耕作方式和大田水分管理对水稻氮素吸收利用的影响

陈仁天;唐茂艳;赵荣德;江立庚;王强;陈雷;梁天锋

【摘 要】[目的]探讨不同耕作方式和大田水分管理模式对水稻氮素吸收利用、氮代谢酶活性和土壤氮素的影响,为优化水稻栽培技术提供参考.[方法]以水稻品种金优253和桂旱1号为材料,2008年早季和晚季采用湿润灌溉、交替灌溉、水层灌溉3种水分管理模式和免耕、常耕两种耕作方式进行田间试验,于拔节期、抽穗期和成熟期测定水稻氮素吸收和利用和各种生理指标.[结果]在相同耕作方式下,水层灌溉相对有利于提高早季水稻全氮积累量和氮素回收率,提高抽穗期早季水稻叶片GP转氨酶活性、拔节期和抽穗期晚季水稻叶片GS活性以及成熟期早晚季常耕水稻叶片GS活性.采用湿润灌溉处理相对有利于提高水稻叶片硝酸还原酶、成熟期水稻叶片GPT转氨酶活性以及水稻氮素稻谷生产效率、土壤碱解氮含量、晚季水稻氮素回收率,但降低晚季水稻产量.采用交替灌溉处理相对有利于提高拔节期早晚季水稻叶片GPT转氨酶活性、抽穗期晚季水稻叶片CP转氨酶活性及拔节期和抽穗期早季水稻叶片GS活性.在相同水分管理模式下,与常耕水稻相比,免耕利于提高交替灌溉处理水稻氮素积累量以及早、晚季土壤全氮和碱解氮含量.[结论]耕作方式和水分管理对水稻氮素吸收利用有重要的调控作用；免耕和节水互作条件下,有利于土壤供氮能力的提高,从而提高氮素利用率.%[Objective]The present study was conducted to investigate the effects of different tillage patterns and water management modes on nitrogen assimilation and utilization, and activities of nitrogen metabolism related enzymes in rice as well as soil nitrogen to provide references for optimizing rice cultivation techniques. [Method] Using Jinyou 253 and Guihan 1 as test materials, three water management modes such as wet irrigation, alternate irrigation and water layer irrigation

and two soil tillage patterns such as non-tillage (NT) and conventional tillage (CT) in rice field were experimented in early and late seasons of 2008, the assimilation and utilization of nitrogen and physiological indicators of rice were determined al elongation, heading and maturity stages, respectively. [Result] Under the same tillage pattern, water layer irrigation could increase total nitrogen accumulation and nitrogen recover}' efficiency (NRE) in early rice relatively, increase GPT transaminase activity in leaves of rice and GS activity in leaves at elongation and heading stage oflate rice and at maturity stage of early and late rice of CT. Wet irrigation were beneficial to increasing nitrate reductase (NR) activity in rice leaves, GPT transaminase activity in rice leaves and nitrogem grain production efficiency at maturity stage, available nitrogen content in soil, and NRE in rice leaves in late rice, while decreeing rice yield of late season. Alternate irrigation was available for increasing GPT transaminase activity in leaves at elongation stage of early and late rice, and at heading stage of late rice, as well as GS activity in leaves at elongation and heading stage of early season. Under same water management mode, non-tillage was favorable for enhancing nitrogen accumulation in rice in alternate irrigation treatment, and total nitrogen and available nitrogen contents in soil of early and late rice. [Conclusion]Tillage patterns and water management modes played important roles in regulating nitrogen assimilation and utilization of rice, non-tillage and water-saving irrigation interaction was favorable for promoting soil nitrogen supplying capacity and nitrogen utilization efficiency.

