施用粒肥對水稻產量和氮素吸收利用的影響

孫文星，田 偉，肖 峰，高葉敏，敖和軍

（湖南農業大學農學院，長沙 410128）

氮素是水稻生長過程中必不可少的元素之一，氮素過多或過少都會對水稻生長造成一系列不利的影響。氮素供應不足易導致水稻分蘗少、植株矮小、葉色黃綠、幼穗分化遲緩、造成產量低等影響；氮素供應過量易造成水稻生長過旺、無效分蘗增多、有效分蘗減少、水稻成熟期結實率低等影響［1］。因此，氮素平衡在水稻生長過程中有著舉足輕重的作用。氮肥的施用是實現水稻高產的重要途徑，有研究表明糧食作物氮肥利用率為30%~50%，氮肥偏生產力為40~70 kg/kg，氮肥農學效率為10~30 kg/kg，氮肥生理利用率為30~60 kg/kg 比較適宜［2］，且氮肥對作物最終的產量貢獻率達40%~50%，合理施用氮肥可使水稻增產高達52.0%［3］，但目前存在為追求高產而盲目施用氮肥造成氮素利用率低的現狀，介于30%~35%，遠低于歐美發達國家的70%［4］。為提高氮肥的利用率前人在氮肥施用方式、氮肥類型、氮肥施用時期、氮肥施用比例及氮肥施用量等方面進行了研究［5］。雖然有關于氮肥和氮肥利用率相關的研究已有很多，但對粒肥施用的作用以及不同時期粒肥施用的氮素利用等研究相對較少。本試驗基于前人的研究，以雜交稻株兩優819、陸兩優996，常規稻湘晚秈13 號和玉針香為材料，分析增施粒肥后的效果以及不同時期施用粒肥對水稻產量和氮素利用的影響，試圖闡明粒肥在水稻生長中對產量構成的作用及對氮素的吸收利用。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

本試驗于2019 年在湖南省瀏陽市湖南農業大學綜合教學實習基地進行，該地處于湖南省東北部地區，具亞熱帶季風氣候，日均溫度17.5 ℃，≥10 ℃活動積溫5 030~5 353 ℃，年日照時數1 490~1 850 h，年輻射量為418.585~468.815 kJ/m2，全年無霜期235~293 d，年降水量1 457~2 247 mm，當地土壤基本理化性質如表1 所示。

表1 試驗田土壤基礎肥力

1.2 試驗設計

本試驗供試材料早稻選用雜交水稻株兩優819和陸兩優996，晚稻選用常規稻湘晚秈13 號和玉針香，采用裂區試驗設計，主區為施氮量，裂區為品種，在水稻不同時期施氮肥，每個時期的施氮量按45 kg/hm2的純氮施用，其中CK 處理不施氮、F1 處理施氮量180 kg/hm2、F2 處理施氮量135 kg/hm2、F3 處理齊穗期施氮量45 kg/hm2，F4 處理灌漿期施氮量45 kg/hm2，每個處理3 次重復。水稻移栽前翻耕后反復多次耙平、耙勻，以減小試驗小區間土壤氮含量的差異。小區隨機排列，面積為64 m2，小區間留排水溝，覆蓋黑色地膜。早稻收獲后，在原有小區內用小型打田機翻耕均勻后移栽晚稻。常規水肥管理，磷肥（P2O5）90 kg/hm2、鉀肥144 kg/hm2；其中氮肥為尿素（6.4%）、磷肥為過磷酸鈣（P2O512%）、鉀肥為氯化鉀（K2O 60%）。氮肥按試驗比例于不同時期施用（表2），磷肥一次性基施，鉀肥于移栽前1~2 d和幼穗分化始期各施50%，蘗肥、穗肥、粒肥分別于水稻移栽后14 d、幼穗分化始期和齊穗期施用，全生育期保持淺水層淹水灌溉（2~3 cm 水層），其他栽培管理措施與當地習慣保持一致。

表2 試驗處理

1.3 測定項目與方法

1.3.1 水稻產量及其構成因素 大田收割前1 d 取樣，以每小區平均分蘗數為基礎選取5 穴，記錄穗數、每穗粒數、結實率和千粒重，計算理論產量。每小區中心割去100 蔸，脫粒、曬干、風選后稱重測實際產量。

1.3.2 植株含氮量與氮素利用效率 樣品經105 ℃殺青30 min 后80 ℃烘干至恒重，采用H2SO4-H2O2法消化，采用連續流動分析儀測定植株樣品的全氮含量，計算氮肥利用率與氮素利用效率。

