氮肥不同基追比對直播稻氮素吸收、轉運及利用的影響

周乾順， 吳啟俠， 朱建強， 喬 月， 彭瑞雪， 范楚江

(長江大學農學院/濕地生態與農業利用教育部工程研究中心，湖北 荊州 434025)

關鍵字： 直播稻； 氮肥基追比； 產量； 氮肥利用率

水稻在中國的農業生產中扮演著非常重要的角色，中國歷年的水稻種植面積在3.0×107hm2左右，總量產約2.0×108t，占世界水稻總種植面積的21%和總產量的37%[1]。決定一個地區水稻種植方式的不是種植傳統，而是這個地區的勞動力數量[2]。在中國農村勞動力嚴重不足的現實背景下，對勞動力需求較大的水稻移栽技術已經不是最優的選擇，反而具有省時省工特點的水稻直播技術成為中國很多地區農民種植水稻的優先選擇。近幾年來，水稻直播技術在中國很多地區不推自廣[3-6]。2004年湖北省直播稻種植面積約1.333×105hm2，2008年發展至2.333×105hm2，2008-2015年種植面積總體增長10.58%[7]。隨著農業機械化普及、高效除草劑技術的成熟和水稻品種的不斷改良，許多國家早已將直播作為水稻的主要種植方式，美國、澳大利亞和一些歐洲國家的水稻種植都以機械化直播為主[8-11]。由于水稻直播面積的不斷擴大，如何提高直播稻的產量和氮肥利用率已成為研究熱點。

氮素養分是影響水稻產量的主要因子之一，因此一些農民誤認為氮肥施用量越大產量越高，為了獲取更高的產量而施用大量的氮肥，致使中國氮肥用量和稻田氮肥用量分別約占全球總用量的30%和37%，中國已成為世界第一氮肥消費國[12-13]。氮素養分只有在一定區間內才與水稻產量成正比，當越過區間之后，氮肥的投入與產出比會逐漸下降，除此之外隨著氮肥的不斷投入還會引起一系列的環境問題，例如水體富營養化、地下水硝酸鹽含量過高、土壤退化等[14-17]。目前已有很多提高氮素吸收的研究[16,18-20]，但大多數只針對傳統手插稻和機插稻，關于直播稻氮肥運籌方式的研究較少。直播稻的生育期短、前期的干物質積累慢、中后期生長量大[19-23]，因此直播稻前期對氮素養分的需求量偏小，中后期需求量較大。氮肥施用應適當后移以適應直播稻對氮素養分的需求。但農民習慣性地重施基肥，據調查在湖北、廣東、浙江等省農民習慣性地將氮肥總量的55%～85%作為基肥和追肥施用[24]。這樣的施肥模式并不符合直播稻的氮肥吸收規律，從而導致氮肥的大量流失，降低了氮肥利用率。本試驗選用深兩優322為供試品種，設置9個不同的氮肥施用處理，研究不同氮肥基追比對直播稻氮素吸收和產量的影響，以期為江漢平原的直播稻氮肥施用提供理論基礎和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

本試驗所用材料為深兩優332，屬秈型兩系雜交中稻遲熟品種，在湖北省作一季中稻栽培。

試驗于長江大學農學院試驗基地(30°21′N，112°09′E)標準小區進行。本基地地處江漢平原，屬北亞熱帶農業氣候帶。土壤基本性狀為：pH7.15，有機質含量28.25 g/kg，全氮含量2.13 g/kg，堿解氮含量113.05 mg/kg，速效磷含量12.89 mg/kg，速效鉀含量219.65 mg/kg。試驗設置基肥∶分蘗肥∶穗肥比例分別為0∶8∶2(T1)、0∶6∶4(T2)、2∶6∶2(T3)、2∶4∶4(T4)、4∶6∶0(T5)、4∶4∶2(T6)、4∶2∶4(T7)、6∶4∶0(T8，農民最常用的氮肥配施比例)，共8個氮肥運籌方式，以不施氮肥(T0)為對照(CK)，每個處理3次重復，共27個小區。小區面積均為45 m2，小區之間用薄膜和土埂隔開，防止小區之間串水串肥，每小區均有獨立的灌溉系統。

