氮肥施用量对晚稻产量和氮肥利用效率的影响

李向辉，鲁艳红，廖育林，汤海涛，黄科延

（1.长沙县农业科学研究所，湖南 长沙 410137；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南 长沙 410125；3.长沙县干杉乡农业技术推广站，湖南 长沙 410134）

氮素是土壤肥力中最活跃的因素，施氮也是影响作物产量及作物氮素吸收的重要栽培措施，施用氮肥能够产生较大的经济效益和社会效益。据世界粮农组织统计，目前我国氮肥用量占全球氮肥用量的30%[1]，为世界第一氮肥消费大国。稻田单季化肥氮用量平均为180 kg/hm2，比世界单位面积平均用量高出75%左右[2]，但施入农田中的氮肥被作物利用的仅为20%～40%。据报道，在南方一些主要水稻产区施氮量竟达到270～300 kg/hm2，少数甚至达到450 kg/hm2[3]。不合理施用氮肥成为限制水稻高产的主要原因之一[4]，因此，研究水稻施氮量的合理控制是农业研究与生产中的重要问题。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2009年晚稻种植期间在湖南省长沙县干杉乡进行。供试土壤为第四纪红土发育的红黄泥田，耕层土壤的基本理化性状为：pH 5.1，有机质20.7 g/kg，碱解氮 179.9 mg/kg，全氮 1.94 g/kg，速效磷32.4 mg/kg，速效钾85.9 mg/kg，阳离子交换量（CEC）9.9[cmol（+）/kg]。

1.2 试验设计

试验设 7 个处理，即（1）N0，（2）N45，（3）N90，（4）N135，（5）N180，（6）N225，（7）N270（下标表示纯 N 施用量，单位为kg/hm2）。各处理磷钾用量分别按P2O545 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2施用。供试氮磷钾化肥品种为尿素、过磷酸钙和氯化钾。磷、钾肥均作基肥于插秧前1 d施入，并用铁齿耙耖入泥面下约5 cm泥层中，氮肥的70%于插秧前1 d耖入土中，余下的30%在分蘖期追施。试验设3次重复，随机区组排列，小区面积20 m2，各小区用泥埂隔开，单排单灌，避免水肥相互串混，整个生育期的其他田间管理与大田一致。供试晚稻品种（组合）为D优207，于6月17日播种，7月11日插秧，10月16日收获，株行距16.7 cm×20.0 cm。

1.3 测定项目与方法

水稻收获前1 d从各处理的3重复中各采集有代表性的植株10蔸，进行穗部性状考察，主要包括有效穗、穗粒数、结实率、千粒重。各小区单打单收，晒干后分别计产。

植株、稻谷及土壤养分含量按常规分析方法测定[5]。

1.4 计算方法

氮素相关指标采用下列方法计算：

（1）氮素农学效率=（施肥区籽粒产量－对照区籽粒产量）/施氮量

（2）氮素吸收量=籽粒（稻草）含氮量×籽粒（稻草）产量

（3）氮肥利用率=100×（施肥区籽粒氮素累积量－对照区籽粒氮素累积量）/施氮量

（4）吸收肥料氮量=施肥区籽粒和稻草氮素吸收量－对照区籽粒和稻草氮素吸收量

（5）氮素盈余量=籽粒和稻草氮素吸收量－施氮量

2 结果与分析

2.1 不同氮肥施用量对水稻产量的影响

不同施氮水平对水稻产量的影响较大。由表1可知，当氮肥施用量低于180 kg/hm2时，稻谷产量随施氮量的增加而提高，当施氮量为180 kg/hm2时，产量达最高值7 813.4 kg/hm2，再增加施氮量时，产量降低；施氮量 45、90、135、180、225、270 kg/hm2分别比对照增产 30.8%、58.2%、73.9%、83.1%、75.0%和71.8%。以施氮量为自变量，产量为因变量，经二次曲线拟合发现稻谷产量与施氮量之间呈极显著的二次曲线关系（R2=0.994**），其相关方程为y=-0.090 4 x2+35.55 x+4 244.7。根据回归方程可计算出，当施氮量为196.6 kg/hm2时，可获得最高产量7 739.7 kg/hm2。方差分析表明，不同施氮处理间稻谷产量存在显著差异。由表1还可以看出，稻草的产量随氮肥施用量的增加而增加，而氮的农学效应则随氮肥施用量的增加而减小。

表1 不同施氮量对水稻产量的影响

2.2 不同氮肥施用量对水稻产量构成因素的影响

水稻产量由单位面积有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒重等产量构成因素共同决定。水稻高产要求产量因素在较高水平上达到协调统一。从表2中看出：水稻株高随氮肥施用量的增加而增加；在低氮水平下，单位面积有效穗数随施氮量的增加而增加，施氮量为180 kg/hm2时，有效穗达到最高值326.4万/hm2，再增加施氮量时，单位面积有效穗数则减少；每穗总粒数与稻谷产量和单位面积有效穗数变化趋势一致，均随氮肥施用量的增加呈先增加后降低的变化趋势；结实率随施肥量的增加而降低；千粒重随氮肥施用量的增加呈先增加后减少的变化趋势，但变化幅度不大。这说明合适的氮肥施用量可以增加水稻的产量，增产的主要原因是增加了有效穗数、每穗总粒数和千粒重。

