黃秋紅，劉智蕾，李鵬飛，車俊杰，于彩蓮，彭顯龍

相同氣候背景下南北方稻田土壤上水稻生長及氮響應差異研究

黃秋紅1，劉智蕾1，李鵬飛1，車俊杰1，于彩蓮2，彭顯龍1

1東北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，哈爾濱 150030；2哈爾濱理工大學化學與環(huán)境工程學院，哈爾濱 150040

【】土壤是影響作物產(chǎn)量和氮肥吸收利用的因素之一，深入研究南北方稻田土壤對水稻生長及氮效率的影響，以期為調(diào)控區(qū)域水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供參考。2018—2019年，以黑龍江省黑土型水稻土，江蘇省烏柵土型水稻土為試驗材料，在黑龍江省哈爾濱市進行水稻盆栽試驗。每種土壤設置3個施氮水平，即N0：不施氮肥；N1：0.87 g N/pot（相當于150 kg N·hm-2）；N2：1.74 g N/pot（相當于300 kg N·hm-2）。測定水稻分蘗、SPAD值、分蘗成穗率、土壤礦化氮量、水稻產(chǎn)量和氮效率。黑土型水稻土的早期分蘗對施氮有響應，分蘗數(shù)隨施氮量增加而增加，而烏柵土型水稻土的分蘗在拔節(jié)期后才對施氮有響應。土壤對水稻分蘗的影響存在年際間差異，2018年土壤類型對分蘗數(shù)有顯著影響，不施氮時烏柵土型水稻土的分蘗數(shù)比黑土型水稻土高4.41%—43.04%，而施氮后烏柵土型水稻土比黑土型水稻土的分蘗數(shù)低8.25%—12.98%；2019年黑土型水稻土的分蘗數(shù)多數(shù)高于烏柵土型水稻土4.41%—46.53%。兩種水稻土的分蘗成穗率與葉片SPAD值在2018年有顯著差異，烏柵土型水稻土的葉片SPAD值比黑土型水稻土高19.28%—21.19%，烏柵土型水稻土的分蘗成穗率比黑土型水稻土高23.89%—40.53%，2019年土壤類型對水稻分蘗成穗率與葉片SPAD值均無顯著影響。28 d淹水培養(yǎng)試驗表明，兩種土壤的無機氮總量基本相同，烏柵土型水稻土的初始礦化速率比黑土型水稻土高，但后期礦化速率比黑土型水稻土低，黑土型水稻土的礦化勢更高，有更大的礦化潛力。黑土型水稻土的AEN（氮肥農(nóng)學效率）比烏柵土型水稻土高，而烏柵土型水稻土的PFPN（氮肥偏生產(chǎn)力）比黑土型水稻土高，烏柵土型水稻土的Y0/Nr（Y0為無肥區(qū)產(chǎn)量，Nr為施氮量）更高，供氮與施氮更加協(xié)調(diào)。2018年黑土型水稻土的REN（氮肥吸收利用率）和PEN（氮肥生理利用率）均顯著高于烏柵土型水稻土，2019年土壤類型對REN和PEN無顯著影響。土壤差異不是南北方稻田氮效率差異的決定性因素，氮效率差異是土壤、氣候和品種等因素共同作用的結果。相對于黑土型水稻土而言，前期養(yǎng)分供應能力強的烏柵土型水稻土應減施基、蘗肥，適當增施穗肥，以保證后期供氮促進水稻高產(chǎn)。

