水稻氮高效利用的研究进展

氮肥在我国水稻种植中投入量巨大,但氮肥利用效率却远低于世界平均水平.这不仅消耗高额的成本,而且破坏生态.因此,选育氮高效水稻具有重要意义.主要针对高效氮水稻的氮素吸收利用效率、生理机制、提高水稻氮高效吸收的方法及水稻氮高效基因的挖掘等方面进行了综述,以期为今后更好地开展氮高效水稻农业育种研究工作提供科学依据.     

水稻氮高效利用的研究进展

氮肥在我国水稻种植中投入量巨大,但氮肥利用效率却远低于世界平均水平。这不仅消耗高额的成本,而且破坏生态。因此,选育氮高效水稻具有重要意义。主要针对高效氮水稻的氮素吸收利用效率、生理机制、提高水稻氮高效吸收的方法及水稻氮高效基因的挖掘等方面进行了综述,以期为今后更好地开展氮高效水稻农业育种研究工作提供科学依据。     

中国水稻产量和氮素吸收量对高效氮肥响应的整合分析

【目的】运用整合分析方法（meta-analysis）,首次在大尺度范围定量研究高效氮肥施用对中国水稻产量和氮素吸收量的影响,以评估高效氮肥施用的经济效益并为高效氮肥在中国推广使用提供科学依据。【方法】通过搜集整理国内外48篇文献的大田试验数据资料,建立水稻产量和氮素吸收量数据库,进而应用整合分析方法,比较分析高效氮肥施用对中国水稻产量和氮素吸收量的整体影响及高效氮肥的有利施用条件。【结果】与施用常规化肥相比,高效氮肥施用使中国水稻产量和氮素吸收量分别增加了7.5%（95%置信区间：6.7%-8.4%）和10.5%（95%置信区间：9.5%-11.4%）。分析其影响因素,发现在碱性土壤（pH≥7.5）施用高效氮肥使水稻产量和氮素吸收量分别提高了约10.5%和18.8%,其效果好于在酸性（pH≤6.5）和中性（pH 6.5-7.5）土壤上施用;包膜缓/控释氮肥较稳定性氮肥有效,尤其在氮素吸收量方面,硝化抑制剂与常规氮肥相比没有影响,而包膜缓/控释氮肥则使氮素吸收量提高17.9%;高效氮肥仅作为基肥一次性施入土壤使水稻产量和氮素吸收量较分次施入土壤分别提高了4.2%和7.5%,同时可以考虑将高效氮肥与常规肥料混合施用,既节省费用,又可以取得同样的增产效果;当施氮总量为120-180 kg•hm-2时,高效氮肥的增效作用最为明显,分别使水稻产量和氮素吸收量提高6.5%和12.1%;就地域分布而言,在中国北方施用高效氮肥可以取得更好的效果,使水稻产量和氮素吸收量较南方施用高效氮肥分别提高了3.4%和3.0%。【结论】在中国稻田中（尤其是碱性土壤）施用高效氮肥,尤其是包膜缓/控释氮肥（作为基肥一次性施入土壤）,且控制施氮总量在120-180 kg•hm-2时,对提高水稻产量和氮素吸收量效果较好。在中国稻田中,硝化抑制剂,尤其是3,4-二甲基吡唑磷酸盐对提高水稻氮素吸收量效果不佳;高效氮肥在中国稻田中的施用受水稻种植方式（直播或移栽）以及高效氮肥施肥方式（仅施高效氮肥或者与常规肥料混合施用）的影响较小;在中国北方施用高效氮肥效果可能更佳。     

水稻高产与氮肥高效利用技术及其生物学基础

氮素是作物生产上施用量最多的肥料,氮肥施用量过多是我国水稻生产上的突出问题。介绍了氮肥施用方法对水稻产量和氮肥利用效率的影响及其生物学基础,并对实现水稻高产与氮肥高效利用提出了建议。     

