水稻实地氮肥管理的氮肥利用效率及其生理原因

1 材料与方法
1.1 材料与试验设计 试验于 2003—2005 年在江苏省江都高徐镇农
户稻田和扬州大学江苏省作物栽培生理重点实验室 农场进行, 前茬作物为小麦。供试水稻品种(含组合, 以下统称品种) 2003 年和 2004 年分别为常规粳稻武 育粳 3 号和籼型三系杂交稻汕优 63, 2005 年为汕优 63 和常规粳稻扬粳 9538。移栽前土壤养分的基本状 况见表 1。设置 3 种氮肥处理: (1)氮空白区(全生育 期不施用氮肥, 0N); (2)按当地常规施肥方法和施肥 量(习惯施肥方法, FFP)。汕优 63 全生育期总施氮量 为 240 kg hm−2, 移栽前、分蘖期、幼穗分化期(以保 花肥形式施用)和抽穗期分别施 60%、10%、15%和 15%。武育粳 3 号和扬粳 9538 全生育期总施氮量为 270 kg hm−2, 移栽前、分蘖期、幼穗分化期各施 60%、 10%和 30%, 幼穗分化期所施氮肥中促花肥与保花 肥的比例为 3∶1; (3)实地氮肥管理(SSNM)(表 2)。
本研究由国家自然科学基金项目(30771274)和国家科技攻关计划项目(2006BAD02A13-3-2)资助。 * 通讯作者(Corresponding author): 杨建昌, E-mail: jcyang@yzu.edu.cn; Tel: 0514-87979317 第一作者联系方式: E-mail: ljliu@yzu.edu.cn; Tel: 0514-87972133 Received(收稿日期): 2008-12-19; Accepted(接受日期): 2009-04-22.
水稻是我国最主要的粮食作物, 其播种面积约 占我国粮食作物总面积的 27%, 稻谷产量占全国谷 物总产 40%以上。我国水稻单产已经连续 10 多年超 过 6 t hm−2, 高出世界平均水平 65%左右, 这对保证
我国乃至世界粮食供应安全和社会稳定起到了十分 重要的作用[1]。但在另一方面, 随着水稻产量水平的 提高, 化肥特别是氮肥的施用量不断增加。已有统 计数据表明, 我国水稻单季平均施氮量为 180 kg
Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China
Abstract: Nitrogen (N) fertilizer is one of the most important factors affecting grain yield in rice. High N inputs and low use efficiency is a main problem in rice production in China. Site-specific N management (SSNM) has been considered as a new technique which could increase N use efficiency in rice. However, its underlying mechanism is not understood. In this study, one indica hybrid Shanyou 63 and two japonica cultivars Wuyujing 3 and Yangjing 9538 were field-grown, and two treatments, SSNM and farmers’ fertilizer practice (FFP), were conducted. The results showed that SSNM reduced N rate by 48.1–63.0% and increased grain yield by 0.1–9.3% when compared with FFP. Recovery efficiency and agronomic efficiency of fertilizer-N under SSNM were increased by 31.4–56.8% and 143.6–166.0%, respectively, as compared with those under FFP. The peak of N uptake appeared during the period from panicle initiation to heading. The N uptake during this period and its ratio to total N uptake during the whole growth stage were significantly higher under SSNM than under FFP. The amount of N uptake after heading under SSNM was also much higher than that under FFP. From panicle initiation, root weight and activity (especially root activity per stem) under SSNM were higher than those under FFP. SSNM also significantly increased the activities of glutamine synthetase, nitrate reductase and Fd-glutamate synthase in leaves at the panicle initiation and heading stages. Photosynthetic rate of the flag leaves was also obviously greater under SSNM than under FFP. These results indicated that SSNM could promote root growth, increase matter production and nutrient uptake during the mid and late growth periods, leading to higher fertilizer-N use efficiency in rice. Keywords: Rice; Site-specific nitrogen management (SSNM); Fertilizer-N use efficiency; Physiological mechanism