土壤類型；水稻；氮響應；氮效率；分蘗；氮礦化

0 引言

【研究意義】我國水稻種植區(qū)域南北跨度大，北起黑龍江，南至海南均有種植。由于各個稻區(qū)的氣候特性和種植模式不同，我國南北方稻田施肥量差異大，產(chǎn)量和氮效率呈現(xiàn)明顯的空間差異。黑龍江和江蘇省是我國氮肥用量最低和最高的稻區(qū)，氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN）存在著較大的差異，這兩個區(qū)域氮效率和氮肥用量差異如此大的原因是學術界關注的焦點?！厩叭搜芯窟M展】氣候條件[1]、水稻品種[2]、土壤性質(zhì)[2]的不同都會造成稻田氮效率和施肥量的差異。氨揮發(fā)是氮素損失的途徑之一，由于高溫條件，施用氮肥后南方稻田氨揮發(fā)損失嚴重，雙季稻田的平均氨揮發(fā)損失率高達43.7%[3]，江蘇省的氨揮發(fā)量為45.0—53.3 kg N·hm-2，而黑龍江省是氨揮發(fā)損失最低的省份，變動在11.2—21.9 kg N·hm-2[4]。南北方稻區(qū)水稻品種不同，需氮量也不同，江蘇省粳稻和寒地粳稻 100 kg籽粒吸氮量平均約為2.0 kg[5]和1.4 kg[6]，相同產(chǎn)量下寒地水稻總吸氮量更低，而江蘇需氮量高，這是兩個稻區(qū)施肥量差異的主要原因。對江蘇和黑龍江典型稻田的供氮特征進行比較發(fā)現(xiàn)[7-8]，南方稻田土壤前期氮素礦化快，氮素釋放量較高，北方稻田土壤供氮比較平穩(wěn)，中后期礦化速度較高，寒地稻田土壤供氮與水稻吸氮更加匹配，這可能是北方稻田土壤氮效率較高的原因之一。然而，氣候、品種和土壤等哪個因素對區(qū)域氮效率的影響更大目前還不清楚?！颈狙芯壳腥朦c】以往關于稻田氮效率差異的研究多數(shù)基于不同的空間尺度，未能扣除氣候和品種等因素的影響，難以區(qū)分土壤這一因素的作用。南北方稻田土壤性質(zhì)迥異，土壤本身的差異以及不同土壤上氮肥響應的差異與氮效率的關系還不清楚，為此本研究將選取南北方典型稻田土壤，在同樣的氣候和水稻品種等條件下，研究不同土壤上水稻對施氮的響應和氮效率的差異?！緮M解決的關鍵問題】以期揭示土壤本身差異對南北方稻田氮效率差異的貢獻，為深入認識區(qū)域氮效率差異提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

2018—2019年在黑龍江省哈爾濱市（126°73′E，45°75′N）進行試驗。試驗地點溫度變化見圖1。2018年水稻品種為五優(yōu)稻4號，主莖14片葉，該品種易倒伏，加上大風多雨的氣象條件，水稻盆栽在生育后期發(fā)生倒伏，因此2019年水稻品種更換為松粳3號，主莖14片葉。根據(jù)歷年土壤肥料田間試驗，選取土壤肥力具有代表性的南北方稻田土壤類型，分別為黑龍江省五常市（127°54′E，44°89′N）的黑土型水稻土和江蘇省南京市（31°33′N，120°42′E）的烏柵土型水稻土。土壤基本理化性質(zhì)見表1。將土壤置于陰暗通風處風干后過5.0 mm篩后混勻，每個聚乙烯盆裝入16 kg土壤，土層高24 cm，直徑27 cm。

兩種土壤上均設3個氮量，分別為N0：不施氮肥；N1：0.87 g N/pot（相當于150 kg N·hm-2）；N2：1.74 g N/pot（相當于300 kg N·hm-2）。氮肥40%用于基肥，30%用于蘗肥，30%用于穗肥；每盆P2O5總用量為0.51 g（相當于90 kg·hm-2），100%用于基肥；每盆K2O總用量為0.84 g（相當于150 kg·hm-2），50%用于基肥，50%用作穗肥。氮肥為尿素，KH2PO4用作磷鉀肥，穗肥施用的KCl。每個處理4次重復，隨機排列。

水稻4月中旬播種，2018年5月21日移栽。移栽之前，基肥與盆中土壤（0—14 cm）混合。施肥后灌水，保持水層7 d后插秧，每盆2穴，每穴3棵苗。蘗肥于移栽10 d后施用，穗肥于水稻80%主莖倒2葉露尖時施用。整個生育期，采用干濕交替的水分管理模式，并科學防病除草以避免產(chǎn)量損失。

表1 盆栽供試土壤的基本理化性質(zhì)

