全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(10): 17361742 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(40871105), 国家高技术研究发展计划(863计划)项目 (2006AA10Z208)和中国科学院农业重大项目 (KSCX1-
YW-09-05)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 刘建立, E-mail: jlliu@issas.ac.cn, Tel: 025-86881226
第一作者联系方式: E-mail: zhangjh@issas.ac.cn, Tel: 025-86881227
Received(收稿日期): 2010-04-29; Accepted(接受日期): 2010-05-07.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.01736
施氮量对稻麦干物质转运与氮肥利用的影响
张均华 1, 2 刘建立 1,* 张佳宝 1 赵夫涛 3 程亚南 1,2 王伟鹏 1,2
1 中国科学院南京土壤研究所, 江苏南京 210008; 2 中国科学院研究生院, 北京 100049; 3 浙江清华长三角研究院粉体及新材料工程
中心, 浙江长兴 313100
摘 要: 为探讨太湖地区稻麦轮作农田适宜施氮量及氮素对干物质转运与氮肥利用的影响, 于 2007—2009年间在中
国科学院常熟农业生态实验站建立田间定位试验。设置 4 个氮肥处理水平, 分别用 N0、N1、N2 和 N3 表示。水稻
各处理的施氮量分别为 0、125、225和 325 kg hm2; 小麦相应处理施氮量分别为 0、94、169和 244 kg hm2(为稻季
相应处理施氮量的 75%)。结果表明, 水稻施氮量超过 225 kg hm2, 小麦施氮量超过 169 kg hm2后, 产量增加不显著。
水稻、小麦开花期干物质积累量均随施氮量的增加而增加, 但花前营养器官干物质转运对籽粒贡献率均随氮肥用量
增加而降低; 氮肥农学效率与氮肥生理效率均随氮肥用量增加而降低, 且 N2 与 N3 处理之间差异不显著; 边际产量
均随施氮量增加而下降, N3处理边际效益水稻平均低于 3.1 kg kg1, 小麦平均低于 2.4 kg kg1。综上所述, 无论水稻
还是小麦, N2处理既能保证较高物质转运率, 又能保证较高的氮肥利用效率与经济效益。
关键词: 稻麦轮作; 合理施氮量; 干物质转运; 氮肥利用
Effects of Nitrogen Application Rates on Translocation of Dry Matter and
Utilization of Nitrogen in Rice and Wheat
ZHANG Jun-Hua1,2, LIU Jian-Li1,*, ZHANG Jia-Bao1, ZHAO Fu-Tao3, CHENG Ya-Nan1,2, and
WANG Wei-Peng1,2
1 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing
100049, China; 3 Powder and New Materials Engineering Center Yangzi Dela Research Institute of Tsinghua University, Changxing 313100, China
Abstract: Excessive application of nitrogen-fertilizers often results in low nitrogen use efficiency and high nitrogen losses in Tai
Lake region. Many studies on wheat (Triticum aestivum L.) or rice (Oryza sativa L.) physio-ecology have been carried out aiming
at high yield with reasonable amount of nitrogen fertilizer. However, most experiments have been focused on single crop. Also,
assimilate accumulations before flowering play an important role on grain yield. In order to disclose the mechanism of dry matter
translocation, optimum amount of nitrogen application and utilization of nitrogen under rice-wheat rotations, a field experiment
was conducted under different nitrogen application rates from 2007 to 2009 at the Changshu Agroecological Experiment Station,
Chinese Academy of Sciences. The treatments included four nitrogen fertilizer rates for rice and wheat, respectively: N1 (125 and
94 kg N ha1), N2 (225 and 169 kg N ha1), N3 (325 and 244 kg N ha1), and N0 control (no nitrogen). The results showed that no
significant increase in crop production was found when nitrogen application rate of rice and wheat was in excess of 225 kg ha1
and 169 kg ha1 respectively. The dry matter accumulations at anthesis of rice and wheat increased with the nitrogen rate incre-
ment, while the contribution of dry matter translocation from vegetative organs to grains before flowering decreased with increas-
ing the nitrogen application rates. The nitrogen agronomic efficiencies and physiological efficiencies in rice and wheat were re-
duced with increasing the nitrogen rates, and these was no significant difference between N2 and N3 treatments. The marginal
productions were declined with the increase of nitrogen applications, with lower than 5.5 kg kg1 in N3 treatment for both rice and
wheat. Therefore, whether for rice or for wheat, the N2 treatment could maintain higher translocation rate of dry matter, higher
nitrogen use efficiency and higher economic benefit.
Keywords: Rice-wheat rotation; Reasonable nitrogen rate; Translocation of dry matter; Utilization of nitrogen
第 10期 张均华等: 施氮量对稻麦干物质转运与氮肥利用的影响 1737


