陳　貴，施衛(wèi)明，趙國(guó)華，張紅梅，沈亞強(qiáng)，程旺大*

（1 嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究室，浙江嘉興　314016；2 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所面源污染治理技術(shù)研發(fā)中心，南京　210008；3 嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江嘉興　314001）

?

太湖地區(qū)主栽高產(chǎn)水稻品種對(duì)土壤和肥料氮的利用特性研究①

陳貴1，施衛(wèi)明2*，趙國(guó)華3，張紅梅1，沈亞強(qiáng)1，程旺大1*

（1 嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究室，浙江嘉興314016；2 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所面源污染治理技術(shù)研發(fā)中心，南京210008；3 嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江嘉興314001）

摘要：在太湖地區(qū)宜興市采用15N微區(qū)示蹤試驗(yàn)，研究了太湖地區(qū)推廣種植高產(chǎn)水稻武運(yùn)粳23號(hào)（W23）和鎮(zhèn)稻11號(hào)（Z11）及育種較早相對(duì)低產(chǎn)品種武育粳3號(hào)（W3）在不同供氮水平下齊穗期前后對(duì)土壤氮和肥料氮的吸收累積特性，土壤氮?dú)埩艏捌洵h(huán)境效應(yīng)。結(jié)果表明：W23和Z11在N200（N，200 kg/hm2）和N270（N，270 kg/hm2）水平下整個(gè)生育期吸收累積3種類(lèi)型氮量（總氮、土壤氮和肥料氮）均顯著高于W3。不同水稻品種齊穗期前吸收累積3種類(lèi)型氮量無(wú)顯著差異，W23和Z11齊穗期之后對(duì)土壤氮和肥料氮的吸收能力均明顯強(qiáng)于W3，特別是肥料氮，分別比W3高89.3% ～ 134% 和119% ～ 157%；施氮量增加促進(jìn)了W23和Z11齊穗期前對(duì)土壤氮的吸收，但對(duì)不同水稻品種齊穗期后對(duì)土壤氮和肥料氮的吸收無(wú)明顯影響；不同水稻品種在兩種供氮條件下的稻田土壤肥料氮?dú)埩簦?5N示蹤），全氮、堿解氮、NH+4-N和NO-3-N均無(wú)明顯差異；在同等施氮條件下，高產(chǎn)品種W23和Z11整個(gè)生育期稻田氮向環(huán)境的排放量低于W3，是相對(duì)環(huán)境友好型水稻品種。

關(guān)鍵詞：太湖地區(qū)；高產(chǎn)水稻；土壤氮；肥料氮；氮?dú)埩?/p>

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化建設(shè)的迅猛發(fā)展，糧食安全問(wèn)題越發(fā)重要。提高水稻單產(chǎn)始終是解決該問(wèn)題的核心。太湖地區(qū)作為我國(guó)主要稻作區(qū)之一，近年來(lái)高產(chǎn)水稻已得到推廣種植。然而，不同基因型水稻品種對(duì)氮素養(yǎng)分的吸收代謝特性存在明顯差異。單玉華等［1］發(fā)現(xiàn)秈稻植株總吸氮量平均比粳稻高14.1%，而雜交秈稻和雜交粳稻分別比常規(guī)秈稻和常規(guī)粳稻高22.8% 和 16.4%。樸鐘澤等［2］認(rèn)為不同基因型水稻品種間在氮素吸收總量，氮素轉(zhuǎn)運(yùn)利用方面存在顯著差異；孕穗期至黃熟期氮素吸收量在水稻不同基因型間也有著顯著差異，而在生育前期和中期則無(wú)明顯差異。本課題組前期研究工作表明，在農(nóng)戶習(xí)慣施肥模式下，太湖地區(qū)推廣種植高產(chǎn)水稻品種武運(yùn)粳23號(hào)（W23）和鎮(zhèn)稻11號(hào)（Z11）與育種年代較早對(duì)照品種武育粳 3號(hào)（W3）在齊穗期之前植株吸收累積總氮量無(wú)明顯差異，而在齊穗期至成熟期階段W23和Z11吸收累積氮素均顯著大于W3［3］。據(jù)此，提出科學(xué)問(wèn)題：在傳統(tǒng)施肥管理模式下新育高產(chǎn)水稻在不同生育階段，特別是齊穗期后對(duì)土壤和肥料養(yǎng)分的利用特性以及水稻收獲后土壤氮素養(yǎng)分狀況如何？這是關(guān)系優(yōu)化施肥模式和提高土壤肥力工作中亟待解決的問(wèn)題。為此，2012年在太湖地區(qū)宜興市丁蜀村開(kāi)展了15N同位素示蹤微區(qū)試驗(yàn)，以期明確在不同氮肥施用量水平下，產(chǎn)量存在明顯差異的水稻品種齊穗期前后對(duì)土壤氮和肥料氮的吸收利用差異及其成熟收獲后對(duì)土壤氮的影響。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

