氮肥不同基追比对直播稻氮素吸收、转运及利用的影响

周乾顺， 吴启侠， 朱建强， 乔 月， 彭瑞雪， 范楚江

(长江大学农学院/湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北 荆州 434025)

关键字： 直播稻； 氮肥基追比； 产量； 氮肥利用率

水稻在中国的农业生产中扮演着非常重要的角色，中国历年的水稻种植面积在3.0×107hm2左右，总量产约2.0×108t，占世界水稻总种植面积的21%和总产量的37%[1]。决定一个地区水稻种植方式的不是种植传统，而是这个地区的劳动力数量[2]。在中国农村劳动力严重不足的现实背景下，对劳动力需求较大的水稻移栽技术已经不是最优的选择，反而具有省时省工特点的水稻直播技术成为中国很多地区农民种植水稻的优先选择。近几年来，水稻直播技术在中国很多地区不推自广[3-6]。2004年湖北省直播稻种植面积约1.333×105hm2，2008年发展至2.333×105hm2，2008-2015年种植面积总体增长10.58%[7]。随着农业机械化普及、高效除草剂技术的成熟和水稻品种的不断改良，许多国家早已将直播作为水稻的主要种植方式，美国、澳大利亚和一些欧洲国家的水稻种植都以机械化直播为主[8-11]。由于水稻直播面积的不断扩大，如何提高直播稻的产量和氮肥利用率已成为研究热点。

氮素养分是影响水稻产量的主要因子之一，因此一些农民误认为氮肥施用量越大产量越高，为了获取更高的产量而施用大量的氮肥，致使中国氮肥用量和稻田氮肥用量分别约占全球总用量的30%和37%，中国已成为世界第一氮肥消费国[12-13]。氮素养分只有在一定区间内才与水稻产量成正比，当越过区间之后，氮肥的投入与产出比会逐渐下降，除此之外随着氮肥的不断投入还会引起一系列的环境问题，例如水体富营养化、地下水硝酸盐含量过高、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]，但大多数只针对传统手插稻和机插稻，关于直播稻氮肥运筹方式的研究较少。直播稻的生育期短、前期的干物质积累慢、中后期生长量大[19-23]，因此直播稻前期对氮素养分的需求量偏小，中后期需求量较大。氮肥施用应适当后移以适应直播稻对氮素养分的需求。但农民习惯性地重施基肥，据调查在湖北、广东、浙江等省农民习惯性地将氮肥总量的55%～85%作为基肥和追肥施用[24]。这样的施肥模式并不符合直播稻的氮肥吸收规律，从而导致氮肥的大量流失，降低了氮肥利用率。本试验选用深两优322为供试品种，设置9个不同的氮肥施用处理，研究不同氮肥基追比对直播稻氮素吸收和产量的影响，以期为江汉平原的直播稻氮肥施用提供理论基础和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

本试验所用材料为深两优332，属籼型两系杂交中稻迟熟品种，在湖北省作一季中稻栽培。

试验于长江大学农学院试验基地(30°21′N，112°09′E)标准小区进行。本基地地处江汉平原，属北亚热带农业气候带。土壤基本性状为：pH7.15，有机质含量28.25 g/kg，全氮含量2.13 g/kg，碱解氮含量113.05 mg/kg，速效磷含量12.89 mg/kg，速效钾含量219.65 mg/kg。试验设置基肥∶分蘖肥∶穗肥比例分别为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，农民最常用的氮肥配施比例)，共8个氮肥运筹方式，以不施氮肥(T0)为对照(CK)，每个处理3次重复，共27个小区。小区面积均为45 m2，小区之间用薄膜和土埂隔开，防止小区之间串水串肥，每小区均有独立的灌溉系统。

