不同地力條件下施氮量對雜交秈稻干物質積累、氮肥利用率和產量的影響

韓志麗 許桂玲 馮躍華,2* 王曉珂 盧葦 李杰 高鈺琪 任紅軍 由曉璇

（1 貴州大學 農學院，貴陽 550025；2 貴州大學山地植物資源保護與種質創新教育部重點實驗室，貴陽 550025；第一作者：2438952686@qq.com；*通訊作者：fengyuehua2006@126.com）

水稻是世界上重要的糧食作物之一。氮是水稻生長的重要營養元素[1-2]，氮肥對水稻的增產有巨大貢獻[3]。然而，在實際生產中，我國氮肥施用存在一定的盲目性，氮肥過量施用直接或者間接引起水稻病害加劇、倒伏、產量下降和氮肥利用率降低，而且會對地下水和大氣造成污染[4]。近年來，由于城市化的快速推進和人口數量急劇增加，我國總耕地面積和人均耕地面積呈“剛性”減少趨勢，且在有限的耕地資源中，中低產田比例高達70%左右，嚴重制約我國糧食持續增產[5]。針對不同地力田塊如何合理施用氮肥，已成為一個重要研究課題。黎建勇等[6]研究發現，隨著施氮量的增加，水稻抽穗期和抽穗至成熟期的干物質積累量增加，而莖葉轉運率降低。張紹文等[7]研究認為，施氮量對水稻產量和氮素利用率有顯著影響，雜交秈稻的適宜施氮量為135~180 kg/hm2。徐敏等[8]研究表明，產量隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢。以上學者的研究僅涉及一種地力條件。也有學者開展了不同地力條件下施氮量對水稻產量、干物質積累和氮素利用率的研究。劉艷陽等[9]研究表明，在高、中、低地力的土壤上，施氮量與武香粳14、武粳15 的產量和氮肥利用率均呈拋物線關系，而干物質積累量隨施氮量的增加而增加。張軍等[10]研究表明，中粳稻品種徐稻3 號的產量在不同施氮水平下均隨地力條件的升高而提高，氮肥表觀利用率與施氮量之間存在二次相關關系，在不同地力下，隨著施氮量的增加，拔節至抽穗期的干物質積累比例呈線性上升趨勢。但二者的研究材料均為粳稻品種。以往研究涉及秈稻特別是超級雜交秈稻較少。因此，作者設置了本試驗，旨在為貴州省超級雜交秈稻的高產栽培提供科學的氮肥施用依據和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和材料

本試驗于2020 年在貴州省黃平縣舊州鎮寨碧村（26°59′44.59″ N，107°43′58.90″ E）進行。試驗品種為宜香優2115（由四川綠丹種業有限公司提供）。

1.2 試驗方法

試驗設地力（S）和施氮量（N）兩因素處理。地力為通過土壤養分測定選定具有代表性的高地力（H）、較高地力（RH）、中地力（M）、低地力（L）田塊各1 塊，具體肥力指標見表1；施氮量設N0（0 kg/hm2）、N1（75 kg/hm2）、N2（150 kg/hm2）和N3（225 kg/hm2）4 個水平。氮肥處理采用分次施肥法，基肥、分蘗肥、促花肥和保花肥的施氮量分別占總施氮量的35%、20%、30%和15%；磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）的用量分別為96 kg/hm2、135 kg/hm2，磷肥作基肥一次性施入，鉀肥作基肥和保花肥各施50%。每個處理重復3 次，小區面積8.8 m2，隨機排列。移栽規格30 cm×20 cm。4 月21 日播種，5 月27日移栽，田間精細管理，及時控制病蟲害。

表1 供試土壤化學性質

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產量及其構成

成熟期每個小區選40 叢測產，單打單收，曬干后測定稻谷質量和含水量，折合含水量13.5%，記為實收產量。在測產的同時，根據田間調查的平均莖蘗數，選取代表性植株6 叢作為每個小區考種樣品，考察水稻的產量構成。

1.3.2 干物質積累及轉運

分別于水稻抽穗期和成熟期按每個小區平均莖蘗數取代表性植株4 叢。抽穗期測定莖鞘、葉、穗的干物質量；成熟期測定葉、枝梗、實粒、秕粒干物質量。測定時，把樣品分別裝袋，于105 ℃條件下殺青30 min，再經80 ℃烘干到恒質量，測定干物質量。穗前干物質積累量用抽穗期干物質積累量表示，穗后干物質積累量用成熟期與穗前干物質積累量之差表示。