1.2 測定項目與方法

土壤礦化氮按照WARING等[9]的方法測定。10 g風干土壤置于20 mL頂空瓶中，加蒸餾水10 mL（土﹕水=1﹕1），排除瓶中空氣后加蓋。放在12℃恒溫箱中保存1 d，隨機取3瓶測定無機氮；其他樣品在25℃恒溫箱中培養(yǎng)28 d，在培養(yǎng)后的7、14、21、28 d取樣，加入90 mL的CaCl2（0.011 mol·L-1）浸提，振蕩1 h后過濾，濾液用AA3連續(xù)流動分析儀測定NO3--N和NH4+-N濃度。

土壤礦化氮量（mg·kg-1）=培養(yǎng)后的NO3--N與NH4+-N（mg·kg-1）-土壤初始NO3--N與NH4+-N（mg·kg-1）。

分別于分蘗期，拔節(jié)期，收獲期調(diào)查水稻分蘗數(shù)量。參考范立春等[10]方法，于移栽后第3周、移栽后第5周以及拔節(jié)期測定葉片SPAD值。

成熟期收獲水稻地上部并帶回實驗室，查每穴水稻穗數(shù)后，將水稻秸稈與穗分離。稻穗人工脫粒后，與秸稈一起置于105℃烘箱中殺青1 h，再將烘箱調(diào)至85℃烘干至恒重，最后稱取籽粒與秸稈干重。

氮肥農(nóng)學效率（AEN，kg·kg-1）=（施氮區(qū)作物產(chǎn)量-不施氮區(qū)作物產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN，kg·kg-1）=單位面積作物產(chǎn)量/單位面積施氮量；

氮肥吸收利用率（REN，%）=（施氮肥區(qū)植株氮積累量-不施氮肥區(qū)植株氮積累量）/施氮量×100；

氮肥生理利用率（PEN，kg·kg-1）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量）/（施氮區(qū)地上部吸氮量-不施氮區(qū)地上部吸氮量）。

1.3 礦化模型

1.3.1 有效積溫模型 淹水條件下，可用有效積溫模型（effective accumulated temperature model，EATM）來描述氮素礦化量與有效積溫的關系：

Y=K[（T-T0）D]n

式中，Y為土壤氮素累積礦化量（mg·kg-1），T為培養(yǎng)溫度（℃），T0為15℃。D為培養(yǎng)時間（d），K與n為土壤氮礦化特征常數(shù)，K值表示土壤初始礦化速率（mg·kg-1·d-1），n值表示土壤后期礦化速率（mg·kg-1·d-1）。

1.3.2 One-pool模型（單一級指數(shù)模型） 可用One- pool模型來擬合累積礦化氮量與時間的關系：

Nt=N0（1-e- k0t）

式中，Nt為累積礦化氮量（mg·kg-1），N0為礦化勢（mg·kg-1），k0為一級反應速率（mg·kg-1·d-1），t為培養(yǎng)時間（d）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用Office 2013軟件，采用SPSS 20.0軟件進行方差分析，通過新復極差法（Duncan法）進行多重比較。土壤累積礦化氮的有效積溫式，以及一級動力學模型采用SigmaPlot 12.5軟件進行擬合。

2 結果

2.1 分蘗數(shù)量

移栽后第3周，施氮對黑土型水稻土和烏柵土型水稻土分蘗均無顯著影響；移栽后第5周，施氮量對分蘗的影響因土壤類型而異，在黑土型水稻土上施氮能促進水稻分蘗，但是烏柵土型水稻土上施氮對分蘗無明顯作用（圖2），因而氮對分蘗的主效應不顯著；拔節(jié)期，施氮量對分蘗數(shù)有極顯著影響（＜0.01），兩種水稻土的施氮處理比N0處理高7.19%—45.79%；成熟期，兩種水稻土的分蘗數(shù)隨施氮量增加而顯著增加（＜0.01），N1比N0處理提高了30.39%—61.64%，N2比N1提高了6.25%—46.88%。2018年兩種土壤的分蘗數(shù)有顯著差異，不施氮時，整個生育期中烏柵土型水稻土的分蘗高于黑土型水稻土4.41%—43.04%，施氮后，移栽后第5周和拔節(jié)期黑土型水稻土分蘗高于烏柵土型水稻土13.49%—33.51%；2018年收獲期，烏柵土型水稻土分蘗比黑土型水稻土高11.85%—35.07%；2019年移栽后第3周和第5周，烏柵土型水稻土分蘗比黑土型水稻土低4.41%—46.53%，拔節(jié)期與收獲期兩個土壤分蘗無顯著差異。2018年土壤與氮量對水稻分蘗數(shù)有顯著交互效應（移栽后第3周除外）。2018年水稻分蘗數(shù)高于2019年。