【期刊名称】《南方农业学报》 【年(卷),期】2012(043)007 【总页数】5页(P942-946)

【关键词】水稻;耕作方式;水分管理;氮素利用

【作 者】陈仁天;唐茂艳;赵荣德;江立庚;王强;陈雷;梁天锋

【作者单位】广西农业科学院水稻研究所,南宁530007;广西农业科学院水稻研究所,南宁530007;广西农业科学院桂北分院/桂林市农业科学研究所,广西桂林541006;广西大学农学院作物栽培学与耕作学重点实验室,南宁530005;广西农业科学院水稻研究所,南宁530007;广西农业科学院水稻研究所,南宁530007;广西农业科学院水稻研究所,南宁530007 【正文语种】中 文 【中图分类】S511.062 0 引言

【研究意义】我国是一个水资源十分短缺的国家，传统的水稻栽培模式淹水灌溉耗水量极大、水分利用率极低、水资源浪费严重。近年来，在免耕抛秧栽培中，由于部分稻田漏水较严重，导致水分利用率较低，从而使水稻节水栽培技术研究在国内受到广泛重视（梁永超等，1999；杨建昌等，2000；靳德明等，2001；石英等，2001）。【前人研究进展】水稻节水栽培具有明显的节水效应，一方面减少了田间的水分蒸发量，另一方面水稻在水分胁迫情况下产生了一系列的生理适应反应，从而提高了水分的生理利用效率。已有研究表明，水稻受水分胁迫时，稻株体内的

自由水/束缚水比值下降，ABA含量上升，脯氨酸等渗透调节物质积累增加，SOD活性明显增强，并诱导逆境蛋白的形成和积累等（杨建昌等，1995；韦朝领和袁家明，2000）。在节水栽培条件下，水稻对养分的利用也会发生变化，节水栽培改变了稻田土壤长期淹水的状态，土壤的氧化还原电位和通透性提高，有利于好气微生物的活动，从而促进土壤有机质的分解和养分的有效性（李远华等，1998；吕国安等，2000）。也有研究认为，在原有长期灌溉和施肥制度（以底肥为主）条件下，若采用高效节水灌溉技术，稻田的氮肥（氨）挥发会大幅度增加（茆智等，2002；崔远来等，2004）。【本研究切入点】目前，在免耕和节水栽培互作条件下，有关水稻对肥料氮的吸收利用、水稻的生长特点及其生理反应研究极少。【拟解决的关键问题】采用田间试验，探讨免耕和水分管理调节水稻氮素利用的生理机制，以期为免耕水稻的节水栽培提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 试验材料

供试材料为三系籼型杂交水稻金优253和桂旱1号，种子由广西农业科学院水稻研究所提供。 1.2 试验设计

大田试验于2008年早季和晚季在广西大学农学院试验农场进行，试验田土壤主要理化性状见表1。

表1 供试土壤基本理化性状Tab.1 Properties of tested soil栽培季节

Cultivation season pH 有机质（%）Organic matter全氮（mg/g）Total N速效磷（mg/kg）Available P速效钾（mg/kg）Exchangeable K早季Early 6.77 2.13 1.42 24.36 109.75晚季Late 6.41 1.87 1.18 16.03 90.24

试验设两个水稻品种、免耕和常耕两种土壤耕作方式以及水层灌溉栽培、交替灌溉栽培、湿润栽培3种水分管理模式，为计算肥料氮素回收效率，每种管理模式设

一个不施氮作对照，共24个处理，3次重复，共计72个小区；采用裂区设计，以水分管理模式为主区，耕作方式为副区，施氮小区面积12.39 m2，对照区面积4.43 m2。小区四周作高30 cm、宽20 cm的田基，田基盖塑料并入土30 cm以防肥水渗透。施肥处理按纯氮195 kg/ha、过磷酸钙450 kg/ha、氯化钾225 kg/ha，磷肥全部作基肥一次施用，氮肥按基肥50%、分蘖肥20%、穗肥30%比例施用，钾肥按基肥60%、分蘖肥40%比例施用。对照处理的磷肥和钾肥按相同数量和方法施用，但不施氮肥。采用编织布方式育秧，当秧苗生长至3.0～3.5叶时选择均匀一致的健壮双苗抛栽，抛栽密度为每公顷27万蔸。其他管理按《广西免耕抛秧水稻栽培技术规程进行》。

