郭 智，劉紅江，張?jiān)婪迹?煒，陳留根

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014)

氮磷減施對(duì)水稻劍葉光合特性、產(chǎn)量及氮素利用率的影響

郭 智，劉紅江，張?jiān)婪?，?煒，陳留根*

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014)

【目的】研究氮磷減施對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量及氮素利用的影響，為江蘇太湖地區(qū)水稻生產(chǎn)合理減肥提供一定的理論依據(jù)?！痉椒ā恳越K省大面積生產(chǎn)應(yīng)用的遲熟中粳水稻品種南粳9108為試材，采用野外田間小區(qū)試驗(yàn)的方法，研究了氮磷減施對(duì)水稻劍葉色素含量、光合作用主要參數(shù)、稻谷產(chǎn)量及氮素利用率的影響?！窘Y(jié)果】氮肥減施對(duì)水稻葉片色素含量及凈光合速率(Pn)影響較大。較常規(guī)施肥處理(T1)而言，減施15 %氮肥處理(T2)條件下，灌漿前期水稻葉片Chla、Chla+b含量及葉片凈光合速率均未顯著降低。隨氮肥減施幅度的增大和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片色素含量及Pn顯著下降。減施30 %氮肥處理(T3)條件下，灌漿后期Chla、Chlb、Chla+b含量及Pn顯著下降15.61 %、22.28 %、16.97 %和18.47 %(P﹤0.05)。然而，減磷處理(T4～T5)對(duì)水稻葉片色素含量未有顯著影響，且Pn僅在減施30 %磷肥處理(T5)條件下于灌漿后期呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，下降幅度達(dá)14.15 %(P﹤0.05)。氮肥減施(T2～T3)降低水稻產(chǎn)量達(dá)6.27 %～12.91 %，總穗數(shù)的顯著降低是減產(chǎn)的主要原因，磷肥減施(T4～T5)對(duì)水稻產(chǎn)量無(wú)顯著影響。然而，氮肥減施處理(T2～T3)可顯著提高水稻氮肥偏生產(chǎn)力、氮素農(nóng)學(xué)利用率及氮肥生理利用率分別達(dá)15.04 %～31.88 %、10.74 %～13.84 %和8.16 %～9.57 %。同時(shí)，氮磷減施(T2～T5)各處理對(duì)水稻氮素表觀利用率的影響也未達(dá)顯著水平?！窘Y(jié)論】從水稻葉片光合特性、稻谷產(chǎn)量及氮素利用率等綜合考慮，氮磷適度減施在江蘇太湖地區(qū)水稻生產(chǎn)上是可行的。