3W代表水稻移栽后第3周，5W代表水稻移栽后第5周，ES代表拔節(jié)期，MS代表成熟期；N代表施氮量，S代表土壤類型，N×S代表氮量與土壤的交互作用；*，**在5%與1%水平下的顯著性，ns代表差異不顯著。在同一時期，不同小寫字母代表黑土型水稻土不同氮量間差異顯著（P＜0.05），不同大寫字母代表烏柵土型水稻土不同氮量間差異顯著（P＜0.05）。下同

2.2 分蘗成穗率

施氮量對成穗率有極顯著影響（＜0.01）（圖3），2018年黑土型水稻土的N2處理成穗率比N1和N0處理高23.14%和35.38%，2019年黑土型水稻土N2處理比N1和N0處理高10.03%和9.16%，兩年烏柵土型水稻土的N2處理成穗率比N0處理高32%。2018年，烏柵土型水稻土比黑土型水稻土分蘗成穗率高23.89%—40.53%，2019年兩土壤間分蘗成穗率差異不顯著。施氮量與土壤類型對成穗率的影響無顯著的交互作用。

圖3 不同土壤上分蘗成穗率對氮素的響應

2.3 葉片SPAD值

拔節(jié)前水稻葉片SPAD值隨著生育進程有增加趨勢（圖4）。除了2019年移栽后第3周外，其他時期的葉片SPAD值均隨施氮量增加而增加，氮素主效應顯著。兩年水稻移栽后第3周、第5周和拔節(jié)期，黑土型水稻土N1和N2處理的SPAD分別比N0處理高5.09%—9.86%和6.43%—15.49%；移栽后第5周和拔節(jié)期，烏柵土型水稻土N2處理的SPAD比N0處理高5.48%—11.22%，N1處理比N0處理高5%左右。2018年，土壤類型對葉片SPAD值有顯著影響，烏柵土型水稻土的水稻葉片SPAD比黑土型水稻土高5.35%，2019年土壤類型對葉片SPAD的影響不顯著。土壤和氮素對葉片SPAD無明顯交互作用，2018年的SPAD值高于2019年。

2.4 土壤氮素礦化模型擬合及參數(shù)特征

烏柵土型水稻土起始無機氮含量高，礦化能力低，第28天2種土壤的無機氮含量沒有顯著差異（圖5）。運用有效積溫模型對兩種土壤的礦化過程進行擬合（表2），有效積溫方程顯示，烏柵土型水稻土的初始礦化速率K高于黑土型水稻土，但后期礦化速率n低于黑土型水稻土；一級動力模型顯示，黑土型水稻土的一級反應速率k0低于烏柵土型水稻土，但礦化勢N0高于烏柵土型水稻土。

2.5 水稻地上部干重、產(chǎn)量與氮效率

施氮量對水稻干物質(zhì)重、產(chǎn)量、氮效率（2018年AEN與PEN以及2019年REN除外）和Y0/Nr等均具有顯著影響，隨著氮量增加，水稻產(chǎn)量和地上部干重提高，與N0處理相比，N1和N2處理產(chǎn)量平均提高了61.78%和95.52%（＜0.05），對應的干物重提高了61.96%和96.05%。隨著施氮量增加，PFPN和Y0/Nr顯著降低，N2比N1分別降低了39.00%和50.20%。施氮量對REN無顯著影響。隨著施氮量增加，PEN在2018年無顯著變化，在2019年顯著降低，N2處理比N1低24.64%—42.08%。土壤對水稻地上部干重、產(chǎn)量和PFPN的影響存在年季間差異，第一年具有顯著影響的指標，第二年也表現(xiàn)出相同的增加或者減少趨勢，但差異不顯著。2018年黑土型水稻土的REN和PEN均顯著高于烏柵土型水稻土，2019年土壤對REN和PEN無顯著影響。烏柵土型水稻土的Y0/Nr均顯著高于黑土型水稻土，2018和2019年分別高30%（＜0.05）和16.88%（＜0.05）。除了地上部干重外，2019年其他指標均高于2018年。

