氮肥施用量對晚稻產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.長沙縣農業科學研究所，湖南 長沙 410137；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125；3.長沙縣干杉鄉農業技術推廣站，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量及作物氮素吸收的重要栽培措施，施用氮肥能夠產生較大的經濟效益和社會效益。據世界糧農組織統計，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]，但施入農田中的氮肥被作物利用的僅為20%～40%。據報道，在南方一些主要水稻產區施氮量竟達到270～300 kg/hm2，少數甚至達到450 kg/hm2[3]。不合理施用氮肥成為限制水稻高產的主要原因之一[4]，因此，研究水稻施氮量的合理控制是農業研究與生產中的重要問題。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2009年晚稻種植期間在湖南省長沙縣干杉鄉進行。供試土壤為第四紀紅土發育的紅黃泥田，耕層土壤的基本理化性狀為：pH 5.1，有機質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 試驗設計

試驗設 7 個處理，即（1）N0，（2）N45，（3）N90，（4）N135，（5）N180，（6）N225，（7）N270（下標表示純 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。試驗設3次重復，隨機區組排列，小區面積20 m2，各小區用泥埂隔開，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 測定項目與方法

水稻收獲前1 d從各處理的3重復中各采集有代表性的植株10蔸，進行穗部性狀考察，主要包括有效穗、穗粒數、結實率、千粒重。各小區單打單收，曬干后分別計產。

植株、稻谷及土壤養分含量按常規分析方法測定[5]。

1.4 計算方法

氮素相關指標采用下列方法計算：

（1）氮素農學效率=（施肥區籽粒產量－對照區籽粒產量）/施氮量

（2）氮素吸收量=籽粒（稻草）含氮量×籽粒（稻草）產量

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

（4）吸收肥料氮量=施肥區籽粒和稻草氮素吸收量－對照區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 結果與分析

2.1 不同氮肥施用量對水稻產量的影響

不同施氮水平對水稻產量的影響較大。由表1可知，當氮肥施用量低于180 kg/hm2時，稻谷產量隨施氮量的增加而提高，當施氮量為180 kg/hm2時，產量達最高值7 813.4 kg/hm2，再增加施氮量時，產量降低；施氮量 45、90、135、180、225、270 kg/hm2分別比對照增產 30.8%、58.2%、73.9%、83.1%、75.0%和71.8%。以施氮量為自變量，產量為因變量，經二次曲線擬合發現稻谷產量與施氮量之間呈極顯著的二次曲線關系（R2=0.994**），其相關方程為y=-0.090 4 x2+35.55 x+4 244.7。根據回歸方程可計算出，當施氮量為196.6 kg/hm2時，可獲得最高產量7 739.7 kg/hm2。方差分析表明，不同施氮處理間稻谷產量存在顯著差異。由表1還可以看出，稻草的產量隨氮肥施用量的增加而增加，而氮的農學效應則隨氮肥施用量的增加而減小。

表1 不同施氮量對水稻產量的影響

2.2 不同氮肥施用量對水稻產量構成因素的影響

水稻產量由單位面積有效穗數、每穗粒數、結實率、千粒重等產量構成因素共同決定。水稻高產要求產量因素在較高水平上達到協調統一。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，單位面積有效穗數隨施氮量的增加而增加，施氮量為180 kg/hm2時，有效穗達到最高值326.4萬/hm2，再增加施氮量時，單位面積有效穗數則減少；每穗總粒數與稻谷產量和單位面積有效穗數變化趨勢一致，均隨氮肥施用量的增加呈先增加后降低的變化趨勢；結實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量，增產的主要原因是增加了有效穗數、每穗總粒數和千粒重。

表2 不同施氮量對株高及產量構成因素的影響

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，稻谷產量最高的N180處理氮肥當季利用率為34.3%；各處理氮素盈余量表明，當施氮量超過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 小結與討論

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

產量構成因子包括單位面積有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒重，它們對籽粒產量的貢獻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量構成因子。本研究表明，有效穗數對水稻籽粒產量起著非常重要的作用，結實率和穗粒數是籽粒產量的重要影響因子，千粒重對產量也有一定的影響。因此，水稻氮肥用量的確定應確保水稻有較高的成穗數，以達到水稻高產的目的。

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

水稻對氮素的吸收利用受水稻品種、土壤性質、施肥措施及田間管理等多種因素的影響。本研究發現，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學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，水稻產量降低，所以在實際生產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險。因此，綜合考慮水稻高產和氮肥高效利用，在該試驗條件下，施氮量為135～180 kg/hm2比較適宜。

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[2] 劉立軍，徐 偉，桑大志，等.實地氮肥管理提高水稻氮肥利用效率[J].作物學報，2006，32（7）：987-994.

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