全 文 ：文章编号 :100028551 (2009) 042681205
水稻不同移栽密度的氮肥效应及氮素去向
樊红柱　曾祥忠　吕世华
(四川省农业科学院土壤肥料研究所 ,四川 成都　610066)
摘 　要 :利用15N示踪技术 ,研究不同移栽密度对水稻产量、氮肥吸收利用及氮素去向的差异。结果表明 ,
随移栽密度增大 ,水稻产量显著增加 ,穗粒数、结实率和千粒重降低 ,子粒与秸秆氮素含量、肥料利用率
及其残留量增加 ,而氮素损失降低。水稻所吸收的氮素约 2Π3 来源于土壤氮 ,1Π3 来源于当季肥料氮。
不同移栽密度处理间 ,肥料利用率为 16169 %～26169 % ,氮肥残留率为 17112 %～21108 % ,有 52123 %～
66119 %的肥料损失。无论哪种密度下 ,肥料主要残留在 0～20cm 土层中。种植密度为 40cm ×40cm 时 ,
0～20cm 土层氮素残留量为 28154kgΠhm2 ,占施肥量的 12197 % ,高于 50cm ×50cm 和 30cm ×30cm 处理而
在 40～60cm 土层的氮素残留量为 7134kgΠhm2 ,比 50cm ×50cm 和 30cm ×30cm 处理同层残留量降低了
57190 %～59129 %。
关键词 :水稻 ;密度 ;产量 ;氮肥利用率 ;氮素去向 ; 15N示踪技术
NITROGEN UTILIZATION EFFICIENCY AND FATE OF FERTILIZER
UNDER DIFFERENT TRANSPLANTING DENSITY
FAN Hong2zhu 　ZENG Xiang2zhong 　LU Shi2hua
( Soil and Fertilizer Institute , Sichuan Academy of Agriculture Science , Chengdu , Sichuan 　610066)
Abstract :Field experiments were conducted to study rice yield , N uptake and fertilizer fate by using urea labeled with 15N
under transplanting density of 30cm ×30cm , 40cm ×40cm and 50cm ×50cm. The results showed that higher transplanting
density significantly increased rice yield. Grain2panicle , seed setting rate and 10002grain weight decreased with the
transplanting density increasing. 15N2content in grain and straw of rice , nitrogen use efficiency and 15N2fertilizer residue were
all high at high density , but 15N2fertilizer loss was low. Almost 1Π3 of the total N uptake by rice supplied by fertilizer , and 2Π
3 N came from soil . Nitrogen use efficiency were 16169 %～26169 % , 15N2fertilizer residue ratio were 17112 %～21108 % ,
and 15N2fertilizer loss were 52123 %～66119 % among three treatments. 15N2fertilizer residue mainly distributed in 0～20cm
top soil . The amounts of fertilizer residue in 0～20cm top soil under transplanting density of 40cm ×40cm was almost
28154kgΠhm2 , taking 12197 % of the total applied fertilizer ,which was higher than that of 50cm ×50cm and 30cm ×30cm.
Under the density of 40cm ×40cm , the amounts of fertilizer residue in 40～60cm soil profile was 7134kgΠhm2 , and it was
57190 %～59129 % less than that of 50cm ×50cm and 30cm ×30cm.
