氮肥不同运筹模式对水稻生产及氮肥利用率的影响

摘要：氮肥是作物增产的重要因素。针对水稻氮肥用量过高，前期氮肥比例过大这一突出问题，本试验选取水稻“前肥后移、精确定量”施肥技术，对特定生态区水稻主栽品种的氮肥运筹进行研究与优化。研究氮肥后移对水稻碳氮物质积累、运转、分配及品质形成的影响，进一步明确不同氮肥运筹下水稻产量和品质形成的调控机制，以采取更有效的措施达到高产、优质的目的。结果表明，氮肥后移使分蘖期群体分蘖的发生受到一定程度的抑制，降低了拔节前植株的吸氮量。但在氮肥后移之后，拔节-抽穗阶段的植株吸氮量明显提高，每穗总粒数显著增加，在一定程度上表现出了增产的效果；氮肥后移的效果与氮肥施用量有关，在N15、N18和N21处理下，当氮肥运筹比例为5∶5时产量较高。综合多年的试验表现，江苏麦茬单季晚粳稻以N18处理下氮肥运筹比例为5∶5时效果最佳。

关键词：前氮后移；精确定量；施肥技术；氮肥利用率；运筹

中图分类号：S511.062 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）15-3620-05

Abstract： Nitrogen fertilizer is an important factor for crop production. The N application strategies named as former nitrogen moved backward （FNMB） were tested in three ecological regions to optimize the N application in rice. The dry matter accumulation and distribution， yield and quality were studied to understand the formation of yield and quality of rice under different N application strategies. The result indicated that former nitrogen moved backward （FNMB） can inhibit tillering to some extent and reduce nitrogen uptake before jointing stage. But the yield can increase by the augment of total grains per ear and nitrogen uptake at the stage of jointing and booting， the effect of former nitrogen moved backward （FNMB） related to nitrogen application amount， it can achieve higher yield when the ratio of nitrogen application was 5∶5 under the treatment of N15， N18 and N21. According to test showing， the best result can be achieved when the ratio of nitrogen application strategie was 5∶5 under the treatment of N18 in Jiangsu.

Key words： former nitrogen moved backward （FNMB）； exact metering； fertilization technology； fertilizer-N use efficiency；operations research

中国是世界上水稻生产与消费的第一大国，总产占世界第一，种植面积仅次于印度，全国有三分之二以上人口以稻米为主食[1]。随着耕地面积的减少和人口的不断增长，中国资源消耗与粮食安全和环境保护的矛盾日趋突出，究其原因，这与氮肥的不合理运筹和过量施用均有很大的关系[2]。长时间以来，农民形成了施肥越多越增产的错误的传统观念，导致集约化农作区的氮肥施用量越来越高，从而造成了集约化农作区的作物施肥量超过作物的吸收量[3]。

国内外许多学者对如何提高肥料效率进行了深入的研究，并且取得了相应的研究成果。一般认为，氮肥利用率随着施氮量的增加会呈现出显著降低的趋势，不合理的氮肥运筹方式也会导致田间生产力和氮肥利用率的降低[4]。在稻田生态系统中，氮素是水稻产量提高的巨大动力，对水稻生产的影响很大，如何合理施用氮肥一直是水稻栽培体系中的重要的研究课题[5]。因此，合理运筹氮肥，在保证一定产量的前提下提高氮肥利用率是科技工作者需要研究的重大课题[6]。资料显示，中国水稻种植面积占世界水稻种植面积的20%，但水稻氮肥用量却占全球水稻氮肥总用量的37%，长期以来农民形成了施肥越多越增产的错误的传统观念以期获得高产，另一方面，氮肥价格的相对偏低也导致了氮肥的过量施用[7]。基于此，使我国化肥投入的增加与粮食产出的比例远远高于世界平均水平，成为世界氮肥第一消费大国[8]。中国肥料利用率低下的主要原因包括：①忽视土壤养分资源的利用；②施肥过量；③作物增产潜力未得到充分挖掘；④环境养分来源多，数量大[9]。科技人员针对不同施肥方法体系来指导水稻生产，取得了一定的效果[10]。鉴于目前氮肥的不同施用习惯，如何建立水稻氮肥高产高效的管理模式，根据水稻的氮肥适宜施用方法和施用量，在保证现有水稻产量的同时，降低病虫害发生、提高稻米品质，从而降低农药等生产资料的投入，减轻因氮肥挥发和淋失对环境造成的威胁，提高氮肥利用率[11]，是摆在水稻科研工作者面前的亟须解决的问题，对提高水稻生产的竞争力、保障国家粮食安全具有重要的战略意义[12]。