1.2 田間管理

按照當地稻田耕作習慣，冬前進行翻耕，在水稻栽種前進行旋耕、泡田。于2020年5月26日在淺水層撒施基肥，施基肥后人工耙平，并將小區整成溝廂模式(小區中間開溝)，廂寬1.5 m，溝寬0.3 m，溝深0.1～0.2 m。播種前進行田間排水，保證田間濕潤無水層，播種時進行人工劃行均勻播種，播種量折干種為22.5 kg/hm2，播種前對種子進行浸泡和催芽，在芽長為3 mm左右時，適當攤開晾干。播種后3 d內進行化學除草，播種至三葉一心期保持土壤濕潤，若土壤發白則灌跑馬水，如遇強降水田面有積水就及時排水，6月5日復水至田面有2～3 cm淺水層，6月10日撒施分蘗肥，8月9日撒施穗肥。T1～T8處理氮肥施用量均為180 kg/hm2，8個處理均施等量的磷肥和鉀肥，P2O5和K2O用量分別為75 kg/hm2和105 kg/hm2。磷鉀肥作為基肥一次性施入?；蕿槠胀◤突旆剩漯B分含量為41%(N-P2O5-K2O=18-8-15)，追肥為尿素(N≥46%)。

1.3 樣品采集及測定方法

1.3.1 干物質量 分別于三葉一心期、分蘗盛期、拔節期、孕穗期、齊穗期和成熟期，取具有代表性樣品，按莖、葉及穗部分開收集，隨后將各部位器官于105 ℃殺青30 min后80 ℃烘干至恒質量，測定各部分的干物質質量。

1.3.2 氮素積累量 植株干樣粉碎后用H2SO4-H2O2消化，再用 Alliance-Futura Ⅱ連續流動分析儀(法國)測定各部分氮含量。

1.3.3 產量測定 于成熟期每小區選定約3 m2收獲，記錄實際測產面積。脫粒并曬干，清除雜質和癟粒，稱量風干實?？傎|量。

1.4 數據計算與統計分析

采用以下公式分別計算氮素積累量(A，kg/hm2)、莖葉氮素轉運量(B，kg/hm2)、莖葉氮素轉運率(C，%)、氮素貢獻率(D，%)、氮肥表觀利用率(E，%)和氮肥農學利用率(F，kg/kg)、凈干物質積累量(R，kg/hm2)、凈氮素吸收量(W，kg/hm2)等指標：A=M×N，B=I-J，C=B/I，D=B/L，E=(O-P)/Q×100，F=(G-H)/Q，R=S-T，W=X-Y。式中：G為施氮區產量(kg/hm2)，H為空白產量(kg/hm2)，I為齊穗期莖葉氮素吸收量(kg/hm2)，J為成熟期莖葉氮素吸收量(kg/hm2)，L為成熟期穗部氮素吸收量(kg/hm2)，M為氮含量(kg)，N為干物質量(kg/hm2)，O為施氮區氮素積累量(kg/hm2)，P為不施氮區氮素積累量(kg/hm2)，Q為施氮量(kg)，S為后一個生育期干物質積累量(kg/hm2)，T為前一個生育期干物質積累量(kg/hm2)，W為后一個生育期的氮素吸收量(kg/hm2)，S為前一個生育期的氮素積累量(kg/hm2)，X為后一個生育期的氮素吸收量(kg/hm2)，Y為前一個生育期的氮素積累量(kg/hm2)。

