全 文 ：第 30卷 第 1期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.1
2014年 1月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2014 89

氮磷调控及紫云英配施提高早稻冠层特性和产量
时元智 1，崔远来 1※，王 力 1，才 硕 2，余 双 1，刘路广 1,3
（1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072； 2. 江西省灌溉试验中心站，南昌 330201；
3. 湖北省水利水电科学研究院，武汉 430070）

摘 要：为揭示不同氮、磷施用量及配合翻压适量紫云英入田对早稻冠层特性和产量的影响，在 7 个施氮、3 个
施磷及 2个不施氮/磷水平下，开展早稻全生育期叶面积指数 LAI、冠层光合有效辐射 PAR传输特性、叶片叶绿素
SPAD 值、生育后期剑叶净光合速率 Pn及产量的试验观测。结果表明，氮磷调控可显著影响早稻 LAI、叶片叶绿
素含量和叶片光合速率，进而通过调节 LAI影响冠层 PAR传输特性，最终表现为产量上的差异。缺氮对早稻的影
响显著高于缺磷，但在施肥充足时，磷肥对产量的影响比氮肥更加显著。早稻冠层特性和产量随氮、磷施用量的
增加表现出边际递减效应，当施用量超过某一值时出现拐点，最终表现为产量的下降。在赣抚平原灌区，187.5～
225 kg/hm2 施氮量和 60～120 kg/hm2 施磷量以及翻压 15 000 kg/hm2 紫云英鲜草入田可有效提高早稻 LAI和冠层
PAR截获率 In 以及叶片叶绿素含量，维持剑叶生长期内较高的净光合速率 Pn，获得高产。
关键词：氮肥，磷肥，光合，叶面积指数，冠层，光合有效辐射，SPAD值，产量
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.01.012
中图分类号：S143；S311；S511.3+1；S142.+1 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2014)-01-0089-09
时元智，崔远来，王 力，等. 氮磷调控及紫云英配施提高早稻冠层特性和产量[J]. 农业工程学报，2014，30(1)：
89－97.
Shi Yuanzhi, Cui Yuanlai, Wang Li, et al. Regulation of nitrogen-phosphorus and Chinese milk vetch improve canopy
characteristics and yield of early season rice[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
(Transactions of the CSAE), 2014, 30(1): 89－97. (in Chinese with English abstract)

0 引 言
施肥作为重要的农业措施之一，不仅改善了土
壤肥力和性状，还改变了作物叶面积指数（LAI，leaf
area index）和叶片叶绿素含量，进而影响光合碳同
化过程及产量[1-3]。研究表明，化肥在中国粮食增产
中的作用占到 40%～50%[4]，但每年近 5 000 万 t
的化肥用量和较低的氮磷利用效率导致了严重的
农业面源污染和氮素挥发损失，因此合理利用化肥
的研究日益受到重视[5-6]。近年来由于农村劳动力的
转移，稻-稻-冬闲种植制度由于长期浸水又未翻耕
晒垡，造成土壤板结和理化性状变劣，已成为阻碍
水稻增产的重要原因[7-8]。研究表明，南方稻田将冬
种紫云英鲜草翻压入田后再施用化肥，有利于水稻
稳产增产，减少化肥用量，提高化肥利用率，同时

收稿日期：2013-09-02 修订日期：2013-11-14
基金项目：水利部公益性行业专项经费项目（2011010040）；水利部“948”
项目（201229）
作者简介：时元智（1987－），男，山东济南人，博士生，主要从事节
水灌溉及农田水碳通量研究。武汉 武汉大学水资源与水电工程科学国
家重点实验室，430072。Email：71971046@qq.com
※通信作者：崔远来（1966－），男，江西九江人，教授，博士，博士
生导师，主要从事节水灌溉理论与技术研究。武汉 武汉大学水资源与
水电工程科学国家重点实验室，430072。Email：cuiyuanlai@263.net
能够改善土壤环境，增加土壤有机质含量，提高土
壤微生物活性[7-8]。作物产量的 90%～95%都来自于
叶绿体内光合作用形成的有机物质，其中光能是作
物光合作用的转换对象和反应条件，因此 LAI、叶
片叶绿素含量以及冠层光合有效辐射（PAR，
photosynthetically active radiation）都是影响光能利
用和产量的重要因素[9-13]。因此，研究这些影响因
素在不同氮磷调控及绿肥紫云英配施下的变化规
律，对改善作物生长环境进而影响光合同化以及对
光合作用的反馈调节都具有重要意义。
前人关于水稻 LAI 与冠层 PAR 传输特性关系
的研究点多关注不同株型水稻品种和设置不同栽
培密度[14-17]，对于不同氮磷施用量及绿肥紫云英翻
压入田的影响研究较少。研究表明，SPAD-502 型
叶绿素计测定的 SPAD值（叶绿素相对含量）与单
位面积叶绿素含量及叶片含氮量呈极显著正相关
关系[3,18-19]，因此可以直接将其测定的 SPAD 值作
为田间实时快速了解水稻叶片叶绿素含量及氮素
状况的重要指标。抽穗开花至灌浆期是水稻形成产
量的关键时期，作物产量的 52%都是由此阶段水稻
剑叶的光合同化贡献的，因此维持此阶段剑叶较高
的净光合速率（Pn，net photosynthetic rate）是获得
高产的重要保证[20-21]。本文在不同氮磷交互影响及
农业工程学报 2014年