Key words :rice ; transplanting density ; grain yield ; nitrogen utilization efficiency ; nitrogen fate ; 15N tracing method
收稿日期 :2008212223 　接受日期 :2009203227
基金项目 :农业部“948”项目 (20032Z53) ,四川省财政育种工程青年基金项目
作者简介 :樊红柱 (19782) ,男 ,陕西蓝田人 ,助理研究员 ,主要从事植物营养、施肥与环境研究。Tel :028284504919 ; E2mail :fanhongzhu @tom. com
通讯作者 :吕世华 (19642) ,男 ,四川新都人 ,副研究员 ,主要从事土壤与植物营养研究。E2mail :sclush @126. com　　氮素是水稻生长所需的重要营养元素。研究表明不合理施用氮肥一直是限制水稻高产的主要原因之一[1 ,2 ] 。过量的氮肥易导致氨挥发、反硝化、淋失等一 系列氮素损失[3 ,4 ] ,且由稻田氮素损失引起的环境污染越来越引起关注。因此 ,研究水稻合理施肥仍然是农业生产和环境保护的重要问题。已有研究表明 ,通过
186　核 农 学 报　2009 ,23 (4) :681～685Journal of Nuclear Agricultural Sciences
优化田间管理可提高水稻的氮肥利用效率 ,如肥料类
型的合理选择 ,施肥量的合理控制 ,选育氮高效品种
等[5～7 ] 。但通过选择适宜的栽培密度来提高水稻氮肥
利用效率的相关报道较少。本试验在田间条件下比较
了不同移栽密度对水稻产量、氮肥吸收利用与氮素去
向的差异 ,以期为水稻合理施肥提供依据。
1 　材料与方法
111 　试验地概况
试验点位于四川省简阳市东溪镇新胜村 ,地处四
川丘陵区中部 ,该区东经 104°36′,北纬 30°25′,属湿润
亚热带气候 , 年平均气温 1711 ℃, 年平均降雨量
88219mm。试验地为冬水田 ,土壤为石灰性紫色土。
土壤的营养成分 :全氮 1162gΠkg ,速效氮 60194mgΠkg ,
速效磷 ( P2O5 ) 17178mgΠkg ,速效钾 ( K2O) 112186mgΠkg ,
有机质 29154gΠkg ,pH 7188。
112 　试验设计
11211 　小区试验 　田间试验于 2005 年 4 月至 9 月进
行 ,供试水稻品种为川香 9838。采用旱育秧技术育
秧 ,在水稻二叶一心期 ,单本壮秧等边三角形移栽 ,苗
间隔 10cm ,3 株组成的小等边三角形为一窝 ,窝与窝间
组成大等边三角形 ,行与行间窝位相互交错 ,设窝间距
50cm ×50cm、40cm ×40cm 和 30cm ×30cm 3 个处理。
各处理施肥量与施肥方式相同 ,氮肥为 220kgΠhm2 ,磷
肥为 108kgΠhm2 ,钾肥为 180kgΠhm2 。氮肥为尿素 (N
46 %) ,磷肥为过磷酸钙 ( P2O5 12 %) ,钾肥为氯化钾
( K2O 60 %) ;各处理氮肥的 30 %做基肥 ,40 %做分蘖
肥 ,20 %做穗肥 ,10 %做粒肥 ;全部磷肥和 50 %的钾肥
做基肥 ,50 %的钾肥做分蘖肥。小区面积为 418m ×
318m ,每处理重复 3 次 ,随机区组排列。小区四周筑有
宽 50cm、高 30cm 的田埂 ,田埂间用塑料膜纵向间隔 ,
膜入土深 60cm 左右 ,以防灌溉水在各处理小区间侧
渗。其他管理同一般大田水稻生产。
11212 　微区试验 　在小区中设置15N 微区 ,将 1m(长)
×1m(宽) ×015m(高) 的铁皮微区框埋进土壤至 20cm
时露出地面。微区施肥量与施肥方式同小区 ,其中微
区所施氮肥的一半为 5100 %丰度的15N2尿素 ,另一半
为普通尿素 ;其他管理同小区。
113 　样品采集与测定
11311 　样品采集 　成熟期每小区取样考种 ,按小区实
收测定产量。收获时 ,将微区框内的植株沿地面全部
割下 ,分离秸秆和籽粒 ,105 ℃杀青 30min ,70 ℃下烘干
至恒重 ,称重后粉碎过 0115mm 筛 ,混匀 ,分别取约 50g
样品 ,测定植株的全氮含量和15N丰度。植株收获后在
微区框内选 3 点 ,用土钻取 0～20cm ,20～40cm ,40～
60cm深度的土样 ,等层混合 ,风干测定全氮含量和15N
丰度。
11312 　样品测定 　全氮用凯氏定氮法测定 ,采用中国