莖葉干物質轉運量=抽穗期莖葉的干物質積累量－成熟期莖葉的干物質積累量；

莖葉干物質轉運率=莖葉干物質的轉運量/抽穗期莖葉干物質積累量×100%；

莖葉干物質轉化率=[（抽穗期莖葉干物質量－成熟期莖葉干物質量）/籽粒干物質量]×100%；

穗后干物質積累比例=抽穗期至成熟期干物質積累量/生物總量×100%；

穗部干物質增加量=成熟期穗部干物質積累量－抽穗期穗部干物質積累量；

穗后比例= [（成熟期干物質積累量－抽穗期總干物質積累量）/籽粒干物質量]×100%；

莖葉干物質轉運對穗部的貢獻率=莖葉的干物質轉運量/抽穗至成熟期穗部干物質積累量×100%；

光合作用對穗部的貢獻率=1－莖葉干物質轉運對穗部的貢獻率；

收獲指數=實粒干物質量/生物總量×100%。

1.3.3 氮肥利用率

氮肥吸收利用率（%）= [（施氮區植株氮素積累量-未施氮區植株氮素積累量）/（施氮區施氮量）]×100%；

氮肥生理利用率（kg/kg）=（施氮區稻谷產量-未施氮區稻谷產量）/（施氮區植株氮素積累量-未施氮區植株氮素積累量）；

氮肥農學利用率（kg/kg）=（施氮區稻谷產量-未施氮區稻谷產量）/施氮區施氮量；

氮肥偏生產力（kg/kg）=施氮區產量/施氮區施氮量。

1.4 數據分析

試驗數據采用Excel 2016 軟件進行整理和計算，并用SAS 9.0 軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同地力條件下施氮量對雜交秈稻宜香優2115產量及產量構成的影響

由表2 可知，隨著施氮量的增加，宜香優2115 有效穗數逐漸升高，且各處理間差異顯著，其中N3 顯著高于其他處理；每穗粒數隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，其中N1、N2 處理間差異不顯著，二者顯著高于N0 和N3 處理；隨著施氮量的增加，千粒重和結實率逐漸降低，其中千粒重N0 處理顯著高于N2、N3 處理，結實率各處理間差異均顯著。

由表2 可見，隨著地力水平的降低，宜香優2115有效穗數呈下降趨勢，且各處理間差異顯著；每穗粒數則呈上升趨勢，各處理間存在一定的顯著性差異。方差分析結果表明，地力條件和施氮量對有效穗數、每穗粒數和結實率的影響均達顯著或極顯著水平，地力水平和施氮量的互作對有效穗數的影響達顯著水平。

表2 不同地力條件下施氮量對水稻產量及產量構成的影響

由表2 可見，隨著施氮量的增加，宜香優2115 產量呈先升高后降低的變化趨勢，N2 處理下的產量顯著高于其余3 個施氮處理，N1 和N3 處理間無顯著差異，但均顯著高于N0 處理；隨著地力水平的降低，產量呈逐漸降低趨勢，其中高地力（H、RH）條件下的產量顯著高于中低地力（M、L）。方差分析結果表明，地力水平和施氮量互作對產量影響不顯著，但施氮量和地力水平均對產量有極顯著影響。

在本試驗條件下，宜香優2115 在各地力條件下施氮量和產量之間呈拋物線關系。根據回歸方程可以推算出，H、RH、M、L 地力條件下，水稻最高產量分別為10 829.94、10 107.20、9 757.30 和9 112.37 kg/hm2，其對應 的 適 宜 施 氮 量 分 別 為141.96、165.47、154.86 和152.98 kg/hm2（表3）。

表3 不同地力條件下水稻產量回歸方程和最高產量、施氮量

2.2 不同地力條件下施氮量對雜交秈稻宜香優2115干物質積累量的影響

由表4 可知，隨著施氮量的增加，宜香優2115 的穗前干物質積累量均逐漸增加，其中N2、N3 處理間差異不顯著，二者顯著高于N0 和N1 處理；成熟期干物質積累量呈先升后降的趨勢，其中N2 和N3 處理顯著高于N0 和N1 處理；穗后干物質積累量N1 和N2 處理間無顯著差異，但均顯著高于N0 和N3 處理；穗后干物質積累比例呈現先增后降趨勢，其中N1 和N2 處理間無顯著差異，但均顯著高于N0 和N3 處理；收獲指數隨施氮量的增加先增后降，N3 處理顯著低于其他3個施氮處理。

由表4 可知，隨著地力水平的降低，宜香優2115穗前和成熟期干物質積累量均逐漸下降，穗后干物質積累量先減后增，H 地力條件下均顯著高于其他3 種地力條件；穗后比例呈逐漸降低趨勢，其中H 和RH 地力無顯著差異，但均顯著高于M 地力，極顯著高于L地力。方差分析結果表明，地力和施氮水平對成熟期干物質積累量無顯著的交互作用，而對其余相關指標均具有顯著或極顯著的交互作用；施氮量和地力條件對各項指標的影響均達顯著或極顯著水平。

表4 不同地力條件下施氮量對水稻干物質積累量

2.3 不同地力條件下施氮量對雜交秈稻宜香優2115抽穗－成熟期各器官干物質轉運的影響

由表5 可知，隨著施氮量的增加，莖葉干物質轉運量和莖葉干物質轉運對穗部貢獻率均呈先增加后降低的趨勢，其中莖葉干物質轉運量N1 和N2 處理間無顯著差異，但二者均顯著高于N0 和N3 處理，莖葉干物質轉運對穗部貢獻率N1 與N2 處理差異不顯著，但顯著高于N0 和N3 處理；莖葉干物質轉運率N0 和N1 處理無顯著差異，但均顯著高于N3 處理；莖葉干物質轉化率N1 處理顯著高于其他3 個施氮處理；穗部干物質增加量隨施氮量增加呈逐漸增加的趨勢，且N3 顯著高于其他3 個施氮處理；光合作用對穗部的貢獻率呈先降后增的趨勢，N0 處理顯著高于N2 處理。