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翻压适量紫云英入田条件下，研究水稻全生育期
LAI、冠层 PAR传输特性和叶片叶绿素 SPAD值的
变化规律和响应机制，同时研究抽穗开花期至灌浆
期剑叶的净光合速率 Pn，并对最终产量进行分析，
以期为更合理地制定早稻氮磷施用调控指标提供
参考。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于 2013年 4－7月在江西省灌溉试验中心
站进行。试验站位于江西省南昌县向塘镇
（116°00′E，28°26′N，平均海拔为 22 m）。该地属
于鄱阳湖流域赣抚平原灌区，是典型的亚热带季风
性气候。
试验站年平均气温为 18.1℃，年平均日照时数
为 1 720 h，年平均蒸发量 1 139 mm，年平均降雨
量为 1 634 mm，但年内分布不均，降雨多集中于 4
－6 月。0～20 cm 土层土壤有机质质量分数为
17.3 g/kg，全氮质量分数为 1.03 g/kg，全磷质量分
数为 0.41 g/kg，全钾质量分数为 12.4 g/kg，pH 值
为 6.86。
1.2 试验材料与处理
试验共设 7个施氮水平（其中包括 2个化学氮
肥与紫云英配施水平）、3 个供磷水平和 2 个不施
氮/磷水平，各水平施肥量见表 1。根据当地农民普
遍采用的大田施肥量及施肥方式，氮肥采用尿素，
按基肥：蘖肥质量比 5:5的方式施肥；磷肥采用钙
镁磷肥，且全部用作基肥；钾肥采用氯化钾，所有
处理的钾肥 K2O施用量都为 120 kg/hm2，按基肥：
穗肥质量比 9:11施用。基肥于移栽前 1 d施用，蘖
肥于移栽后 10 d 施用，穗肥于移栽后 35～40 d 施
用。对于配施紫云英的 2个处理，冬种紫云英的播
种量为 30 kg/hm2，于移栽前 15 d 测定小区紫云英
鲜草产量，按 15 000 kg/hm2用量就地翻压入田，多
余紫云英刈割丢弃，但记录丢弃量并留样测定。
以 150 kg/hm2纯氮用量（N2）为施氮标准，设
置 4个不同施磷量处理（N2P0，N2P1，N2P2，N2P3）；
以 60 kg/hm2 P2O5用量（P1）为供磷标准，设置 8
个不同施氮量处理（N0P1，N1P1，(N1+AS)P1，
N2P1，N3P1，N4P1，N5P1，(N5+AS)P1）。由于
N2P1重复，故经组合后共计 11个处理，见表 2。
试验采用随机区组设计，重复组间用排灌沟分
开。每个处理 3次重复，故在试验站内共建设了 33
个试验小区，每个小区面积均为 25 m2。试验采用
淹灌处理，各小区保证充分供水，不使作物发生水
分胁迫，即不考虑水分对早稻冠层特性和产量的影
响。作物全生育期灌水量与作物生长耗水和降雨量
及其时空分布密切相关，本年度各小区灌水量控制
在 200 mm 左右。早稻品种为“两优 287”，于 2013
年 3月 24日播种，2013年 4月 24日移栽，栽插规
格为 20 cm×20 cm。
表 1 施肥水平
Table 1 Fertilization levels
编号 Identifier 施肥类型 Fertilizer types
施用量
Fertilizer amount/(kg·hm-2)
N0 氮肥（N） 0
N1 氮肥（N） 112.5
N2 氮肥（N） 150
N3 氮肥（N） 187.5
N4 氮肥（N） 225
N5 氮肥（N） 300
N1+AS 氮肥（N） 紫云英（Milk vetch）
112.5
15 000（鲜草翻压）
N5+AS 氮肥（N） 紫云英（Milk vetch）
300
15 000（鲜草翻压）
P0 磷肥（P2O5） 0
P1 磷肥（P2O5） 60
P2 磷肥（P2O5） 120
P3 磷肥（P2O5） 240
表 2 氮磷调控处理设计
Table2 Treatment design
序号
Number
处理编号
Treatments
氮肥用量
N/(kg·hm-2)
磷肥用量
P2O5
/(kg·hm-2)
紫云英用量
Milk
vetch/(kg·hm-2)
1 N0P1 0 60 0
2 N1P1 112.5 60 0
3 (N1+AS)P1 112.5 60 15000
4 N2P0 150 0 0
5 N2P1 150 60 0
6 N2P2 150 120 0
7 N2P3 150 240 0
8 N3P1 187.5 60 0
9 N4P1 225 60 0
10 N5P1 300 60 0
11 (N5+AS)P1 300 60 15000