稳定氮肥用量和施用方式对水稻产量和氮肥效率的影响

通过田间小区试验,研究了稳定氮肥用量及施用方式对水稻产量、氮素累积量、氮肥利用效率、经济效益及土壤养分含量的影响。结果表明,与不施稳定氮肥相比,100%稳定氮肥一次施用、100%稳定氮肥分次施用、85%稳定氮肥一次施用和70%稳定氮肥一次施用分别增产53.1%、61.6%、39.7%和36.7%,植株地上部氮素总累积量分别增加64.0%、80.9%、36.0%和32.3%,经济效益分别增加50.4%、59.5%、37.4%和34.5%。与农民习惯等氮施肥相比,稳定氮肥一次施用和分次施用分别增产5.7%和11.6%,植株地上部氮素总累积量分别增加9.9%和21.2%,经济效益分别增加5.8%和12.2%。等氮施用稳定氮肥较农民习惯施肥促进水稻对氮素的吸收累积,提高了产量,分次施用达到显著性差异。稳定氮肥一次施用和分次施用氮肥表观利用率和农学效率高于农民习惯施氮,且分次施用达到显著性差异,生理效率和偏生产力3处理无显著性差异。施用稳定氮肥能够提高土壤碱解氮含量,且随着施用量增加而增大。稳定氮肥施氮量在240 kg N·hm^-2且基肥与分蘖肥6:4分次施用时,能较好地协调水稻高产与稳定氮肥合理利用的统一。     

水稻控释氮肥对晚稻的施用效应及经济效益分析

探讨了不同肥力水平水稻土与水稻控释氮肥对晚稻的应用效应及经济效益.试验、示范结果表明,晚稻施用控释氮肥(90 kg/hm2 N)比等氮量尿素增产4.4%～16.6%,比无氮区增产37.4%～42.1%.增产的主要原因是施用水稻控释氮肥后,促进了晚稻生育中、后期对氮的吸收,使氮素利用率达到69.7%～74.1%,比等氮量尿素平均高33.3%,且其氮素生产效率平均高68.0%,施用水稻控释氮肥可获得较高的经济效益,比等氮量尿素的纯收益平均增加1 016.58元/hm2,比倍氮量尿素平均增加1 221.78元/hm2.施用水稻控释氮肥的增产效果、氮素利用及经济效益表现出中、低肥力稻田＞高肥力稻田.     

玉米合理施用氮肥的研究

玉米的氮素营养特点与小麦、水稻等作物不同,一般不会因施氮过量引起倒伏而造成减产,所以过量施氮现象尤为严重.玉米过量施氮,虽不易引起倒伏,但易产生氮素营养利用效率下降、生产成本提高、经济效益递减、环境污染等副作用.我市的玉米种植面积达360万亩,是主要的粮食作物,由于人均耕地少,增加单位面积氮肥用量是提高单产的主要措施之一,然而片面追求高产却导致了我市的氮肥用量过高.因此,在我市进行玉米合理施用氮肥研究十分必要.     

缓控释氮肥对水稻生长发育及氮素利用的影响

速效氮肥对农业生产具有重要作用,但也存在用量大、损失途径多、损失量高等特点,造成了一系列环境问题。相较而言缓控释氮肥养分释放缓慢,可减少氮素损失,提高氮肥利用效率,应用于水稻也能够一定程度地增加产量。施用缓控释氮肥对水稻的影响是全方面的,从稻田氮素损失、氮素吸收利用到产量形成均产生不同的影响。本文概述了缓控释氮肥对稻田氮素损失、水稻氮素利用、器官生长、群体变化及产量形成的影响,探讨了水稻上施用缓控释氮肥产生不同效应的原因,阐述了缓控释氮肥在水稻上应用存在的问题及改进措施。     

水稻氮利用效率的基因型差异及其生理机制

在水稻生产上,氮肥的过量利用致使氮利用效率(NUE)下降,增加氮损失,导致了一系列的环境问题。因此降低氮肥投入量、提高作物自身对氮素吸收利用能力是提高水稻氮素利用效率的有效途径。了解氮利用效率的评价指标、相关性状、品种间差异以及潜藏在这些差异下的生理机制有助于我们培育高产氮高效水稻品种。     