实地氮肥管理(site-specific nitrogen management, SSNM)是以氮肥管理为中心, 多元素配合的水稻优 质高产高效的施肥模式或技术。该技术的要点是依 据土壤养分的有效供给量、水稻产量和稻草对养分 的吸收量,决定总的施肥量范围, 在水稻主要生育期 用 快 速 叶 绿 素 测 定 仪 (SPAD) 或 叶 色 卡 (leaf color chart, LCC)观测叶片氮素情况并依此指导施肥, 从 而最大限度地提高肥料利用效率, 获得优质高产的 协调发展。试验证明这一模式简单易行, 在菲律宾 等东南亚稻区的应用可以较大幅度地降低氮肥施用 量, 提高水稻产量和氮肥利用效率[6-8]。近年来, 在 我国江苏省、浙江省等多点多地的试验也取得了类 似的效果[9-11]。这些研究结果对合理施氮, 提高养分 资源利用效率, 促进水稻生产的可持续发展起到了 十分重要的作用。但是以往关于实地氮肥管理的研 究大多侧重于其技术建成及其对水稻产量和氮肥利 用效率的影响方面, 而对实地氮肥管理提高氮肥利 用效率的生理机理缺乏研究。本试验以代表性水稻 品种为材料, 研究了实地氮肥管理水稻主要生育期 氮素吸收、根系活性以及叶片氮代谢主要酶类活性 的变化特征, 以期阐明实地氮肥管理提高氮肥利用 效率的生理机理, 为更加科学地应用该项技术提供 理论依据。
试验中所用氮肥为尿素。5 月 9~10 日播种, 6 月 10~12 日移栽, 汕优 63 单本栽插, 武育粳 3 号和扬 粳 9538 双本栽插。株行距为 20 cm×20 cm, 小区面 积为 5 m×6 m = 30 m2, 重复 4 次, 随机区组排列。 移栽前各小区施过磷酸钙(含 P2O5 13.5%) 300 kg hm−2、氯化钾(含 K2O 52%) 195 kg hm−2 和 ZnSO4·7H2O (含 Zn 23%) 22.5 kg hm−2。全生育期灌浅水层, 精细 管理, 严格控制病、虫、草害。 1.2 测定项目及方法 1.2.1 植株干物重、含氮率、根重和根系活性 分 别于分蘖中期、幼穗分化期、抽穗期和成熟期, 各 处理用特制取根器挖取代表性植株 5 穴(每穴以稻株 基部为中心, 挖取行距为 20 cm, 株距为 20 cm, 深 20 cm 的土块), 从分蘖节处剪开分为地上部和地下 部两个部分。地上部烘干测定干物重, 保留样本, 用 凯氏定氮法[12]测定含氮率。根系装于 70 目的筛网袋 中, 先用流水冲洗, 再用农用压缩喷雾器冲洗干净, 取部分根系按照章骏德等[13]的方法测定根系活力, 其余根烘干称重。
水稻实地氮肥管理的氮肥利用效率及其生理原因
刘立军 杨立年 孙小淋 王志琴 杨建昌*
扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室, 江苏扬州 225009
摘 要: 以代表性品种为材料, 研究了水稻实地氮肥管理(SSNM)的氮肥利用效率及其生理机制。结果表明, SSNM 的 施氮量较常规施肥方法(FFP)降低了 48.1%~63.0%, 产量提高了 0.1%~9.3%。SSNM 的氮肥吸收利用率和农学利用率 分别较 FFP 提高了 31.4%~56.8%和 143.6%~166.0%。水稻氮吸收高峰出现在穗分化期至抽穗期, 此阶段 SSNM 处理 氮的吸收量和其占最终总吸收量的比例均明显高于 FFP。抽穗后 SSNM 水稻的吸氮量也明显高于 FFP。自幼穗分化 期开始, SSNM 水稻根系重量和根系活力(尤其是单茎占有的根系活性)逐步超过 FFP。SSNM 明显提高了幼穗分化期 和抽穗期水稻叶片中谷氨酰胺合成酶、硝酸还原酶和 Fd-谷氨酸合酶的活性。抽穗后 SSNM 处理水稻剑叶的光合速 率高于 FFP, 上述结果表明 SSNM 有利于促进水稻中后期根系生长, 提高物质生产和养分吸收, 从而提高氮肥的利用 效率。 关键词: 水稻; 实地氮肥管理; 氮肥利用率; 生理机制
Fertilizer-Nitrogen Use Efficiency and Its Physiological Mechanism under SiteSpecific Nitrogen Management in Rice
LIU Li-Jun, YANG Li-Nian, SUN Xiao-Lin, WANG Zhi-Qin, and YANG Jian-Chang*
作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2009, 35(9): 1672−1680 ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9
http://www.chinacrops.org/zwxb/ E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2009.01672
第9期百度文库
刘立军等: 水稻实地氮肥管理的氮肥利用效率及其生理原因
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hm−2, 比世界平均水平高出约 75%[2]。我国部分高产 稻田的施氮量为 270~300 kg hm−2, 高的已达 350 kg hm−2。过高的氮肥投入使得氮肥利用率过低, 我国水 稻的氮肥吸收利用率一般仅有 30%~35%, 较发达国 家低 10~15 个百分点。氮肥的农学利用率也由 1958— 1963 年的 15~20 kg kg−1 N 下降至 1981—1983 年的 9.1 kg kg−1 N, 明显低于热带稻区水稻的氮肥农学利 用率。在施氮量较高的太湖等稻区, 氮肥的吸收利 用 率 和 农 学 利 用 率 则 更 低 [3-5] 。 针 对 稻 田 施 氮 量 过 高、氮肥利用率低的现状, 我国农学家和土壤学家 等从多方面进行了研究, 为稳定我国水稻产量和提 高氮肥利用效率, 促进农业可持续发展做出了重要 贡献。