1.2 田间管理

按照当地稻田耕作习惯，冬前进行翻耕，在水稻栽种前进行旋耕、泡田。于2020年5月26日在浅水层撒施基肥，施基肥后人工耙平，并将小区整成沟厢模式(小区中间开沟)，厢宽1.5 m，沟宽0.3 m，沟深0.1～0.2 m。播种前进行田间排水，保证田间湿润无水层，播种时进行人工划行均匀播种，播种量折干种为22.5 kg/hm2，播种前对种子进行浸泡和催芽，在芽长为3 mm左右时，适当摊开晾干。播种后3 d内进行化学除草，播种至三叶一心期保持土壤湿润，若土壤发白则灌跑马水，如遇强降水田面有积水就及时排水，6月5日复水至田面有2～3 cm浅水层，6月10日撒施分蘖肥，8月9日撒施穗肥。T1～T8处理氮肥施用量均为180 kg/hm2，8个处理均施等量的磷肥和钾肥，P2O5和K2O用量分别为75 kg/hm2和105 kg/hm2。磷钾肥作为基肥一次性施入。基肥为普通复混肥，其养分含量为41%(N-P2O5-K2O=18-8-15)，追肥为尿素(N≥46%)。

1.3 样品采集及测定方法

1.3.1 干物质量 分别于三叶一心期、分蘖盛期、拔节期、孕穗期、齐穗期和成熟期，取具有代表性样品，按茎、叶及穗部分开收集，随后将各部位器官于105 ℃杀青30 min后80 ℃烘干至恒质量，测定各部分的干物质质量。

1.3.2 氮素积累量 植株干样粉碎后用H2SO4-H2O2消化，再用 Alliance-Futura Ⅱ连续流动分析仪(法国)测定各部分氮含量。

1.3.3 产量测定 于成熟期每小区选定约3 m2收获，记录实际测产面积。脱粒并晒干，清除杂质和瘪粒，称量风干实粒总质量。

1.4 数据计算与统计分析

采用以下公式分别计算氮素积累量(A，kg/hm2)、茎叶氮素转运量(B，kg/hm2)、茎叶氮素转运率(C，%)、氮素贡献率(D，%)、氮肥表观利用率(E，%)和氮肥农学利用率(F，kg/kg)、净干物质积累量(R，kg/hm2)、净氮素吸收量(W，kg/hm2)等指标：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为施氮区产量(kg/hm2)，H为空白产量(kg/hm2)，I为齐穗期茎叶氮素吸收量(kg/hm2)，J为成熟期茎叶氮素吸收量(kg/hm2)，L为成熟期穗部氮素吸收量(kg/hm2)，M为氮含量(kg)，N为干物质量(kg/hm2)，O为施氮区氮素积累量(kg/hm2)，P为不施氮区氮素积累量(kg/hm2)，Q为施氮量(kg)，S为后一个生育期干物质积累量(kg/hm2)，T为前一个生育期干物质积累量(kg/hm2)，W为后一个生育期的氮素吸收量(kg/hm2)，S为前一个生育期的氮素积累量(kg/hm2)，X为后一个生育期的氮素吸收量(kg/hm2)，Y为前一个生育期的氮素积累量(kg/hm2)。

