全 文 ：中国生态农业学报 2010年 9月 第 18卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sept. 2010, 18(5): 945−949
* 国家自然科学基金项目(40771120)、长沙市新型肥料工程技术研究中心建设项目(K0902150-61)资助
** 通讯作者: 纪雄辉(1965~), 男, 研究员, 主要从事植物营养与农业环境研究。E-mail: jixionghui@sohu.com
崔新卫(1980~), 男, 硕士, 助理研究员, 主要从事作物栽培生理研究。E-mail: cuixinwei2008@yahoo.com.cn
收稿日期: 2009-07-01 接受日期: 2009-11-13
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.00945
超级杂交稻“Y两优 1号”对氮肥用量的响应
及其氮肥利用率*
崔新卫 1 朱校奇 1 龙世平 1 纪雄辉 2** 石丽红 2 彭志红 2 李洪顺 2,3
(1. 湖南省农业科学院农业生物资源研究所 长沙 410125; 2. 湖南省土壤肥料研究所 长沙 410125;
3. 中南大学研究生院隆平分院 长沙 410125)
摘 要 以超级杂交稻“Y两优 1号”为材料, 设置 0 (N0)、90 kg·hm−2 (N1)、135 kg·hm−2 (N2)、180 kg·hm−2
(N3)、225 kg·hm−2 (N4)、270 kg·hm−2 (N5)6种氮水平, 研究了不同供氮水平对水稻产量及氮肥利用效率的
影响。由施氮量−产量模型可得, 施氮量为 245.9 kg·hm−2时可夺取水稻高产(11.42 t·hm−2), 而施氮量为 213.5
kg·hm−2 时能更好地协调水稻产量和肥料利用率的矛盾, 获得最佳经济效益。不同供氮水平下, 分别采用
Logistic 函数对生育时期−总生物量进行动态模拟, 各模型因施氮水平的不同而异; 各模型均表明, 灌浆期群
体总生物量增长速率最大; 随施氮量的梯度递增, 氮肥吸收利用率(NRE)与氮肥农学利用率(NAE)均呈现不同
程度下降趋势。本研究设置的处理水平下, N4 处理能较好地协调施氮量、产量和氮肥利用率的矛盾, 确保夺
取高产及相对较高的氮肥利用率。本研究表明, 20%穗肥相对较少, 不能满足水稻后期灌浆结实需要, 超级杂
交稻大田栽培建议加大穗肥施用比例。
关键词 超级杂交稻 产量 施氮量 总生物量 氮肥利用率 生物量积累
中图分类号: S511; S147.2 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)05-0945-05
Response of super hybrid rice “Y Liangyou No. 1” to N-fertilizer dose
and its N use efficiency
CUI Xin-Wei1, ZHU Xiao-Qi1, LONG Shi-Ping1, JI Xiong-Hui2, SHI Li-Hong2,
PENG Zhi-Hong2, LI Hong-Shun2,3
(1. Institute of Agricultural Bio-resources, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, China; 2. Soil and Fertilizer
Institute of Hunan Province, Changsha 410125, China; 3. Longping Branch of Graduate School of Central South University,
Changsha 410125, China)
Abstract Six doses of N [0 kg·hm−2 (N0), 90 kg·hm−2 (N1), 135 kg·hm−2 (N2), 180 kg·hm−2 (N3), 225 kg·hm−2 (N4) and 270
kg·hm−2 (N5)] were used to compare grain yield composition and N use efficiency of “Y Liangyou No. 1” super hybrid rice. Based
on the model of N dose-yield, yield is highest (11.42 t·hm−2) at N application rate 245.9 kg·hm−2. On the other hand, economic
benefit is highest at 213.5 kg·hm−2 N amount due to the harmony between rice yield and N use efficiency. A Logistic model was
used to simulate dynamic of total biomass production under different N doses. Though there exist different models for different N
doses, total biomass generally increases rapidly at grain-filling stage. With increasing N dose, N recovery efficiency (NRE) and N
agronomic efficiency (NAE) continuously decrease, but at different degrees. However, N4 treatment gives the best conditions for N
dose, grain yield and N-fertilizer use efficiency. It has the highest yield and N-fertilizer use efficiency. As 20% total N dose for ear-
ing fertilizer does not meet grain-filling requirement, it is suggested to increase N application rate at booting stage of super hybrid
rice cultivation.
