本文是一篇农业论文，笔者经过研究，得出以下结论：随着氮肥用量的增加干物质和氮素积累增加显著，氮量增加至 165 kg·hm-2 仍旧显著增加，但是过高的氮素积累量对干物质积累有一定的抑制，干物质积累出现降低的趋势，抽穗后的氮素积累量并不是越高越好。
1 引言
1.1 研究目的与意义
水稻是目前我国最重要的粮食作物之一，其产量约为粮食 总产量的 40%[1]。我国有大约60%的人口以稻米为主食，是世界上最大的稻米生产国和消费国[2, 3]。水稻年种植面积约 3000万公顷，约占粮食作物 种植总面积的 1/3[4]。随着人口的增加，到 2050 年为满足我国的粮食需求，我国水稻总产量相比于 2015 年需增加 33%[5]，因此，提高水稻产量对国家粮食安全意义重大。
施用氮肥虽然是 增加水稻产量的重要措施之一，但是由于氮肥的施用方式不合理、利用率较低，不仅会导致氮素的大量损失，还会对生态环境造成不良影响[6, 7]。调查结果显示，中国稻田中氮的施用量显著高于世界平均水平，氮肥的平均施入量大约为 220 kg·hm-2[8]。稻田中的氮肥利用率为 30%-35%，在世界水稻主产国中是比较低的[9, 10]。在“减肥减药”、绿色环保、农业可持续发展的当下，确定稻田合理氮肥用量意义重大[11]。
氮素是作物生长发育过程中必需的营养元素[12]。在一定的供氮范围内，分蘖数的产生速率随氮量的增加而增加[13]。增施氮肥能够增加水稻的分蘖数，但过高的氮肥投入会增加无效分蘖的产生[14, 15]。氮素对水稻的干物质积累和氮素积累影响较大[16, 17]，在一定范围内随着氮量增加，水稻干物质和氮积累量呈上升的趋势，超过一定氮量呈下降趋势，有一个适宜施氮值[18]。在适宜范围内，水稻产量随氮肥施用量的增加而增加，但过量的氮肥投入会增加农民的生产成本，降低氮肥利用效率[19]。
肥料效应函数反映施肥量与产量之间的关系，是确定经济合理施肥量的标准方法，在稻田中被广泛应用[20, 21]。应用肥料效应函数法确定水稻最佳施氮量的研究显示，水稻品种通禾832 在施氮量为 175 kg·hm-2 时产量最高，吉粳 88 号、通禾 820 在施氮量达到 200 kg·hm-2 时产量最高[22]，而黑龙江省水稻最高产量施氮量在 112.5-195.6 kg·hm-2 之间[23, 24]。五常市作为寒地粳稻代表性区域，该地区优质粳稻五优稻 4 号（稻花香 2 号）享誉全国，对于该区域的水稻施肥量确定也多集中于五优稻 4 号，但五优稻 4 号水稻种植面积仅约占五常市水稻种植面积的 60%[25, 26]，另一部分以高产型水稻品种为主的有关研究较少。因不同的水稻品种对氮肥的响应程度区别较大，所以有必要研究该地区高产水稻品种对氮肥的响应和依据肥料效应函数法确定合理施氮量。
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1.2 国内外研究动态
1.2.1 确定施氮量的方法
在农业生产中，明确稻田氮肥施用量的方法主要分为三类[27]：依据肥料效应函数确定稻田施氮量、凭借测试土壤和植物以明确各生育阶段施氮量方法、根据氮素输入和输出的平衡关系计算稻田的氮肥施用量[28]。
1.2.1.1 肥料效应函数确定稻田施氮量
在确定稻田合理施氮量的方法中，在水稻种植中应用肥料效应函数较为普遍，并且是确定氮肥施用量的标准方法[20, 21]。
水稻种植最主要的目的是，在获得较高的经济效益前提下，达到作物高产。不同的生长条件，通过施氮提高产量的效应也不同，因此施氮量和产量的肥料效应关系的类型也不尽相同。迄今为止，应用的肥料效应模型已有 10 余种[29-32]。不同模型表现的变化趋势不同，其中线性的肥料效应模型不能够反映施肥过量造成水稻产量降低，例如线性模型、米氏肥料效应和斯皮尔曼方程，这较适用于土壤肥力低以及肥料施用量较低的种植模式。应用多项式肥料效应模型可以反映肥料过量施用造成的减产。随着肥料施用量的增加，产量达到最高后，有一个产量保持稳定的阶段，可以采用平台模型或者是对数函数[33]。通过产量转折点判断最高产量施肥量，氮肥施用量与植株含氮量、氮效率等指标间同样可以应用肥料效应方程。凭借不同指标为基础的拐点施氮量，以确定不同指标下的最佳施氮量。这是一种直接向水稻“询问”获得适宜施氮量的方法，其真实性和准确性很高，是其它确定肥料用量的方法无法比拟的[34]，并且在国际上被广泛应用以实现施肥用量的计算[35-37]。但是该方法也存在一些弊端，应用此方法需要长期多年的试验为基础，以降低自然因素和人为因素形成的误差，较适用于科学研究推荐施肥。
