彭碧琳^1,2, 李妹娟¹, 胡香玉¹, 钟旭华^,1, 唐湘如², 刘彦卓¹, 梁开明¹, 潘俊峰¹, 黄农荣¹, 傅友强¹, 胡锐¹¹广东省农业科学院水稻研究所/广东省水稻育种新技术重点实验室,广州 510640
²华南农业大学农学院,广州 510642

Effects of Simplified Nitrogen Managements on Grain Yield and Nitrogen Use Efficiency of Double-Cropping Rice in South China

PENG BiLin^1,2, LI MeiJuan¹, HU XiangYu¹, ZHONG XuHua^,1, TANG XiangRu², LIU YanZhuo¹, LIANG KaiMing¹, PAN JunFeng¹, HUANG NongRong¹, FU YouQiang¹, HU Rui¹¹Rice Research Institute of Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Guangdong Key Laboratory of New Technology for Rice Breeding, Guangzhou 510640
²College of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642

通讯作者: 钟旭华,E-mail： xzhong8@163.com

责任编辑: 杨鑫浩
收稿日期:2020-07-10接受日期:2020-08-31网络出版日期:2021-04-01

基金资助:

国家重点研发计划.2018YFD0200300 广东省现代农业产业技术体系水稻创新团队.2020KJ105 广州市科技计划项目.201806010094 广东省农业科学院特色学科团队建设.201617TD 广东省科技计划项目.2019A050505006 国家引进国外智力成果示范推广基地外专发号.[2017]29

Received:2020-07-10Accepted:2020-08-31Online:2021-04-01
作者简介 About authors
彭碧琳,E-mail： pengbilin2015@163.com。













摘要
【目的】针对当前我国水稻种植中面临劳动力短缺、用工成本高、肥料利用率低等突出问题,探索在保障水稻高产高效的前提下更为简化的“一基一追”轻简施氮模式,减少施肥次数,提高种稻效率,为水稻轻简化栽培提供理论依据。【方法】 以常规籼稻五山丝苗为试验材料,采用随机区组设计。2018年晚季设置不施氮（N0）、三控施肥（TC）、三控减氮（RTC）和3个轻简施氮（SNM1、SNM2、SNM3）6个处理,2019年早季设置N0、TC、农民习惯施肥（FP）和3个轻简施氮（SNM2、SNM4、SNM5）6个处理,研究不同氮肥管理对华南双季稻产量及其构成、物质生产、氮肥利用效率以及稻米品质的影响。【结果】2018年晚季,SNM2处理与TC处理的产量无显著差异,但二者均显著高于RTC、SNM1和SNM3处理;2019年早季,SNM2、SNM4和SNM5处理的产量与TC处理无显著差异,但比FP处理增产7.36%—7.51%,主要是由于每穗粒数增加。SNM2处理的有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重与TC处理无显著差异（2019年早季千粒重除外）,但2个处理的产量构成不同,SNM2处理的单位面积颖花数多,主要通过扩大库容量保持高产。2018年晚季,SNM2处理的氮肥吸收利用率（RE）、氮肥农学利用率（AE）、氮肥生理利用率（PE）和氮素收获指数（NHI）与TC处理相比无显著差异,但氮肥偏生产力（PFP_N）显著增加;SNM1和SNM3处理的RE、AE和PFP_N显著低于SNM2处理。2019年早季,3个轻简施氮处理的5项氮肥利用率指标均与TC处理无显著差异,4个轻简处理的RE、AE和PFP_N显著高于FP处理。SNM2、SNM4、SNM5和TC处理的单位面积颖花数、总生物量和总吸氮量均高于FP处理。2018晚季,SNM2处理的垩白粒率较TC处理显著降低,其他指标与FP和TC处理无明显变化。【结论】 采用“一基一追”的轻简氮肥管理SNM2处理,在减少氮肥10%、减少2次施肥的情况下,其水稻产量和氮肥吸收利用率与TC处理无显著差异,但显著高于FP处理,外观品质有所改善,碾磨品质和蒸煮食味品质没有明显变化。因此,在劳动力紧缺问题突出的情况下,采用轻简氮肥管理技术,既可以节约劳动力成本,又可实现水稻的高产和氮肥高效利用,该研究结果对水稻轻简化栽培具有指导意义,具有良好的应用前景。
关键词： 华南双季稻;轻简氮肥管理;产量;氮肥利用率;物质生产

Abstract
【Objective】 Simplified nitrogen managements (SNMs) are labor saving methods and could make more profits in rice (Oryza sativa L.) cultivation. In view of labor shortage, high labor cost and low fertilizer utilization in rice cultivation of China, the aim of this study was to explore a simplified and efficient application of nitrogen featured by “one basal-dressing and one top-dressing”, so that the amount and frequency of nitrogen application could be reduced, and the profit of rice planting could be improved. 【Method】In order to study the effects of SNMs on the grain yield, dry matter production, nitrogen use efficiency, and grain quality of double-cropping rice in South China, the field experiment was conducted by a conventional indica rice variety of Wu-Shan-Si-Miao, which was designed by a completely randomized block with four replicates. In 2018, 6 treatments were established, i.e. no nitrogen (N0), three-control fertilization (TC), TC with nitrogen reduction (RTC), and 3 simplified nitrogen managements (SNM1, SNM2, and SNM3). In 2019, 6 treatments were also established, i.e. no nitrogen (N0), three-control fertilization (TC), famers’ fertilizer practice (FP), and 3 simplified nitrogen managements (SNM2, SNM4, and SNM5). 【Result】 In the later growing season of 2018, the grain yield of SNM2 was not significantly different from that of TC, but the yields of both treatments were significantly higher than those of RTC, SNM1, and SNM3. In 2019, the grain yields of SNM2, SNM4 and SNM5 were also not significantly different from that of TC. However, compared with FP, the yields of those treatments were increased by 7.36%-7.51%, which was mainly due to the spikelet number per panicle was improved in 2019. And the panicle numbers, spikelet number per panicle, seed setting rate, and 1000-grain weight of SNM2 were not significantly different from TC (except for 1000-grain weight in 2019) for both seasons. In 2018, the nitrogen recovery rate (RE), agronomy use efficiency (AE), physiological use efficiency (PE), nitrogen harvest index (NHI) of SNM2 were all not significantly differed from that of TC, while the partial factor production (PFP_N) of SNM2 was significantly higher than that of TC, and the RE, AE, and PFP_N of the SNM1 and SNM3 were obviously lower than that of SNM2. In 2019, the 5 nitrogen utilization indexes (RE, AE, PE, NHI and PFP_N) of the 3 SNMs were not significantly different with those of TC, but the RE, AE and PFP_N of those treatments were all significantly higher than that of FP. The number of spikelets per unit area, biomass, and nitrogen uptake of the SNMs were all higher than those of FP. In addition, the chalky rice rate of SNM2 was significantly lower than that of TC, but other grain quality of SNMs was not significantly different from that of FP and TC in 2018. 【Conclusion】 The grain yield and nitrogen use efficiency of SNM2, which had 10% less nitrogen application and with only basal application and one topdressing in nitrogen management, was similar with TC. However, SNM2 had significantly higher grain yield and nitrogen use efficiency than FP. Additionally, the appearance quality of SNM2 was significantly improved, while the milling quality, cooking and eating quality were not significantly changed. Thus, it could be widely adopted in rice production in South China for its simplified cultivation.
Keywords：double-cropping rice in South China;simplified nitrogen managements;grain yield;nitrogen use efficiency;dry matter production


