根部增氧模式對水稻產量與氮素利用的影響

胡志華，朱練峰，林育炯，張均華，胡繼杰，禹盛苗，曹小闖，金千瑜*

（1 中國水稻研究所，浙江杭州 310006；2 江西省紅壤研究所，國家紅壤改良工程技術研究中心，江西南昌 330046）

根部增氧模式對水稻產量與氮素利用的影響

胡志華1,2，朱練峰1，林育炯1，張均華1，胡繼杰1，禹盛苗1，曹小闖1，金千瑜1*

（1 中國水稻研究所，浙江杭州 310006；2 江西省紅壤研究所，國家紅壤改良工程技術研究中心，江西南昌 330046）

【目的】根部缺氧是影響水稻生長發育與養分吸收的主要非生物因子之一。為了明確不同增氧模式的作用效果，探明水稻產量和氮素利用效率對根部增氧的響應特征，本試驗研究了不同根部增氧模式下水稻生長動態、產量和氮素吸收積累與轉運特性。 【方法】以深水水稻品種 IR45765-3B 和水稻品種中浙優 1 號為材料，試驗在頂部用透明塑料膜遮雨的水泥栽培池中進行，試驗設施用 CaO2(CaO2)、微納氣泡水增氧灌溉 (MBWI) 和干濕交替灌溉 (AWD) 等三個增氧模式處理及淹水對照 (WL)。分別測定了兩品種的生長動態、產量和與氮素利用相關的指標。 【結果】與淹水對照相比較，根部增氧處理均顯著促進 IR45765-3B 分蘗的發生，增幅為 10.7%～33.6%，而中浙優 1 號莖蘗數僅在 CaO2處理和 AWD 處理部分調查時期顯著高于對照；根部增氧處理顯著提高了兩品種的干物質積累量，并顯著提高兩品種水稻產量，增氧處理下 IR45765-3B 產量較對照分別增加 26.3% (CaO2)、21.8% (MBWI) 和 10.7% (AWD)，而中浙優 1 號產量較對照分別增加 51.0% (CaO2)、52.2% (MBWI) 和29.68% (AWD)；根部增氧顯著增加水稻的氮素吸收與利用，與對照相比較，增氧處理下 IR45765-3B 和中浙優 1號氮肥偏生產力均顯著升高；施用 CaO2和 MBWI 處理水稻氮素轉運效率和氮素轉運貢獻降低，但齊穗期后兩品種的氮素吸收量顯著增加，齊穗期后 IR45765-3B 和中浙優 1 號在 CaO2處理下的氮素吸收量較對照分別增加了 73.4% 和 119.2%，MBWI 處理下的氮素吸收量較對照分別增加了 128.7% 和 106.5%。 【結論】根部增氧顯著促進水稻分蘗發生與成穗，增加水稻干物質積累并顯著提高產量；在氮素利用方面，增氧處理下水稻植株對氮素的吸收與積累顯著增加，且增氧處理顯著促進了水稻對氮素的利用效率；三種增氧模式中 CaO2和 MBWI 的效果較 AWD 更明顯。

水稻；施用 CaO2；微納氣泡水增氧灌溉；干濕交替灌溉；產量；氮素利用

水稻是我國重要的糧食作物，常年種植面積在3330 萬公頃左右，主要分布于江西、湖南、湖北、安徽、江蘇、廣西、四川、黑龍江等省[1]。洪澇脅迫是我國最為嚴重的自然災害之一，統計資料表明，1950～1990 年全國每年平均受澇面積為 814 萬公頃，且洪澇爆發多在我國水稻主產區內。此外，我國南方冷浸田、澇漬地以及潛育化稻田面積巨大，制約這些地區水稻產量的關鍵非生物脅迫因子是根部缺氧[2–3]。氧參與了植株體內的磷酸化等重要過程，為植株新陳代謝提供了能量來源，缺氧或無氧條件下水稻根系呼吸以無氧呼吸為主，產生的能量僅為氧氣供應充足時能量的 3%～5%[4]；根部缺氧導致水稻生長和產量潛力受到嚴重抑制，其中在孕穗期到灌漿期對水稻影響最大[5]。此外，根部氧環境影響水稻的氮素吸收形態與積累量，從而顯著影響水稻對氮素的吸收與利用[6–9]，Licausi 等[10]發現低氧下硝酸還原酶 (NR) 活性上升，而亞硝酸還原酶 (NiR) 活性受到顯著抑制[11]；低氧下水稻氨基酸代謝顯著受到影響[6]。因而，改善水稻根部氧環境對于促進水稻生長、產量形成和養分利用具有重要意義。