圖4 不同土壤上水稻葉片SPAD值對氮素的響應

圖5 土壤累積礦化氮與無機氮含量變化

表2 土壤累積礦化氮模型的相關系數(shù)

表3 2018年與2019年水稻地上部干重、產(chǎn)量與氮效率

同一列中，同一年份且同一土壤類型后跟不同字母代表在0.05水平上差異顯著；PFPN，氮肥偏生產(chǎn)力；AEN，氮肥農(nóng)學效率；Y0/Nr，數(shù)值大表明土壤供氮和水稻更協(xié)調(diào)[11]，其中Y0為無肥區(qū)產(chǎn)量，Nr為施氮量；REN，氮肥吸收利用率；PEN，氮肥生理利用率

PFPN: Partial factor productivity of applied N; AEN: Nitrogen agronomic efficiency; Y0/Nr is a mathematical term calculated by PFPN- AEN,[11]and Y0is the yield of N0, and Nr is the amount of nitrogen fertilizer application; REN: Nitrogen recovery efficiency; PEN: Nitrogen physiological efficiency

3 討論

3.1 分蘗與土壤供氮能力和葉片SPAD間關系

氮能夠改善植株體內(nèi)的氮代謝和內(nèi)源激素水平[12]，當植物體內(nèi)的氮素充足且適宜時，才有利于有效分蘗的發(fā)生。不施氮肥條件下水稻葉片含氮量與土壤供氮水平密切相關[13]，且葉片含氮量與葉片SPAD值呈正相關關系[14-15]。烏柵土型水稻土的全氮含量和黑土型水稻土相差不大（表1），但是烏柵土型水稻土的起始無機氮含量和前期礦化能力都高于黑土型水稻土（圖5），這表現(xiàn)在烏柵土型水稻土早期N0處理的葉片SPAD顯著高于黑土型水稻土（圖4），因此烏柵土型水稻土無氮處理分蘗高于黑土型水稻土。水稻分蘗隨著施氮量增加而先增加，超過一定氮量后，再增氮對水稻分蘗發(fā)生的促進作用不明顯[13,16-17]。本試驗中，N2的施氮量顯著高于生產(chǎn)上施氮量（過量施氮），而烏柵土型水稻土N0處理SPAD與黑土型水稻土N2處理相近（圖4），這說明該生育階段烏柵土型水稻土可能不缺氮。因此，在移栽后前5周內(nèi)，黑土型水稻土SPAD和分蘗隨施氮量增加而增加。雖然烏柵土型水稻土施氮后葉片SPAD也增加，由于不缺氮，移栽后5周內(nèi)水稻分蘗數(shù)沒有顯著增加（圖2）。隨著水稻生育進程，水稻氮素吸收量不斷增加，此時烏柵土型水稻土本身供氮強度下降，土壤供氮無法滿足水稻需求，因此N0處理分蘗發(fā)生減慢，拔節(jié)期施氮處理分蘗數(shù)顯著高于N0處理（圖2）。