氮是作物生长必需的三大元素之一，对作物生长效果明显[13]，传统的施肥理念由于偏爱施用氮肥而又缺乏环境保护意识和平衡施肥的技术，盲目的追求经济效益而重施氮肥，这不仅造成了作物生产成本的增加、肥料的浪费，而且因地表径流、氨挥发、排水导致地表水体和地下水污染、富营养化和温室气体N2O的排放等一系列的负面的环境效应[14]。因此，在保证水稻稳产高产的前提下，如何保护环境，提高水稻的氮素利用率是目前我国水稻生产上有待解决的科学问题，对于水稻生产可持续发展具有重要的意义[15]。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

试验地土壤质地为黏土，土壤0～15 cm有机质含量为10.77 g/kg，有效氮、磷和钾含量分别为164.0、14.3和146.0 mg/kg（2013年测定结果），总氮、磷和钾含量分别为1.44、0.55和45.94 g/kg。供试品种为镇稻16（常规粳稻品种），试验于2014年在江苏省南京农业大学试验地进行，5月23日播种，6月21日移栽，9月14齐穗，11月6日成熟。

1.2 试验方法

试验采用肥床旱地育秧方式育秧，于秧苗的6叶1心期移栽，插秧规格30.0 cm×13.3 cm，每穴插2苗。所有小区（包括N0）均施用17%过磷酸钙53 kg/667 m2和60%氯化钾24 kg/667 m2，折合成P2O5和K2O分别为9 kg/667 m2和14.5 kg/667 m2，符合当地施肥配比习惯。氯化钾做基肥和穗肥各施50%，过磷酸钙在基肥100%一次性施用。氮肥做基蘖肥按基肥∶蘖肥=7∶3的比例施用，穗肥氮肥按促花肥（倒4叶）50%、保花肥（倒2叶）50%的比例施用，施氮肥统一用46%的尿素。水分管理及病虫草害防治方法与常规水稻生产田相同。

试验设2个处理（氮肥总量和氮肥运筹），采用二因子裂区设计，将氮肥总量作为主区，氮肥运筹作为副区。主区的处理设3个水平，分别为N1：纯氮15 kg/667 m2，比当地实际水稻生产施氮肥水平降低17%；N2：纯氮18 kg/667 m2，与当地实际水稻生产施氮肥水平相同；N3：纯氮21 kg/667 m2，比当地实际水稻生产施氮肥水平提高17%[8]。氮肥运筹处理设3个基蘖肥与穗肥比例分别为F1：基蘖肥∶穗肥=7∶3；F2：基蘖肥∶穗肥=6∶4；F3：基蘖肥：穗肥=5∶5。氮肥总量×氮肥运筹共9个处理组合，裂区面积31.5 m2（4.5 m×7.0 m），设3次重复。此外，在每个重复中设一个无氮肥区N0作为空白对照。试验共计30个小区，小区间塑料薄膜包埂，单独灌排水。

1.3 调查项目

试验过程中主要调查茎蘖动态、吸氮量、植株干重、主要生育时期LAI及其产量。

茎蘖动态调查：移栽后每小区定点20株（对角线上取2个点，每点定10株）跟踪调查单株茎蘖数，在抽穗前每隔7天调查一次。

植株吸氮量、LAI和植株干重：于有效分蘖末期、拔节期、齐穗期和成熟期在每小区普查250株（用“X”法随机采样5个点，每点取50株），茎蘖数以平均茎蘖（穗）数为标准，取有代表性植株5株，将植株连根拔出，去根，清洗。取下绿色叶片，用叶面积仪测定叶面积后再与穗、茎、鞘混合装入样品袋，置于鼓风烘箱中设定105 ℃杀青30 min，再设定80 ℃烘至恒重后称其干重。保留测定样本，以待后期用凯氏定氮法测定含氮量。

实测产量及产量构成因素：在每小区去掉5个边株和2个边行后，进行人工收割，用脱粒机脱粒后实测产量，晒干后折合成标准含水量计算产量。在小区收割时求取单株产量，按栽插株数换算成标准的667 m2产量。在成熟期以平均穗数为标准，每小区取有代表性的穗型、株高的植株10丛，测定其结实率、千粒重、每穗粒数等性状。