1.3.3 計算方法［6］氮肥吸收利用率（RE）=（施氮區地上部分吸氮量－不施氮區地上部吸氮量）/施氮量×100%。

氮收獲指數（NHI）=子粒氮積累總量/植株氮素積累總量。

氮肥偏生產力（PFP）=水稻子粒產量/施氮量，單位投入的肥料氮所能生產的作物子粒產量。

農學利用率（AE）=（施氮區水稻產量－氮空白區水稻產量）/施氮量，單位施氮量所增加的作物子粒產量。

氮肥生理利用率（PE）=（施氮區子粒產量－氮空白區子粒產量）/（施氮區水稻吸氮量－空白區水稻吸氮量），反映了作物吸收的氮對產量和秸稈形成的貢獻差異和利用效率。

氮素子粒生產效率（NGPE）=水稻的稻谷產量/水稻吸氮量，是吸收單位N 生產的子粒產量。

1.4 數據處理

采用Excel 2010 軟件進行數據統計分析，采用SPSS20.0 軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 粒肥對產量的影響

如表3 所示，不同處理后水稻產量均有不同程度的增長，F1 處理較CK 處理平均增產24.84%，其中早稻株兩優819 和晚稻玉針香較CK 處理分別增產30.98%、35.93%；F2 處 理 較CK 處 理 平 均 增 產23.47%，F1 與F2 處理后增產效果均顯著，但F2 處理增產幅度較F1 處理小；4 個水稻品種F3、F4 處理較CK 處理平均增產9.95%和5.06%，且除晚稻玉針香，其他品種F4 處理后產量與CK 差異不具有統計學意義。綜上所述，在基蘗穗肥的基礎上增施粒肥有一定的增產作用，增施粒肥增產效應可高達8.22%；單獨施用粒肥對產量影響較小，但F3 處理后增產效果比F4 處理好，說明粒肥施用時期的不同對最終產量的形成也有一定的影響。

表3 施氮量對產量的影響

2.2 粒肥對產量構成因素的影響

不同時期施用氮肥對作物群體結構具有不同程度的影響，由表4 可以看出，早晚稻各品種成熟期F1、F2、F3、F4 處理的有效穗數較CK 處理都有增加，且F1、F2 處理后的早晚稻有效穗數都高于其他處理，其中早稻株兩優819 與晚稻玉針香F1 處理下有效穗數顯著高于F2 處理，說明增施粒肥對不同品種的有效穗數具有不同程度的影響，而有效穗數的多少主要看基蘗穗肥的施用；各處理下每穗粒數較CK處理有增加的趨勢，其中晚稻的增長趨勢比早稻更為明顯，F3 與F4 處理下晚稻每穗粒數大于F1、F2 和CK 處理，且晚稻品種F3 處理后每穗粒數較F4 處理高，由此可見，施用粒肥后可增加水稻的每穗粒數，且在齊穗期施用粒肥比灌漿期施用對每穗粒數的增加效果更好，晚稻每穗粒數的增加效果更為明顯；早晚稻各品種千粒重和結實率整體表現為CK>F3、F4>F1，且早稻F3>F4，晚稻反之，說明氮肥施入量與千粒重和結實率成反比，且早稻齊穗期施粒肥在增長千粒重和結實率上優于晚稻。

表4 施氮量對產量構成因素的影響

2.3 水稻各部位氮素積累量

由表5 可知，早晚稻各品種地上部氮積累量從大到小依次為F1、F2、F3、F4、CK，F1 處理后水稻莖葉、子粒及地上部的氮素積累量與其他各處理均形成顯著差異，且除湘晚秈13 號子粒氮素積累量F2處理多于F1 處理外，其他各處理的莖葉及子粒氮素積累量均低于F1 處理，且F1 處理下早稻地上部氮素積累量較CK 處理平均提升了37.76%，晚稻地上部氮素積累量平均提升了45.08%，可見，在基蘗穗肥的基礎上增施粒肥，在一定程度上有利于水稻莖葉、子粒及地上部的氮素積累，且晚稻受氮肥的影響較大；F3、F4 處理與CK 處理間差異顯著，但F3 與F4處理間差異不顯著，早晚稻各品種地上部氮素積累量均為F3 優于F4 處理，可見單獨施用粒肥在一定程度上能增加水稻的氮素積累量，且齊穗期施用效果優于灌漿期。

表5 水稻各部位氮素積累量

2.4 氮肥運籌對氮素吸收利用的影響

由表6 可知，早稻株兩優819 和陸兩優996 的氮肥吸收利用率均呈F3>F4>F1>F2，且株兩優819 的F3、F4 處理顯著高于F1、F2，陸兩優996 F3、F4 處理顯著高于F2，晚稻2 品種的氮肥利用率均為F3>F2>F1、F4，且湘晚秈13 號的F3 處理顯著高于F4，玉針香的F3 處理顯著高于F1、F4 處理，由早晚稻各品種的氮肥吸收利用率綜合可知，氮肥吸收利用率隨著氮肥施用量的增加呈降低趨勢，且氮肥的施用時期對早晚稻的氮肥吸收利用率具有重要影響。早稻的氮收獲指數明顯高于晚稻，除早稻株兩優819 外，其余各品種均為F3、F4>F1、F2，且部分品種具有顯著差異。早晚稻各品種氮肥偏生產力均有F3>F4>F2>F1，且F3、F4 顯著高于F1、F2。對于早晚稻的農學利用率和生理利用率，早稻兩品種無明顯規律性，晚稻兩個品種則隨施氮量的增加表現為降低的趨勢，部分處理之間的差異達到顯著水平。