太湖地区水稻、小麦平均产量达 8 t hm2和 6 t
hm2, 是我国重要的稻麦轮作区[1]。该地区由于经济
发达, 农民习惯大量施肥以追求高产, 目前稻麦两
季氮肥施用量达 550~650 kg hm2, 而作物对氮肥的
利用率不足 40%[2]。近年来太湖中蓝藻的频频爆发,
环境承载力已迫切需要寻找一个既能获得高产, 又
能达到最高经济收入和最低环境承载力的氮肥施用
量[3]。王德建等[4]通过研究太湖黄泥土发现水稻、小
麦的氮肥适宜用量为 225~270 kg hm2与 180~225 kg
hm2。晏娟等[5-7]研究表明作物氮肥生理效率与氮肥
农学效率均随施氮量增加迅速下降。但目前关于适
宜施氮量以及作物氮肥利用特性的报道多是针对旱
地土壤[8-9], 有关水稻土中氮素对作物响应的研究较
少。而稻麦轮作无论从生物物理过程还是化学过程
来看, 都是一个复杂的体系, 因此研究作物对水稻
土不同氮肥处理的氮素响应具有重要的意义。
开花后同化物的积累及花前营养器官中积累的
同化物向籽粒的转运对作物产量极为重要[8]。小麦
开花前合成的同化物约有 3%~30%转运到籽粒[10-11];
而水稻籽粒中的氮素 65.3%~87.6%来自营养器官的
转运[12], 仅 12.4%~34.7%是后期从土壤吸收所得。
上述试验多是针对单一作物, 稻麦轮作农田系统有
关研究还较少。本文通过太湖地区两年定点试验研
究稻麦轮作农田不同施氮量与作物产量, 以及光合
同化物运输分配与氮肥利用的关系, 以期揭示稻麦
轮作农田干物质转运机制及氮肥利用特性。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
中国科学院常熟农业生态实验站(31°32′45N,
120°41′57E)地处亚热带中部湿润季风气候区 , 年
均气温 15.5℃, 年均降雨量 1 038 mm, 无霜期 224
d。供试土壤为湖积物上发育的潜育型水稻土(乌栅
土), 表土呈弱石灰性反应。试验之前为休闲地, 耕
层土壤: pH(H2O) 7.4, 含有机质 35.0 g kg1、全氮 1.6
g kg1、全磷 0.9 g kg1、速效磷 5.0 mg kg1、速效钾
121.3 mg kg1。
1.2 试验设计
2007年 6月—2009年 5月进行试验, 采用单因
素随机区组设计, 4个氮肥处理水平 , 分别用 N0、
N1、N2和 N3表示, 4次重复, 小区面积 16 m2。水
稻品种为武育粳 2394, 移栽时每穴 4~5 株。施肥量
见表 1。氮肥品种为尿素(含氮 46%), 按基肥∶分蘖
肥∶孕穗肥 = 4 3 3∶ ∶ 施用。磷肥品种为过磷酸钙
(P2O5 14%), 钾肥为氯化钾(K2O 60%), 磷钾肥作基
肥一次性施入。基肥施用前 2~3 d灌水泡田, 肥料均
匀撒入小区后和表层土水混匀, 平整土表, 立即移
栽水稻。表层撒施分蘖肥与孕穗肥。稻季, 2007年 6
月 18日施基肥, 7月 2日施分蘖肥, 8月 14日施孕穗
肥; 2008年 6月 21日施基肥, 7月 5日施分蘖肥, 8
月 8日施孕穗肥。
小麦品种为扬麦 10号, 播种量为 270 kg hm2。
氮磷钾肥施用量均为稻季肥料用量的 75% (表 1), 肥
料品种和施用比例与稻季相同, 氮肥分 3 次施用,
分别为基肥、越冬肥和拔节孕穗肥。播种前将肥料
均匀撒入小区与表层土混匀, 播种后平整土表。表
层撒施越冬肥与拔节孕穗肥。麦季, 2007年 11月 5
日施基肥, 2008年 1月 7日施越冬肥, 3月 17日施拔
节孕穗肥; 2008年 11月 8日施基肥, 2009年 1月 5
日施越冬肥, 3月 6日施拔节孕穗肥。