近年來，針對水稻生長中根部氧與水稻生長關系作了一系列的研究與探索。研究發現，根部增氧能夠顯著增加水稻產量，主要表現為促進水稻生長發育和根系建成，并能顯著延緩水稻葉片的后期衰老等[12–14]。根部低氧條件下，水稻根系硝態氮含量、游離氨基酸和可溶性糖含量均增加，且一些與水稻氮代謝相關的關鍵酶活性均增強[15]；Thomas 等研究指出，低氧下硝態氮能夠降低低氧對植物的損害，且適當增加硝態氮的比例能夠促進水稻生長，增加產量和氮肥利用率[16–18]。趙霞等[19]和趙峰等[20]通過研究根際氧濃度與氮素形態對水稻生長的互作效應發現，銨態氮和硝態氮混用比使用單一態氮素更利于降低低氧對水稻的損害。這些研究成果為生產中改善低氧脅迫危害提供了重要的科學依據。目前水稻生產上運用較多的增氧措施有水旱輪作、中耕耘田、曬田、超微氣泡水灌溉、施用過氧化尿素和過氧化鈣等[14,21]。傳統的水旱輪作、中耕耘田、曬田主要通過增加土壤透氣性來緩解植株低氧脅迫；超微氣泡水灌溉主要通過物理變化增加灌溉水中氧濃度來提升根部氧濃度，過氧化尿素則通過其溶于水后的化學變化釋放氧氣來實現增氧的效果，施用過氧化鈣可提高根部氧和鈣離子含量，既可以緩解根部缺氧現象，還可以通過鈣離子調節根系呼吸代謝來緩解植株的低氧脅迫[22–25]。然而目前對于不同增氧模式下水稻生長發育和氮素利用狀況的研究較少，且缺乏對不同增氧模式效果的比較研究。鑒于此，本試驗在頂部遮雨水泥池栽條件下，通過控制灌水使水稻在長期積水的環境下生長，并設置不同的增氧模式處理，研究其對水稻生長、產量及氮素利用的影響，以期為水稻增氧栽培技術體系建成和冷浸田和潛育化稻田的改良提供理論依據與技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于 2014 年在中國水稻研究所富陽試驗基地網室進行，試驗小區土壤為水稻土，其理化性質為：全氮 2.6 g/kg，全磷 0.46 g/kg，全鉀 12.54 g/kg，速效氮 23.73 mg/kg，有效磷 11.06 mg/kg，速效鉀101.61 mg/kg，土壤氧化還原電位 (Eh) 168.3 mV，pH 為 6.8。供試品種為 IR45765-3B (深水稻) 和中浙優 1 號 (水稻)。

試驗采用裂區設計，主處理包括施用過氧化鈣(以下簡稱 CaO2)、微納氣泡水灌溉 (micro-bubble aerated water irrigation, 以下簡稱 MBWI)、干濕交替灌溉 (alternate wetting and drying, 以下簡稱 AWD) 和淹水對照 (water logging, 以下簡稱 WL) 4個不同的根部氧模式處理，副處理為 IR45765-3B 和中浙優 1 號兩品種。小區面積 2.6 m2，3 次重復。不同根部增氧處理的具體方法為：施用過氧化鈣處理 (CaO2)，在水稻全生育期內保持淹水狀態，分別在基肥施用時、分蘗盛期、齊穗期和灌漿期等量施用過氧化鈣，過氧化鈣總用量折合活性氧總量為 16 kg/hm2，所用 CaO2為有效含量 60% 的粉末 CaO2；微納氣泡水灌溉處理 (MBWI)，在水稻全生育期內保持淹水狀態，分別在基肥施用時、分蘗盛期、齊穗期和灌漿期采用經微納氣泡發生器進行增氧處理的水進行灌溉；干濕交替灌溉處理 (AWD)，采用干濕交替的方法管理田間水分，每次灌水深度為 8～ 10 cm，待自然落干至表層土壤出現細小裂縫后復水至相同水深；淹水對照 (WL)，在水稻全生育期保持淹水狀態，各處理淹水時水層深度為 8～ 10 cm。

