全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2016, 42(8): 11881200 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家粮食丰产科技工程项目(2011BAD16B03, 2013BAD07B09), 国家公益性行业(农业)科研专项(20130310), 江苏省重点研
发项目(BE2015340)和扬州大学科技创新培育基金项目(2015CXJ042)资助。
This study was supported by the National Science and Technology Project of Food Production (2011BAD16B03, 2013BAD07B09), the Spe-
cial Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201203102), the Key Projects of Jiangsu Province (BE2015340), and Cultivation
of Science and Technology Innovation Fund of Yangzhou University (2015CXJ042).
* 通讯作者(Corresponding author): 霍中洋, E-mail: huozy69@163.com, Tel: 0514-87979220
第一作者联系方式: E-mail: 365460342@qq.com, Tel: 18052595664
Received(收稿日期): 2016-01-14; Accepted(接受日期): 2016-05-09; Published online(网络出版日期): 2016-05-30.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160530.0905.012.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2016.01188
淮北地区水稻品种氮肥群体最高生产力及氮素吸收利用特性
梁 健 李 军 李晓峰 舒 鹏 张洪程 霍中洋* 戴其根 许 轲
魏海燕 郭保卫
扬州大学农业部长江流域稻作技术创新中心 / 江苏省作物遗传生理重点实验室, 江苏扬州 225009
摘 要: 以淮北地区有代表性的 34个中熟中粳品种为试材, 设置 7个氮肥水平(0、150.0、187.5、225.0、262.5、300.0、
337.5 kg hm–2), 得出各品种在这 7个氮肥水平下出现的最高产量, 将该最高产量定义为氮肥群体最高生产力。在此
基础上, 按氮肥群体最高生产力高低将品种划分为 4 个等级, 即顶层水平(≥10.50 t hm–2)、高层水平(9.75~10.50 t
hm–2)、中层水平(9.00~9.75 t hm–2)和底层水平(≤9.00 t hm–2), 比较研究不同氮肥群体最高生产力等级品种的产量及
其构成因素、群体光合物质生产和氮素吸收利用差异。结果表明, 所有品种的氮肥群体最高生产力均出现在 225.0、
262.5、300.0 kg hm–2三个氮肥水平, 不同氮肥群体生产力差异极显著; 随着生产力水平的提高, 单位面积穗数先增加
后降低, 每穗粒数与群体颖花量显著增加, 结实率显著下降; 茎蘖成穗率、叶面积指数、光合势、有效叶面积率、高
效叶面积率、粒叶比、总干物质积累量均以顶层水平最高, 底层水平最低; 移栽至拔节阶段的氮素积累比例表现为底
层>中层>高层>顶层水平, 拔节至抽穗、抽穗至成熟阶段表现为顶层>高层>中层>底层水平; 移栽至拔节、拔节至抽
穗及抽穗至成熟阶段的氮素吸收速率以顶层最高, 顶层水平较底层水平分别高 36.59%、34.36%和 51.85%; 随着氮肥
群体生产力等级的提高, 氮素吸收利用率和百千克籽粒吸氮量均提高; 中熟中粳稻品种有氮低效型、氮中效型、氮较
高效型和氮高效型, 武运粳 27、中稻 1号、宁粳 4号、连粳 7号为高产氮高效品种。
关键词: 中熟中粳; 生产力; 产量; 氮肥吸收利用
Yield, Nitrogen Absorption and Utilization of Rice Varieties with the Highest
Population Productivity of Nitrogen Fertilization in Huaibei Area
LIANG Jian, LI Jun, LI Xiao-Feng, SHU Peng, ZHANG Hong-Cheng, HUO Zhong-Yang*, DAI Qi-Gen, XU
Ke, WEI Hai-Yan, and GUO Bao-Wei
Innovation Center of Rice Cultivation Technology in Yangtze River Valley, Ministry of Agriculture / Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology
of Jiangsu Province, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China
Abstract: The field experiment was carried out using 34 medium-maturing medium japonica rice varieties grown in Huaibei area
with seven nitrogen application levels (0, 150.0, 187.5, 225.0, 262.5, 300.0, and 337.5 kg ha–1) to investigate their yield and nitrogen
absorption and utilization. We defined the highest rice yields under different nitrogen levels as the highest population productivity of
N fertilization. According to the highest population productivity of N fertilization, rice varieties were classified into four types includ-
ing top type (TT), high type (HT), middle type (MT), and low type (LT). Yield components, population photosynthate production and
N absorption and utilization of the four types rice varieties were compared. The main results indicated that optimum N levels of tested
varieties corresponding to their highest population productivity of N fertilization converged in the range of 225.0300.0 kg ha–1, while
the highest grain yields were significantly different among tested varieties. With increasing productivity level, panicles per unit area
第 8期 梁 健等: 淮北地区水稻品种氮肥群体最高生产力及氮素吸收利用特性 1189