农业科学院原子能研究所的 Finnigan MAT2251 同位素
质谱仪测定样品15N丰度。
11313 　计算方法
土壤各层全氮来自化肥氮的百分比 ( Ndff %) =
土壤中各层全氮的15N原子百分超
化肥的15N原子百分超 ×100 %
土壤各层来源于15N肥料的氮量 Ndff (kgΠhm2 ) = 土壤各
层全氮含量 (kgΠhm2 ) ×土壤各层 Ndff %
化肥氮残留率 ( %) =
∑
n
i = 1
土壤 Ndff (kgΠhm2 )
施氮量 (kgΠhm2 ) ×100 %
(式中 i 为土壤层次 ,本研究中 n = 3)
植株 氮 素 来 自 化 肥 氮 的 百 分 比 Ndff % =
植物中的15N原子百分超
肥料的15N原子百分超 ×100 %
植株氮素来自化肥氮的量 Ndff (kgΠhm2 ) = 植物吸氮量
(kgΠhm2 ) ×植物 Ndff %
化肥氮利用率 ( %) = 植物 Ndff (kgΠhm2 )施氮量 (kgΠhm2 ) ×100 %
当季化肥氮素损失量 (kgΠhm2 ) = 施氮量 (kgΠhm2 ) - 植
物 Ndff (kgΠhm2 ) - 土壤 Ndff (kgΠhm2 )
当季化肥损失率 ( %) = 当季化肥氮损失量 (kgΠhm2 )施氮量 (kgΠhm2 ) ×
100 %
114 　数据处理
数据采用 Excel 和 DPS 软件进行统计分析。
2 　结果与分析
211 　不同密度对水稻产量及产量构成因子的影响
由表 1 可看出 ,不同栽培密度对水稻产量及其产
量构成因子的影响呈规律性变化。40cm ×40cm 处理 ,
即基本移栽苗数为 18175 ×104Πhm2 时 ,水稻产量最高 ,
达 7340163kgΠhm2 ,与 50cm ×50cm(移栽苗 12100 ×104Π
hm2)和 30cm ×30cm (移栽苗 33133 ×104Πhm2 ) 处理相
比 ,较二者 5408167 与 6928171kgΠhm2 的水稻产量分别
增加了 3517 %和 519 %。说明随栽培密度变大 ,水稻
产量逐渐增加 ,当栽培密度超过一定限度 ,水稻产量则
降低 ,这与国内外大多数研究结果一致[8～10 ] 。3 种栽
培密度条件下 ,40cm ×40cm 的处理水稻单位面积有效
286 核　农　学　报 23 卷
穗数最大 ,每平方米为 288102 穗 ;30cm ×30cm 处理次
之 ,单位面积有效穗数为 285193 穗 ;50cm ×50cm 处理
最小 ,单位面积有效穗数仅为 205107 穗 ,分别比 40cm
×40cm、30cm ×30cm 处理降低了 40144 %和 39143 %。
表明随移栽密度的逐渐增加 ,水稻单位面积有效穗数
先增加 ,后降低。由表 1 还可看出 ,随栽培密度逐渐增
加 ,水稻的穗粒数、结实率和千粒重则呈逐渐降低的变
化趋势。原因可能是水稻的稀植有利于个体潜能充分
发挥 ,所以应选择合理的水稻插栽密度 ,既要充分发挥
水稻个体潜能 ,也要确保个体与群体协调生长 ,从而提
高水稻的产量。
表 1 　不同移栽密度对水稻产量及其构成因子的影响
Table 1 　Effect of different transplanting density on rice yield and yield components
密度
density
(cm ×cm)
移栽苗数
seeding
( ×104Πhm2) 有效穗effective panicle(paniclesΠm2) 穗粒数grain perpanicle 结实率seed settingratio ( %) 千粒重10002grain2weight (g) 产量yield(kgΠhm2)
50 ×50 12100 205107 141148 73106 25162 5408167b
40 ×40 18175 288102 140177 72111 25115 7340163a
30 ×30 33133 285193 139162 70119 24174 6928171a
　　注 :表中数据后带有相同小写字母表示 p = 0105 水平不显著 ,下表同。
Note :The data followed by the same letters indicated no significant at 0105 levels. The same as following tables.