数据一般分析和作图用 Excel 软件，方差分析用 DPS 软件完成，处理间多重比较采用LSD 法。

2 结果与分析

2.1 氮肥不同基追比对水稻干物质积累量的影响

不同氮肥基追比下，直播稻各个生育期净干物质积累量如表1所示。由表1可知，三叶一心期各处理净干物质积累量随基肥施氮量的增加而增加，其中T8处理的基肥施氮量比T5～T7处理高20%，但净干物质积累量仅高出13.85%。分蘖盛期以T5处理的净干物质积累量最高，显著高于T8处理，比T8处理高11.03%，表明氮肥大量基施不会提升直播稻分蘖期的净干物质积累量，而氮肥适量后移能显著提升直播稻在分蘖期间的净干物质积累量。拔节期，T3、T4、T5、T6、T7、T8处理间净干物质积累量无显著性差异，以T5处理最高，比T8处理高4.04%，T5处理与两个基肥不施氮的T1、T2处理间存在显著性差异，比T1、T2处理分别高9.19%、11.96%。由此可以说明，氮肥作追肥适量后移可以提高直播稻拔节期对干物质的积累。在孕穗期，T2、T4、T5、T6、T7、T8处理之间的净干物质积累量不存在显著性差异，由于T6处理施用20%穗肥，其净干物质积累量相对偏高，与T8处理相比高12.23%，比不施穗肥的T5处理高6.12%，由此可以说明，氮肥适量后移作穗肥施用对直播稻孕穗期干物质的积累有一定的影响。在成熟期，各处理间不存在显著性差异，总体上看以氮肥基施40%的处理净干物质积累量较高，以T5处理的净干物质积累量最高，分别比T1、T3、T8处理高0.65%、5.78%、12.68%。综合来看，氮肥基施40%可以增加直播稻在分蘖盛期、拔节期的净干物质积累量，同时氮肥适量后移作穗肥、分蘖肥施用可增加直播稻孕穗期、齐穗期和成熟期的净干物质积累量。

分蘖盛期-拔节期期间，直播稻的干物质主要积累在茎秆中，茎秆中的干物质积累量占总积累量的50.00%～51.70%，叶片干物质积累量占地上部干物质积累总量的48.30%～50.00%(图1)。在孕穗期-成熟期，干物质逐渐从茎叶转移到穗中，水稻成熟后穗中干物质积累量占总干物质积累量的59.00%～62.48%。T5处理茎中干物质积累量较T6处理高1.04%，叶中干物质积累量较T6处理低1.42%，穗中干物质积累量较T6处理高2.63%。由此可见，T5、T6处理的氮肥基追比例能够提高直播稻的干物质转运量，与直播稻的生长习性更加契合。

各处理见表1注。同一生育期内不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。图1 不同氮肥基追比处理下直播稻各器官干物质积累量Fig.1 Net dry matter accumulation of direct-seeding rice organs under different nitrogen fertilizer ratios of base to topdressing

2.2 不同氮肥基追比对直播稻产量的影响

由表2可知，不同氮肥基追比处理对深两优332的千粒质量没有显著影响，但有效穗数、每穗粒数和产量在不同氮肥处理间有显著性差异。总体来看以基施40%的处理有效穗数较多，在基施40%的3个处理中又以T5处理的有效穗数最多，分别比T1、T3、T8处理高23.59%、12.56%、7.75%。不同处理下每穗粒数同样以基施40%的处理较高，T5处理的每穗粒数显著高于T1、T4和T8处理。基施40%的3个处理T5、T6和T7处理之间的产量没有显著性差异，以T5处理的产量最高，显著高于T8处理，分别比T6、T7、T8处理高1.47%、6.99%、7.68%。这说明氮肥施用比例(基肥∶分蘖肥∶穗肥)为4∶6∶0和4∶4∶2更有利于直播稻产量的提高。