表 1 各处理稻季和麦季的施肥量
Table 1 Fertilizer application rate of each treatment during rice and wheat seasons (kg hm2)
稻季 Rice season 麦季 Wheat season 处理
Treatment N P2O5 K2O N P2O5 K2O
N0 0 75 75 0 56 56
N1 125 75 75 94 56 56
N2 225 75 75 169 56 56
N3 325 75 75 244 56 56

1.3 测定项目及方法
于每小区能代表作物生长状况的地段选取 1 m2,
用于水稻、小麦苗数及穗数的考察。于每重复处理
在开花期与成熟期选取叶龄基本一致, 能代表小区
生长状况的水稻植株 3穴或小麦 30株, 分开秸秆和
穗分开, 105℃杀青 30 min, 75℃烘至恒重, 称取各
器官干物重。将烘干植物样品粉碎过筛后用
H2SO4-H2O2消煮, 以 KDY-9820 型半自动凯氏定氮
仪测定各器官全氮含量。水稻、小麦成熟后收获 0.5
m2 植株用于考察穗数、穗粒数和千粒重; 每小区另
1738 作 物 学 报 第 36卷

收获 2 m2计产。
1.4 数据处理及统计分析
根据下列公式计算开花期物质转运[10]、氮肥利
用率[5]等指标。
库容量=单位土地面积穗数×每穗结实粒数;
开花前贮藏同化物转运率=(开花期营养器官干
物重成熟期营养器官干物重)/开花期营养器官干物
重×100%;
开花前贮藏同化物对籽粒贡献率=(开花期营养
器官干物重 –成熟期营养器官干物重 )/总粒重×
100%;
边际产量=籽粒产量增加量/氮肥增施量;
氮肥农学效率=(施氮区产量不施氮区产量)/施
氮量;
氮肥生理效率 =(施氮区产量 不施氮区产
量)/(施氮区吸氮量不施氮区吸氮量)。
采用 Microsoft Excel和 SAS V8软件进行数据
处理和统计分析。
2 结果与分析
2.1 稻麦轮作农田作物产量形成分析
无论水稻还是小麦, 其产量水平年际间相对稳
定(表 2)。水稻 N0、N1、N2和 N3处理两年平均产
量分别为 6 392、8 024、8 939和 9 250 kg hm2, 与
N0产量相比, N1提高 25.5%, N2提高 39.8%, N3提
高 44.7%。水稻产量与施氮量呈显著正相关(相关系
数为 0.973*), 而 N3处理仅比 N2处理高 3.5%, 说明
施氮量超过 N2 水平后增施氮肥带来的增产效应并
不显著。水稻产量构成三因素中, 穗数与穗粒数随
氮肥施用量增加而显著增加 , 但千粒重呈下降趋
势。水稻库容量与籽粒产量呈极显著正相关(相关系
数为 0.996**), 因此不同处理产量的差异主要决定于
群体库容量。与 N0库容量相比, N1平均提高 44.3%,
N2提高 78.0%, N3提高 95.2%。
与 N0 相比, 小麦平均产量 N1 提高 49.7%, N2
提高 87.4%, N3提高 92.8%。小麦产量与施氮量之间
呈显著正相关(相关系数为 0.963*), 同水稻相似, 小
麦产量 N3处理与 N2处理无显著差异。小麦产量构
成因素中穗数基本随氮肥用量增加呈上升趋势; 穗
粒数各处理间变化不大; 千粒重各处理间无显著差
异, 且以 N3最低。小麦群体库容量也与其籽粒产量
呈显著正相关(相关系数为 0.955*)。平均群体库容量
与 N0处理相比, N1提高 14.8%, N2提高 60.8%, N3
提高 78.9%。因此, 水稻、小麦施氮量超过 N2水平
后, 作物产量增加不显著。水稻、小麦群体库容量