水分管理：湿润灌溉时每次灌水上限为1 cm，2～3 d灌1次水；交替灌溉时每次灌水上限为5 cm，每次灌水后田间有水层2～3 d、无水层2～3 d；水层灌溉时灌水上限为5 cm，田间无明显水层时重新灌水。分蘖末期均不晒田，黄熟期自然落干。 1.3 测定项目

1.3.1 生长指标和氮素吸收利用 分别于拔节期、抽穗期和成熟期随机调查20蔸水稻植株苗数，取有代表性植株3蔸，用美国CI-203型激光叶面积仪测定叶面积，然后分器官烘干、称重、粉碎，用PE Spectrum One近红外光谱仪测定植株各器官全氮含量。按以下方法计算氮素吸收与利用效率等指标：（1）氮全积累量（Total nitrogen accumulation，TNA）：成熟期单位面积植株（茎、叶和穗）氮素积累量的总和；（2）氮素稻谷生产效率（Nitrogen grain production efficiency，NGPE）：单位面积水稻籽粒产量与单位面积植株氮素积累总量的比值；（3）氮素回收效率（Nitrogen recovery efficiency，NRE）：施氮肥区植株氮素积累量与不施氮肥区植株氮素积累量之差占施氮量的百分比。收获时，每小区收割54蔸水稻（2 m2的总蔸数）测定实际产量。

1.3.2 生理指标 分别于拔节期、抽穗期和成熟期，取有代表性植株最上一片全展开叶测定硝酸还原酶（NR）（张宪政等，1989）、GPT转氨酶（吴良欢等，1998）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性（孔祥生和易现峰，2008）。

1.3.3 土壤理化指标 在水稻拔节期和收获期，用管形土钻在每个小区随机取样5点，深度0～15 cm；样品取回后，风干后用土壤粉碎机粉碎，测定全氮、碱解氮（鲍士旦，2005）。 1.4 统计分析

数据采用DPS数据处理系统和Excel进行统计分析。因两个供试品种试验结果趋势相同，故同一耕作方式的数据为两个水稻品种的平均值。 2 结果与分析

2.1 不同耕作方式和大田水分管理对水稻全氮积累量的影响

从表2可知，在早季免耕和常耕方式下，在不同生育期均以水层灌溉处理的水稻全氮积累量最高，其次为交替灌溉处理，湿润处理相对较低；在晚季以免耕交替灌溉处理的水稻全氮积累量最高。此外，在相同水分管理模式下，早季不同生育时期免耕栽培的水稻全氮积累量总体上低于常耕水稻；在晚季中，水层和湿润灌溉方式的免耕水稻氮素积累量相对低于常耕水稻，而交替灌溉处理的免耕相对高于常耕，以水层灌溉方式的表现较为稳定。

表2 不同耕作方式和大田水分管理对水稻全氮积累量的影响（kg/ha）Tab.2 Influences of different water managements and tillage patterns on nitrogen accumulation in rice plant（kg/ha）同列不同字母表示3个水分管理处理在5%水平上的差异性显著，下同Different small letters in the same column represents significant difference at 5%level among three water management treatments.The same is followed in the subsequent tables栽培季节Cultivation season水分管理Water management耕作方式Tillage

pattern拔节期Elongation stage抽穗期Heading stage成熟期Ripening stage早季 湿润Wet 免耕NT 96.68 106.68 123.52b Early 交替Alternation 免耕NT 90.86 108.98 121.27b season 水层Water layer 免耕NT 102.76 119.26 130.36ab湿润Wet 常耕CT 98.44 114.88 124.64b交替Alternation 常耕CT 99.69 117.92 129.24ab水层Water layer 常耕CT 105.53 123.30 142.42a晚季 湿润Wet 免耕NT 74.49 82.95 106.93a Late 交替Alternation 免耕NT 82.99 90.42 125.61a season 水层Water layer 免耕NT 75.67 83.87 122.56a湿润Wet 常耕CT 82.38 82.65 109.86a交替Alternation 常耕CT 81.98 92.19 112.40a水层Water layer 常耕CT 82.86 91.75 125.53a 2.2 不同耕作方式和大田水分管理对水稻氮素利用效率的影响