1.3 冠层辐射传输及光合指标测定与计算
1.3.1 早稻叶面积指数 LAI 及冠层 PAR 传输
在早稻生长的分蘖期（前期：2013 年 5 月 14
日、后期：2013年 5月 22日）、拔节孕穗期（拔
节：2013年 6月 5日、孕穗：2013年 6月 12日）、
抽穗开花期（2013年 6月 24日）、灌浆期（2013
年 7月 2日）和黄熟期（2013年 7月 12日），采
用英国 Delta 公司生产的 SunScan 冠层分析系统测
定早稻 LAI 和冠层 PAR 传输特性。在每个生育期
选择晴天 13:00～15:00[22]，保持漫射系数传感器
BFS水平且高度超过冠层，将 SunScan探测杆先置
于冠层底部，垂直向上测量透射到底部的 PAR
（PART），BFS 将同步测量冠层顶部入射 PAR
（PARI），SunScan直接测出 LAI；再将探头置于冠
第 1期 时元智等：氮磷调控及紫云英配施提高早稻冠层特性和产量

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层顶部 20～30 cm处，垂直向下测量冠层反射 PAR
（PARR）。为消除时间误差，每次测量均采用往返
观测法，每个小区重复测定 10 次。于测定结束后
1 d，各小区取有代表性植株 3株，采用比叶重法[22-23]
测定其 LAI，并与 SunScan测得的 LAI进行比较进
而校核 SunScan参数。
1.3.2 叶片叶绿素 SPAD 值
在早稻生长的分蘖后期（2013年 5月 20日）、
拔节孕穗期（2013年 6月 10日）、抽穗开花期（2013
年 6月 25日）和灌浆期（2013年 7月 3日），采
用日本 Minolta 公司生产的 SPAD-502 型叶绿素计
测定早稻叶片 SPAD 值。每个小区选取 30 个健壮
单茎，分别测定其倒 1叶和倒 2叶的 SPAD值（抽
穗开花期和灌浆期只测定剑叶），取小区内所有测
定叶片 SPAD值的平均值作为该处理在该生育阶段
的最终 SPAD 值。SPAD 值的测定以叶片中部 1/2
处叶绿素计读数表示。
1.3.3 剑叶净光合速率 Pn
在早稻干物质产量积累最重要的抽穗开花期
（2013年 6月 26日）和灌浆期（2013年 7月 4日），
采用美国CID公司生产的CI-340手持式光合作用测
定系统测定早稻叶片净光合速率 Pn。选择晴朗无云
的天气，测定时间为 10:00～12:00，从每个小区选
取完全展开剑叶 3 片，测定叶片中间部位。为消除
时间误差，每次均采用往返观测法，重复测定 3次。
1.3.4 产量
对每个小区中心 4.84 m2 内的水稻收割测产，
即每个处理重复 3次。脱粒晒干后，测定其谷粒质
量和秸秆质量，同时测定谷粒和秸秆水分含量。
1.3.5 冠层透射率 Tr、反射率 Re和截获率 In
按式（1）～式（3）计算。
/r T IT PAR PAR （1）
/e R IR PAR PAR （2）
( ) /n I T R II PAR PAR PAR PAR   （3）
式中，Tr为冠层 PAR 透射率，%；PART为透射到
冠层底部的 PAR，μmol/(m2·s)；PARI为冠层顶部入
射 PAR，μmol/(m2·s)；Re为冠层 PAR反射率，%；
PARR为冠层顶部反射 PAR，μmol/(m2·s)；In为冠层
PAR截获率，%。
1.3.6 消光系数 K
早稻冠层平均消光系数（ K， extinction
coefficient）的计算采用 Beer-Lambert定律，即