Key words Super hybrid rice, Yield, N dose, Total biomass, N-fertilizer use efficiency, Total biomass accumulation
(Received July 1, 2009; accepted Nov. 13, 2009)
946 中国生态农业学报 2010 第 18卷
水稻是世界上最主要的粮食作物之一, 它是世
界上 1/3 人口的主要粮食来源, 或者说 85%的粮食
主要来自水稻[1]。中国水稻种植面积占粮食总面积
的 28%。1995~1997 年我国水稻氮肥用量占全球水
稻氮肥总用量的 37%, 稻田单季水稻氮肥用量平均
为 180 kg·hm−2, 比世界稻田氮肥单位面积平均
用量高 75%左右[2]。过量的氮肥投入, 不仅增加生
产成本, 浪费农业资源, 且给生态环境带来严重危
害[3−4]。因此, 研究水稻合理施肥是农业研究与生产
和环境保护的重要问题。
探讨水稻适宜施氮量及提高其利用率一直是农
业专家的研究热点。前人研究表明, 通过优化施肥
可提高水稻的氮肥利用率 , 如肥料类型的合理选
择、施肥量的合理控制与运筹等[5−7], 合理施用氮肥
是提高水稻产量和品质、维持稻田氮素平衡、保证
土壤可持续利用的有效途径[3,8]。杨安中等[9]以籼型
常规旱稻“绿旱 1 号”为材料研究表明, 氮肥用量
低于 260 kg·hm−2时, 其群体经济产量随氮肥用量
增加而增加, 而当氮肥用量高于 260 kg·hm−2 时,
产量随氮肥用量增加而下降。吴文革等[10]以中籼“皖
稻 153”为材料研究认为, 施氮量 262.5 kg·hm−2时
能确保群体达到较高的叶面积指数和粒叶比, 在抽
穗期维持较高的叶片干物质分配比例和单茎叶片重,
利于提高光合能力、积累光合产物, 确保增加产量
和维持较高的氮肥农学利用率。张祥明等[11]以“早
籼 15”为材料研究表明, 氮肥后移有利于提高群体
成穗率, 延长生育期, 更能发挥其产量潜力。为探明
超级杂交稻氮肥响应特性和产量形成特点, 本试验
以具有超高产潜力的籼型两系杂交水稻“Y 两优 1
号”为材料, 在大田条件下比较其对不同氮肥用量
的响应度, 分析产量构成因素的变化和群体质量的
差异, 并以经济产量、生物产量、氮肥农学利用率
和氮肥吸收利用率为指标, 评价不同氮肥用量时氮
素吸收、利用效率的差异, 进一步明确湖南稻作区
籼型两系杂交稻超高产形成过程, 为确定超高产栽
培中适宜的氮肥施用量提供理论依据和技术支撑。
1 材料与方法
1.1 供试材料与试验设计
试验于 2008 年在湖南省浏阳市永安镇试验基
地进行。供试材料为超级杂交稻组合“Y两优 1号”。
供试土壤为河流冲积物发育的河沙泥, 基本肥力状
况为: 有机质 31.4 g·kg−1、全氮 2.07 g·kg−1、碱解
氮 164 mg·kg−1、有效磷 7.7 mg·kg−1、速效钾 115
mg·kg−1、pH6.8。前作为油菜。试验共设 6个处理,
施氮量依次为 0(N0)、 90 kg· hm−2(N1)、 135
kg·hm−2(N2)、180 kg·hm−2(N3)、225 kg·hm−2(N4)
和 270 kg·hm−2(N5), 氮肥用尿素(466 g·kg−1 N),
按 8︰2的基、穗肥比例折算成各小区的氮肥用量分
期施入。以磷肥 P2O5 90 kg·hm−2、钾肥 K2O 180
kg·hm−2 作底肥 , 分别用过磷酸钙 (120 g·kg−1
P2O5)、氯化钾(600 g·kg−1 K2O)折算各小区的施用
量作基肥一次施入。各处理 3 次重复, 随机区组排
列, 小区面积 20.2 m2, 拉线划行作埂, 埂面覆盖塑
料薄膜, 各小区单独灌溉和排水, 确保无串灌现象。
插秧密度为 20.0 cm×26.7 cm (187 500 穴·hm−2)。5
月 24日播种, 6月 16日移栽, 9月 30日收获。试验
期间的各项管理技术措施与当地超级杂交稻栽培措
施基本保持一致。
1.2 测定项目及方法
1.2.1 考种与测产 于成熟期每小区选定 5 m2作为
测产小区, 单打单收后晾干测产, 折算成 14%水分