从表3可知，相同耕作方式下，除晚稻常耕的交替灌溉处理最高外，不同耕作方式的早、晚季氮素稻谷生产效率以湿润灌溉处理的最高，其次为水层灌溉、交替灌溉处理。对于水稻氮素回收率，在相同耕作方式下，早季均以水层灌溉处理的最高，晚季则以湿润灌溉处理的最高；此外，除晚季交替灌溉处理外，其他处理免耕水稻的氮素回收效率低于常耕水稻，但处理间差异均不显著。对于水稻产量，在不同耕作方式下，除了晚季湿润灌溉处理的水稻产量较低外，其他灌溉处理的水稻产量表现没有明显规律性,而部分处理间差异达显著水平。此外，在相同水分管理模式下，早季免耕水稻产量低于常耕水稻，而晚季除免耕湿润灌溉处理水稻产量低于常耕外，其他处理免耕水稻产量均高于常耕。

2.3 不同耕作方式和大田水分管理对水稻叶片硝酸还原酶活性的影响

从表4可知，相同耕作方式下，在不同生育期内相对以湿润灌溉处理的水稻叶片硝酸还原酶（NR）活性较高，而水层灌溉和交替灌溉处理的变化没有规律。此外，相同水分管理模式下，在不同生育期的免耕水稻叶片NR活性与常耕水稻差异不显著。

表3 不同耕作方式和大田水分管理对水稻氮素利用效率的影响Tab.3 Influences of different water managements and tillage patterns on nitrogen utilization efficiencyin rice栽培季节Cultivation season耕作方式Tillage pattern早季 湿润Wet 免耕NT 66.92ab 8.20ab 30.81 Early 交替Alternation 免耕NT 62.49ab 7.52c 30.05 season 水层Water layer 免耕NT 64.75ab 8.10b 35.80湿润Wet 常耕CT 67.41a 8.43ab 33.41交替Alternation 常耕CT 58.48b 7.61c 35.93水层Water layer 常耕CT 59.54ab 8.63a 39.74晚季 湿润Wet 免耕NT 52.01ab 5.25b 33.97 Late 交替Alternation 免耕NT 46.03b 6.23a 33.53 season 水层Water layer 免耕NT 51.59ab 5.99a 29.79湿润Wet 常耕CT 51.97ab 5.76ab 36.39交替Alternation 常耕CT 61.57a 6.14a 32.45水层Water layer 常耕CT 46.59b 5.90a 34.16水分管理Water management氮素稻谷生产效率（g/g）NGPE产量（t/ha）Yield氮素回收效率（%）NRE 表4 不同耕作方式和大田水分管理对水稻叶片硝酸还原酶（NR）活性的影响（μgNO2-/gFW·h）Tab.4 Influences of different water managements and tillage patterns on nitrate reductase activityofrice leaves（μgNO2-/gFW·h）栽培季节Cultivation season水分管理Water management耕作方式Tillage pattern拔节期Elongation stage抽穗期Heading stage成熟期Ripening stage早季 湿润Wet 免耕NT 11.28 4.71a 1.42 Early 交替Alternation 免耕NT 10.48 4.72ab 1.32 season 水层Water layer 免耕NT 10.70 4.46ab 1.30湿润Wet 常耕CT 10.12 4.76b 1.42交替Alternation 常耕CT 11.14 4.50ab 1.18水层Water layer 常耕CT 10.40 4.45b 1.33晚季 湿润Wet 免耕NT 10.34 4.61a 1.32 Late 交替Alternation 免耕NT 10.28 4.42ab 1.27 season 水层Water layer 免耕NT 10.29 4.45ab 1.29湿润Wet 常耕CT 10.04 4.52ab 1.30交替Alternation 常耕CT 9.99 4.39ab 1.17水层Water layer 常耕CT 10.35 4.28b