increased firstly and decreased then, spikelets per panicle and total spikelet number increased and seed-setting rate declined percent-
age of productive tillers, leaf area index, photosynthetic potential, ratio of leaf area of productive tillers, ratio of leaf area from flag
leaf to 3rd leaf, grain-leaf ratio and total dry matter accumulation increased. The ratio of nitrogen accumulation shown trend of LT >
MT > HT > TT from transplanting to jointing stage and TT > HT > MT > LT from jointing to heading stage and from heading to ma-
turity stage. N uptake rate was the fastest in the top type, and the slowest in low type and 36.59%, 34.36%, 51.85% higher in top type
than in low type at translating to jointing, jointing to heading and heading to maturity growing stages. N use efficiency and N re-
quirement for 100 kg kernel increased with increasing productivity level. According to the N use efficiency, 34 varieties were divided
into low ANRE (apparent nitrogen recovery efficiency), middle ANRE, higher ANRE and high ANRE. Wuyunjing 27, Zhongdao 1,
Ningjing 4, and Lianjing 7 belonged to high yield and high ANRE varieties.
Keywords: Medium-maturing medium Japonica; Productivity; Yield; Nitrogen absorption and utilization
我国是世界上水稻种植面积最大的国家, 全国
有 60%以上的人口以稻米为主食[1-2]。近些年, 随着
人口的增长以及生活质量的提高, 人们对水稻高产
高效也提出了更高的要求。淮北地区是我国重要的
稻区之一, 在稻麦两熟种植制度下, 以种植中熟中
粳稻为主。目前, 该地区市面上在售的中熟中粳稻
存在多、乱、杂的现象, 给当地农户选择高产高效
品种带来了一定的影响。
氮肥是调控水稻产量的重要措施, 但盲目投入
氮肥不仅降低水稻的产量和品质, 而且降低氮素吸
收利用率, 造成经济损失[3]。刘金山等[4]通过研究表
明, 过量施氮会影响土壤有机碳、氮的组成与数量,
进而改变土壤供氮能力且造成土壤氮素残留污染环
境。如何在现有甚至减少氮肥投入情况下大幅度提
高单产与氮素利用效率 , 从而减少对环境的影响 ,
是该地区亟待解决的重要问题之一[5-7]。前人研究发
现 [8-10], 水稻品种产量随着氮肥施用量的增加表现
出先增加后降低的趋势, 也就是说, 水稻品种产量
对氮肥的响应具有一个临界点, 当该水稻品种在某
一施氮水平下最大限度地发挥其增长潜力而达到最
高产时, 则将该最高产量定义为氮肥群体最高生产
力。氮肥群体最高生产力的提出, 不仅反映出该品
种的产量潜力, 还可以作为鉴别不同水稻品种最高
生产力和氮素高效利用协调关系的一个可行指标[11]。
此前, 就水稻品种氮肥群体最高生产力的研究报道
多以迟熟中粳和早熟晚粳为对象[12-15], 未见报道适
宜淮北稻区大面积种植的中熟中粳稻的研究。为此,
本研究以该地区普遍种植的 34个中熟中粳水稻为试
材, 通过氮肥施用量的调控, 使各品种达到最高生
产力, 依据此, 将试材划分为 4个产量等级, 对各等
级水稻品种的产量结构、群体生长特征、氮素吸收
利用等方面比较研究, 明确淮北地区中熟中粳品种
氮肥群体最高生产力及其形成特征和最适施氮量,
以期为该地区品种改良及因种合理施氮提出理论与
实践依据。
1 材料与方法
1.1 供试品种
选用淮北地区普遍种植、生育期基本一致的 34
个中熟中粳水稻品种, 即中稻 1 号、新稻 18、连粳
11、泗稻 12、连粳 9号、淮稻 14、徐稻 3号、苏秀
10号、苏秀 326、盐稻 11、华粳 6号、连粳 4号、
镇稻 99、镇稻 88、郑稻 19、盐稻 12、武运粳 27、
宁粳 4号、连粳 7号、淮稻 11、华粳 2号、W026、
泗 1108、泗稻 11、徐稻 8号、津稻 263、泗稻 785、
武运粳 21、徐稻 5号、郑稻 18、华粳 1号、徐稻 2
号、豫粳 6号和苏秀 867。千粒重在 24~28 g之间。
全生育期 151~156 d。
1.2 试验设计
试验于 2014 年和 2015 年在扬州大学江苏省连
云港市东海县平明试验基地进行。试验土质为沙壤
土, 地力平衡、中等, 前茬小麦。土壤含氮 1.53 g
kg–1、碱解氮 90.30 mg kg–1、速效磷 34.4 mg kg–1、
速效钾 88.6 mg kg–1。采用裂区设计, 以施氮量(纯氮)
水平为主区, 设置 7个施氮水平, 即 0、150.0、187.5、
225.0、262.5、300.0、337.5 kg hm–2。品种为裂区, 裂
区面积为 10 m2, 品种随机排列, 重复 3 次, 共 714
个小区。各小区均分布于同一田块 , 面积为 9000
m2。主区间做埂隔离, 并用塑料薄膜覆盖埂体, 保证
各主区单独排灌。两年均采用机插软盘育秧, 5月 30
日播种, 6月 20日移栽机插。栽插密度为每公顷 28.5
万穴(11.7 cm × 30.0 cm), 每穴 4苗。氮肥按照基肥∶
蘖肥∶穗肥 = 3∶3∶4 施用, 其中穗肥分别于倒四
叶和倒二叶叶龄期等量施入。此外, 各小区分别于
前作小麦收获后基施 P2O5 135 kg hm–2, K2O分别于
耕翻前、拔节期各施 67.5 kg hm–2。其他管理措施按
照常规栽培要求实施。
1.3 测定内容与方法
1.3.1 茎蘖动态 在各处理小区固定 20 穴作为
1190 作 物 学 报 第 42卷

