水稻高产与氮肥高效利用栽培技术研究

1、水稻高产与氮肥高效利用栽培技术研究 扬州大学 硕士学位论文 水稻高产与氮肥高效利用栽培技术的研究 姓名：杨立年 申请学位级别：硕士 专业：作物栽培学与耕作学 指导教师：杨建昌 20100501 杨立年：水稻高产与氮肥高效利用栽培技术的研究 三 水稻高产与氮肥高效利用栽培技术的研究 摘要 水稻是我国重要的粮食作物，氮肥投入对提高水稻产量和稳定粮食生产起 重要作用。但是，高氮投入和低氮肥利用效率是目前我国水稻生产中的一个突 出问题。如何同步提高水稻产量和氮肥利用效率是当前研究的一个热点和难点。 本试验在江苏省苏北 连云港 、苏中 扬州 和苏南 常熟 3地进行，以代 表性水稻品种为材料，以当地高产栽

2、培技术为对照，研究了超高产栽培和高产 高效栽培对水稻产量、氮肥利用率以及生理性状的影响，并将高产高效栽培技 术在生产上进行示范展示，主要结果如下： 1与当地高产栽培相比，超高产栽培和高产高效栽培的水稻产量分别提高 了287和256，增产幅度均达显著水平。超高产栽培和高产高效栽培产量 的提高主要得益于总颖花量的提高。 2高产高效栽培较当地高产栽培显著提高了氮肥吸收利用率、农学利用 率、生理利用率和氮肥偏生产力，不同程度地提高了氮收获指数。超高产栽培 氮肥吸收利用率高于当地高产栽培，农学利用率、生理利用率和氮肥偏生产力 均低于当地高产栽培 常熟点除外 。 3与当地高产栽培相比，高产高效栽培提高了茎

3、蘖成穗率、增加了根和地 上部植株干重、提高了根系细胞分裂素含量、根系氧化力、粒叶比、灌浆中后 期叶片光合速率、抽穗期茎鞘中非结构性碳水化合物累积量、结实期物质运转 率和成熟期收获指数。 4在江苏省8个农业新技术展示基地进行高产高效栽培技术示范，结果表 明：高产高效栽培的平均施氮量较当地高产栽培降低了54，产量提高了 116，氮肥的偏生产力提高了223。高产高效栽培的灌溉水量较当地栽培减 少了208，灌溉水利用效率 单位灌溉水的稻谷产量 提高了484。 上述结果说明，通过栽培技术的集成优化，可以获得产量和氮肥利用效率 的同步提高。对水稻高产高效的途径和关键栽培技术及氮肥利用率的评价指标 等进行了

4、讨论。 关键词：水稻；氮肥利用效率；高产高效：栽培技术；生理机制；示范 扬州大学硕士论文 4 一 Cultivation for and High-yieldingHigh Technology Use inRice Fertilizer-nitrogenEfficiency Abstract sativa most in the the China,and L is importantgraincrop Rice Oryza in of all roletheincreaseof fertilizer-nitrogenplaysimportant grainyield application

5、 of of andthelow use riceHowever,highinputnitrogen nitrogenefficiency NUE in to havebecometwoserious inrice ChinaHow problems production isthehotanddifficultresearch increase andNUE point simultaneouslygrainyield Inthis wereconductedinthe study,experiments ProvinceWiththe rice Jiangsu typical Vangzh

6、ou ，andsouth Changshu of cultivarsinthe10calasmaterialsandthelocalcultivationasthe of contrast，effects the andthe and NUE high super-highyielding SHY cultivationhighyielding were on characteristics HYHE cultivationgrainyield，NUE，andphysiological inrice main HYHEcultivationWasdemonstrated investigate

7、dThe productionThe as resultsarefoUows： with SHYcultivationandHYHE the10calcultivation,the 1Compared increased 287and theincreases cultivationgrainyieldby 256，respectively,and were in underSHYandHYHE statisticallysignificantIncreasesgrainyield cultivationswere attributedtotheincreaseoftotal mainly s

8、pikelets 2TheHYHEcultivation increased significantlyN?uptake Nuse Nuse and factor of efficiency,physiologicalefficiencypartial productivity increasedNharvestindexwhen thelocalcultivation fertilizer-Nand compared谢tll N TheSHYcultivationincreased decreased use Nuptakeefficiency,butagronomic Nuse facto

9、r of efficiency,physiologicalefficiency,andpartial productivity an in fertilizer-N，with Changshu exception to HYHE the 3Incontrastthelocalcultivationthecultivationincreased 杨立年：水稻高产与氮肥岛效利用栽培技术的研究 5 一 of aboveandtrader content percentageproductivetillers，biomass ground，cytol iIlin in oxidation ratein