ln( / ) /I TK PAR PAR LAI （4）
式中，K为消光系数；LAI为叶面积指数。
1.3.7 数据处理及统计分析
采用 Microsoft Excel 2007 进行数据处理和作
图，采用 SPSS 19.0进行统计分析，多重比较采用
LSD法。
2 结果与分析
2.1 早稻叶面积指数 LAI 的变化特征
LAI 是反映作物群体光截获能力和构建合理冠
层结构的重要指标[9,24]。由表 3 可见，不同氮、磷
用量及紫云英翻压入田对早稻 LAI有显著影响，且
随着生育进程的推进，其影响程度先增大后减小。
全生育期内，LAI“呈迅速增长-趋于平缓-迅速下降”
的单峰分布，最高峰出现在抽穗开花期。
表 3 不同处理间早稻 LAI的变化特征
Table 3 Change characteristics of LAI under different
treatments
叶面积指数 LAI
Leaf area index
序号
Number
处理
Treatments 分蘖期
Tillering
拔节期
Jointing
孕穗期
Booting
抽穗开
花期
Heading
-
Flowering
灌浆期
Grain-
Filling
黄熟期
Yellow-
Ripening
1 N0P1 0.18e 0.68e 0.72e 0.88e 0.68d 0.10e
2 N1P1 1.47abc 2.85d 3.18d 3.77d 2.97c 1.29cd
3 (N1+AS)P1 1.31cd 3.07cd 4.21bc 4.33d 3.86c 1.98c
5 N2P1 1.30cd 2.73d 3.86cd 4.41d 3.06c 1.17d
8 N3P1 1.41bcd 3.59bc 4.60bc 5.70c 5.01ab 1.81cd
9 N4P1 1.62ab 4.14b 5.15b 6.23b 5.13b 2.00c
10 N5P1 1.22d 4.02b 4.46bc 5.16c 4.99b 2.55b
11 (N5+AS)P1 1.66a 5.3a 7.69a 7.72a 6.40a 3.59a
4 N2P0 0.34B 1.24C 1.64C 2.08B 1.44C 0.48C
5 N2P1 1.30A 2.73B 3.86B 4.41A 3.06B 1.17B
6 N2P2 1.48A 3.34A 5.54A 5.00A 3.92A 2.06A
7 N2P3 1.40A 3.08A 4.48B 4.72A 3.04B 1.36B
注：标以不同字母表示在0.05水平上差异显著。下同。分蘖期（5月4日
－5月26日）；拔节期（5月27日－6月8日）；孕穗期（6月9日－6月15日）；
抽穗开花期（6月16日－6月28日）；灌浆期（6月29－7月6日）；黄熟期
（7月7日－7月12日）。
Note: Different letters significant at 5% level (α=0.05); same Not significant.
Similarly hereinafter. Tillering period (5-04－5-26); Jointing period (5-27－
6-08); Booting period (6-09－6-15); Heading-Flowering period (6-16－6-28);
Grain-Filling period (6-29－7-06); Yellow-Ripening period (7-07－7-12).