观察点, 于有效分蘖临界叶龄期、拔节期、抽穗期、
成熟期调查茎蘖数, 观察茎蘖消长动态。
1.3.2 叶面积和干物质 分别于拔节期、抽穗期、
成熟期, 每小区取代表性的植株 2 穴, 用 Li-3000A
型自动叶面积仪测量植株叶面积。105℃下杀青
30 min, 80℃烘干 72 h后称重, 计算干物重, 并留样
测定植株养分。
1.3.3 植株全氮 将拔节期、抽穗期、成熟期的
留样植株粉碎, 采用 H2SO4-H2O2消化, 半微量凯氏
定氮法测定氮素。
1.3.4 产量及其结构 成熟期从每小区选择生长
整齐的中部 6行, 每行 10穴, 共收割 60穴, 脱粒、
晒干, 测定实际产量。同时根据成熟期普查茎蘖数,
从每小区选取平均茎蘖数相当的稻株 2 穴, 自然风
干后测定每穗粒数、结实率与千粒重。
1.4 数据处理
光合势(m2 d m–2) = [(L1+L2)/2] (t2t1)。式中 L1
和 L2为前后 2次测定的叶面积(m2 m–2), t1和 t2为前
后 2次测定的时间(d)
有效叶面积率(%) = 有效叶面积指数/最大叶面
积指数×100
高效叶面积率(%) = 高效叶面积指数/最大叶面
积指数×100
粒叶比含 3 种表示方式, 即颖花/叶(cm2) = 总
颖花数/孕穗期叶面积; 实粒/叶(cm2) = 总实粒数/孕
穗期叶面积; 粒重(mg)/叶(cm2) = 籽粒产量/孕穗期
叶面积
氮素吸收量(kg hm–2) = 该时期地上部干物重×
含氮率
氮素总吸收量(kg hm–2) = 成熟期地上部干物重
×含氮率
氮素阶段吸收量(kg hm–2) = 后一时期氮素吸收
量–前一时期氮素吸收累积量
氮素阶段吸收速率(kg hm–2 d–1) = 氮素阶段吸
收量/前后两时期间隔的天数
氮素吸收利用率(%) = (施氮区植株总吸氮量–
无氮区植株总吸氮量)/氮素施用量×100
百千克籽粒吸氮量(kg) = 总吸氮量/稻谷产量×100
使用 Microsoft Excel 2003处理数据, 唐启义的
DPS软件统计分析, SigmaPlot作图。
2 结果与分析
2.1 水稻氮肥最高生产力及产量构成因素
2.1.1 不同水稻品种氮肥群体最高生产力及其差异
对 34个中熟中粳水稻两年的氮肥群体最高生
产力平均值及其对氮肥的响应分析表明 , 不同水
稻品种间差异极显著(表 1)。供试品种中有 19 个
产量达到 9.75 t hm–2以上 , 其中有 7 个品种达到
10.5 t hm–2。15 个品种产量低于 9.75 t hm–2, 其中
4 个品种产量低于 9 t hm–2。相同生产力等级品种
对应的施氮量也不同。如达到高层生产力水平的
品种有 12 个 , 其中连粳 9 号、淮稻 14 及徐稻 3
号等 3 个品种在施氮量 225 kg hm–2下产量最高 ,
苏秀 10号等 7个品种在施氮量 262.5 kg hm–2下产
量最高 , 郑稻 19、盐稻 12 等 2个品种在施氮量
300.0 kg hm–2下产量最高。其他 3 个生产力等级也
有相似规律。这说明 , 不同品种氮肥群体最高生产
力的适宜施氮量差异显著 , 过高或过低均不利于
高产的形成。此外 , 由表 1 还可以看出 , 施氮量低
于 225.0 kg hm–2均不能发挥中熟中粳稻品种的产
量潜力。
2.1.2 水稻氮肥最高生产力等级与产量构成因素的关
系 从表 2可以看出, 4个生产力等级间的产量差异
达极显著水平, 两年趋势一致。两年最高产较最低产
分别高 27.70%和 23.72%。随着生产力等级的递增, 穗
数表现出先增加后下降的趋势, 高层和中层水平较顶
层和底层差异显著; 穗粒数和颖花数表现出增加的趋
势 , 变异系数较大 , 两年分别达 9.32%、9.24%和
9.14%、10.96%; 千粒重差异不显著, 结实率下降, 但
中层和高层差异不显著, 两年规律一致。
2.2 氮肥群体最高生产力水稻的群体特征
2.2.1 群体茎蘖动态特征 高层、中层、底层水
平在有效分蘖临界叶龄期的茎蘖数差异不显著, 顶
层水平极显著低于其他 3个生产力水平(表 3)。拔节
期各生产力等级茎蘖数达最大, 底层水平显著高于
其他 3 个水平, 顶层水平最少, 随后平缓下降并在
成熟期趋于稳定。以 2015 年数据分析, 顶层水平 4
个关键时期茎蘖数分别低于平均水平 2.49%、
5.76%、0.94%和 0.77%。中层和高层水平在抽穗期
和成熟期茎蘖数差异不显著但与底层水平差异极显
著。底层水平在拔节期分蘖高而后下降迅速, 导致
最终茎蘖成穗率低。群体茎蘖成穗率随着生产力等
级的递增而升高, 两年趋势一致。以 2015 年为例,
中层水平比底层水平高 1.24%, 高层水平比中层水
平高 0.69%, 顶层水平比高层水平高 2.57%。由此可
以看出, 生产力等级越高, 拔节后的分蘖也越稳定,
茎蘖成穗率也越高。
第 8期 梁 健等: 淮北地区水稻品种氮肥群体最高生产力及氮素吸收利用特性 1191