应用肥料效应函数法确定水稻最佳施氮量的研究显示，我国江苏省稻田最佳施氮量为246.0-283.5 kg·hm-2[38]，湖北省稻田最佳施氮量为 31.4-218.4 kg·hm-2[39]，浙江省稻田的最佳施氮量为 167.0 kg·hm-2[40]，四川省稻田最佳施氮量为 124.7 kg·hm-2[41]，辽宁地区水稻种植区最佳施氮量为 270.0-315.0 kg·hm-2[20]，黑龙江省稻田最佳施氮量为 112.5-195.6 kg·hm-2[23, 24]。同一地区最佳施氮量因土壤而异，江苏省高沙土地区最佳施氮量为 282.0-283.5 kg·hm-2，下河黏土地区最佳施氮量为 246.0-252.0·kg·hm-2[38]。不同土壤肥力，高中低土壤下，水稻最佳施氮量分别为 31.4、218.4、139.5 kg·hm-2[39]。
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2 材料与方法
2.1 试验材料
2018-2019 年在黑龙江省五常市龙凤山乡辉煌村（127º54´E，44º89´N）进行两年的田间试验。水稻生育期的平均温度见图 2-1，生育期平均温度为 19.83-19.87 ℃，相差不大，但是存在阶段差异。2019 年水稻生育前期 5 月 20-23 日温度低于 12 ℃，水稻插秧至 6 月末，2018年 温 度 高 于 2019 年 约 1 ℃， 9 月 至 成 熟 ， 2019 年 平 均 温 度 比 2018 年 高 1 ℃。
农业论文参考
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2.2 试验方法
2.2.1 试验设计
共设置 5 个氮水平：0、75、105、135、165 kg·hm-2 对应处理分别为 N0、N75、N105、N135 和 N165。所有处理 P2O5 施用量 50 kg·hm-2，K2O 施用量 90 kg·hm-2。氮肥 分为 基肥、蘖肥和穂肥，按 4 : 3 : 3 三次 施用；全部 磷肥 和 50%的 钾肥 于整地前 施用，施肥后 旋耕。试验小区 面积 80 m2，各小区 用 35 cm 高塑料 隔板 插入 土壤 20 cm，防止 肥水 串漏，每处理 4次重复。2018 年和 2019 年均是 4 月 12 日播种，5 月 14 日插秧，行距 30 cm，株距 13 cm，每穴苗数 3-5 株，水分、病、虫、草等管理同当地高产管理方式。
2.2.2 样品采集与测试
2.2.2.1 样品采集
2018 年在春季施肥前采集土壤样品，土壤风干后测定土壤基础肥力。除采集土样外，水稻拔节期、抽穗期、成熟期，每个处理连续选取具有代表性的水稻 30 穴，记录每穴分蘖数，计算每处理平均值。选取具有平均分蘖的水稻 4 穴（成熟期 6 穴），洗净后置于烘箱中于 105℃杀青 30min，85℃烘干至恒重，测定水稻干物重。
2.2.2.2 土壤基础肥力的测定
采用常规 分析法 测定土壤 有机质、碱解 氮、速效 磷、速效 钾、pH。土壤 有机质 采用重 铬酸钾-外加热法，土壤碱解氮采用碱解扩散法；土壤速效磷采用 0.5 mol·L-1 NaHCO3浸提-钼锑抗比色法；土壤速效钾采用火焰光度计法；土壤 pH 水土比为 2.5：1，用酸度计进行测定[116]。
2.2.2.3 关键生育期分蘖数、干物质积累及养分含量的测定
在水稻拔节期、抽穗期、成熟期，各处理选取长势均匀植株，各时期连续调查 30 穴取平均值。取回植株后，将根系减掉后按茎、叶、穗分好，洗净后置于 105 ℃烘箱中杀青 30 min，然后将烘箱温度调至 85 ℃烘干至恒重，测定植株的干物质积累量。将植株 粉碎 过筛，经H2SO4-H2O2 联合消煮，AA3-连续 流动 分析仪 测定 植株 全含氮量。
不同叶龄期发生的分蘖成穗情况，采用挂签标记，标记并区分水稻叶龄为 8 叶、9 叶、10 叶和 11 叶，8 叶即水稻 8 叶及 8 叶前生长的分蘖，9 叶即水稻 9 叶-10 叶阶段的新生分蘖，10 叶即水稻 10 叶-11 叶阶段的新生分蘖，11 叶即水稻 11 叶之后的新生分蘖，在成熟期统计不同叶龄期发生的分蘖成穗数量。
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3 结果与分析 ..................................................... 11
3.1 氮量对分蘖及成穗率的影响 ................................ 11
3.1.1 分蘖动态 .................................. 11
