不同水分条件下缓/控释氮肥对水稻干物质量和氮素吸收、运转及分配的影响
[彭玉
, 孙永健, 蒋明金, 徐徽, 秦俭, 杨志远, 马均* ]
, 孙永健, 蒋明金, 徐徽, 秦俭, 杨志远, 马均]
引用本文
彭玉, 孙永健, 蒋明金, 徐徽, 秦俭, 杨志远, 马均. 不同水分条件下缓/控释氮肥对水稻干物质量和氮素吸收、运转及分配的影响. 作物学报, 2014, 40(5): 859-870[PENG Yu, SUN Yong-Jian, JIANG Ming-Jin, XU Hui, QIN Jian, YANG Zhi-Yuan, MA Jun. Effects of Water Management and Slow/Controlled Release Nitrogen Fertilizer on Biomass and Nitrogen Accumulation, Translocation, and Distribution in Rice. 作物学报, 2014, 40(5): 859-870] 
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不同水分条件下缓/控释氮肥对水稻干物质量和氮素吸收、运转及分配的影响
* 通讯作者(Corresponding author): 马均, E-mail:majunp2002@163.com
第一作者联系方式: E-mail:windwingpengyu@163.com
摘要
为探究缓/控释肥在不同水分条件下提高氮素利用率及增产机制。本研究以杂交中稻F优498为试验材料, 在180 kg hm-2施氮量基础上, 采用两因素裂区设计, 主区设控灌、干湿交替灌溉、传统灌水灌溉3种水分管理方式, 副区设尿素全部底施、尿素常规运筹、硫包膜缓释肥、树脂包膜控释肥4种氮肥种类, 研究缓/控释肥和水分管理方式对水稻干物质量和氮素吸收、运转、分配和产量的影响及其互作效应。结果表明, 缓/控释肥和水分管理方式对水稻主要生育期干物质量和氮吸收、转运、分配及产量具显著影响及互作效应, 产量构成因素与氮素在结实期转运总量及其分配呈显著正相关。干湿交替灌溉和缓/控释肥均能提高干物质量、氮素吸收及产量并表现出显著互作效应, 施用缓/控释肥氮素表观利用率达42%~53%, 相较于尿素全部底施和传统的尿素常规运筹, 氮肥偏生产力提高6%~23%, 氮素农学利用率提高26%~71%, 增产8%~19%。控灌条件下, 缓/控释肥处理氮素有效性高, 保证足穗、促进重穗; 干湿交替灌溉条件下缓/控释肥处理能保持氮素的高效释放, 有利于高产群体的形成, 从而提高稻株氮素积累、协调氮素分配; 淹水灌溉条件下, 缓/控释肥处理无效分蘖减少, 氮素入渗、淋溶降低, 成穗率提高。综合产量与氮素吸收、运转的表现, 干湿交替灌溉条件下施用缓控释肥为本试验最佳处理, 能有效提高氮素利用率, 促进高产形成。
关键词:
缓/控释肥; 干湿交替灌溉; 氮素吸收; 氮素利用率
Effects of Water Management and Slow/Controlled Release Nitrogen Fertilizer on Biomass and Nitrogen Accumulation, Translocation, and Distribution in Rice
Abstract
Slow/controlled release nitrogen (N) fertilizers provide gradual supply of nutrient for a relatively long period, resulting in improvement of fertilizer use efficiency and reduction of N leaching losses. Alternate wetting and drying (AWD) irrigation is a water saving technique widely adopted in irrigated rice (