1192 作 物 学 报 第 42卷

表 2 不同氮肥群体最高生产力等级水稻品种产量及其构成因素
Table 2 Highest population productivity of N fertilization and yield components at different productivity levels
生产力等级
Productivity
level
穗数
Panicle
(×104 hm–2)
每穗粒数
Spikelets
per panicle
总颖花数
Total spikelets
(×104 hm–2)
千粒重
1000-kernel
weight (g)
结实率
Seed-setting
rate (%)
实际产量
Actual yield
(kg hm–2)
2014
顶层水平 TL ( ≥10.50 t hm–2) 298.57 Bb 160.40 Aa 47872.71 Aa 25.9 Aa 87.93 Cc 10640.64 Aa
高层水平 HL (9.75–10.50 t hm–2) 310.45 Aa 143.53 Bb 44558.89 Bb 25.8 Aa 89.42 Bb 10072.76 Bb
中层水平 ML (9.00–9.75 t hm–2) 312.54 Aa 138.68 Cc 43343.05 Cc 26.3 Aa 89.72 ABb 9352.73 Cc
底层水平 LL ( ≤9.00 t hm–2) 297.34 Bb 128.45 Dd 38193.32 Dd 26.0 Aa 90.59 Aa 8332.63 Dd
平均数 Mean 304.73 142.75 43491.99 26.0 89.42 9599.69
变异系数 CV (%) 2.59 9.32 9.24 0.83 1.24 10.37
2015
顶层水平 TL ( ≥10.50 t hm–2) 301.27 Bb 162.31 Aa 48899.13 Aa 25.9 Aa 88.04 Cc 10702.67 Aa
高层水平 HL (9.75–10.50 t hm–2) 313.31 Aa 145.39 Bb 45552.14 Bb 25.9 Aa 89.35 Bb 10180.54 Bb
中层水平 ML (9.00–9.75 t hm–2) 313.71 Aa 140.23 Cc 43991.55 Cc 26.2 Aa 89.81 ABb 9510.48 Cc
底层水平 LL ( ≤9.00 t hm–2) 286.19 Cc 130.76 Dd 37422.20 Dd 26.1 Aa 90.64 Aa 8650.52 Dd
平均数 Mean 303.62 144.67 43966.26 26.0 89.46 9761.05
变异系数 CV (%) 4.27 9.14 10.96 0.58 1.21 9.08
TL: 顶层水平; HL: 高层水平; ML: 中层水平; LL: 底层水平。同栏同年内比较, 标以不同大小写字母的数值分别在 1%和 5%水
平差异显著。
TL: top level; HL: high level; ML: middle level; LL: low level. Values within the same column and year followed by a different letter
are significantly different at the 1% (capital) and 5% (small) probability levels, respectively.

表 3 不同氮肥群体最高生产力等级水稻品种茎蘖数及成穗率
Table 3 Number of stems and tillers and percentage of productive tillers in different highest population productivity of N
fertilization levels
茎蘖数 Number of stems and tillers (×104 hm–2 )
生产力等级
Productivity level
有效分蘖临界期
Critical stage of productive
tillering
拔节期
Jointing stage
抽穗期
Heading stage
成熟期
Mature stage
成穗率
Percentage of
productive tillers
(%)
2014
顶层水平 TL ( ≥10.50 t hm–2) 298.64 Bb 383.63 Dd 321.67 Bc 298.57 Bb 77.83 Aa
高层水平 HL (9.75–10.50 t hm–2) 310.32 Aa 413.46 Cc 325.55 Bb 310.45 Aa 75.09 Ab
中层水平 ML (9.00–9.75 t hm–2) 309.39 Aa 416.72 Bb 324.36 Bb 312.54 Aa 75.00 Ab
底层水平 LL ( ≤9.00 t hm–2) 310.43 Aa 421.43 Aa 330.23 Aa 297.34 Bb 70.56 Bc
平均数 Mean 307.20 408.81 325.45 304.73 74.62
变异系数 CV (%) 1.86 4.18 1.10 2.59 4.03
2015
顶层水平 TL ( ≥10.50 t hm–2) 300.31 Bb 391.24 Dd 331.72 Bb 301.27 Bb 77.00 Aa
高层水平 HL (9.75–10.50 t hm–2) 309.80 Aa 417.32 Cc 333.53 Bb 313.31 Aa 75.08 Ab
中层水平 ML (9.00–9.75 t hm–2) 310.26 Aa 420.72 Bb 333.46 Bb 313.71 Aa 74.57 Ab
底层水平 LL ( ≤9.00 t hm–2) 311.58 Aa 431.29 Aa 340.28 Aa 286.19 Cc 66.36 Bc
平均数 Mean 307.99 415.14 334.75 303.62 73.25
变异系数 CV (%) 1.68 4.10 1.13 4.27 6.44
TL: 顶层水平; HL: 高层水平; ML: 中层水平; LL: 底层水平。同栏同年内比较, 标以不同大小写字母的数值分别在 1%和 5%水
平差异显著。
TL: top level; HL: high level; ML: middle level; LL: low level. Values within the same column and year followed by a different letter
are significantly different at the 1% (capital) and 5% (small) probability levels, respectively.
第 8期 梁 健等: 淮北地区水稻品种氮肥群体最高生产力及氮素吸收利用特性 1193


2.2.2 群体光合物质生产特征 图 1 表明 , 各
生产力等级均在抽穗期 LAI 达到最大值。对各生
育期进行分析 , 拔节期随着生产力等级的递增 ,
LAI 无明显差异 ; 抽穗期随着生产力等级的递增 ,
LAI 呈递增趋势 , 两年间顶层水平 LAI 达 7.25 和
7.26, 底层水平仅为 3.64和 3.75, 且该时期不同生
产力等级间变异系数大 , 达 27.24%和 26.16%; 成
熟期 , 各生产力等级 LAI 均下降 , 但仍以顶层水
平最高 , 底层水平最低。说明较强的光合能力是获
取高产的原因。
从两年的群体光合势看(图 2), 移栽至拔节期,
随着生产力等级的递增, 群体光合势稍有递减但均
不显著。拔节至抽穗期, 顶层水平极显著高于其他 3
个水平。以 2015年数据为例, 顶层水平较高层、中
层、底层水平分别高 14.02%、15.24%和 17.28%。抽
穗至成熟期, 仍以顶层水平光合势最高, 底层水平
最低, 高层和中层水平差异不显著。
水稻上三叶长均随生产力等级提高而增长。顶
层、高层和中层水平品种均以倒二叶最长, 倒三叶
次之(表 4)。底层水平的倒二、倒三叶差异不显著。
随着生产力等级的递增, 有效叶面积率和高效叶面
积率均提高, 但高层和中层水平差异未达到显著或
极显著。以 2015年为例, 顶层水平的有效叶面积率
和高效叶面积率比 4个生产力等级平均水平高 2.71%
和 5.94%, 较底层水平高 7.02%和 12.81%, 差异极显
著, 两年规律一致。本试验用颖花/叶、实粒/叶和粒
重/叶 3 个指标来表示粒叶比。由表 4 可看出, 粒叶
比的 3个指标均随生产力等级递增而升高。

图 1 不同氮肥群体最高生产力等级水稻品种各生育期的叶面积指数
Fig. 1 Leaf area index at each growth stage in different highest population productivity of N fertilization levels
A: 2014年各生育期叶面积指数; B: 2015年各生育期叶面积指数。JO: 拔节; HE: 抽穗; MA: 成熟。
A: Leaf area index at each growth stage in 2014; B: Leaf area index at each growth stage in 2015. JO: jointing; HE: heading; MA: maturity.