表5 不同地力條件下施氮量對水稻干物質轉運的影響

隨著地力水平的降低，穗部干物質增加量呈逐漸降低的趨勢，其中，H 條件的穗部干物質增加量顯著高于其他3 種地力條件；隨地力的下降，莖葉干物質轉運量、莖葉干物質轉運率和莖葉干物質轉運對穗部貢獻率先增后降，其中莖葉干物質轉運量L 條件顯著低于其他3 個地力條件，莖葉干物質轉運率各處理間差異顯著，而莖葉干物質轉運對穗部貢獻率RH 條件顯著高于L 條件；光合作用對穗部的貢獻率L 條件顯著高于其他3 個地力條件。

方差分析結果表明，地力條件和施氮水平對干物質轉運的各項指標均有顯著或極顯著影響；除莖葉轉運量和穗部干物質增加量外，地力水平和施氮量對其余指標均有顯著的交互作用（表5）。

2.4 不同地力條件下施氮量對雜交秈稻宜香優2115氮肥利用率的影響

由表6 可知，隨著施氮量的增加，氮肥吸收利用率、農學利用率和偏生產力逐漸降低，且各處理間存在顯著差異，氮肥生理利用率無明顯變化規律。

由表6 可知，氮肥吸收利用率M 和L 條件間無顯著性差異，但二者均顯著低于H 和RH 條件；除L 條件外，氮肥生理利用率隨地力條件的降低而逐漸降低，且各處理間差異顯著；偏生產力隨地力條件降低呈先增加后降低趨勢。

方差分析結果（表6）表明，施氮量對氮肥偏生產力、農學利用率的影響達極顯著水平，對氮肥吸收利用率和生理利用率影響達顯著水平，地力條件對氮肥農學利用率和氮肥生理利用率的影響達極顯著水平，而二者互作僅對氮肥生理利用率影響達極顯著，對氮肥吸收利用率影響達顯著水平。

表6 不同地力條件下施氮量對水稻干物質氮肥利用率的影響

3 結論與討論

氮肥施用量對水稻產量和產量構成有著重要的影響。已有研究表明，適當增施氮肥可以使水稻增產，水稻產量隨施氮量的增加表現為先增加后減少[8,11]。本研究表明，在4 種地力條件下，施氮處理的產量顯著高于不施氮處理，隨著施氮量的增加，產量呈先增加后降低的趨勢，進一步證明施氮量對超級雜交秈稻產量有顯著影響，適量增施氮有利于水稻增產，但達到一定水平時，水稻增產效果并不明顯，且有下降趨勢。從本研究的結果看，高、較高、中、低地力稻田獲得高產的施氮量宜分別定為141.96、165.47、154.86 和152.98 kg/hm2。

此外，本研究發現，稻田地力條件越高水稻產量越高。夏圣益等[12]通過研究施氮水平與作物產量的關系發現，基礎地力高的土壤農作物獲得高產的潛力越大。同樣，劉艷陽等[13]的研究發現，相比其他地力條件，高地力條件在促進水稻高產方面具有一定優勢。本研究結果與前人研究結論一致。可見，水稻的生產與地力條件有著密切關系，應重視中低產田地力的培育和提升，提高稻田土壤基礎地力對水稻高產穩產尤為重要。

干物質積累量是水稻產量高低的重要依據之一。本研究表明，隨著施氮量增加，穗前干物質積累量逐漸增加，成熟期干物質積累量和穗后積累比例也均呈逐漸增加趨勢，表明施氮量的增加對水稻生育后期干物質積累量影響較大，此研究結果與吳宗釗等[14]結果一致。其原因可能與試驗所選材料的葉片特征有關，宜香優2115 葉片較寬、顏色深綠，利于其進行光作用進而擁有較強的物質生產能力。

施氮量與氮肥利用率關系密切。施氮量過高，則氮肥利用率降低，造成氮素的損失和環境污染[15-17]。本研究結果表明，施氮量過高，氮肥吸收利用率、農學利用率和偏生產力會降低。其原因可能在于農田長期大量施用氮肥會造成土壤氮素的大量盈余[18-20]，而水稻吸收利用土壤氮素的比例高于肥料[21]，因此降低了氮肥利用率。

本研究發現，地力條件不同，水稻氮肥利用率也存在一定的差異，隨著地力條件的降低，氮肥吸收利用率和生理利用率有降低趨勢，與張軍等[22]的研究結論一致。因此，根據不同稻田地力條件制定適宜施氮量，對水稻實際生產中因地力施氮，從而實現高產高效具有重要的技術指導作用。

中等施氮量能使雜交秈稻在不同地力條件下獲得較高的干物質積累量和轉運能力及較高的氮肥利用率，從而實現雜交秈稻的高產穩產。