10、the roots，root activity,grain-leafratio，leat"photosynthetic non-structural in midgeandlater of carbohydrate grainfillingperiods，accumulation stemsandsheathsat ofassimilates grainfilling,and heading，translocationduring harvestindexat maturity cultivationwasdemonstrateddemonstrationsitesofnew 4Th

11、eHYHE in eight in ProvinceTheresultsshowedwhen Jiangsu that， agriculturaltechnologies withthelocal HYHEcultivationreducedfertilizer-N compared cultivation，the by 54andincreaSed 116andthe factor of grainyieldby partial productivity fertilizer-N223TheHYHEcultivationdecreased water208 by irrigationby a

12、ndmcreased wateruse over yield irrigationwater by irrigation efficiency grain 484 Theresultsabove that andNUEcouldbe suggestgrainyield simultaneously increasedthe and ofcultivation throughintegrationoptimization technologiesThe and for and NUEandtheevaluation techniqueshighgrainyieldhigh approachesk

13、ey indexesforN15Einricewerediscussed N use and use words：Rice；Fertilizer-N high Key efficiency；Hi曲yieldefficiency； Cultivation technology；Physiologicalmechanism；Demonstration 杨屯年：水磴高产与氮肥高效利用栽培技术的研究 竺 一 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的 研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已

14、经 发表的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：杨互事 签字日期：矽p年f月沙日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和 借阅。本人授权扬州大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 学雠文作者签名碥访节 导师签名：

15、 签字日期：沙l汐年厂月烨日 签字日期：kfl，年岁_月址日 本页为学位论文末页。如论文为密件可不授权，但论文原创必须声明。 扬州人学硕士论文 6 一 1引言 11研究水稻高产的背景及意义 水稻，作为世界主要粮食作物之一，栽培历史已有6000"-'7000年。世界 上近一半人口，包括几乎整个东亚和东南亚的人口，都以稻米为食。随着人口 的增长，预计到2025年，全球依赖稻米生活的人口将增至35亿【l】。我国是世 界上最大的水稻生产国和最大的稻米消费国，水稻的种植面积占整个谷物播种 面积的266，稻谷总产占粮食总产的436，其重要性不言而喻【341。针对我 国人多、地少、生态环境

16、压力大的生产现状，在可持续生产前提下，培育抗逆 性强的超级高产新品种、探索提高作物生产能力的栽培学新理论和新技术，最 大限度挖掘作物生产潜力，实现粮食作物可持续高产，提升我国的粮食综合生 产能力，对保证我国乃至世界粮食安全有十分重要的意义。 12水稻氮肥投入情况 氮素是影响水稻生产和产量最敏感的因素，其营养状况的好坏与水稻植株 体内生理代谢、光合特性与磷、钾素的吸收等有密切关系，最终影响水稻产量 的高低与品质的好坏。因此，有关水稻氮肥的研究一直受到人们的重视【5-121。 近年来，随着水稻品种的改良，产量的提高，水稻品种的耐肥性增强，水稻本 hm。2， 田期的施氮量越来越大。我国1995199

17、7年水稻单季平均施氮量为180 kg 比世界平均水平 103kghm也 约高出75。我国水稻单产不及日本，但单季施氮 量是其2倍多 联合国粮农组织2001年统计资料 。目前我国部分高产稻田的施 氮量为270""-'300hm之，高的已达350hm。2【13-141。而且随着水稻生产的发 kg kg 展，水稻本田期的施氮量有越来越大的趋势。据统计，江苏省1995一2000年水 稻单季平均施氮量为270 kghm。215】，约为我国平均水平的15倍。过高的氮肥 投入使得氮肥利用率下降。据统计，世界其它国家水稻的氮肥吸收利用率高达 50V旷60，而我国现阶段仅为300旷4

18、5，某些地区甚至低于30，造成氮肥 的大量损失及经济效益的降低16。18】。 13氮素的损失途径及其机制 氮肥被施入稻田后，并不能百分之百完全地被水稻植株所吸收利用，李庆 通过以下四种途径散失到环境中，其中氨挥发与硝化一反硝化损失为稻田氮肥 杨立年：水稻高产与氮肥高效利用栽培技术的研究 7 损失最主要途径。 l。氨挥发损失 氨挥发是氮素损失最严重的、也是占损失比例最大的途 径。其损失率可高达旌氮量的40-5020之11，邓美华等221研究指出，氨挥发通 量大约在施肥后的13天内达到最大，之后逐日降低。在整个生育期中，最大 氨挥发通量发生在穗肥时期，其次为施用基肥后的八天内。 2硝化与反硝化损失