表 2 氮肥用量对稻麦轮作区产量构成因素的影响
Table 2 Effects of N application rates on yield compositions under rice-wheat rotation
作物
Crop
处理
Treatment
籽粒产量
Grain yield
(kg hm2)
穗数
Panicle number
(×104 hm2)
每穗粒数
Filled grains
per panicle
库容量
Sink capacity
(×107 Grain hm2)
千粒重
1000-kernel
weight (g)
N0 6200±406.58 c 164±8.46 b 140±3.71 a 23.0±3.19 c 27.5±0.36 ab
N1 7429±154.94 bc 215±8.26 a 145±3.97 a 31.2±3.41 b 28.0±0.17 a
N2 8429±494.63 ab 249±10.50 a 150±7.41 a 37.4±4.27 ab 26.5±0.36 bc
2007年稻季
Rice season in 2007
N3 8971±539.90 a 242±17.63 a 154±9.97 a 37.3±4.26 a 25.4±0.36 c


N0 3214±502.44 b 310±31.06 b 30±5.51 a 9.3±2.61 a 35.0±2.19 b
N1 4792±458.74 ab 372±27.72 ab 33±4.21 a 12.3±1.87 a 39.2±0.72 ab
N2 6487±661.61 a 415±26.15 a 40±2.50 a 16.6±1.77 a 40.8±1.11 a
2007–2008年麦季
Wheat season
in 2007–2008
N3 6584±719.96 a 407±17.50 a 45±2.39 a 18.3±0.82 a 38.6±0.72 ab


N0 6583±400.04 b 172±12.58 c 151±7.76 b 26.0±1.48 d 29.3±0.36 a
N1 8619±369.85 a 210±16.33 b 159±7.04 b 33.4±2.13 c 28.3±0.48 a
N2 9449±641.39 a 300±18.93 a 170±4.71 ab 51.0±3.41 b 28.3±0.35 a
2008年稻季
Rice season in 2008
N3 9529±600.30 a 333±9.57 a 174±5.89 a 57.9±3.72 a 25.2±0.14 b


N0 3425±305.48 c 340±30.24 c 33±3.61 b 11.2±0.82 b 37.4±0.91 a
N1 5148±319.30 b 419±37.71 b 35±1.00 ab 14.7±0.93 b 39.7±0.20 a
N2 5952±173.39 a 415±13.68 ab 47±1.53 a 19.5±1.30 a 38.5±0.40 a
2008–2009年麦季
Wheat season
in 2008–2009
N3 6213±197.55 a 466±27.19 a 50±5.89 ab 23.3±2.52 a 37.8±0.43 a
同列数值后不同字母表示 5%差异显著水平。
Values followed by different letters within each column are significantly different at 5% probability level.
第 10期 张均华等: 施氮量对稻麦干物质转运与氮肥利用的影响 1739


