廣西稻區不同水稻品種對氮肥施用量的響應差異

陳桂芬　黃雁飛　劉斌　劉淑儀　黃玉溢　林昔香　唐其展

摘要：【目的】探明施氮量對不同水稻品種產量及其氮肥利用率的影響，為培育和利用氮高效水稻品種提供理論依據?！痉椒ā窟x擇適宜廣西稻區的6個水稻品種，設4個施氮量水平（0、75、150和225 kg/ha）的田間試驗，測定不同施氮量下各水稻品種的產量及其主要農藝性狀和氮積累量，并計算氮肥利用率，通過回歸分析各水稻品種產量與施氮量的關系，估算出獲得最高產量時的施氮量及其氮肥農學效率和氮肥偏生產力?！窘Y果】在0～225 kg/ha施氮量范圍內，6個水稻品種的株高均隨施氮量增加而增高，但有效穗數、穗長、穗粒數、結實率及千粒重與施氮量的關系表現不一致;水稻產量的總體變化趨勢是隨施氮量增加而增加，當施氮量達225 kg/ha時，除桂野豐產量開始下降外，其他品種產量增加緩慢。與無氮處理相比，施氮處理產量平均增產幅度在35.92%～67.45%，由高到低依次是恒豐優777>桂育11號>野香優3號>桂野豐>百香優139>桂育9號。6個水稻品種的氮肥吸收利用率、氮肥農學效率和氮肥偏生產力均隨施氮量增加呈逐漸下降趨勢;氮肥貢獻率則隨施氮量增加而增加，當施氮量達225 kg/ha時，氮肥貢獻率增加緩慢甚至開始下降;不同水稻品種的氮肥利用率不同，氮高效利用品種（恒豐優777）的平均氮肥吸收利用率是氮低效利用品種（野香優3號）的1.53倍。6個水稻品種當季獲得最高產量時的適宜施氮量在181.9～219.7 kg/ha，氮肥農學效率在10.1～17.9 kg/kg，氮肥偏生產力在30.6～41.9 kg/kg?！窘Y論】不同水稻品種對氮肥的響應存在一定差異。本研究條件下，初步篩選出恒豐優777和桂育11號兩個氮高效利用品種。

關鍵詞： 施氮量;水稻;氮高效品種;產量;氮肥利用率;廣西

中圖分類號： S143.1;S511? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2021）01-0137-08

Abstract：【Objective】Effects of nitrogen application rate on different rice varieties and nitrogen utilization efficiency were studied to provide theoretical basis for breeding and using high nitrogen efficiency rice varieties. 【Method】Four nitrogen application rates（0，75，150 and 225 kg/ha） were applied on six rice varieties in Guangxi. Rice yield，main agronomic characters，nitrogen accumulation were tested to calculate nitrogen utilization efficiency under different nitrogen application rates. Correlation between rice yield and nitrogen application rate were determined by regressive analysis. The nitrogen rate for the maximum rice yield，nitrogen agronomic efficiency（NAE） and nitrogen partial factor productivity（NPFP） were estimated. 【Result】 In the range of 0-225 kg/ha nitrogen application rate，the plant height of the six rice varie-ties increased with the increase of nitrogen application rate，but the relationship between the effective panicle，ear length，grain number per ear，seed setting rate，1000-grain weight and nitrogen application rate showed inconsistent; the overall change trend of rice yield was to increase with the increase of nitrogen application rate. When the nitrogen application rate reached 225 kg/ha，the yield of the varieties increased slowly，except that Guiyefeng began to decline. Compared with the nitrogen-free block，the average yield increase was? 35.92%-67.45%，the rank from high to low was Hengfengyou 777>Guiyu 11>Yexiangyou 3>Guiyefeng>Baixiangyou 139>Guiyu 9. The nitrogen uptake efficiency，NAE and NPFP of the six rice varieties showed a gradual decrease with the increase of nitrogen application rate; the contribution rate of nitrogen increased with the increase of nitrogen application rate，when the nitrogen application rate reached 225 kg/ha，the contribution rate of nitrogen? increased slowly or even began to decline. Rice varieties showed different average nitrogen utilization efficiencies with 1.53 times difference between the high one（Hengfengyu 777） and the low one（Yexiangyou 3）. The optimum nitrogen application rate for the six rice varieties to obtain the highest yields was 181.9-219.7 kg/ha，the NAE was 10.1-17.9 kg/kg，and NPFP was 30.6-41.9 kg/kg. 【Conclusion】 Rice varieties showed different nitrogen uptake efficiencies，Hengfengyou 777 and Guiyu 11 are screened as rice varieties with high nitrogen efficiency under this experiment condition.