水稻；養(yǎng)分減投；凈光合速率；稻谷產(chǎn)量；氮素利用率the late-maturing mid-season variety

【研究意義】水稻是我國(guó)第一大糧食作物，其穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)對(duì)于保障國(guó)家糧食安全具有重要意義[1]。長(zhǎng)期以來(lái)，化學(xué)肥料的持續(xù)投入為水稻增產(chǎn)及糧食安全做出了巨大貢獻(xiàn)[2]。然而，近年來(lái)，我國(guó)水稻生產(chǎn)過(guò)程中普遍存在養(yǎng)分投入高、利用率低及損失量大等不合理現(xiàn)象[2-4]。據(jù)報(bào)道，太湖地區(qū)稻麥農(nóng)田周年氮肥施用量達(dá)550～650 kg N·hm-2，磷素普遍呈現(xiàn)盈余狀態(tài)，而氮肥利用率不足40 %，磷肥利用率更低，當(dāng)季利用率僅為 5 %～15 %[5-7]，這勢(shì)必導(dǎo)致農(nóng)田周邊水域水體環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加劇。因此，如何實(shí)現(xiàn)稻田養(yǎng)分減投、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)與環(huán)境友好的協(xié)調(diào)發(fā)展是廣大研究人員關(guān)心的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。【前人研究進(jìn)展】圍繞稻田氮、磷養(yǎng)分投入與水稻產(chǎn)量、氮肥利用及環(huán)境效應(yīng)的相互關(guān)系，前人開(kāi)展了大量研究工作，并取得了較大進(jìn)展。氮肥施用量[8-10]和運(yùn)籌方式[11-12]對(duì)水稻產(chǎn)量及氮素利用影響顯著，磷肥施用對(duì)水稻產(chǎn)量及氮素利用也有一定影響[13-14]。研究認(rèn)為，高量施氮(330 kg N·hm-2)和高量施磷(180 kg P2O5·hm-2)處理均未增加水稻產(chǎn)量和氮肥利用率[14]，且施氮量相同時(shí)，增施磷肥對(duì)作物吸氮有一定促進(jìn)作用[15-16]。同樣，王玉雯等[17]利用氮肥總量控制、分期調(diào)控和適量有機(jī)替代的氮肥優(yōu)化管理措施，實(shí)現(xiàn)了水稻高產(chǎn)、氮肥減投和高效利用的協(xié)同效果?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】從水稻光合特性、產(chǎn)量形成及養(yǎng)分利用等方面綜合考量氮磷減施效應(yīng)的研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本文以江蘇省大面積生產(chǎn)應(yīng)用的遲熟中粳水稻品種南粳9108為試材，采用野外田間小區(qū)試驗(yàn)的方法，系統(tǒng)研究了氮磷減施對(duì)水稻劍葉色素含量、光合作用主要參數(shù)、稻谷產(chǎn)量及氮素利用率的影響，以期為江蘇太湖地區(qū)水稻生產(chǎn)合理減肥提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)點(diǎn)概況

本試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)在江蘇省南京市溧水縣白馬鎮(zhèn)江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物科學(xué)基地，位于南京市溧水縣東南部，屬北亞熱帶向中亞熱帶的過(guò)渡區(qū)，年均氣溫15.5 ℃，年均日照2145.8 h，年均降雨量1036.9 mm，年無(wú)霜期237 d。試驗(yàn)時(shí)間為2015年6月至10月水稻生長(zhǎng)季。試驗(yàn)田土壤屬白漿土，其基本理化性狀為：pH (H2O, 1∶5) 6.21±0.05，有機(jī)質(zhì) (16.62±3.15) g·kg-1，全N (0.87±0.01) g·kg-1，全P (0.24±0.01) g·kg-1，速效氮(35.16±1.58) mg·kg-1，速效磷 (11.84±2.23) mg·kg-1，速效鉀 (89.23±3.84) mg·kg-1。采用小區(qū)試驗(yàn)，每個(gè)小區(qū)面積約50 m2(6.2 m × 8.2 m)，隨機(jī)排列，重復(fù)3次。為了防止養(yǎng)分和水分的交換，試驗(yàn)小區(qū)間以土埂(雙層塑料薄膜包埂)隔開(kāi)。灌溉水源為溧水白馬湖水庫(kù)，水質(zhì)達(dá)地表水二類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。水稻品種采用南粳9108，5月16日播種，6月18日移栽，栽插規(guī)格為25 cm×13 cm，每穴2～3苗。