移栽密度与供氮水平对水稻产量、氮素利用影响

探讨不同移栽密度和氮素供用水平对水稻产量、氮素吸收和利用的影响,为水稻生产的科学施肥提供参考依据。采用田间试验在3种栽培密度(30 cm×30 cm、40 cm×40 cm、50 cm×50 cm)和5个施氮水平(0、150、225、300、375 kg/hm2)条件下研究了水稻产量、产量构成因子及氮素吸收利用的差异。施用氮肥或增加密度,均可显著增加水稻产量;当施肥过量或密度较高时,产量降低。同一密度下,施氮量增加,水稻单位面积有效穗数、穗粒数、子粒、秸秆和总吸氮量先增加后降低;氮素收获指数相反;而氮素干物质生产效率、氮素稻谷生产效率、氮素农学利用效率、氮素利用效率与氮素偏生产力显著降低。相同施氮量下,移栽密度变大,单位面积有效穗数、氮素农学利用效率、氮素利用效率与氮素偏生产力呈增加趋势;总吸氮量先增加后降低。综合考虑产量、氮素利用及环境污染等因素,该地区水稻生产合理的栽培密度和氮肥施用量分别为40 cm×40 cm和150 kg/hm2。     

施用有机肥对我国作物氮肥利用率影响的整合分析

【目的】化肥配施有机肥是提高作物氮肥利用率（NUE）的重要措施之一。但由于作物的氮肥利用率受到施氮量、土壤性质和气候条件等因素的影响,且多数研究只在某一特定区域或条件下进行,对于全国不同区域施用有机肥对氮肥利用率影响的研究缺乏系统分析和比较。因此,探明化肥配施有机肥对氮肥利用率的影响,量化不同土壤和气候条件下氮肥利用率对有机肥施用的响应,可指导区域性的有机肥施用,为化肥减施增效提供重要的理论依据。【方法】本研究收集了公开发表的文献110篇,建立了412组包含化肥配施有机肥（NPKM）和单施化肥（NPK）处理的氮肥利用率的数据库。采用整合分析（Meta-analysis）和随机森林（Random Forest）方法分析了全国不同区域的氮肥利用率在NPK和NPKM处理下的差异,定量化了施氮量、土壤性质和气候条件等因素对有机肥正效应的贡献率。【结果】全国来说,相比NPK,NPKM处理下氮肥利用率提高了3.6个百分点。除东北地区外,在其他地区NPKM均显著提高了氮肥利用率,提高幅度依次为西北>华北>南方>华东。土壤性状中影响有机肥“增效”作用的主要因素是有机质、pH、速效钾和全氮含量,其中土壤有机质含量越低,配施有机肥后氮肥利用率的提高幅度越大;在碱性土壤上配施有机肥对氮肥利用率的提高幅度分别是中性土壤和酸性土壤的1.3和1.8倍。另外,不同气候类型下配施有机肥对氮肥利用率的提高幅度存在差异,表现为温带大陆性气候区>温带季风性气候区>亚热带季风性气候区。【结论】施用有机肥可显著提高作物的氮肥利用率,且在有机质含量较低、降雨量较少的西北地区配施有机肥后氮肥利用率的提高幅度最大。     

Effect of Manure Application on Nitrogen Use Efficiency of Crops in China: A Meta-Analysis