IR45765-3B 和中浙優 1 號均于 5 月 23 日播種，6 月 13 日移栽，移栽規格為 20 cm × 15 cm，每穴單本種植。田間施用 N 180 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2。氮肥按基肥、蘗肥、穗肥質量比5∶3∶2 施用；磷肥全作基肥，鉀肥按基肥、穗肥質量比 7∶3 施用，本試驗所用氮、磷、鉀肥料分別為尿素、鈣鎂磷肥 (有效 P2O5為 12%，有效 CaO 為30%) 和氯化鉀 (含量為 60%)。其余田間農事管理同當地一般高產栽培管理措施。

1.2 測定方法

1.2.1 水稻莖蘗動態調查 各個小區在移栽確定連續的 10 株水稻為定點苗，并于移栽后 1 周開始記錄其分蘗數，每周一次，至齊穗期結束。

1.2.2 干物質量測定 分別于分蘗期、分蘗盛期、齊穗期、灌漿期、成熟期每小區調查 10 株的莖蘗數，按平均數取其中代表性植株 3 株，按莖、葉、穗分樣，105℃ 殺青 30 min，85℃ 烘至恒重后稱量不同部位的干物質量。

1.2.3 植株氮素含量測定 將各時期的烘干樣粉碎過0.178 mm 篩，用 H2SO4–H2O2法 420℃ 消化 2 h，采用半微量凱氏定氮法測定[26]。

1.2.4 測產與考種 成熟期調查有效穗數，每小區按其平均數取代表性植株 9 穴，風干后測其單株產量，結合小區種植密度計算水稻產量；考種主要考查每穗粒數、結實率、千粒重等指標。

1.3 相關評價指標計算

氮素利用效率 (nitrogen utilization efficiency, NUE) = 籽粒產量 /總氮累積量；

氮素運轉效率 (N transportation efficiency, NTE) =單株抽穗后莖葉氮表觀輸出量 (抽穗期莖葉氮總量與成熟期莖葉氮總量之差)/抽穗期莖葉氮積累總量 × 100%;

氮素轉運貢獻率 (N transportation contribution rate, NTCR) = 單株抽穗后莖葉氮的表觀輸出量/成熟期籽粒氮素積累量 × 100%;

氮素收獲指數 (N harvest index, NHI) = 籽粒氮素累積量 (Ng)/總氮累積量 (Nt)；

氮素偏生產力 (N partial factor productivity, NPFP) = 產量/施氮量。

1.4 數據處理

數據采用 SAS 9.2 數據分析軟件進行統計分析，顯著性檢驗采用 Ducan 法比較，并用 Excel 繪圖工具進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同增氧模式對水稻產量的影響

根部增氧顯著影響水稻產量與產量構成 (表 1)。不同處理下兩品種產量表現一致，均表現為 CaO2和MBWI 處理產量相當并顯著高于 AWD 處理，而對照 WL 處理產量最低，且顯著低于增氧處理。與對照相比，三種根部增氧模式下 IR45765-3B 和中浙優1 號產量分別增加了 26.3% (CaO2)、21.8% (MBWI)、10.7% (AWD) 和 51.0% (CaO2)、52.2% (MBWI)、29.68% (AWD)。不同增氧模式對 IR45765-3B 和中浙優 1 號的產量構成因子的影響不完全相同。與淹水對照相比，三種增氧模式均顯著增加了 IR45765-3B的有效穗數，并提高其結實率，其中 MBWI 處理結實率顯著高于對照，但顯著降低了每穗粒數，而對千粒重影響不大。對中浙優 1 號來說，增氧處理主要是顯著提高了水稻有效穗和每穗粒數，而對結實率和千粒重影響不顯著。

表1 不同增氧模式下水稻產量和產量構成因子Table 1 Grain yield and yield components of rice under different root aeration methods