數據一般分析和作圖用 Excel 軟件，方差分析用 DPS 軟件完成，處理間多重比較采用LSD 法。

2 結果與分析

2.1 氮肥不同基追比對水稻干物質積累量的影響

不同氮肥基追比下，直播稻各個生育期凈干物質積累量如表1所示。由表1可知，三葉一心期各處理凈干物質積累量隨基肥施氮量的增加而增加，其中T8處理的基肥施氮量比T5～T7處理高20%，但凈干物質積累量僅高出13.85%。分蘗盛期以T5處理的凈干物質積累量最高，顯著高于T8處理，比T8處理高11.03%，表明氮肥大量基施不會提升直播稻分蘗期的凈干物質積累量，而氮肥適量后移能顯著提升直播稻在分蘗期間的凈干物質積累量。拔節期，T3、T4、T5、T6、T7、T8處理間凈干物質積累量無顯著性差異，以T5處理最高，比T8處理高4.04%，T5處理與兩個基肥不施氮的T1、T2處理間存在顯著性差異，比T1、T2處理分別高9.19%、11.96%。由此可以說明，氮肥作追肥適量后移可以提高直播稻拔節期對干物質的積累。在孕穗期，T2、T4、T5、T6、T7、T8處理之間的凈干物質積累量不存在顯著性差異，由于T6處理施用20%穗肥，其凈干物質積累量相對偏高，與T8處理相比高12.23%，比不施穗肥的T5處理高6.12%，由此可以說明，氮肥適量后移作穗肥施用對直播稻孕穗期干物質的積累有一定的影響。在成熟期，各處理間不存在顯著性差異，總體上看以氮肥基施40%的處理凈干物質積累量較高，以T5處理的凈干物質積累量最高，分別比T1、T3、T8處理高0.65%、5.78%、12.68%。綜合來看，氮肥基施40%可以增加直播稻在分蘗盛期、拔節期的凈干物質積累量，同時氮肥適量后移作穗肥、分蘗肥施用可增加直播稻孕穗期、齊穗期和成熟期的凈干物質積累量。

分蘗盛期-拔節期期間，直播稻的干物質主要積累在莖稈中，莖稈中的干物質積累量占總積累量的50.00%～51.70%，葉片干物質積累量占地上部干物質積累總量的48.30%～50.00%(圖1)。在孕穗期-成熟期，干物質逐漸從莖葉轉移到穗中，水稻成熟后穗中干物質積累量占總干物質積累量的59.00%～62.48%。T5處理莖中干物質積累量較T6處理高1.04%，葉中干物質積累量較T6處理低1.42%，穗中干物質積累量較T6處理高2.63%。由此可見，T5、T6處理的氮肥基追比例能夠提高直播稻的干物質轉運量，與直播稻的生長習性更加契合。

各處理見表1注。同一生育期內不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖1 不同氮肥基追比處理下直播稻各器官干物質積累量Fig.1 Net dry matter accumulation of direct-seeding rice organs under different nitrogen fertilizer ratios of base to topdressing

2.2 不同氮肥基追比對直播稻產量的影響

由表2可知，不同氮肥基追比處理對深兩優332的千粒質量沒有顯著影響，但有效穗數、每穗粒數和產量在不同氮肥處理間有顯著性差異。總體來看以基施40%的處理有效穗數較多，在基施40%的3個處理中又以T5處理的有效穗數最多，分別比T1、T3、T8處理高23.59%、12.56%、7.75%。不同處理下每穗粒數同樣以基施40%的處理較高，T5處理的每穗粒數顯著高于T1、T4和T8處理。基施40%的3個處理T5、T6和T7處理之間的產量沒有顯著性差異，以T5處理的產量最高，顯著高于T8處理，分別比T6、T7、T8處理高1.47%、6.99%、7.68%。這說明氮肥施用比例(基肥∶分蘗肥∶穗肥)為4∶6∶0和4∶4∶2更有利于直播稻產量的提高。