【Objective】 Combined chemical fertilizers with manure is one of the important approaches to improve the nitrogen use efficiency (NUE) of crops. Nowadays, rare studies focused on systematic comparison and analysis of combine chemical fertilizers with manure on nitrogen use efficiency in different regions of China. In addition, NUE is affected by many factors, such as nitrogen application amount, soil properties and the climatic conditions and even most of them are in the specific regions. Therefore, this study was carried out to explore the effects of chemical fertilizers combined with manure on NUE, and quantify the response of NUE to manure application in different soils and climatic regions, so as to give the guidance on sustaining regional agricultural development and provide an important theoretical basis for reducing fertilizer application. 【Method】 This study was conducted based on a database of NUE including 412 sets on NPKM vs. NPK, which were collected from 110 published articles with wheat, maize and rice. We analyzed the differences of NUE between the treatment of NPK and NPKM in five regions in China by Meta-analysis, and quantified the contribution of main controlling factors on positive manure affects by Random Forest analysis. 【Result】 Compared with NPK, NPKM treatment increased the NUE by 3.6%. NPKM treatment significantly increased the NUE of crops in all regions except the Northeast China. The highest enhancement was found at Northwestern China, followed by Northern China, Southern Region and Eastern China. Soil organic matter, pH, available potassium and total nitrogen were the main factors affecting the “positive effect” of manure on NUE. The increment of NUE by manure application was higher in the soils with lower organic matter content than that in the soils with high organic matter content. The increase of NUE in alkaline soils with manure applied was 1.3 and 1.8 times higher than those on neutral and acidic soils, respectively. The improvement of NUE by manure application varied among climate regions: temperate continental climate zone>temperate monsoon climate zone>subtropical monsoon climate zone. 【Conclusion】 The application of manure could significantly increase the NUE of crops, especially in northwestern areas with low organic matter content and less rainfall.     

猪粪化肥配施对稻田土壤氮素含量及氮肥利用效率的影响

化肥有机肥在农田的配施对改良土壤性质、提高养分利用率具有较好的效果,还提升了有机废弃物的循环利用效率。为此,为明确猪粪化肥配施对南方典型双季稻田土壤氮素含量及氮肥利用效率的影响,在双季稻田系统进行田间定位试验。试验共设置了4个处理,即不施氮肥处理(N0)、50%化学氮肥处理(1/2N)、100%化学氮肥处理(N)和猪粪替代50%氮肥处理(1/2N+M)。测定了稻田土壤全氮、有效氮(铵态氮和硝态氮)、微生物生物量氮、水稻氮含量并计算氮吸收量。结果表明:在定位试验开展后第5~6年,猪粪替代50%氮肥处理土壤全氮含量较100%化学氮肥处理显著提高15%;而不施氮肥导致土壤全氮含量显著下降达20%。猪粪化肥配施显著增加晚稻季土壤铵态氮含量。水稻氮肥吸收主要与氮肥用量、土壤全氮含量、铵态氮含量和微生物生物量氮成正相关。2年内猪粪化肥配施较全量氮肥显著提高了晚稻季水稻氮素吸收及氮肥利用率,提升幅度分别为9.2%~18.0%和19.6%~43.0%,且水稻产量略有提升。早稻季猪粪化肥配施较全量氮肥水稻籽粒产量、水稻氮素吸收及氮肥利用率无显著差异或出现显著下降。研究表明,双季稻体系猪粪替代50%氮肥可提高晚稻季稻田土壤氮素有效性,减少化肥施用并提高氮肥利用率。     

不同冬小麦品种产量和氮素吸收利用效率差异

【目的】研究新疆南疆不同冬小麦品种产量、氮素吸收利用效率的差异及对氮肥的响应,为小麦氮高效育种、氮高效品种选择及氮肥优化施用提供参考依据。【方法】设置3个施氮量,选择新疆南疆种植12个品种（系）为材料,研究不同氮肥水平下不同小麦品种的产量、氮素积累量、氮素利用率、氮素吸收效率和氮素利用效率等指标差异。【结果】随着施氮量的增加不同品种收获穗数、穗粒数增加,千粒重降低,氮素积累量和产量增加;氮素利用率、氮素吸收效率和氮素利用效率随着施氮量的增加而降低。氮素利用率较高品种为新冬40号,新冬60号,15/6317。氮高效品种达到高氮效率的途径不同,在不施氮（N_o）条件下新冬40号,新冬60号,15/6317氮素利用率高主要是氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用,以氮素利用效率为主;在施氮条件下新冬60号和新冬40号在氮素吸收效率高来自其较高氮素吸收能力,而15/6317氮素利用率较高是氮素吸收效率和氮素利用效率的共同作用。【结论】不同品种达到氮高效的途径不同,针对不同小麦品种的氮素吸收和利用特性进行调控,提高小麦氮素吸收和利用效率。     