同位素15N微區(qū)試驗(yàn)設(shè)于江蘇省宜興市丁蜀鎮(zhèn)渭瀆村（31°07′ ～ 31°37′N(xiāo)，119°31′ ～ 120°03′E）。試驗(yàn)地屬北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，干濕季明顯，年平均溫度16℃，年平均日照時(shí)數(shù)1 904 h，年降雨量1 100 ～1 400 mm，其中60% ～ 70% 發(fā)生在夏季6月至10月。根據(jù)國(guó)際糧農(nóng)組織（FAO）土壤分類(lèi)系統(tǒng)分類(lèi)，該地區(qū)土壤類(lèi)型為滯水潛育人為土，由湖積物發(fā)育而來(lái)。試驗(yàn)區(qū)耕層土壤（0 ～ 20 cm）理化性狀為：全氮 1.45 g/kg，有機(jī)質(zhì) 22.7 g/kg，堿解氮 148.9 mg/kg，速效磷 27.4 mg/kg，速效鉀 39.3 mg/ka，pH 5.37。

1.2試驗(yàn)材料

水稻品種武運(yùn)粳23號(hào)（W23）、鎮(zhèn)稻11號(hào)（Z11）、武育粳3號(hào)（W3）3個(gè)常規(guī)粳稻為試驗(yàn)材料。W23由江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育，2010年通過(guò)江蘇省審定（編號(hào)：蘇審稻201014）。Z11由江蘇丘陵地區(qū)鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育，2010年通過(guò)江蘇省審定（編號(hào)：蘇審稻201015）。W3由江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)稻麥育種場(chǎng)和江蘇省農(nóng)科院糧作所聯(lián)合選育，1992年通過(guò)江蘇審定（編號(hào)：蘇種審字第156號(hào)）。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)氮肥水平（以純N計(jì)）：0、200、270 kg/hm2，分別簡(jiǎn)寫(xiě)為N0、N200、N270，其中N200代表常規(guī)施氮量，N270代表高施氮量。氮肥分基肥、分蘗肥、穗肥 3次施入，施肥比例為 4︰3︰3?；视?2012 年6月19日水稻移栽前施用，施用方式為與耕層土壤混合施用；分蘗肥和穗肥施用日期分別為 7月 5日和7月26日，施用方式為人工撒施。磷肥為過(guò)磷酸鈣，施用量為75 kg/hm2P2O5，鉀肥為氯化鉀，施用量為130 kg/hm2K2O，磷鉀肥均以基肥形式于移栽前與耕層土壤充分混合一次性施入。氮肥施用日期見(jiàn)表1。

3個(gè)水稻品種和3個(gè)氮水平共計(jì)9個(gè)處理，各處理3次重復(fù)，隨機(jī)排列。微區(qū)面積為0.5 m2，形狀為圓形（直徑0.8 m、高0.5 m，材質(zhì)為PVC）。微區(qū)裝置及布置如圖1。15N標(biāo)記尿素豐度為10%，購(gòu)于上海化工研究院。水稻移栽日期為2012年6月19日，7 月20日至7月26日為中期烤田日期，目的是為控制無(wú)效分蘗及根系縱向生長(zhǎng)，9月22日至10月31日為灌漿期至成熟期烤田。其他時(shí)期均為淹水期，田面水水位保持在3 ～ 5 cm左右。微區(qū)內(nèi)水稻種植密度為24穴/m2，每穴2株。

圖1　15N微區(qū)布置示意圖Fig. 1　Schematics view of15N micro plot

1.4測(cè)定項(xiàng)目與方法

水稻氮累積：分別在水稻齊穗期和成熟期采集各微區(qū)有代表性4穴水稻地上部植株樣，其中，將成熟期水稻地上部分穗和莖稈兩部分，105℃殺青30 min后于 70℃烘至恒重，稱(chēng)重，計(jì)算干物質(zhì)累積量。烘干植株磨細(xì)后，采用H2SO4-H2O2消解后凱氏定氮法測(cè)定水稻植株氮含量，并計(jì)算氮累積量。