2 结果与分析

2.1 群体茎蘖数的发展动态

氮肥的不同施用量对水稻群体茎蘖发展有显著影响。除移栽时的基本苗数相同外，不同施氮量处理的茎蘖数（3种氮肥运筹处理的平均）在各个观察时间点上均随施氮量提高而增多（图1）。高峰苗数出现的时间也有随施氮量提高而推迟的趋势。如，N1（纯氮15 kg/667 m2）高峰苗数出现的时间在移栽后42 d左右，N2（纯氮18 kg/667 m2）高峰苗数出现的时间在移栽后42 d左右，N3（纯氮21 kg/667 m2）高峰苗数出现的时间在移栽后49 d左右，N0高峰苗数出现的时间则在移栽后35 d左右。这一结论与2013年的试验结果基本上一致。

氮肥运筹不同的比例对水稻群体茎蘖发展也有一定程度的影响，群体茎蘖（各个观察时间点）表现为随氮肥的后移而呈现出降低的趋势（图2）。这一结论与2013年的结果也基本一致。

比较不同氮肥水平下氮肥运筹比例之间的差异可以看出（图3），氮肥运筹不同的比例对水稻群体茎蘖数的影响程度因氮肥总水平的不同而存在差异。在N15条件下氮肥运筹为6∶4和5∶5的处理在各个观察时间点的平均茎蘖数较7∶3处理下都分别降低了9.3%和13.0%，而在N21条件下分别降低了19.6%和25.4%。在N21条件下氮肥后移而导致的群体茎蘖数效应降低明显高于N15条件下的效应。

2.2 主要生育时期的LAI和干物质积累量

有效分蘖末期、拔节期、抽穗期和成熟期的植株干重和LAI随施氮量的增加而呈现出增加或显著增加趋势（表1）。在同一施氮水平下，有效分蘖末期和拔节期的植株干重及LAI随氮肥施用时间的后移呈现出下降或显著下降趋势，而抽穗期和成熟期的植株干重和LAI则呈现出增加或显著增加的趋势。总体上看，随氮肥后移，拔节前干物质积累量和LAI减小，拔节后的干物质生产量和LAI增加，在适宜的氮水平下有利于提高水稻中期和后期的干物质生产积累。

2.3 不同生育时期的氮肥利用率和氮吸收

从表2分析可得，同一施氮水平下，全生育期总吸N量随氮肥后移而呈显著增加趋势，氮肥利用率显著提高；全生育期总吸N量随施氮水平的提高而呈现出显著增加趋势，氮肥利用率也有提高的趋势。从各生育时期吸氮量来看，随着施氮量的增加拔节前、拔节-抽穗和抽穗后3个生育时期的吸氮量均呈现增加趋势，其中以拔节前和抽穗后的吸氮量增加较为显著，而阶段吸氮量占总吸N量的比例在这3个不同生育时期的表现则不同，拔节-抽穗阶段的吸氮比例表现为随施氮量增加而下降，拔节前和抽穗后的阶段吸氮比例表现为随施氮量的增加而提高。氮肥后移主要降低了拔节前的吸氮量和吸N比例，提高了拔节-抽穗阶段的吸氮量和吸N比例，抽穗后吸氮量总体上表现为随氮肥后移而增加，但通常增加不显著。

2.4 氮肥不同施用量处理下的产量

随施N量增加与氮肥后移，收获指数有提高的趋势，但多数情况下差异不显著；产量方面在不同施N量下均以运筹比例5∶5最高；总粒数随施N量增加呈现出先显著增加，随后显著减少的趋势；有效穗数随施N量增加而呈显著增多趋势；产量显著提高（2013年N18和N21两处理差异不显著，但显著高于N15处理）；每穗总粒数显著增加；结实率和粒重有下降趋势，但多数情况下下降不显著；有效穗数随着氮肥的后移而呈现出下降或显著下降趋势。

3 结论

1）根据调查的结果及分析可以得出，氮肥后移使分蘖期群体分蘖的发生受到一定程度的抑制，穗数减少，干物质积累减少，LAI下降，降低了拔节前植株的吸氮量。但在氮肥后移之后，拔节-抽穗阶段的植株吸氮量明显提高，每穗总粒数显著增加，除弥补结实率、粒重和有效穗数下降的效应外，还在一定程度上表现出了增产的效果。

2）氮肥后移的效果与氮肥施用量有关，在N15、N18和N21处理下，当氮肥运筹比例为5∶5时产量较高。综合多年的试验表现，江苏麦茬单季晚粳稻以N18处理下氮肥运筹比例为5∶5时效果最佳。

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