19、 有机固定氮矿化为铵或氨后，除了植物吸收和再 固定外，其余部分将进入硝化一反硝化过程。 反硝化过程是指在缺氧条件下， 反硝化细菌还原硝酸盐，释放出N2或N20的过程。国内的研究结果表明，移 栽前混施的碳铵和尿素的氮素气态总损失在4572之间，其中氨挥发为 940，表观硝化一反硝化的氮素损失率为1672【231，在稻田传统氮肥施用 方式条件下，生物硝化一反硝化作用形成的稻田系统氮素气态损失小于氨挥发。 3淋洗 氮素的淋失是指土壤中的以及施入土壤中的肥料氮随水向下 迁移至根系活动层以下，从而不能被作物根系吸收所造成的氮素损失，主要以 N03N为主，N02N与NH4N只占极少部分【24】。近年来，国

20、内诸多地方对氮 的淋失进行了一些观测25。321。陆敏等33】研究显示，稻田土壤氮的淋失主要发生 在种植的前期，尹娟渊等观察到，在其他条件相同的情况下，施肥量越大，渗漏 水中N时一N和N03一N的浓度越大。 4泾流损失 影响泾流损失的主要因素是降雨，其损失的氮是造成地 表水氮素富集的主要原因之一【35。38】。彭琳等在陕西安塞径流区的观测表明，每年 因水土流失而损失的氮为919l吼。2，其中以土壤颗粒形式流失的氮占流失的 kg 氮总量的95以上。 14提高氮肥利用率的主要栽培技术 针对上述众多的氮肥损失途径，国内外专家提出了多项水稻栽培技术用以 提高氮肥利用率【39-44，为世界农业的可持续发

21、展与环境生态保护作出了重要贡 献。 1施氮量 在一定施氮量范围内，产量随氮肥的投入增加而提高，而氮 肥利用率一般随氮肥的增加而降低，而不同的品种，其耐肥性又有很大的差别， 因此，必须寻求个最佳的施氮量，既满足高产的需要，又最大限度的降低其 对环境生态等方面的负面影响。最佳的氮肥的施用量要考虑到不同的土壤质地 扬州大学硕士论文 与肥力，又要针对不同品种的耐肥性差异而定4547】。晏娟等【48】对近年来水稻的 最佳产量、氮素分配比例的氮肥利用率，也可以减少因过量施用氮肥带来的大 量氮素损失，李伟波【49】等通过对太湖地区高产乌棚土稻田氮肥施用情况研究后 hm之。 指出，该区的适宜施氮量，水稻为15

22、0hm五，小麦最高为225 kg kg 2氮肥深施 氨挥发是水稻氮素流失的最主要途径，因此减少氨挥发作用 能够较大地降低氮肥的无效损失，进而提高氮肥的利用率。我国当前施用的氮 肥主要是碳酸氢铵和尿烈5们，这两种氮肥都易通过氨挥发而大量损失，深施是 降低氨挥发损失的最有效的施用方法。河北省地区经测试：气温在29，土壤 含水率在136时，地面施用碳酸氢氨，12小时后挥发损失549，而将同样 的肥料深施至6锄以下土层，12小时后挥发损失仅为O3。 3氮肥运筹 水稻在不同的生育期对氮肥的吸收积累能力差异较大，前期 水稻田间未封行，且根系不发达，吸收能力较低，氮肥施用量应降低，避免过 多的氨挥发。李慧等

23、【5l】经过田间生育调查表明，盲目加大前期氮量，只会造成 肥料利用率低，分蘖质量下降。万靓军等【52】研究发现，缩小前中期施氮比例的 差异，使前氮适当中移，在此基础上，中期适当推迟追肥叶龄期，可以缩小水 稻前、中、后期吸氮比例及相对吸氮速率的差异，平稳吸氮，从而可进一步提 高氮素利用率和产量。 4平衡施肥 平衡施肥，就是指农作物平衡的吸收各种肥料，单一的肥料 投入不仅产量得不到提高，而且使得土壤肥力日趋降低、生态环境逐渐恶化【531。 目前我国土壤中碱解氮、速效磷的含量增加较为明显，而速效钾含量下降。因 此，不同肥料的投入量的多少需根据土壤的供肥能力不同而定。近年来，我国 发展了“3414”测