2.2 根部增氧對水稻莖蘗動態與干物質積累的影響

根部增氧顯著影響水稻的分蘗發生 (圖 1)，但不同品種對其響應情況差異顯著。三種增氧處理下，IR45765-3B 分蘗從第 3 周開始均顯著高于淹水處理。三個增氧模式間則表現在 3～7 周內 CaO2處理分蘗顯著高于 MBWI 和 AWD 處理，MBWI 和 AWD間差異不顯著，移栽 7 周后單從分蘗數看，三種增氧處理間無顯著差異，三種增氧處理的最高莖蘗數分別較對照增加 33.6% (CaO2)、18.6% (MBWI) 和10.7% (AWD)；中浙優 1 號分蘗對于不同增氧處理的響應不同，其中 CaO2處理水稻每株莖蘗數從移栽后第 2 周開始便一直顯著高于對照，AWD 處理只在第3、4 周和第 7 周以后顯著高于淹水處理，而 MBWI處理在前期對促進水稻分蘗形成作用較小，但有利于水稻分蘗盛期后分蘗成穗。

圖1 不同增氧處理下水稻的分蘗動態Fig. 1 Dynamics of rice tiller under different root aeration methods

根部增氧顯著增加了水稻的干物質積累 (圖 2)。增氧處理下，IR45765-3B 干物質積累量從分蘗期到成熟期均顯著高于淹水處理，而不同增氧處理間水稻干物質積累在灌漿期和成熟期差異顯著，主要表現為 CaO2和 MBWI 處理的干物質量顯著高于 AWD 處理；增氧處理下，中浙優 1 號干物質積累量在分蘗期與對照無顯著差異，分蘗盛期到成熟期，增氧處理顯著提高了干物質積累量；從齊穗期到成熟期，三種增氧處理間干物質積累量差異顯著，主要表現為 CaO2和MBWI 處理的干物質積累增幅顯著高于 AWD 處理。

圖2 不同根部增氧模式水稻各生育期干物質積累量Fig. 2 Dry matter accumulation of rice under different root aeration methods at different growth stages

2.3 不同增氧模式下水稻氮素吸收與積累特征

根部增氧顯著影響水稻根系對氮素的吸收 (圖 3)。與淹水處理相比較，三種增氧處理顯著增加了IR45765-3B 各個時期植株的總氮積累量，不同增氧處理間水稻植株氮積累的差異僅在成熟期達顯著水平，表現為 MBWI ＞ CaO2＞ AWD。增氧處理從分蘗盛期到成熟期顯著增加了中浙優 1 號植株的總氮積累量，三種增氧處理間水稻植株總氮積累量差異主要表現在齊穗期到成熟期植株氮素積累量的增加上，其中 IR45765-3B 齊穗期到成熟期的植株氮素積累增加量在三種增氧處理下較淹水對照 WL 處理分別增加73.4% (CaO2)、128.7% (MBWI) 和 28.2% (AWD)，中浙優 1 號則為 119.2% (CaO2)、106.5% (MBWI) 和6.5% (AWD)。這表明 CaO2和 MBWI 處理在促進水稻氮素吸收與積累，尤其是齊穗期到成熟期間的氮素吸收較 AWD 處理具有明顯的優勢。

圖3 不同增氧模式水稻各生育期總氮積累量Fig. 3 The total N accumulation of rice under different root aeration methods at main growth stages

水稻莖、葉、穗等器官氮素積累的動態表明，根部增氧處理顯著影響水稻不同器官各個生育期的氮素積累 (圖 4)。三種增氧處理下兩品種水稻莖中的氮素積累量均顯著增加，但不同品種的氮素積累方式有所不同，三種增氧處理間 IR45765-3B 品種莖中氮素積累量差異不顯著，但在分蘗盛期和齊穗期，MBWI 和 AWD 處理下莖中氮素積累量顯著高于CaO2處理，在成熟期則表現為 CaO2和 MBWI 處理顯著高于 AWD 處理。各生育期內中浙優 1 號莖中氮素積累量在不同增氧處理間均存在顯著差異，在分蘗期表現為 MBWI 處理顯著高于 CaO2和 AWD 處理，在分蘗盛期和灌漿期 CaO2處理顯著高于 MBWI和 AWD 處理，在齊穗期表現為 AWD 處理顯著高于CaO2和 MBWI 處理，而在成熟期則表現為 CaO2和MBWI 處理顯著高于 AWD 處理。根部增氧顯著影響水稻葉中的氮素積累，除成熟期 CaO2處理下IR45765-3B 葉中氮素積累量與對照 WL 處理差異不顯著外，三種增氧處理下 IR45765-3B 葉中氮素積累量均顯著高于淹水對照 WL 處理，不同增氧處理間葉中氮素積累量在分蘗期、灌漿期和成熟期差異顯著；三種增氧處理均顯著增加中浙優 1 號分蘗盛期、齊穗期和成熟期葉中的氮素積累量，分蘗期僅MBWI 處理顯著增加了葉片氮積累，而增氧處理對灌漿期葉片氮素積累量影響不顯著。此外，根部增氧處理還顯著增加兩品種水稻齊穗期到成熟期穗中氮素積累量 (圖 4)，且兩品種表現較為一致，均表現為在灌漿期和成熟期 CaO2和 MBWI 處理均顯著高于 AWD 處理。