Key words： nitrogen application rate; rice; rice variety with high nitrogen efficiency; yield; nitrogen utilization effi-ciency; Guangxi

Foundation item： National Key Research and Development Program of China（2018YFD020030603）; Guangxi Science and Technology Plan Project（Guike AD17195026， Guike AD19259007）

0 引言

【研究意義】水稻是我國的主要糧食作物，其高效優質生產對我國糧食保障及食品安全起著極其重要的作用。氮素是水稻生長和產量形成中最重要的營養元素，也是制約水稻產量的重要限制因子，合理施用氮肥可提高水稻產量，維持土壤氮素平衡。當前許多生產者為達到提高水稻單產的目的，氮肥施用嚴重過量，不僅降低氮肥利用效率，造成資源浪費和生產成本增加，還增加環境污染風險。目前水稻栽培品種很多，不同水稻品種對氮肥響應存在一定差異，因而不同水稻品種對氮素的吸收利用率不同，培育和篩選氮利用率較高的水稻品種是促進水稻生產氮高效利用的措施之一（章星傳等，2018）。研究不同水稻品種對不同施氮量的響應差異，對培育氮高效水稻品種和制定合理的施氮量，提高氮肥利用率，以及減少環境污染均具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】當前關于施氮量與水稻產量和氮肥利用率關系方面的研究有較多報道。李俊周等（2017）的研究結果顯示，適宜的施氮量能有效提高水稻Y兩優886干物質積累量和產量，但過量施用氮肥會造成減產;氮肥農學利用率和氮肥偏生產力隨施氮量的增加呈下降趨勢。呂小紅等（2017）研究施氮量對不同株型水稻產量和氮肥利用率的影響，結果表明，在一定范圍內，不同株型品種產量均隨施氮量的增加而增加，氮肥偏生產力則隨施氮量的增加而降低。管正策等（2018）研究不同施氮量對雜交秈稻產量和氮肥利用率的影響，發現隨施氮量的增加，氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率、氮肥偏生產力、氮素籽粒生產效率及氮素干物質生產效率均呈下降趨勢，產量呈先升高后降低的變化趨勢。李楠等（2019）認為合理的施氮量可提高氮肥利用率。從夕漢等（2019）研究表明，在施氮量0～270 kg/ha范圍內，水稻籽粒產量和植株地上部干質量隨施氮量的增加而顯著增加，氮肥農學利用效率和氮肥生理利用效率隨施氮量的增加而降低。孫志廣等（2019）以18個粳稻品種為試驗材料，研究結果表明，在不同的施氮水平下，各品種的氮肥農學利用率差異顯著，單株谷重隨氮肥施用量的增加而顯著提高，氮肥偏生產力與施氮量呈負相關。肖榮英等（2019）指出，不同水稻品種產量對氮肥用量的響應程度不同，各品種之間的最佳施氮量、最高產量及氮肥利用率差異明顯?！颈狙芯壳腥朦c】雖然前人在水稻對氮肥的吸收利用方面進行了大量研究（楊廣等，2019;喬月等，2020），但水稻對氮肥的吸收利用受品種特性、土壤條件、氣候條件和施肥方法等因素的影響，不同區域的研究結果不盡相同（馮洋等，2014;魯偉林等，2016;肖榮英等，2019），而關于廣西稻區不同水稻品種對氮肥響應的相關研究報道較少?！緮M解決的關鍵問題】以適宜廣西稻區種植的6個水稻品種為研究對象，設計4個施氮量處理，測定不同施氮量條件下各水稻品種的產量及其主要農藝性狀、干物質積累量和氮積累量，并計算氮肥利用率，通過回歸分析各水稻品種產量與施氮量的關系，估算出獲得最高產量時的施氮量及其氮肥農學效率和偏生產力，以期探明適宜廣西稻區不同水稻品種對氮肥響應的差異，為選育和利用氮高效水稻品種提供參考依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗地概況

試驗地點設在南寧市賓陽縣武陵鎮，屬南亞熱帶季風氣候，地理位置位于東經108°52′40.87″、北緯23°9′42.22″，海拔高度135 m，土壤為第四紅土母質發育的黃泥田，土地平整，排灌條件良好，是賓陽縣水稻生產基地之一。供試土壤基本性質：pH 5.40，全氮1.59 g/kg，全磷0.74 g/kg，全鉀4.17 g/kg，有機質3.23%，水解氮173 mg/kg，速效磷30.9 mg/kg，速效鉀169 mg/kg。