表6 氮肥運籌對氮素吸收利用的影響

3 討論

3.1 氮肥運籌對產量和產量構成的影響

施肥是水稻生產中必不可少的措施之一，本試驗通過在基蘗穗肥基礎上增施粒肥和對粒肥施用時期的不同探究得出，在多個時期施氮肥可增加水稻產量和有效穗數，這與周雯雯等［7］的研究結果一致；汪秀志等［8］研究結果表明，各產量構成因素對產量的影響依次為有效穗數>每穗粒數>結實率>千粒重，即有效穗數是產量高低的主要決定因子，而實現高產要同時具備適宜的有效穗數和較高的每穗粒數［9］；De Datta［10］研究表明，水稻生育前期施肥主要對分蘗數造成影響，后期施肥主要對每穗粒數和結實率造成影響，即水稻生育前期施用基蘗肥主要促進水稻的分蘗數、有效穗數的形成［11］，水稻生育后期施肥主要是促進穗粒數的增長［12］；劉迎雪等［13］指出保證水稻結實率的關鍵是粒肥，而徐茂等［14］研究表明不同時期施用穗粒肥對產量構成影響較大的是每穗粒數，與本試驗研究結果一致。在同一氮肥條件下水稻產量隨施氮量的增加而增加，施用基蘗穗粒肥在提高水稻有效穗數和每穗粒數的前提下協調千粒重和結實率以達到高產，其中增施粒肥后對產量的作用效應可高達8.22%；單獨施用粒肥可能由于生育前期缺乏基蘗肥導致氮素供應不足，水稻有效分蘗數減少，因此增產效果不明顯，但粒肥對增產仍有一定的效果，齊穗期單獨施用粒肥可平均增產9.95%；由于早稻生育時期短，生長期間溫度較晚稻低，為能及時種植晚稻還需提前搶收以致干物質積累時間短且少，葉廷紅等［15］認為早稻灌漿期施用氮肥干物質吸收時間短又少，增產效果不明顯。

3.2 氮肥運籌對氮素吸收利用的影響

水稻產量的形成過程是水稻干物質積累的過程，其中以氮素積累尤為突出，葉廷紅等［15］研究表明氮肥主要影響水稻氮素積累總量，隨著施氮量的增加，植株總氮積累量也隨之增加［16］，而水稻子粒的氮素主要是營養器官的氮素在花后期轉運而來［17］，灌漿結實期莖葉的氮素表觀轉移總量越高，氮素養分越容易轉入子粒［11］，而植株中下部葉片會因枯死而帶走部分氮素，且施用基肥和分蘗肥后葉片帶走部分的氮素多于穗肥施用后流失的氮素［18］，增施穗粒肥有利于補充因舊葉老化而丟失的氮素，還能提高水稻灌漿期和成熟期氮素吸收積累量［19］。綜上所述，增施粒肥有利于增加水稻生長后期氮素積累量，但要提高水稻的氮素利用效率和子粒產量必須提高抽穗前的氮素累積量、抽穗后的干物質累積和氮素運轉量［20］，單獨施用粒肥氮素無法提高抽穗前期的氮素積累量導致總氮素積累量較低，但可提高生長后期的氮素積累量，且在齊穗期施用比灌漿期施用氮肥的氮素積累量更高。

氮肥吸收利用率、氮肥農學利用率、氮肥生理利用率等指標都是從不同角度描述了水稻對氮素或氮肥的利用率［21］，其中施氮量是影響水稻氮素吸收利用的關鍵因子［22］，研究表明隨著氮肥用量的提高，作物產量和氮素吸收量增加，而氮肥利用效率降低［23］，且水稻后期施用氮肥的利用率高于前期，水稻生育后期施用粒肥可提高水稻的氮素利用率［24］，與本研究得出的結果一致；氮肥偏生產力主要反映水稻從稻田中吸收的氮素對稻谷生產的貢獻，因此施氮量越高氮肥的偏生產力越低，而氮肥生理利用率和氮肥農學利用率比較穩定，受水稻產量的影響較小［25］。本研究得出，在前期氮肥吸收利用不足時，齊穗期施用氮肥可維持水稻生長后期對氮肥的吸收利用，提高水稻氮素吸收利用率和氮收獲指數。

4 結論

單獨施用粒肥有一定的增產效果，但要獲得高產及提高氮素吸收利用率還需基蘗穗粒肥合理配施。粒肥主要通過增加水稻的每穗粒數以提高產量，粒肥在齊穗期施用比灌漿期施用效果更好，且增施粒肥對產量的作用效率可高達8.22%。增施粒肥可使水稻的氮素吸收利用率維持在適宜的范圍，齊穗期施用粒肥可維持水稻生長后期的氮素供應。