表2 不同施氮处理下直播稻产量

2.3 不同氮肥基追比对直播稻地上部分氮素净吸收量与不同器官中氮素累积量的影响

表3为不同氮肥基追比下直播稻地上部分各个时期的氮素净吸收量。在三叶一心期，由于T8处理氮肥大量基施，导致T8处理在三叶一心期的氮素净吸收量偏高，与T7、T6、T5、T4、T3、T2、T1处理之间表现出显著性差异。在分蘖盛期，T5处理的氮素净吸收量与其余处理间均表现出显著性差异，比T1、T3、T6、T8处理分别高53.42%、33.69%、17.43%、21.95%，由此可见，在前中期，氮肥大量基施不能使直播稻对氮素吸收有显著的提升。在孕穗期，T2、T4、T5、T6、T7处理之间的氮素净吸收量不存在显著性差异，由于T7处理有40%的氮肥作穗肥施用，导致T7处理的氮素净吸收量偏高，显著高于T8、T3、T1处理。在齐穗期，T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8处理之间的氮素净吸收量无显著性差异，氮素净吸收量以T5处理最高，分别比T1、T3、T8处理高21.90%、11.31%、10.83%。在成熟期，各处理间氮素吸收量无显著性差异，但T1、T2、T3、T4处理的氮素净吸收量相对较高，有可能是T1、T2、T3、T4处理分蘖肥和穗肥施用较多，造成水稻贪青晚熟，从而使其成熟期对氮素的吸收较强。综合来看，氮肥大量基施会使直播稻在三叶一心期对氮素的吸收量有一定的提升，但不会提升直播稻在分蘖盛期、拔节期对氮素的吸收量，齐穗期以减少基肥用量(40%)、适量增加追肥用量(60%)的T5、T6、T7处理氮素吸收量较高。说明氮肥适量后移作分蘖肥和穗肥施用可以提升直播稻在中后期对氮素的吸收。

表3 不同氮肥基追比下直播稻地上部分的氮素净吸收量

图2显示，分蘖盛期-成熟期都以T5处理的氮素积累量最高。说明氮肥适当后移作分蘖肥施用能显著增高直播稻整个生育时期的氮素积累量。进一步分析可以看出，直播稻茎叶中的氮素积累量随生育期的变化而呈现先增后减的趋势，穗中的氮素积累量从孕穗期开始呈上升的趋势。成熟期T5处理的地上部氮素积累量显著高于其他处理，分别比T1、T3、T8处理高16.16%、11.15%、6.84%。从齐穗期至成熟期穗中的氮素积累量看，T5处理的氮素积累量显著高于T8、T4、T3、T2、T1处理，分别比T8、T4、T3、T2、T1处理高4.43%～13.17%、5.86%～17.69%、7.16%～20.53%、8.85%～28.27%、10.61%～30.73%。可以看出，氮肥适量后移作分蘖肥施用可以提升直播稻中后期的氮素积累量以及氮素转运量。

各处理见表1注。同一生育期不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。图2 不同氮肥基追比下直播稻不同器官中的氮素积累量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转运量、氮素转运率和氮素贡献率

由表4可见，直播稻氮素积累量和转运量与施氮处理密切相关，总体表现出T5处理>T6处理>T7处理>T8处理>T4处理>T3处理>T2处理>T1处理的趋势。无论是氮素贡献率还是氮素转运量都以T5处理最优。说明在相同施氮量的前提下，氮肥适量后移作分蘖肥施用可以提高直播稻的氮素转运量和氮素贡献率。但就氮素转运率来看，T5处理要低于T1、T3、T8处理，原因可能是T5处理在齐穗期以前茎叶中积累的氮素过多，从而导致其氮素转运率偏低，但这也从侧面反映出氮肥基施40%+追施60%的施肥方式在前中期使直播稻积累大量的氮素，更有利于直播稻灌浆期氮素从茎叶向穗中转移，满足水稻籽粒灌浆对氮素的需求，从而增加直播稻产量。

