氮肥用量對(duì)云南高原粳稻產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響

張錦文，鄧 偉，呂永剛，呂 瑩，徐雨然，谷安宇，年 偉，安 華，董 維，李小林

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，昆明 650200）

0 引言

水稻是重要的糧食作物之一，全世界50%以上人口以水稻為主食[1]。丁穎[2]根據(jù)水稻親緣關(guān)系將水稻分為秈稻和粳稻，根據(jù)米粒和淀粉結(jié)構(gòu)不同將水稻分為非糯稻和糯稻，糯稻中又有粳糯和秈糯。云南在地里位置上屬于高原低緯地區(qū)，因特殊的地里位置和豐富的光溫條件，粳稻種植面積有50余萬(wàn)hm2，約占全省水稻種植面積的56.7%，占云貴高原粳稻區(qū)種植面積的80%，是國(guó)內(nèi)西南地區(qū)粳稻主要推廣地區(qū)。在云南多樣的生態(tài)條件下，少數(shù)民族眾多，多種民族文化經(jīng)過(guò)多年的交融，形成了喜食糯米和以糯米為原料制作食品的生活習(xí)俗。因此，如何科學(xué)種植云南高原粳稻是提高糧食生產(chǎn)能力的重要途徑。氮素是水稻生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，可直接影響水稻的生理特性、群體構(gòu)建及產(chǎn)量的形成。水稻生產(chǎn)過(guò)程中，合理的施用氮肥不僅能增加產(chǎn)量，還能提高水稻對(duì)氮素的吸收利用，實(shí)現(xiàn)品種高產(chǎn)與肥料的高效利用。關(guān)于氮肥的使用量對(duì)水稻品種的影響，前人做了大量研究[3-11]。董明輝等[9]對(duì)江蘇具有代表性的17個(gè)粳稻品種進(jìn)行氮素吸收利用特點(diǎn)的研究，表明不同粳稻品種不同施肥水平下水稻植株含氮率、吸氮量、氮經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量生產(chǎn)力及其構(gòu)成因子間具有較大差異。殷春淵等[10]研究表明，熟期相近的中熟中秈和中熟中粳，隨著氮肥用量的增加平均產(chǎn)量增加，植株吸氮量和階段吸氮量中熟中秈比中熟中粳高。孫永健等[11]研究了不同施肥水平下2個(gè)水稻品種產(chǎn)量差異與氮素吸收和利用的關(guān)系，表明品種與施肥水平對(duì)雜交稻生育期及各階段氮素的吸收利用特征和產(chǎn)量均有顯著影響。這些研究對(duì)不同水稻品種合理施用氮肥，促進(jìn)高產(chǎn)和高效栽培起到一定的指導(dǎo)作用。目前，關(guān)于云南高原非糯粳稻和糯型粳稻品種之間氮素的吸收利用較少報(bào)道，研究氮肥管理模式，提高氮肥利用率，利用科學(xué)的種植技術(shù)提高粳稻品種產(chǎn)量有較大發(fā)展前景。筆者主要研究不同氮肥用量下云南非糯粳稻和糯型粳稻的氮肥利用及產(chǎn)量的變化情況，以明確云南低緯高原粳稻區(qū)粳稻產(chǎn)量形成過(guò)程與氮素營(yíng)養(yǎng)的關(guān)系，為高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)于2018年和2019年在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所富民試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)田為多年水旱輪作田，前茬沒(méi)有種植任何作物。2018年土壤pH 7.36，有機(jī)質(zhì)含量37.88 g/kg，全氮含量 2.49 g/kg，全磷含量1.24 g/kg，全鉀含量22.7 g/kg，有效磷含量41.8 mg/kg，速效鉀含量128 mg/kg；2019年土壤pH 7.2，有機(jī)質(zhì)含量36.74 g/kg，全氮含量2.72 g/kg，全磷含量2.11 g/kg，全鉀含量21.58 g/kg，有效磷含量43.8 mg/kg，速效鉀含量134 mg/kg。