Keyword:
Slow/controlled release nitrogen fertilizers; Alternate wetting and drying irrigation; Nitrogen accumulation; Nitrogen use efficiency
氮肥是水稻生产中的重要生产资料, 在现代农业生产系统中发挥着重要作用。氮肥生产会耗费大量的资源和能源, 而目前水稻肥料施用量大, 利用率不高, 不仅造成大量资源和能源的浪费[ 1], 而且严重影响农业生态环境。如何协调肥料投入与产量之间的矛盾已引起广泛重视。一些研究认为合理协调基、蘖、穗肥比例的氮肥运筹方式能改善干物质运转、分配和积累速率[ 2], 但无论是哪种氮肥运筹方式无疑都会增加劳动投入。因此, 氮素释放速率与作物的需肥规律基本一致、一次性基施满足生产需要、同时能有效提高氮素利用率、提高生产效率、减少人工投入的缓/控释肥的研发与应用被寄予厚望[ 3, 4]。樊小林等[ 5]、郑圣先等[ 6]较早将缓/控释肥应用于水稻并进行了大量研究, 对施用缓/控释肥提高氮素利用率及增产效应等进行了探索。但缓/控释肥在不同水分条件下氮素如何被稻株吸收、利用及运转的研究鲜见报道。已有研究表明, 氮肥管理[ 7, 8]和水分管理[ 9, 10]与氮素的积累、运转、分配有着紧密联系并且存在显著的互作效应[ 11, 12]。在水田环境下, 如何协调缓/控释肥和水分之间的关系, 以达增加产量、提高氮素利用率及减少劳动投入的目的, 鲜有前人研究报道, 尤其缺乏在确立合理的施肥量后, 水分管理方式和缓/控释肥施用及其互作对水稻主要生育期氮素吸收、运转与分配的影响及其与产量关系的研究。为此, 本试验在前期研究的基础上, 通过设置不同水分管理方式和氮肥施用方式, 对此展开研究, 以期为节水丰产型水稻生产的氮肥施用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验设计
2012—2013年在成都市温江区四川农业大学水稻研究所试验农场种植杂交中稻F优498。土壤为沙质壤土, 0~30 cm土层含有机质22.46 g kg-1、全氮1.04 g kg-1、碱解氮85.24 mg kg-1、速效磷17.62 mg kg-1、速效钾62.05 mg kg-1。
采用两因素裂区试验设计, 3次重复, 主区为水分管理方式, 副区为肥料种类。两年均在4月5日播种, 旱育秧, 2012年5月5日, 2013年5月2日当秧苗五叶一心时移栽。行株距为33.3 cm × 16.7 cm, 单株栽插。
设3种水分管理方式, W1为控灌, 水稻移栽后保持浅水层5~7 d确保秧苗返青成活, 以后全生育期旱管理, 仅在分蘖盛期、孕穗期、灌浆盛期各灌透水一次; W2为干湿交替灌溉, 水稻移栽后保持浅水层5~7 d确保秧苗返青成活, 至孕穗前田面不保持水层, 土壤含水量为饱和含水量的70%~80%, 分蘖期“够苗”(240万蘖 hm-2)晒田, 孕穗期保持1~ 3 cm水层, 抽穗至成熟期, 灌透水、自然落干至土壤饱和含水量的60%时灌水, 干湿交替灌溉; W3为淹水灌溉, 水稻移栽后田面一直保持1~3 cm的水层, 收获前1周自然落干。
设4种氮肥种类, F1为尿素, 全部做底肥; F2为尿素常规运筹(基肥∶分蘖肥∶穗肥=5∶3∶2, 移栽后7 d施用分蘖肥, 分别于倒四、倒二叶龄期施用穗肥); F3为硫包膜缓释氮肥(含氮量37%, 由江苏汉枫公司生产), 于移栽前做底肥一次施用; F4为树脂膜控释氮肥(含氮量42%, 由山东金正大公司生产), 于移栽前做底肥一次施用。所有处理按纯氮用量 180 kg hm-2折算施用, 另设不施氮处理CK1(控灌)、CK2 (干湿交替灌溉)、CK3 (淹水灌溉)为对照, 磷肥(P2O5) 60 kg hm-2和钾肥(K2O) 120 kg hm-2均于移栽前一次性作底肥施用。小区面积15 m2, 小区间筑埂(宽40 cm), 并用塑料薄膜包裹。大田其他管理方式均按当地高产栽培进行。
