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Effect of nitrogen application rate on nitrogen uptake and distribution in rice

不同施氮量对水稻氮素吸收与分配的影响


A micro-plot experiment using 15N labeled fertilizer was conducted to compare the effects of different nitrogen application rates on dry matter production, 15N uptake and distribution in two different rice cultivars, 4007 and Wuyunjing15 (WYJ15). The results obtained are listed as follows. There were no significant increments in yield of both rice cultivars if the nitrogen application rates were over N 150 kg/hm2, and the percentages of rice grain yield increase over control were 22.3%, 36.9%,43.2% and 38.1% for 4007 at N application rates of N 100, 150, 200 and 250 kg/hm2, respectively; while they were only 10.6%, 18.8%, 27.1% and 21.5% for Wuyunjing15. The 15N accumulation in grains of 4007 was much higher than in Wuyunjing15,but there were no significant differences in straws and roots between the two cultivars under the same nitrogen application rate. The 15N distribution in grains increased significantly with nitrogen application rates, but there was a reverse trend in straws, and no difference in roots of these two cultivars among N application rates. The study also showed that, at the same N application level, the total nitrogen utilization coefficient in 4007 was 3%–6% higher than in Wuyunjing15.


全 文 :收稿日期:!""#$%"$!& 接受日期:!""’$"%$%(
基金项目:国家自然科学基金重大项目()*+&"&,""’")资助。
作者简介:晏娟(%,’"—),女,安徽宁国人,博士研究生,主要从事植物营养与施肥研究。-./012:!""(!"&"&%34506+ 786+ 94
! 通讯作者 :72:"!($’;&,<&,&,-./012:=>74?1@*4A34506+ 786+ 94
不同施氮量对水稻氮素吸收与分配的影响
晏 娟%,!,尹 斌!,张绍林!,沈其荣%!,朱兆良!
(%南京农业大学资源与环境科学学院,江苏南京 !%"",(,
! 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展实验室,江苏南京 !%"""’)
摘要:运用%()示踪法研究了不同施氮量对两个品种水稻(;""#和武运粳 %()干物质积累量与其对%()吸收及分配的
影响。结果表明,当施氮量超过 ) %(" BA C >/!时,两个品种水稻子粒产量均不再显著增加。;""#在 ;个施氮量下
() %"",%(",!""和 !(" BA C >/!)分别比无氮区增产 !!D&E,&%’D’E,!#D%E和 !%D(E。同一施氮量下,;""#子粒中%()累积量显著高于武运粳 %(,但茎叶和根中没有差异。增加
施氮量降低了%()在水稻子粒中的分配比例,但提高了茎叶中%()的分配比例。%()在根中的分配比例不受施氮量和
品种的影响。研究结果还表明,同一施氮量下,;""#对肥料氮的总体利用率要比武运粳 %(高 &!<个百分点。
关键词:水稻;%()示踪技术;施氮量;吸收分配
中图分类号:F(%%D"< 文献标识码:G 文章编号:%""’$("(H(!""’)"($"’&($"(
!""#$% &" ’(%)&*#’ +,,-($+%(&’ )+%# &’ ’(%)&*#’ .,%+/# +’0 0(1%)(2.%(&’ (’ )($#
IG) J604%,!,IK) L14!,MNG)O F>0*.214!,FN-) P1.@*4A%!,MNQ M>0*.2104A!
(! "#$$%&% #’ (%)#*+,%) -./ 0.12+#.3%.4-$ 5,2%.,%),6-.72.& 8&+2,*$4*+-$ 9.21%+)24:,6-.72.& ;!<<=>,"?2.-;
; 54-4% @%: A-B#+-4#+: #’ 5#2$ -./ 5*)4-2.-B$% 8&+2,*$4*+%,C.)424*4% #’ 5#2$ 5,2%.,%),"85,6-.72.& ;!<<321%)+$%:G /19@*.R2*S 7TR7@1/74S 6=14A %() 20U7278 V7@S121W7@ X0= 9*4869S78 S* 9*/R0@7 S>7 7VV79S= *V 81VV7@74S 41S@*A74
0RR2190S1*4 @0S7= *4 8@Y /0SS7@ R@*869S1*4,%() 6RS0B7 048 81=S@1U6S1*4 14 SX* 81VV7@74S @197 962S1Z0@=,;""# 048 [6Y64.