3.1.2 分蘖成穗率 ................................. 12
4 讨论 .................................... 34
4.1 氮肥用量对分蘖及成穗率的影响 .................................... 34
4.2 氮肥用量对干物质积累及氮积累的影响........................... 34
5 结论 ......................................... 37
5.1 过量施氮分蘖及分蘖成穗率增加不显著.............................. 37
5.2 合理施氮促进干物质及氮素积累 ................................... 37
4 讨论
4.1 氮肥用量对分蘖及成穗率的影响
水稻分蘖受养分、温度、光照、水分等多种因素调节，其中氮肥是影响分蘖最重要的因素之一[15]。本试验在同一生育期内，随着氮量的增加分蘖数随之增加（除 2019 年拔节期 N165分蘖数降低），与陈周前等[143]研究结果相符。孟庆东等[68]研究发现随着氮肥投入的增多，相比于不施氮处理水稻分蘖成穗率逐渐降低，这与本研究施氮较不施氮的分蘖成穗率增加显著，施氮处理间无差异的结果不一致。多数研究表明，随着氮量的增加分蘖成穗率先升后降[119, 120]，也有研究显示氮量对分蘖成穗率影响较小 [121]。出现上述差异的主要原因可能与土壤含氮量和施氮水平高低有关，如果土壤供氮充足施氮后不一定会促进水稻分蘖，在缺氮的土壤上施用氮肥能够增加水稻分蘖，但是氮肥用量过高并且主要集中在前期，分蘖生长过于旺盛，分蘖成穗率反而降低，会造成群体质量下降。本试验中氮量刚刚达到产量平台，氮量还没有高到造成水稻减产，因此并未出现分蘖成穗率降低的拐点。2019 年分蘖数降低，其主要原因可能是 2019 年插秧后连续 3 天平均温度低于 12 ℃，低温会影响分蘖生长，显著降低干物质积累量[117]。低温危害与氮素营养状况有关，过量施氮对低温危害表现更明显[118]。
通过水稻不同叶龄阶段分析成穗情况，氮量对前期（叶龄为 9 叶及 9 叶之前）产生的分蘖的成穗影响不大；对 11 叶之后产生的分蘖影响也相对较小；仅对 10-11 叶，这一阶段产生的分蘖影响较大，随氮量的增加呈上升趋势，这可能是前期产生的分蘖较大较壮，自主吸收养分能力较强，且能够更好地进行光合作用。汪洋[66]研究发现主茎的实际光化学效率最高，其次是强势蘖，弱势分蘖最低，故前期产生的大分蘖对外部氮素的增减响应程度较小，在 10叶期之后，前期生长的分蘖群体已较大，对后生长的分蘖遮挡较大，但是 10-11 叶期产生的分蘖遮挡程度还不是特别大，凭借氮素营养的补充能够一定程度提高分蘖成穗率，增加分蘖的成活几率。11 叶期产生的分蘖，之前发生的分蘖遮挡程度，并不是仅依靠氮素投入能够弥补。虽然氮肥用量能够提高某一阶段的分蘖成穗率，但是前期氮素过量所造成的负效应过大，并不是氮肥用量的提高对每一阶段的成穗率均呈正效应，这也是施氮处理整体的分蘖成穗率差异不显著的主要原因。在生产实践中，可以通过分蘖数量的调查，构建函数方程，粗略估计植株的含氮量。
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5 结论
5.1 过量施氮分蘖及分蘖成穗率增加不显著
施氮能够促进水稻分蘖的生长，氮肥用量达到 135 kg·hm-2 后分蘖数增加不显著，分蘖成穗率呈平稳趋势。氮肥用量对 10 叶前发生分蘖的成穗率无影响，对 10 叶期新生的分蘖影响显著，该时期分蘖成穗率增加 39.46%（P<0.05），对 11 叶之后发生分蘖无显著影响。
5.2 合理施氮促进干物质及氮素积累
随着氮肥用量的增加干物质和氮素积累增加显著，氮量增加至 165 kg·hm-2 仍旧显著增加，但是过高的氮素积累量对干物质积累有一定的抑制，干物质积累出现降低的趋势，抽穗后的氮素积累量并不是越高越好。
5.3 合理施氮增产效果显著
施氮增产效果显著，产量、单位面积颖花数、千粒重随着氮量的增加而增加，氮肥用量达到一定量时产量增加不显著，结实率随着氮量的增加而降低。推荐采用线性加平台函数，综合考虑氮量和水稻产量及氮效率的关系，适宜施氮量为 137.5 kg·hm-2。
5.4 耐肥性较强的高产水稻品种增加供氮，容易氮素过量投入
耐肥性较强的高产水稻品种，产量随着施氮量的增加而增加，且并未出现降低，农户容易过量施用氮肥。随着氮量增加，氮效率降低，环境风险增加。总体来看，合理的施氮量能够一定程度上保证较高的产量，并适当降低氮素的投入，提高氮效率，以平衡水稻高产高效。
参考文献（略）