1.2 测定项目与方法
分别于拔节期、齐穗期、齐穗15 d和成熟期, 按各小区平均茎蘖数各取代表性植株5株, 分根、茎、叶、穗四部分置恒温箱内, 105℃杀青30 min, 80℃烘干至恒重分别称重。以播种后天数( x)为自变量, 播种后0 d、27 d (移栽期)、72 d (拔节期)、90 d、107 d (齐穗期)、120 d (齐15 d)、140 d (成熟期)测得干物质积累量为因变量( Y), 用Logistic方程 Y = K/[1+e( a- cx)]模拟干物质积累的过程。样品称重后经粉碎, 过80目筛, 用于测定各器官中氮含量。用浓H2SO4-H2O2消煮并以Alliance全自动连续流动分析仪测氮含量。
茎鞘(叶)氮素转运量 = 齐穗期茎鞘(叶)氮素积累量-成熟期茎鞘(叶)氮素积累量;
茎鞘(叶)氮素转运率(%) = [茎鞘(叶)氮素转运量/齐穗期茎鞘(叶)氮素积累量]×100;
茎鞘(叶)的贡献率(%) = [茎鞘(叶)氮素转运量/成熟期籽粒含氮量]×100;
氮素收获指数(%) = [籽粒含氮量/植株总吸氮量]×100;
氮素干物质生产效率(kg kg-1) = 成熟期单位面积全株地上部(茎、叶和穗)干物重/氮素积累总量;
氮素籽粒生产效率(kg kg-1) = 籽粒产量/氮素积累总量;
氮肥偏生产力(kg kg-1) = 稻谷产量/施氮量;
氮农学利用率(kg kg-1) = (施氮区产量-无氮区产量)/施氮量;
氮表观利用率(%) = [(施氮区植株吸氮量-无氮区植株吸氮量)/施氮量]×100。
在氮素利用率和氮素表观利用率的计算中, 不同水分处理与相应的无氮区对应计算(即W1对应CK1, W2对应CK2, W3对应CK3)。
成熟期各小区按其平均穗数选取代表性稻株5穴, 考察穗粒结构, 并对成熟期各小区单收, 按实际株数计产。
1.3 数据分析
用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05处理系统分析数据。2年试验结果趋势一致, 若无特别说明, 均以2013年的数据进行分析。
2 结果与分析
2.1 不同水氮条件下干物质的积累
2.1.1 全生育期干物质积累的动态特征
对不同水氮管理群体干物质积累进行曲线拟合, 发现干物质积累量和播种后天数的关系可以使用Logistic方程 Y = K/[1+e( a- cx)]描述,方程决定系数均在0.98以上, 并以方程计算出相关参数(表1)。不同水分条件下, 干物质积累总量、最大速率( Vm)、平均速率( 
 | 表1 不同水氮处理群体干物质积累的Logistic方程 Table 1 Logistic equation analysis for the biomass accumulation of different water and nitrogen managements |
2.1.2 全生育期干物质积累速率
随生育期的推移, 干物质的积累速率呈现先升高后降低的单峰曲线变化, 各处理在出苗后90 d左右达到峰值, 随后逐渐降低(图1)。不同水分条件下, 整个生育期内干物质积累速率均以W2最高, W3次之, W1最低, W2与W3峰值差异不大, 但是W2的干物质积累速率下降的较慢。不同肥料种类间, 干物质积累速率均表现为F4>F3>F2>F1。出苗90 d时F4的干物质积累速率为234.58 kg hm-2 d-1, 分别比F3、F2、F1高4.92%、9.30%、21.06%。结合水氮来看, W2F4处理积累速率较高, 且积累速率下降较慢, 说明干湿交替灌溉下施用控释肥更有利于干物质的快速积累。