1. 2 試驗材料

供試水稻品種：恒豐優777、野香優3號、桂野豐、桂育9號、桂育11號和百香優139，均為目前推廣的水稻品種，其中恒豐優777和野香優3號為雜交稻品種，其余品種為優質常規稻。

供試肥料：尿素（含N 46%，重慶建峰化工股份有限公司）、鈣鎂磷肥（含P2O5 16%，云南昆陽磷肥廠有限公司）、氯化鉀[含K2O 60%，中化化肥（控股）有限公司]。

1. 3 試驗設計

試驗設4個氮水平：不施氮（N0 0 kg/ha）、低氮（N1 75 kg/ha）、中氮（N2 150 kg/ha）和高氮（N3 225 kg/ha），6個水稻品種，共24個處理，每處理3次重復，共72個小區，每小區面積為20 m2;小區間采用塑料薄膜包裹田埂隔開，四周設置獨立的排灌水溝，實行單排單灌，防止小區間串水串肥。采用秧盤育秧，于2019年3月18日播種，4月2日插秧，7月13日收獲;插秧規格為株行距20 cm×25 cm，每穴插3～4苗。各小區均施等量的磷鉀肥（P2O5 75 kg/ha、K2O 225 kg/ha），磷肥全部作基肥一次施下，氮肥比例為基肥∶蘗肥∶穗肥=4∶3∶3，鉀肥比例為基肥∶蘗肥∶穗肥=3∶4∶3。其他田間管理措施一致，按照常規栽培管理措施進行。

1. 4 測定項目及方法

在水稻成熟期，各小區內隨機調查10株水稻的有效穗和株高，并采集具有代表性的5株水稻植株帶回室內作為考種材料，測定其穗長、每穗粒數、穗實粒數、千粒重和結實率;小區稻谷全部收割脫粒，測定水稻濕谷產量和稻稈鮮重，并分別采集各處理的混合稻谷樣品和稻稈樣品，測試氮含量和含水率。植株樣品氮含量的測定采用凱氏定氮法，含水率的測定采用烘干法。氮肥利用率計算公式：

氮肥吸收利用率（%）=（施氮區植株地上部吸氮量-不施氮區植株地上部吸氮量）/氮肥施用量×100

氮肥貢獻率（%）=（施氮區產量-不施氮區產量）/施氮區產量×100

氮肥農學效率（kg/kg）=（施氮區產量-不施氮區產量）/氮肥施用量

氮肥偏生產力（kg/kg）=施氮區產量/氮肥施用量

1. 5 統計分析

采用Excel 2007統計、處理試驗數據和制圖，采用SPSS 19.0分析試驗數據。

2 結果與分析

2. 1 施氮量對不同水稻品種產量構成因素的影響

水稻株高、單位面積的有效穗數、穗粒數、結實率及千粒重等是水稻生長發育的重要指標和產量構成的重要因素。如表1所示，6個水稻品種的株高均隨施氮量的增加而增高，其中最高的是高氮水平下的恒豐優777，最低的是無氮處理的桂野豐。各品種的株高在中氮和高氮水平下差異不顯著（P>0.05，下同），但與低氮水平（百香優139 75 kg/ha除外）及不施氮的處理間差異達顯著水平（P<0.05，下同）。有效穗數與施氮量的關系各品種表現不一致，野香優3號和桂育11號的有效穗數隨施氮量的增加而增加，而百香優139和桂野豐的有效穗在低、中氮水平下隨施氮量的增加而增加，當施氮量達225 kg/ha時，有效穗數下降，恒豐優777和桂育9號有效穗數則是低氮處理最高，其他處理略有降低，但差異不顯著。各品種的穗長、穗粒數及千粒重隨施氮量的變化規律不明顯，處理間差異不顯著，可能受品種的遺傳特性影響較大。各水稻品種的結實率與施氮量的關系表現也不一致，恒豐優777、野香優3號（0 kg/ha除外）和桂育9號的結實率均隨施氮量增加而略有下降，百香優139的結實率則隨施氮量增加而增加，桂育11號和桂野豐的結實率變化無規律。