生物炭对作物氮肥利用率影响的整合分析

为科学施用生物炭、提高氮肥利用率,采用整合分析的方法,收集符合筛选标准的文献33篇,统计了170组包含生物炭配施化肥(BC+NPK)和单施化肥(NPK)处理下作物氮肥利用率的数据,从不同地域、土壤养分、氮肥用量、生物炭特性与施用量、作物种类等方面量化分析生物炭对作物氮肥利用率的影响。结果显示：施用生物炭可以使作物氮肥利用率提高4.76%,其中南方地区生物炭的促进效果最为明显,提高了11.73%。土壤肥力影响生物炭对氮肥利用率的增幅,在土壤pH值、有机质含量、速效氮含量较低的南方地区,施用生物炭对氮肥利用率的提升效果最优,而在有机质含量较高、pH值较高的东北地区,施用生物炭的效果则有所降低;当氮肥施用量≤120 kg/hm2时,生物炭的增效效果最明显,氮肥利用率提高了10.73%。与经济作物相比,粮食作物的氮肥利用率提升效果更为明显,增加了5.71%。生物炭施用量控制在≤1%时,氮肥利用率提高3.43%,木质材料制备的生物炭的提升效果最明显,氮肥利用率提高7.99%;生物炭含氮量>2%时,氮肥利用率提高19.43%;生物炭pH 9~10时氮肥利用率最佳,肥料利用率能够提升5.01%。     

秸秆还田与水分管理对双季水稻氮素吸收及氮肥?利用率的影响

秸秆还田是促进农田养分循环的重要方式,也对提升农田地力有较好效果。以南方典型双季稻田为研究对象,设置三个秸秆还田水平和两种水分管理方式的两因子田间定位试验,于定位试验开展后的第5年通过测定早稻和晚稻季稻田土壤无机氮、微生物生物量氮动态、植株吸氮量动态以及收获期主要土壤肥力因子、水稻产量和植株各部分氮素累积量,分析秸秆还田与水分管理制度下水稻氮素吸收和氮肥利用率的特征及其影响因素。结果表明:秸秆还田提高了土壤有机碳和全氮含量以及土壤p H,长期淹水较之间歇灌溉降低了土壤有机碳、全氮和全磷含量。在氮肥用量一致条件下,早稻季秸秆还田降低了分蘖期土壤氮素有效性,导致水稻生育期内氮素吸收量显著下降,且显著降低水稻籽粒产量及氮肥利用率;氮肥利用率较对照下降2.0~7.6个百分点,且随秸秆还田量的增加而降低。晚稻季秸秆还田提高了生育期内土壤氮素有效性,显著提高了水稻生育期内氮素吸收量,增加水稻产量且显著提高氮肥利用率;氮肥利用率较对照提高8.6~13个百分点,且随秸秆还田量的增加而增加。研究表明,间歇灌溉和长期淹水灌溉两种水分管理方式对水稻氮素吸收、籽粒产量及氮肥利用率的影响差异不显著。早稻季秸秆还田配合长期淹水灌溉将加剧水稻产量和氮肥利用率下降。双季稻稻田实行间歇灌溉下的早稻季秸秆不还田、晚稻季秸秆全量还田(6 t/hm2)有利于获得较高水稻产量和氮肥利用率。     

Effect of Nitrogen Applied Before Transplanting on NUE in Rice

Nitrogen （N） application before transplanting, where N fertilizers are applied in seedling-bed and carried to the paddy field with seedlings, is a novel method proposed in this article aiming for improving nitrogen utilization efficiency （NUE） in rice. The effect of this method on mineral N distribution in the rhizosphere soil was investigated in a field experiment with a japonica variety, Ningjing 2, in seasons of 2004 and 2005. There were four levels of N applied 16 h before transplanting： zero N （NO）, 207 kg ha^-1 （NL）, 310.5 kg ha^-1 （NM）, and 414 kg ha^-1 （NH）. The result indicated that N fertilizer before transplantation had positive effect of increasing mineral N content in the rhizosphere soil of rice. Generally, N content in the rhizosphere soil of rice tended to increase with the amount of N fertilizer before transplanting, with the NH treatment having the largest effect. Additionally, N fertilizer before transplanting had significant influence on rice NUE and grain yield. Compared with other treatments, the NM treatment showed the largest influence, with basal-tillering NUE, total NUE, and grain yield being 15%, 12%, and 529.5 kg ha^-1 higher than those of NO treatment. This result indicated that N fertilizer before transplantation had positive effect on mineral N distribution in the rhizosphere soil of rice, thus improving NUE and grain yield.     