 | 图1 不同水氮处理对干物质积累速率的影响W1: 控灌; W2: 干湿交替灌溉; W3: 淹水灌溉; F1: 尿素全部底施; F2: 尿素基肥:分蘖肥:穗肥=5:3:2; F3: 硫包膜缓释肥全部底施; F4: 树脂包膜控释肥全部底施。Fig. 1 Effects of water management and nitrogen on biomass accumulation rateW1: controlled irrigation; W2: alternate wetting and drying irrigation; W3: flooding irrigation; F1: urea single basal application; F2: urea applying ratio was base : tillering : spiking =5:3:2; F3: sulfur coated N fertilizer single basal application; F4: resin coated N fertilizer single basal application. |
2.2 不同水氮管理方式对氮素积累、运转和分配的影响
2.2.1 全生育期的各器官氮素积累特征 由表2可见, 不同水分条件下, 叶、茎鞘、穗和植株氮素积累量在不同生育期表现各异。拔节期, 叶、茎鞘和植株氮素积累量都一致表现为W3处理略优于W2处理, 两者均显著高于W1处理; 齐穗期, W2处理在叶、穗和植株氮素积累量上表现出一定优势, 显著高于W1和W3处理; 成熟期, 叶、穗和植株氮素积累量的规律一致, 均以W2处理积累量最大, 叶氮素积累量分别比W3、W1处理高3.02%、10.41%, 穗氮素积累量分别比W3、W1处理高2.09%、10.46%, 植株氮素积累量分别比W3、W1处理高1.85%、10.05, 茎鞘氮素积累量以W3处理最多, 分别比W2、W1处理高0.99%、8.78%。可见, 拔节期淹水灌溉有利于各器官的氮素积累, 而齐穗后干湿交替灌溉更有利于各器官的氮素积累。
| 表2 不同水氮管理水稻群体各生育期器官氮积累 Table 2 Nitrogen accumulation of rice population in organs at main growth stages under different water and nitrogen managements (kg hm-2) |
不同氮肥种类间, 在不同生育期叶、茎鞘、穗和植株氮素积累量略有差异。拔节期, 缓/控释肥叶、茎鞘、穗和植株氮素积累量均表现出较强的优势, 而由于茎鞘氮素积累量存在明显优势, 尿素一道清处理植株氮素积累量高于尿素常规运筹; 齐穗期, 由于F1处理氮素的流失和F2处理氮素的补充, F2处理氮素积累量超过F1处理, 在叶、茎鞘、穗和植株氮素积累量上均表现为F4>F3>F2>F1; 成熟期, 叶、茎鞘、穗和植株氮素积累量规律与齐穗期一致, 表现为F4>F3>F2>F1。F4、F3、F2处理氮素积累量均显著高于F1处理, 叶氮素积累量分别比F1处理高28.81%、43.21%、51.96%, 茎鞘氮素积累量分别比F1处理高15.34%、30.16%、57.33%, 穗氮素积累量分别比F1处理高17.55%、25.47%、34.30%, 植株氮素积累量分别比F1处理高19.59%、29.82%、41.16%。
由于交互作用的影响, 各时期植株氮素积累表现出一定的差异。水氮能协同促进各器官的氮素积累。在高产施肥180 kg hm-2的前提下, 通过协调水分与氮素的关系, 能改善器官的氮素积累。在拔节期, W3处理下氮素积累整体水平较高, 但W2处理下的F4处理更有利于植株氮素积累; 在齐穗期, W2处理表现出整体优势, 而W3处理下F2的优势较强; 在成熟期, W2处理仍处于优势, 除F2处理外其他氮肥种类处理氮素积累量均高于其他水分管理方式。
2.2.2 齐穗期至成熟期各器官氮素运转与分配
