氮肥施用量對晚稻產(chǎn)量和氮肥利用效率的影響

李向輝，魯艷紅，廖育林，湯海濤，黃科延

（1.長沙縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，湖南 長沙 410137；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125；3.長沙縣干杉鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，湖南 長沙 410134）

氮素是土壤肥力中最活躍的因素，施氮也是影響作物產(chǎn)量及作物氮素吸收的重要栽培措施，施用氮肥能夠產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。據(jù)世界糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，目前我國氮肥用量占全球氮肥用量的30%[1]，為世界第一氮肥消費(fèi)大國。稻田單季化肥氮用量平均為180 kg/hm2，比世界單位面積平均用量高出75%左右[2]，但施入農(nóng)田中的氮肥被作物利用的僅為20%～40%。據(jù)報(bào)道，在南方一些主要水稻產(chǎn)區(qū)施氮量竟達(dá)到270～300 kg/hm2，少數(shù)甚至達(dá)到450 kg/hm2[3]。不合理施用氮肥成為限制水稻高產(chǎn)的主要原因之一[4]，因此，研究水稻施氮量的合理控制是農(nóng)業(yè)研究與生產(chǎn)中的重要問題。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2009年晚稻種植期間在湖南省長沙縣干杉鄉(xiāng)進(jìn)行。供試土壤為第四紀(jì)紅土發(fā)育的紅黃泥田，耕層土壤的基本理化性狀為：pH 5.1，有機(jī)質(zhì)20.7 g/kg，堿解氮 179.9 mg/kg，全氮 1.94 g/kg，速效磷32.4 mg/kg，速效鉀85.9 mg/kg，陽離子交換量（CEC）9.9[cmol（+）/kg]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè) 7 個處理，即（1）N0，（2）N45，（3）N90，（4）N135，（5）N180，（6）N225，（7）N270（下標(biāo)表示純 N 施用量，單位為kg/hm2）。各處理磷鉀用量分別按P2O545 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2施用。供試氮磷鉀化肥品種為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。磷、鉀肥均作基肥于插秧前1 d施入，并用鐵齒耙耖入泥面下約5 cm泥層中，氮肥的70%于插秧前1 d耖入土中，余下的30%在分蘗期追施。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積20 m2，各小區(qū)用泥埂隔開，單排單灌，避免水肥相互串混，整個生育期的其他田間管理與大田一致。供試晚稻品種（組合）為D優(yōu)207，于6月17日播種，7月11日插秧，10月16日收獲，株行距16.7 cm×20.0 cm。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

水稻收獲前1 d從各處理的3重復(fù)中各采集有代表性的植株10蔸，進(jìn)行穗部性狀考察，主要包括有效穗、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重。各小區(qū)單打單收，曬干后分別計(jì)產(chǎn)。

植株、稻谷及土壤養(yǎng)分含量按常規(guī)分析方法測定[5]。

1.4 計(jì)算方法

氮素相關(guān)指標(biāo)采用下列方法計(jì)算：

（1）氮素農(nóng)學(xué)效率=（施肥區(qū)籽粒產(chǎn)量－對照區(qū)籽粒產(chǎn)量）/施氮量

（2）氮素吸收量=籽粒（稻草）含氮量×籽粒（稻草）產(chǎn)量

（3）氮肥利用率=100×（施肥區(qū)籽粒氮素累積量－對照區(qū)籽粒氮素累積量）/施氮量

（4）吸收肥料氮量=施肥區(qū)籽粒和稻草氮素吸收量－對照區(qū)籽粒和稻草氮素吸收量

（5）氮素盈余量=籽粒和稻草氮素吸收量－施氮量

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥施用量對水稻產(chǎn)量的影響

不同施氮水平對水稻產(chǎn)量的影響較大。由表1可知，當(dāng)?shù)适┯昧康陀?80 kg/hm2時，稻谷產(chǎn)量隨施氮量的增加而提高，當(dāng)施氮量為180 kg/hm2時，產(chǎn)量達(dá)最高值7 813.4 kg/hm2，再增加施氮量時，產(chǎn)量降低；施氮量 45、90、135、180、225、270 kg/hm2分別比對照增產(chǎn) 30.8%、58.2%、73.9%、83.1%、75.0%和71.8%。以施氮量為自變量，產(chǎn)量為因變量，經(jīng)二次曲線擬合發(fā)現(xiàn)稻谷產(chǎn)量與施氮量之間呈極顯著的二次曲線關(guān)系（R2=0.994**），其相關(guān)方程為y=-0.090 4 x2+35.55 x+4 244.7。根據(jù)回歸方程可計(jì)算出，當(dāng)施氮量為196.6 kg/hm2時，可獲得最高產(chǎn)量7 739.7 kg/hm2。方差分析表明，不同施氮處理間稻谷產(chǎn)量存在顯著差異。由表1還可以看出，稻草的產(chǎn)量隨氮肥施用量的增加而增加，而氮的農(nóng)學(xué)效應(yīng)則隨氮肥施用量的增加而減小。