水稻植株（或土壤）15N豐度：將凱氏定氮法滴定后含氮液加9 mol/L H2SO4后進(jìn)行水浴濃縮、干燥，通過(guò) Finnigan-MAT 251質(zhì)譜儀測(cè)定植株（或土壤）中15N豐度。

土壤殘留氮：水稻成熟后在各微區(qū)利用5點(diǎn)法采集0 ～ 20 cm耕層土壤樣品，充分混勻后，一部分鮮樣測(cè)定NH4+-N和NO3--N含量，另一部分土樣經(jīng)自然風(fēng)干，磨細(xì)分別過(guò)20目和100目篩后測(cè)定堿解氮和土壤15N豐度。

1.5數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)方法

地上部（或穗，或莖稈）氮素累積量=地上部植株干重×植株含氮量（%）；

植株積累的氮素（或土壤殘留氮）來(lái)自肥料氮的比例（%）=（器官或土壤中15N豐度-0.3663）/（肥料中15N豐度-0.3663）×100［4］；

環(huán)境損失氮 = 施氮量-植物吸收累積肥料氮-耕層土壤殘留氮。

文中所有數(shù)據(jù)均采用SAS數(shù)據(jù)分析軟件包進(jìn)行多重比較。

2　結(jié)果與分析

2.1不同水稻品種成熟期氮素吸收累積特性

由表1可知，高產(chǎn)水稻W(wǎng)23和Z11在常規(guī)施氮水平（N200）和高施氮水平（N270）下的產(chǎn)量均顯著高于對(duì)照品種W3，其中，在N200水平下，比W3分別高27.1% 和24.4%；在N270水平下，分別高27.9% 和25.6%。W23和Z11整個(gè)生育期吸收累積的總氮量均明顯大于對(duì)照W3。其中，在N200水平下，W23 和Z11分別比W3高20% 和19.9%；在N270水平下，分別高28.3% 和27.9%，說(shuō)明W23和Z11的氮素吸收能力及其對(duì)氮肥響應(yīng)程度均強(qiáng)于W3。通過(guò)15N示蹤發(fā)現(xiàn)，在兩種供氮水平下，W23和Z11整個(gè)生育期吸收土壤氮和肥料氮量均顯著高于W3。其中，在 N200水平下，比 W3分別高 23.8%，19.8% 和13.3%，19.8%；在N270水平下，分別高28.4%，27.8% 和14.2%，11.9%。當(dāng)施氮量N200增至N270時(shí)，各水稻品種吸收肥料氮量均顯著增加，而吸收土壤氮量則無(wú)顯著差異。W23和Z11在N200和N270水平下的肥料利用效率均顯著大于W3。然而，肥料利用效率隨施氮量增加卻顯著下降，其中W23、Z11和W3的下降比例分別為11.2%、17.4% 和11.7%。

表1　不同水稻品種成熟期吸收累積總氮、土壤氮、肥料氮量和氮肥利用效率Table 1　Accumulation of total N， soil-based N， fertilizer-based N and fertilizer N use efficiency in different rice varieties during whole growth stage

2.2不同水稻品種齊穗期前氮素吸收累積特性

由表2可知，在N200和N270水平下，高產(chǎn)品種W23和Z11與對(duì)照品種W3齊穗期前吸收累積的總氮量無(wú)顯著差異，但W23和Z11吸收氮量占總氮累積量的比例低于W3。各品種間吸收土壤氮和肥料氮量均無(wú)明顯差異，但在N270水平下，W23和Z11吸收總氮量和土壤氮量要高于 W3，分別比 W3高12.1%，15.0% 和 15.7%，21.9%，遠(yuǎn)高于肥料氮增加比例6.24% 和5.30%。這說(shuō)明在N270水平下，齊穗期前高產(chǎn)水稻品種對(duì)土壤氮的吸收能力可能要強(qiáng)于低產(chǎn)品種。隨供氮量增加，水稻齊穗期前總氮累積量呈增加趨勢(shì)。其中，W23和Z11達(dá)顯著差異，增加比例為19.8% 和23.8%，而對(duì)照W3增加比例為9.38%，未達(dá)顯著水平。各品種吸收肥料氮量的比例占此時(shí)期水稻總累積氮的比例在N200和N270水平下分別為40.6% ～ 44.5% 和42.1% ～ 45.6%，均高于整個(gè)生育期的34.0% ～ 36.0% 和36.4% ～ 41.7%；吸收肥料氮量占總施氮量分別為 25.9% ～ 28.7% 和23.7% ～ 25.2%，略低于整個(gè)生育期的28.3% ～ 33.9% 和25.0% ～ 28.0%。隨施氮量增加，水稻吸收肥料氮占總吸收氮量的比例呈增加趨勢(shì)，而占總施氮量的比例卻呈下降趨勢(shì)。說(shuō)明，盡管氮肥促進(jìn)了水稻對(duì)肥料氮的吸收累積，但仍使氮肥利用效率下降在水稻齊穗期前階段亦是如此。