水稻齐穗期至成熟期叶氮素运转量、运转率明显高于茎鞘(表3)。成熟期氮素分配表现为穗>叶>茎鞘(表2)。不同水分条件下, W2、W3处理叶和茎鞘氮素运转量比W1处理分别高5.82%、3.30%和10.06%、4.62%, 穗氮素增加量分别高8.38%、6.29%, 且达到显著水平, 而W1处理的氮素运转率、氮素贡献率略高于W2、W3处理。由图2可知, 叶、茎鞘与穗的氮素分配规律基本一致, 表现为W2>W3>W1。不同氮肥种类下, F3、F4处理叶和茎鞘氮素运转量显著高于F1、F2处理, F4处理叶和茎鞘氮素运转量最高, 分别比F1、F2、F3处理高43.68%、21.11%、8.23%和51.35%、23.47%、15.49%, 穗氮素增加量分别高32.29%、11.65%、6.18%。氮素分配量表现为F4>F3>F2>F1。从以上结果可以看出, 水分与氮素能够协同作用促进氮素运转、分配。尿素全部底施和尿素常规运筹下, 氮素运转效率较高。W2和W3条件下, 缓/控释肥更有利于提高叶和茎鞘氮素的运转量, 促进了穗部氮素的增加, 说明缓/控释肥能促进“源”向“库”的运输, 这可能与拔节期到齐穗期氮素的吸收有关。而齐穗期叶和茎鞘氮素积累量较高(表2)限制了氮运转率的提高。齐穗后至成熟期氮素的积累及穗部氮素的增加可能主要来源于植株体内氮素的运转和分配。水分管理和氮肥种类在拔节期、齐穗期叶、茎鞘、穗的氮素积累量, 叶和茎鞘的氮素运转量及成熟期穗部氮素增加量, 均存在显著的交互效应。而叶和茎鞘的运转量上的差异及成熟期的氮素分配造成了各处理在穗部氮素积累总量上存在的较大差异。
| 表3 不同水氮管理对氮素运转的影响 Table 3 Nitrogen translocation in organs from full heading stage to maturity stage under different water and nitrogen managements |
 | 图2 成熟期各器官氮素分配W1~W3和F1~F4说明同图1。Fig. 2 Proportion of nitrogen accumulation in leaves, stems, and grains at maturity stageIntroduction of treatments W1 to W3 and F1 to F4 are the same to that in Fig 1. |
2.2.3 不同水氮管理方式对水稻氮素生产和利用效率的影响
不同水氮管理方式能显著影响水稻氮素生产和利用效率(表4)。不同水分条件下, 各水分管理方式的氮收获指数大致相当, 氮素干物质生产效率、氮素表观利用率为W1>W3>W2, 氮素稻谷生产效率为W1>W2>W3, 氮素偏生产力和氮素农学利用率为W2>W3>W1。从不同氮肥种类来看, 氮收获指数、氮素干物质生产效率、氮素稻谷生产效率表现为F1>F2>F3>F4, 氮肥偏生产力、氮农学利用率、氮素表观利用率则呈现相反的趋势。由于缓/控释肥促进了植株氮素吸收, 氮素积累总量较大(表2), 因此氮素收获指数、氮素干物质生产效率及氮素稻谷生产效率相对较低。同等施氮水平下缓/控释肥其释肥持续时间长, 符合水稻生长的特点, 能更有效地使施入氮转化为植株氮, 氮肥偏生产力、氮农学利用率、氮表观利用率比尿素全部底施、尿素常规运筹高3.45%~11.97%、4.97%~10.65%、7.48%~30.12%。
| 表4 不同水氮管理对氮效率的影响 Table 4 Effects of different water and nitrogen management on nitrogen use efficiency |
2.2.4 不同水氮管理对水稻产量及其构成因素的影响
不同水氮管理下水稻产量及其构成因素有显著差异(表5)。W2、W3处理的有效穗、穗粒数、千粒重和产量显著高于W1处理, 其产量分别比W1高7.39%、4.00%。不同氮肥种类的影响, 除千粒重和结实率各肥料间差异不显著外, 有效穗、穗粒数和产量差异明显, 均表现为F4>F3>F2>F1。F4的有效穗、穗粒数和产量分别比F1、F2、F3处理高出6.88%、4.66%、2.03%, 9.12%、3.12%、0.83%和18.68%、12.52%、4.52%。水分管理方式和氮肥种类在有效穗、穗粒数、产量上均表现出显著的互作效应, 表明水分和氮素具协同作用使有效穗、穗粒数、产量增长。