图 2 不同氮肥群体最高生产力等级水稻品种各生育阶段的光合势
Fig. 2 Photosynthetic potential at each growth stage in different highest population productivity of N fertilization levels
A: 2014年各生育阶段光合势; B: 2015年各生育阶段光合势。TR–JO: 移栽至拔节; JO–HE: 拔节至抽穗; HE–MA: 抽穗至成熟。
A: Photosynthetic potential at each growth stage in 2014; B: Photosynthetic potential at each growth stage in 2015. TR–JO: Transplanting–
Jointing; JO–HE: JointingHeading; HE–MA: HeadingMaturity.

1194 作 物 学 报 第 42卷

表 4 不同氮肥群体最高生产力等级水稻品种叶面积组成及粒叶比
Table 4 Components of leaf area and grain-leaf ratio in different highest population productivity of N fertilization levels
粒叶比 Grain-leaf ratio
生产力等级
Productivity
level
倒一叶长
Length of
first leaf
from top
(cm)
倒二叶长
Length of
second leaf
from top
(cm)
倒三叶长
Length of
third leaf
from top
(cm)
有效叶面积率
Ratio of leaf
area of
productive
tillers (%)
高效叶面积率
Ratio of leaf
area from flag
leaf to 3rd
leaf (%)
颖花/叶
Spikelets/
leaf area
(cm2)
实粒/叶
Filled grains/
leaf area
(cm2)
粒重/叶
Kernel weight
(mg)/leaf area
(cm2)
2014
顶层水平 TL
(≥10.50 t hm–2) 37.14 Aa 46.62 Aa 44.42 Aa 94.21 Aa 77.82 Aa 0.593 Aa 0.521 Aa 13.38 Aa
高层水平 HL
(9.75–10.50 t hm–2)
35.37 ABb 44.21 Bb 42.61 Bb 92.31 Bb 73.65 Bb 0.561 Bb 0.501 Bb 13.01 Bb
中层水平 ML
(9.00–9.75 t hm–2)
35.11 Bb 43.62 Bb 42.29 Bb 92.30 Bb 72.21 Bc 0.534 Cc 0.482 Cc 12.77 Bc
底层水平 LL
(≤9.00 t hm–2) 33.60 Bc 42.12 Bc 42.15 Bb 87.36 Cc 68.31 Cd 0.468 Dd 0.411 Dd 12.09 Cd
平均数 Mean 35.31 44.14 42.87 91.55 73.00 0.54 0.48 12.81
变异系数 CV (%) 4.11 4.24 2.46 3.20 5.38 9.86 10.00 4.24
2015
顶层水平 TL
(≥10.50 t hm–2) 37.34 Aa 47.03 Aa 44.53 Aa 94.38 Aa 77.92 Aa 0.602 Aa 0.531 Aa 13.51 Aa
高层水平 HL
(9.75–10.50 t hm–2)
35.47 ABb 45.12 Ab 42.81 Ab 92.48 Bb 74.62 Bb 0.567 Bb 0.508 ABb 12.95 Bb
中层水平 ML
(9.00–9.75 t hm–2)
35.38 Bb 44.68 Ab 42.58 Ab 92.50 Bb 72.59 Bc 0.537 Cc 0.490 Bb 12.80 Bb
底层水平 LL
(≤9.00 t hm–2) 33.79 Bc 42.14 Bc 42.05 Ab 88.19 Cc 69.07 Cd 0.470 Dd 0.424 Cc 12.13 Cc
平均数 Mean 35.50 44.74 42.99 91.89 73.55 0.54 0.49 12.85
变异系数 CV (%) 4.09 4.50 2.50 2.85 5.04 10.30 9.42 4.42
TL: 顶层水平; HL: 高层水平; ML: 中层水平; LL: 底层水平。同栏同年内比较, 标以不同大小写字母的数值分别在 1%和 5%水
平差异显著。
TL: top level; HL: high level; ML: middle level; LL: low level. Values within the same column and year followed by a different letter
are significantly different at the 1% (capital) and 5% (small) probability levels, respectively.

2.2.3 群体干物质生产特征 随着生产力等级的
递增 , 群体干物质积累总量增加 , 差异极显著 (表
5)。以 2015 年数据为例, 顶层水平分别比另 3 个等
级水平高 5.23%、14.29%和 29.92%。从各个重要生
育阶段看, 移栽至拔节期, 高层水平的干物质积累
量最高, 底层水平最低, 但底层水平该阶段的干物
质积累比例比其他 3 个水平高, 差异极显著。拔节
至抽穗期顶层水平积累量开始升高且比例也在 4 个
等级水平中为最高 , 两年分别积累 43.19%和
43.21%。底层水平积累量低于另 3 个等级水平, 且
比例最低, 两年分别积累 40.17%和 40.25%。抽穗后,
仍以顶层水平最高, 高层水平次之, 比例亦表现相
似的规律, 两年趋势一致。
2.3 氮肥群体最高生产力水稻的氮素积累特征
2.3.1 氮素阶段积累量及比例 两年的群体总氮
素积累量和 3 个主要生育阶段吸氮量均随着生产力
等级提高而增加。以 2015年数据为例, 顶层水平在
移栽至拔节期、拔节至抽穗期和抽穗至成熟期的氮
素积累量分别比高层、中层、底层水平高 13.82%、
17.92%、56.09%, 20.49%、32.51%、96.85%和 20.19%、
34.53%、97.67%。拔节至抽穗期的氮素积累量较上
一阶段, 顶层水平明显增加, 高层、中层水平少量增
加而底层水平不增反减(表 6), 这也表明, 拔节至抽
穗期的吸氮量越多, 水稻产量越高。
移栽至拔节期 4 个生产力等级氮素比例表现为
底层>中层>高层>顶层水平, 拔节后表现为顶层>高
层>中层>底层水平。以 2015年数据为例, 抽穗至成
熟阶段, 顶层水平较高层水平, 高层水平较中层水
平 , 中层水平较底层水平分别高 2.01%、3.90%和
4.00%, 变异系数为 4.28%。