表2　不同水稻品種齊穗期前吸收累積總氮、土壤氮和肥料氮量Table 2　Accumulation of total N， soil-based N， fertilizer-based N in different rice varieties before rice heading stage

2.3不同水稻品種齊穗期后氮素吸收累積特性

由表 3可知，在兩種供氮水平下，高產(chǎn)品種W23和Z11齊穗期后的氮素累積量要明顯高于對(duì)照W3，且吸收累積氮量占總量的比例亦高于W3。在N200水平下，W23和Z11吸收累積氮量分別比W3 高95.7% 和98.0%；N270水平下分別高139% 和116%。高產(chǎn)品種吸收土壤氮量和肥料氮量亦顯著高于低產(chǎn)品種。其中，在N200水平下，W23和Z11分別比W3高89.3%，94.1% 和129%，119%；N270水平下分別高134%，102%和157%，130%。吸收肥料氮增加比例大于此階段總氮增加比例和土壤氮增加比例，這意味著盡管高產(chǎn)水稻品種W23和Z11在齊穗期之后吸收土壤氮的能力強(qiáng)于 W3，但其吸收肥料氮的能力則更強(qiáng)。盡管齊穗期后吸收肥料氮占此階段總吸收氮量的比例僅為16.3% ～ 19.2%。不同水稻品種齊穗期后吸收肥料氮量占總施氮量的比例為2.35% ～ 5.39%，遠(yuǎn)低于整個(gè)生育期的28.3% ～33.9% 和25.0% ～ 28.0%。說(shuō)明，齊穗期后水稻主要以吸收土壤氮素為主，而對(duì)肥料氮的吸收量則相對(duì)較少。

表3　不同水稻品種齊穗期后吸收累積總氮、土壤氮和肥料氮量Table 3　Accumulation of total N， soil-based N， fertilizer-based N in different rice varieties after rice heading stage

2.4不同水稻品種成熟期土壤氮素殘留特性

由表4可知，在N200水平下，水稻成熟期后肥料氮在土壤中的殘留量為34.5 ～ 39.2 kg/hm2，占施氮量的比例為17.2% ～ 19.6%；在N270水平下，肥料氮?dú)埩袅繛?7.7 ～ 45.7 kg/hm2，要高于N200水平，盡管統(tǒng)計(jì)上未達(dá)顯著差異。然而，N270水平下土壤中肥料氮?dú)埩袅空伎偸┑康谋壤缘陀贜200水平，為14.0% ～ 16.9%。由此說(shuō)明，當(dāng)施氮量由N200增至N270時(shí)，肥料氮?dú)埩袅砍试黾于厔?shì)，而占施氮量的比例卻呈下降趨勢(shì)。但高產(chǎn)品種W23和Z11和對(duì)照W3的肥料氮?dú)埩魟t無(wú)明顯差異。在N270水平下，W23和Z11的肥料氮?dú)埩羯踔脸矢哂趯?duì)照W3趨勢(shì)。

表4　不同水稻品種成熟期肥料氮?dú)埩袅縏able 4　Fertilizer N residue under different rice varieties at maturity

表5說(shuō)明，在兩種施氮水平下，高產(chǎn)水稻品種W23和Z11和對(duì)照品種W3成熟期后土壤堿解氮、NH4+-N以及NO3--N含量均無(wú)明顯差異。另外，不同施氮水平各水稻品種之間亦無(wú)明顯差異，說(shuō)明在稻田種植系統(tǒng)中，氮肥施用量對(duì)成熟期后土壤氮素殘留的影響較小。