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本文引用格式
彭碧琳, 李妹娟, 胡香玉, 钟旭华, 唐湘如, 刘彦卓, 梁开明, 潘俊峰, 黄农荣, 傅友强, 胡锐. 轻简氮肥管理对华南双季稻产量和氮肥利用率的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(7): 1424-1438 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.07.009
PENG BiLin, LI MeiJuan, HU XiangYu, ZHONG XuHua, TANG XiangRu, LIU YanZhuo, LIANG KaiMing, PAN JunFeng, HUANG NongRong, FU YouQiang, HU Rui. Effects of Simplified Nitrogen Managements on Grain Yield and Nitrogen Use Efficiency of Double-Cropping Rice in South China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(7): 1424-1438 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.07.009


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0 引言

【研究意义】水稻（Oryza sativa L.）是世界上最主要的粮食作物之一。联合国粮农组织的统计数据表明,我国是世界上第二大水稻种植国,约占世界水稻收获面积的19%,也是世界上最大的稻米生产国和消费国,年均稻谷产量和消费量均占世界的30%^[1]。水稻作为广东最主要的粮食作物,每年稻谷总产量占粮食作物总产量的76%以上^[2]。近年来,随着农村劳动力向城市转移,导致种稻用工成本提高。如何降低劳动力投入,实行轻简栽培,降低用工成本,对提高粮食产量、保障粮食安全具有重要意义^[3]。【前人研究进展】在广东水稻生产中,习惯上采取“一炮轰”施肥方法,氮肥大多作为基肥和分蘖肥施用,穗粒肥少施或不施,导致氮肥利用率低,环境污染严重,无效分蘖多,成穗率低,病虫害和倒伏严重,产量较低且不稳定。针对这些问题,2007年研发出水稻“三控”施肥技术,该技术是以控肥、控苗、控病虫为主要内容的高效施肥及配套技术体系,与传统施肥方法相比,一般减少氮肥20%,增产10%左右,氮肥利用率提高10%以上,无效分蘖大幅减少,病虫害和倒伏大幅减轻,先后入选广东省和农业部主推技术^[4]。此外,目前关于“一基一追”轻简施肥的相关研究主要是运用缓控释肥作为基肥进行的^[5],而用速效氮肥的研究鲜有报道。关于氮肥优化管理,主要是通过调控基蘖肥和穗肥的比例来实现水稻高产高效。前人研究认为,水稻一生中吸收积累的氮素,基肥的贡献约占6.9%,蘖肥占7.5%,穗肥约占26.02%,其余来自土壤氮素^[6]。PENG等^[7]研究发现,在分蘖中期施用肥料后短期内最大氮素吸收速率能达5—8 kg·hm^-2·d^-1,在水稻穗分化始期施肥后的4 d左右吸收速率达到了9—12 kg·hm^-2·d^-1。关于穗肥的施用时间,丁艳锋等^[8]研究发现叶龄余数2.5施穗肥对产量和穗肥利用率的作用大于叶龄余数0.5、叶龄余数1.5和叶龄余数3.5。这些研究表明穗肥的合理施用是提高水稻产量和氮肥效率的关键。也有研究发现氮素穗肥的施用提高了植株各器官的氮水平,穗肥施用量越高,稻米的加工品质越好^[9];氮肥后移可以提高籼稻籽粒的碾磨品质和外观品质^[10]。【本研究切入点】当前水稻生产面临着劳动力紧缺的问题,而现有的氮肥优化管理技术大部分施肥次数多,亟需研发更为简化的施肥技术。氮肥的轻简施用是减少劳动强度,提高种稻效益的有效途径。目前关于氮肥轻简化的研究主要集中在缓控释肥方面,缓控释肥可以有效减少施肥次数,但其使用效果受环境影响较大,且价格昂贵,同时还面临环境污染的风险。因此采用普通速效氮肥,减少施肥次数和施氮量,来实现氮肥轻简施用,对减少劳动力成本,增加种稻效益具有重要意义。【拟解决的关键问题】本研究旨在探讨通过减少氮肥施用次数和施氮量,确定最适宜的追肥时间,在保持水稻高产和氮高效的前提下,减少施肥人工成本,提高种稻效益,为建立水稻轻简化栽培技术体系提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年晚季和2019年早季在广东省农业科学院水稻研究所大丰试验基地（113°23′E,23°17′N）进行。试验田土壤肥力中等偏上,主要理化性质为pH 5.9,有机质含量13.0 g·kg^-1,全氮含量1.42 g·kg^-1,速效磷含量29 mg·kg^-1和速效钾含量174 mg·kg^-1。

2018年晚季,试验期间的平均气温为25.6℃,总降雨量485.4 mm,太阳总辐射量为502 MJ·m^-2;2019年早季,试验期间的平均气温27.0℃,总降雨量是1 496 mm,太阳总辐射量为444 MJ·m^-2。各生育阶段的气象数据见表1。

Table 1
表1
表12018年和2019年田间气象数据
Table 1Field weather conditions in cropping seasons of 2018 and 2019

年份/季节 Year/Season	生育阶段 Growth stage	降雨量 Rainfall (mm)	平均日最高温 Average daily highest temperature (℃)	平均日最低温 Average daily lowest temperature (℃)	辐射量 Radiation (MJ·m-2)
2018晚季 Late season of 2018	移栽-穗分化始期 Transplanting-Panicle initiation	292.8	32.2	24.8	173
	穗分化始期-抽穗期 Panicle initiation-Heading	55.8	31.2	21.9	203
	抽穗-成熟期 Heading-Maturity	136.8	25.6	17.7	126
2019早季 Early season of 2019	移栽-穗分化始期 Transplanting-Panicle initiation	754.0	26.8	20.9	114
	穗分化始期-抽穗期 Panicle initiation-Heading	383.8	30.5	24.5	139
	抽穗-成熟期 Heading-Maturity	358.2	33.3	25.8	191