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氮素营养是影响水稻产量的一个重要因素,合
理确定施氮量不仅可以提高水稻产量、氮肥利用率,
且可以减少因过量施肥而造成的环境污染[%$!]。氮
肥利用率的计算方法有两种:差减法和 %()示踪
法[&]。一般来说,从农学的角度来看,在评价氮肥的
效果时,应采用差减法的氮肥利用率,因为它反映了
施用氮肥后作物氮素营养的实际提高程度。但研究
化肥氮的转化和去向时,则宜采用%()示踪法,以了
解化肥氮的利用、残留及损失的真实情况,而且还可
知道化肥氮在植物各器官内的累积与分配状况。
氮素在营养器官和生殖器官中的累积和分配是
决定水稻产量的重要因素[;$(]。[04A 等[<]指出,较
植物营养与肥料学报 !""’,%;(():’&($’&,
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
\204S )6S@1S1*4 048 ]7@S121W7@ F917497
高的子粒产量来自于较高的氮素利用率和氮素再分
配效率;另有研究认为,作物不同品种在吸氮能力
上存在显著差异,且对氮肥的反应特性也表现出明
显的不同[!]。随着水稻育种的深入开展,不断有新
的水稻品种出现,但对于近年来育成的新品种(如水
稻品种 "##!)的氮素吸收、分配利用等特性的研究
还较少。应用$%&示踪法对各种施肥技术与措施中
氮肥利用率已进行了大量的研究[’()],获得了丰富
的资料,但用于肥料氮在不同施氮水平,不同品种水
稻中的吸收与分配的研究还鲜见报道。为此,通过
$%&示踪的方法,比较研究了不同施氮量下,不同品
种水稻 "##! 和武运粳 $% 对标记氮肥的吸收、分配
和利用状况,旨在提高水稻利用率,减少氮素损失,
在当前氮素化肥用量急剧增加的现状下[$#)],探索
新的施肥制度,为氮素化肥的合理施用提供依据。
! 材料与方法
!"! 试验设计
田间试验设在常熟大义镇。土壤基本理化性
状:有机质 *$+* , - .,,全氮 $+) , - .,,碱解氮 $"/
0, - .,,交换性钾 )#+! 0, - .,,有效磷 $1+* 0, - .,,23
值 %+’。试验设:施氮量为 & #、$##、$%#、/##和 /%#
., - 40/%个处理(分别用 &#,&$,&/,&*和 &"表示)。
按基肥、分蘖期追肥和孕穗肥比例为 " 5 * 5 * 施用。
磷、钾肥为过磷酸钙(6/7% 1# ., - 40/)和氯化钾
(8/7 $/# ., - 40/),磷、钾肥作基肥一次性施用。$%&
试验在小区中另设高 1# 90,半径为 /# 90,两端开口
的 6:;筒打入土中约 "% 90,高出田面约 $% 90,筒
距田埂 $+% 0的微区,$%&以丰度为 %<的尿素施入,
施肥量与所在的小区相同。试验采用随机区组设
计,重复 "次,共 "#个小区,"#个微区,小区面积为
*# 0/。供试水稻品种为 "##!和武运粳 $%(=>?$%),
于 /##%年 1月 $/日移植,依据成熟时期分别在 $#
月 $%日和 $#月 //日收获。
!"# 测定项目与方法
水稻成熟后,微区水稻全部收获,分穗、茎叶和
根 *部分,!#@烘干,称重,粉碎,消煮测含氮量[$$],
消煮后样品经浓缩后用同位素质谱仪 ABC/%$测定
$%&的丰度[$/]。微区土壤分 #—/#、/#—"#和 "#—1#
90称重取样,测定土壤含水量,土样风干后磨碎,过
#+$% 00筛,测定方法同植株$%&测定方法。
$%&肥料研究有关公式:
&DEE < F植株(土壤)$%&G2H< -标记肥料$%&G2H
< I $##<;
氮肥利用率(<)F植株 &DEE < I植株吸氮量 -
施氮量 I $##<;
土壤残留率(<)F 土壤 &DEE < I 土壤全氮量
I土壤质量 -施氮量 I $##<。
式中,&DEE <—植株(土壤)中来自肥料氮的百分含
量(<);$%&G2H<—$%&丰度。
所有数据采用 J6JJ软件($*+#版本)进行统计
分析。
# 试验结果
#"! 水稻干物质分配
水稻品种间的产量存在显著差异(表 $),除对
照外,在同一氮肥施用量下,"##! 的子粒产量均高