1.2 試驗(yàn)處理

本試驗(yàn)按照氮磷養(yǎng)分投入量設(shè)置6個(gè)處理，分別為：①不施肥對(duì)照(T0)，N、P、K均不施用；②常規(guī)施肥(T1)，按照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)稻田施肥量設(shè)置；③氮肥減量15 %(T2)，磷、鉀養(yǎng)分投入量與T1保持一致；④氮肥減量30 %(T3)，磷、鉀養(yǎng)分投入量與T1保持一致；⑤磷肥減量15 %(T4)，氮、鉀養(yǎng)分投入量與T1保持一致；⑥磷肥減量30 %(T5)，氮、鉀養(yǎng)分投入量與T1保持一致。常規(guī)施肥量分別為氮(N)330 kg·hm-2，磷(P2O5)90 kg·hm-2和鉀(K2O)135 kg·hm-2，磷肥全作基肥，以復(fù)合肥(含N 15 %，P2O515 %，K2O 15 %)形式施入，其余鉀肥促花肥施用，以氯化鉀(含K2O 60 %)形式施入；N肥依處理施用，基蘗肥∶穗肥=6∶4?；?、分蘗肥、促花肥和?；ǚ史謩e于6月17日、6月25日、7月27日和8月5日施用。耕作方式為耕翻+旋耕。每個(gè)處理重復(fù)3次，共18個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，隨機(jī)排列。水分、植保等田間管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)大田。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

(1)供試土壤pH用原位pH計(jì)測(cè)定[18]；全N、全P、速效P和速效K及有機(jī)質(zhì)含量等參照鮑士旦主編的土壤農(nóng)化分析中的方法測(cè)定[19]。

(2)植株高度。水稻成熟期測(cè)定各處理下植株高度，每處理至少測(cè)定30穴。

(3)葉片光合速率(Pn)。在水稻穗后15 d(9月7日)和穗后35 d(9月26日)的上午9∶00-11∶00，利用LI-6400XT便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)，采用開(kāi)路系統(tǒng)，田間原位測(cè)定各處理下水稻劍葉光合速率，每處理測(cè)定至少4張葉片，Pn以μmol/(m2·s)表示。

(4)葉綠素含量。在水稻穗后15 d(9月7日)和穗后35 d(9月26日)，采集各處理下水稻劍葉，每處理至少10張葉片，置于冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室采用乙醇-丙酮混合液浸提法測(cè)定葉綠素含量[20]。取0.1 g剪碎混合葉片鮮樣，浸泡在丙酮-無(wú)水乙醇 (1∶ 1, v/v) 溶液中，于黑暗處浸提6～10 h，不超過(guò)12 h，浸泡液為待測(cè)液。分光光度計(jì)分別測(cè)定OD645、OD663值，計(jì)算葉綠素a、b含量。具體計(jì)算公式如下。

Chla=(12.7×OD663-2.69×OD645)×V/(1000×W)

Chlb=(22.9×OD645-4.68×OD663)×V/(1000×W)

其中，V為提取液體積，W為葉片鮮重,單位：mg·g-1。

(5)稻谷產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。于水稻成熟期，每小區(qū)調(diào)查100 穴植株的穗數(shù)，根據(jù)調(diào)查的平均穗數(shù)取代表性植株10 穴，測(cè)定每穗穎花數(shù)，用水漂法區(qū)分飽粒(沉入水底者)和空癟粒，計(jì)算飽粒結(jié)實(shí)率和飽粒千粒重。

(6)植株氮素含量及養(yǎng)分利用率計(jì)算。水稻成熟期記載各處理小區(qū)稻谷籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量，并多點(diǎn)混合采集樣品。經(jīng)殺青、烘干至恒重后粉碎研磨，經(jīng)H2SO4-H2O2消解后，采用全自動(dòng)流動(dòng)分析儀(SKALAR San++)測(cè)定植株樣品氮(TN)含量。同時(shí)，植株氮素吸收量、氮素表觀利用率、氮素偏生產(chǎn)力及氮素農(nóng)學(xué)效率等指標(biāo)參照相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)算。

氮素累積吸收量(kg·hm-2)=籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)×氮素含量(%)+秸稈產(chǎn)量(kg·hm-2)×氮素含量(%)

氮素表觀利用率(%)=[施氮區(qū)植株累積吸氮量(kg·hm-2)-不施氮區(qū)植株累積吸氮量(kg·hm-2)]/施氮量(kg·hm-2)×100 %[21]

氮素偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)/施氮量(kg·hm-2)×100 %[21]