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1.2 试验方法与设计

采用随机区组设计,2018年晚季设置6个氮肥处理,即不施氮（N0）、三控施肥（TC）、三控减氮（RTC）、轻简施氮（SNM1、SNM2、SNM3）,重复4次,共24个小区,小区面积11.6 m²;2019年早季设置6个氮肥处理,即不施氮（N0）、农民习惯（FP）、三控施肥（TC）、轻简施氮（SNM2、SNM4、SNM5）,重复4次,共24个小区,小区面积15.4 m²。供试氮肥为尿素（46%N）,各处理氮肥施用情况见表2。

Table 2
表2
表2试验处理设计
Table 2Experimental design

年份/季节 Year/ Season	处理 Treatment	缩写 Abbreviation	总施 氮量 Total N input (kg·hm-2)	氮肥运筹比例Nitrogen fertilizer operation ratios (%)
				基肥 Basal	回青肥 Recovering	促蘖肥 Early tillering	保蘖肥 Mid- tillering	长粗肥 Late tillering	叶龄余数3.5 Remaining leaf age 3.5	叶龄余数2.5 Remaining leaf age 2.5	叶龄余数1.5 Remaining leaf age 1.5	抽穗期 Heading stage
2018晚季 Late season of 2018	不施氮 No nitrogen application	N0	0
	三控 Three controls	TC	180	40			20			30		10
	三控减氮 Three controls with reduced nitrogen input	RTC	162	40			20			30		10
	轻简1 Simplified nitrogen management 1	SNM1	162	40					60
	轻简2 Simplified nitrogen management 2	SNM2	162	40						60
	轻简3 Simplified nitrogen management 3	SNM3	162	40							60
2019早季 Early season of 2019	不施氮 No nitrogen application	N0	0
	农民习惯 Farmers’ practice	FP	180	30	20	30		20
	三控 Three controls	TC	150	40			20			30		10
	轻简2 Simplified nitrogen management 2	SNM2	135	40						60
	轻简4 Simplified nitrogen management 4	SNM4	150	40						60
	轻简5 Simplified nitrogen management 5	SNM5	135	50						50

回青肥、促蘖肥、保蘖肥、长粗肥、叶龄余数3.5、2.5、1.5和抽穗期分别表示移栽后3—5 d、8—10 d、15 d左右、20 d左右、30 d左右、35 d左右、42 d左右、60—65 d
Recovering, early tillering, mid-tillering, late tillering, remaining leaf ages 3.5, 2.5, 1.5 and heading stage indicates 3-5 days, 8-10 days, about 15 days, about 20 days, about 30 days, about 35 days, about 42 days, 60-65 days after rice transplanting

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1.3 田间管理

供试材料选用广东省农业科学院水稻研究所选育的感温型常规籼稻品种五山丝苗。小区间筑埂、包膜,每小区独立排灌。早、晚季磷肥（过磷酸钙）施用量分别是375 kg·hm^-2和225 kg·hm^-2,钾肥（氯化钾）施用量均为225 kg·hm^-2。磷、钾肥全部作为基肥一次性施入。2018年晚季于7月25日播种,8月13日移栽,11月25日收获;2019年早季于3月5日播种,4月8日移栽,7月28日收获。栽插密度为20 cm×20 cm,每穴3苗。水稻插秧后,前期保持浅水,够苗后晒田,倒二叶露尖时再上水,抽穗后保持干湿交替,收割前一星期断水。严格控制病虫草鼠害。其他田间管理均统一按水稻三控施肥技术进行。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 产量及其构成 成熟期每小区调查30穴,记录每穴有效穗数,并以此计算单位面积有效穗数。取代表性植株12穴,手工脱粒,自然风干,再采用风选法将实粒和空瘪粒分开。考种时,测定每穗颖花数、结实率和千粒重,计算单位面积颖花数。测定小区产量时,在各小区收割5 m²（排除边行）,脱粒晒干后进行风选,清除杂质和空瘪粒,称量稻谷总重量。取3个100 g于105℃烘干至恒重后称重,计算含水量,然后折算成含水量14.0%的产量。1.4.2 稻米品质 稻米样品自然风干后,放置3个月,送农业农村部稻米及制品质量监督检验测试中心进行检测,检测指标包括碾磨品质、蒸煮食味品质和外观品质,测定方法参照NY/T 593-2013《食用稻品种品质》,测定重复3次。碾磨品质包括糙米率、精米率和整精米率;蒸煮食味品质包括直链淀粉含量和胶稠度;外观品质包括垩白粒率、垩白度、粒长和长宽比。1.4.3 叶片SPAD值和冠层透光率 在分蘖中期、穗分化始期和抽穗期,每小区选取具有代表性水稻植株6穴,用SPAD-502（SPAD-502,Osaka,Japan）便携式叶绿素仪测量叶片（最新完全展开的叶片）的SPAD值。在穗分化始期、抽穗期和成熟期,每小区选取具有代表性的5个位点,利用植物冠层分析仪（AccuPAR LP-80,Decagon,USA）分别在冠层上部测定入射光照辐射,在冠层底部测定透射光照辐射,计算透光率。透光率（%）=（透射光照辐射/入射光照辐射）×100。1.4.4 干物质积累量和叶面积指数 在分蘖中期、穗分化始期、抽穗期和成熟期,每个小区取代表性水稻植株12穴,分为叶片和茎鞘（抽穗期分开穗）等器官,分别放入烘箱,105℃杀青20 min后75℃烘干至恒重后称重,以此测定水稻不同器官的干物质重。从12穴样品中选取代表性植株1穴（分蘖中期为2穴）,用LI-3100（LI-COR,Lincoln,Nebraska,USA）叶面积仪测量所有绿叶叶面积,烘干称取干重,计算比叶重,用于计算12穴的叶面积。1.4.5 氮素积累和氮肥利用率 分蘖中期、穗分化始期和抽穗期分别测定叶片和茎秆中氮素浓度,成熟期分别测定稻草（包括叶片、叶鞘和茎）、枝梗、实粒和空秕粒中氮素浓度。将粉碎后的样品放入烘箱中调至75℃烘干至恒重,称取0.25 g左右样品,凯氏法消化后,采用全自动连续流动分析仪（AA3,Bran+ Luebbe,Germany）测定植株各部分样品的氮素含量。氮素积累量（kg·hm^-2）=干物质积累量×氮素含量;氮肥吸收利用率（%）=[（施氮区植株吸氮量-无氮区植株吸氮量）/施氮量]×100;氮肥农学利用率（kg·kg^-1）=（施氮区产量-无氮区产量）/总施氮量;氮肥生理利用率（kg·kg^-1）=（施氮区产量-无氮区产量）/（施氮区总吸氮量-无氮区总吸氮量）;氮肥偏生产力（kg·kg^-1）=产量/总施氮量;氮收获指数（%）=（成熟期稻谷氮积累量/成熟期植株氮积累总量）×100^[11]。