供試材料為云南高原非糯粳稻‘楚粳28’和糯型粳稻‘云科粳1號(hào)’，品種來(lái)源于云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所。

1.2 試驗(yàn)方法

采用大田試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)氮肥處理，分別為0、75、150、225、300 kg/hm2，氮肥使用純氮，試驗(yàn)按隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，共15個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積22.5 m2。氮肥按基肥:分蘗肥:穗肥=4:3:3施用（氮肥使用方案見(jiàn)表1），磷肥用過(guò)磷酸鈣（含P2O5），施用量為75 kg/hm2；鉀肥用氯化鉀（含K2O），施用量為180 kg/hm2；磷肥和鉀肥均作基肥一次施入。試驗(yàn)小區(qū)之間用塑料隔水板作埂隔開(kāi)，試驗(yàn)材料采用單本移栽，株行距為15 cm×25 cm，按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)方案進(jìn)行管理。

表1 氮肥用量方案 kg/hm2

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 葉齡、莖蘗動(dòng)態(tài)調(diào)查 移栽后各小區(qū)不同品種去除邊行連續(xù)選取10穴水稻，每7天標(biāo)記1次主莖葉齡，并調(diào)查分蘗數(shù)，葉齡直至主莖劍葉抽出，記錄主莖總?cè)~片數(shù)，莖蘗數(shù)直至齊穗期。

1.3.2 干物質(zhì)測(cè)定 分別于分蘗盛期、齊穗期、成熟期取樣。每小區(qū)按莖蘗數(shù)的平均值取代表性植株3穴，將其分割為莖鞘、葉、穗器官，分別裝于牛皮紙袋，在105℃烘箱中殺青0.5 h后，80℃烘干至恒重，用電子稱稱量，計(jì)算地上部分干物重、抽穗后干物質(zhì)積累量、成熟期干物質(zhì)積累量。

1.3.3 植株氮含量 將分蘗盛期、齊穗期、成熟期取樣的樣品烘干處理后，用植物粉碎機(jī)粉碎，從每個(gè)處理稱取0.5 g混合樣置于消解管中，后用H2SO4-H2O2消煮，用FOSS-8400凱氏定氮儀測(cè)定氮含量。

1.3.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的測(cè)定 成熟期每小區(qū)選取非邊行60叢調(diào)查平均有效穗數(shù)，計(jì)算成穗率。每個(gè)小區(qū)全部實(shí)割測(cè)產(chǎn)，去除空癟粒和雜質(zhì)后，用谷物水分儀測(cè)定籽粒含水量，然后稱重，按14.5%的含水量換算成實(shí)際產(chǎn)量。按照平均有效穗數(shù)取代表性植株3叢，考查每穗總粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、癟粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。

1.3.5 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析 數(shù)據(jù)采用SPSS和Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行處理分析。

供試材料總吸氮量計(jì)算如式(1)，100 kg谷粒吸氮量計(jì)算如式(2)，收獲指數(shù)計(jì)算如式(3)，氮肥農(nóng)學(xué)利用率計(jì)算如式(4)，氮肥貢獻(xiàn)率計(jì)算如式(5)，氮肥吸收利用率計(jì)算如式(6)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)云南高原粳稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.1.1 氮肥處理對(duì)粳稻產(chǎn)量的影響 2年田間試驗(yàn)，2個(gè)供試品種產(chǎn)量的平均值、最大值和最小值均隨施氮量的增加而增加（表2），N0、N1處理產(chǎn)量與N2、N3、N4處理產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平，N2、N3、N4處理之間產(chǎn)量差異未達(dá)顯著水平。2個(gè)供試品種2年各處理變異系數(shù)的變化趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明產(chǎn)量在年度間的變化較小。表中增產(chǎn)幅度表示供試品種2018年和2019年處理之間產(chǎn)量增長(zhǎng)情況，首先，非糯粳稻和糯型粳稻均表現(xiàn)出隨氮肥用量增加增產(chǎn)幅度降低；其次，不同品種之間表現(xiàn)為‘云科粳1號(hào)’N0到N1處理間增產(chǎn)幅度（2年均值為27.3%）顯著大于‘楚粳28’（2年均值為17.93%），‘云科粳1號(hào)’N1到N2處理的增產(chǎn)幅度（2年均值為8.94%）顯著小于‘楚粳28’（2年均值為18.33%），說(shuō)明在低氮（氮肥用量75 kg/hm2）條件下，糯型粳稻‘云科粳1號(hào)’對(duì)氮肥的響應(yīng)大于非糯粳稻‘楚粳28’，在中氮（氮肥用量150 kg/hm2）條件下，糯型粳稻‘云科粳1號(hào)’對(duì)氮肥的響應(yīng)程度降低。

