摘要
氮素是农业生产中投入最多的养分元素,氮对水稻生产的影响仅次于水,但却构成水稻生产成本投入的主要部分。中国水稻种植面积占世界水稻种植面积的20％,而中国水稻氮肥用量占全球水稻氮肥总用量的37％。中国稻田单季水稻氮肥用量平均为180 kg/hm2,这一用量比世界稻田氮肥单位面积平均用量大约高75％左右。在中国氮肥成本占水稻生产外部投入总成本的份额高达35％。氮肥施入土壤后,如果不能被作物吸收,就会造成大量损失而产生一系列的环境问题。 随着粮食生产水平和产量的提高,化肥的施用量不断增加,尤其是氮肥。与其他主要水稻生产国相比,中国稻田氮肥施用量较高而利用率较低。稻田氮肥利用率低和大量的氮素损失在造成资源浪费、水稻生产成本增加、农民增产不增收的同时还导致一系列不良的环境反应。目前,选用氮高效基因型品种和合理的氮肥调控是提高水稻氮素利用效率和降低环境氮污染最有效的途径。本研究的主要结论如下: (1)氮利用效率定义为作物籽粒产量除以供氮量,由于介质供氮量(包括土壤有效氮和肥料氮量)比较难于计算,在统一供氮水平时作物(相同生育期)产量可表征为氮利用效率:当不论介质供氮水平如何,水稻的产量均高于其同一生育期的水稻平均产量时,该水稻即可定义为氮高效基因型,反之则定义为氮低效基因型。根据174个基因型在两个供氨水平下的产量平均值可将其分为四个类型:(1)双高效型,此类基因型在低氮和高氮水平下的产量均高于供试基因型的平均值；(2)高氮高效型,此类基因型在低氮水平下的产量低于供试基因型的平均值,高氮水平下则相反；(3)低氮高效型,此类基因型在低氮水平下的产量高于供试基因型的平均值,高氮水平下则相反；(4)双低效型,此类基因型在低氮和高氮水平下的产量均低于供试基因型的平均值。 (2)生育期作为水稻重要的农艺性状得到育种家和水稻生产者的极大重视,其通常是育种的重要目标之一。水稻生育期与植物生长参数的相关系数在不施氮时均较施用氮肥时的大。这表明水稻的产量在供氮水平较低时较大程度地依赖于其生育期。在不施氮时水稻生物产量与生育期呈极显著正相关关系,当施用氮肥水平为300 kg/hm2时他们的正相关关系反而不密切,这可能是因为生育期越长,水稻植株往往对体内氮的再利用程度依赖就越强。 (3)在2个氮肥处理条件下,不同基因型水稻的最高分蘖数、有效穗数和成穗率均存在显著差异。与不施氮处理相比,施氮处理明显增加了最高分蘖数和有效穗数,但不同基因型增加的幅度不同。随施氮量增加穗总粒数、结实率和成穗率有减少的趋势,这种变化趋势与前人的研究结果是一致的。从类型间看,杂交籼稻的最高分蘖数增加的幅度最大,但其成穗率降低的幅度也最大,而有效穗数增加幅度最大的是常规粳稻。 (4)不同施肥水平下,不同基因型的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力不同,随着施氮量增加,氮肥农学利用率和氮肥偏生产力下降。在同一施肥水平下,不同基因型表现不同,且差异较大。在增产品种中氮肥农学利用率平均值为5.94kg/kg,最小值为O.15 kg/kg,最大值为27.00 kg/kg；氮肥偏生产力平均值为27.02 kg/kg,最小值为9.00 kg/kg,最大值为45.45kg/kg,最大值较最小值高出4倍以上,以上情况表明供试材料存在广泛的基因型差异。 (5)不同基因型水稻在不同氮素水平的籽粒产量差异非常显著,在340个参试品种中有174个品种随着施氮量的增加而增加,其中有70个品种无论是低氮还是高氮水平下,籽粒产量都较低,说明这70个品种对氮肥的响应度低,有22个品种在不施氮肥条件下的产量较小,而在施氮肥条件下产量增加较大,对氮肥的响应度大。 (6)产量构成因子在不同氮水平下对籽粒产量的贡献是不同的,施氮水平对水稻产量构成因子影响很大,其中有效穗数随着施肥量的增加而显著增加。单位面积有效穗数对产量贡献最大,而每穗结实率和千粒重则位居其次。 (7)水稻高产是单位面积穗数、每穗粒数、结实率和千粒重协调发展的结果。其中粒重是决定产量的最后一个因素,其降低无法得到其他产量因素的补偿,因此在高产栽培中,成为影响产量的主要矛盾。本研究从施氮总量角度研究了氮素与粒重的关系,结果表明,施氮水平对水稻粒重具有一定的调节作用。但粒重对氮素的反应存在显著的基因型差异,绝大多数品种粒重降低,较少品种粒重提高。可见,通过氮素调节水稻粒重须因品种而异。
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