表2 不同施氮處理下直播稻產量

2.3 不同氮肥基追比對直播稻地上部分氮素凈吸收量與不同器官中氮素累積量的影響

表3為不同氮肥基追比下直播稻地上部分各個時期的氮素凈吸收量。在三葉一心期，由于T8處理氮肥大量基施，導致T8處理在三葉一心期的氮素凈吸收量偏高，與T7、T6、T5、T4、T3、T2、T1處理之間表現出顯著性差異。在分蘗盛期，T5處理的氮素凈吸收量與其余處理間均表現出顯著性差異，比T1、T3、T6、T8處理分別高53.42%、33.69%、17.43%、21.95%，由此可見，在前中期，氮肥大量基施不能使直播稻對氮素吸收有顯著的提升。在孕穗期，T2、T4、T5、T6、T7處理之間的氮素凈吸收量不存在顯著性差異，由于T7處理有40%的氮肥作穗肥施用，導致T7處理的氮素凈吸收量偏高，顯著高于T8、T3、T1處理。在齊穗期，T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8處理之間的氮素凈吸收量無顯著性差異，氮素凈吸收量以T5處理最高，分別比T1、T3、T8處理高21.90%、11.31%、10.83%。在成熟期，各處理間氮素吸收量無顯著性差異，但T1、T2、T3、T4處理的氮素凈吸收量相對較高，有可能是T1、T2、T3、T4處理分蘗肥和穗肥施用較多，造成水稻貪青晚熟，從而使其成熟期對氮素的吸收較強。綜合來看，氮肥大量基施會使直播稻在三葉一心期對氮素的吸收量有一定的提升，但不會提升直播稻在分蘗盛期、拔節期對氮素的吸收量，齊穗期以減少基肥用量(40%)、適量增加追肥用量(60%)的T5、T6、T7處理氮素吸收量較高。說明氮肥適量后移作分蘗肥和穗肥施用可以提升直播稻在中后期對氮素的吸收。

表3 不同氮肥基追比下直播稻地上部分的氮素凈吸收量

圖2顯示，分蘗盛期-成熟期都以T5處理的氮素積累量最高。說明氮肥適當后移作分蘗肥施用能顯著增高直播稻整個生育時期的氮素積累量。進一步分析可以看出，直播稻莖葉中的氮素積累量隨生育期的變化而呈現先增后減的趨勢，穗中的氮素積累量從孕穗期開始呈上升的趨勢。成熟期T5處理的地上部氮素積累量顯著高于其他處理，分別比T1、T3、T8處理高16.16%、11.15%、6.84%。從齊穗期至成熟期穗中的氮素積累量看，T5處理的氮素積累量顯著高于T8、T4、T3、T2、T1處理，分別比T8、T4、T3、T2、T1處理高4.43%～13.17%、5.86%～17.69%、7.16%～20.53%、8.85%～28.27%、10.61%～30.73%。可以看出，氮肥適量后移作分蘗肥施用可以提升直播稻中后期的氮素積累量以及氮素轉運量。

各處理見表1注。同一生育期不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖2 不同氮肥基追比下直播稻不同器官中的氮素積累量Fig.2 Nitrogen accumulation in different organs of direct-seeding rice under different nitrogen fertilizer ratios of base to topdressing

2.4 不同氮肥基追比下水稻的氮素轉運量、氮素轉運率和氮素貢獻率

由表4可見，直播稻氮素積累量和轉運量與施氮處理密切相關，總體表現出T5處理>T6處理>T7處理>T8處理>T4處理>T3處理>T2處理>T1處理的趨勢。無論是氮素貢獻率還是氮素轉運量都以T5處理最優。說明在相同施氮量的前提下，氮肥適量后移作分蘗肥施用可以提高直播稻的氮素轉運量和氮素貢獻率。但就氮素轉運率來看，T5處理要低于T1、T3、T8處理，原因可能是T5處理在齊穗期以前莖葉中積累的氮素過多，從而導致其氮素轉運率偏低，但這也從側面反映出氮肥基施40%+追施60%的施肥方式在前中期使直播稻積累大量的氮素，更有利于直播稻灌漿期氮素從莖葉向穗中轉移，滿足水稻籽粒灌漿對氮素的需求，從而增加直播稻產量。