1.5 数据处理与分析

采用Microsoft Office 2013和Statistix 9.0进行数据整理和统计分析,采用Pearson法进行相关性分析,采用最小显著性差异法（LSD）进行多重比较。

2 结果

2.1 不同氮肥管理对水稻产量及其构成因素的影响

2018年晚季,TC处理产量最高,其次是SNM2处理（7.92 t·hm^-2）,显著高于RTC、SNM1和SNM3处理,产量提高了7.17%—9.24%;SNM2处理有效穗数和每穗粒数均高于RTC、SNM1和SNM3处理,与TC处理没有显著差异（表3）。由此可见,叶龄余数2.5施用穗肥优于叶龄余数1.5和叶龄余数3.5。2019 年早季,3个轻简施氮处理与FP处理相比产量提高了7.36%—7.51%,与TC处理相比无显著差异,且其每穗粒数均显著高于FP处理。


Table 3
Table 3Grain yield and its components under the different nitrogen managements

年份/季节 Year/Season	处理 Treatment	产量 Grain yield (t·hm-2)	有效穗数 Panicle number (×104 hm-2)	每穗粒数 Spikelets per panicle	结实率 Seed setting rate (%)	千粒重 1000-grain weight (g)
2018晚季 Late season of 2018	N0	4.45±0.09c	203.7±4.2d	147.6±9.8ab	75.45±1.97c	22.98±0.17bc
	TC	8.10±0.18a	306.8±14.9a	153.7±2.4a	81.15±1.63ab	23.25±0.06b
	RTC	7.39±0.12b	271.4±4.0b	153.6±2.5a	81.93±0.80a	22.90±0.25bc
	SNM1	7.36±0.14b	304.7±7.7a	136.7±5.5b	78.03±0.90bc	22.60±0.16c
	SNM2	7.92±0.23a	309.4+4.0a	156.1±5.0a	80.43±0.35ab	22.93±0.24bc
	SNM3	7.25±0.15b	238.0±4.5c	154.3±3.5a	80.83±0.48ab	23.93±0.29a
F值（F value）		74.28**	29.57**	2.43ns	4.52*	8.22**
2019早季 Early season of 2019	N0	4.79±0.11c	170.8±8.4b	168.1±3.4c	86.09±1.34a	21.33±0.14bc
	FP	6.79±0.27b	226.0±5.7a	168.4±3.7c	85.79±0.61a	21.86±0.09a
	TC	7.46±0.05a	246.4±14.2a	178.8±2.1ab	88.35±1.32a	21.76±0.08a
	SNM2	7.29±0.20ab	226.6±7.0a	184.0±3.3ab	87.38±0.56a	21.44±0.10bc
	SNM4	7.30±0.13ab	241.7±3.1a	177.7±1.1b	87.94±0.46a	21.27±0.08c
	SNM5	7.30±0.14ab	229.7±10.7a	186.9±4.3a	88.21±0.69a	21.58±0.07ab
F值（F value）		33.61**	11.09**	6.99**	1.60ns	5.48**

The different lowercase letters in the same column indicate significant differences among treatments for the same season (P<0.05). *,** and ns indicate significant difference (P<0.05), extremely significant difference (P<0.01 ) and no significant difference (P≥0.05), respectively.The same as below
表中同一列中不同小写字母表示同一季节所有处理间达到显著水平（P<0.05）。*,**和ns分别表示达到显著差异（P<0.05）、极显著差异（P< 0.01）和不显著（P≥0.05）。下同

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回归分析结果表明,2018年晚季产量与有效穗数和结实率均呈抛物线关系（有效穗数y=-0.0003x²+ 0.1831x-19.929,R²=0.80,P<0.01,有效穗数为自变量,产量为因变量;结实率y = -0.028x² + 4.6434x - 185.11,R²=0.46,P<0.01,结实率为自变量,产量为因变量）,2019年早季产量也与有效穗数呈抛物线关系（y=-0.0002x²+ 0.1303x - 10.319,R²=0.85,P<0.01）。

由此可见,有效穗数和结实率对产量具有重要影响。

2.2 不同氮肥管理对水稻茎蘖数的影响

2018年晚季,SNM1处理在生育中期和后期的茎蘖数均最大,且显著高于TC处理,而RTC、SNM2和SNM3处理则均低于TC处理,SNM2处理在抽穗期（HD）与TC处理无显著差异。2019年早季,各轻简施氮处理在分蘖中期（MT）和HD茎蘖数均高于TC和FP处理;在穗分化始期（PI）均低于FP处理,但与TC处理相比均无显著差异;SNM2和SNM4处理在HD茎蘖数均显著高于FP和TC处理（图1）。

图1

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图1不同氮肥管理下水稻不同时期的茎蘖数

图中不同字母表示在处理间存在显著差异（P<0.05）。图中横坐标上的MT、PI、HD和MA分别表示分蘖中期、穗分化始期、抽穗期和成熟期。下同
Fig. 1Number of tillers under different nitrogen managements at different growth stages

Different lowercase letters indicate significantly different among treatments at 0.05 probability level. MT, PI, HD, and MA stand for mid-tilling, panicle initial, heading, and maturity stages, respectively. The same as below

2.3 不同氮肥管理对水稻物质生产的影响

2.3.1 水稻叶片SPAD值和群体透光率 2018年晚季PI,SNM1处理的叶片SPAD值显著高于其他处理;但HD则是SNM2处理的叶片SPAD值显著大于其他处理。2019年早季,TC处理和3个轻简施氮处理叶片SPAD值在PI均低于FP处理;而在HD时则均显著高于FP处理（表4）。两季的数据结果表明在水稻生育的中晚期,三控施肥和轻简施氮都可以维持高的群体光合能力,为其高产提供了良好的基础;就轻简施氮而言,在水稻叶龄余数2.5施用穗肥更有利于抽穗期维持高的叶绿素含量。

Table 4
表4
表4不同氮肥管理下水稻叶片SPAD值和群体透光率
Table 4Leaf SPAD value and canopy light transmittance under different nitrogen managements