氮素農(nóng)學(xué)利用率(kg·kg-1)=[施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)]/施氮量(kg·hm-2)[2]

氮肥生理利用率(kg·kg-1)=[施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)]/[施氮區(qū)植株累積吸氮量(kg·hm-2)-不施氮區(qū)植株累積吸氮量(kg·hm-2)][12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Office Excel (2010) 和SPSS for windows (13.0) 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，文中所列數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)平均值，各處理的比較采用最小顯著差數(shù)(LSD)法，凡超過(guò)LSD0.05(或LSD0.01)水平的視為顯著(或極顯著)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷減施對(duì)水稻成熟期株高的影響

氮磷減施對(duì)南粳9108成熟期株高具有一定影響。由圖1可知，T1～T5處理?xiàng)l件下，水稻成熟期株高均顯著高于不施肥處理(T0)。較常規(guī)施肥(T1)而言，氮磷減施(T2～T5)條件下，水稻株高均有所下降，降幅達(dá)2.71 %～3.50 %，但處理間差異不顯著。同時(shí)，減磷處理(T4～T5)對(duì)水稻株高影響較減氮處理(T2～T3)小。減磷處理?xiàng)l件下，水稻株高降低2.82 %，而減氮處理?xiàng)l件下降幅達(dá)3.28 %，降幅較減磷處理顯著增加16.46 %，且隨減氮量增加株高降幅增大。

2.2 氮磷減施對(duì)水稻劍葉光合色素含量的影響

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，各種環(huán)境脅迫均可導(dǎo)致葉綠素的破壞與降解，葉綠素含量減少是衡量葉片衰老的重要生理指標(biāo)。由表1可知，水稻灌漿后期(穗后35 d)葉片色素含量極顯著低于灌漿前期(穗后15 d)，且各處理對(duì)色素含量影響的變化規(guī)律基本類(lèi)似。氮肥減施對(duì)水稻葉片色素含量影響較大(表1)。較常規(guī)施肥處理(T1)而言，減施15 %氮肥處理(T2)條件下，灌漿前期水稻葉片Chla、Chla+b含量均未顯著降低，但Chlb含量則顯著降低10.14 %(P﹤0.05)，Chla/b則顯著增高10.51 %(P﹤0.05)。隨著氮肥用量進(jìn)一步減少，葉片色素含量顯著降低。減施30 %氮肥處理(T3)條件下，灌漿前期水稻葉片Chla、Chlb、Chla+b含量較T1處理分別顯著降低5.24 %、14.49 %和7.38 %(P﹤0.05)，而Chla/b顯著增高11.41 %(P﹤0.05)。灌漿后期葉片Chla、Chlb、Chla+b含量下降幅度更大，分別達(dá)15.61 %、22.28 %和16.97 %(P﹤0.05)。然而，不論灌漿前期，還是灌漿后期，減磷處理(T4～T5)對(duì)水稻葉片色素含量均未有顯著影響。

圖1 氮磷減施對(duì)水稻成熟期株高的影響Fig.1 Effect of reducing nitrogen and phosphorus application on the plant height of rice cultivar Nanjing 9108

測(cè)定時(shí)期處理葉綠素含量Chla(mg·g-1)Chlb(mg·g-1)Chla+b(mg·g-1)Chla/b穗后15dT01.580.401.983.95T12.290.692.983.33T22.280.622.903.68T32.170.592.763.71T42.300.682.973.39T52.290.672.963.44穗后35dT00.390.090.484.51T10.870.221.103.92T20.850.211.074.01T30.740.170.914.25T40.870.221.093.94T50.850.221.073.92

