太湖地区不同水稻品种对追肥期氮素利用率的比较研究

彭玉净， 田玉华， 尹 斌， 高进华， 卞会涛

(1. 史丹利化肥股份有限公司，山东临沂 276700；2. 土壤与农业可持续发展国家重点实验室，中国科学院南京土壤研究所， 江苏南京 210008)

太湖地区不同水稻品种对追肥期氮素利用率的比较研究

彭玉净1， 田玉华2， 尹 斌2， 高进华1， 卞会涛1

(1. 史丹利化肥股份有限公司，山东临沂 276700；2. 土壤与农业可持续发展国家重点实验室，中国科学院南京土壤研究所， 江苏南京 210008)

摘要[目的] 为研究不同水稻品种对追肥期氮素的利用效率。[方法]在中国常熟生态农业试验站，采用田间微区15N示踪技术研究不同水稻品种对不同生育期追肥的氮素利用率及分配。[结果]不同水稻品种在不同施肥阶段对肥料的回收利用率变化趋势一致，即随着生育期的推移，氮肥的利用率增加。基肥的利用率最低，仅占施肥量的16%左右；分蘖肥回收率为30%左右；穗肥利用率最高，利用氮肥效率最高的水稻品种穗肥回收率可达52.3%。收获时，不同水稻品种吸收的15N在各部分分布规律为：吸收的分蘖肥在籽粒和稻草中的积累量相当，均占吸收量的45%左右；在标记穗肥中，不同水稻品种籽粒集中吸收氮的60%左右，秸秆中35%，根中5%左右，说明水稻对穗肥的转移利用率远高于对分蘖肥的转移利用率。粳稻-86优8品种对分蘖肥和穗肥的回收利用率均显著高于另外2个品种，说明它适宜在太湖流域种植。另外，不同追肥在作物收获时土壤残留氮均占施肥量的10%左右，大部分集中在0～20 cm土层内，在未发生下渗和径流损失的情况下在水稻整个生育期内气态损失是稻田氮素损失的主要途径。[结论] 粳稻-N-86优8品种产量高、品质好、氮素利用率高，适于在太湖流域大面积种植。

关键词水稻;氮素利用率;15N；追肥

氮素是作物生长的必需元素。施用氮肥是促进作物生长和提高粮食产量的重要措施。 氮肥在我国粮食增产中的作用达到40%～60%[1-2]。然而，氮肥不合理施用导致作物利用率较低，其当季作物利用率仅为30%～35%[3]，甚至更低[4]。氮肥施入农田会通过各种损失途径进入大气、水体等，导致地表水富营养化、地下水硝酸盐污染、酸雨及土壤酸化、温室气体排放和大气污染等一系列环境生态问题[5-9]，已引起全球的广泛关注[10-11]。目前，我国氮肥的增产效果趋于降低，氮的环境污染趋于加重，东部地区更明显。苏南太湖地区是我国重要的水稻产区，氮肥施用量一直保持在较高水平, 水稻季氮肥用量达270～300kg/hm2，有的地区甚至高达350 kg/hm2[3,12]，肥料的增产作用已微乎其微。若仍一味增加氮肥用量，则不仅会增加氮肥施肥成本，降低氮肥利用率，而且会加重对环境的污染[12-13]。大量研究表明，水稻品种是影响氮素吸收利用的影响因素之一[14-17]。在该地区，已对稻田氮肥的作物吸收利用以及损失途径开展一系列的研究，但对于不同水稻品种不同生长阶段所施肥料氮的吸收利用率的比较研究较少。采用田间小区15N微区试验,笔者对太湖地区不同水稻品种对不同追肥的利用率以及施氮时期对水稻植株、籽粒氮的吸收和分配规律的影响进行了研究, 以期为确定水稻高产、优质、施氮的最佳时期提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验区概况该试验于2010年稻季在中国科学院常熟生态农业试验站(120°41′88″E，31°32′93″N)进行。该站位于太湖流域，属亚热带湿润气候区，年平均气温在15.5 ℃，年均降雨量1 038mm，无霜期224d。6～10月份日照强烈，白天最高气温在38 ℃左右。供试土壤为普通潜育水耕人为土(乌栅土)。0～15cm土壤有机质含量 35.0g/kg、全氮2.01g/kg、速效氮12.4mg/kg、速效磷5.0mg/kg、速效钾121.3mg/kg、CEC17.7cmol/kg，pH7.35。