| 表5 不同水氮管理对产量及其构成因素的影响 Table 5 Yield and its components under different water managements and nitrogen fertilizer types |
2.2.5 产量及其构成因素、干物质与氮素吸收、运转、分配及氮效率的相关性
表6表明各生育期的氮素积累量、叶和茎鞘的氮素运转量与有效穗、穗粒数、千粒重、产量及干物质量均极显著正相关, 成熟期叶和茎鞘的氮素分配率与有效穗、穗粒数、产量、干物质显著或极显著正相关, 而穗的氮素分配率与有效穗、穗粒数、千粒重、产量、干物质显著或极显著负相关。氮收获指数、氮干物质生产效率、氮稻谷生产效率与有效穗、穗粒数、产量、干物质显著或极显著负相关。氮肥偏生产力、氮农学利用率、氮表观利用率与有效穗、穗粒数、千粒重、产量、干物质显著或极显著正相关。可见, 水稻氮素吸收、运转、分配及氮效率与产量和干物质量密切相关。主要生育期氮素积累、运转主要是通过影响有效穗、穗粒数、千粒重从而影响水稻产量, 叶、茎鞘氮素分配对有效穗、穗粒数、产量起正效应, 穗氮素分配则表现出负效应, 说明并非穗氮素比例越高产量越高。氮素偏生产力、氮农学利用率、氮表观利用率均能很好地反映出施氮对产量、干物质量、植株氮素积累的促进作用。
| 表6 干物质、氮素吸收、运转和分配与产量的相关系数 Table 6 Correlation coefficients of nitrogen accumulation, translocation, distribution, and nitrogen use efficiency with yield and its components |
3 讨论
3.1 水分管理方式和氮肥种类与水稻干物质积累的关系
张自常等[ 13]和程旺大等[ 14]研究认为, 不同水分条件下干物质的积累存在明显差异。本研究表明干湿交替灌溉比传统淹水灌溉和控灌处理明显提高水稻干物质积累量。原因可能是其中期晒田有效控制无效分蘖发生, 促进根系生长, 保证了高产群体的形成, 一定程度上起到了扩“库”增“源”的作用, 而控灌处理由于干旱胁迫难以形成足够有效穗, 导致“库”容减小, 淹水灌溉无效分蘖过多, 群体生长受阻, 都对干物质积累造成了不利影响。张小翠等[ 15]和谢春生等[ 16]研究表明, 缓/控释肥能显著提高水稻地上部分的干物质量, 本研究也认为在不同水分条件下, 缓/控释肥相比于尿素一道清和尿素常规运筹能提高干物质积累量, 但不同氮肥种类干物质积累最大速率和干物质积累平均速率、干物质积累的快速增长时间有明显差异, 施用缓/控释肥主要提高了干物质积累的最大速率和平均速率, 且干物质快速增长时间也未明显降低, 这可能是缓/控释肥提高干物质积累量的重要原因。
3.2 水分管理方式和氮肥种类与水稻氮素吸收、运转、分配及氮效率的关系
前人报道, 水氮管理与氮素运转与分配密切相关[ 17]。孙永健等[ 12]研究认为干旱会加重氮素转运贡献率的负效应。霍中洋等[ 18]研究指出, 在保持茎鞘氮素积累量的基础上, 提高叶片氮素积累, 进一步提高穗部的氮素积累量, 有利于获得高产。本研究结果表明, 水氮管理与氮素吸收、运转、分配紧密关联。不同水分条件下, 氮肥种类对氮素吸收、运转、分配的影响各异。控灌条件下, 尿素在低水分时水解成氨态氮能力受到限制, 同时氮素在土壤中的移动速度和根系活力受到制约[ 19], 导致营养生长期参与形态建成的氮素减少, 从而分蘖发生受抑, 进而影响氮“库”的构建, 氮素的积累总量受到限制, 导致氮素的分配、再分配和运转不畅, 严重影响了稻株对氮素的利用, 而缓/控释肥氮素释放慢、水解阻力较小, 氮素释放效率相对较高, 对水分胁迫造成的分配、运转阻碍起到了一定的补偿作用, 保证了氮素的有效性, 提高了氮素的利用率。干湿交替灌溉条件下, 尿素水解和氮素移动较快, 同时无效分蘖受到控制, 一定程度上避免了氮素的奢侈消费, 有助于构建高产群体, 同时根系保持较高的活力, 有利于稻株对氮素的吸收和氮素在植株中的分配、运转, 而缓/控释肥表现更为突出, 其释肥特性契合水稻生长规律与水分协同作用促进氮素吸收、保证根系活力, 提高了成穗率, 避免氮素的无效固定, 使得氮素在稻株中的分配、再分配和运转畅通。淹水灌溉条件下, 尿素水解和氮素迁移迅速, 前期氮素充足致分蘖数量多, 同时无效分蘖数量也大, 部分氮素被无效分蘖固定。同时群体过大、“枝繁叶茂”对氮素运转和分配造成了消极影响, 生殖生长期随着无效分蘖的消亡, 氮素部分向穗运转保持了穗部氮增加量, 而缓/控释肥释肥规律受水分影响较小, 氮素有效性较高, 一定程度上保证了成穗率, 提高了氮效率。