表4 不同氮肥基追比下直播稻的氮素轉運

2.5 不同氮肥基追比對直播稻氮肥利用率的影響

氮肥利用率是評價水稻對氮素吸收、利用效果的重要指標。表5說明,不同的氮肥運籌能夠顯著影響直播稻的氮肥吸收利用。氮肥吸收利用率總體呈現出T1處理

表5 不同氮肥基追比對水稻氮肥利用率的影響

3 討 論

已有研究結果表明，直播稻的生育期較移栽稻短，前期生長緩慢，中后期生長量大[19，25]。本試驗中，T8處理(基肥∶分蘗肥∶穗肥比例6∶4∶0)基肥施氮量大，前期的干物質積累量要顯著高于其他處理，但中后期的干物質積累量低于T5、T6、T7處理。T5處理(氮肥的基肥∶分蘗肥∶穗肥比例4∶6∶0)和T6處理(氮肥的基肥∶分蘗肥∶穗肥比例4∶4∶2)中后期的干物質積累量要顯著高于其他處理。說明氮肥的基肥∶分蘗肥∶穗肥比例4∶6∶0和4∶4∶2的施肥方式更符合直播稻的生長規律，可以提高直播稻的干物質含量。李木英等[26]的研究結果表明，水稻的基蘗肥施用過多會導致后期氮素吸收量減小，并且施用的氮肥濃度過高會抑制水稻的生長，降低水稻的干物質積累量。本試驗中T8處理的氮肥大量基施降低了直播稻中后期氮素吸收量和干物質積累量，氮肥大量作分蘗肥降低了前期氮素吸收量和干物質積累量，這與李木英等[26]的研究結果基本一致。江立庚等[27]的研究結果表明，水稻在生長前中期干物質主要集中在莖中，成熟期干物質積累主要分布在穗中，本試驗結果表明，在水稻分蘗前-齊穗期干物質主要積累在莖中，孕穗期-成熟期，穗中干物質積累量逐漸呈升高趨勢。

氮肥是使水稻產量增加的一個重要因素，但是氮肥的運籌不當會導致氮肥的肥效下降，從而影響水稻產量。有研究結果表明，直播稻的氮肥施用量在298 kg/hm2時產量最高，僅知最佳施肥量而不知最佳基追配施方式同樣很難使直播稻達到高產，同時還會引起氮素不必要的流失,造成農田面源污染[28]，阻礙農業的發展。優良的氮肥配施方式可以增加直播稻的分蘗，減少無效分蘗，同時還可以提升直播稻對氮素的吸收。本試驗結果表明,基肥∶分蘗肥∶穗肥比例分別為4∶6∶0和4∶4∶2的2個處理(T5、T6)的產量相較于其他處理要高，尤其比農民習慣的施肥方式T8處理分別高7.68%、6.12%。在氮素吸收方面，李木英等[26,20]的研究結果表明，直播稻在前期生長量小，中后期生長量大。本試驗結果表明，T5、T6處理的氮素吸收在分蘗盛期-孕穗期達到高峰，分別占總氮素吸收量的35.13%、42.39%，這說明T5、T6處理的2種氮肥配施方式更符合直播稻的生長特性，也更符合直播稻對氮素吸收的特性。氮素轉運量也是水稻高產的一個重要指標。Ntanos等[29]的研究結果表明，水稻花期營養器官中67%的氮量被轉運用以促進籽粒的形成，因此提升氮素轉運量是水稻獲得高產的重要途徑。張雪凌等[30]研究指出，應在習慣性施肥的基礎上減少氮肥基施20%，而適當增加分蘗肥和穗肥的施用。本試驗結果表明，基肥∶分蘗肥∶穗肥比例為4∶6∶0和4∶4∶2處理的氮素轉運量要高于其他處理，且分別比農民常用施肥方式T8處理的氮素轉運量高3.34%、2.19%，這說明T5、T6處理的氮肥配施方式有利于提高直播稻的產量。

氮肥利用率是衡量氮素流失的一個重要指標[31-33]。李啟紅等[34]的研究結果表明，不同氮肥基追比例的氮素積累量差異明顯，分蘗期、孕穗期和抽穗期是水稻氮素吸收的高峰期，因此氮肥后移有利于提高水稻的氮素吸收量，減少氮素流失，其研究結果還表明，適當地增加分蘗肥的用量可以提高水稻的農學利用率。在本試驗中T5、T6處理的氮肥吸收利用率和氮肥農學利用率較高，此結果與李啟紅等[34]的研究結果基本一致。馬洪文等[35]的研究結果顯示，氮肥基追比例為43.6%∶56.4%時，氮素吸收率最高，這與本試驗中T5、T6處理結果基本一致。通過不同氮肥基追比對直播稻干物質、產量、氮素轉運量、氮素吸收量、氮素積累量影響的試驗，我們認為基肥∶分蘗肥∶穗肥比例為4∶6∶0和4∶4∶2為較適合江漢平原直播稻的施肥方式。