第 8期 梁 健等: 淮北地区水稻品种氮肥群体最高生产力及氮素吸收利用特性 1195


表 5 不同氮肥群体最高生产力等级水稻品种阶段干物质积累量及比例
Table 5 Dry matter accumulation and ratio at each growth stage in different highest population productivity of N fertilization levels
移栽-拔节
TransplantingJointing
拔节-抽穗
JointingHeading
抽穗-成熟
HeadingMaturity 生产力等级
Productivity
level
总生物量
Total accumulation
(t hm–2)
积累量
Biomass
(t hm–2)
比例
Ratio
(%)
积累量
Biomass
(t hm–2)
比例
Ratio
(%)
积累量
Biomass
(t hm–2)
比例
Ratio
(%)
2014
顶层水平 TL ( ≥10.50 t hm–2) 20.20 Aa 4.29 Bb 21.22 8.72 Aa 43.19 7.19 Aa 35.59
高层水平 HL (9.75–10.50 t hm–2) 19.13 Bb 4.46 Aa 23.31 7.94 Bb 41.52 6.73 Bb 35.17
中层水平 ML (9.00–9.75 t hm–2) 17.63 Cc 4.17 Cc 23.65 7.28 Cc 41.31 6.18 Cc 35.04
底层水平 LL ( ≤9.00 t hm–2) 15.38 Dd 3.96 Dd 25.73 6.19 Dd 40.17 5.24 Dd 34.10
平均数 Mean 18.09 4.22 23.48 7.53 41.55 6.33 34.98
变异系数 CV (%) 11.55 5.00 7.86 14.31 3.00 13.20 1.80
2015
顶层水平 TL ( ≥10.50 t hm–2) 20.32 Aa 4.28 Bb 21.05 8.78 Aa 43.21 7.26 Aa 35.74
高层水平 HL (9.75–10.50 t hm–2) 19.31 Bb 4.48 Aa 23.21 8.03 Bb 41.58 6.80 Bb 35.21
中层水平 ML (9.00–9.75 t hm–2) 17.78 Cc 4.22 Bb 23.76 7.36 Cc 41.40 6.19 Cc 34.84
底层水平 LL ( ≤9.00 t hm–2) 15.64 Dd 4.05 Cc 25.92 6.30 Dd 40.25 5.29 Dd 33.83
平均数 Mean 18.26 4.26 23.49 7.62 41.61 6.39 34.91
变异系数 CV (%) 11.15 4.14 8.52 13.85 2.93 13.33 2.31
TL: 顶层水平; HL: 高层水平; ML: 中层水平; LL: 底层水平。同栏同年内比较, 标以不同大小写字母的数值分别在 1%和 5%水
平差异显著。
TL: top level; HL: high level; ML: middle level; LL: low level. Values within the same column and year followed by a different letter
are significantly different at the 1% (capital) and 5% (small) probability levels, respectively.

表 6 不同氮肥群体最高生产力等级水稻品种阶段氮素积累量及比例
Table 6 N accumulation and ratio at each growth stage in different highest population productivity of N fertilization levels
移栽拔节
TransplantingJointing
拔节抽穗
JointingHeading
抽穗成熟
HeadingMaturity 生产力等级
Productivity
level
积累量
Total accumulation
(kg hm–2)
积累量
Biomass
(kg hm–2)
比例
Ratio
(%)
积累量
Biomass
(kg hm–2)
比例
Ratio
(%)
积累量
Biomass
(kg hm–2)
比例
Ratio
(%)
2014
顶层水平 TL ( ≥10.50 t hm–2) 225.03 Aa 87.20 Aa 38.75 96.85 Aa 43.04 40.98 Aa 18.21
高层水平 HL (9.75–10.50 t hm–2) 196.10 Bb 78.21 Bb 39.88 82.81 Bb 42.23 35.08 Bb 17.89
中层水平 ML (9.00–9.75 t hm–2) 175.29 Cc 71.03 Cc 40.52 73.17 Cc 41.74 31.10 Cc 17.74
底层水平 LL ( ≤9.00 t hm–2) 124.28 Dd 52.86 Dd 42.53 49.75 Dd 40.03 21.67 Dd 17.44
平均数 Mean 180.18 72.33 40.42 75.65 41.76 32.21 17.82
变异系数 CV (%) 23.58 20.14 3.92 26.19 3.05 25.19 1.79
2015
顶层水平 TL ( ≥10.50 t hm–2) 230.43 Aa 87.13 Aa 37.81 100.10 Aa 43.44 43.21 Aa 18.75
高层水平 HL (9.75–10.50 t hm–2) 195.57 Bb 76.55 Bb 39.14 83.08 Bb 42.48 35.95 Bb 18.38
中层水平 ML (9.00–9.75 t hm–2) 181.55 Cc 73.89 Cc 40.70 75.54 Cc 41.61 32.12 Cc 17.69
底层水平 LL ( ≤9.00 t hm–2) 128.54 Dd 55.82 Dd 43.43 50.85 Dd 39.56 21.86 Dd 17.01
平均数 Mean 184.02 73.35 40.27 77.39 41.77 33.29 17.96
变异系数 CV (%) 22.99 17.74 6.00 26.44 3.96 26.73 4.28
TL: 顶层水平; HL: 高层水平; ML: 中层水平; LL: 底层水平。同栏同年内比较, 标以不同大小写字母的数值分别在 1%和 5%水
平差异显著。
TL: top level; HL: high level; ML: middle level; LL: low level. Values within the same column and year followed by a different letter
are significantly different at the 1% (capital) and 5% (small) probability levels, respectively.
1196 作 物 学 报 第 42卷