2.5不同水稻品種種植的環(huán)境損失氮特性

種植W23和Z11稻田的氮素?fù)p失總量（氨揮發(fā)、硝化-反硝化、滲漏和徑流氮損失之和）要低于W3。在 N200水平下，W3稻田總氮損失量比 W23高5.80%，比Z11高14.6%，達(dá)顯著差異水平；在N270水平下，各水稻品種稻田氮素?fù)p失均比N200水平下明顯增加46.2% ～ 59.9%。對(duì)照品種W3比W23和Z11分別高8.93%和9.72%，均達(dá)顯著差異水平（圖2）。這說(shuō)明在同等施氮條件下太湖地區(qū)主栽高產(chǎn)水稻品種稻田氮素?fù)p失進(jìn)入環(huán)境量要低于低產(chǎn)水稻品種，是相對(duì)環(huán)境友好型水稻品種。

表5　不同水稻品種成熟期土壤堿解氮和礦質(zhì)氮含量Table 5　Contents of alkali-hydrolyzable N and mineral N in soil with different rice varieties at maturity

圖2　不同水稻品種稻田氮素環(huán)境損失總量Fig. 2　Total N losses from paddy field to environment under different rice varieties

3　結(jié)論與討論

通過(guò)15N示蹤試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，太湖地區(qū)目前推廣種植較廣水稻品種常規(guī)粳稻W(wǎng)23和Z11整個(gè)生育期的氮肥利用效率明顯高于育種年代較早的常規(guī)粳稻W(wǎng)3，這表明在同等施氮量條件下，新育水稻品種不僅具有更高的產(chǎn)量，而且對(duì)提高氮肥利用效率，減少稻田氮素?fù)p失是有利的。這為有些學(xué)者認(rèn)為氮高效水稻能夠有效減控稻田氮損失的觀點(diǎn)提供了一定的理論基礎(chǔ)［5-7］。分析發(fā)現(xiàn)不同水稻品種齊穗期前吸收土壤氮和肥料氮的能力均無(wú)明顯差異，而齊穗期之后，高產(chǎn)水稻品種W23和Z11對(duì)土壤氮和肥料氮的吸收能力均明顯強(qiáng)于W3，特別是肥料氮。肥料氮施入土壤后，除少部分快速被作物根系吸收利用后，大部分則通過(guò)生物固定、分解、化學(xué)固定、釋放、氮素轉(zhuǎn)化、損失等形式進(jìn)入土壤氮循環(huán)［8］，而作物根系形態(tài)特征、生理生化特性均可影響土壤氮循環(huán)［9］。W23和Z11根系在齊穗期之后的活力、根表面積、根系在土壤層中的分布密度、根毛數(shù)量以及根系新陳代謝和分泌物質(zhì)能力可能在某些方面優(yōu)于W3，致使其能夠吸收較多的土壤氮以及相對(duì)更多的肥料氮。然而，齊穗期后不同水稻品種吸收肥料氮量所占比例為16.3% ～19.2%，遠(yuǎn)低于齊穗期之前的40.6% ～ 45.6%，這可能與齊穗期之后肥料氮在土壤中的存在量有關(guān)。研究表明，稻田中各途徑氮素?fù)p失的主要發(fā)生時(shí)期主要集中于氮肥施用后的較短時(shí)間內(nèi)，比如氨揮發(fā)主要發(fā)生在氮肥施用后的1周左右時(shí)間；硝化-反硝化損失主要發(fā)生于中期烤田的水分管理時(shí)期和肥料施用后的短時(shí)間內(nèi)，徑流和滲漏也主要易發(fā)生于施肥后的較短時(shí)間內(nèi)［10-12］。因此，至齊穗期時(shí)土壤中存留肥料氮較少可能是齊穗期后水稻吸收肥料源氮量少的主要原因之一。另一方面，也表明傳統(tǒng)的重前輕后施肥措施已不適應(yīng)新育水稻品種對(duì)氮肥吸收的需求，而應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)節(jié)氮肥的前后施用比例，這樣可能更有利于提高氮肥利用效率和保存土壤地力。