表2 不同氮肥處理下粳稻產(chǎn)量差異

續(xù)表2

2.1.2 氮肥處理對(duì)云南高原粳稻產(chǎn)量性狀的影響 表3結(jié)果顯示，氮肥對(duì)有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的影響達(dá)顯著水平，對(duì)結(jié)實(shí)率和千粒重的影響不顯著?！?8’有效穗在N0到N1處理和N3到N4處理間增長(zhǎng)快，每公頃有效穗分別增加29.34萬(wàn)穗和56.89萬(wàn)穗；‘云科粳1號(hào)’有效穗在N0到N1處理間增長(zhǎng)最快，每公頃有效穗增加44.3萬(wàn)穗。

表3 不同氮肥處理下粳稻產(chǎn)量性狀差異

2.2 氮肥用量對(duì)云南高原粳稻生育期、主莖總?cè)~片數(shù)及成穗率的影響

由于2年試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)量差異未達(dá)顯著水平，下文以2019年試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。表4結(jié)果顯示，隨著氮肥用量增加，品種生育期延長(zhǎng)。隨著氮肥用量增加，移栽至齊穗的時(shí)間延長(zhǎng)，‘楚粳28’延長(zhǎng)2～4天，‘云科粳1號(hào)’延長(zhǎng)1～7天；齊穗至成熟期，‘楚粳28’延長(zhǎng)1～3天，‘云科粳1號(hào)’延長(zhǎng)1～2天?！?8’氮肥不同處理主莖總?cè)~片數(shù)為12.3～13.3葉，氮肥對(duì)主莖總?cè)~片數(shù)的影響為0～1葉?！瓶凭?號(hào)’氮肥不同處理主莖總?cè)~片數(shù)為12.5～13.6葉，氮肥對(duì)主莖總?cè)~片數(shù)的影響為0.3～1.1葉?！?8’隨氮肥用量增加成穗率降低，N0處理成穗率最大為86.80%，N4處理成穗率為76.04%。‘云科粳1號(hào)’成穗率也表現(xiàn)為隨氮肥用量增加而降低，N0處理成穗率為84.43%，N4處理成穗率為74.67%。

表4 不同氮肥處理下粳稻關(guān)鍵生育階段、主莖總?cè)~片數(shù)及成穗率

2.3 氮肥用量對(duì)云南高原粳稻不同生育階段干物質(zhì)積累量及其比例的影響

表5結(jié)果顯示，‘楚粳28’干物質(zhì)積累量大于‘云科粳1號(hào)’。隨著氮肥用量增加，干物質(zhì)積累量顯著增加，2個(gè)品種移栽至分蘗盛期干物質(zhì)積累量隨氮肥用量的增加而增加，N3、N4處理干物質(zhì)積累量顯著高于其他處理；分蘗盛期至成熟期干物質(zhì)積累量隨氮肥用量增加呈增加的趨勢(shì)。抽穗至成熟期干物質(zhì)積累量所占比例最大。