圖4 不同根部增氧模式水稻各時期莖、葉和籽粒中氮素積累量Fig. 4 N accumulation in stems, leaves and grains under root aeration methods at different growth stages of rice

2.4 根部增氧模式對水稻氮素利用的影響

三種根部增氧處理下不僅水稻氮素吸收與積累存在顯著差異，在水稻氮素利用方面也存在顯著差異 (表 2)。根部增氧處理對兩品種水稻氮收獲指數的影響不同，IR45765-3B 的氮收獲指數僅在 CaO2處理顯著高于對照 WL 處理；而中浙優 1 號的氮收獲指數則在 MBWI 和 CaO2處理顯著高于淹水對照 WL處理。根部增氧處理在一定程度上降低了兩品種水稻的氮素轉運效率，其中 IR45765-3B 的氮素轉運效率在 MBWI 處理下降幅達顯著水平，而中浙優 1 號的氮素轉運效率在 CaO2和 MBWI 處理顯著低于淹水對照 WL 處理。增氧處理下兩品種水稻氮轉運貢獻率表現較為一致，均在 CaO2和 MBWI 處理顯著低于 ADW 和淹水對照，這表明 CaO2和 MBWI 處理能夠促進水稻齊穗后的氮素吸收與轉運。根部增氧下水稻氮素利用效率有所下降，其中 IR45765-3B 的氮素利用效率在 MBWI 和 AWD 處理下降幅度顯著，而中浙優 1 號氮素利用效率在 CaO2和 AWD 處理下顯著低于淹水對照 WL 處理。三種增氧處理均顯著提高了兩品種水稻的氮肥偏生產力，其中 IR45765-3B品種在 CaO2、MBWI 和 AWD 處理分別較對照增加26.3%、21.7% 和 10.7%，而中浙優 1 號在增氧處理下較對照增幅分別為 51.0%、52.2% 和 29.5%。

表2 不同根部增氧模式下水稻氮素利用特征Table 2 Characteristics of nitrogen utilization under different root aeration methods

3 討論

3.1 根部增氧對水稻生長與產量的影響

水稻生長過程中根系需要消耗大量的氧氣以維持根系正常的代謝活動，而水稻屬于半沼澤性作物，其生長過程中需要大量的水分，而且氧氣在水中擴散速率只相當于在空氣中的 1/10000[27]，這使得水稻根系常處于缺氧狀態下，不利于水稻生長和產量形成，為改善水稻生產中根系缺氧現象，前人做了許多研究與探索發現，改善水稻根部氧狀況可顯著促進水稻根系形成、生長和產量形成[12–15]。此外，余喜初等[28]研究也表明，施用過氧化鈣對于潛育化稻田的改良和水稻增產具有顯著作用。本研究也發現三種根部增氧處理均能顯著增加水稻產量，且主要表現在有效穗的增加上，這主要由于根部增氧促進了水稻根系的生長，提高了水稻對養分的吸收，促進了早發分蘗 (圖 1)，提高了低位分蘗的數量，進而提高了有效穗數量和產量[29]。這與胡志華等[30]發現不同生態類型水稻產量構成對根部氧濃度的響應規律不完全一致，其主要原因可能是本試驗在大田模擬環境下展開，難以做到準確調控根部氧含量，且影響因素也較水培條件下復雜。在水稻生長方面兩品種水稻分蘗形成及干物質積累對根部增氧模式的響應存在巨大的差異，這可能由不同基因型所引起。此外，三種增氧處理間水稻生長、干物質積累和產量也均存在顯著的差異，這可能是由于不同增氧處理的增氧機制和氧釋放規律差異導致。而大田環境下不同增氧處理的根部氧環境變化規律目前尚不清楚，需進一步研究。