年份/季节 Year/Season	处理 Treatment	SPAD值SPAD value				透光率Canopy light transmittance (%)
		分蘖中期MT	穗分化始期PI	抽穗期HD		穗分化始期PI	抽穗期HD	成熟期MA
2018晚季 Late season of 2018	N0	36.88±0.23b	35.58±0.63c	35.93±0.4c		56.93±4.17a	34.08±1.29a	—
	TC	41.03±0.27a	38.43±0.92b	39.98±0.21b		30.18±2.13bc	12.18±0.70c	—
	RTC	41.13±0.55a	38.40±0.44b	38.70±0.91b		32.53±2.19bc	12.98±0.51bc	—
	SNM1	41.10±0.37a	41.11±0.48a	38.28±0.89b		26.53±1.59c	10.65±1.10c	—
	SNM2	40.73±0.27a	36.58±0.46c	42.38±0.32a		35.85±1.68b	12.00±0.65c	—
	SNM3	40.98±0.23a	37.23±0.5bc	39.98±0.31b		34.83±2.65b	15.68±0.98b	—
F值（F value）		26.27**	9.98**	15.27**		23.99**	123.74**	—
2019早季 Early season of 2019	N0	39.80±0.39c	34.91±0.51c	37.88±0.36b		55.05±1.35a	30.68±3.29a	17.92±0.79a
	FP	41.49±0.41a	40.85±0.89a	38.66±1.04b		25.06±1.33c	10.88±2.14b	7.54±0.77b
	TC	41.32±0.13ab	38.97±1.19ab	41.84±0.43a		34.66±2.17b	9.99±1.06b	7.63±0.59b
	SNM2	40.76±0.38abc	37.92±0.43b	42.60±0.65a		38.82±2.44b	6.99±0.59b	7.46±0.49b
	SNM4	40.23±0.62bc	38.97±0.39ab	42.51±0.66a		41.53±3.54b	6.33±0.69b	6.55±0.54b
	SNM5	40.67±0.36abc	37.08±1.25bc	42.00±0.19a		37.48±1.86b	10.56±1.67b	7.94±0.76b
F值（F value）		2.76ns	4.89**	13.63**		17.46**	25.33**	50.65**

表中的MT、PI、HD、MA分别表示分蘖中期、穗分化始期、抽穗期、成熟期。下同
MT, PI, HD, and MA in the table represent for mid-tilling stage, panicle initiation stage, heading stage, and maturity, respectively. The same as below

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2018年晚季,所有氮肥处理中SNM2处理在PI时透光率最高,显著高于SNM1处理;HD时SNM1和SNM2处理的群体透光率与TC和RTC处理无明显差异,但显著低于SNM3处理。说明叶龄余数3.5施用穗肥的群体透光率均低于叶龄余数2.5。2019年早季PI,所有轻简施氮处理群体透光率均显著大于FP处理,但在HD时,SNM2和SNM4处理群体透光率均低于TC和FP处理,但无显著差异。由此可知,轻简施氮处理施用穗肥,促进了穗分化始期至抽穗期阶段的水稻分蘖生长,最终明显降低了抽穗期的群体透光率。

2.3.2 水稻源库特征 2018年晚季PI,SNM1处理的水稻叶面积指数（LAI）显著高于其他处理;HD时,SNM1处理LAI与TC无明显差异,均显著高于SNM2和SNM3处理,而SNM2处理的LAI显著高于SNM3处理。同时,SNM2处理的单位面积颖花数显著高于其他轻简处理,且该处理的粒叶比值最大,但均与TC处理无明显差异（表 5）。说明叶龄余数3.5施用穗肥在生育中期和后期的LAI大于叶龄余数2.5和叶龄余数1.5,而叶龄余数2.5施用穗肥的单位面积颖花数和粒叶比均大于叶龄余数1.5和叶龄余数3.5。2019年早季,TC处理和轻简施氮处理的LAI在PI均显著低于FP处理,而在HD时与FP无明显差异。同时,各轻简处理的单位面积颖花数和粒叶比分别比FP处理提高9.21%—12.59%和1.08%—22.58%,与TC处理相比无明显差异。说明水稻生长后期追肥时间越早,生育中期和后期的叶面积越大;后期追肥量越多,抽穗期叶面积越大。回归分析表明,产量与单位面积颖花数呈抛物线关系（y = -0.0049x² + 0.5294x - 6.1843,R²=0.77,P<0.01,自变量为单位面积颖花数,因变量为产量）,最适单位面积颖花数是540.2×10⁶ hm^-2。

Table 5
表5
表5不同氮肥管理下水稻源库特征
Table 5Source-sink characteristics of rice under different nitrogen managements

年份/季节 Year/Season	处理 Treatment	叶面积指数Leaf area index			单位面积颖花数 Number of spikelets per unit area (×106 hm-2)	粒叶比 Grain-leaf ratio (cm-2)
		分蘖中期 MT	穗分化始期 PI	抽穗期 HD
2018晚季 Late season of 2018	N0	0.33±0.02b	1.34±0.03d	1.57±0.05d	300.6±2.08e	1.94±0.21a
	TC	0.65±0.04a	2.79±0.17b	4.66±0.16a	471.2±2.05a	1.02±0.08bc
	RTC	0.61±0.02a	2.43±0.15c	4.07±0.05b	417.0±1.15bc	1.03±0.03bc
	SNM1	0.64±0.04a	3.13±0.10a	4.64±0.25a	415.3±0.72bc	0.90±0.08c
	SNM2	0.62±0.11a	2.35±0.05c	3.97±0.18b	482.3±1.06a	1.23±0.04b
	SNM3	0.65±0.09a	2.30±0.04c	3.40±0.14c	366.8±0.50d	1.09±0.06bc
F值（F value）		3.33*	34.29**	51.55**	25.13**	14.38**
2019早季 Early season of 2019	N0	0.33±0.03b	1.39±0.09d	2.10±0.12b	288.0±1.95c	1.37±0.03a
	FP	0.37±0.01ab	2.87±0.11a	4.22±0.47a	381.3±1.75b	0.93±0.07c
	TC	0.38±0.03ab	2.39±0.09b	3.86±0.11a	439.8±2.19a	1.15±0.08b
	SNM2	0.38±0.02ab	2.08±0.07c	4.53±0.38a	416.4±0.86ab	0.94±0.08c
	SNM4	0.38±0.02ab	2.05±0.04c	4.34±0.13a	429.3±0.30a	1.00±0.03bc
	SNM5	0.44±0.05a	2.18±0.08bc	3.78±0.19a	428.2±1.48a	1.14±0.06b
F值（F value）		1.24ns	28.47**	8.77**	15.85**	6.86**

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2.3.3 水稻干物质生产与积累 2018年晚季PI—HD阶段,SNM1和SNM2处理的干物质积累量与TC处理相比均无显著差异;SNM2处理在HD—MA阶段及总干物质积累量均显著高于SNM1和SNM3处理,与TC处理无显著差异。相同施氮量下,叶龄余数2.5施用穗肥的后期及总干物质积累量高于叶龄余数1.5和叶龄余数3.5。2019年早季PI—HD阶段,各轻简处理与FP和TC处理相比均无明显差异;各轻简处理在HD—MA阶段及总干物质积累量均明显高于FP处理（图2）。说明轻简高效施肥有助于水稻后期和总干物质的积累,且在叶龄余数2.5施用穗肥效果更佳。回归分析结果表明,产量与3个阶段干物质积累量呈显著抛物线关系（P<0.01）（图3）,其中前期和中期的R²值较大,故产量与这2个阶段的干物质积累量关系较密切。

