不同氮肥施用模式下北方粳稻生理特性及產量差異

崔月峰　盧鐵鋼　孫國才　王俊茹　吳曉秋　王桂艷　王健　黃文佳

摘要：以北方粳稻鐵粳11號為試材，分析了不同氮肥施用模式下其生理特性及產量的差異。結果表明，基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1時，施氮量越高越有利于提高葉綠素含量、光合能力、有效穗數、千粒重和產量；基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時，中氮水平下更具有優勢；前氮后移適用于低、中氮水平，能夠增強光合能力，優化產量構成因素，提高產量；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含量，而氮素生理利用率、精米率和食味值呈下降趨勢，氮素回收率和收獲指數變化存在差異；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，產量較其他處理增加2.8%～11.3%，是本試驗中氮肥施用的最優模式。

關鍵詞：氮肥；粳稻；生理特性；產量

中圖分類號：S143.1 文獻標識碼：A 文章編號：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，中國水稻栽培目標已逐步由過去的追求高產單一目標，向高產、優質、高效、生態、安全5方面綜合目標的方向轉變[1]。氮素對水稻的生長發育具有極其重要的作用，是影響水稻光合效率、氮素利用率、品質以及產量的敏感因素[2-4]；合理施用氮肥是實現水稻多目標協調發展的關鍵環節。然而目前在水稻生產上施氮量過大，導致水稻氮肥利用率降低、品質變劣。

環境污染、施肥經濟效益下降，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、后期養分不足，造成成穗率和結實率下降，不利于水稻單產的提高[5，6]。因此合理確定水稻施氮量，科學運籌氮肥前后期比例，探明其光合能力的變化特征，指導和改變生產中不科學的施氮方式，使產谷效率與氮素利用率得以協調統一，對實現水稻優質高產具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2012年設在鐵嶺市農業科學院內水稻試驗田。供試土壤為棕壤土，耕層0～20 cm土層營養指標含量見表1。供試品種為鐵嶺市農業科學院選育的優質、高產水稻新品種鐵粳11號，半散穗型，主莖15片葉，生育期156 d左右。

1.2 試驗設計

采用隨機區組設計，4個施氮量（純氮）水平處理，即對照0 kg/hm2，低氮165 kg/hm2，中氮210 kg/hm2，高氮255 kg/hm2。2個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。插秧規格30 cm×13.3 cm，每穴3苗，重復3次，共計21個小區，小區面積24 m2，各小區單獨打埂，單灌單排，除草、病蟲害防治等栽培措施同一般生產田。

1.3 測定項目及方法

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型葉綠素儀測定頂三葉葉綠素含量（SPAD值），同時采用美國LI-COR公司生產的LI-6400便攜式光合測量系統測定劍葉的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率。

1.3.2 品質 參照中華人民共和國國家標準《GB/T 17891-1999優質稻谷》測定精米率、蛋白質含量、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定氮素含量，并計算氮素利用率。其中總吸氮量=成熟期植株總干物質重×植株總含氮量；氮素回收率=（施氮區植株總吸氮量-空白區植株總吸氮量）/施氮量×100；氮素收獲指數=子粒吸氮量/植株總吸氮量；氮素生理利用率=（施氮區產量-空白區產量）/（施氮區植株總吸氮量-空白區植株總吸氮量）。

1.3.4 產量及其構成因素 成熟期調查有效穗數，選6 m2實割，晾干，人工脫粒后計算產量，另外每小區分別取具有代表性的植株4穴，風干后進行室內考種，測定其穗粒數、結實率、千粒重等。

1.4 數據處理與分析

采用EXCEL、DPS軟件進行數據處理和方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥施用模式下鐵粳11號葉綠素含量差異

從表2可以看出，基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1時，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，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顯著水平（P<0.05）；基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時，頂三葉的葉綠素含量呈先增后減趨勢，但差異均未達到顯著水平。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；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，但差異不顯著。總體來看，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處理時達到最高值，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號光合特性差異

從表3可知，基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1時，隨施氮量的增加，凈光合速率、氣孔導度以及蒸騰速率呈增加趨勢，且處理間差異基本達到顯著水平（P<0.05），而胞間CO2濃度呈降低趨勢，低氮與高氮水平下差異顯著；基肥：蘗肥：穗肥為4∶3∶3時，隨施氮量的增加，凈光合速率和蒸騰速率呈先增后減趨勢，而胞間CO2濃度呈相反趨勢。在低、中氮水平下，前氮后移有利于增加凈光合速率、氣孔導度以及蒸騰速率，降低了胞間CO2濃度；在高氮水平下，前氮后移導致凈光合速率、氣孔導度以及蒸騰速率下降，而胞間CO2濃度出現回升現象。總體來看，凈光合速率、氣孔導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處理時達到最高值，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號品質差異