1.2试验安排水稻供试品种为两优培九(S-籼型两系杂交水稻，全生育期145d),华优广抗占(M-籼型三系杂交水稻，全生育期140d,86优8(N-粳型三系杂交水稻，全生育期150～155d)。

按照当地常规种植方式于5月下旬育秧，6月中下旬插秧(基肥于插秧前1d施用)。试验具体时间安排为2010年6月18日插秧，7月24日第1次追肥，8月21日第2次追肥，10月28日收获。施肥量与当地常规施肥量相同，氮肥用量300kg/(hm2·季),磷肥量为90 kg/(hm2·季)(以P2O5计)，钾肥量为90 kg/(hm2·季)(以K2O计)。氮肥为普通尿素、15N标记尿素(丰度为20%)，磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾。磷钾肥做基肥一次施用；氮肥分3次施用，施用比例为4∶3∶3。3次施肥均为表层撒施。

1.3试验设计对于每个水稻品种，分别在分蘖期和孕穗期施入15N标记氮肥。田间小区的面积为40m2。在稻季试验开始之前，在每个小区放置6个微区筒，微区筒为方形，长50 cm，宽25 cm，置入土层40 cm，上方留15 cm。同时，分为2组：一组在分蘖期施15N标记氮肥，另一组在孕穗期施15N标记氮肥。基肥为普通尿素。在微区内可种植一行水稻(2穴，每穴3株)，在微区外小区部分水稻行距和株距按照当地习惯为25cm*13cm。小区施用普通尿素。在施肥后若遇降雨，则可对微区进行遮盖，以防微区内氮肥溅出。微区的施肥方法、施肥时间、管理方法均与当地稻田管理方法保持一致。

1.4样品采集与测定方法采集微区内水稻植株样品和微区内土壤样品。 在水稻成熟后，地上部分沿着地表收割，挖出0～20cm表层土，进行手动挑根。在水稻收割后，洗净，分为根、秸秆、籽粒3个部分。收割后，在烘箱105 ℃条件下杀青30min，然后在70 ℃下烘干至恒重后称物质干重，粉碎。

土壤样品采集按0～20、20～40cm深度分层采样。以往相关研究结果表明，在该试验区当季氮肥下渗至40cm以下土层的采集十分困难，故未采集更深土层土样[18]。在土壤样品采集后，立即喷撒1mol/LHCl，使得土样酸化，减少在风干过程中的氮素损失[19]。在土样自然风干后磨细过100目筛。

土样、植株样全氮的测定采用凯氏定氮法[20]。所得吸收液用稀硫酸酸化后浓缩至固体，用Finnigan-MAT-251同位素质谱仪测定样品中的15N丰度。为了防止在测定过程中的交叉污染，土样、植株样品在测定过程中按照15N含量由低到高的顺序进行。

1.5计算方法根据Cabrera和Kissel[21]提供的公式，计算水稻植株吸收15N量、植株及土壤中15N的回收利用率。

15N吸收量=p×c/a

15N回收率%=[p(c-b)/f(a-b)] ×100

式中，p为土壤或植株中总氮量；f为施用肥料的N量；c为土壤或植株的15N丰度；a为施用肥料的15N丰度；b为未施用N处理或植株15N自然丰度。

所得数据用Excel和SAS统计分析软件处理，采用LSD法对均值比较各处理间差异(P<0.05)。

2结果与分析

2.1不同水稻品种各部分生物量由表1可知，由于各处理分蘖肥和孕穗肥标记微区施氮量相同，籼稻两优培九、华优广抗占在分蘖肥和穗肥标记2个处理间各部分生物量没有明显差异，2个品种间也没有明显差异。分蘖肥标记的粳稻-86优8收获时各部分生物量则在0.05水平显著高于其他处理，产量较高，即粳稻产量高于籼稻。