2.3 氮磷減施對(duì)水稻劍葉凈光合速率(Pn)的影響

水稻劍葉凈光合速率(Pn)具有顯著的肥料效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)。由圖2可知，不論不施肥對(duì)照處理(T0)，還是各肥料處理(T1～T5)，灌漿前期(穗后15 d)葉片凈光合速率顯著高于灌漿后期(穗后35 d)，較灌漿前期而言，灌漿后期Pn下降19.65 %～43.40 %(P﹤0.05)。同時(shí)，不論灌漿前期，還是灌漿后期，各肥料處理(T1～T5)條件下，葉片凈光合速率顯著高于不施肥對(duì)照處理(T0)，灌漿期(前期和后期)均值較T0處理增加16.00 %～33.71 %(P﹤0.05)。

較常規(guī)施肥處理(T1)而言，減施15 %氮肥處理(T2)條件下，水稻葉片凈光合速率在灌漿前期未顯著降低，但灌漿后期時(shí)，Pn則顯著下降達(dá)12.47 %(P﹤0.05)。同時(shí)，隨氮肥減施幅度的增大和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，Pn下降幅度相應(yīng)增大。減施30 %氮肥處理(T3)條件下，灌漿前期和灌漿后期Pn分別顯著下降9.06 %和18.47 %(P﹤0.05)。然而，減磷處理(T4～T5)對(duì)水稻葉片凈光合速率影響較減氮處理(T2～T3)小，Pn僅在減施30 %磷肥處理(T5)條件下于灌漿后期呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，下降幅度達(dá)14.15 %(P﹤0.05)。

2.4 氮磷減施對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可知，常規(guī)施肥(T1)條件下水稻產(chǎn)量為10 030.50 kg·hm-2，減氮15 %(T2)、減氮30 %(T3)降低水稻產(chǎn)量分別達(dá)6.27 %和12.91 %(P﹤0.05)，而減磷15 %(T4)、減磷30 %(T5)條件下水稻產(chǎn)量雖稍有下降，但處理間差異不顯著。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，總穗數(shù)的顯著降低是導(dǎo)致減氮處理?xiàng)l件下水稻產(chǎn)量下降的主要原因。

圖2 氮磷減施對(duì)水稻灌漿期劍葉凈光合速率的影響Fig.2 Effect of reducing nitrogen and phosphorus application on the net photosynthesis rate (Pn) of flag leaves in the grain filling stage of rice cultivar Nanjing 9108

處理產(chǎn)量構(gòu)成因素總穗數(shù)(×106·hm-2)穗粒數(shù)千粒重(g)結(jié)實(shí)率(%)產(chǎn)量(kg·hm-2)T02.5598.9227.3186.935981.10T13.55136.6225.1182.2910030.50T23.21133.8126.5082.629401.85T33.00133.6326.0483.658735.70T43.45135.7225.5282.329840.60T53.39134.6325.8282.229675.15

表3 氮磷減施對(duì)水稻氮素利用率的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(n=3)，同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5 %顯著水平。

2.5 氮磷減施對(duì)水稻氮素吸收量的影響

由圖3可知，不論水稻秸稈還是籽粒部分，施肥處理(T1～T5)下氮素吸收量均極顯著高于不施肥處理(T0)，且各處理(T0～T5)條件下籽粒部分氮素吸收量達(dá)秸稈部分的1.09～1.26倍(P﹤0.05)。同時(shí)，減氮15 %(T2)條件下，水稻秸稈氮素吸收量和地上部氮素吸收總量較T1處理分別顯著降低12.40 %和7.06 %(P﹤0.05)，而籽粒氮素吸收量稍降2.22 %，差異未達(dá)顯著水平。然而，減氮30 %(T3)條件下，較T1處理，水稻秸稈氮素吸收量、籽粒氮素吸收量和地上部氮素吸收總量分別顯著降低19.25 %、7.68 %和13.18 %(P﹤0.05)。同時(shí)，減磷處理(T4～T5)對(duì)水稻氮素吸收量的影響未達(dá)顯著水平。