表4顯示的是不同施氮模式下鐵粳11號稻米品質的變化特征。基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1時，隨施氮量的增加，精米率和食味值呈下降趨勢，蛋白質含量呈增加趨勢，且高氮水平下的蛋白質含量顯著（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勢；基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時，隨施氮量的增加，精米率、蛋白質含量、食味值變化與基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1時保持一致，而直鏈淀粉含量呈下降趨勢。在低、中、高3個施氮量水平下，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，蛋白質含量呈增加趨勢，但差異均未達到顯著水平。

2.4 不同氮肥施用模式下鐵粳11號氮素利用率差異

表5表明，基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1時，隨施氮量的增加，總吸氮量、氮素回收率和氮素收獲指數呈增加趨勢，氮素生理利用率呈降低趨勢；基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時，隨施氮量的增加，總吸氮量呈增加趨勢，氮素回收率和氮素收獲指數呈先增后減趨勢，而氮素生理利用率仍表現為降低趨勢。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%，氮素收獲指數增加6.5%和8.5%，差異均達到顯著水平（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號產量及構成因素差異

從表6可以看出，基肥∶蘗肥∶穗肥為6∶3∶1時，有效穗數、千粒重和產量隨施氮量的增加而增加，成穗率和結實率呈降低趨勢，實粒數以中氮水平下最高；基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時，隨施氮量的增加，有效穗數呈遞增趨勢，成穗率、實粒數和千粒重呈先增后減趨勢，結實率呈遞減趨勢，產量則表現為中氮水平下最高。在低、中氮水平下，前氮后移有利于各產量構成因素的提高，進而使產量分別增加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的增加，而成穗率、實粒數、結實率和千粒重有降低趨勢，致使產量降低了1.6%。總體來看，施氮量為210 kg/hm2，基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時，由于成穗率、實粒數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%，致使產量增加了2.8%～11.3%，是本試驗中氮肥施用的最優模式。

3 小結與討論

光合作用是利用光能將CO2和H2O等無機物轉化成有機物，植物干物質的90%～95%來自光合作用[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發育狀態的重要生理性狀，與作物的光合特性密切相關[8]。水稻產量的形成過程實質上就是光合產物的積累和分配的過程，灌漿時期光合作用較強，產生的光合物質較多，干物質運輸較快，對產量的貢獻率較大[9]。楊惠杰等[10]認為在穩定穗數的基礎上，擴大產量庫是實現高產必須尋求的有效途徑，而庫的充實則取決于光合生產能力（源）和光合產物的運轉和分配（流）。本試驗結果表明，重施基肥時，葉綠素含量、光合能力、有效穗數、千粒重和產量隨施氮量的增加而提高，而在前氮后移時，中氮水平下更具有優勢；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，改善產量構成因素，使產量分別提高4.0%和5.3%；高氮水平下，前氮后移致使光合能力下降，產量降低了1.6%。總體來看，施氮量210 kg/hm2、基肥∶蘗肥∶穗肥為4∶3∶3時可以使水稻生育后期抗氧化系統的誘導增加，在一定程度上緩解了水稻的逆境狀態，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，增強了光合作用[11]，獲得適宜的穗數，提高了成穗率、實粒數和千粒重，使產量增加了2.8%～11.3%，成為本試驗中氮肥施用的最優模式。

稻米品質主要受品種基因型和環境因素如氣候、營養、水分狀況等因子控制[12]，有研究認為氮肥用量增加和施肥時期后移可以提高稻米的蛋白質含量，提高整精米率，而當氮肥用量過大或者氮肥追肥比例增大，則不利于稻米品質的改善，尤其是降低食味品質[13，14]。本試驗結果表明，同一基蘗穗肥比例下，增加施氮量有利于提高蛋白質含量，而精米率和食味值呈下降趨勢，直鏈淀粉含量表現有一定差異；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，但促進了蛋白質含量的增加。

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生育期中從土壤吸收的氮素多；第二是成熟時氮素最大限度地存留在干物質中，并且生理活性強[15]。中國稻田氮素利用率大多在30%～40%，較發達國家低10%～15%[16]，在不提高施肥量甚至適當減少的基礎上，根據水稻對氮素的需求進行分次施肥，適當增加穗粒肥比例是提高水稻氮素利用率的一個有效途徑[17]。本試驗結果表明，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，但對于氮素回收率和收獲指數而言，低、中氮水平有促進作用，而高氮水平則使之降低。可見氮素利用率的高低與產谷的多少，不盡完全一致，只有當氮素基蘗肥適宜、穗肥與其比例適當時，才能實現統一[15]。

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