隨施氮量增加，水稻的氮素利用效率和氮肥利用效率均呈下降趨勢(shì)［13-14］。在本研究中，當(dāng)施氮量由N200水平增至 N270時(shí)，各水稻品種的氮肥利用效率均下降，且不同水稻品種的下降比例基本一致，分別為W3 11.7%、W23 11.2% 和Z11 17.4%。齊穗期之前不同水稻品種吸收累積肥料氮量隨施氮量增加而增加，其中高產(chǎn)水稻W(wǎng)23和Z11增加比例分別為27.5% 和17.4%，W3增加23.5%。但對(duì)土壤氮而言，W23和Z11隨施氮量增加吸收累積土壤氮增加比例分別為16.8% 和29.1%，遠(yuǎn)超W3的增加比例0.92%，這表明高產(chǎn)水稻品種齊穗期之前對(duì)氮肥用量增加的響應(yīng)程度要高于低產(chǎn)品種，而這種響應(yīng)主要表現(xiàn)在對(duì)土壤氮的吸收累積上。稻田中的有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)于旱地較高，而土壤氮素中90% 以上為有機(jī)態(tài)氮，大多數(shù)有機(jī)態(tài)氮不能直接為水稻吸收利用，必須經(jīng)過(guò)礦化轉(zhuǎn)變?yōu)殇@態(tài)氮（NH4+-N）或硝態(tài)氮（NO3--N），才能被水稻吸收利用，而此過(guò)程的主要驅(qū)動(dòng)者是微生物［15-16］。有研究表明，隨氮肥用量的增加，作物根際微生物數(shù)量增加，微生物多樣性也增加［17-18］。另有研究表明，一定量的氮肥可以促進(jìn)作物根系分泌物增加，而根系分泌物中乙酸、檸檬酸含量與土壤微生物數(shù)量呈極顯著相關(guān)，琥珀酸含量與土壤微生物數(shù)量呈顯著正相關(guān)［19］。此據(jù)，推斷氮肥施用量增加促進(jìn)高產(chǎn)水稻品種根系分泌物質(zhì)增加，從而增加土壤微生物數(shù)量和多樣性，促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)分解，增加土壤氮的有效性。齊穗期后隨施氮量增加不同水稻品種對(duì)土壤氮和肥料氮的響應(yīng)不明顯，這可能與齊穗期后根系生長(zhǎng)相對(duì)緩慢，且生理功能開(kāi)始衰弱，加之土壤中氮素含量下降有關(guān)［20］。

本研究發(fā)現(xiàn)，盡管高產(chǎn)水稻整個(gè)生育期吸收累積總氮量，包括土壤氮和肥料氮，顯著大于育種年代較早的低產(chǎn)水稻，然而通過(guò)15N示蹤發(fā)現(xiàn)耕層土壤殘留肥料氮素在種植不同水稻品種的地塊之間，甚至在不同施肥量間并未達(dá)顯著差異。另外，通過(guò)分析土壤堿解氮以及NH4+-N和NO3--N含量，再次證明不同水稻品種間以及不同施氮量間無(wú)明顯差異。研究者認(rèn)為，太湖地區(qū)稻田系統(tǒng)中的氮平衡是一種高投入高產(chǎn)出模式，即當(dāng)?shù)适┤氲咎锖?，特別是在過(guò)量施肥時(shí)大量的氮素?fù)p失進(jìn)入大氣和水體，而真正能對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量形成以及增加土壤氮庫(kù)發(fā)揮作用的氮素有限［21］。Qiao等［22］也發(fā)現(xiàn)，不同氮肥施用量對(duì)成熟期稻田土壤，特別是水稻根系周?chē)寥赖牡V質(zhì)氮含量影響很小。另有報(bào)道，長(zhǎng)期大量施用化肥氮并不會(huì)增加稻田土壤氮含量［23］。稻田氮素主要通過(guò)氨揮發(fā)、硝化-反硝化、滲漏和徑流形式損失，其中由于NH3揮發(fā)和硝化-反硝化而引起的氮素?fù)p失量占施氮量的比例最大，我國(guó)稻田NH3揮發(fā)量占施氮量的比例為9% ～40%，硝化-反硝化的氮素?fù)p失量占施氮量比例為16% ～ 41%［24-25］，而滲漏和徑流損失的氮素則相對(duì)較小，比例約為5% ～ 8%左右［26-27］。因此，不同氮素吸收累積型水稻品種和不同施氮水平下稻田土壤氮?dú)埩魺o(wú)明顯差異可能是由于稻田氮素各損失途徑的綜合作用結(jié)果。另外，從整個(gè)生育期的氮平衡來(lái)看，在同等施肥條件下太湖地區(qū)主栽高產(chǎn)水稻品種對(duì)減控稻田氮損失能夠發(fā)揮一定作用，相對(duì)于育種較早的水稻品種而言是一種環(huán)境友好型水稻品種。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 單玉華， 王余龍， 山本由德， 等. 不同類(lèi)型水稻在氮素吸收及利用上的差異［J］. 揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001， 4（3）： 42-50