表2 不同施氮量对株高及产量构成因素的影响

2.3 不同施氮量对水稻氮素吸收利用的 影响

不同施氮量对水稻氮素的吸收和利用有明显的影响。从表3中看出：施氮量低于180 kg/hm2，稻谷吸氮量随着施氮量的增加而增加，施氮量为180 kg/hm2时稻谷N累积量达到最高（82.0 kg/hm2），比N0、N45、N90、N135处理分别提高 90.3%、43.9%、16.8%和4.2%，之后随着施氮量的增加，稻谷N累积量反而下降，N180处理的稻谷氮素累积量分别比N225和N270处理高2.6%和5.5%；稻草的吸氮量随氮肥施用量的增加而增加，施氮量 45、90、135、180、225、270 N kg/hm2分别比对照增加 36.7%、70.1%、90.0%、103.2%、112.7%和123.5%；水稻植株吸收来自肥料的氮量随氮肥施用量的增加而增加，但当施氮量超过180 N kg/hm2时，增加幅度减少；各处理氮肥利用率随氮肥施用量的增加而减少，在22.9%～48.8%之间变化，稻谷产量最高的N180处理氮肥当季利用率为34.3%；各处理氮素盈余量表明，当施氮量超过135 kg/hm2时，施入的氮肥才会比水稻吸收的氮量高。

表3 不同施氮量对水稻氮素吸收利用的影响

3 小结与讨论

适宜施氮量的确定除了与施肥量和施肥措施有关，还与基础地力、水稻品种等因素有关。有研究表明在一定施氮量范围内，籽粒产量随施氮量的增加而增加[6-7]，超过一定范围后则产量下降，甚至引起水稻后期生长过旺，造成实粒、千粒重等产量构成因子降低[7]。本研究中，当施氮量低于180 kg/hm2时，稻谷产量随施氮量的增加而提高，当施氮量超过180 kg/hm2时，稻谷产量随施氮量的增加而减少，该研究结果与已往的研究结果一致[8]。

产量构成因子包括单位面积有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重，它们对籽粒产量的贡献因品种和栽培措施不同而不同[9]，施氮水平显著影响籽粒产量构成因子。本研究表明，有效穗数对水稻籽粒产量起着非常重要的作用，结实率和穗粒数是籽粒产量的重要影响因子，千粒重对产量也有一定的影响。因此，水稻氮肥用量的确定应确保水稻有较高的成穗数，以达到水稻高产的目的。

本试验研究还表明，增施氮肥可提高稻谷和稻草的氮吸收量，当施氮量为180 kg/hm2时，稻谷的吸氮量最高，而稻草吸氮量最高值发生在施氮量为270 kg/hm2的处理。这说明在一定的施氮范围内，施氮量的增加不但有利于水稻作物产量的形成，同时促进了植株对氮素的吸收和向籽粒的转移，当达到一定施肥量时（本试验条件下为180 N kg/hm2）虽然能够继续促进植株对氮素的吸收，但不利于氮素向籽粒转移。

水稻对氮素的吸收利用受水稻品种、土壤性质、施肥措施及田间管理等多种因素的影响。本研究发现，在其他条件一致的情况下，施氮量对氮素的吸收利用效率影响很大。氮肥利用率和氮素农学效率均随施氮量的增加而降低，说明降低氮肥施用量是提高氮肥利用率的途径之一，但施氮量低，水稻产量降低，所以在实际生产中必须同时兼顾二者。氮素盈余量随氮肥施用量增加而增加，当施氮量超过135 kg/hm2时，施入的氮肥比水稻吸收的氮量高，过高的氮肥施用量会增加氮的流失风险。因此，综合考虑水稻高产和氮肥高效利用，在该试验条件下，施氮量为135～180 kg/hm2比较适宜。

[1] FAO.Statistical databases[M/OL].Food and Agriculture Organization（FAO）of the United Nations,Rome.http:/www.FAO.Org.2004.

[2] 刘立军，徐 伟，桑大志，等.实地氮肥管理提高水稻氮肥利用效率[J].作物学报，2006，32（7）：987-994.

[3] 苏祖芳，周培南，许乃霞，等.密肥条件对水稻氮素吸收和产量形成的影响[J].中国水稻科学，2001，15（4）：281-286.

[4] 李 季，靳乐山，崔玉亭，等.南方水田农用化学品投入水平及分析——以湖北湖南农户调查为例[J].农业环境保护，2001，20：（5）：333-336，344.

[5] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社，2000.

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[7] 曾建中，李运生，曾燕青，等.氮肥不同用量对P88S/0293产量与抗性的影响试验初报[J].湖南农业科学，2005，（2）：39-40.

[8] 陈明如，龙继锐.缓释氮肥用量及与磷钾配比对超级杂交中稻产量的影响[J].湖南农业科学，2008，（2）：67-70.

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