相同气候背景下南北方稻田土壤上水稻生长及氮响应差异研究

【目的】土壤是影响作物产量和氮肥吸收利用的因素之一,深入研究南北方稻田土壤对水稻生长及氮效率的影响,以期为调控区域水稻高产优质提供参考。【方法】2018—2019年,以黑龙江省黑土型水稻土,江苏省乌栅土型水稻土为试验材料,在黑龙江省哈尔滨市进行水稻盆栽试验。每种土壤设置3个施氮水平,即N0：不施氮肥;N1：0.87 g N/pot（相当于150 kg N·hm^-2）;N2：1.74 g N/pot（相当于300 kg N·hm^-2）。测定水稻分蘖、SPAD值、分蘖成穗率、土壤矿化氮量、水稻产量和氮效率。【结果】黑土型水稻土的早期分蘖对施氮有响应,分蘖数随施氮量增加而增加,而乌栅土型水稻土的分蘖在拔节期后才对施氮有响应。土壤对水稻分蘖的影响存在年际间差异,2018年土壤类型对分蘖数有显著影响,不施氮时乌栅土型水稻土的分蘖数比黑土型水稻土高4.41%—43.04%,而施氮后乌栅土型水稻土比黑土型水稻土的分蘖数低8.25%—12.98%;2019年黑土型水稻土的分蘖数多数高于乌栅土型水稻土4.41%—46.53%。两种水稻土的分蘖成穗率与叶片SPAD值在2018年有显著差异,乌栅土型水稻土的叶片SPAD值比黑土型水稻土高19.28%—21.19%,乌栅土型水稻土的分蘖成穗率比黑土型水稻土高23.89%—40.53%,2019年土壤类型对水稻分蘖成穗率与叶片SPAD值均无显著影响。28 d淹水培养试验表明,两种土壤的无机氮总量基本相同,乌栅土型水稻土的初始矿化速率比黑土型水稻土高,但后期矿化速率比黑土型水稻土低,黑土型水稻土的矿化势更高,有更大的矿化潜力。黑土型水稻土的AE_N（氮肥农学效率）比乌栅土型水稻土高,而乌栅土型水稻土的PFP_N（氮肥偏生产力）比黑土型水稻土高,乌栅土型水稻土的Y₀/Nr（Y₀为无肥区产量,Nr为施氮量）更高,供氮与施氮更加协调。2018年黑土型水稻土的RE_N（氮肥吸收利用率）和PE_N（氮肥生理利用率）均显著高于乌栅土型水稻土,2019年土壤类型对RE_N和PE_N无显著影响。【结论】土壤差异不是南北方稻田氮效率差异的决定性因素,氮效率差异是土壤、气候和品种等因素共同作用的结果。相对于黑土型水稻土而言,前期养分供应能力强的乌栅土型水稻土应减施基、蘖肥,适当增施穗肥,以保证后期供氮促进水稻高产。     

协调水稻产量和品质的植株临界氮浓度的确定

根据植株氮营养状况指导优质米生产具有重要意义。试验以五优稻4号为供试材料,以密度为主区（密度分别为每平方米18穴和25穴）,氮量为副区（氮量分别为0、75、105、135 kg hm?2）,测定水稻植株全氮、籽粒无机氮含量、水稻产量和品质等指标,以期为实现水稻丰产优质提供理论依据。结果表明:施氮量和水稻产量呈2次曲线关系,最高产量施氮量为113 ~ 119 kg hm?2,经济合理施氮量为110 ~ 116 kg hm?2;随着施氮量增加,各个时期水稻植株含氮量,收获期籽粒铵态氮和硝态氮含量显著提高,N105处理与N0处理间上述指标差异均显著（P < 0.05）,而 N105和N135处理间只有籽粒无机氮含量差异显著;施氮后籽粒蛋白质含量有增加趋势,随着施氮量增加稻米食味值下降,N135处理食味降低超过10%（P < 0.05）,其他处理间差异不显著。密度增加,水稻氮素积累量增加,产量提高了11.4%;稀植有利于提高地上部含氮量、籽粒铵态氮和硝态氮含量;稀植出米率提高了4.77个百分点（P < 0.05）,食味值有降低趋势。根据肥料效应函数以及施氮量和植株含氮量关系函数,拔节期和抽穗期,D1密度下植株临界氮浓度分别为15.26 ~ 16.18 g kg?1和22.65 ~ 25.98 g kg?1,D2密度下对应值分别为11.71 ~ 12.94 g kg?1和20.73 ~ 23.24 g kg?1。上述结果表明,合理密植有利于水稻高产,氮量过高不利于水稻高产和优质。在水稻丰产和优质的情况下,氮肥用量在91 ~ 105 kg hm?2比较合适,抽穗期叶片含氮量24.82 ~ 25.98 g kg?1（D1）和22.18 ~ 23.24 g kg?1（D2）可以作为协同实现水稻丰产优质的诊断指标。     

确定经济合理施氮量的新方法:基于施氮量与稻米产量效应函数

  【目的】  探究实现水稻高产、优质和氮肥高效的密度与施氮量协同组合。  【方法】  于2018—2019年,在黑龙江省五常市龙凤山乡辉煌村进行田间试验。采用裂区试验方法,以‘五优稻4号’为供试品种。以密度为主区,设置15穴/m2 (D1)和24穴/m2 (D2);以施氮量为副区,设施氮(N）量为0、75、105、135 kg/hm2 4个水平,分别表示为N0、N75、N105、N135处理。在水稻成熟期,测定了植株地上部干物重、稻谷产量、精米产量、精米率、蛋白质含量、直链淀粉含量、食味值等指标;比较了稻谷产量与精米产量确定的施氮量差异。  【结果】  在D1、D2两个密度下,随着施氮量的增加,稻谷产量、地上部干物重、精米产量都呈先升高后降低的趋势,均在N105达到最大值。除D1密度下N105处理的稻谷产量与N135处理差异不显著外,其余均显著高于其他处理,而N135处理的稻谷产量与N75处理无显著差异,但2018年地上部干物重却显著高于N75处理。随着施氮量的提高,精米蛋白质含量呈现增加趋势,精米率和食味值却呈降低趋势。与N0相比,N135处理精米蛋白质含量平均提高了7.58%,精米率和食味值分别平均降低了8.81%和10.24%。N105处理的氮素回收率显著高于N75和N135处理,农学效率、氮肥生理利用率和偏生产力均显著高于N135处理。D2密度下精米蛋白质含量低于D1密度处理,而精米率和食味品质高于D1密度处理,D2密度下的稻谷产量、氮积累量和精米产量均高于D1密度处理,氮积累量和氮肥偏生产力比D1处理平均提高了40.35%和 40.31%,两个密度间氮肥回收率、农学效率和氮肥生理利用率无明显差异。农户直接出售优质米使经济效益提高了7428元/hm2,D2密度使经济效益额外增加了4229元/hm2。施氮量与稻谷产量、精米产量均呈二次曲线关系,依据施氮量与稻谷产量效应函数,确定经济最佳施氮量为96.4～123.7 kg/hm2;依据施氮量与精米产量效应函数,确定的适宜施氮量为76.2～105.9 kg/hm2。  【结论】  适度密植(24穴/m2)有利于稻谷产量、氮素吸收量的提高,而不影响食味值和精米率。在本试验水稻适宜密植条件下,基于施氮量和精米产量效应函数确定的适宜施氮量为76.2～105.9 kg/hm2,该施氮量的确定方法有利于协同实现稻米高产优质和氮肥减施增效。