2. 2 施氮量對不同水稻品種產量的影響

圖1所示，各水稻品種施氮處理產量均顯著高于無氮處理產量，當施氮量由0 kg/ha增加到75 kg/ha時，水稻產量隨施氮量的增加而迅速增加，當施氮量增加到225 kg/ha時，產量增加緩慢甚至開始下降。無氮處理產量最高的是桂育9號，其次是恒豐優777，最低的是桂育11號，桂育9號與百香優139和桂育11號之間產量差異達顯著水平，與其他品種之間差異不顯著;低氮和中氮處理產量最高的品種均是恒豐優777，其次是桂育9號，最低的是百香優139;高氮處理產量最高的品種也是恒豐優777，其次是野香優3號，最低的是百香優139。低氮、中氮和高氮處理產量與無氮處理相比，恒豐優777分別增產56.38%、70.53%和75.45%，平均為67.45%，野香優3號分別增產38.86%、51.34%和62.29%，平均為50.83%，百香優139分別增產35.86%、49.99%和52.19%，平均為46.01%，桂育9號分別增產26.18%、39.73%和41.84%，平均為35.92%，桂育11號分別增產53.01%、65.87%和70.45%，平均為63.11%，桂野豐分別增產33.35%、56.12%和55.19%，平均為48.22%;平均增產率最高的是恒豐優777，其次是桂育11號，最低的是桂育9號。各品種增產幅度不同，說明品種間氮素利用效率有差異。

2. 3 施氮量對不同水稻品種氮肥利用率的影響差異

評價氮肥施用效果的定量指標主要包括氮肥吸收利用率、氮肥農學效率、氮肥偏生產力和氮肥貢獻率等。從表2可看出，6個水稻品種的氮肥吸收利用率、氮肥農學效率及氮肥偏生產力均與施氮量呈負相關，即氮肥吸收利用率、氮肥農學效率和氮肥偏生產力均隨著施氮量的增加而下降。氮肥吸收利用率在18.40%～46.81%，平均為29.57%，平均氮肥吸收利用率最高的是恒豐優777（36.58%），其次是桂育11號（35.05%），最低的是野香優3號（23.88%），恒豐優777和桂育11號的平均氮肥吸收利用率分別是野香優的1.53倍和1.47倍;中氮和低氮處理氮肥吸收利用率最高的品種是恒豐優777，其次是桂育11號，最低的是野香優3號，從高到低排序為恒豐優777>桂育11號>百香優139>桂野豐>桂育9號>野香優3號;高氮處理氮肥吸收利用率最高的是桂育11號，其次是恒豐優777，最低的是野香優3號，從高到低排序為桂育11號>恒豐優777>桂野豐>百香優139>桂育9號>野香優3號。氮肥農學效率在8.80～32.31 kg/kg，平均為16.08 kg/kg，各水稻品種的氮肥農學效率與施氮量的關系變化趨勢與氮肥吸收利用率變化趨勢一致。氮肥偏生產力在25.66～89.61 kg/kg，平均為49.72 kg/kg，最高的是恒豐優777，其次是桂育9號，最低的是百香優139。在一定施氮量范圍內，各水稻品種的氮肥貢獻率與施氮量呈正相關，即隨施氮量增加而增加，但施氮量達到高水平時氮肥貢獻率增加緩慢甚至開始下降。恒豐優777的氮肥貢獻率最大，在36.05%～43.00%，平均為40.14%，其次是桂育11號，氮肥貢獻率在34.64%～41.33%，平均為38.56%，最低的是桂育9號，氮肥貢獻率在20.75%～29.50%，平均為26.23%，其他3個品種處于中間水平?？梢?，不同水稻品種對氮的響應不同，且在不同氮水平下各水稻品種的氮肥利用率和氮肥貢獻率存在一定差異。本試驗條件下，恒豐優777是對氮肥利用最高效的品種，而桂育11號在常規稻品種中是氮高效品種。

2. 4 不同水稻品種產量與施氮量的回歸分析結果

通過對不同水稻品種產量與施氮量的回歸分析，結果表明，供試的6個水稻品種產量（y）與施氮量（x）間的關系均呈二次曲線關系，二者的曲線方程式如表3所示，依據方程式可估算各水稻品種獲得最高產量時所需的施氮量。6個水稻品種的最高產量在5831.0～7645.7 kg/ha，平均為6626.2 kg/ha，所需施氮量在181.9～219.7 kg/ha，平均為194.5 kg/ha;依據各水稻品種最高產量時對應的施氮量，可計算最高產量時的氮肥農學效率和氮肥偏生產力。6個水稻品種的氮肥農學效率在10.1～17.9 kg/kg，平均為12.8 kg/kg，其中最高的是恒豐優777（17.9 kg/kg），其次是桂育11號（14.7 kg/kg），分別比平均值高39.84%和14.84%，其他品種低于平均值，從高到低排序為恒豐優777>桂育11號>桂野豐>野香優3號>百香優139>桂育9號;氮肥偏生產力在30.6～41.9 kg/kg，平均為34.2 kg/kg，其中最高的是恒豐優777（41.9 kg/kg），其次是桂育11號（35.6 kg/kg），分別比平均值高22.51%和4.09%，其他品種低于平均值，從高到低排序為恒豐優777>桂育11號>桂育9號>桂野豐>百香優139>野香優3號。上述分析結果再次驗證了本試驗條件下，恒豐優777和桂育11號是氮高效利用的水稻品種。