在各处理 LAI 最大的抽穗开花期，N2P1 处理
的 LAI 比不施氮、磷肥的 N0P1 和 N2P0 处理分别
提高 401%和 121%，这表明氮、磷肥料可显著提高
早稻 LAI，在低肥情况下，氮肥对 LAI 的影响比磷
肥更显著。
随着施氮量的增加，其早稻 LAI显著提高，但
边际递减效应逐渐显现。在抽穗开花期，N3P1 处
理的施氮量仅比N1P1和N2P1处理高 50%和 25%，
但其 LAI分别提高 51.2%和 29.3%；N4P1处理的施
氮量比 N3P1处理高 25%，但其 LAI仅提高 9.3%。
当供氮量达到 300 kg/hm2（N5P1）时，抽穗开花期
LAI 相比 N4P1 处理降低 17.2%，这表明供氮量在
225～300 kg/hm2范围时，LAI随施氮量的变化趋势
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出现拐点，过量的氮肥抑制了早稻的生长发育。
随着施磷量的增加，其 LAI也会提高，但不如
随施氮量的变化显著。N2P2处理的施氮量比 N2P1
处理高 100%，但其抽穗开花期 LAI仅提高 13.4%；
当供磷量达到 240 kg/hm2（N2P3）时，其抽穗开花
期 LAI相比 N2P2处理降低 5.6%，这表明供磷量在
120～240 kg/hm2范围时，边际递减效应使 LAI的增
长趋势出现拐点，过量施用磷肥同样抑制早稻的生
长发育。
对于翻压 15 000 kg/hm2 绿肥紫云英入田的
(N1+AS)P1和(N5+AS)P1处理，其抽穗开花期 LAI
比纯施化肥的 N1P1 和 N5P1 处理提高 14.9%和
49.6%；即使与增施 25%氮肥的 N2P1 处理相比，
(N1+AS)P1处理的抽穗开花期 LAI也仅降低 1.8%，
而孕穗期和灌浆期 LAI则提高 9.1%和 26.1%，这表
明用绿肥紫云英替代部分化肥用作稻田基肥，有助
于提高 LAI并延缓水稻叶片衰老。
2.2 冠层 PAR 传输特性及消光系数 K的变化特征
由图 1可见，氮磷调控和冬种紫云英翻压入田对
早稻冠层 PAR传输特性和消光系数 K有显著影响，
且在生育中后期更加明显。冠层 PAR透射率 Tr和截
获率 In随早稻生育进程表现出明显的规律性变化：移
栽大田后，透射率 Tr迅速下降，至抽穗开花期达到最
小值，而后在灌浆期出现反弹，这与 LAI的生育期变
化趋势正好相反；截获率 In随生育进程的变化趋势与
LAI基本一致，即与透射率 Tr相反。除 N0P1外，反
射率 Re在全生育期内变化不大，基本维持在 3%～5%
之间。消光系数 K 总体呈现先增大后减小的变化趋
势：在拔节期达到最大，在孕穗期出现低点后反弹，
随后从开花期一直下降。研究表明，抽穗后稻穗的截
光效应是生育后期消光系数 K增加的一个主要原因。
透射率Tr随氮磷施用量的变化趋势与LAI也正
好相反，而截获率 In则基本一致。这表明，不同氮
磷用量和紫云英翻压入田可通过调节水稻 LAI直接
影响冠层 PAR透射率 Tr和截获率 In。
当冠层可全部覆盖水稻田面后，反射率 Re基本
不受叶片层数、密度及叶片正反面的影响，即不受
施肥量对 LAI 调控的影响。N0P1 处理的反射率 Re
较大，主要是其 LAI较低，冠层还没有完全覆盖稻
田水面，反射率 Re受水层镜面反射的影响较大，这
与前人的研究结论类似[25]。
相比 N0P1 和 N2P0 处理，氮、磷肥料能显著
提高作物冠层消光系数 K，但从全生育期看，不同
氮、磷处理间的差异并不显著。N0P1至 N5P1处理
（化学氮肥）全生育期平均消光系数K分别为 0.534、
0.444、0.443、0.439、0.434 和 0.435，(N1+AS)P1
和(N5+AS)P1的化学氮肥与绿肥配施处理的全生育
期平均消光系数 K分别为 0.441和 0.421，而 N2P0
至 N2P3的磷肥处理全生育期平均消光系数 K分别
为 0.485、0.443、0.435和 0.443。

第 1期 时元智等：氮磷调控及紫云英配施提高早稻冠层特性和产量

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注：分蘖前期（5月14日）；分蘖后期（5月22日）；拔节期（6月5日）；孕穗期（6月12日）；抽穗开花期（6月24日）；灌浆期（7月2日）。各处理详见表3。下同。
Note: Early-Tillering period (05-14); Later-Tillering period (05-22); Jointing period (06-05); Booting period (06-12); Heading-flowering period (06-24);
Grain-filling period (07-02). For details see the Table 3. Similarly hereinafter.
图 1 不同处理间早稻 PAR透射率、反射率、截获率和消光系数随生育进程的变化规律
Fig.1 Variation of canopy PAR transmittance, reflectance, interception and extinction coefficient during different growth periods
under different treatments

