无标题

1.3 测定项目及方法 

1.3.1  同位素¹⁵N 丰度值 在本试验开始前与水稻收获后，采用五点取样法于¹⁵N 微区框中的取植株与土壤（取样，土壤基础养分采用参考鲍士旦^[10] 方法测定。植株烘干后使用小型粉样机粉碎为粉末待测，使用稳定同位素比例质谱仪（Isoprame 100， 英国）测定¹⁵N 示踪微区植株和土壤样品的^15N 丰度，参照Wang 等^[11]和李鹏飞等^[12]的方法计算：¹⁵N 原子百分超（%）=样品或¹⁵N 标记肥料的¹⁵N丰度– ¹⁵N天然丰度；植株¹⁵N 积累量=植株干物质量×植株氮含量× ¹⁵N 原子百分超；¹⁵N 利用率（%）=植株N积累量/投入肥料¹⁵N 量×100；¹⁵N 土壤残留量（kg N/hm²）=土样干重×土壤 氮含量（%）×土壤¹⁵N 原子百分超×100；¹⁵N 土壤残留率（%）= ¹⁵N 土壤残留量/投入肥料¹⁵N 量×100；¹⁵N 损失率（%）=100%– ¹⁵N 利用率– ¹⁵N 土壤 残留率；氮肥回收利用效率（%）=[施氮肥处理氮素吸 收量（kg）–氮空白处理氮素吸收量（kg）]/施氮量（kg）100。 

1.3.2 土壤酶活性 采用靛蓝比色法测定土壤脲酶活性，具体参考Tabatabai ^[13]；参考Johnson 等^[14] 的方法测定土壤过氧化氢酶（CAT）活性。 

1.3.3 考种与计产 在成熟期，每个小区取 3 个 10 穴进行考种，得出穗粒数、千粒重以及结实率（水 漂法）。小区实收计产。 

1.4   数据处理 

用SAS/STAT 统计软件（Version 6.12，SAS Institute）进行数据方差分析，采用Office 2016 和Origin 软件进行图表处理。 

2  结果与分析

2.1  不同处理对水稻产量及其构成因素的影响 

由表2 可知，0N 处理的产量最低，而不同栽培措施处理对武运粳24 产量及其构成因素具有显著影响。与 LFP 处理相比，随着各项栽培措施引入应用，产量逐步提高，由低到高依次为ICM1、ICM2、ICM3。2018 年各处理与 LFP 相比，产量分别增加了 21.9%、13.3%、6.1%；2019 年各处理与LFP 相比，产量分别增加了 17.8%、11.6%、2.5%。2 年产量均以 ICM3 处理最高，显著高于其余各处理。由表2 可知，与 LFP 相比，各综合管理措施结实率与千粒重无较大的变化及明显的规律，而穗数与总颖花数都呈现显著增加的趋势。与LFP 相比，2018 年 ICM1、ICM2、ICM3 的穗数分别增加了5.7%、12.4%、20.1%，总颖花数则分别增加了4.7%、10.5%、16.8%。2019 年结果与2018 年趋势一致，与LFP 相比，ICM1、ICM2、ICM3 的穗数分别增加了4.5%、10.6%、19.0%，总颖花数则分别增加了3.9%、10.9%、16.9%。与 LFP 相比，各综合管理措施 2 年间氮肥回收利用率皆有显著提高。由于各综合管理措施拥有较高的穗数及总颖花数，所以产量显著高于LFP。

2.2 不同处理对N 积累量及吸收量的影响 

由图 1 可知，随着水稻生育时期的推进，氮素积累量逐渐增加。在各栽培处理下 2018-2019 年氮素积累量由高到低均为 ICM3、ICM2、ICM1、LFP、0N。各生育阶段氮素吸收量均呈现先降低再增加的趋势，采用全生育期轻干湿交替灌溉的综合管理措施2（ICM2）各生育阶段氮素吸收量和氮积累量都显著高于LFP，这可能与轻干湿交替灌溉能够有效促进根系生长，增强根系活力有关。在此基础之上，增施有机肥的综合管理措施3（ICM3）进一步增加植株全生育期的氮素积累量，这可能与增施有机肥能够有效改善土壤质量，提高土壤氮素库容有关。