图2

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图2不同氮肥管理下主要生长阶段的干物质积累量

图中横坐标上的TR和Total分别表示移栽期和总干物质积累量
Fig. 2Aboveground total dry weight under different nitrogen managements at different growth stages

TR and Total stand for transplanting stage and total above ground dry weight, respectively

2.4 不同氮肥管理对水稻氮素吸收利用的影响

2.4.1 氮素吸收积累量 图4可知,就总吸氮量而言,2018年晚季SNM2处理最高,且显著高于RTC、SNM1和SNM2处理,与TC处理无显著差异;2019年早季,各轻简施氮处理总吸氮量均高于FP处理。2018年晚季TR—PI阶段SNM1处理的吸氮量显著高于TC处理,在PI—HD阶段SNM2和SNM3处理的吸氮量均高于TC处理,SNM2处理在HD—MA阶段的吸氮量最大;相同施氮量下,叶龄余数2.5施用穗肥处理的后期吸氮量及总吸氮量高于叶龄余数1.5和叶龄余数3.5。说明适宜的追肥时间可以使水稻中期保持较高的总吸氮量。2019年早季,各轻简处理在TR—PI阶段吸氮量与TC处理没有显著差异;在PI—HD阶段显著高于FP处理,表现趋势为SNM2>SNM4>SNM5,中期吸氮量越多的处理其总施氮量越多;总施氮量相同时,穗粒肥施用量越多,中期吸氮量越多。回归分析表明,产量与TR—PI和PI—HD阶段的吸氮量以及总吸氮量均呈显著抛物线关系（P<0.01）（图3）,说明生育前期和中期的吸氮量与产量的关系较密切。

图3

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图3产量与不同生长阶段的干物质积累量（A、B、C）和氮素积累量（D、E、F）的回归分析

图中*和**分别表示达到显著差异（P<0.05）和极显著差异（P<0.01）
Fig. 3Regression analysis between grain yield and total dry weight (A, B, and C), and nitrogen accumulation (D, E, and F) during different growth stages

*and** indicate significant difference（P<0.05）and extremely significant difference（P<0.01）

图4

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图4不同氮肥管理下主要生长阶段氮素吸收积累特征

Fig. 4Nitrogen uptake under different nitrogen management at different growth stage



2.4.2 氮肥利用效率 2018年晚季的氮肥吸收利用率（RE）、氮肥农学利用率（AE）和氮肥偏生产力（PFPN）均以SNM2处理最高,且均显著高于SNM1和SNM3处理。2019年早季,除了SNM5处理的RE指标外,各轻简施氮处理的RE、AE和PFPN均显著高于FP处理,其增加幅度分别为31.13%—63.19%、46.61%—49.71%和28.85%—38.45%,与TC处理相比均无显著差异（表6）。

Table 6
表6
表6不同氮肥管理下水稻的氮素利用效率
Table 6Nitrogen use efficiency of rice under different nitrogen managements

年份/季节 Year/Season	处理 Treatment	氮肥吸收利用率 RE (%)	氮肥农学利用率 AE (kg·kg-1)	氮肥生理利用率 PE (kg·kg-1)	氮肥偏生产力 PFPN (kg·kg-1)	氮素收获指数 NHI (%)
2018晚季 Late season of 2018	TC	38.63±3.11a	20.29±0.97ab	53.23±3.48b	45.01±0.97b	72.55±0.67ab
	RTC	31.46±2.27b	18.16±0.72bc	58.49±4.29ab	45.62±0.72b	73.76±0.76a
	SNM1	26.49±1.33b	17.95±0.87bc	67.98±2.97a	45.40±0.87b	70.28±0.46b
	SNM2	43.48±2.44a	21.41±1.42a	49.93±5.07b	48.87±1.42a	72.78±1.58ab
	SNM3	28.16±1.17b	17.31±0.93c	62.05±5.24ab	44.77±0.93b	73.33±0.13a
F值（F value）		9.95**	3.49*	2.63ns	3.22ns	2.22ns
2019早季 Early season of 2019	FP	20.62±4.56b	11.95±1.52b	67.12±14.06a	38.34±1.52b	68.78±2.30a
	TC	33.98±4.74a	18.19±0.30a	56.93±8.41a	49.85±0.30a	68.47±1.63a
	SNM2	32.32±4.76a	17.52±1.48a	56.68±6.55a	52.71±1.48a	69.37±0.75a
	SNM4	33.65±0.72a	17.73±0.90a	52.88±3.64a	49.40±0.89a	71.38±1.78a
	SNM5	27.04±3.97ab	17.89±1.02a	70.76±11.76a	53.08±1.02a	70.79±1.28a
F值（F value）		2.47ns	4.48*	0.62ns	23.17**	0.56ns

RE、AE、PE、PFP_N和NHI分别表示氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率、氮肥生理利用率、氮肥偏生产力和氮素收获指数

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RE, AE, PE, PFP_N and NHI indicate nitrogen recovery efficiency, agronomic nitrogen use efficiency, physiological nitrogen use efficiency, partial factor productivity of applied nitrogen and nitrogen harvest index, respectively

RE与PI—HD和HD—MA阶段吸氮量及总吸氮量有显著相关,AE和PFPN与PI-HD阶段氮素吸收积累有显著相关（表 7）。说明提高水稻中期和后期的吸氮量,促进总氮素吸收积累,有助于提高氮肥利用率。

Table 7
表7
表7不同阶段植株吸氮量与氮肥利用效率指标的相关性分析
Table 7Correlation analysis between nitrogen use efficiency and nitrogen uptake at different growth stages

生长期Growth stage	氮肥吸收利用率RE	氮肥农学利用率AE	氮肥偏生产力PFPN
移栽-穗分化始期 (Transplanting-Panicle initiation)	-0.195	-0.019	-0.474**
穗分化始期-抽穗期 (Panicle initiation-Heading)	0.309*	0.364*	0.540**
抽穗-成熟期 (Heading-Maturity)	0.490**	-0.073	-0.039
总吸氮量 Total nitrogen accumulation	0.930**	0.404**	0.210

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2.5 不同氮肥管理下水稻稻米品质

各轻简施氮处理的稻米品质整体表现良好（表8）。2018年晚季,与TC处理相比,各轻简施氮处理垩白粒率和垩白度均显著降低,糙米率降低,整精米率提高,碾磨品质有所改善。2019年早季,与FP处理相比,各轻简施氮处理糙米率、垩白粒率和垩白度均降低;SNM2和SNM5处理的糙米率和垩白粒率均比TC处理低,但均未达到显著水平（P>0.05）。

