CN109997481A - 一种依据土壤水势和水稻品种类型追施氮肥的方法 - Google Patents

Abstract

一种依据土壤水势和水稻品种类型追施氮肥的方法，属于农业技术领域，利用土壤水分和氮素的互作效应，根据不同水稻基因型或品种类型对土壤水分和氮素响应存在差异，根据土壤水分状况和水稻品种类型进行施肥，实现作物产量、水分与氮肥利用效率的协同提高。方法科学合理，与常规施氮方法相比，本发明依据水稻不同生育期、不同土壤水势和粳稻品种、籼稻品种和杂交稻品种类型，确定分蘖期、穗分化始期和颖花分化期的施氮量比例。解决了因追施氮肥与土壤水分及品种类型不匹配而造成对水稻产量形成的不利影响和水、氮利用效率低的问题，有效提高了水稻产量和水、氮利用效率，使水稻产量和灌溉水生产力提高了6.36%～12.05%，氮肥生产力提高了9.21%～21.46%。

Description

一种依据土壤水势和水稻品种类型追施氮肥的方法

技术领域

本发明属于农业技术领域，涉及一种用于水稻移栽后的氮肥追施的方法，具体的说是涉及一种依据土壤水势和水稻品种类型，实现水稻产量与氮肥利用效率的协同提高的追施氮肥的方法。

背景技术

水分和氮素是决定作物产量的两个最重要因素，也是人为调控最频繁、影响力度最大的作物生长环境因子。两者对作物产量及水、氮肥利用效率的影响存在着显著的互作效应。在水、氮供应不受限制的条件下，水分和氮素对作物产量和品质的影响在数量和时间上存在着最佳的匹配或耦合。在水分亏缺条件下，氮素是开发土-水系统生产效能的激活剂，水是肥效发挥的关键。水分和氮素这两者即互相促进，又互为制约。只要水分和氮肥供应合理匹配，就会产生相互促进机制，实现作物产量、水分与氮肥利用效率的协同提高。因此，探明水分和氮素对水稻生长发育、产量和品质形成的互作效应，建立水、氮互作的模型，对于实现水稻高产、优质、资源高效利用有重要意义。

有关土壤水分与肥料(主要是氮素)相互作用或耦合效应的研究，早期的工作主要研究干旱土壤增施氮肥的“以肥补水”、“以肥调水”或“以水调肥”作用以及水氮互作产生协同作用的条件和互作效应等方面。较多的结果表明：在土壤干旱条件下作物的“以肥调水”作用受到土壤干旱程度及施氮量高低的影响，土壤干旱程度轻，增施氮肥后“以肥调水”作用明显，在土壤干旱程度较重时，“以肥调水”的效应减少或不明显。近年来，水稻水氮互作效应的研究主要集中在灌溉模式与施氮量(或施肥模式)对水稻产量和品质的互作效应方面，基本的结论是，采用适当的灌溉模式和施氮量可以取得高产、水分和氮肥高效利用的效果。虽然以往有关水、氮对水稻产量和水肥利用的影响进行了较多的研究，但大多集中于水、氮单因子效应方面；有关土壤水分与施氮量对水稻产量的互作效应观察，大多局限于定性描述，缺乏定量分析。

随着人口的增长、城镇和工业的发展、全球气候的变化以及环境污染的加重，用于作物灌溉的水资源愈来愈匮乏，即使在雨水较多的我国南方，季节性干旱频繁发生，每年水稻受旱面积约700万hm²。为减轻水资源紧缺对水稻生产的威胁，国内外稻作科技工作者对水稻灌溉模式或技术等进行了大量的研究，创建了多种节水灌溉技术，如控制灌溉技术、间歇灌溉技术、通气稻栽培技术、水稻强化栽培技术、干湿交替灌溉技术等。以上节水灌溉技术虽能有效节约灌溉用水，但多数节水灌溉技术增产不明显甚至减产。是否可以通过施氮技术的改进，充分发挥水、氮耦合的协同作用，在减少水资源投入的同时保持较高的水稻产量甚至进一步提高产量，这是水稻生产中迫切需要解决的重大课题。