表1　不同水稻品种收获时各部分生物量　g/盆

注：同列不同字母表示差异达0.05显著水平。

2.2不同水稻品种各部分吸氮量由表2可知，在水稻不同生长阶段追肥，氮素利用率差异在0.05水平显著。不同水稻品种对穗肥吸收的氮量均在0.05水平显著高于分蘖期，主要表现在籽粒部分，其在穗肥期的吸氮量比分蘖期高近1倍，秸秆和根部15N含量在收获时没有明显差异。分蘖肥标记粳稻-86优8籽粒吸氮量在0.05水平显著高于另外2个品种，总吸氮量明显高于其他2个品种；在穗肥标记中，籼稻-两优培九和粳稻-86优8籽粒15N积累量在0.05水平显著高于华优广抗占，两者之间差异不大，但总吸氮量以粳稻-86优8略高，在一定程度上说明粳稻吸氮能力高于籼稻。

表2　不同水稻品种不同期收获时各部分吸氮量　mg/盆

注：同列不同字母表示差异达0.05显著水平。

2.3不同施肥时期水稻对肥料氮的回收利用率及肥料氮在水稻各部分的分配在水稻的不同生长阶段追肥，水稻对氮肥利用率差异很大。由表3可知，3个品种水稻对分蘖肥氮素利用率分别为25.4%、29.1%、37.1%，穗肥氮素利用率分别为46.3%、34.9%、52.3%，水稻对穗肥的利用率在0.05水平显著高于对分蘖肥的利用率。其中，粳稻-86优8品种对分蘖肥的回收率达到37%，籽粒中15N含量占化肥氮的18%，均在0.05水平显著高于另外2个品种；粳稻-86优8对穗肥的利用率高达52.3%，高于另外2个品种对穗肥的利用率。

表3　不同水稻品种各部分15N回收率及分配比例　%

注：同列不同字母表示差异达0.05显著水平。

水稻基肥施15N标记氮肥，作物吸收肥料氮仅占施肥量的16.3%，其中54.3%集中在籽粒中，36.6%集中在秸秆中，根吸收肥料氮仅占施肥量的9%。分蘖肥施15N标记氮肥，作物吸收肥料氮占施氮量的30%左右。不同水稻品种籽粒中集中吸收氮占总和吸氮量的46.1%～49.2%，秸秆中占42.6%～47.3%，根中占6.6%～9.9%，各品种中籽粒和稻草中氮素积累量相当，差异不显著，粳稻-86优8籽粒15N积累量在0.05水平显著高于另外2个品种；在穗肥标记中，不同水稻品种籽粒集中吸收氮的60%左右，秸秆中35%，根中5%左右。总的来讲，在不同施肥时期追肥，水稻对氮肥的吸收收获时在各部分的分布表现为：穗肥标记中15N在籽粒中比例在0.05水平显著高于分蘖肥标记，而在秸秆和根中积累量低于分蘖肥标记，即水稻对在穗肥期追肥的回收利用率在0.05水平显著高于对分蘖肥的回收利用率，而且水稻对穗肥的转移利用率远高于对分蘖肥的转移利用率。这与一些研究规律[22-24]是一致的。由表3可知，粳稻-86优8无论是在分蘖期还是在穗肥期氮素利用率均高于另外两个品种，高于整个水稻生长期长期施氮的平均利用率[4,18]。

2.4不同水稻品种不同生育期施肥肥料氮的平衡试验中不同追肥时期氮素利用率高于已有研究的平均利用率，原因可能是水稻基肥施用量大, 同时作物利用率较低(16%)[25]。由表4可知，氮素利用率较高的粳稻-86优8分蘖肥损失率达52%，穗肥总损失率达35.7%，另外2个品种分蘖肥损失率高达60%，穗肥分别达40%和50%。不同追肥在水稻收获时土壤残留肥料氮的比率均为10%左右, 其中绝大部分在0～20cm土壤中，20～40cm土层内肥料氮均占施氮量的1%左右，水稻当季氮肥几乎不会淋洗到40cm以下，在试验过程中微区内未发生氮素径流损失，因此气态损失是主要损失途径，主要表现为氨挥发和硝化-反硝化。