［2］ 樸鐘澤， 韓龍植， 高熙宗. 水稻不同基因型氮素利用效率差異［J］. 中國(guó)水稻科學(xué)， 2003， 17（3）： 233-238

［3］ 陳貴， 陳瑩， 施衛(wèi)明. 太湖地區(qū)主栽高產(chǎn)水稻的氮素利用特性［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2013， 29（5）： 928-937

［4］Zanetti S， Hartwig U A， Kessel C， et al. Does nitrogen nutrition restrict the CO2response of fertile grassland lacking legumes［J］. Oecologia， 1997， 112： 17-25

［5］Glass A D M， Britto D T， Kaiser B N， et al. The regulation of nitrate and ammonium transport systems in plants［J］. Journal of Experimental Botany， 2001， 53： 855-864

［6］Lian X， Wang S， Zhang J， et al. Expression profiles of 10 422 genes at early stage of low nitrogen stress in rice assayed using a cDNA microarray［J］. Plant Molecular Biology， 2006， 60： 617-631

［7］ Shi W M， Xu W F， Li S M， et al. Response of two rice cultivars differing in seedling-stage nitrogen use efficiency to growth under low-nitrogen conditions［J］. Plant and Soil，2010， 326： 291-302

［8］朱兆良. 土壤中氮素的轉(zhuǎn)化［J］. 土壤學(xué)報(bào)， 1963， 11（3）：328-338

［9］ Garnett T， Conn V， Kaiser B N. Root based approaches to improving nitrogen use efficiency in plants［J］. Plant Cell and Environment， 2009， 32： 1 272-1 283

［10］ Hayashi K， Nishimura S， Yagi K. Ammonia volatilization from the surface of a Japanese paddy field during rice cultivation［J］. Soil Science and Plant Nutrition， 2006， 52：545-555

［11］ Xing G X， Shi S L， Shen G Y， et al. Nitrous oxide emissions from paddy soil in three rice-based cropping systems in China［J］. Nutrient Cycling in Agroecosystems，2002， 64： 135-143

［12］ Zhao X， Zhou Y， Min J， et al. Nitrogen runoff dominates water nitrogen pollution from rice-wheat rotation in the Taihu Lake region of China［J］. Agriculture Ecosystems & Environment， 2012， 156： 1-11

［13］ Zhu Z L， Chen D L. Nitrogen fertilizer use in China—Contributions to food production， impacts on the environment and best management strategies［J］. Nutrient Cycling in Agroecosystems， 2002， 63： 117-127

［14］ 晏娟， 尹斌， 張紹林， 等. 不同施氮量對(duì)水稻氮素吸收與分配的影響［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2008， 14（5）：835-839

［15］ 周衛(wèi)軍， 王凱榮， 劉鑫. 有機(jī)物循環(huán)對(duì)紅壤稻田土壤 N礦化的影響［J］. 生態(tài)學(xué)雜志， 2004， 23（1）： 39-43

［16］ 田小明， 李俊華， 王成， 等. 連續(xù)3年施用生物有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分、微生物生物量及酶活性的影響［J］. 土壤， 2014，46（3）： 481-488

［17］ 羅明， 文啟凱， 陳全家， 等. 不同用量的氮磷化肥對(duì)棉田土壤微生物區(qū)系及活性的影響［J］. 土壤通報(bào)， 2000，31（2）： 66-71

［18］ Zhang N L， Wan S Q， Li L H， et al. Impacts of urea N addition on soil microbial community in a semi arid temperate steppe in northern China［J］. Plant and Soil， 2008，311： 19-28

［19］ 徐國(guó)偉， 常二華， 陳明燦， 等. 水肥耦合對(duì)小麥根系及根際微環(huán)境的影響［J］. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2011， 50（21）：4 350-4 353

［20］ 寧書(shū)菊， 竇慧娟， 陳曉飛， 等. 水稻生育后期根系氮代謝生理活性變的研究［J］. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2009， 17（3）：506-511