除水、氮等环境因子外，水稻品种的基因型是决定产量和水、氮吸收利用效率高低的内在因子。有研究表明，不同水稻基因型或品种类型对土壤水分和氮素的响应存在很大差异。总体而言，常规籼稻品种的抗旱或耐旱性要强于常规粳稻品种；杂交稻品种的抗旱或耐旱性又要强于常规籼稻品种；在产量水平相同情况下，粳稻品种要比籼稻品种吸收更多的氮，或氮素籽粒生产效率(吸收1kg氮素生产的籽粒)，粳稻品种要低于籼稻品种。但有关根据土壤水分和水稻品种类型进行追施氮肥的技术，缺乏研究。

水稻氮肥按照施用时期可分为基肥和追肥。基肥一般在水稻移栽前施用，追肥在水稻移栽后施用。依据氮素追肥对产量形成的作用又可分为分蘖肥、平衡肥、促花肥、保花肥和粒肥等。目前生产上主要施用分蘖肥、促花肥和保花肥。分蘖肥一般在分蘖期(移栽后的5天～14天)施用，能够促进有效分蘖；促花肥在穗分化始期(叶龄余数3.5)施用，能促进颖花分化；保花肥在颖花分化期(叶龄余数1.5)施用，能减少颖花退化。随着水稻产量和施肥技术的改进，氮素追施量占总施氮量的比例愈来愈高，相关水稻氮肥追施技术的研究也有较多报道。杨建昌等曾提出根据水稻叶色相对值指标进行追肥，或根据水稻穗型大小调节促花肥和保花肥的施用量。但这些技术主要适用于充分灌溉的水稻，没有研究氮素与土壤的水分的互作效应，也没有考虑籼稻与粳稻对土壤水分和氮素响应的差异。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种依据土壤水势和水稻品种类型追施氮肥的方法，通过依据水稻不同生育期、不同土壤水势和粳稻品种、籼稻品种和杂交稻品种类型，确定分蘖期、穗分化始期和颖花分化期的施氮量比例，可解决因追施氮肥与土壤水分及品种类型不匹配而造成对水稻产量形成的不利影响和水、氮利用效率低的问题。

本发明的技术方案是：一种依据土壤水势和水稻品种类型追施氮肥的方法，其特征在于，依据土壤水势和水稻品种类型追施氮肥，在水稻不同生育期，根据不同土壤水势和粳稻品种、籼稻品种和杂交稻品种类型，确定分蘖期、穗分化始期和颖花分化期的施氮量比例，方法如下：

(1)分蘖期的氮肥施用量比例

(1-1)如果土壤水势高于-10kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的20％，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的18％，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的16％；

(1-2)如果土壤水势在-10kPa～-20kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的22％，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的20％，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的18％；

(1-3)如果土壤水势低于-20kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的24％，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的22％，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的20％。

(2)穗分化始期的氮肥施用量比例

(2-1)如果土壤水势高于-10kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的28％，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的22％，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的20％；

(2-2)如果土壤水势在-10kPa～-20kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的30％，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的24％，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的20％；

(2-3)如果土壤水势低于-20kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的32％，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的26％，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的22％。

(3)颖花分化期的氮肥施用量比例

(3-1)如果土壤水势高于-10kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的10％，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的18％，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的22％；

(3-2)如果土壤水势在-10kPa～-20kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的12％，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的20％，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的26％；

(3-3)如果土壤水势低于-20kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的14％，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的22％，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的28％。

