不同氮肥水平对水稻15N吸收的影响

李建辉　徐宝安　苍真名等

摘要 采用田间试验的方法，利用15N同位素示踪技术，研究了施氮对龙粳31和空育131两个水稻品种15N吸收与分配的影响。试验结果表明：植株生长前期水稻吸收的氮素的量最高；水稻籽粒中的15N累积分配量龙粳31高于空育131，而在茎秆龙粳31低于空育131；水稻吸收的氮在植株体内的重新分配和转运效率对龙粳31的产量增加有重要作用。

关键词 水稻；15N；吸收；分配

中图分类号 S143.1 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2015）15-090-02

Effects of Different Nitrogen Application Rates on 15N Absorption of Rice

LI Jianhui1，2， XU Baoan3， CANG Zhenming1， JIAO Feng1* et al

（1.Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing， Heilongjiang 163319； 2.Heilongjiang Shuguang Farm， Jiamusi， Heilongjiang 154451； 3.Heilongjiang Beidahuang Rice Industry Group Co.Ltd.， Harbin， Heilongjiang 150090）

Abstract In field experiments， the effect of nitrogen application on 15N absorption and distribution of Longjing 31 and Kongyu131 rice varieties was studied by 15N isotopic trace technique.The results showed that nitrogen absorbed by rice plant is the most in the early plant growth， and 15N accumulation of Longjing 31 grains are higher than Kongyu131， but stem organ is the opposite； the reallocation and transfer efficiency of nitrogen absorbed by rice have an important role to the increasing of Longjing 31 output.

Key words Rice； 15N； Absorption； Distribution

氮是作物必須的营养元素，对作物生长和产量有重要影响[1-4]。水稻产量的形成在很大程度上取决于氮素在营养器官和生殖器官中的积累和运移分配[5-6]。一般认为，水稻对氮素利用吸收起决定作用的生育时期是分蘖期到开花期。这一生育阶段吸收的氮素主要贮藏在叶中[7]。当水稻进入开花期，贮藏于营养器官中的氮素就开始向籽粒中运转，以满足籽粒灌浆对氮素的需求[8-9]。对水稻生产中氮素吸收和运转等方面进行深入研究，更有利于人们对水稻生长发育的深层次理解和调控。

在当前农业生产情况下，依据作物生长过程中对肥料的需求，合理地施用化学肥料，在获得合理产量的同时，又能极大地提高施入肥料的利用效率。据此，笔者利用N15同位素示踪技术，通过田间小区试验与室内分析相结合的方法，研究黑龙江省水稻主产区两个主栽品种不同施氮处理的植株氮素吸收与分配规律，以期进一步明确水稻氮营养规律，为黑龙江省水稻主产区科学合理的施用氮肥和水稻栽培过程中的氮营养管理提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验设计

田间试验在黑龙江省八五八农场科技园区内进行。土壤类型为草甸白浆土。试验前土壤的基础肥力状况为：有机质31.13 g/kg、碱解氮163.51 mg/kg、有效磷31.14 mg/kg、速效钾116.65 mg/kg、pH 6.02。根据不同施氮水平，设N0、N1、N2、N3、N4 5个处理，各处理纯氮施用量分别为0、90、150、210、270 kg/hm2，作为基肥、蘖肥、穗肥的氮肥比例为4∶3∶3。氮肥的氮源为尿素（N，46%）；磷肥为过磷酸钙（P2O5，17%），施入量为P2O5 60 kg/hm2；钾肥为硫酸钾（K2O，50%），施入量为K2O 90 kg/hm2。磷肥做基肥一次施入，钾肥60%做基肥施入、40%做穗肥施入。

同时，在各处理中设置微区试验。微区试验用上下敞开PVC圆筒打入土中约45 cm，圆筒高60 cm、直径25 cm，每圆筒内插秧1穴，施肥量与所在的小区相同，整个微区单穴施肥。微区采用15N同位素示踪技术，同位素为15N标记尿素（丰度5%，上海化工研究院生产）。试验采用随机区组设计，4次重复。各处理水稻插秧穴距14 cm，行距30 cm，每穴3株。每个处理7行区（宽2 m），行长10 m。

供试水稻品种为水稻新品种龙粳31和黑龙江水稻主产区常规品种空育131。试验田5月15日插秧。其他试验过程中的田间管理方式同大田。

1.2 样品采集及分析

在水稻分蘖、拔节、开花和成熟期4个关键生育期，在每个小区取具有代表性的水稻植株3穴，按照茎秆、叶片和籽粒等不同器官进行分离；在微区试验中，水稻在完全成熟后进行收获，按照不同器官将微区试验水稻植株分为茎叶、籽粒和根系3个部分。所有植株样品均用清水和去离子水多次清洗，于105 ℃杀青30 min后，75 ℃烘干至恒重，并称重，然后粉碎过1 mm筛，分析植株养分含量。

植株氮含量用H2SO4K2SO4CuSO4密闭消煮[10]，用BUCHI公司生产的KjelFlex K360定氮仪测定；微区试验同位素15N丰度值用Europa Scientifi公司生产的Integra CN专用同位素质谱仪测定。植株中来自肥料氮的百分比（Ndff）为植株N原子百分超与肥料N原子百分超的比值。

1.3 数据处理与统计分析 全部试验数据用Excel 2003进行处理，利用SAS 9.2进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同生育期水稻植株的氮含量