1.22

2.4 不同耕作方式和大田水分管理对水稻叶片GPT转氨酶活性的影响

从表5可知，相同耕作方式下，在拔节期，除晚季常耕处理外，早、晚季均以交替灌溉处理的叶片GPT转氨酶活性相对最高；晚季以湿润灌溉处理的叶片GPT转氨酶活性最低，与其他处理差异达显著水平。在抽穗期，早季以水层灌溉处理的水稻叶片GPT转氨酶活性最高；而晚季以交替灌溉处理的水稻酶活性最高，其次为水层灌溉和湿润灌溉处理。在成熟期，除晚稻免耕方式外，其他耕作方式的湿润灌溉、交替灌溉、水层灌溉处理的叶片酶活性依次递减。此外，在相同水分管理模式下，拔节期免耕水稻拔节期叶片GPT转氨酶活性低于相对应的常耕水稻；在抽穗期，早季免耕水稻叶片GPT转氨酶活性高于相应的常耕处理，而晚季无明显规律性；在成熟期，早季免耕水稻叶片酶活性相对低于常耕处理。 表5 不同耕作方式和大田水分管理对水稻叶片GPT转氨酶活性的影响（μmol/gFW·min）Tab.5 Influences of water managements and tillage patterns on GPTactivityofrice leaves（μmol/gFW·min）栽培季节Cultivation season水分管理Water management耕作方式Tillage pattern拔节期

Elongation stage抽穗期Heading stage成熟期Ripening stage早季 湿润Wet 免耕NT 20.83a 19.08ab 19.27a Early 交替Alternation 免耕NT 20.98a 19.10ab 17.73b season 水层Water layer 免耕NT 20.82a 20.47a 19.27a湿润Wet 常耕CT 21.13a 18.73ab 19.58a交替Alternation 常耕CT 22.09a 18.40b 19.20a水层Water layer 常耕CT 21.41a 18.92ab 19.49a晚季 湿润Wet 免耕NT 19.31b 16.88b 20.65a Late 交替Alternation 免耕NT 20.40a 20.38a 20.05a season 水层Water layer 免耕NT 20.34a 18.67ab 22.05a湿润Wet 常耕CT 20.49a 17.33b 21.01a交替Alternation 常耕CT 20.75a 20.07a 19.81a水层Water layer 常耕CT 20.96a 18.73ab 17.08a

2.5 不同耕作方式和大田水分管理对水稻谷氨酰胺合成酶（GS）活性的影响 谷氨酰胺合成酶（GS）是植物体内氨同化的关键酶之一。从表6可知，相同耕作方式下，在拔节期和抽穗期，早季以交替灌溉处理的水稻叶片GS活性相对较高，以水层灌溉处理的最低，部分处理间差异达显著水平；晚季以水层灌溉的水稻叶片GS活性相对较高，其次为交替灌溉处理，湿润灌溉的最低，部分处理间差异达显著水平。而在成熟期，早、晚季免耕方式均以湿润灌溉处理的酶活性最高，常耕方式均以水层灌溉处理的叶片酶活性最高，其次为湿润灌溉处理，部分处理间差异达显著水平。

表6 不同耕作方式和大田水分管理对水稻叶片谷氨酰胺合成酶（GS）活性的影响（A/gFW·h）Tab.6 Influences of different water managements and tillage patterns on GSactivityofrice leaves（A/gFW·h）栽培季节Cultivation season水分管理Water management耕作方式Tillage pattern拔节期Elongation stage抽穗期Heading stage成熟期Ripening stage早季 湿润Wet 免耕NT 2.37ab 2.77a 2.58b Early 交替Alternation 免耕NT 2.75ab 3.20a 2.29c season 水层Water layer 免耕NT 2.19ab 2.80a 2.41bc湿润Wet 常耕CT 2.95a 3.12a 2.45bc交替Alternation 常耕CT 2.79ab 3.17a 2.40bc水层Water layer 常耕CT 1.87b 2.65a 2.90a晚季 湿润Wet 免耕NT 2.61b 2.87a 2.64a Late 交替Alternation 免耕NT 2.73b 2.96a 2.61a season 水层Water layer 免耕NT 3.35a 2.98a 2.37a湿润Wet 常耕CT 2.63b 2.87a 2.36a交替Alternation 常耕CT 2.75b 3.17a 2.34a水层Water layer 常耕CT 3.27a 2.86a 2.49a 2.6 不同耕作方式和大田水分管理对土壤氮素的影响