2.4 氮肥用量對(duì)高原粳稻不同生育階段吸氮量及其比例的影響

表6結(jié)果顯示，2個(gè)品種均表現(xiàn)N0處理的吸氮量最低，N4的吸氮量最大，非糯粳稻‘楚粳28’比糯型粳稻‘云科粳1號(hào)’吸氮量多。分蘗盛期至抽穗期吸氮量比例大于抽穗至成熟期比例，大于移栽至分蘗盛期比例。

2.5 氮肥用量對(duì)云南高原粳稻氮肥吸收利用率的影響

表7結(jié)果顯示，不同氮肥處理下，隨氮肥量增加，‘楚粳28’總吸氮量呈上升趨勢(shì)，100 kg谷粒吸氮量呈先降后升的趨勢(shì)‘，云科粳1號(hào)’總吸氮量、100 kg谷粒吸氮量呈上升的趨勢(shì)‘，楚粳28’總吸氮量和100 kg谷粒吸氮量高于‘云科粳1號(hào)’?！?8’在N2處理下收獲指數(shù)和氮肥農(nóng)學(xué)利用率最高‘，云科粳1號(hào)’N1處理下收獲指數(shù)和氮肥農(nóng)學(xué)利用率最高；氮肥貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為隨氮肥用量增加呈增加趨勢(shì)‘；楚粳28’N3、N4處理氮肥吸收利用率顯著高于N1、N2處理‘，云科粳1號(hào)’N2、N4處理氮肥吸收利用率顯著高于N1、N3處理。

表7 不同氮肥處理下粳稻氮素吸收利用效率差異

3 結(jié)論

（1）在云南低緯高原粳稻區(qū)，在低氮（氮肥用量75 kg/hm2）條件下，糯型粳稻‘云科粳1號(hào)’增產(chǎn)幅度大于‘楚粳28’，對(duì)氮肥的響應(yīng)程度高；在中氮（氮肥用量150 kg/hm2）條件下，糯型粳稻‘云科粳1號(hào)’增產(chǎn)幅度小于非糯粳稻‘楚粳28’，非糯粳稻‘楚粳28’對(duì)氮肥的響應(yīng)程度高。

（2）不同氮肥處理下非糯粳稻的產(chǎn)量高于糯型粳稻，結(jié)合產(chǎn)量和氮肥吸收利用率數(shù)據(jù)，在大田種植中，非糯粳稻‘楚粳28’適合的氮肥用量為225 kg/hm2，糯型粳稻‘云科粳1號(hào)’適合的氮肥量為150 kg/hm2。

4 討論

4.1 氮肥用量對(duì)粳稻產(chǎn)量的影響

氮素對(duì)水稻產(chǎn)量的影響除水稻品種類型因素外，受生長(zhǎng)環(huán)境因素的影響較大[12-14]。本研究2個(gè)供試水稻品種均表現(xiàn)為N0、N1產(chǎn)量與N2、N3、N4處理產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平，N2、N3、N4處理之間產(chǎn)量差異未達(dá)顯著水平，本研究氮肥水平為300 kg/hm2的N4處理，后期有稻曲病發(fā)生，對(duì)產(chǎn)量造成影響。‘云科粳1號(hào)’N0到N1處理間產(chǎn)量及增產(chǎn)幅顯著大于‘楚粳28’，說(shuō)明在低氮（氮肥用量75 kg/hm2）條件下，糯型粳稻對(duì)氮肥的響應(yīng)大于非糯粳稻；N1、N2處理‘云科粳1號(hào)’的產(chǎn)量及增產(chǎn)幅度顯著小于‘楚粳28’，N3、N4處理‘云科粳1號(hào)’的產(chǎn)量小于‘楚粳28’，說(shuō)明在中氮及高氮條件下，非糯粳稻對(duì)氮肥的響應(yīng)程度大于糯型粳稻品種，因此，在少肥、土地較為貧瘠或種植方式較為粗放的稻區(qū)，種植糯稻品種能夠?qū)崿F(xiàn)更高產(chǎn)量。