3 討論

氮肥施用是影響水稻生長發育和產量形成的最直接因素，氮素營養狀況與水稻產量密切相關。本研究結果表明，6個水稻品種的稻谷產量在施氮條件下均顯著高于無氮處理產量，且隨著施氮量的增加而增加，當施氮量增加到高氮量時，稻谷產量增加緩慢，甚至有的品種（桂野豐）產量開始下降。各品種稻谷產量與施氮量呈明顯的二次曲線關系，與肖榮英等（2019）的研究結果一致。由于不同水稻品種產量對氮肥用量的響應程度不同（劉立軍等，2014;江雅等，2019），因而獲得最高產量時的適宜施氮量存在差異。瞿媛等（2018）研究表明，在施氮150 kg/ha時3個兩系雜交早稻品種均獲得最高產量，但增氮至250 kg/ha時產量有所下降;方林發等（2020）研究表明，在西南地區紫色土上的施氮量為150 kg/ha時水稻產量最高，當施氮量增至180 kg/ha時，水稻產量下降。本研究結果表明，在適宜的施氮量范圍內，各水稻品種產量均隨施氮量的增加而增加，但不同品種的適宜施氮量不同，其中恒豐優777和桂育11號在獲得最高產量的適宜施氮量分別為182.6和181.9 kg/ha，其他品種的適宜施氮量在188.5～219.7 kg/ha，與陳安強等（2013）研究得出南方丘陵稻區水稻高產與環境友好雙贏的容許施氮量為135.0～249.5 kg/ha的結果基本一致。

氮肥利用率是當前農業生產上最關注的問題之一。我國稻田的氮肥吸收利用率為30%～35%，農學利用效率低于10 kg/kg，較發達國家低很多，其主要原因之一是氮肥施用量過大。已有的研究結果表明，稻田氮肥吸收利用率、氮肥農學利用率和氮肥偏生產力隨施氮量增加呈下降趨勢，曹彥圣等（2016）認為施氮量增加，稻田氮素涇流損失隨之增加，而農學效率和偏生產力隨之下降;張剛等（2016）指出稻田氨揮發損失量、氮肥淋溶損失量和土壤殘留氮量均隨施氮量的增加而增加?？梢?，制定合理的水稻施氮量對提高氮肥利用率非常重要。不同水稻品種的合理施氮量及其氮肥利用率不同，并受環境因素影響很大，研究結果也會因研究區域、土壤肥力和稻作類型等不同而差異明顯。王秀斌等（2013）研究不同土壤肥力條件下施氮量對雙季稻氮肥利用率的影響，結果表明，無論早稻還是晚稻，氮肥吸收利用率、氮肥農學效率和氮肥偏生產力均表現為低產田>中產田>高產田，并均隨施氮量的增加而降低;低產田、中產田和高產田的適宜施氮量分別為120、180和240 kg/ha。本研究結果表明，在施氮量75～225 kg/ha，6個水稻品種的氮肥吸收利用率、氮肥農學效率和氮肥偏生產力均隨著施氮量的增加而下降，氮肥貢獻率則與稻谷產量的變化趨勢相同;不同水稻品種的氮肥吸收利用率表現不一致，其中氮肥吸收利用率最高的品種是最低的1.53倍。6個水稻品種獲得最高產量時的施氮量及其氮肥農學效率和氮肥偏生產力分別為181.9～219.7 kg/ha、10.1～17.9 kg/kg和30.6～41.9 kg/kg。氮肥對水稻產量和氮肥利用率的影響是多方面的，為能全面、準確地了解不同品種對氮肥的響應差異，下一步應開展不同水稻品種和施氮量在水稻各生育時期氮素的吸收累積及轉運代謝方面的研究，以更好了解氮高效品種對氮素吸收的特性，有針對性地指導農民合理施用氮肥，確保水稻生產過程在提高氮肥利用率的同時達到增產增收的效果。

4 結論

不同水稻品種對氮肥的響應存在一定差異。本研究條件下，初步篩選出恒豐優777和桂育11號兩個氮高效利用品種。

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（責任編輯 羅 麗）