2.3 叶片叶绿素 SPAD 值的变化特征
叶片叶绿素含量是许多因素综合影响的结果，
研究表明[3,18-19]，它通常与作物叶片的氮代谢密切
相关。
由图 2可知，早稻叶片 SPAD值在分蘖期便达
到峰值，这可能是由于早稻处于营养生长阶段，植
株生长以强化分蘖为主要特征，故返青分蘖后植株
增长、叶片增厚，导致绿色加重；拔节孕穗期后，
SPAD 值开始呈下降趋势，而下降的程度随氮、磷
施用量的不同而有所差异。至抽穗开花期，幼穗分
化完成，剑叶出生，早稻已由营养生长转为生殖生
长，植株氮素供给开始从叶片向籽粒灌浆转移，叶
片开始出现衰老症状，从而导致 SPAD值的下降。
至灌浆期，SPAD值下降非常明显。

图 2 不同生育期早稻叶片 SPAD值在不同处理间的对比
Fig.2 Comparison of SPAD value of early-season rice under different treatments during different growth periods
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不施氮（N0P1）与不施磷（N2P0）对早稻 SPAD
值的影响有显著差异。从分蘖期到抽穗开花期，
N0P1处理的 SPAD值都远小于 N2P0处理，这表明
氮肥对 SPAD值的影响远大于磷肥。在早稻分蘖期，
除 N0P1外，土壤氮素供应充足，故各处理间 SPAD
值的差异不明显；在拔节孕穗期，SPAD 值随氮肥
用量的增加先增大，在 N3P1处理（N=187.5 kg/hm2）
时出现极值（拐点）以后下降。而对于冬种紫云英
翻压入田的(N1+AS)P1和(N5+AS)P1处理，其SPAD
值均分别大于 N1P1 和 N5P1 处理，这表明绿肥紫
云英能够促进早稻叶片对氮素的吸收和转化，进而
增加叶绿素含量；至灌浆期，N3P1、N4P1和 N5P1
处理的 SPAD 值明显高于 N1P1 和 N2P1 处理，前
者较其在拔节孕穗期的 SPAD 值的降幅分别为
13.7%、16.5%和 12.9%，而后者的 SPAD值降幅则
达到 25.6%和 23.8%，这说明，充足的土壤氮素供
给有利于早稻剑叶的保绿，延长叶片功能期，进而
提高光合效率，但值得注意的是，稻田含氮量过高
可能会使作物出现贪青晚熟的情况。
当供氮量较低时，冬种紫云英翻压入田对早稻
叶片在生育后期保绿的影响更加显著。N1P1 和
(N1+AS)P1处理（低氮）在抽穗开花期的 SPAD值
分别为 32.8和 35.2，较其在拔节孕穗期的 SPAD值
的降幅分别为 8.9%和 5.6%，降幅差为 3.3%。而两
处理在灌浆期的 SPAD值分别为 31.3和 26.8，较其
在抽穗开花期的 SPAD 值的降幅分别为 18.3%和
11.1%，降幅差为 7.2%；而 N5P1 和(N5+AS)P1 处
理（高氮）在同期的 SPAD 降幅差分别为 1.0%和
3.0%。
虽然磷肥对 SPAD值的影响显著小于氮肥，但
值得注意的是，不施磷肥的 N2P0 处理在早稻生育
期内（灌浆期除外）都大于其它磷肥处理，这可能
是由于不施磷肥后早稻更多通过吸收氮素来维持
其生长发育所致。
2.4 剑叶净光合速率 Pn的变化特征
土壤氮、磷是影响作物光合作用的重要环境因
素。氮磷调控通过改变水稻 LAI和叶片叶绿素含量
直接影响光合产物的形成过程，因此合理调控氮磷
用量可使花后维持较高的光合速率，对形成经济产
量具有重要作用。
由图 3可知，在抽穗开花期和灌浆期，随着施
氮量的增加，早稻剑叶净光合速率 Pn逐渐增大，期
间并没有出现拐点，这与其 LAI、冠层 PAR截获率
In及 SPAD 值的变化趋势都不同。在抽穗开花期，
(N1+AS)P1 和(N5+AS)P1 处理的净光合速率 Pn较
N1P1和 N5P1处理分别提高 5.0%和 9.9%，而在灌
浆期其升幅更是达到 11.3%和 10.7%。这充分表明
翻压适量的绿肥紫云英鲜草入田可有效提高早稻
剑叶净光合速率 Pn，且其在花后的影响更加明显，
可维持较高的光合速率，从而促进干物质的积累和
产量的提升。