本发明的有益效果为：本发明提出的一种依据土壤水势和水稻品种类型追施氮肥的方法，利用土壤水分和氮素的互作效应，根据不同水稻基因型或品种类型对土壤水分和氮素响应存在差异，根据土壤水分状况和水稻品种类型进行施肥，通过土壤水分、品种类型与氮肥供应的合理匹配产生的相互促进机制，实现作物产量、水分与氮肥利用效率的协同提高。方法科学合理，与常规施氮方法相比，本发明依据水稻不同生育期、不同土壤水势和粳稻品种、籼稻品种和杂交稻品种类型，确定分蘖期、穗分化始期和颖花分化期的施氮量比例。解决了因追施氮肥与土壤水分及品种类型不匹配而造成对水稻产量形成的不利影响和水、氮利用效率低的问题，有效提高了水稻产量和水、氮利用效率，使水稻产量和灌溉水生产力提高了6.36％～12.05％，氮肥生产力提高了9.21％～21.46％。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

本实施例中所述的土壤水势为离地表15～20cm处的土壤水势，可用土壤水分张力计(或称负压式土壤湿度计)测定。土壤水分张力计国内有多家公司生产，如中国科学院南京土壤研究所，杭州汇尔仪器设备有限公司，等等，选择一家公司产品即可。购土壤水分张力计时，制造商会提供土壤水分张力计使用说明书。土壤水分张力计价格便宜，使用方法简单，精确可靠。在相同土壤水势下，不论是砂土、壤土还是粘土，植物利用土壤水分的有效性基本一致。因此，同一土壤水势指标可用于各类型土壤。

在水稻移栽后，在田间安装土壤水分张力计。在安装时，以一直径相当于土壤水分张力计陶土头的钻孔器开孔到离地面20cm的深度，垂直插入土壤水分张力计，使得陶土头(长度为5cm)的上部离地面15cm，下部离地面20cm，并使陶土头和埋于土壤的张力计管与土壤紧密接触，然后将周围填土捣实(可参照产品说明书使用)。分别在分蘖期、穗分化始期和颖花分化期观察土壤水分张力计。

本实施例中所述杂交稻包括杂交籼稻、杂交粳稻和籼/粳杂交稻。

本实施例中所述的分蘖期、穗分化始期、颖花分化期以及叶龄余数的诊断或测定方法，在《作物栽培学》教科书中的“水稻”一章均有详细介绍。

本发明的技术方案可用表1表示。

表1一种依据土壤水势和水稻品种类型追施氮肥的方法

土壤水势为离地表15～20cm处的土壤水势；杂交稻包括杂交籼稻、杂交粳稻和籼/粳杂交稻。

本发明中所述总施氮量可根据下面公式(凌启鸿，2000；Peng et al.,2006；官春云，2011)计算：

总施氮量(kg/hm²)＝[目标产量(t/hm²)－基础地力产量(t/hm²)×1000]/氮肥农学利用率(kg籽粒/kg N)。

公式中的目标产量可根据生产水平自行确定，目标产量＝前3年平均产量×1.10；基础地力产量可通过收获不施氮小区产量或通过查阅资料获得，如果地力较好(施氮后产量≧9t/hm²)，基础地力产量粳稻为5.0t/hm²～5.4t/hm²，籼稻和杂交稻为5.3t/hm²～5.7t/hm²；如果基础地力中等(施氮后产量<9t/hm²、≧7.5t/hm²)，基础地力产量粳稻为4.2t/hm²～4.6t/hm²，籼稻和杂交稻为4.4t/hm²～4.8t/hm²；氮肥农学利用率，粳稻14～16kg/kg N，籼稻和杂交稻为16～18kg/kg N。

实施例

(1)试验地概况和供试品种

于2017和2018年在扬州大学实验农场(江苏扬州)设置试验。试验地前茬作物为小麦，土壤质地为砂壤土，耕作层有机质含量为2.21％，有效氮101mg/kg，速效磷33.2mg/kg，速效钾64.5mg/kg^-1。供试品种为武运粳24号(常规粳稻)、扬稻6号(常规籼稻)和II优084(杂交籼稻)，种子购自扬州市种子公司，于5月22日播种，用育秧基质(江苏省淮安柴米河农业科技发展有限公司生产)在育秧盘中育秧，6月19日(秧龄18天、叶龄3.4)模拟手工机插，株行距11.7cm×20cm，双本栽。