从表1可以看出，分蘖期水稻植株中氮含量最高，随着水稻生长发育的进行，水稻各器官干物质积累量不断增大，植株氮含量逐渐降低。这可能是因为干物质的快速积累对植株中N产生明显的稀释作用，成熟期植株N含量最小。在水稻生育后期，营养器官中的N会向贮藏器官运转和抽调，因而茎秆等器官中的N含量明显下降。不同氮肥水平对水稻N含量产生极为明显的影响。N0处理中的植株N含量低于其他处理，同时尽管不同器官氮含量不同，但是均隨着施氮水平的增加而增加。当植株达到生理成熟时，试验中不同品种收获器官N含量表现为龙粳31高于空育131，两个水稻品种茎部N含量的差异达到0.01显著水平。

2.2 不同处理对水稻植株氮积累的影响

从表2可以看出，随着水稻生育进程的不断推进，植株N素的累积总量不断提高，在水稻生育中间阶段（分蘖-拔节）植株获得最大的N素累积量，接近整个生育进程的40%，而生育前期（出苗-分蘖）则出现另一个N素累积峰值。由此可知，在整个生育进程中水稻对N素的吸收基本发生在生育前期，也就是营养生长时期，而在生殖生长时期N素的吸收量较小，水稻收获器官积累的氮素基本来自于植株生长前期，即营养生长阶段累积N素的运转与再分配。施N处理明显对水稻植株N的吸收有促进作用。对于处于相同生长阶段的水稻植株，随着N肥水平的增加，植株N的累积总量也增大。在水稻生育末期，N1～N4处理龙粳31植株N素吸收量与N0相比分别提高了42.0%、91.2%、116.9%和121.0%，可知龙粳31品种在吸N量方面比空育131水稻品种反应更加敏感。

2.3 15N在水稻植株中的吸收与分配

从表3可以看出，在植株收获时（成熟期）水稻不同部位的同位素15N累积总量有明显的不同，具体表现为籽粒中含量最高，茎秆和叶片中次之，根中的同位素15N含量最少。产生这种现象的原因可能是水稻植株各器官中干物质累积量不同，特别是根部器官的干物质累积量较少，龙粳31收获器官中干物质累积是地下根系的5.2～6.2倍，而茎秆和叶部的干物质累积量是根系的4.4～5.5倍。不同品种相比较来看，N1～N4处理龙粳31收获器官中15N 总量分别比空育131高出27.9%、37.5%、23.9%和33.0%，而其他器官则没有表现出明显差异。15N同位素在收获器官中累积的百分比随着N肥投入水平的提高表现出下降的趋势，而茎秆和叶片则相反。对于试验中的不同水稻品种，同位素15N积累在收获器官、茎秆和叶片等部位均表现出差异，龙粳31的收获器官15N的累积百分比与空育131高3.1%～7.5%，而在其他器官中茎秆和叶片累积总和下降32%～7.9%。

3 结论与讨论

一直以来，水稻不同生长发育阶段植株氮素的累积动态

变化是氮营养研究的热点。曹洪生等[11]研究表明，水稻植株的蘖、穗形成的生长发育时期对氮素的需求量最大；王秀芹[12]则认为，水稻植株对氮素的吸收利用峰值出现在拔节期到穗形成期，水稻全生育期吸收氮素的50%左右在此阶段吸收。该试验结果显示，在植株生长前期（蘖形成期至拔节期）水稻吸收氮素的量最高，接近整个生长发育阶段氮吸收总量的40%，其他的氮素吸收峰值出现在分蘖期以前。因而，水稻在生长发育前期对氮素的需求量较高。良好的氮营养环境可以促进叶片的生长发育，增大叶面积，对叶部器官光合作用的顺利进行提供保障[13]，还可以促进有效分蘖数量的增加，以减少后期部分籽粒不能及时完成灌浆而对产量造成的不良影响，此外对水稻千粒重有积极的影响，最终提高水稻的单位面积产量[14]。

同位素示踪试验结果表明，2个品种水稻均表现为随着氮素投入水平的增加，15N在水稻收获器官中累积量减少，而在水稻茎部器官和叶部器官中累积量增加，龙粳31和空育131根系中15N累积量差异不显著；氮素水平的增大改善了水稻的营养环境，增强了施入肥料氮在植株营养器官中的累积。该试验结果还表明，吸收的肥料中氮在水稻植株中的分布情况为籽粒>茎部和叶部>根系，同时在水稻根中15N的累积量与地上部器官比明显变小。可能有2个原因产生这种现象：①一般，作物根部器官的生物学产量较小，直接导致15N累积量较低；②在作物生长发育过程中，通过根系从肥料中吸收大量的氮素（15N），随着营养器官的快速发育，这些累积的氮素快速向地上部转运，大部分在地上部营养器官中进行氮的同化[1]。从不同品种来看，龙粳31籽粒中的15N 累积分配量高于空育131，而在茎部器官中相反，即龙粳31低于空育131。综上所述，水稻吸收的氮在植株体内的重新分配和转运效率对龙粳31产量的增加有重要作用。

参考文献

[1]

JIAO F，WU J H，YU L H，et al.15N Tracer technique analysis of the absorption and utilisation of nitrogen fertiliser by potatoes[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems，2013，95（3）：345-351.

[2] 焦峰，贺海霞，魏贤斌，等.不同氮水平对马铃薯块茎增长、产量和维生素含量的影响[J].黑龙江八一农垦大学学报，2013，25（4）：1-3.