表4　水稻的氮素利用率、土壤残留率和表观总损失率　%

注：同列不同字母表示差异达0.05显著水平。

3结论与讨论

水稻植株对肥料氮的吸收随生育期的推移是逐渐增加的。这是缘于随着水稻生长，植株吸氮能力增加。3个水稻品种吸收肥料氮的规律一致，即在不同生长阶段施肥，氮素利用率相差显著。对各个品种水稻吸收的分蘖肥在收获时主要分布在籽粒和秸秆，比例相当；穗肥吸收主要集中在籽粒中，其次是秸秆，根中的含氮量很低，只占很小一部分。不同水稻品种收获时对穗肥的转移利用率均在0.05水平显著高于对分蘖肥的转移利用率。水稻基肥期肥料利用率最低(仅16%)，原因可能是基肥施肥量大，水稻植株吸氮能力差，损失严重。穗肥利用率最高，可达施肥量的52.3%。

3个水稻品种产量、吸氮量、氮素利用率均以粳稻-86优8品种最优。这可能与其生育期不同有关。水稻生育期在产量形成过程中是决定群体光合积累的时间特征值，表示水稻发育速度的快慢，影响产量的形成。有研究表明，不同品种水稻稻谷产量与全生育期天数呈0.01水平显著正相关关系，随生育期推迟，水稻产量潜力明显提高，生育期越长，产量越高[25-26]。

粳稻-N-86优8品种相比而言，生长状况良好，产量高，品质好，氮素利用率高，适于在太湖流域大面积种植。

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中图分类号S143.1

文献标识码A

文章编号0517-6611(2015)30-102-03

基金项目国家自然科学基金面上项目(31000940; 41071197)。

作者简介彭玉净(1986- )，女，山东聊城人，助理农艺师，硕士，从事肥效试验研究。

收稿日期2015-09-11

NitrogenFertilizerUtilizationofDifferentRiceGenotypesinTaihuLakeRegion

PENGYu-Jing1, TIAN Yu-Hua2, YIN Bin2et al (1.StanleyFertilizerCo.Ltd.,Linyi,Shandong276700; 2.StateKeyLaboratoryofSoilandSustainableAgriculture,InstituteofSoilScience,ChineseAcademyofSciences,Nanjing,Jiangsu210008)

Abstract[Objective]The research aimed to study the nitrogen utilization rate of different rice genotypes.[Method] Field15N micro-plot experiment was applied to study the nitrogen utilization rate at different growth stages of different rice genotypes on Gleyed paddy soi1 in Taihu Lake region.[Result] The fertilizer recovery efficiency trend at different growth stages of different rice genotypes was consistent, which was the nitrogen recovery was increased as the growth period developed. The base fertilizer utilization rate was the lowest, only accountting for about 16% of fertilizing amount. The tillering fertilizer’s recovery was 30%. The panicle fertilizer’s utilization rate was the largest while the highest recovery reached 52.3%. The different rice genotypes’ recovery of panicle fertilizer was higher than the recovery of tillering fertilizer obviously. At harvest time, nitrogen accumulation of grain and straw during the tillering stage was considerable, accounting for about 45% of the tillering fertilizer uptake. The grain of different rice genotypes concentrated about 60% of the panicle nitrogen fertilizer absorption, and about 35% of the straw and about 5% of the root. The results showed that the utilization rate of panicle fertilizer was significantly higher than that of the tillering fertilizer, and the transfer efficiency of the panicle was much higher than the transfer efficiency of tillering. The recovery rate of two topdressing fertilizations of 86you8 was significantly higher than the other two rice genotypes, indicating that it was suitable for planting in the Taihu Lake Basin. Soil residual nitrogen of different topdressing fertiliations at crop harvest accounted for 10% of the fertilizer, mainly concentrated in the 0-20 cm top soil layer. The gaseous nitrogen loss was the main way of nitrogen loss in the whole rice growing period when the infiltration and run off losses of nitrogen didn’t occurred.[Conclusion] 86you8 has high yield, good quality, high utilization rate of nitrogen, indicating that it was suitable for planting in the Taihu Lake Basin.

Key wordsRice；Nitrogen fertilizer utilization；15N；Top-dressing fertilization