(2)总施氮量的确定

试验地地力较好，往年施氮后水稻产量＞9t/hm²。因此，常规粳稻和常规籼稻的目标产量定为9.2t/hm²，杂交稻的目标产量定为9.5t/hm²；基础地力产量粳稻为5.2t/hm²，籼稻和杂交稻为5.5t/hm²；粳稻的氮肥农学利用为15kg/kgN，籼稻和杂交稻为17kg/kg N，得各供试品种的总施氮量：

武运粳24号：总施氮量＝(9.2－5.2)×1000/15＝267kg/hm²

扬稲6号：总施氮量＝(9.2－5.5)×1000/17＝218kg/hm²

II优084：总施氮量＝(9.5－5.5)×1000/17＝235kg/hm²

将总施氮量的30％作为基肥于移栽前1天施用。各品种还施用过磷酸钙(P₂O₅含量13.5％)750kg/hm²和氯化钾(K₂O含量60％)300kg/hm²作为基肥。

(3)处理设置

设置土壤水势、氮肥追施方式和品种3因素试验，以土壤水势处理为主区，氮肥追施方式为副区，品种为裂区(小区)，重复3次，小区面积为20m²。

(3-1)土壤水势处理：自移栽后5天至收获设置3个处理：(A)土壤轻度落干，土壤水势保持在0～-10kPa；(B)土壤中度落干，土壤水势保持在-10kPa～-20kPa；(C)土壤重度落干，土壤水势保持在-20kPa～30kPa。用土壤水分张力计监测土壤水势，装自来水管道灌水，管道上安装水表检测灌水量，遮雨设施挡雨。

(3-2)氮肥追施方式处理：设置2个处理：(A)常规施氮法(对照)，目前生产上常用的高产施肥法，即：基肥:分蘖肥:促花肥:保花肥＝0.3:0.3:0.25:0.15；(B)施氮新方法,即本发明方法，氮肥追施依据土壤水势和品种类型确定，详见表1。常规施氮法与施氮新方法除氮素追施的方法不同外，其余栽培措施，如育秧、病虫草害防治等管理完全一致。

(3-3)品种：武运粳24号、扬稲6号和II优084。

(4)测定

分别于抽穗期和成熟期各小区取10穴稻株，测定干物质重、茎与叶鞘中非结构性碳水化合物；成熟期除边行以外取10穴稻株测定产量构成因素，各小区实收计产。

(5)主要结果

与常规施氮法(对照)相比，施氮新方法的产量显著增加，且随着土壤落干程度的加重，施氮新方法的产量有增加的趋势，例如，常规籼稻品种扬稲6号的产量，在土壤轻度落干(土壤水势保持在0～-10kPa)、土壤中度落干(土壤水势保持在-10kPa～-20kPa)和土壤重度落干(土壤水势保持在-20kPa～30kPa)条件下，施氮新方法的产量分别较常规施氮法的产量增加了5.99％、7.06％和12.0％(表2)。说明在土壤干旱或节水灌溉条件下，施氮新方法的增产效应更明显。施氮新方法较常规施氮法显著提高了氮肥生产力(产量/施氮量)，增加的幅度为9.21％～21.46％(表2)。因产量的显著增加，施氮新方法较常规施氮法显著提高了灌溉水生产力(产量/灌溉水量，表2)。表明施氮新方法可以协同提高水稻产量和水、氮利用效率。

从产量构成因素分析，施氮新方法较常规施氮法显著提高了单位面积穗数、每穗粒数和结实率(表3)。在土壤中度落干和土壤重度落干条件下，施氮新方法还显著提高了千粒重(表3)。说明施氮新方法可以使产量各构成因素协调形成。与常规施氮法相比，施氮新方法显著提高了抽穗后干物质积累，抽穗后茎中同化物转运率和成熟期的收获指数(表4)。说明施氮新方法不仅能增强经济产量形成期的物质生产能力，而且还可以提高物质生产效率。