3.2 不同根部增氧模式下水稻的氮素吸收與利用

氮是水稻生長所必需的大量元素，是核酸、蛋白質等的重要構成成分，參與了植株的物質代謝和能量代謝[31]，是影響水稻生長和產量的重要因子。根系主動運輸是水稻獲取氮素的主要方式，直接受根系活力、呼吸強度等影響，而根系活力和呼吸強度直接受根部氧環境的影響，此外，根部氮素形態轉化及根系吸收形態均受到根部氧環境的影響[32]。因此，根部增氧直接或間接影響了水稻的氮素吸收與利用。本試驗發現三種增氧模式下水稻各時期對氮素的吸收與累積均較淹水對照有顯著提高，這與前人所得結果較為一致[12,15,33]。而在氮素利用方面根部增氧對水稻的氮素收獲指數有一定的促進作用，IR45765-3B 品種僅在 CaO2處理顯著高于淹水對照，中浙優 1 號則在 CaO2和 MBWI 處理均顯著高于對照；增氧處理不利于水稻氮素利用效率的提高，且IR45765-3B 品種的 MBWI、AWD 處理和中浙優 1號 CaO2、AWD 處理均顯著低于對照；不同增氧處理對水稻氮素轉運效率和氮素轉運貢獻率影響較為一致，除 IR45765-3B 的 NTE 外，兩品種 NTE 和NTCR 在 CaO2和 MBWI 處理均顯著低于 AWD 處理與對照，這說明 CaO2和 MBWI 處理顯著增強了水稻齊穗期以后的氮素吸收及其在籽粒中的積累，并對水稻后期衰老起到一定延緩作用，朱練峰等[12]也發現類似的現象；此外，增氧處理顯著提高水稻的氮肥偏生產力，顯著促進了水稻的氮肥利用。

3.3 不同增氧模式效果比較

傳統的增氧模式主要通過增加土壤的通透性來提高根部的氧氣含量，如水旱輪作、中耕耘田、曬田等。與之相比較新型增氧方案充分協調了“水–肥–氣”的平衡，可更好的改良土壤氧環境，并實現了研究技術與生產力的有機轉化，如超微氣泡水灌溉、施用過氧化尿素和過氧化鈣等[12–14]。由于現有技術的限制，過氧化尿素在 30℃ 以上易分解，不利于運輸和保存，因此，本試驗設置了干濕交替、微納氣泡水灌溉和施用過氧化鈣等生產中運用較為普遍，且方便操作的增氧模式，故而未設置施用過氧化尿素處理。本試驗通過比較發現，施加 CaO2和微納氣泡 水灌溉對促進水稻生長、產量增長和氮肥利用的效果較干濕交替處理優勢明顯，這種現象可能是因為施加 CaO2和微納氣泡水灌溉能夠更好地提高根部氧濃度及其持續時間，也可能是干濕交替環境下土壤氮肥損失較大所引起。稻田氮素損失的主要途徑有氨揮發和硝化–反硝化作用，蔡貴信等[34-35]研究發現硝化–反硝化的損失占氮素損失總量的百分之幾到百分之三十多，且這兩個途徑均受土壤氧環境的影響，其中土壤中水分對氨揮發起到決定性作用，且土壤的硝化一反硝化作用受水分和氧化還原電位的影響。Reddy 等[36]通過有氧–厭氧交替循環試驗發現，提高交替頻率能夠使土壤的氧化還原電位降低到足以誘導土壤中的反硝化作用，從而增大了氮素的損失。Patrick 等[37]發現對水稻進行淹沒–干旱交替處理氮素損失提高 15%～ 20%。這些成果在一定范圍內很好地解釋了本試驗施加 CaO2和微納氣泡水灌溉增氧模式較干濕交替對水稻產量和氮肥利用有明顯優勢以及干濕交替處理下水稻齊穗期后對氮素吸收較少等現象。然而目前關于根部增氧對土壤中氮肥轉化、吸收以及流失等影響研究較少，需進一步研究，進而完善水稻根部氧營養體系。此外，從資源的多元利用角度分析，施用 CaO2可通過增加根部氧和鈣離子濃度來調節根系呼吸代謝，緩解植株根部低氧脅迫[23–25]，且 CaO2分解可產生 CaO 緩解土壤酸化，對潛育化稻田的改良具有重要意義[28]，是一種高效的增氧與土壤改良措施，較微納氣泡水灌溉單一改善根部低氧脅迫具有明顯優勢。