［21］ 朱兆良. 農(nóng)田氮肥的損失與對(duì)策［J］. 土壤與環(huán)境， 2000，9（1）： 1-6

［22］ Qiao J， Yang L Z， Yan T M， et al. Rice dry matter and nitrogen accumulation， soil mineral N around root and N leaching， with increasing application rates of fertilizer［J］. European Journal of Agronomy， 2013， 49： 93-103

［23］ Inthapanya P， Sipaseuth， S P， Sihathep V， et al. Genotype differences in nutrient uptake and utilization for grain yield production of rainfed lowland rice under fertilized and nonfertilized conditions［J］. Field Crops Research， 2000， 65：57-68

［24］ 蔡貴信， 朱兆良. 稻田中化肥氮的氣態(tài)損失［J］. 土壤學(xué)報(bào)， 1995， 32 （增刊 2）： 128-135

［25］ 黃晶晶， 朱波， 林超文， 等. 施氮量和田面水含氮量對(duì)紫色土丘陵區(qū)稻田氨揮發(fā)的影響［J］. 土壤， 2014， 46（4）：623-629

［26］ 田玉華， 尹斌， 朱兆良. 稻田氮素淋洗損失研究［J］. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2006， 34（12）： 2 792-2 794

［27］ 紀(jì)雄輝， 鄭圣先， 石麗紅， 等. 洞庭湖區(qū)不同稻田土壤及施肥對(duì)養(yǎng)分淋溶損失的影響［J］. 土壤學(xué)報(bào)， 2008， 45（4）：663-671

Characteristics of Utilization of N Sources From Soil and Fertilizer by Rice Varieties with High Yield in Taihu Lake Area

CHEN Gui1， SHI Weiming2*， ZHAO Guohua3， ZHANG Hongmei1，

SHEN Yaqiang1， CHENG Wangda1*
（1 Development of Agricultural Ecological Environment， Jiaxing Academy of Agricultural Sciences， Jiaxing， Zhejiang314016，China； 2 Research Center of Non-point Source Pollution Control， Institute of Soil Science， Chinese Academy of Sciences，Nanjing210008， China； 3 College of Biological， Chemical Sciences and Engineering， Jiaxing University， Jiaxing，Zhejiang314001， China）

Abstract：15N micro-plot experiment was conducted in Yixing city of Taihu Lake area to study characteristics of soil and fertilizer N uptake in Wuyunjing 23 （W23）， Zhendao 11 （Z11） and Wuyujing 3 （W3） before and after rice heading stage， N residue in soil and environmental N losses. W23 and Z11 were cultivated recently and planted widely as high-grain rice varieties，while W3 was earlier bred with relatively lower yield. The results showed that W23 and Z11 accumulated obviously greater total N， soil N and fertilizer N than W3 did during whole growth stage. There was no difference in accumulations of 3 kinds of N for these rice cultivars before heading stage. W23 and Z11 had stronger ability in absorbing soil and fertilizer N than W3 after heading stage， especially for fertilizer N. The uptake of N from soil by W23 and Z11 was increased by 89.3%-134% and by 119%-157% from fertilizer compared with W3. Increase in N application rate enhanced uptake of N from soil by W23 and Z11 before heading stage， but did not affected N uptake from soil and fertilizer after heading stage. There were no significant differences in soil N residues of fertilizer N detected by15N trace method， total N， alkali-hydrolyzable N， NH4+-N and NO3--N in cultivated soil among various rice varieties at N200 and N270 levels. W23 and Z11 were environment-friendly rice cultivars under the same N application rate due to less N losses into environment compared with W3.

Key words：Taihu Lake area； High-yield rice； Soil N； Fertilizer N； N residue

中圖分類(lèi)號(hào)：S431.11；S431.1

DOI：10.13758/j.cnki.tr.2016.02.005

基金項(xiàng)目：①國(guó)家科技支撐項(xiàng)目（2012BAD15B03）、嘉興市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014AZ21005）和嘉興市科技局重點(diǎn)項(xiàng)目（市2011AZ1018）資助。

* 通訊作者（wmshi@issas.ac.cn；chwd228@yeah.net）

作者簡(jiǎn)介：陳貴（1982—），男，山西運(yùn)城人，博士，助理研究員，主要從事水稻氮素營(yíng)養(yǎng)及生態(tài)環(huán)境研究。E-mail： chenzhao2004@163.com