212 　不同密度对水稻氮素吸收的影响
21211 　15N肥料的吸收变化 　不同移栽密度下水稻籽
粒与秸秆对15N肥料吸收情况如图 1 所示。由图 1 可
知 ,30cm ×30cm 处理时 ,水稻籽粒与秸秆对15N肥料吸
收量最高 ,分别为 20110 和 9126kgΠhm2 ;相比 50cm ×
50cm和 40cm ×40cm 处理 ,籽粒和秸秆对15N肥料吸收
量分别增加了 35157 %、11125 %和 39143 %、20147 %。
说明随栽培密度增加 ,水稻籽粒与秸秆对15N肥料的吸
收量增加。方差分析结果表明 ,不同栽培密度间水稻
籽粒对15N肥料吸收量达显著差异水平 ,而不同处理的
秸秆对15N肥料吸收量无显著差异。
图 1 　不同栽培密度水稻15N肥料吸收量变化
Fig. 1 　15N fertilizer uptake by rice at
different transplanting density
21212 　水稻氮素吸收来源 　由表 2 可知 ,栽培密度
50cm ×50cm 处理 , 水稻氮素吸收总量最小 , 为
112131kgΠhm2 ,其中来自化肥和土壤的氮素为 36172 和
75159kgΠhm2 , 分 别 占 氮 素 吸 收 总 量 的 3217 % 与
6713 % ,表明水稻所吸收的氮素主要来源于土壤。这
与周瑞庆等对盆栽水稻氮素吸收利用的研究结果一
致[11 ,12 ] 。在水稻氮素总吸收量中 ,来源于籽粒的氮素
吸收量为 76134kgΠhm2 ,其中约有 3313 %的氮来自15N
肥料 , 6617 % 来自土壤供应 ; 秸秆氮素吸收量为
35197kgΠhm2 ,11122kgΠhm2 的氮来自15N肥料 , 24175kgΠ
hm2 来自土壤 ,分别占秸秆氮素吸收量的 3113 %和
6817 %。结果表明无论是水稻籽粒或秸秆吸收的氮素
约有 1Π3 来源于当季肥料 ,2Π3 来源于土壤。栽培密度
40cm ×40cm 和 30cm ×30cm 处理间水稻氮素吸收总量
差异较小 ,分别为 162168 和 162159 kgΠhm2 ,其中来自
15N肥料的氮素分别为 50140 和 58171kgΠhm2 ,来自土壤
供应的氮素分别为 112128 和 103188kgΠhm2 。栽培密度
40cm ×40cm 处理 ,籽粒的氮素吸收量为 110153kgΠhm2 ,
秸秆为 52115kgΠhm2 , 来源于 15N 肥料氮素籽粒为
35167kgΠhm2 ,秸杆为 14173kgΠhm2 ,分别占其氮素吸收
量的 3212 %与 2814 %。栽培密度 30cm ×30cm 处理
中 ,籽粒与秸秆氮素吸收量分别为 107175 与 54184kgΠ
hm2 ,来源于15N肥料氮素分别为 40119 和 18152kgΠhm2 ,
分别占籽粒与秸秆氮素吸收量的 3713 %与 3317 %。
213 　15N肥料的去向
水稻收获后 ,肥料15N 在土壤 - 作物体系中的分
配如表 3 所示。表 3 表明 ,15N肥料利用率随栽培密度
变大而增加。30cm ×30cm 处理时15N肥料利用率最
高 ,大约有 26169 %的 15N肥料被水稻吸收利用 ,水稻
吸收15N肥料为 29136kgΠhm2 ;栽培密度 50cm ×50cm 处
理15N肥料利用率最小 ,大约有 16169 %的肥料15N被水
稻吸收利用 ,水稻吸收15N量为 18136kgΠhm2 。水稻收获
后 ,栽培密度 40cm ×40cm 和 30cm ×30cm 的处理 ,15N
肥料在 0～60cm 土层中残留量差异不大 ,为 22110～
386　4 期 水稻不同移栽密度的氮肥效应及氮素去向
23119kgΠhm2 ,占氮肥投入量的 20109 %～21108 % ;栽培
密度 50cm ×50cm 处理残留量最小 ,为 18183kgΠhm2 ,占
氮肥投入量的 17112 %。从氮素损失率来看 ,移栽密
度越小 ,氮素损失率越大 ,即栽培密度 50cm ×50cm 处
理氮素损失率最高 , 当季施入土壤的 15N 肥料有
66119 %损失 ,损失量为 72181kgΠkm2 ;而栽培密度 30cm
×30cm 处理肥料氮的损失量为 57145kgΠhm2 , 较 50cm
×50cm 处理少 15136kgΠhm2 ,损失率降低了 13196 %。 由此可以看出 ,水稻密植不仅能提高肥料利用率 ,还能降低肥料氮的损失率 ,减少氮素对环境的污染。上述结果表明15N肥料在当季利用中 ,大部分氮素被损失掉。而曹兵和孙文涛在利用15N示踪技术对蔬菜中氮素去向的研究表明 ,当季15N肥料大部分残留于土壤中 ,主要的原因可能是研究的作物类型、土壤质地、灌溉方式等不同造成氮素去向不同[13 ,14 ] 。