4 結論

根部增氧顯著改善水稻根部氧環境，緩解水稻需水需氧的特異性矛盾，促進水稻根系的生長、發育及形態與功能建成。增氧處理顯著促進水稻分蘗發生與有效穗的形成，且兩品種水稻干物質積累量和產量均顯著增加。增氧處理下水稻對氮素的吸收與利用均得到顯著的改善，在提高產量的前提下，降低了肥料的損耗，有利于水稻高產與可持續發展。三種增氧處理中，施用 CaO2和微納氣泡水灌溉對于促進水稻增產與氮素利用的效果較干濕交替灌溉處理明顯。

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Effect of root aeration methods on rice yield and nitrogen utilization

HU Zhi-hua1,2, ZHU Lian-feng1, LIN Yu-jiong1, ZHANG Jun-hua1, HU Ji-jie1, YU Sheng-miao1, CAO Xiao-chuang1, JIN Qian-yu1*
( 1 State Key Laboratory of Rice Biology, China National Rice Research Institute, Hangzhou 310006, China; 2 Jiangxi Institute of Red Soil/National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement, Nanchang 331717, China )

【Objectives】Rhizosphere anoxia is one of the main abiotic factors that affect the rice growth and nutrient absorption. In order to define consequence of different root aeration methods and their response characteristics on rice yield and nitrogen utilization, an experiment was conducted to study rice growth dynamic, yield and nitrogen utilization status under different root aeration methods. 【Methods】Two rice cultivars, IR45765-3B(deep water rice) and Zhongzheyou No. 1 (ZZY-1, rice), were used as materials. Rice was planted in cement pools with overlay on the proof to avoid rainfall, and there were four treatments, calcium peroxide (CaO2), micro-nano bubble water irrigation (MBWI), alternate wetting and drying (AWD) and control (waterlogging, WL). The effects of rhizosphere aeration methods on rice growth, yield and nitrogen utilization were examined .【Results】Compared with the water logging (WL) control, the three root aeration treatments significantly increased the tillering of IR45765-3B by 10.7%–33.6%, and in case of ZZY-1 the tiller number was increased significantly under the CaO2and AWD treatments in some growth periods recorded. The rhizosphere aeration significantly increased the dry matter accumulation and yield, and compared with the WL control, the yields of IR45765-3B were increased by 26.3% (CaO2), 21.8% (MBWI) and 10.7% (AWD) and the yields of ZZY-1 were increased by 51.0% (CaO2), 52.2% (MBWI) and 29.68% (AWD), respectively. The root aeration significantly enhanced the nitrogen accumulation and utilization, and compared with the WL, the nitrogen partial factor productivity (NPFP) of IR45765-3B and ZZY-1 was increased significantly under the three aeration treatments. The nitrogen transportation efficiencies (NTE) and the nitrogen transportation contribution rates (NTCR) were decreased under the CaO2and MBWI treatments, while the nitrogen accumulation amounts of IR45765-3B and ZZY-1 after the full heading stage under the CaO2treatment were increased by 73.4% and 119.2%, and the amounts under the MBWI treatment were increased by 128.7% and 106.5%, respectively. 【Conclusions】The root aeration significantly enhanced tiller development and ear formation progress of rice, and the dry matter accumulation and yield were increased significantly. The root aeration significantly enhanced the nitrogen accumulation and nitrogen use efficiency. Comprehensively, the CaO2application and micro-nano bubble water irrigation are more effective than the alternate wetting and drying method.

rice; CaO2application; micro-nano bubble water irrigation; alternate wetting and drying irrigation; yield; N efficiency

S511.062

A

1008–505X(2016)06–1503–10

2015–12–30 接受日期：2016–05–09

國家自然科學基金資助項目（30900880, 31270035）；公益性行業（農業）科研專項（201503122-11）；浙江省自然科學基金資助項目（LY13C130006）資助。

胡志華（1990—），男，江西貴溪人，碩士，主要從事植物營養與生態研究。E-mail：hzh218314@yeah.net

* 通信作者 E-mail: jinqy@mali.hz.zj.cn