圖3 氮磷減施對(duì)水稻氮素吸收量的影響Fig.3 Effect of reducing nitrogen and phosphorus application on the quantities of nitrogen absorption (including rice straw and rice grain) of rice cultivar Nanjing 9108

2.6 氮磷減施對(duì)水稻氮素利用率的影響

氮磷減施對(duì)水稻氮素利用率影響顯著。由表3可知，常規(guī)施肥(T1)條件下，南粳9108氮肥偏生產(chǎn)力、氮素表觀利用率、氮素農(nóng)學(xué)利用率及氮肥生理利用率分別達(dá)27.98 kg·kg-1、35.10 %、10.58 kg·kg-1和30.16 kg·kg-1。減氮處理(T2～T3)可顯著提高水稻氮肥偏生產(chǎn)力、氮素農(nóng)學(xué)利用率及氮肥生理利用率分別達(dá)15.04 %～31.88 %、10.74 %～13.84 %和8.16 %～9.57 %(P﹤0.05)，而減磷處理(T4～T5)對(duì)其影響均不顯著。同時(shí)，氮磷減施各處理對(duì)水稻氮素表觀利用率的影響也未達(dá)顯著水平。

3 討 論

光合作用是作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的決定性因素，光合速率是表征光合能力的重要參數(shù)之一[22]。同時(shí)，葉綠素是參與光合作用光能吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化的重要色素。研究表明，葉片光合速率與葉綠素含量具有密切的關(guān)系[23-24]，且在高光強(qiáng)條件下, 二者呈正相關(guān)關(guān)系[25-26]。氮素供應(yīng)水平的高低與作物葉綠素含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。因此，當(dāng)作物缺氮時(shí)，葉綠素含量降低，光合作用減弱，碳水化合物合成受阻，作物產(chǎn)量下降[27]。徐俊增等[28]研究發(fā)現(xiàn)，在相同水分、光強(qiáng)條件下，分蘗末期和拔節(jié)孕穗后期高氮處理(300 kg N·hm-2)條件下，水稻葉片光合速率均高于低氮處理(200 kg N·hm-2)。反之亦然，本研究也發(fā)現(xiàn)，氮肥減施(減施30 %氮肥)顯著降低水稻葉片色素含量及凈光合速率，且隨生育進(jìn)程進(jìn)一步降低。同時(shí)，氮肥減施30 %條件下，葉綠素a/b比值顯著降低，表明在此條件下水稻對(duì)光能的利用量顯著下降[29]。同樣，磷素也是水稻生長(zhǎng)發(fā)育的重要營(yíng)養(yǎng)元素，參與水稻的光合磷酸化，同時(shí)在碳水化合物合成代謝過(guò)程中也起到關(guān)鍵的促進(jìn)作用[30]。本研究中，減磷處理對(duì)水稻葉片色素含量、凈光合速率及產(chǎn)量未有顯著影響。林誠(chéng)等[31]研究也發(fā)現(xiàn)，與常量磷用量(84 kg P2O5·hm-2)相比，減施(42 kg P2O5·hm-2)和增施磷肥(126 kg P2O5·hm-2)處理對(duì)水稻抽穗期劍葉凈光合速率的影響均不顯著，且產(chǎn)量間差異也不顯著。這與前人的研究結(jié)果[32-33]有所差異，他們認(rèn)為，缺磷使水稻生育期延遲，同時(shí)影響光合初產(chǎn)物的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和光合產(chǎn)物的分配。事實(shí)上，造成這種差異的原因可能與稻田土壤類(lèi)型、有效磷含量及施磷水平等有關(guān)。