均与其籽粒产量呈显著正相关, 所以群体库容量即
穗数与穗粒数是决定作物产量的主要因素。
2.2 作物产量干物质来源
随施氮量增加, 水稻开花期干物质积累量显著
增加, 但花前物质转运率和营养器官物质转运对籽
粒贡献率均随氮肥用量增加而降低(表 3)。营养器官
物质转运对籽粒的贡献率, N0平均为 31.8%, N1平
均为 26.9%, N2平均为 24.1%, N3平均为 19.6%。而
无论是开花期干物质积累量还是花前物质转运率及
物质转运对籽粒贡献率, N2 处理与 N3 处理差异均
不显著, 这与表 2结论相同。
麦季随氮肥用量增加, 开花期积累量也在显著
增加, 而物质转运率与籽粒贡献率均呈下降趋势。
小麦营养器官物质转运对籽粒贡献率远高于稻季 ,
N0平均为 85.5%, N1平均为 77.6%, N2平均为 79.8%,
N3 平均为 75.7%, 说明开花后同化物的积累及花前
营养器官中积累的同化物向籽粒中转运对小麦产量
更为重要。N0处理物质转运对籽粒贡献率总体很高,
说明在氮肥亏缺情况下, 营养器官中的同化物尽可
能多地向籽粒转移, 而过量氮肥并不能显著提高营
养器官物质转运对籽粒贡献率。
2.3 不同施氮水平下作物产量增长趋势
稻麦轮作农田作物产量、地上部生物量与施氮量
的关系如图 1 所示。地上部生物量在氮肥用量为 200
kg hm2时达到峰值, 再增施氮肥并不能显著提高其生
物积累量。水稻产量与地上部生物量之间相关系数达
0.978*, 呈显著正相关, 所以与地上部生物量相似, 水
稻产量在氮肥用量为 200 kg hm2附近也趋于平缓, 少
量增加或减少氮肥用量对产量的影响很小。
小麦产量与地上部生物量之间相关系数达
0.987*, 呈显著正相关, 二者对氮肥的响应程度相似,
均随施氮量增加而增加, 到 160 kg hm2附近趋于平
缓, 在此基础上增施氮肥效果不显著。太湖地区由
于降雨丰沛, 小麦生长期间没有灌溉水的引入(灌溉
水速效氮养分较高, 数据未列出), 小麦产量对氮肥
的响应曲线斜率很高, 说明小麦产量对施入化肥氮
的依赖性很强。
2.4 不同施氮水平下作物氮肥利用特性分析
两年的平均结果显示, 随施氮量增加水稻地上
部氮吸收总量显著增加, 与N0相比, N1提高 56.9%,
N2 提高 149.3%, N3 提高 194.0%(表 4)。2008 年稻
季 N2 处理与 N3 处理地上部氮素积累量显著高于
2007 年稻季, 说明随氮肥用量增加, 水稻吸氮强度
增加, 而相应的秸秆氮含量也在显著增加。如 2008
年稻季N3处理地上部吸氮量比N0处理提高 232.6%,
而相应的 N3 处理秸秆氮含量却比 N0 处理提高
539.5%, 因此过量施用氮肥会造成作物对氮的奢侈
吸收, 并不能真正起到增产效果。稻季边际产量最

表 3 各处理的干物质积累及对籽粒贡献率
Table 3 Accumulation of dry matter and their translocation to grains in treatments with different nitrogen application rates
作物
Crop
处理
Treatment
开花期积累干物质量
Accumulation amount at
anthesis (kg hm2)
转运率
Translocation ration
(%)
物质转运对籽粒贡献率
Contribution of dry matter
translocation to grains (%)
N0 7386±549.58 d 29.2±7.71 c 34.8±9.17 a
N1 7902±279.08 c 24.1±5.14 b 25.6±6.48 b
N2 8430±257.28 b 24.4±0.75 ab 24.4±0.81 b
2007年稻季
Rice season in 2007
N3 8731±361.38 a 21.6±3.39 a 21.1±3.76 b


N0 4261±549.58 c 63.0±7.71 a 83.5±9.17 a
N1 6907±279.08 b 55.0±5.14 a 79.2±6.48 a
N2 9036±257.28 a 57.6±0.75 a 80.3±0.81 a
2007–2008年麦季
Wheat season
in 2007–2008
N3 9203±361.38 a 52.4±3.39 a 73.2±3.76 a


N0 5408±645.50 c 35.0±5.04 a 28.8±12.28 a
N1 7806±556.99 b 27.8±1.71 ab 28.1±2.14 a
N2 12067±963.25 a 22.4±1.33 bc 23.7±0.79 a
2008年稻季
Rice season in 2008
N3 12775±793.69 a 13.5±3.76 c 18.1±7.32 a


N0 4875±618.83 b 61.5±6.05 a 87.5±4.60 a
N1 7685±358.57 ab 50.9±3.46 a 76.0±4.73 b
N2 9454±995.89 a 49.9±4.82 a 79.3±4.57 b
2008–2009年麦季
Wheat season
in 2008–2009
N3 10436±1134.85 a 48.6±5.54 a 78.2±3.43 b
1740 作 物 学 报 第 36卷


图 1 稻麦轮作区作物产量、地上部生物量与施氮量关系
Fig. 1 Relationship of N application rate with yield and aboveground biomass