于武运粳 $%。当施氮量(&)超过 $%# ., - 40/(&/),
两个品种水稻子粒干物质量在处理间(&/、&* 和
&")均没有显著差异。"##!在 "个施氮处理下分别
比无肥区增产 //+*<,*1+)<,"*+/<和 *’+$<;武
运粳 $%分别增产 $#+1<,$’+’<,/!+$<和 /$+%<。
可见,"##!比武运粳 $%对氮肥的敏感性更强,具有
更高的增产潜力。
与水稻子粒产量变化趋势相同,在一定范围内,
随着施氮量的增加,两个品种水稻的茎叶干物质量
表 ! 不同施氮处理下水稻不同器官干物质量($ % &’())
*+,’- ! ./0 1+))-/ 23 4255-/-3) &’+3) &+/)6
734-/ 4255-/-3) 8 ’-9-’6
品种
;KLMNOGP
处理
CPHGM Q
子粒
RPGNS
茎叶
JMPGT

UVVM
总量
CVMGL
"##! &# !’+) 9 1!+# D $%+" 9 $1$ 9
&$ )1+% W ’1+$ 9 $1+) W /## W
&/ $#’ G )*+1 W $’+# G //# G
&* $$* G )!+1 GW $’+* G //) G
&" $#) G $#/ G $’+1 G /*# G
XJY#+#% 1+"1 1+)% #+’) $/+*
=>?$% &# ’$+’ D ’#+’ 9 $%+# D $!’ D
&$ )#+% 9 )1+# W $1+" 9 /#* 9
&/ )!+/ W $$% G $!+" W //) W
&* $#" G $/* G $’+# GW /"% G
&" ))+" GW $// G $’+1 G /"# GW
XJY#+#% %+# )+$! #+!) $*+*
注(&VMH):同列数据后不同字母表示处理间差异达 %<显著水
平,下同 Q :GLKHZ EVLLVTHD W[ DNEEHPHSM LHMMHPZ NS ZG0H 9VLK0S 0HGS ZN,SNEN9GSML[ DNEEHPHSM G0VS, DNEEHPHSM MPHGM0HSMZ GM #+#% LHOHL Q C4H ZG0H WHLVTQ
1*’ 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 $"卷
一直呈增加的趋势,当施氮量超过 ! "#$ %& ’ ()*时,
茎叶干物质量增加不显著。水稻品种间茎叶干物质
量存在显著差异,+$$,的茎叶干物质量比武运粳 "#
低 "$-./到 *$-,/。两个品种中根的干物质量随
施氮量的增加而增大,处理间存在显著差异,但是品
种间没有差异。+$$, 的总体干物质量略小于武运
粳 "#,差异不显著。
表 "结果还表明,两个品种水稻间的地上部干
物质分配比例不同,即水稻的收获指数(01)存在显
著差异。#个施氮处理下,+$$, 的 01 分别是 $-#+、
$-#.、$-#+、$-#+和 $-#*;武运粳 "#则是 $-#$、$-+2、
$-+3、$-+3和 $-+#。
!"! 氮素在水稻各器官中的分布
两个品种水稻的子粒、茎叶和根的氮素含量均
随施氮量的增加而增加(表 *),但品种间没有显著
差异。当施氮量超过最大产量施氮量(!.)后,两个
品种水稻子粒的氮素累积量增加不显著,而茎叶的
氮素累积量显著增加,+$$, 增加了 ",-#/,武运粳
"#增加了 "4-#/(表 *)。除对照外,各施氮处理下,
+$$,子粒氮素累积量均大于武运粳 "#,茎叶的氮素
累积量略小于武运粳 "#,氮在根中的累积量在品种
间没有明显差异。
表 ! 不同施氮处理下水稻不同器官的含氮量与氮素累积量
#$%&’ ! ( )*+)’+,-$,.*+ $+/ $))010&$,.*+ .+ /.22’-’+, 3$-,4 *2 -.)’ 0+/’- /.22’-’+, ( &’5’&4
品种 处理 氮素含量 ! 5675879:;9<67(& ’ %&) 氮素累积量 ! ;55=)=>;9<67(& ’ ?>69)
@=>9+$$, !$ "$-2 G 3-2# G ,-#, 5 $-43 G $-+3 8 $-"* G
!" ".-$ 5 4-3" 5 4-*# H5 "-*3 5 $-,+ G $-"+ 5