2.3.2 氮素阶段性吸收速率 由图 3 可以看出, 各
生产力等级的氮素吸收率均在拔节至抽穗期最大, 移
栽至拔节期次之, 抽穗至成熟期最小。3个生育阶段均
以顶层水平最高, 底层水平最低, 如 2015 年, 顶层水
平 3 个生育阶段的氮素吸收速率较底层水平分别高出
34.52%、35.37%和 50.17%, 差异极显著。抽穗至成熟
期高层水平和中层水平的吸收率差异未达到显著水平。
综合图 3和表 6可知, 氮素阶段性吸收速率和氮素阶段
积累量在不同生产力等级间的变化规律基本一致。
2.3.3 氮素吸收利用率及百千克籽粒吸氮量 生
产中常用氮素吸收利用率作为衡量氮素利用效率的
指标。从表 7 可以看出, 随着氮肥群体最高生产力
等级的递增, 氮素吸收利用率表现出极显著的上升
趋势, 2014年、2015年的变异系数分别为 10.23%、
10.52%。百千克籽粒吸氮量也随生产力等级递增而
增加, 如 2015 年, 顶层水平的百千克籽粒吸氮量比
高层水平高 11.98%, 高层水平比中层水平, 中层水
平比底层水平分别高 1.05%和 28.19%。

图 3 不同氮肥群体最高生产力等级水稻品种氮素阶段吸收速率
Fig. 3 N uptake rate in different highest population productivity of N fertilization levels
A: 2014年各生育阶段氮素吸收速率; B: 2015年各生育阶段氮素吸收速率。
TR–JO: 移栽至拔节; JO–HE: 拔节至抽穗; HE–MA: 抽穗至成熟。
A: N uptake rate at each growth stage in 2014; B: N uptake rate at each growth stage in 2015.
TR–JO: Transplanting–Jointing; JO–HE: Jointing–Heading; HE–MA: Heading–Maturity.

表 7 不同氮肥群体最高生产力等级水稻品种氮素吸收利用效率
Table 7 N uptake and utilization efficiency in different highest population productivity of N fertilization levels
生产力等级
Productivity level
氮素吸收利用率
N use efficiency (%)
百千克籽粒吸氮量
N requirement for 100 kg kernel (kg)
籽粒产量
Grain yield (kg hm–²)
2014
顶层水平 TL ( ≥10.50 t hm–2) 40.21 Aa 2.11 Aa 10640.64 Aa
高层水平 HL (9.75–10.50 t hm–2) 37.22 Bb 1.95 Bb 10072.76 Bb
中层水平 ML (9.00–9.75 t hm–2) 34.86 Cc 1.87 Bc 9352.73 Cc
底层水平 LL ( ≤9.00 t hm–2) 31.52 Dd 1.49 Cd 8332.63 Dd
平均数 Mean 35.95 1.86 9599.69
变异系数 CV (%) 10.23 14.18 10.37
2015
顶层水平 TL ( ≥10.50 t hm–2) 40.38 Aa 2.15 Aa 10702.67 Aa
高层水平 HL (9.75–10.50 t hm–2) 37.77 Bb 1.92 Bb 10180.54 Bb
中层水平 ML (9.00–9.75 t hm–2) 35.02 Cc 1.90 Bb 9510.48 Cc
底层水平 LL ( ≤9.00 t hm–2) 31.50 Dd 1.49 Cc 8650.52 Dd
平均数 Mean 36.17 1.87 9761.05
变异系数 CV (%) 10.52 14.73 9.08
TL: 顶层水平; HL: 高层水平; ML: 中层水平; LL: 底层水平。同栏同年内比较, 标以不同大小写字母的数值分别在 1%和 5%水
平差异显著。
TL: top level; HL: high level; ML: middle level; LL: low level. Values within the same column and year followed by a different letter
are significantly different at 1% (capital) and 5% (small) probability levels, respectively.
第 8期 梁 健等: 淮北地区水稻品种氮肥群体最高生产力及氮素吸收利用特性 1197