兩種土壤上的水稻分蘗數(shù)有顯著差異。烏柵土型水稻土葉片SPAD值顯著高于黑土型水稻土，因此2018年烏柵土型水稻土移栽后第3周的水稻分蘗顯著高于黑土型水稻土。2019年移栽后第3周，雖然烏柵土型水稻土SPAD依然高，但是黑土型水稻土分蘗卻比烏柵土型水稻土高。這可能與2019年5月份的低溫有關（圖 1），低溫會導致植物營養(yǎng)失衡，降低植物對低溫的抗性[18]。有研究表明，水稻吸收過量的氮會導致分蘗旺盛，更易受到低溫侵害[19-20]，甚至會造成減產(chǎn)[21]。烏柵土型水稻土上水稻SPAD值高（圖4），氮充足加上低溫條件，造成其分蘗伸長受抑制，這是2019年移栽3周烏柵土型水稻土分蘗低的原因。在拔節(jié)期，2019年兩種土壤上分蘗沒有差異，此階段烏柵土型水稻土上分蘗增量比黑土型水稻土高，分蘗表現(xiàn)為爆發(fā)式增長。其他研究也發(fā)現(xiàn)，水稻遭遇低溫后，開始時分蘗降低，但是溫度恢復正常后，存在分蘗爆發(fā)期，對分蘗總數(shù)沒有顯著影響[22]。本試驗進一步證實了短期低溫后分蘗爆發(fā)這一現(xiàn)象。從移栽第3周到拔節(jié)期，2018年黑土型水稻土分蘗增加很快，分蘗增量顯著高于烏柵土型水稻土，表現(xiàn)較高的氮肥效應。而2019年此階段兩個土壤上分蘗增量則相反，這可能與低溫抑制分蘗發(fā)生有關。水稻分蘗形成是非常復雜的生物學過程，即受外界環(huán)境的影響，也受激素平衡狀況的調(diào)控，兩種土壤上分蘗差異的原因還有待深入研究。

2018年兩個土壤上分蘗成穗率具有明顯差異，黑土型水稻土的成穗率顯著低于烏柵土型水稻土（圖3）。分蘗成穗率與分蘗發(fā)生時間和營養(yǎng)狀況等有關，一般早生分蘗更容易成穗[23]，黑土型水稻土早期分蘗和最高分蘗多，但其成穗率顯著低于烏柵土型水稻土（圖3），其原因可能是黑土型水稻土的水稻分蘗數(shù)量太多（圖 2），大量分蘗競爭空間，光照和礦質(zhì)營養(yǎng)（尤其是氮素）[24]，養(yǎng)分不足可能導致更多分蘗死亡。試驗中氮量增加到N2水平時，黑土型水稻土的成穗率還顯著增加，這也從側面證明氮素的缺乏限制了分蘗的生長。另外分蘗成穗率可能與植物激素平衡狀況有關，水稻分蘗功能葉的激素水平與成穗率有顯著相關性，多種激素共同調(diào)控水稻的分蘗成穗率[25]，兩種土壤上分蘗成穗率差異的原因有待進一步研究。2019年兩種土壤上拔節(jié)期水稻分蘗數(shù)量相近，營養(yǎng)狀況和生長條件相近，因此土壤間水稻分蘗成穗率無顯著差異。

3.2 產(chǎn)量、氮肥吸收利用率與氮肥生理利用率

眾多田間試驗表明，水稻產(chǎn)量隨施氮量增加呈拋物線變化[26-28]。本研究中，兩種土壤上的產(chǎn)量隨施氮量增加而顯著增加，N2處理（300 kg·hm-2，江蘇省的氮肥平均施用量）的產(chǎn)量顯著高于N1處理（150 kg·hm-2，黑龍江省的氮肥平均施用量）。這因為本研究是盆栽試驗，相比于大田試驗，水稻根系生長被限制在一定范圍內(nèi)，因此氮響應與大田并不完全一致；另一方面，盆栽試驗的水稻的通風透光條件好，有足夠的生長空間。上述兩個原因造成氮量增加時產(chǎn)量繼續(xù)增加，雖然N2水平下的水稻產(chǎn)量高，但是從長勢來看此施氮量下的水稻生長過于繁茂，葉片披垂，表現(xiàn)為氮素過量的長勢，這樣的水稻容易產(chǎn)生病蟲害[29]，生產(chǎn)風險較高，因此N2水平不能作為生產(chǎn)上推薦氮量。正是由于產(chǎn)量和氮素吸收同比例增加，施氮量增加至N2水平（300 kg·hm-2）時，水稻的REN無顯著變化（表3），這與肖榮英等[30]的結論一致。隨著施氮量的增加，2019年水稻的PEN顯著降低，這與閆平等[31]、魯偉林等[32]、魏海燕等[33]的研究結果一致，說明大量施氮即使產(chǎn)量還增加，也會造成水稻植株對氮素奢侈吸收，影響植株籽粒灌漿[15,34]，導致PEN下降。