表 4 稻麦轮作体系下氮肥利用率分析
Table 4 Analysis of nitrogen use efficiencies under rice-wheat rotations
作物
Crop
氮肥处理
Treatment
地上部吸氮量
N uptake by
aboveground
(kg hm2)
秸秆氮含量
Straw N
content
(kg hm2)
边际产量
Marginal
production
(kg kg1)
氮肥农学效率
N agronomy
efficiency
(kg kg1)
氮肥生理效率
N physiology
efficiency
(kg kg1)
N0 75.47±6.11 c 23.67±2.92 b
N1 104.35±6.75 b 29.51±1.83 b 9.83 9.83±1.24 a 50.87±12.04 a
N2 128.59±2.37 a 37.93±0.97 a 10.00 9.90±2.20 a 41.40±8.41 a
2007年稻季
Rice season in
2007
N3 135.93±3.06 a 43.96±2.79 a 5.43 8.53±1.66 a 45.28±7.25 a


N0 50.91±13.03 b 3.98±0.94 c
N1 86.94±14.10 b 8.22±1.05 bc 16.61 16.61±2.90 a 43.81±7.18 a
N2 150.65±10.86 a 12.76±0.99 ab 22.60 19.25±1.66 a 32.81±4.24 a
2007–2008年麦季
Wheat season
in 2007–2008
N3 180.86±27.62 a 18.23±2.78 a 1.30 13.76±2.03 a 25.94±3.63 a


N0 72.07±15.64 c 17.43±2.90 c
N1 127.09±11.33 c 39.05±2.52 bc 16.29 16.29±2.96 a 39.58±7.38 a
N2 239.21±22.08 b 73.12±19.35 ab 8.30 12.74±2.85 a 17.79±4.87 b
2008年稻季
Rice season in
2008
N3 297.88±29.56 a 111.47±11.01 a 0.80 9.06±1.85 a 12.79±1.07 b


N0 48.27±2.78 d 5.55±1.01 d
N1 104.37±9.56 c 12.35±0.65 c 18.14 18.14±3.36 a 31.66±5.66 a
N2 168.68±9.58 b 20.07±1.29 b 10.71 14.86±1.02 ab 21.12±1.33 ab
2008–2009年麦季
Wheat season
in 2008–2009
N3 213.33±16.33 a 25.35±1.28 a 3.48 11.38±0.81 b 17.26±2.06 b

高值 2007 年出现在 N2 处理, 而 2008 年出现在 N1
处理, N3处理无论 2007年还是 2008年均为最低值,
因此 N2 处理即能满足作物对氮素的需求, 在此基
础上增施氮肥, 收获后秸秆氮素残留量过高, 造成
资源浪费与环境污染。水稻的氮肥农学效率与氮肥
生理学效率基本上呈逐渐下降趋势, N3处理最低。
小麦地上部吸氮量随氮肥用量增加而增加, 两
年平均值 N0为 49.6 kg hm2, N1为 95.7 kg hm2, N2
为 159.7 kg hm2, N3为 197.1 kg hm2, 也是 2008—
2009年麦季含量高于 2007—2008年麦季, 而相应的
秸秆氮含量也在增加。小麦成熟期秸秆氮含量比较
低, 说明小麦吸收的氮素更多地转移到籽粒中, 这
与表 3结论相同。两年平均边际产量 N1为 17.4 kg
kg1, N2为 16.7 kg kg1, N3为 2.4 kg kg1, 说明随氮肥
用量增加, 作物产量增加, 而边际产量下降。氮肥农学
效率随施氮量增加由 17.4 kg kg1下降到 12.7 kg kg1,
而氮肥生理效率随施氮量增加由 37.7 kg kg1下降到
21.6 kg kg1。考虑到作物种植以增产为目的, 太湖稻
第 10期 张均华等: 施氮量对稻麦干物质转运与氮肥利用的影响 1741


