，7]，而在育種方面，選育肥料高效利用率的水稻品種，既是育種家關(guān)注的方面，也是水稻生產(chǎn)實(shí)際品種選擇的重要內(nèi)容[6-7，15，20-22]。

本研究中，研究了本地區(qū)水稻生產(chǎn)中主栽的推廣面積較大的品種，表明‘深兩優(yōu)5814、‘廣兩優(yōu)476、‘楊兩優(yōu)6號、‘Y兩優(yōu)527、‘天優(yōu)華占、‘c兩優(yōu)華粘、‘廣兩優(yōu)香66等品種（組合）在兼顧水稻產(chǎn)量表現(xiàn)、與肥料利用率等方面具有較好表現(xiàn)，可以作為本區(qū)域目前相同土壤條件、與肥水管理?xiàng)l件下肥料高效利用的推薦使用品種。但是這僅僅只是從水稻品種的肥料利用率、產(chǎn)量表現(xiàn)方面的考量，水稻的食味品質(zhì)與施肥量之間存在相當(dāng)?shù)年P(guān)聯(lián)性，尤其蛋白質(zhì)含量與施氮量之間[23-24]，因此肥料高效利用水稻品種，其施肥量與稻米品質(zhì)則需要進(jìn)行更深入的研究。

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