24、土配方施肥技术，使得产量与肥料利用率得到较大幅度的提 高54-56】。 另外，众多新型肥料的研制，脲酶抑制剂、硝化抑制剂和表面分子膜的应 用等对氮肥利用率均有着不同程度的的提高【57581。 15本研究的目的和意义 近年来，我国部分地区水稻的产量水平仍很低，氮肥投入量的增加并未带 来期望中的产量，氮肥的利用率降低。因此，本试验通过设置不同的栽培方式， 杨立年：水稻高产与氮肥高效利用栽培技术的研究 ! 观察其对水稻生长发育、产量和养分资源利用效率的影响，以期为水稻优质高 产和养分资源的高效利用提供理论依据，并阐明水稻高生产力和养分高效利用 的冠层形成过程及其机理；建立水稻产量与养分资源利用同步提

25、高的技术体系。 产量较当地高产栽培提高10以上，氮肥利用率提高20,-一30。 2材料与方法 21试验一高产与氮肥高效利用栽培技术的小区试验 211材料与试验地基本情况 试验于2008-2009年在连云港市黄淮海地区良种示范基地、中国科学院南 京土壤所常熟野外生态试验站和扬州大学农学院实验农场进行。三个试验地前茬 作物均为小麦。各试验地的土壤养分基本情况见表1。连云港市和常熟市供试的 品种为中熟粳稻品种连粳6号和杂交粳稻常优3号，扬州试验点的供试品种为连 粳6号和超级稻淮稻9号。各个试验点水稻播种、移栽以及行株距等情况列于表 2。 表1三个试验点土壤养分基本情况表 表2三个试验点水稻播种、移栽

26、等基本情况 212处理设置 till，上水后耱平。设以下4个处理。 用拖拉机旋耕试验田，耕深8,-10 扬州大学硕士论文 10 一 A， 氮空白区。不施氮肥，仅在移栽前基施磷肥 过磷酸钙，含P205135 和钾肥 氯化钾，含K2060 ，施用时间和施用量见表3。除生育中期 1214 叶龄期 排水搁田外，其余时期保持水层。 t B，当地高产栽培 对照 。目标产量8590 hm。2。总施氮量 纯氮 为270埏 hm之，按基肥 移栽前 ：分蘖肥 移栽后57d ：穗E 叶龄余数15 6：2：2 施用。氮、磷、钾肥施用时间和施用量见表3。除生育中期排水搁田外，其余时 期保持水层。 t C，超高产栽培 高

27、量化肥投入取得高产 。目标产量1112hm乞。采用以 下关键栽培技术。 I稀播育壮秧。湿润育秧，播量较一般高产栽培减少15，秧大田比 l： 56。秧龄2225 d，移栽时秧苗带分蘖23个。 II增加氮肥用量，前氮后移。氮肥 纯氮 435-450 kghm。2，分基肥、分蘖 肥、促花IE 叶龄余数35 和保花肥 叶龄余数12 4次施用。氮、磷、钾肥施用时 间和施用量见表3。 III精确灌溉。从移栽至返青建立浅水层；返青至有效分蘖临界叶龄期 Nn kPa 土壤埋水 前2个叶龄期 Nn一2 进行间隙湿润灌溉，低限土壤水势为一10 深度1015 势为-20kPa 土壤埋水深度15-20ern ，并保持

28、1个叶龄期； Nn+1 叶龄期 至二次枝梗分化期初 倒三叶开始抽出 进行干湿交替灌溉，低限土壤水势为25 d kPa 土壤埋水深度2530crn ；二次枝梗分化期 倒三叶抽出期 至出穗后10 进行间隙湿润灌溉，低限土壤水势为10kPa 土壤埋水深度1015cm ；抽穗后 11d至抽穗后45d进行干湿交替灌溉，低限土壤水势为一15kPa 土壤埋水深度 14-18 elil浅层水，用水分张力计监测土壤 crn 。各生育期达到上述指标即灌23 cnl的塑料管监测土壤埋水深度。 水势。通过田间挖坑或在田间插入直径为10 D，高产与氮肥高效利用栽培 合理投入获得高产，简称高产高效栽培 。目 t 标产量1

29、叽11hm乏，氮肥农学利用率 20 N。采用以下主要栽培技术。 kgkg-1 I稀播育壮秧。同超高产栽培。 II实地养分管理。依据土壤养分的有效供给量、水稻的目标产量和稻株对 养分的吸收量和当季的肥料利用率确定氮、磷、钾总施肥量范围；依据叶色或叶 片含氮量与叶绿素测定仪 SPAD 测定值或叶色卡 LcC 读数的对应关系， 杨立年：水稻高产与氮肥高效利用栽培技术的研究 确定主要生育期水稻需氮供氮的SPAD和LCC指标值。根据目标产量和土壤的 供肥能力，在超高产栽培和高产高效栽培中，适当增加磷、钾肥的施用量。各处 理氮、磷、钾肥施用时间和实际施用量见表3。 III精确灌溉。同超高产栽培。 m