2.3 不同处理下¹⁵N 标记的基肥吸收利用效率分析 

利用¹⁵N 标记尿素基肥示踪分析基肥氮素的去向，发现其中 25.76%氮素被植株吸收，24.46%氮 素残留在土壤中，49.78%的氮素通过淋溶、径流、硝化反硝化等途径散失到环境中（表3）。相较于LFP，综合管理措施能够显著提高作物对基肥氮素的吸收比例（38.8%~61.3%），降低土壤中的残留比例（10.3%~24.8%），减少基肥氮向环境中的损失比例（1.8%~18.1%）。其中 ICM3 处理效果最好，主要是由于该处理综合采用了增密减氮、前氮后移、轻干湿交替灌溉、增施有机肥等优化栽培措施，极大地增加了植株对基肥的利用效率，土壤肥力得到改善，一部分基肥固持在土壤中，可以为下季作物提供养分，同时减少了基肥氮素向环境的损失。

植株吸收的基肥中氮素在根、叶、茎、穗中的分配比例2 年平均分别为 5.7%、18.4%、23.3%、 52.6%（表 4）。随着各项栽培措施的优化，根系与叶片中氮素的分配量逐渐上升，而占比呈现下降趋势，植株茎中氮素的分配量逐渐增加，但分配比 例呈先增加后下降的趋势，并在 ICM2 处理中达到 最高，植株穗中氮素的分配量及比例均呈现上升的趋势。优化栽培措施对基肥氮素在根、茎、叶中的分配影响不大，主要增加了氮素向籽粒的转运。这与水稻籽粒灌浆过程中优化的栽培措施有利于干物质向籽粒的转运、加速籽粒中氨基酸与蛋白质的合成有关。2018 与2019 年试验结果趋势一致。

图2 为 2018-2019 年不同栽培措施下基肥氮素 被植株吸收的量及其占植株总氮吸收比例。其中LFP 处理基肥氮施用量大（150 kg N/hm²），其基肥氮素吸收占植株总氮吸收比例高于其他处理。各综合管理措施处理中，基肥氮施用量为108 kgN/hm²。随着栽培措施的优化，基肥的贡献率逐步上升，采用轻干湿交替灌溉的处理（ICM2、ICM3）的吸氮量显著高于对照，轻干湿交替灌溉有利于根 系对氮素的吸收，促进其生长发育，形成健壮的根系，有利于氮素吸收。增施有机肥处理（ICM3） 的吸氮量显著高于其他处理，这是由于有机、无机肥配施，能够改善土壤质量，提高土壤氮素库容。 

2.4   不同栽培措施处理的土壤酶活性差异 

土壤酶活性是土壤肥力演变的重要指标之一，其中CAT 活性可以表征土壤生物氧化程度，与物质能量循环相关；脲酶是促进土壤氮循环的重要酶类，有机质和速效氮含量的增加均可以提高脲酶活性。由图3 可知，土壤中CAT 活性在分蘖期达到最大，随着生育时期的推进，土壤中的酶活性逐渐降低。栽培措施的优化在分蘖期对土壤酶活性影响较大，且随着栽培措施的优化，土壤中酶活性提升越明显。ICM2 处理中轻干湿交替灌溉能够提高土壤氧化还原电位，从而提高 CAT 活性。ICM3 处理在分蘖期至孕穗期酶活性都显著高于其他处理，这 与该处理中有机肥的施用有关。0N 处理的 CAT 活 性远远低于其他处理，2 年间的趋势一致。土壤脲酶活性与 CAT 活性变化趋势基本一致，在分蘖期达到最大值，随后逐渐下降至成熟期趋于稳定，不同生育期各处理的趋势一致，采用轻干湿交替灌溉 措施的处理（ICM2、ICM3）土壤脲酶活性显著增加，增施有机肥（ICM3）也能显著提高脲酶活性。 