表2氮肥追施方法对水稻产量和氮肥生产力的影响

表中数据为2017和2018年两年试验的平均值；土壤水势为离地表15～20cm处的土壤水势；总施氮量根据公式：“总施氮量＝(目标产量－基础地力产量)/氮肥农学利用率”计算而得；常规施氮法为目前生产上常用的高产施肥法，即：基肥:分蘖肥:促花肥:保花肥＝0.3:0.3:0.25:0.15；施氮新方法为本发明方法，即氮肥追施依据土壤水势和品种类型确定，详见表1；氮肥生产力＝产量/施氮量；灌溉水生产力＝产量/灌溉水量；不同字母者表示在P＝0.05水平上差异显著；同栏、同土壤水势内比较。

表3氮肥追施方法对水稻产量构成因素的影响

表中数据为2017和2018年两年试验的平均值；土壤水势为离地表15～20cm处的土壤水势；总施氮量根据公式：“总施氮量＝(目标产量－基础地力产量)/氮肥农学利用率”计算而得；常规施氮法为目前生产上常用的高产施肥法，即：基肥:分蘖肥:促花肥:保花肥＝0.3:0.3:0.25:0.15；施氮新方法为本发明方法，即氮肥追施依据土壤水势和品种类型确定，详见表1；不同字母者表示在P＝0.05水平上差异显著；同栏、同土壤水势内比较。

表4氮肥追施方法对水稻抽穗后干物质积累、物质转运和收获指数的影响

表中数据为2017和2018年两年试验的平均值；土壤水势为离地表15～20cm处的土壤水势；总施氮量根据公式：“总施氮量＝(目标产量－基础地力产量)/氮肥农学利用率”计算而得；常规施氮法为目前生产上常用的高产施肥法，即：基肥:分蘖肥:促花肥:保花肥＝0.3:0.3:0.25:0.15；施氮新方法为本发明方法，即氮肥追施依据土壤水势和品种类型确定，详见表1；抽穗后茎中同化物转运率(％)＝(抽穗期茎与叶鞘中非结构性碳水化合物－成熟期茎与叶鞘中非结构性碳水化合物)/抽穗期茎与叶鞘中非结构性碳水化合物×100；收获指数＝产量/成熟期地上部分干重；不同字母者表示在P＝0.05水平上差异显著；同栏、同土壤水势内比较。

Claims (1)

1.一种依据土壤水势和水稻品种类型追施氮肥的方法，其特征在于，依据土壤水势和水稻品种类型追施氮肥，在水稻不同生育期，根据不同土壤水势和粳稻品种、籼稻品种和杂交稻品种类型，确定分蘖期、穗分化始期和颖花分化期的施氮量比例，方法如下：

(1)分蘖期的氮肥施用量比例

(1-1)如果土壤水势高于-10 kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的20%，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的18%，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的16%；

(1-2)如果土壤水势在-10 kPa～-20 kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的22%，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的20%，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的18%；

(1-3)如果土壤水势低于-20 kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的24%，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的22%，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的20%；

(2)穗分化始期的氮肥施用量比例

(2-1)如果土壤水势高于-10 kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的28%，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的22%，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的20%；

(2-2)如果土壤水势在-10 kPa～-20 kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的30%，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的24%，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的20%；

(2-3)如果土壤水势低于-20 kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的32%，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的26%，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的22%；

(3)颖花分化期的氮肥施用量比例

(3-1)如果土壤水势高于-10 kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的10%，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的18%，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的22%；

(3-2)如果土壤水势在-10 kPa～-20 kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的12%，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的20%，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的26%；

(3-3)如果土壤水势低于-20 kPa，常规粳稻品种的氮肥施用量占总施氮量的14%，常规籼稻品种的氮肥施用量占总施氮量的22%，杂交稻品种的氮肥施用量占总施氮量的28%。