图 3 抽穗开花期和灌浆期早稻剑叶净光合速率 Pn在不同
处理间的对比
Fig.3 Comparison of net photosynthetic rate of flag leaf under
different treatments at heading-flowering period and
grain-filling period

不同施磷量处理的比较可知，N2P2 在抽穗开
花期和灌浆期的剑叶净光合速率 Pn 都显著大于其
他处理，这与其 LAI 和冠层 PAR 截获率 In的变化
相同，但与其 SPAD值的变化规律不同。这说明，
尽管合理增施磷肥对叶绿素含量的提升有限，但其
仍可通过提高 LAI和净光合速率 Pn来影响产量。
从抽穗开花期和灌浆期的比较看，氮磷供给不
足时剑叶的衰老显著降低了净光合速率 Pn；而氮磷
供给充足及有机绿肥紫云英的翻压入田则比较明
显地延缓了叶片衰老，保持了较高的光合速率，这
与其叶绿素降解缓慢有关。可见，合理的氮磷供给
量是维持高光合速率和高产的基础。
2.5 早稻产量的对比
早稻的干物质产量（籽粒产量和秸秆产量）随
氮、磷施用量的变化趋势与 LAI 和冠层 PAR 截获
率 In基本一致。随着施肥量的增加，其籽粒产量和
秸秆产量都相应提高，但边际递减效应逐渐显现；
当氮、磷用量分别超过 225和 120 kg/hm2时（N4P1
和 N2P2），其效应出现拐点，产量下降。
氮磷调控可显著影响早稻产量，缺氮（N0P1）
对产量的影响显著高于缺磷（N2P0）。图 4表明，
当供氮、磷量分别达到 187.5和 120 kg/hm2时（N3P1
和 N2P2），增施肥料对产量的影响已不显著。
在低供氮条件下， (N1+AS)P1 处理的籽粒产
量和秸秆产量都远大于 N1P1 处理，而高供氮条件
第 1期 时元智等：氮磷调控及紫云英配施提高早稻冠层特性和产量

95
的(N5+AS)P1和 N5P1处理的产量差异并不明显，
这表明当供氮量较低时，紫云英鲜草翻压入田对早
稻产量的影响更加显著，这与 SPAD值的研究结果
是一致的。已有研究表明[26-30]，紫云英翻压入田后，
使土壤质地疏松，土壤有机质、腐殖质及碱化氮增
加，土壤微生物数量及活度也相应增加，有效减少
了矿物质对土壤氮磷的固定，同时微生物及土壤矿
化使得有效养分加速释放，这都有利于早稻根系对
养分的吸收利用。

图 4 早稻籽粒产量和秸秆产量在不同处理间的对比
Fig.4 Comparison of grain yield and straw output under
different treatments

需要注意的是，相比于 N2P1 处理（施氮量
150 kg/hm2 和施 P2O5 量 120 kg/hm2），尽管增施
100%磷肥的 N2P2处理在生育期内 LAI、冠层 PAR
截获率 In、叶片 SPAD值和剑叶净光合速率 Pn等指
标上都小于增施 100%氮肥的 N5P1处理，但其产量
却更高，甚至高于(N5+AS)P1处理，这表明，在充
分供肥的条件下，磷肥对产量的影响比氮肥更加显
著。在不缺氮的情况下，适量调高磷肥施用量，其
增产效果更加显著。
3 结 论
1）氮磷调控可显著影响早稻叶面积指数、叶片
叶绿素含量和叶片光合速率，进而通过调节叶面积
指数影响冠层 PAR传输特性，最终表现为产量上的
差异。缺氮对早稻的影响显著高于缺磷，但在充分
供肥时，磷肥对产量的影响比氮肥更加显著。
2）早稻的冠层特性与产量随氮、磷用量的增
加表现出边际递减效应，当施用量超过某一值时出
现拐点，最终表现为产量的下降。
3）翻压适量（15 000 kg/hm2）紫云英鲜草入田
可显著提高早稻的冠层特性和产量，且当供氮量较
低时这种影响更加显著。
4）本研究认为，在赣抚平原灌区，187.5～
225 kg/hm2 施氮量和 60～120 kg/hm2 施磷量以及
翻压入田 15 000 kg/hm2 的绿肥紫云英鲜草可有效
提高早稻叶面积指数和冠层 PAR 截获率以及叶片
叶绿素含量，维持全生育期内较高的净光合速率，
获得高产。
限于人力物力的限制，本研究仅涉及单一早稻
品种，且仅为 1年的试验数据。因此，关于氮磷调
控下早稻冠层特性及产量的年际变化规律还需要
进一步的研究。同时，不同紫云英翻压量对早稻冠
层特性及产量的影响也是下一步研究的重点。
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Regulation of nitrogen-phosphorus and Chinese milk vetch improve
canopy characteristics and yield of early season rice