以两年的群体最高生产力水平下氮素吸收利用
率平均值为基础, 采用欧氏距离和离差平方和法对
34 个品种进行聚类分析, 可将水稻品种划分为氮低
效型、氮中效型、氮较高效型和氮高效型四类(表 8),
且无论是不同氮肥群体生产力等级, 还是同一氮肥
群体生产力等级的水稻品种氮素吸收利用效率类型
都表现出显著差异。底层水平仅有氮低效型(豫粳 6
号和苏秀 867)和氮中效型(华粳 1 号和徐稻 2 号)两
类, 变异系数 5.31%; 中层水平有氮低效型(华粳 2
号和泗 1108)、氮中效型(郑稻 18、淮稻 11、W026、
泗稻 11、徐稻 5号和泗稻 785)、氮较高效型(徐稻 8
号和津稻 263)与氮高效型(武运粳 21)四类, 变异系
数 8.72%; 高层水平有氮中效型(盐稻 12、苏秀 326
和盐稻 11)、氮较高效型(连粳 9 号、华粳 6 号、镇
稻 99、镇稻 88、苏秀 10号和郑稻 19)与氮高效型(连
粳 4号、淮稻 14和徐稻 3号)三类, 变异系数 5.97%;
顶层水平有氮较高效型(新稻 18、泗稻 12和连粳 11)
与氮高效型(武运粳 27、中稻 1号、宁粳 4号和连粳
7号)两类, 变异系数 6.44%。
3 讨论
3.1 不同氮肥群体生产力等级品种产量构成因
素的协同特征
水稻的产量构成因素包括单位面积穗数、每穗
粒数、结实率和千粒重。库容和充实度是水稻高产
的重要特征和生理基础, 获得高产的关键在于协调
群体颖花量与粒数、结实率的关系[16]。霍中洋等[17]
研究表明, 水稻从底层水平向中层水平过渡是通过
增加穗数, 辅之穗粒数来实现的。张洪程等[18]指出,
随着中层水平向高层水平, 高层水平向顶层水平生
产力的提高, 穗数却略有下降而通过增加穗粒数来
实现增产。徐正进等[19]分析近十年来日本育成的超
高产品种的产量结构, 也表明超高产品种穗粒数大
幅度提高, 而单位面积穗数有所下降。吴桂成等[20]
的研究表明, 高产(中层水平)向更高产(高层水平)、
超高产(顶层水平)过渡, 主要是依靠足穗基础上增
加每穗粒数。杨建昌等[21]通过对中熟粳稻产量比较
认为高产到更高产, 虽然穗数有所增加, 但总颖花
数的增加主要在于每穗粒数的增加。本试验表明 ,
产量与颖花数极显著正相关, 生产力等级由底层水
平到中层水平主要以提高有效穗数和穗粒数来扩大
库容; 中层水平到高层水平及高层水平到顶层水平,
主要依靠增加每穗粒数来提高群体颖花量。因此保
证足穗与攻取大穗是高产的一个基本规律。本试验
中 4个生产力水平的千粒重差异不明显, 而结实率与
每穗粒数呈负相关, 这与相关研究规律一致[22-24]。
3.2 氮肥群体最高生产力处于顶层水平的群体
特征
产量是水稻生长过程中一系列生理生化反应的
最终结果, 分析比较氮肥群体最高生产力处于顶层
水平等级与其他生产力等级的群体茎蘖动态和光合
生产特性, 有利于揭示其产量差异形成的原因。本
研究结果表明, 与底层、中层和高层水平相比, 顶层
水平在拔节前尤其是有效分蘖临界叶龄期至拔节
期的群体茎蘖与光合生产量相对较低, 拔节后的茎
蘖数下降平缓, 干物质积累量显著提高, 这与 Takai
等[25]、马均等[26]的研究一致。但本研究还发现, 顶
层水平的拔节至抽穗、抽穗至成熟阶段的干物质积
累量占总积累量的比例更高 , 分别达 43%以上和
35%以上。粒叶比表现为顶层水平显著高于其他 3
个水平。说明保持拔节前相对适宜的群体茎蘖数与
干物质积累量, 控制有效分蘖临界叶龄期至拔节期
的群体茎蘖数与光合生产量, 提高粒叶比, 协调群
体源库关系, 促进拔节后尤其是抽穗至成熟阶段的
干物质积累及比例, 确保籽粒灌浆物质充分, 是顶
层水平群体高产形成的重要特征与途径。凌启鸿等
[27]研究提出, 抽穗期光合生产量与产量呈抛物线关
系, 即抽穗期的光合生产量存在一个最佳值, 或多、
或少都不利于高产形成。本研究表明, 顶层水平在
抽穗期的干物质积累量、叶面积指数和群体光合势
显著高于其他 3 个水平, 有效叶面积率达 94%以上,
说明培育抽穗期具有更高的适宜干物质积累量的水
稻品种仍是挖掘单产潜力的重要途径之一。
3.3 淮北稻区高产氮高效品种的筛选
淮北地区是我国重要的水稻产区, 全生育期一
般在 151~156 d, 种植品种大多以中熟中粳稻为主,
但大面积生产的品种繁多, 产量水平参差不齐, 施
肥随意性大, 合理选用适合区域生产的高产与氮高
效品种是当前生产上亟需研究与解决的问题。孟天
瑶等[12]研究表明杂交籼稻群体最高层生产力对应的
施氮量集中在 225.0~262.5 kg hm–2, 常规粳稻在
300.0 kg hm–2, 杂交粳稻和籼粳杂交稻在 262.5~
300.0 kg hm–2。葛梦婕等[23]研究也表明, 粳稻最高产
量下的施氮量在 262.5~300.0 kg hm–2。本试验对 34
个中熟中粳稻品种进行产量和施氮量分析后得出 ,
不同品种最高生产力所对应的施氮量不同, 但均集
1198 作 物 学 报 第 42卷


第 8期 梁 健等: 淮北地区水稻品种氮肥群体最高生产力及氮素吸收利用特性 1199


中在 225.0~300.0 kg hm–2, 与张洪程等[18]研究长江
中下游地区代表性的 50 个早熟晚粳氮肥群体最高
生产力对应的施氮量在 225.0~300.0 kg hm–2一致。
但本研究发现, 氮肥群体最高生产力等级处于顶层
水平的水稻品种, 其氮素吸收利用率具有显著差异
(表 1和表 8)。因此, 筛选并应用氮肥群体生产力与
氮素吸收利用率“双高”水稻品种, 是水稻高产高效
生产的关键。其中连粳 7号、中稻 1号、武运粳 27
和宁粳 4 号等 4 个水稻品种在高氮下达最高产, 且
氮素吸收利用率高, 而其他品种属于氮较高、中和
低效型, 产量也未达到高产要求。淮北地区大面积
生产上应选用上述连粳 7号等 4个中熟中粳稻品种。
4 结论
淮北地区中熟中粳稻氮肥群体最高生产力的施
氮量在 225.0~300.0 kg hm–2之间; 顶层水平等级的
群体颖花数、成穗率、最大叶面积指数、粒叶比、
群体干物质积累总量、氮素总积累量、阶段吸收速
率、氮素利用率和百千克籽粒吸氮量均高; 移栽至
拔节阶段高层水平等级干物质积累量高, 拔节后顶
层水平等级高; 移栽至拔节阶段底层水平等级干物
质积累比例和氮素积累比例高, 拔节后顶层水平等
级高; 连粳 7 号、中稻 1 号、武运粳 27 和宁粳 4 号
等 4个中熟中粳稻品种属于高产氮高效型水稻品种。
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