的单位面积实收产量。另外, 每小区按对角线取 5
蔸植株样品用于考查穗数、每穗粒数、结实率和千
粒重。
1.2.2 生物产量测定 各小区于分蘖中期(Mid-tillering,
MT)、幼穗分化期 (Panicle initiation, PI)、抽穗期
(Heading date, HD)、灌浆期(Grain-filling stage, GF)、
成熟期(Maturing stage, MS)随机选取稻株 6蔸, 冲洗
干净后于 105 ℃下杀青 30 min, 再置于 80 ℃干燥箱
中烘干至恒重, 称量并记为总生物量。
1.2.3 植株组织氮含量测定 结合考种取样, 植株
样品按稻草、稻谷分开, 烘箱中于 80 ℃烘干至恒重,
粉碎过筛后采用自动 C/N 分析仪测定植株各部位氮
含量。
1.2.4 植株总吸氮量和氮肥利用率 (1)植株总吸
氮量(Total N absorption, TNA): 单位面积植株地上
部分(稻草和籽粒)氮素积累总量; (2)氮肥农学利用
率(N agronomy efficiency, NAE): 施氮肥区与不施
氮肥区稻谷产量之差与氮肥施用量之比, 即单位施
氮量的增产量; (3)氮肥吸收利用率(N recovery effi-
ciency, NRE): 施氮肥区与不施氮肥区植株氮素积
累总量之差占施氮量的百分比。
1.3 数据分析
试验数据采用 Microsoft Excel2003、DPS7.05[12]
进行分析, 最小显著差异法(Least significant differ-
ence, LSD)进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同施氮条件下水稻产量的变化
不同施氮水平下超级杂交稻“Y 两优 1 号”的
经济产量变化见图 1。方差分析表明, 不同施氮处理
第 5期 崔新卫等: 超级杂交稻“Y两优 1号”对氮肥用量的响应及其氮肥利用率 947
图 1 施氮量与水稻产量的二次函数模型
Fig. 1 Quadratic function curve of N application doses and
grain yields
之间产量差异显著, 各处理产量水平表现为 N4＞
N5＞N3＞N2＞N1＞N0, 产量变幅为 8.55~11.51
t·hm−2, N4处理产量最高, 显著高于 4个低氮处理
的产量, 但与 N5 处理差异不显著。超级稻施氮量−
产量抛物线模型为:
y= −0.000 047x2+0.023x+8.579 (1)
该模型决定系数 R2＝0.926, P<0.001, 可见, 拟
合程度达极显著水平。令 dy/dx=0, 求得最高产量及
施氮量分别为 245.9 kg·hm−2和 11.42 t·hm−2。从
经济效益的角度考虑, 令 dy/dx=(2 000/0.46)/2 800
(尿素折算纯 N 价格/稻谷价格), 求得最佳施氮量及
产量分别为 213.5 kg·hm−2和 11.37 t·hm−2。
然而, 从不同施肥量的产量差异看, 施肥量 180
kg·hm−2(N3)与 270 kg·hm−2(N5)的超级稻产量差异
并未达到显著水平, 说明高产品种耐肥力增强, 随
着产量增加到一定水平, 施肥增产效果表现为梯形
特征。赵继献等[13]研究甘蓝型黄籽杂交油菜施氮量
与产量的关系也得出了相同的结论。本研究模型最
高水稻产量甚至低于试验 N4(225 kg·hm−2)处理稻
谷实测产量(11.51 t·hm−2), 可能是由于高产水稻品
种强耐肥能力使最高产量后延和试验误差所致。但
总体表明在基穗 8︰2 氮肥运筹条件下, 施氮量在
225~245.9 kg·hm−2 范围内能充分体现该超级杂交
稻品种的高产优势。当然, 合理施肥量的确定还需
进一步考虑基穗施肥比例。
2.2 施氮量对植株吸氮量的影响
以总施氮量(kg·hm−2)为自变量(x), 植株吸氮量
(kg·hm−2)为因变量 (y), 拟合线性回归模型 : y=
0.375x+130.69 (R2=0.905, P<0.001), 该模型决定系
数 R2=0.905, P<0.001, 可见, 其拟合程度达极显著
水平。由施氮量−吸氮量模型可以看出, 随着施氮量