3  讨论

基肥对早期水稻生长非常重要，合理充足的基 肥能够促进水稻分蘖，也是单位面积穗数形成的养分基础。但前人^[15]研究也表明，前期过多施用氮肥， 会加剧无效分蘖的形成，影响作物产量，同时过量 基肥的施用会导致氮素损失严重，氮肥利用效率低下。本研究结果表明，与LFP 相比，各综合管理措 施虽然减少了前期氮肥的施用，但产量均有所提高，与前人^[16-18]研究结果相似。其中，ICM1 处理 采用增密减氮、前氮后移的氮肥运筹方式，适当减少了氮肥投入，增加了基本苗数量，同时氮肥后移 有利于满足水稻穗分化期较高的氮素需求，进而提高产量，增加氮肥利用效率。ICM2 处理采用轻干 湿交替灌溉，增产效果明显。这是由于轻干湿交替 灌溉能够增强根系活力，促进根系对土壤氮素的吸收。在生育后期，轻干湿交替灌溉有利于茎鞘中贮 存的非结构性碳水化合物向籽粒转运，从而提高产量，这与褚光等[19]的研究结果相似。ICM3 处理在轻干湿交替灌溉的基础上，增加了有机肥的施用，其穗数及总颖花数相较于 LFP 有显著提高。有机、无机肥配合施用能够有效提高土壤有机质含量，改 善土壤结构，是提高土壤酶活性、减少土壤氮素损失的重要措施。在 ICM3 中增施有机肥使土壤供氮性能得以改善，进而提高产量，这与吴珊眉等^[20] 的研究结果相似。李婷婷^[21]和张翰林等^[22]研究结果也表明，改良栽培措施可通过调控土壤的理化性质，促进水稻氮素积累，进而提高产量。通过本研究，我们发现水稻生长前期，植株较小，根系不发达，植株对基肥氮的吸收利用效率 差。可以通过栽培措施如增密减氮、前氮后移、轻干湿交替灌溉、增施有机肥等来改善土壤质量，调控根系活力，进而减少土壤氮素损失，提高水稻根系对氮素的吸收利用，最终提高水稻产量和氮肥利用效率。 

4  结论

针对水稻高产条件下，氮肥投入量大、氮肥损失严重、氮肥利用效率低的问题。本试验通过增密 减氮、前氮后移栽培措施，减少了基肥氮的投入量，促进水稻对土壤库容氮的利用；轻干湿交替灌溉促进了根系生长，增强了根系对氮素的吸收利用；增施有机肥改善了土壤质量，增加了土壤氮素库容， 减少了氮肥向环境中的损失。以上这些研究结果表明，综合栽培措施能够有效增加氮肥利用效率，尤其是基肥氮素利用效率。

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Analysis of Nitrogen Use Efficiency of Base Fertilizer of Rice under Different Crop Management Practices by Using ¹⁵N Labeling 

Xie Hao ^1,2 , Xue Zhangyi^1,2 , Shu Chenchen ^1,2 , Zhang Weiyang ^1,2 , Zhang Hao ^1,2 , Liu Lijun ^1,2 , Wang Zhiqin ^1,2 , Yang Jianchang ^1,2 , Gu Junfei^1,2 

(¹Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology, Yangzhou University / Jiangsu Key Laboratory of Crop Cultivation and Physiology, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu China; ²Jiangsu Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops / Agricultural College, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China) 

Abstract  The 15N labeling was used to trace the fate of base fertilizer nitrogen through to provide theoretical and practical basis for the efficient nitrogen fertilizer management practices in rice. Wuyunjing 24 was used as the experimental material in a two-year field experiment. The effects of different cultivation measures on nitrogen use efficiency of rice base fertilizer were studied by using five treatments (nitrogen blank area, local conventional cultivation, and comprehensive management measures 1-3), such as increasing density and reducing nitrogen, shifting nitrogen before and after, light dry and wet alternate irrigation, and increasing cake fertilizer. The results showed that 25.76%, 24.46%, and 49.78% of the nitrogen from the base fertilizer were absorbed by the plants, remained in the soil, and lost to the environment, respectively. Compared with local farmers’ practice, integrated crop management can significantly increase the uptake ratio of basal nitrogen fertilizer by crops (38.8%-61.3%), reduce the residual ratio in soil (10.3%-24.8%), and reduce the ratio of basal nitrogen fertilizer entering the environment (1.8%-18.1%). Compared with the local farmers’ practice, the integrated crop management had higher nitrogen accumulations all the growth stages; the integrated crop management significantly improved the nitrogen absorption of the basal fertilizer by the plants, reduced the nitrogen loss, and significantly increased the partitioning of nitrogen to the grains. The integrated crop management practices also improved soil quality, the activities of soil urease and catalase. The comprehensive research results showed that the nitrogen absorption of plants, the soil quality, the nitrogen storage capacity of soil, the nitrogen utilization rate of base fertilizer and the yield could be significantly increased by optimizing cultivation measures. 

Key words  Rice; Basal fertilizer nitrogen; Yield; Nitrogen use efficiency

本文发表于《作物杂志》2024年第1期