Shi Yuanzhi1, Cui Yuanlai1※, Wang Li1, Cai Shuo2, Yu Shuang1, Liu Luguang1,3
(1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China;
2. The Irrigation Experiment Station of Jiangxi Province, Nanchang 330201, China; 3. Hubei Water Resources Research Institute,
Wuhan 430070, China)

Abstract: Fertilization was an essential agricultural practice to improve soil fertility and quality, and the change
leaf area index (LAI) and plant chlorophyll content, and had a direct effect on photosynthetic carbon assimilation
and grain yield. In order to reveal the effect of a nitrogen-phosphorus fertilizer regulation and the ploughing down
of Chinese milk vetch planted in the winter on the canopy characteristics and yield of early season rice,
experiments were carried out, with 7 nitrogen levels (including 2 combined applications of chemical nitrogen and
green manure levels) and 3 phosphorus levels and 2 No-nitrogen / phosphorous levels. LAI, the transmission
characteristics of canopy photosynthetically active radiation (PAR), and leaf SPAD values were measured during
the whole growth period, and the leaf net photosynthetic rate (Pn) was also measured in the heading-flowering
period and in the grain-filling period, and the yield of early season rice was measured after harvesting. The results
showed that nitrogen and phosphorus fertilizer could significantly affect the LAI which had a direct effect on light
transmission and interception, SPAD value, Pn, and yield. In a certain range, increasing nitrogen fertilizer could
cause a higher LAI, significantly, while increasing phosphorous fertilizer also changed the LAI in a slightly
elevated but not significant manner. The variation trend of the canopy PAR interception and the LAI were
basically the same, while the canopy PAR transmittance was the opposite. However, the effect of the LAI on
reflectance was not obvious enough, its values, greatly influenced by mirror reflection, maintained between
3%~5%. With an increase of chemical fertilizer, the marginal diminishing effect gradually came into play. When
the chemical fertilizer was overdosed, especially when the nitrogen fertilizer was higher than 225 kg/hm2 or the
phosphate fertilizer higher than 120 kg/hm2, the effect curve appeared at an inflection point, and the early season
rice growth might be inhibited and the grain yield would be cut. Ploughing down of moderate green manure
(Chinese milk vetch) planted in the winter could significantly promote the LAI, light transmission, and
interception, SPAD, photosynthesis, and yield under the same fertilizer, especially in the condition of low nitrogen.
This could be because ploughing down green manure could increase the soil organic matter, soil humus, and soil
microbial quantity and activity, and effectively reduce the fixation on nutrients. Available nutrients were released
in spurts, and the soil nitrogen update was accelerated. An adequate soil nitrogen supply was conducive to
maintaining the chlorophyll content of flag leaves, prolonging the functional period of leaves, and improving the
photosynthesis efficiency and yield. The effects of a phosphorus deficiency on leaves were significantly less than
that of low nitrogen availability, although phosphorus was limited to the promotion of chlorophyll content. A
reasonable increase of phosphorus fertilizer could affect crop yield by promoting the LAI, light interception, and
photosynthesis efficiency. This study considered that, in the Ganzhou and Fuzhou Plain Irrigation District, a
combined application of 187.5~225 kg/hm2 nitrogen, 60~120 kg/hm2 phosphorus, and 15000 kg/hm2 Chinese
milk vetch effectively improved the LAI, canopy PAR interception, and the content of chlorophyll, maintained a
higher net photosynthesis efficiency, and consequently, enriched crop yield. It should be pointed out that, because
of the limited manpower and material resources, this paper involved only one rice variety and one year’s data, and
the research on photosynthesis was only limited to the leaf scale, and in the measurement of PAR transmission
characteristics and photosynthesis there existed a certain time lapse. Further studies are required to research the
effect of different amounts of ploughing down of Chinese milk vetch on early season rice canopy characteristics.
Key words: nitrogen fertilizer, phosphorus compounds, photosynthesis, leaf area index (LAI), canopy,
photosynthetically active radiation (PAR), soil and plant analyzer development value (SPAD value), yield
（责任编辑：张俊芳）