氮肥利用率定量指標(biāo)主要包括氮肥生理利用率，氮肥表觀利用率，氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力[3, 34]，這些指標(biāo)從不同的側(cè)面描述作物對(duì)氮素或氮肥的吸收和利用程度。其中，氮肥表觀利用率是描述水稻氮肥吸收利用特征的主要指標(biāo)，反應(yīng)作物對(duì)肥料氮的回收利用效果; 氮肥農(nóng)學(xué)效率是氮肥施肥量對(duì)作物子粒產(chǎn)量增加的反應(yīng); 氮肥生理利用率指因施氮增加的吸氮量轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量或干物質(zhì)的效率[35]。肥料類(lèi)型及運(yùn)籌模式對(duì)水稻氮素利用影響顯著。與普通尿素相比，硫膜和樹(shù)脂膜控釋尿素處理均能顯著提高水稻籽粒產(chǎn)量和氮肥利用率[35]。相關(guān)研究表明，前氮后移在低施氮量下能夠提高氮肥的利用效率，而在高施氮量下反而使氮肥的利用受到限制[12, 36]。同樣，肥料施用量對(duì)水稻氮素利用也具有顯著影響。相關(guān)研究報(bào)道，水稻氮肥利用率隨施氮量的增加而降低，與農(nóng)民習(xí)慣施氮(350 kg N·hm-2)處理相比，氮肥優(yōu)化管理(240 kg N·hm-2)模式可極顯著提高水稻氮肥利用率，可協(xié)同實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)和氮肥高效[17]。

同時(shí)，部分研究認(rèn)為，增施磷肥可提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率[15, 37]，但在高肥力旱地土壤上的一些研究認(rèn)為，施磷肥并不總是增加作物產(chǎn)量[13, 38]。田玉華等[14]研究也發(fā)現(xiàn)，施氮量相同時(shí)，優(yōu)化和高磷處理均未增加太湖地區(qū)水稻生物量、籽粒產(chǎn)量和吸氮量，這表明在該土壤肥力條件下，少量施磷即可滿足水稻生長(zhǎng)，增施磷肥對(duì)水稻沒(méi)有增產(chǎn)效應(yīng)，這與本研究結(jié)果基本一致，本研究中，磷肥減施對(duì)水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響均未達(dá)到顯著水平。然而，有研究認(rèn)為，磷素可能通過(guò)影響氮素供應(yīng)而對(duì)作物產(chǎn)量和作物吸氮產(chǎn)生影響[39]，或者通過(guò)植物激素發(fā)揮作用[40]。但是，氮、磷交互作用對(duì)水稻氮素利用的影響與水稻品種、稻田土壤類(lèi)型、養(yǎng)分狀況、肥料施用量、土壤水分狀況等內(nèi)外因素有關(guān)，具體機(jī)制有待深入研究。

4 結(jié) 論

氮肥減施對(duì)水稻葉片色素含量及凈光合速率(Pn)的影響較大，且隨氮肥減施幅度的增大和處理時(shí)間的延長(zhǎng)而變大。減施30 %氮肥處理?xiàng)l件下，灌漿后期水稻葉片Chla、Chlb、Chla+b含量及Pn顯著下降15.61 %、22.28 %、16.97 %和18.47 %。然而，減磷處理對(duì)水稻葉片色素含量未有顯著影響，且Pn僅在減施30 %磷肥處理?xiàng)l件下于灌漿后期顯著下降14.15 %。

氮肥減施降低水稻產(chǎn)量達(dá)6.27 %～12.91 %，總穗數(shù)的顯著降低是減產(chǎn)的主要原因，磷肥減施對(duì)水稻產(chǎn)量無(wú)顯著影響。然而，氮肥減施處理可顯著提高水稻氮肥偏生產(chǎn)力、氮素農(nóng)學(xué)利用率及氮肥生理利用率分別達(dá)15.04 %～31.88 %、10.74 %～13.84 %和8.16 %～9.57 %。同時(shí)，氮磷減施各處理對(duì)水稻氮素表觀利用率的影響也未達(dá)顯著水平。

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EffectsofReducingNitrogenandPhosphorusApplicationonPhotosyntheticCharacteristicsofFlagLeaves,GrainYield,andNitrogenUseEfficiencyofRice(OryzasativaL.)CultivarNanjing9108