Table 8
表8
表8不同氮肥管理下水稻稻米品质
Table 8Rice grain quality under different nitrogen managements

年份/季节 Year/Season	处理 Treatment	碾磨品质 Milling quality				蒸煮食味品质 Cooking & eating			外观品质Apparent quality
		糙米率 Brown rice rate (%)	精米率 Milled rice rate (%)	整精米率 Head rice rate (%)		直连淀粉含量 Amylose content (%)	胶稠度 Gel consistency (mm)		垩白粒率 Chalky grain rate (%)	垩白度 Chalkiness (%)	粒长 Grain length (mm)	长/宽 length / width
2018晚季 Late season of 2018	TC	81.75±0.12a	73.60±0.31a	68.48±0.73a	16.75±0.28a		61.00±1.47a	10.00±2.04a		1.30±0.30a	6.58±0.02bc	3.30±0.00a
	SNM1	81.35±0.17a	73.03±0.12a	66.68±0.54a	17.03±0.14a		60.50±1.94a	5.00±0.71c		0.68±0.11b	6.55±0.03c	3.30±0.00a
	SNM2	81.50±0.38a	73.23±0.46a	67.43±1.03a	16.83±0.13a		59.50±1.19a	6.25±1.6bc		0.53±0.13b	6.65±0.03b	3.30±0.00a
	SNM3	81.60±0.12a	72.95±0.18a	67.58±0.41a	16.93±0.18a		58.25±1.31a	7.50±0.96b		0.63±0.10b	6.78±0.02a	3.33±0.03a
F值（F value）		0.55ns	0.93ns	0.99ns	0.33ns		0.62ns	8.39**		5.73*	16.33**	1.00ns
2019早季 Early season of 2019	FP	80.93±0.84a	71.43±0.71a	60.40±0.35a	15.67±0.15a		77.33±1.33a	8.67±1.67a		1.17±0.37a	6.27±0.03a	3.20±0.00a
	TC	81.03±0.61a	71.70±0.31a	63.70±0.85a	15.57±0.03a		78.00±0.58a	5.33±0.67a		0.57±0.09a	6.27±0.03a	3.20±0.00a
	SNM2	80.27±0.35a	71.17±0.45a	62.97±2.14a	15.63±0.12a		76.00±2.00a	4.00±1.15a		0.57±0.15a	6.30±0.00a	3.20±0.00a
	SNM4	80.77±0.13a	71.80±0.21a	63.10±0.81a	15.40±0.10a		75.33±0.88a	6.33±1.45a		0.93±0.24a	6.33±0.03a	3.20±0.00a
	SNM5	80.57±0.29a	71.70±0.25a	62.20±1.39a	15.20±0.26a		75.33±1.33a	5.00±0.58a		0.77±0.09a	6.27±0.03a	3.17±0.03a
F值（F value）		0.32ns	1.00ns	0.30ns	1.40ns		0.68ns	2.67ns		2.53ns	2.29ns	1.00ns

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3 讨论

3.1 轻简氮肥管理对水稻产量和稻米品质的影响

水稻产量是各产量构成因子共同作用的结果。不同构成因子对水稻产量影响的作用和影响力不同^[12,13],有研究发现产量与有效穗数呈显著正相关^[12],也有研究表明产量与穗粒数、结实率和千粒重呈正相关^[13]。本研究结果表明,水稻产量与有效穗数显著正相关,说明有效穗数的提高是产量增加的重要前提。叶龄余数2.5施用穗肥的轻简氮肥管理,与FP处理相比,有效穗数和每穗粒数均较高,与TC处理相比,其有效穗数和每穗粒数均有所增加,说明“一基一追”轻简氮肥管理主要是通过调节穗数和穗粒数来扩大库容量,从而保持高产。

前人研究发现适当提高水稻穗肥施用量,可有效提高水稻的成穗率,保证一定数量的有效穗数,利于形成大穗,提高结实率^[14,15]。本研究中,叶龄余数2.5施用穗肥的轻简施肥法,不施分蘖肥仍可维持较高穗数,主要是因为后期重施穗肥起保蘖作用,使水稻仍能保持较高的有效穗数,从而维持水稻高产,这与前人的研究结果相类似^[14,15]。相关分析结果也说明水稻产量与主要生育时期的茎蘖数均呈抛物线关系（分蘖中期y= -7E - 0.5x² + 0.0345x + 3.3333,R²=0.29,P<0.01;穗分化始期y= -8E - 0.5x² + 0.0627x - 4.0612,R²=0.46,P<0.01;抽穗期y= -0.0001x² + 0.0732x - 5.6857,R²=0.82,P<0.01,茎蘖数为自变量,产量为因变量）,说明轻简施氮管理通过优化追肥的穗肥施用量和施肥时间,在保证足够穗数的前提下,减少无效分蘖,提高有效穗数和成穗率,最终促进水稻高产。

强源活库栽培有利于促进水稻高产^[16],水稻高产和超高产栽培的重要措施是提高单位面积颖花数^[17,18]。因此,调节好水稻生长过程中的源和库,更有利于促进高产。本研究表明产量与单位面积颖花数呈抛物线关系,说明库容量不是越大越好。叶龄余数2.5施用穗肥的库容比叶龄余数1.5和叶龄余数3.5更接近适宜值,说明适宜的库容量是保障水稻高产的条件之一。水稻LAI和叶片SPAD值是反映水稻源的重要指标,水稻抽穗期形成适宜的LAI更利于水稻高产^[19]。在水稻抽穗后保持较大的叶面积,有利于促进水稻光合作用,积累较高的光合产物,实现高产^[20]。同时,较高的叶片SPAD值,植株氮素含量越高,植株的光合能力也越强^[21,22],说明水稻抽穗后如果叶片仍有较高的SPAD值,则可促进作物的光合作用,从而实现水稻高产。本研究结果表明,在抽穗期时,叶龄余数2.5施用穗肥的叶片SPAD值大于叶龄余数1.5和叶龄余数3.5,且其叶面积指数大于叶龄余数1.5,回归分析结果表明产量与穗分化始期和抽穗期的SPAD值和LAI呈显著的二次曲线关系。因此,叶龄余数2.5追施氮肥促进了水稻抽穗期叶片的生长,提高了叶片叶绿素含量和叶面积指数,有利于提高植株光合作用,降低群体透光率,最终提高水稻群体光能利用率。此外,施用促花肥等穗肥后,群体颖花量增加,加剧库源矛盾而导致千粒重和结实率降低,但施用保花肥或粒肥后,可以促进抽穗后叶片光合能力,促使结实率和粒重增加,这也解释了本研究中叶龄余数2.5施用穗肥可以维持高产的原因。