水氮互作条件下, 水分管理方式和氮肥种类能在氮素的吸收、运转、分配上表现出协同促进作用, 进一步完善了前人研究[ 20]。氮素积累和氮素在结实期的运转量存在极显著相关性( R2=0.97**, n=39)。由此可知, 协调好水肥关系以符合水稻生长、发育需求, 以水带氮, 肥水结合时, 才能提高氮素在各器官中的积累量, 从而促进各器官中氮素向穗部的运转和合理的氮素分配。在各水分条件下, 缓/控释肥释放契合水稻生长规律的氮素对氮素吸收、运转表现出一定的补偿和促进作用。控灌和淹水灌溉条件下, 表现补偿效应, 干湿交替灌溉下, 表现促进效应, 尤其在叶和茎鞘向穗的运转量上更为明显。在各肥料种类下, 干湿交替和淹水灌溉对尿素全部底施氮素的吸收、运转表现负效应, 而对尿素常规运筹及缓/控释肥表现不同程度的正效应。
此外, 由于旱作土壤性质的改变保水性差及淹水灌溉灌水量大、灌溉次数多的影响, 尿素很容易发生入渗和淋溶, 也限制着氮素利用率的提高, 而缓/控释肥缓释、控释的特性避免了氮素大量富集于土壤中有效减少了入渗和淋溶[ 21, 22], 保证了氮素在土壤中的有效性, 氮效率大幅提高。
3.3 氮素吸收、运转、分配及氮效率与干物质量、产量及其构成因素的关系
本研究表明, 不同水氮管理方式下, 氮素的吸收、运转、分配及氮效率与干物质量和产量形成密切相关。干物质积累量和产量随水氮管理条件的改变而变化, 相关分析表明, 除结实率外, 氮素积累、运转、分配与干物质量、产量及其构成因素显著正相关。有效穗数和穗部性状对群体构建起着重要作用, 足蘖、重穗有助于干物质量的积累, 显著提高各生育期的氮素积累量, 促进齐穗后叶和茎鞘氮素向穗的运转量, 增产效果明显。而分蘖不足和分蘖过多均严重制约了氮素的吸收、干物质量和产量的提高。营养生长前期氮素过多而后期严重不足会导致氮素在叶和茎鞘的无效固定和过度消耗, 使氮素吸收、运转、分配不协调, 对氮效率、干物质量和产量均造成不利影响。契合稻株生长需求的氮素供应[ 23], 使群体质量提高, 氮素吸收、运转顺畅, 氮素分配合理, 对氮效率、干物质量和产量都有明显的促进作用。水氮协调在氮素吸收、运转和分配中起着关键的作用, 而氮素吸收、运转和分配又与干物质量、产量及其构成因素密切相关。可见, 水氮的协调配合与产量的提高有着紧密联系。此外, 我们认为合理的水氮管理方式, 延缓了光合器官的衰老, 可能有助于进一步提高产量。不同水分条件下缓/控释肥氮素在土壤中的迁移影响水稻产量的机制有待进一步研究。
4 结论
水稻氮素吸收、运转、分配及其氮效率受水分管理方式和氮肥种类及其互作的影响。不同水分条件下, 缓/控释肥均能提高水稻产量, 但增产机制不同。控灌条件下, 缓/控释肥处理氮素有效性高, 保证足穗、促进重穗; 淹水灌溉条件下, 缓/控释肥处理使无效分蘖减少, 氮素入渗、淋溶降低, 成穗率提高。干湿交替灌溉条件下, 不仅能保持氮素的高效释放而且能与水分协调作用, 有助于高产群体的构建, 从而提高稻株的氮素积累和协调氮素分配, 加速氮素向穗部的运转。干湿交替灌溉条件下, 施用缓/控释肥, 能有效提高氮素利用率, 提高水稻干物质量及增产潜力。
The authors have declared that no competing interests exist.
作者已声明无竞争性利益关系。The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
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