GUO Zhi, LIU Hong-jiang, ZHANG Yue-fang, ZHOU Wei, CHEN Liu-gen*

(Institute of Agricultural Resource and Environment, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Jiangsu Nanjing 210014, China)

【Objective】The effects of reducing nitrogen and phosphorus application on rice growth, grain yield, and nitrogen use efficiency were investigated for providing scientific basis to reduce fertilizer application reasonably in Taihu lake basin, China.【Method】A field plot experiment was performed to study the effects of reducing nitrogen and phosphorus application on photosynthetic characteristics of the flag leaves, grain yield, and nitrogen use efficiency of the late-maturing mid-season rice (OryzasativaL.) cultivar Nanjing 9108, which was widely grown for food production in Taihu lake basin, China.【Result】Reducing nitrogen application had significant effects on the leaf pigment content and net photosynthesis rate (Pn) of the Flag Leaves. Compared with conventional fertilization conditions (T1, the plots applied with chemical fertilizer as in conventional practice), chlorophyl a (Chl a) content, total content of chlorophyll a and chlorophyll b (Chla+b), and net photosynthesis rate (Pn) of flag leaves. Under T2 treatment (reducing application 15 % of nitrogen fertilizer compared with T1, and phosphorus fertilizer was same with T1), the content of Chl a and Chla+b, andPndecreased slightly, but no significant difference was found between these treatments during the early filling stage (15 days after heading). With the increase of reducing nitrogen fertilizer application and the extension of treatment time, pigments content andPnof flag leaves decreased significantly. And, during the late filling stage (35 days after heading), the Chla, Chlb, and Chla+b content, andPnof flag leaves decreased significantly by 15.61 %, 22.28 %, 16.97 %, and 18.47 % under T3 treatment (reducing application 30 % of nitrogen fertilizer compared with T1, and phosphorus fertilizer was same with T1), respectively. However, T4 (reducing application 15 % of phosphorus fertilizer compared with T1, and nitrogen fertilizer was the same with T1) and T5 (reducing application 30 % of phosphorus fertilizer compared with T1, and nitrogen fertilizer was same with T1) treatments had no significant effects on the pigments content of flag leaves, butPndecreased significantly by 14.15 % under T5 treatment, during the late filling stage. Compared with T1 treatment, T2, T3 decreased significantly rice grain yield by 6.27 %-12.91 %, which might be resulted from the significant decrease of total spike number. And, reducing phosphorus application (T4-T5) had no significant effects on the rice grain yield. However, T2, T3 significantly increased the nitrogen partial factor productivity, nitrogen agronomic efficiency, and nitrogen physiological efficiency by 15.04 %-31.88 %, 10.74 %-13.84 %, and 8.16 %-9.57 %, respectively. Furthermore, reducing nitrogen and phosphorus application (T2-T5) treatments had no significant effects on the apparent nitrogen utilization efficiency of Rice (OryzasativaL.) Cultivar Nanjing 9108. 【Conclusion】From the view of photosynthetic characteristics of the flag leaves, grain yield, and nitrogen use efficiency, moderate reduction of nitrogen (15 %) and phosphorus (15 %) application was feasible in the rice production in Taihu lake basin, China.

OryzasativaL.; Reducing nitrogen (N) and phosphorus (P) application; Net photosynthesis rate (Pn); Rice grain yield; Nitrogen (N) use efficiency

1001-4829(2017)10-2263-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.10.018

2016-12-08

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(2016YFD0300908-02)；江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目[CX(15)1004]

郭 智(1981-)，男，博士，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源利用研究,E-mail: Guozhi703@163.com, Tel: 15905193152;*為通訊作者: 陳留根(1962-)，男，碩士，主要從事耕作制度與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究, E-mail: chenliugen@sina.com。

S511.01

A

(責(zé)任編輯 李 潔)