不施氮肥情況下，烏柵土型水稻土的產(chǎn)量比黑土型水稻土高。水稻產(chǎn)量與土壤供氮能力密切相關[26,35]，在兩種土壤供氮總量相近的條件下（圖5），烏柵土型水稻土上無氮處理產(chǎn)量更高，表明水稻吸收了更多的氮（表3）。烏柵土型水稻土前期氮礦化速率快和無機氮總量高（圖5），因此2年烏柵土型水稻土無氮處理分蘗數(shù)量和收獲穗數(shù)均顯著高于黑土型水稻土。早期供氮較多，收獲穗數(shù)多，這是烏柵土型水稻土上產(chǎn)量和吸氮量較高的原因。從不施氮肥到N1施氮水平，黑土型水稻土氮肥響應較高，因此N1處理2種土壤上產(chǎn)量差變小（表3），差異不顯著。因為無氮處理產(chǎn)量高，因此2年烏柵土型水稻土產(chǎn)量均比黑土型水稻土高，2018年差異顯著，2019年增加不顯著。

3.3 南北方稻田土壤氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN）的差異

PFPN是指投入單位肥料氮所能生產(chǎn)的作物籽粒，是評價肥料效應的適宜指標，CASSMAN等[11]把氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN）分解為無氮區(qū)產(chǎn)量與施氮量比值（Y0/Nr）和氮肥農(nóng)學效率（AEN）的和。農(nóng)戶調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，江蘇省的PFPN和AEN比黑龍江低，黑龍江省和江蘇省的PFPN分別為53.0 kg·kg-1[6]和25.1 kg·kg-1[36]，AEN分別為15.0 kg·kg-1[37]和10.7 kg·kg-1[36]。本研究結果顯示，黑土型水稻土的AEN比烏柵土型水稻土高，其中2018年差異極顯著（表3）。這可能與黑土型水稻土背景氮低有關。烏柵土型水稻土的無氮區(qū)產(chǎn)量比黑土型水稻土高，這也表明烏柵土型水稻土壤背景氮比黑土型水稻土高。劉立軍[38]研究發(fā)現(xiàn)與低土壤背景氮相比，土壤背景氮高時，水稻產(chǎn)量對施氮量的響應降低，造成氮肥農(nóng)學效率下降。烏柵土型水稻土的PFPN比黑土型水稻土高，其中2019年差異顯著，這是因為烏柵土型水稻土的產(chǎn)量比黑土型水稻土高。烏柵土型水稻土的Y0/Nr也比黑土型水稻土高，這表明烏柵土型水稻土的供氮與施氮更協(xié)調(diào)。本試驗結果與文獻中的農(nóng)戶調(diào)研數(shù)據(jù)不盡一致，相同氮量下南北方稻田的氮效率互有高低，北方土壤并未表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢?？梢娡寥揽赡懿皇堑什町惖臎Q定性因素。南北方稻田土壤氮效率與施氮量關系密切，相近產(chǎn)量南方土壤上施氮更多。江蘇粳稻[2]100 kg籽粒吸氮量（1.63—2.53 kg）比黑龍江粳稻[39]（1.3—1.6 kg）明顯高，這是相近產(chǎn)量下南方水稻施氮量高的原因。100 kg籽粒吸氮量差異是南北方稻田氮效率差異的關鍵，南北方稻田氮效率差異是氣候[1]、品種[2]和土壤種類[2]等因素共同作用的結果。

4 結論

黑土型水稻土前期供氮少，水稻分蘗對施氮響應敏感，而烏柵土型水稻土前期供氮多，水稻前期生長對氮肥響應差。生產(chǎn)上烏柵土型水稻土應減施基、蘗肥，增施穗肥，而黑土型水稻土與之相反。南方稻田土壤供氮和水稻需氮更協(xié)調(diào)，水稻吸氮較多，產(chǎn)量高，氮肥偏生產(chǎn)力高而氮肥農(nóng)學效率低。相同氣候下南北方稻田氮效率差異遠遠低于文獻中農(nóng)戶調(diào)研結果，南北方稻田氮效率差異是土壤、氣候和品種等共同作用的結果。