水稻產(chǎn)量是由單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重共同決定，有效穗是奠定群體高產(chǎn)的基礎(chǔ)，其次是穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重[15-16]。本研究結(jié)果顯示，在氮肥處理下有效穗的變化最大，是品種產(chǎn)量的基礎(chǔ)保證，‘楚粳28’有效穗在N0到N1處理和N3到N4處理間增長(zhǎng)快，‘云科粳1號(hào)’在N0到N1處理間穗數(shù)增長(zhǎng)最快，因此在云南高原粳稻區(qū)種植粳稻時(shí)，增加有效穗，控制無(wú)效分蘗，進(jìn)而攻取大穗是提高產(chǎn)量的主要途徑。

4.2 氮肥用量對(duì)粳稻干物質(zhì)積累的影響

水稻產(chǎn)量的形成過(guò)程，實(shí)質(zhì)是干物質(zhì)生產(chǎn)、分配、轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程[17]，不同品種間干物質(zhì)具有明顯的個(gè)體差異[18-19]。關(guān)于水稻產(chǎn)量形成過(guò)程中干物質(zhì)積累與分配，林瑞余等[20]研究發(fā)現(xiàn)，水稻干物質(zhì)積累在各器官的分配比例以籽粒最大，齊穗至成熟期水稻的干物質(zhì)積累最大；唐啟源等[21]研究發(fā)現(xiàn)，不同施氮處理間干物質(zhì)積累穗生育進(jìn)程推進(jìn)逐漸加大，施氮處理對(duì)光合產(chǎn)物的積累影響主要表現(xiàn)在中后期；馬均等[22]研究表明，齊穗后的干物質(zhì)積累量與籽粒產(chǎn)量極顯著正相關(guān)。本研究中，非糯粳稻‘楚粳28’和糯型粳稻‘云科粳1號(hào)’在不同氮肥處理下各生育期干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為抽穗—成熟期最大，該研究結(jié)果與前人研究結(jié)果相同，本研究具有較高產(chǎn)量的非糯粳稻‘楚粳28’的干物質(zhì)積累量平均比糯型粳稻‘云科粳1號(hào)’高0.74 t/hm2，差異達(dá)4.42%，品種間具有個(gè)體差異。

4.3 氮肥用量對(duì)粳稻氮素吸收利用的影響

關(guān)于水稻品種間氮素吸收利用的差異研究報(bào)道較多[23-26]。已有研究表明，隨著氮肥用量的增加，水稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率降低，表現(xiàn)出密切的負(fù)相關(guān)性[27-29]。本研究中，隨著施氮量的增加，‘楚粳28’和‘云科粳1號(hào)’氮肥農(nóng)學(xué)利用率下降，與前人研究結(jié)果一致。Park等[30]研究報(bào)道，水稻品種的氮素需求量和利用率在秈稻與粳稻間有較大差異,秈稻相對(duì)于粳稻具有較高的氮素利用效率，而關(guān)于非糯稻與糯稻間間氮素吸收利用的差異研究較少，本研究不同氮肥處理非糯粳稻‘楚粳28’平均氮素吸收利用率為27.16%，糯型粳稻‘云科粳1號(hào)’平均氮肥利用率為24.51%，非糯粳稻的氮肥農(nóng)學(xué)利用率高于糯型粳稻。De Datta等[31]研究表明，各基因型氮素吸收效率存在顯著或極顯著的差異，并因年份、季節(jié)、栽培條件而表現(xiàn)穩(wěn)定的大小排序。因此，提高水稻氮素吸收利用效率的潛力很大，關(guān)于非糯粳稻和糯型粳稻品種間產(chǎn)量形成及氮素吸收的基因型差異及形成機(jī)制有待進(jìn)一步研究。