梯度递增, 植株吸氮量呈不断上升趋势, 且二者呈
极显著线性正相关。
该超级杂交稻群体施氮处理间植株吸氮量差异
极显著, 且随着施氮量的增加而增加(表 1)。LSD分
析表明 N4与 N5处理植株吸氮量差异不显著, 说明
该超级杂交稻群体施氮量在 225~245.9 kg·hm−2范
围内夺取高产时, 其群体吸氮量虽略有升高, 但多
施氮肥并未显著提高植株群体吸氮量, 且对产量的
增加也无显著性影响, 因此, 实际生产中应该考虑
肥料投入成本, 以获取更大经济效益。
表 1 不同施氮量对植株吸氮量、氮肥利用率的影响
Tab. 1 Comparison of total N absorption, N use efficiency of
plant under different N application doses
处理
Treatment
施氮量
N applica-
tion amount
(kg·hm−2)
植株吸氮量
Total N
absorption
(kg·hm−2)
氮肥农学利用率
N agronomy
efficiency
[kg(grain)·kg−1
(N)]
氮肥吸收利用率
N recovery effi-
ciency
(%)
N0 0 121.56e
N1 90 174.42d 20.77a 64.85a
N2 135 183.56cd 16.64ab 48.40b
N3 180 200.44bc 13.32bc 45.68b
N4 225 213.98ab 13.15bc 42.56b
N5 270 228.15 a 10.53 c 40.71 b
同列不同字母表示 5％水平差异显著。Values followed by
different letters within a column are significantly different at P≤0.05.
2.3 不同施氮处理的总生物量积累动态
本研究各调查时期不同施氮处理间总生物量动
态变化表明, 各处理均随施氮量增加和生育时期推
进而总生物量不断增大(图 2)。调查各时期不同处理
之间总生物量差异显著, 且各时期 N5与 N0、N1处
理总生物量差异显著, 抽穗期、灌浆期和成熟期以
N0处理总生物量最小且与其他处理差异显著。
以植株生育时期(d)为自变量(x), 植株总生物量
(t · hm−2) 为 因 变 量 (y), 采 用 Logistic 函 数
{y=K1/[1+exp(K2−K3x)]}模拟不同施氮处理下超级杂
交稻随生育时期的推进总生物量积累动态模型:
N0: y=12.202 0/[1+exp(4.742 3−0.068 093x)]
(R2=0.994, P<0.001)
N1: y=17.386 8/[1+exp(6.064 0−0.089 031x)]
(R2=0.998, P<0.001)
N2: y=17.793 0/[1+exp(7.421 8−0.115 417x)]
(R2=0.995, P<0.001)
N3: y=21.117 4/[1+exp(5.497 2−0.082 971x)]
(R2=0.980, P=0.002 9)
N4: y=22.426 7/[1+exp(5.248 8−0.077 230x)]
(R2=0.980, P=0.002 9)
N5: y=24.321 4/[1+exp(5.710 0−0.086 026x)]
(R2=0.978, P=0.003 2)
结果显示, 各模拟模型拟合程度均达极显著水
平。随着施肥量增加, 最大生物量(K1值)增加, 随生
育时期的推进, 总生物量积累量呈先快后慢趋势增
948 中国生态农业学报 2010 第 18卷
图2 不同施氮处理水稻总生物量积累动态
Fig. 2 Dynamics of total biomass accumulation of rice plant under different N application doses
同一生育时期标以不同字母的处理在5％水平上差异显著 Treatments followed by different letters within a growing stage are significantly
different at P≤0.05.