表1 不同施氮量對水稻產(chǎn)量的影響

2.2 不同氮肥施用量對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

水稻產(chǎn)量由單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素共同決定。水稻高產(chǎn)要求產(chǎn)量因素在較高水平上達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一。從表2中看出：水稻株高隨氮肥施用量的增加而增加；在低氮水平下，單位面積有效穗數(shù)隨施氮量的增加而增加，施氮量為180 kg/hm2時，有效穗達(dá)到最高值326.4萬/hm2，再增加施氮量時，單位面積有效穗數(shù)則減少；每穗總粒數(shù)與稻谷產(chǎn)量和單位面積有效穗數(shù)變化趨勢一致，均隨氮肥施用量的增加呈先增加后降低的變化趨勢；結(jié)實(shí)率隨施肥量的增加而降低；千粒重隨氮肥施用量的增加呈先增加后減少的變化趨勢，但變化幅度不大。這說明合適的氮肥施用量可以增加水稻的產(chǎn)量，增產(chǎn)的主要原因是增加了有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)和千粒重。

表2 不同施氮量對株高及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.3 不同施氮量對水稻氮素吸收利用的 影響

不同施氮量對水稻氮素的吸收和利用有明顯的影響。從表3中看出：施氮量低于180 kg/hm2，稻谷吸氮量隨著施氮量的增加而增加，施氮量為180 kg/hm2時稻谷N累積量達(dá)到最高（82.0 kg/hm2），比N0、N45、N90、N135處理分別提高 90.3%、43.9%、16.8%和4.2%，之后隨著施氮量的增加，稻谷N累積量反而下降，N180處理的稻谷氮素累積量分別比N225和N270處理高2.6%和5.5%；稻草的吸氮量隨氮肥施用量的增加而增加，施氮量 45、90、135、180、225、270 N kg/hm2分別比對照增加 36.7%、70.1%、90.0%、103.2%、112.7%和123.5%；水稻植株吸收來自肥料的氮量隨氮肥施用量的增加而增加，但當(dāng)施氮量超過180 N kg/hm2時，增加幅度減少；各處理氮肥利用率隨氮肥施用量的增加而減少，在22.9%～48.8%之間變化，稻谷產(chǎn)量最高的N180處理氮肥當(dāng)季利用率為34.3%；各處理氮素盈余量表明，當(dāng)施氮量超過135 kg/hm2時，施入的氮肥才會比水稻吸收的氮量高。

表3 不同施氮量對水稻氮素吸收利用的影響

3 小結(jié)與討論

適宜施氮量的確定除了與施肥量和施肥措施有關(guān)，還與基礎(chǔ)地力、水稻品種等因素有關(guān)。有研究表明在一定施氮量范圍內(nèi)，籽粒產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加[6-7]，超過一定范圍后則產(chǎn)量下降，甚至引起水稻后期生長過旺，造成實(shí)粒、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因子降低[7]。本研究中，當(dāng)施氮量低于180 kg/hm2時，稻谷產(chǎn)量隨施氮量的增加而提高，當(dāng)施氮量超過180 kg/hm2時，稻谷產(chǎn)量隨施氮量的增加而減少，該研究結(jié)果與已往的研究結(jié)果一致[8]。

產(chǎn)量構(gòu)成因子包括單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，它們對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)因品種和栽培措施不同而不同[9]，施氮水平顯著影響籽粒產(chǎn)量構(gòu)成因子。本研究表明，有效穗數(shù)對水稻籽粒產(chǎn)量起著非常重要的作用，結(jié)實(shí)率和穗粒數(shù)是籽粒產(chǎn)量的重要影響因子，千粒重對產(chǎn)量也有一定的影響。因此，水稻氮肥用量的確定應(yīng)確保水稻有較高的成穗數(shù)，以達(dá)到水稻高產(chǎn)的目的。

本試驗(yàn)研究還表明，增施氮肥可提高稻谷和稻草的氮吸收量，當(dāng)施氮量為180 kg/hm2時，稻谷的吸氮量最高，而稻草吸氮量最高值發(fā)生在施氮量為270 kg/hm2的處理。這說明在一定的施氮范圍內(nèi)，施氮量的增加不但有利于水稻作物產(chǎn)量的形成，同時促進(jìn)了植株對氮素的吸收和向籽粒的轉(zhuǎn)移，當(dāng)達(dá)到一定施肥量時（本試驗(yàn)條件下為180 N kg/hm2）雖然能夠繼續(xù)促進(jìn)植株對氮素的吸收，但不利于氮素向籽粒轉(zhuǎn)移。

水稻對氮素的吸收利用受水稻品種、土壤性質(zhì)、施肥措施及田間管理等多種因素的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，在其他條件一致的情況下，施氮量對氮素的吸收利用效率影響很大。氮肥利用率和氮素農(nóng)學(xué)效率均隨施氮量的增加而降低，說明降低氮肥施用量是提高氮肥利用率的途徑之一，但施氮量低，水稻產(chǎn)量降低，所以在實(shí)際生產(chǎn)中必須同時兼顧二者。氮素盈余量隨氮肥施用量增加而增加，當(dāng)施氮量超過135 kg/hm2時，施入的氮肥比水稻吸收的氮量高，過高的氮肥施用量會增加氮的流失風(fēng)險(xiǎn)。因此，綜合考慮水稻高產(chǎn)和氮肥高效利用，在該試驗(yàn)條件下，施氮量為135～180 kg/hm2比較適宜。

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