30、15;8 小区面积6 m，重复4次，随机区组排列。各小区间筑埂并用塑料薄 膜包埂。区组间筑灌水沟便于各小区单独灌溉。 hm。 表3试验地不同处理的施肥量 kg A 0 120120 0 0 0 O 0 O 120120 B 210120120 45 45 0 O 45 345120120 连云港连粳6号 C 225150 90 45 90 0 粥 90 450150180 D 150 135 75 75 60 0 俗 60 345135 150 A 0 90 120 O 0 0 O O 0 90 120 B 18090 120 60 O O O 60 30090 120 常熟 常优3号 C 1

31、875126 90 375 75 0 75 375126 180 D 如 m撂 记 如 O 佗 60 300108 144 A 0 牾5 O O O O O 0 45 90 B 配 够5 蚰 舛 O O O 54 27045 90 连粳6号 C 筋 够3 巧 舒 如 " 竹 90 45090 150 D 加 昭3 ；。 巧 卯 " ” 55 30090 150 扬州 A O 够5 如 O O O O 0 0 45 90 B 酡 舒5 知 舛 0 O O 54 27045 90 淮稻9号 C mO ；。 够 粥 " 符 90 43590 150 D 加 够3 巧 巧

32、 印 " 巧 60 31590 150 A：不施用氮肥 ON ；B：当地高产栽培；C：超高产栽培：D：高产商效栽培。 213取样与测定 2131茎蘖动态 于移栽期后1周起，各小区定点10穴观察记录水稻茎蘖 发生动态。抽穗期前每隔7d、抽穗后每隔10d记录一次茎蘖数。 扬州大学硕士论文 12 _一 2132干物质及叶面积 分别于移栽期、有效分蘖临界叶龄期 Nn 、拔节 期、抽穗期和成熟期 收获前1d ，从各小区取10穴稻株，分解为绿叶、枯叶、 茎、鞘和穗 抽穗以后 ，测定叶面积和干物质重。以长×宽×075计叶面积。 2133植株碳水化合物与氮磷钾含量 上述各期测定干

33、物质的样品经粉碎 后用于测定植株非结构性碳水化物 NSC 和氮 N 、磷 P 、钾 K 的含量。 用葸酮法测定NSC 可溶性糖和淀粉 【591，用FOSS公司的全自动凯氏定氮仪测 定氮，用全谱直读等离子体发射光谱仪 ICP 测定磷和钾。 2134根系干重和根系活力 分别于拔节期、抽穗期和成熟期，各处理取6 cnl， 穴稻株，剪去地上部分后以每穴根茬为中心，用自制挖根器 长30锄，宽10 高20锄 挖取根土，置40目尼龙网袋中，用流水冲洗，烘干后称重。 2135根系活力和根系细胞分裂素含量分别在抽穗期、乳熟期和蜡熟期， 各处理取6穴稻株，用上述相同方法取根后，测定根系氧化力和根中玉米素 Z 介绍

34、的酶联免疫法 ELISA 【删测定根系Z+ZR含量，每一样品至少重复4次。Z +ZR的回收率 为805±65。 2136叶片光合速率 晴朗天气用LICOR6400光合仪测定剑叶光合速率，每小区测定6张叶片，以 平均值表示。 2137考种计产 成熟期各小区取2个10穴用于考种，考查每穗粒数、结 实率和千粒重。各小区按实收穴数计产。 22试验二水稻高产高效栽培技术的集成与示范 221示范品种和示范地基本情况 试验于2009年在江苏省铜山县、宿迁市、盐都区、金湖县、姜堰市、如东 县、丹阳市、宜兴市等8个江苏省农业新技术展示基地进行。试验仅设置两个 处理，即当地高产栽培 对照 和高产高效栽培。8个基地两处理的面积均为 051 hm2 815亩 。每个基地两处理的土壤质地和养分、选用的品种以及栽 插规格等均相同。对照田的施肥方法和施肥量均按当地高产栽培方式进行，高 产高效栽培技术同小区试验的D处理。 222主要测定项目 2221氮肥用量和灌溉水量 由当地农业局农技推广中心负责记录水稻施氮 杨讧