长 , 当生育期到达拐点(K2/K3)时 , 总生物量增长速
率开始逐渐减缓 , 且该拐点的总生物量为 K1/2
t·hm−2, 各处理到达拐点的时间顺序: N2 (64 d)
期植株氮素吸收利用率高, 光合能力强, 利于光合
产物积累 , 导致单位施氮量的总生物量增加量最
大。然而, 研究成熟期植株吸氮量与总生物量关系
发现, 植株吸氮量(x)与总生物量(y)呈极显著线性相
关(R=0.831**), 二者构建线性模型为 y=0.109x−0.939
(R2=0.691, P<0.001), 可见, 植株吸氮量越大, 其群
体总生物量越大。因此, 灌浆期确保土壤氮肥的充
足供应可更有效地提高植株群体总吸氮量和总生物
量, 激发超级杂交稻增产潜力, 实际生产中建议在
孕穗期增施氮肥, 培肥土壤, 以备后期需肥要求。
2.4 氮肥利用率对施氮量的响应
随着施氮量梯度递增 , NAE 呈“快−慢−快”连
续下降趋势(表 1)。N1~N3 处理随着施氮量的增加
NAE 快速下降 , N2 比 N1 处理 NAE 降低 4.13
kg(grain)· kg−1(N), N3 比 N2 处理下降 3.32
kg(grain)·kg−1(N), N3~N4处理 NAE略有下降, N4
比 N3 处理下降 0.17 kg(grain)·kg−1(N), 而 N4~N5
处理 NAE 下降速率加快, N5 比 N4 处理下降 2.62
kg(grain)·kg−1(N), 且相邻两个处理之间 LSD 分析
差异均不显著。NRE呈先快后慢的下降趋势(表 1)。
N1~N2 处理 NRE 下降速率快, N2 比 N1 处理 NRE
降低 16.45%, N2~N5 处理下降速率相对较慢, N3
比N2处理下降 2.72%, N4比N3处理下降 3.12%, N5
比 N4处理下降 1.85%。LSD分析表明, N1与其他氮
肥处理在 5%水平均差异显著, 其他氮肥处理间无显
著差异。
总体来说, 本研究 N2~N4处理随着施氮量的梯
度递增, NAE和 NRE有所降低, 但并无显著性降低,
但可显著提高产量。因此, 在确保产量的前提下, 以
NAE作为氮肥利用率衡量指标, N4处理可以保证相
对较高的 NAE, N3与 N4处理 NAE相当, 其产量相
对较低, N2处理虽然可以显著提高 NAE, 但其产量
大幅度下降; 以 NRE作为氮肥利用率衡量指标, N4
处理 NRE虽然相对较低, 但与 N2、N3、N5处理相
比, 其产量显著提高且未导致 NRE显著降低。可见,
N4处理能较好地协调施氮量、产量和氮肥利用率的
矛盾, 确保夺取高产及提高氮肥利用率。由施氮量−
产量模型可得, 施氮量在 225~245.9 kg·hm−2 范围
内该超级杂交稻高产优势虽然能充分体现, 但其经
济效益和氮肥利用率却相对较低, 但从经济效益角
度考虑, 当施氮量 213.5 kg·hm−2时, 不仅可收获最
佳经济效益, 而且保证了相对较高的产量和氮肥利
用率。
3 讨论
从产量对氮肥施用量的响应看, 该超级杂交稻
“Y两优 1号”在 N4处理实测产量最高, 本研究设
置的氮肥处理下 , 该品种施氮量−产量表现为抛物
线模型, 最高产量及施氮量分别为 11.42 t·hm−2和
245.9 kg·hm−2。由模型推算的最高产量甚至低于本
研究 N4 处理实测稻谷产量(11.51 t·hm−2), 主要可
能是由于该品种强耐肥能力使最高产量后延和试验
误差所致。各施氮处理随着生育时期的推进总生物