!* "+-* H 2-#" H5 4-43 H "-#+ H $-42 5 $-"3 H
!. "#-" ;H "$-, H 2-3, ; "-,$ ; "-$+ H $-"2 ;
!+ "#-2 ; "*-$ ; 2-,, ; "-,. ; "-** ; $-"4 ;
IDJ$-$# $-2, "-*$ $-,# $-"# $-"" $-$"
KLM"# !$ ""-$ 8 3-,4 5 3-,# 5 $-2$ G $-## 8 $-"$ G
!" "*-# G ,-+4 5 ,-#3 5 "-". 5 $-,* G $-"* 5
!* ".-* 5 2-$3 H 2-"" H "-*2 H "-$+ 5 $-"3 H
!. "+-, H 2-34 H "$-. ; "-#* ; "-"2 H $-"2 ;
!+ "#-3 ; ""-# ; "$-4 ; "-## ; "-+" ; $-*$ ;
IDJ$-$# $-,* "-$* $-42 $-"# $-"# $-$*
!"6 水稻78(的吸收与分配
同一施氮量下,水稻不同器官间的"#!累积量差
异显著,表现为:子粒 N茎叶 N根(表 .);这种差异
主要来自于水稻植株干物质量的差异,尤其是根系
干重。如 +$$, 子粒干物质量是根的 #-"*! 3-",
倍,茎叶干物质量是根的 +-.#!#-+4倍。两个品种
相比,+$$,子粒中"#!累积量在 !"到 !+处理下分别
比武运粳 "#高 *4-$/、*,-./、*+-$/和 .*-2/,但
茎叶和根"#!累积量不存在显著差异。"#!在子粒中
的分配比例随施氮量的增加而降低,茎叶中的分配
比例相应上升,根中没有显著差异。品种间"#!在子
粒和茎叶中的分配具有一定差异,+$$,的"#!子粒分
配比例比武运粳 "# 的高 .-$4!,-#" 个百分点,相
应的"#!茎叶分配比例低 .-**!,-4. 个百分点。#
个施氮处理下,+$$, 的氮收获指数(!01)为 $-3#、
$-3.、$-3.、$-3* 和 $-#2,武运粳 "# 为 $-3*、$-3"、
$-##、$-#3和 $-#*。
!"9 土壤与植株间的氮素平衡
施氮量对两个品种水稻氮素利用率的影响不显
著,但水稻品种间的氮素利用率有显著差异,同一施
氮量下,+$$,氮素利用率比武运粳 "# 高出 .-"" 到
3-*.个百分点(表 +)。水稻品种间的土壤残留率没
有显著差异,但随施氮量的增加表现出下降的趋势。
当施氮量增加时,氮肥的回收率下降,氮肥总损失相
应上升。+$$,的氮肥损失率略低于武运粳 "#。
6 讨论
两个品种水稻的子粒产量随施氮量的增加而显
著增加,+$$,增加幅度高于武运粳 "#,说明 +$$,对
氮的敏感性较强。当施氮量超过 "#$ %& ’ ()*(!*)
时,两个品种水稻的子粒产量增加不显著。+$$,最
大子粒干物质量为 "". & ’ ?>69(!.),折为公顷产量约
2吨。O:6?PP[".*]认为,水稻子粒产量达到 2 吨就是
高产,可见,+$$, 具有很大的氮素增产潜力。在本
,.4#期 晏娟,等:不同施氮量对水稻氮素吸收与分配的影响
研究中,根据肥料效应方程计算,当施氮量高于 !
"#$ %& ’ ()"时,*++,的产量开始下降,同很多试验研
究结果一样,当作物施氮量超过适当量时,就不会产
生增产效应[$*-$.]。本试验还表明,同一施氮量下,
两个品种的干物质总量没有显著差异,显然,*++,
的高产主要来自于它较高的收获指数。
表 ! 不同施氮量下水稻吸收的"#$在植株体内的累积量与分配率
%&’() ! %*) "#$ &++,-,(&./01 &12 2/3.4/’,./01 /1 2/55)4)1. 6&4.3 05 4/+) ,12)4 2/55)4)1. $ ()7)(3
品种 处理 $.!累积量$.! /001)12/3456()& ’ 7253) $.!在植株中的分配率 $.! 8493:4;13456 46 72/63(<)
=1234>/: ?:@/3)@63 子粒 A:/46 茎叶 B3:/C 根 D553 子粒 A:/46 茎叶 B3:/C 根 D553
*++, !$ $#E, 8 ,E"F 8 $E$" ; F$EG ##E+ .E$+
!" $GEF 0 $+E, 0 $E*# ; F$EH ##EF *E."