表 2 　水稻不同器官氮素来源
Table 2 　N source of grain and straw
密度
density
(cm ×cm)
籽粒吸氮量 grain N uptake 秸秆吸氮量 straw N uptake 水稻总吸氮量 total N uptake
化肥氮
fertilizer N
土壤氮
soil N
化肥氮
fertilizer N
土壤氮
soil N
化肥氮
fertilizer N
土壤氮
soil N
kgΠhm2 % kgΠhm2 % kgΠhm2 % kgΠhm2 % kgΠhm2 % kgΠhm2 %
50 ×50 25150b 3313 50184b 6617 11122a 3113 24175a 6817 36172b 3217 75159b 6713
40 ×40 35167ab 3212 74186a 6718 14173a 2814 37142a 7116 50140ab 3110 112128a 6910
30 ×30 40119a 3713 67156ab 6217 18152a 3317 36132a 6613 58172a 3611 103187ab 6319
表 3 　15 N肥料在土壤 - 作物体系中的去向
Table 3 　Fate of 15N fertilizer in soil and crop system
密度
density
(cm ×cm)
作物吸收15N量
15N uptake
(kgΠhm2) 15N肥料利用率15N fertilizerutilization rate ( %) 0～60cm 土壤15N残留量soil residue (kg·hm2) 残留率residue ratio( %) 损失 losses损失量losses (kgΠhm2) 损失率losses ratio ( %)
50 ×50 18136 16169 18183 17112 72181 66119
40 ×40 25120 22191 22110 20109 62170 57100
30 ×30 29136 26169 23119 21108 57145 52123
图 2 　残留15N肥料在土壤剖面的分布
Fig. 2 　Distribution of residue 15N in soil profile
214 　残留15N肥料在土壤剖面的分布
水稻收获后 ,不同栽培密度下15N肥料在土壤剖面
的分布见图 2。由图 2 可知 ,无论在哪种栽培密度下 ,
残留的15N肥料主要分布在 0～20cm 土层中 ,栽培密度
50cm ×50cm、40cm ×40cm 与 30cm ×30cm 时 ,0～20cm
土层15N残留量分别为 10148、14127 和 13110kgΠhm2 ,分
别占残留总量的 55164 %、64158 %和 56151 % ,占施肥
量的 9152 %、12197 %和 11191 %。而残留在 20～40cm 与 40～60cm 土层的肥料15N量明显降低。在 40～60cm土层中 ,栽培密度 50cm ×50cm 和 30cm ×30cm 的处理 ,肥料15N残留量分别为 5180 和 5185kgΠhm2 ,而栽培密度40cm×40cm 处理 ,肥料15N残留量为 3167kgΠhm2 ,比高密度 (30cm ×30cm) 和低密度 (50cm ×50cm) 的残留量分别降低了 59129 %和 57190 %。可见适宜的栽培密度有利于促进尿素向土壤上层移动富集 ,有利于作物的吸收利用 ,从而提高肥料利用率。
3 　结论
311 　随移栽密度变大 ,水稻产量逐渐增加 ,密度超过
一定范围 ,产量呈下降趋势 ;水稻单位面积有效穗与产
量有相似的变化规律 ;而穗粒数、结实率和千粒重则下
降。
312 　随水稻移栽密度增加 ,籽粒与秸秆氮肥吸收量、
肥料利用率和 0～60cm 土层肥料残留量增加 ,而氮素
损失率降低。水稻所吸收的氮素由当季肥料提供的约
有 1Π3 ,剩余 2Π3 由土壤供应。不同处理间 ,肥料利用
率为 16169 %～26169 % ,有 17112 %～21108 %的氮肥
486 核　农　学　报 23 卷
残留于 0～60cm 土层中 ,52123 %～66119 %的肥料则
在当季被损失。
313 　无论哪种栽培密度下 ,肥料主要残留在 0～20cm
土层中。40cm ×40cm 栽培密度处理时 0～20cm 土层
肥料残留量高于 50cm ×50cm 和 30cm ×30cm 处理 ;而
被淋溶到 40～60cm 土层的氮素则比 50cm ×50cm 和
30cm ×30cm 处理降低了 57190 %～59129 %。
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