氮高效利用基因型水稻根系形态和活力特征

【目的】研究水稻（Oryza sativa）氮高效利用基因型根系形态和活力变化,为根系的栽培调控和育种改良提供理论依据和技术参考。【方法】选择前期筛选出的水稻氮利用效率高低不一的基因型为试验材料,在比较氮利用效率基因型差异的基础上,采用水培试验,利用根系分析系统提取苗期至抽穗期不定根、粗分枝根和细分枝根的长度、表面积和体积等形态指标数据,探讨各类根形态与氮吸收的关系,同时分析氮高效利用基因型中典型材料不同供氮水平下根系活力变化。【结果】（1）水稻产量和氮利用效率呈现极显著的基因型差异,氮高效利用基因型籽粒产量、籽粒氮积累量、氮素干物质生产效率、氮素籽粒生产效率和氮素收获指数比低效基因型高50.20%、34.20%、11.48%、26.01%和12.50%。拔节期和抽穗期水稻干物质量、氮积累量与籽粒产量、氮素籽粒生产效率、氮素收获指数均呈现显著或极显著正相关,抽穗前（特别是拔节期和抽穗期）的物质积累和氮的吸收显著影响水稻产量和氮利用效率的提高。（2）低氮水平下,氮高、低利用效率基因型间的根系形态指标差异显著。细分枝根根长占水稻总根长的比重最大,为73.40%,且高效基因型在苗期、分蘖期、拔节期和抽穗期比低效基因型分别高32.09%、14.66%、14.40%和12.69%;粗分枝根表面积和体积分别占水稻总表面积和总体积29.81%和43.50%,其中高效基因型粗分枝根表面积在拔节期和抽穗期比低效基因型分别高94.70%和64.38%,体积分别高90.24%和58.18%;不定根根长、表面积和体积分别占水稻总根长、总表面积和总体积19.68%、36.66%和41.19%,且高效基因型不定根根长、表面积和体积在拔节期比低效基因型高40.84%、44.90%和51.02%,差异最大。（3）氮高效利用基因型根系吸收面积和还原力随着氮水平的提高显著降低,而氧化力变化不大。相同氮水平下,氮高效利用基因型拔节后总吸收面积、活跃吸收面积、氧化力、还原力分别为低效基因型的1.3-2.1倍、1.1-3.2倍、1.0-3.0倍、1.4-2.2倍。（4）低氮水平下,粗分枝根的根长、表面积和体积对氮积累量影响程度最大,为47.1%-78.4%。粗分枝根的发育情况直接影响氮的吸收,从而影响水稻产量和氮利用效率。【结论】低氮条件下良好的根系形态和生理活性是水稻氮高效利用的重要特征。培育氮高效利用基因型,可对水稻营养生长期根系形态和活性加以遗传改良,尤其是提高粗分枝根的比例,以期塑造良好的根系构型。     

广东省60年水稻肥料利用率综述

通过系统整理分析60年来广东省在水稻肥料利用率上的研究文献,结果表明,广东省氮、磷、钾肥利用率的均值分别为32.56%、23.17%和44.46%,随着施肥量的增加,氮、磷、钾的肥料利用率呈下降趋势。其中氮肥和磷肥利用率在1949—1980年、1980—2000年和2000—2010年3个阶段均呈"高—低—高"趋势变化,但钾肥利用率1980—2000年间为47.69%,高于2000—2010年的39.98%。不同施肥技术下氮肥利用率差异较大,控释肥技术为47.20%,配方施肥技术为36.65%,常规施肥技术为26.18%,从产量和肥料利用率层面来考虑,控释肥技术是目前最优的施肥技术。