水稻产量的形成是干物质积累与分配的过程,水稻产量和干物质积累量随氮肥用量合理提高而增加^[23]。多数研究表明,水稻干物质积累量越多,其产量越高^{[17,20,24-26]}。本研究结果表明,在叶龄余数2.5施用穗肥的轻简氮肥处理的总干物质量均高于FP处理,且显著高于叶龄余数1.5和叶龄余数3.5施用穗肥处理;同时在PI—HD和HD—MA阶段干物质积累量亦保持较高水平（2018年晚季SNM2处理在PI—HD阶段干物质占比42.22%,HD—MA阶段干物质占比36.67%;2019年早季3个轻简施氮处理在PI—HD阶段干物质占比41.97%—47.20%,HD—MA阶段干物质占比33.81%—38.45%）,而在水稻前期即TR—PI阶段的干物质积累量较少;并且,水稻产量与植株总干物质积累量存在极显著正相关（P<0.01）。说明水稻干物质积累主要集中在生长中后期,这与前人的研究结果相类似^[25],同时也证实了叶龄余数2.5施用穗肥是通过提高水稻中期和后期的干物质量来保证总干物质积累量,最终维持水稻高产稳产。

氮肥主要通过氮素吸收利用,影响水稻植株体内氮素积累,从而影响碳氮代谢过程,最终改变稻米中淀粉和蛋白质的合成。前人研究发现,氮素穗肥不同施用量及氮肥后移比例会对水稻生长发育过程中的代谢生理、水稻产量和稻米品质产生影响,主要是因为氮素作为穗施用提高了植株各器官氮水平,且对稻米淀粉粘滞性谱特征值影响明显,最终提高了稻米品质^[9,10]。本研究中,轻简施氮处理的稻米垩白粒率和垩白度均比FP处理低,且在2018年晚季中均显著低于TC处理,说明轻简施氮处理在追施穗肥后,有利于水稻叶片和植株的生长,加强了光合产物向“库”流动,最终降低了籽粒垩白粒率和垩白度。

本研究的“一基一追”施肥是在“三控”施肥技术基础上优化的轻简施肥方法,其施肥次数明显减少。与“三控”施肥技术相比,叶龄余数2.5时追肥的SNM4处理施氮量相同、施肥次数减少2次,SNM2和SNM5处理施氮量减少10%、施肥次数减少2次的情况下,轻简施肥管理的产量表现与TC处理相当。在劳动力紧缺问题突出等情况下,采用轻简氮肥管理技术,既可以减少施肥次数、节约劳动力成本,水稻又高产稳产,具有良好的应用前景。

3.2 轻简氮肥管理对氮吸收利用的影响

氮肥施用量、施用时期和方式对氮素吸收利用效率和水稻产量有显著影响^[27,28,29]。合理施用氮肥,不仅能提高氮肥利用率^[30,31],还能提高水稻产量^[32,33]。前人研究发现,在总施氮量相同的情况下,施用穗粒氮肥的田间氮肥吸收利用率和农学利用率比施用基蘖氮肥高,氮肥后移提高了穗肥的回收利用率,提高了氮肥的总体利用率,降低了肥料氮素的损失,同时氮积累量会随穗肥氮用量的增加而增加^[6,34-35]。本研究中,叶龄余数2.5施用穗肥轻简处理的氮肥利用率显著高于FP处理,而与TC处理无明显差异,且氮肥回收利用率与中后期吸氮量呈显著正相关。表明叶龄余数2.5施用穗肥的轻简氮肥管理是通过分蘖氮肥后移、增加穗肥氮用量,促进水稻中期和后期氮素的吸收和利用来维持较高的氮肥利用率,同时也说明在水稻生殖生长阶段中,幼穗分化始期至抽穗期阶段的氮素吸收积累量对氮肥利用率影响更大。

水稻穗分化始期至抽穗期是水稻生长发育及产量形成的重要阶段,高产水稻的氮肥吸收主要集中在此阶段^[36]。本研究结果发现,叶龄余数2.5施用穗肥的轻简氮肥管理氮素吸收积累主要集中在PI—HD阶段,而TC处理的氮素吸收积累主要集中在MT—PI和PI—HD阶段,相应时期的干物质积累量也较高,说明较高的氮素吸收积累也会提高生物量积累,进而提高产量。并且,叶龄余数2.5施用穗肥处理的肥料利用率高于叶龄余数1.5和叶龄余数3.5,这可能是因为叶龄余数3.5施用穗肥的追肥时间较早,水稻植株较小,生长所需氮素较少,导致水稻中期和后期氮素积累吸收较低;而在叶龄余数1.5施用穗肥的追肥时间较晚,导致中期氮素不足,水稻生长较差,其库容较小,使得后期氮素吸收利用较少。此外,本研究结果发现当总施氮量相同时,穗粒肥施用量越多,中期吸氮量越多,可能是因为水稻叶片和茎秆在穗分化始期至抽穗期阶段的氮素吸收速率较高,此时追施氮肥越多,其氮素吸收积累量越多。

此外,本研究对水稻产量与总吸氮量进行回归分析,结果表明水稻产量随着总氮积累量的增加而显著增加。这与董明辉^[37]和WU等^[38]认为总吸氮量与产量呈显著正相关的观点相一致。而且,与FP处理相比,轻简施氮处理的总吸氮量和产量均表现增加趋势,尤其是SNM4处理的效果最明显。因此,提高水稻各生育阶段的吸氮量,对水稻植株积累较高的总吸氮量来维持高产稳产至关重要。

4 结论

采用“一基一追”的轻简氮肥管理SNM2（施氮量比TC处理减少10%、穗肥在叶龄余数2.5时施用、基肥和穗肥分别占40%和60%）,其水稻产量和氮肥吸收利用率与TC（早季施氮150 kg·hm^-2,晚季施氮180 kg·hm^-2,基肥﹕分蘖肥﹕穗肥﹕粒肥=4﹕2﹕3﹕1）无显著差异,但显著高于FP（早季施氮量180 kg·hm^-2,晚季施氮210 kg·hm^-2,基肥﹕回青肥﹕保蘖肥﹕长粗肥=3﹕2﹕3﹕2）。SNM2处理的总干物质积累量、单位面积颖花数和总吸氮量均高于FP处理,与TC处理均无显著差异;稻米的外观品质有所改善,其他指标没有明显变化。这一轻简氮肥管理在减少氮肥用量和施肥次数的前提下,仍能保持水稻高产和氮肥高效,为水稻轻简化高产栽培技术提供新方法。

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