从表7可知，相同耕作方式下，不同时期不同耕作方式早、晚季均以湿润灌溉处理的土壤碱解氮含量最高，在不同时期不同灌溉处理全氮含量间无明显规律。此外，相同水分管理模式下，除早季收获期常耕方式的土壤碱解氮较高外，早、晚季其他

时期免耕土壤的全氮和碱解氮含量均稍高于常耕土壤。由此可知，免耕和节水互作有利于土壤供氮能力的提高。

表7 不同耕作方式和大田水分管理对土壤全氮和碱解氮含量的影响Tab.7 Influences of different water managements and tillage patterns on total Nand Ex.NH4+-Ncontents of soilEx.NH4+-N=Exchangeable NH4+-N栽培季节Cultivation season水分管理Water management耕作方式Tillage pattern全氮（%）Total N 碱解氮（mg/kg）Ex.NH4+-N拔节期Elongation stage收获期Harvest stage 拔节期Elongation stage收获期Harvest stage早季 湿润Wet 免耕NT 0.126a 0.125a 100.20a 108.41ab Early 交替Alternation 免耕NT 0.122a 0.130a 96.96a 105.26ab season 水层Water layer 免耕NT 0.117ab 0.129a 100.10a 104.88ab湿润Wet 常耕CT 0.123a 0.124a 99.63a 113.94a交替Alternation 常耕CT 0.109b 0.128a 91.32a 111.56ab水层Water layer 常耕CT 0.111b 0.120a 98.39a 103.73b晚季 湿润Wet 免耕NT 0.123ab 0.128a 87.98a 90.94a Late 交替Alternation 免耕NT 0.126a 0.129a 84.74ab 88.94a season 水层Water layer 免耕NT 0.112ab 0.118ab 78.73ab 80.06b湿润Wet 常耕CT 0.107b 0.125a 78.73ab 84.93ab交替Alternation 常耕CT 0.108b 0.101c 75.86b 70.52c水层Water layer 常耕CT 0.112ab 0.108bc 76.15b 84.36ab 3 讨论

本研究中，在相同水分管理模式下，早季不同生育时期免耕栽培的水稻全氮积累量总体上低于常耕水稻；在晚季中，免耕水稻不同灌溉处理的全氮积累量略低于或持平于常耕水稻，或者高于常耕水稻。同时，早季免耕水稻产量低于常耕水稻，而除免耕湿润灌溉处理水稻产量低于常耕外，其他处理免耕水稻产量均高于常耕。刘立军等（2005）认为，土壤背景氮过高是水稻氮肥利用率低的重要原因之一。通过

比较早晚季供试土壤基本肥力，发现早季土壤肥力各指标均高于晚季，因此晚季供试土壤背景氮含量相对较低。虽然免耕水稻对肥料氮有较高的吸收率，但在高土壤背景氮情况下，这种作用可能被掩盖。由于晚季土壤背景氮较低，免耕水稻发挥了对肥料氮具较高吸收能力的优势，但本研究中晚季免耕水稻产量相对于常耕水稻存在增产、持平、减产3种情况，由此推测，在高肥力水田，免耕水稻的产量超越常耕水稻比较困难，而在背景氮相对较低的田块，则相对容易实现，所以背景氮和免耕水稻氮素利用关系值得深入探讨。 4 结论

本研究结果表明，耕作方式和大田水分管理对水稻氮素吸收利用有重要的调控作用；在相同耕作方式下，不同水分管理模式对早晚季水稻不同生育时期的氮素积累量和利用效率、生理代谢、土壤氮含量的影响有所不同，其中以水层灌溉和湿润灌溉的效果相对明显。而在相同水分管理模式下，免耕利于提高早、晚季土壤全氮和碱解氮含量，因此，免耕和节水互作有利于土壤供氮能力的提高，从而提高氮素利用率。 参考文献：

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