麦轮作区以 N2处理较佳, 即水稻施氮量 225 kg hm2,
小麦施氮量 169 kg hm2时作物年产量可达 15 t hm2,
稍高或持平于当地水平[4], 既能满足人们的需要, 又
减轻化肥氮对环境带来的压力。
3 讨论
Mingsheng等[13]在成都稻麦轮作农田的试验结
果表明水稻施氮量超过 150 kg hm2, 小麦施氮量超
过 120 kg hm2时作物产量将不会发生变化。晏娟[3]
研究太湖黄泥土发现水稻和小麦最大经济效益时的
氮肥用量分别是 209 kg hm2和 219 kg hm2。本研究
农田发现无论水稻还是小麦 , 施氮量超过 N2水平
后 , 作物产量增加不显著 , 与晏娟等 [3]的研究结果
相似。过量施氮只会导致作物奢侈吸收, 造成作物
籽粒灌浆不充分, 千粒重下降[14], 还会滋生病虫害,
作物容易发生倒伏[15]。作物产量的提高在很大程度
上依赖于群体库容量的增加[16-17]。本试验的水稻、
小麦产量与其群体库容量呈显著正相关关系, 但 N2
处理与 N3 处理之间差异不显著, 这与作物产量随
氮肥增加规律相似。
光合产物在营养器官积累的多寡, 以及开花后
向籽粒转运分配的比率 , 都直接影响粒重和产量 ,
研究表明作物开花前合成的同化物约 3%~30%转运
到籽粒[10], 但不同作物类型, 不同生长环境下同化
物转运量有很大差异。马东辉等[9]认为增施氮肥小
麦干物质转移量增加, 但施氮量达到 300 kg hm2时
不利于干物质转移。本试验结果表明, 随施氮量增
加, 水稻花前同化物对籽粒的贡献率由 31.8%下降
到 19.6%。N3处理花前贮藏物质对籽粒贡献率最低,
可能是由于花前同化物较多地用于营养器官构建 ,
从而使植株生长后期仍保持较高的光合作用, 造成
水稻贪青晚熟[18]。而 N0 处理在氮素供应不足的情
况下早衰, 使茎叶中所含氮、糖加速运出, 从而在同
化物供应不足的情况下, 被利用于充实籽粒的贮存
物质转移率有所增多。小麦随氮肥用量增加, 开花
期积累量也在显著增加, 对籽粒贡献率 N0 平均为
85.5%, N1平均为 77.6%, N2平均为 79.8%, N3平均
为 75.7%, 高于张胜全等 [18-19]的研究结果, 这可能
由品种特性、土壤肥力, 对氮肥利用程度及生长环
境不同等造成。
王德建等 [4]研究表明, 太湖乌栅土水稻以施氮
量 270 kg hm2, 小麦以施氮量 180 kg hm2的边际产
量最高。本试验水稻施氮量 125 kg hm2, 小麦施氮
量 94 kg hm2时边际产量最高, 低于王德建等[4]的
研究结果。水稻、小麦边际产量均随氮肥用量的增
加而降低, 尤其 N3处理, 水稻平均低于 3.1 kg kg1,
小麦平均低于 2.4 kg kg1。高氮输入不仅没有显著
增加作物产量, 反而降低边际收益, 无论对经济还
是生态环境都得不偿失。Yadav[17]在稻麦轮作农田的
研究表明水稻氮肥农学效率为 4.3~14.7 kg kg1, 小
麦为 12.8~51.7 kg kg1。本研究水稻氮肥农学效率为
13.1~8.8 kg kg1, 小麦为 17.4~12.6 kg kg1, 低于上
述结果, 可能是生长环境不同造成的。而水稻生理
效率为 45.2~29.0 kg kg1, 小麦为 37.7~21.6 kg kg1,
与晏娟等[3]的结果相似。太湖地区农民习惯大量施
肥以追求作物高产, 但过量施肥使该地区环境不断
恶化。而提高氮肥利用率一般遵从两个原则[20], 一
是尽量避免土壤中矿质氮的过量积累, 二是针对氮
肥主要损失途径采取有效对策。所以要在高产的基
础上提高氮肥利用率就需要将氮肥的施用量控制在
获得最高经济效益的范围内, 控制作物生长早期施
肥量, 着重于作物生长旺盛期追肥有利于提高作物
对矿质氮的吸收能力; 同时硝化抑制剂的应用以及
土壤、肥料在耕层范围内的混合不仅有效降低铵的
硝化作用 , 还可以降低氨挥发以及氮肥的径流损
失。
4 结论
本研究条件下, 水稻施氮量超过 225 kg hm2,
小麦施氮量超过 169 kg hm2后, 作物产量增加不显
著。无论水稻还是小麦, 开花期干物质积累量均随
施氮量的增加而增加, 但过量氮肥并不能显著提高
营养器官干物质对籽粒贡献率, 且高氮处理会造成
作物对氮素的奢侈吸收。水稻、小麦相应的 N2 处
理即能保证作物产量、营养器官物质转运率和氮肥
利用效率达到一个比较良好的状态。
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