量呈极显著 Logistic 模型增长, 且各施氮处理最大
生物量随施氮量增加而增加。张洪程等[14]和曾建敏
等[15]研究均认为氮高效水稻基因型干物质积累能力
强, 籽粒产量高, 生物学产量随着施氮量的增加而
增加 , 但籽粒产量在一定范围内才具有相似趋势 ,
本研究与张洪程等[14]和曾建敏等[15]研究结果一致。
第 5期 崔新卫等: 超级杂交稻“Y两优 1号”对氮肥用量的响应及其氮肥利用率 949
氮肥农学利用率和吸收利用率是常用的氮肥利
用效率评价指标[2]。已有研究表明, 不同施氮处理作
物氮肥利用效率有所不同 , 高氮供应时利用率较
低[14,16]。本研究表明, NAE、NRE 随施氮量增加而
不断下降, 但 TNA 随施氮量增加而增加。李淑文
等[16]研究发现, 高产冬小麦在低氮处理时具有高的
氮吸收和利用效率, 在高氮供应时只具有高效吸收
的特点, 而利用率不高, 与本研究结果相似。本研究
NRE 随施氮量梯度递增呈先快后慢的下降趋势, 主
要是由于施氮量梯度递增, 植株吸氮量虽有不同程
度增加, 但增幅不断下降, 导致 NRE 下降; NAE 随
施氮量梯度递增呈“快−慢−快”连续下降趋势, 其
中N1~N4处理施肥区间NAE与NRE变化趋势相同,
呈先快后慢的下降趋势, 主要是由于施氮量梯度递
增 , 而产量虽有不同程度增加 , 但增幅不断下降 ,
导致NAE下降, 而在N4~N5施肥区间, 可能由于氮
肥过量造成贪青徒长、倒伏等因素导致减产, 而施
氮量保持梯度递增, 造成 NAE 再次大幅度下降, 当
氮肥用量进一步增加时, NAE甚至可能出现负值。
中国稻田氮肥吸收利用率大多在 30%~40%[17],
主要原因可能与土壤背景氮过高、氮肥施用量过高、
施肥时期和氮素损耗等因素有关。本研究氮肥基施
量相对较高(基穗 8︰2施氮)条件下, N4(225 kg·hm−2)
处理氮肥吸收利用率达 42.56%, 高于中国稻田肥料
利用率 , 而且确保了籽粒产量和较高的植株吸氮
量。Peng等[18]认为水稻对氮素的吸收高峰期出现在
幼穗分化期, 贺帆等[19]研究认为中后期追肥更有利
于水稻吸收氮素, 提高氮肥吸收利用率。本研究可
能是因为该超级杂交稻品种对氮素吸收的高峰时期
分布范围广、持续时间长, 弥补了土壤背景氮过高
和基肥用量过大造成氮肥吸收利用率低下的缺陷。
4 结论
由施氮量 −产量模型可得 , 施氮量 245.9
kg·hm−2时可夺取水稻高产(11.42 t·hm−2), 而施氮
量 213.5 kg·hm−2时能更好地协调水稻产量和肥料
利用率矛盾, 获得最佳经济效益。
不同供氮水平下, 分别采用 Logistic 函数对水
稻生育时期−总生物量动态模拟 , 各模型因施氮水
平的不同而异, 各模型均表明, 灌浆期群体总生物
量增长速率最大。因此, 灌浆期确保土壤氮肥的充
足供应可更有效提高作物群体总吸氮量和总生物量,
发掘超级杂交稻增产潜力, 实际生产中建议在孕穗
期增施氮肥, 培肥土壤, 以备后期需肥要求。
随着施氮量的梯度递增, NRE与 NAE均呈现不
同程度下降趋势。本研究设置的施氮水平下, N4(225
kg·hm−2)处理能较好地协调施氮量、产量和氮肥
利用率的矛盾, 确保夺取高产及相对较高的氮肥利
用率。
各处理生育后期每穗粒数和结实率不高, 可见
20%的穗肥相对较少, 不能满足后期灌浆结实需要,
超级杂交稻大田栽培可以考虑加大穗肥施用比例。
参考文献
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