表4 不同氮肥基追比下直播稻的氮素转运

2.5 不同氮肥基追比对直播稻氮肥利用率的影响

氮肥利用率是评价水稻对氮素吸收、利用效果的重要指标。表5说明,不同的氮肥运筹能够显著影响直播稻的氮肥吸收利用。氮肥吸收利用率总体呈现出T1处理

表5 不同氮肥基追比对水稻氮肥利用率的影响

3 讨 论

已有研究结果表明，直播稻的生育期较移栽稻短，前期生长缓慢，中后期生长量大[19，25]。本试验中，T8处理(基肥∶分蘖肥∶穗肥比例6∶4∶0)基肥施氮量大，前期的干物质积累量要显著高于其他处理，但中后期的干物质积累量低于T5、T6、T7处理。T5处理(氮肥的基肥∶分蘖肥∶穗肥比例4∶6∶0)和T6处理(氮肥的基肥∶分蘖肥∶穗肥比例4∶4∶2)中后期的干物质积累量要显著高于其他处理。说明氮肥的基肥∶分蘖肥∶穗肥比例4∶6∶0和4∶4∶2的施肥方式更符合直播稻的生长规律，可以提高直播稻的干物质含量。李木英等[26]的研究结果表明，水稻的基蘖肥施用过多会导致后期氮素吸收量减小，并且施用的氮肥浓度过高会抑制水稻的生长，降低水稻的干物质积累量。本试验中T8处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质积累量，氮肥大量作分蘖肥降低了前期氮素吸收量和干物质积累量，这与李木英等[26]的研究结果基本一致。江立庚等[27]的研究结果表明，水稻在生长前中期干物质主要集中在茎中，成熟期干物质积累主要分布在穗中，本试验结果表明，在水稻分蘖前-齐穗期干物质主要积累在茎中，孕穗期-成熟期，穗中干物质积累量逐渐呈升高趋势。

氮肥是使水稻产量增加的一个重要因素，但是氮肥的运筹不当会导致氮肥的肥效下降，从而影响水稻产量。有研究结果表明，直播稻的氮肥施用量在298 kg/hm2时产量最高，仅知最佳施肥量而不知最佳基追配施方式同样很难使直播稻达到高产，同时还会引起氮素不必要的流失,造成农田面源污染[28]，阻碍农业的发展。优良的氮肥配施方式可以增加直播稻的分蘖，减少无效分蘖，同时还可以提升直播稻对氮素的吸收。本试验结果表明,基肥∶分蘖肥∶穗肥比例分别为4∶6∶0和4∶4∶2的2个处理(T5、T6)的产量相较于其他处理要高，尤其比农民习惯的施肥方式T8处理分别高7.68%、6.12%。在氮素吸收方面，李木英等[26,20]的研究结果表明，直播稻在前期生长量小，中后期生长量大。本试验结果表明，T5、T6处理的氮素吸收在分蘖盛期-孕穗期达到高峰，分别占总氮素吸收量的35.13%、42.39%，这说明T5、T6处理的2种氮肥配施方式更符合直播稻的生长特性，也更符合直播稻对氮素吸收的特性。氮素转运量也是水稻高产的一个重要指标。Ntanos等[29]的研究结果表明，水稻花期营养器官中67%的氮量被转运用以促进籽粒的形成，因此提升氮素转运量是水稻获得高产的重要途径。张雪凌等[30]研究指出，应在习惯性施肥的基础上减少氮肥基施20%，而适当增加分蘖肥和穗肥的施用。本试验结果表明，基肥∶分蘖肥∶穗肥比例为4∶6∶0和4∶4∶2处理的氮素转运量要高于其他处理，且分别比农民常用施肥方式T8处理的氮素转运量高3.34%、2.19%，这说明T5、T6处理的氮肥配施方式有利于提高直播稻的产量。

氮肥利用率是衡量氮素流失的一个重要指标[31-33]。李启红等[34]的研究结果表明，不同氮肥基追比例的氮素积累量差异明显，分蘖期、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，减少氮素流失，其研究结果还表明，适当地增加分蘖肥的用量可以提高水稻的农学利用率。在本试验中T5、T6处理的氮肥吸收利用率和氮肥农学利用率较高，此结果与李启红等[34]的研究结果基本一致。马洪文等[35]的研究结果显示，氮肥基追比例为43.6%∶56.4%时，氮素吸收率最高，这与本试验中T5、T6处理结果基本一致。通过不同氮肥基追比对直播稻干物质、产量、氮素转运量、氮素吸收量、氮素积累量影响的试验，我们认为基肥∶分蘖肥∶穗肥比例为4∶6∶0和4∶4∶2为较适合江汉平原直播稻的施肥方式。