!# ".EH ; $*EF ; "E"# / F+E* #*E# .E",
!* #+E# / $GEG / "E*F / .,E, #,EF *EF,
IBJ+E+. "EF" "E+. +E#"
KLM$. !$ $+E, 8 FE.G 8 +EHG 8 .HEH #FE" *EGF
!" $.E* 0 $$EG 0 $E** 0 .#E. *$E. .E+$
!# "+EH ; $.E, ; "E$" ; .#EH *+E, .E.+
!* ""EH / "+E" / "E*$ / .+E" **E. .E#*
IBJ+E+. $EF" "E+* +E"#
表 8 不同施氮量下土壤与植株的氮素平衡(9)
%&’() 8 $ ’&(&1+) /1 4/+) 6(&1.:30/( 3;3.)- &. 2/55)4)1. $ ()7)(3
品种
=1234>/:
处理
?:@/3)@63
植株氮素利用率
N3424O/3456 05@PP404@63 5P 72/63
土壤残留率
D@9481/2 :/3@ 46 9542
氮肥回收率
! :@05>@:Q :/3@
总氮损失率
?53/2 ! 2599 :/3@
*++, !$ #.E$ / "FE" / F$E# / #HE,
!" ##E, / "#E$ ; .FE, ; *#E#
!# ##EG / $GE. 0 .#E* ;0 *FEF
!* ##E. / $FE, 0 .+E" 0 *GEH
IBJ+E+. "E#+ #E+, #E.+
KLM$. !$ "HEG / ",E" / .FE$ / *#EG
!" #+E. / "#E# /; .#EG / *FE"
!# #+EH / $HEF ; *GEF ; .+E*
!* "HEG / $,EH ; *FEH ; .#E"
IBJ+E+. "EHF *E$, #E.#
注(!53@):氮肥回收率 R植株氮素利用率 S土壤残留率 $.! :@05>@:Q :/3@ R $.! 19@ @PP404@60Q(!NT);Q 72/63 S $.! :@9481/2 :/3@ 46 9542 U
试验结果看出,适当增加施氮量会提高水稻子
粒中氮素累积量,但当施氮量大于 ! "++ %& ’ ()"
(!#),氮素在子粒中的累积量并不增加,在茎叶中
的累积量却显著增加,即高氮使得水稻 !VW 降低。
而茎叶中的高氮残留会导致大量的氮素损失。因
此,高 !VW有利于提高水稻产量和减轻环境污染。
两个品种水稻均表现为$.!在子粒中的分配比例随
施氮量的增加逐渐降低,在茎叶的分配率相应上升,
根中$.!的分配率没有差异,说明氮肥增加有利于水
稻营养器官对肥料的吸收。试验还表明,$.!在水稻
各器官的分配为:子粒 X茎叶 X根,且根的分配率
远远小于前两者,说明水稻由于根部生物量有限,吸
收的氮素迅速转运到地上部进行同化。*++, 中$.!
在子粒中的分配比例要高于武运粳 $.,在茎叶中低
于武运粳 $.。可见,氮素再分配效率是决定 *++,水
稻高产的重要因素之一。
*++,对肥料氮的利用率显著高于武运粳 $.,但
施氮量对肥料氮的利用率影响不显著,说明作物不
同品种在吸氮能力上存在显著差异,高氮利用效率
可促进作物高产。两个品种的氮肥土壤残留率也没
有很大差异,均随施氮量的增加而降低。由于 *++,
的高氮利用率导致其氮肥回收率略高,两种水稻的
H#H 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 $*卷
氮肥损失率均随施氮量的增加而增加。
总之,水稻品种 !""# 在产量和肥料氮素的吸
收、分配及利用上均优于品种武运粳 $%。在本试验
条件下,两种水稻的合理施氮量均为 $%"! &""
’( ) *+&,此施氮量下,水稻可保持最佳产量、氮素分
配比例和氮肥利用率,也可以减少因过量施用氮肥
带来的大量氮素损失。
参 考 文 献:
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