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Difference in Nitrogen Responses and Nitrogen Efficiency of Different Paddy Soils in Southern and Northern China Under the Same Climatic Condition

HUANG QiuHong1, LIU ZhiLei1, LI PengFei1, CHE JunJie1, YU CaiLian2, PENG XianLong1

1College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030;2College of Chemical and Environment Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150040

【】Soil is one of the factors affecting crop yield and nitrogen fertilizer uptake or utilization. In order to provide suggestions for high yield and high quality of rice producing, we clarify the effect of paddy soil in northern and southern China on rice growth and nitrogen efficiency.【】In 2018 and 2019, the pot experiments were conducted in Harbin, Heilongjiang Province. The experimental soils were black paddy soil from Heilongjiang and gleyed paddy soil from Jiangsu. Three nitrogen fertilization levels were set for each soil, including no nitrogen application (N0), 0.87 g N/pot (N1, equivalent to 150 kg N·hm-2), and 1.74 g N/pot (N2, equivalent to 300 kg N·hm-2). Tiller numbers, SPAD value, yields and earing rates of rice, as well as nitrogen mineralization amount and nitrogen utilization efficiency of two soils, were determined. 【】Rice tiller numbers on black paddy soil increased with the increase of nitrogen fertilizer application at early growth stage, however, which on gleyed paddy soil was responded to nitrogen application after the elongation stage. Soil type has a significant effect on rice tiller number. In 2018, rice tiller numbers on gleyed paddy soil was 4.41%-43.04% higher than that on black paddy soil without nitrogen application, while tiller numbers was 8.25%-12.98% lower than that on the black paddy soil after nitrogen application. In 2019, the most of tiller numbers on black paddy soil was 4.41%-46.53% higher than that on gleyed paddy soil. In 2018, the leaf SPAD value and the earbearing tiller percentage of rice showed significant differences between two soil types. The leaf SPAD value on gleyed paddy soil was 19.28%-21.19% higher than that on black paddy soil, and also, earbearing tiller percentage of rice on gleyed paddy soil was 23.89%-40.53% higher than that on black paddy soil, but no significant difference between two soil types was observed in leaf SPAD value and earbearing tiller rate in 2019. Water-logged incubation over 28 days showed that two types of soils had the same inorganic nitrogen content. Initial nitrogen mineralization rates in gleyed paddy soil was higher than that in black paddy soil, while nitrogen mineralization rate in gleyed paddy soil at later stage was lower than that in black paddy soil. A higher nitrogen mineralization potential was observed in black paddy soil, indicating the greater mineralization capacity. The nitrogen agronomic efficiency (AEN) of black paddy soil was higher in comparison with gleyed paddy soil, while the partial factor Productivity of applied N (PFPN) showed the opposite trend. A higher Y0/Nr (Y0is the yield of rice field without nitrogen fertilizer application, and Nr is the amount of nitrogen fertilizer application) was found in gleyed paddy soil, suggesting a better coordination between soil nitrogen supply and application.The nitrogen recovery efficiency (REN) and nitrogen physiological efficiency (PEN) of black paddy soil was remarkably higher in comparison with gleyed paddy soil in 2018, but the two soil types had no significant difference in the RENand PENin 2019.【】Soil difference was not the decisive factor of nitrogen efficiency difference which was observed between southern and northern paddy fields in China, but rather the results of the combined effects of factors such as climate, crop variety, soil type, etc. Compared with black paddy soil, the gleyed paddy soil should decrease base and tiller nitrogen fertilizer, and increase the panicle nitrogen fertilizer to maintain sufficient nitrogen supply in the later stages and obtain high rice yield.

soil types; rice; nitrogen response; nitrogen efficiency; tillering; nitrogen mineralization

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.19.010

2020-11-14；

2021-02-03

國家重點研發(fā)計劃項目（2017YFD0200100，2016YFD0300900）

黃秋紅，E-mail：hqh951022@163.com。通信作者劉智蕾，E-mail：hlliuzhilei@126.com。通信作者于彩蓮，E-mail：lgyucailian@163.com

（責任編輯 李云霞）