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高產水稻氮肥高效利用原理與技術 版權信息
- ISBN：9787030718051
- 條形碼：9787030718051 ; 978-7-03-071805-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
高產水稻氮肥高效利用原理與技術 內容簡介
本書圍繞水稻產量與氮肥利用率協同提高的科學和技術問題，解析了我國水稻品種在演進過程中產量和氮肥利用率的變化特點及高產與氮高效品種的農藝與生理特征，論述了實地氮肥管理技術在高產稻區的適用性和超高產栽培水稻的養分吸收利用規律，重點闡述了氮肥高效利用的“三因”氮肥施用技術、綜合栽培技術、水氮耦合調控技術協同提高水稻產量與氮肥利用率的技術原理、方法、試驗示范應用效果及稻米品質效應，從群體冠層結構與功能、光氮分布與匹配、內源激素間平衡、碳氮代謝酶活性和根系形態生理等方面揭示了水稻高產與氮高效利用協同的生物學機制。書中所有圖表數據來自作者課題組的研究結果，其中許多數據是搶先發售呈現。 本書具有科學性和實用性，理論聯系實際，具有較強的可讀性和可操作性，可供農業科研人員、農業院校師生、農技推廣人員和廣大稻農在科研生產和示范推廣應用中參考。
高產水稻氮肥高效利用原理與技術 目錄
目錄
第1章 概論 1
1.1 氮肥（素）利用率的評價指標 1
1.1.1 氮素利用率 2
1.1.2 氮肥利用率 2
1.1.3 氮肥偏生產力 3
1.2 水稻主要氮肥施用技術 4
1.2.1 區域平均適宜施氮量法 4
1.2.2 測土配方施肥技術 5
1.2.3 實地氮肥管理 5
1.2.4 精確定量施肥技術 6
1.2.5 “三定”栽培技術 7
1.2.6 “三控”施肥技術 7
1.2.7 “三因”氮肥施用技術 7
1.2.8 水氮耦合調控技術 8
1.3 協同提高水稻產量和氮肥利用率的途徑及其生理基礎 9
1.3.1 選用高產氮高效品種 9
1.3.2 構建健康冠層 9
1.3.3 調節體內激素水平 11
1.3.4 改善根系形態生理 12
1.4 水稻高產、氮肥高效利用與優質的協同關系 13
參考文獻 14
第2章 中秈稻品種改良過程中產量和氮素利用率的變化 23
2.1 中秈稻品種產量的演進 24
2.1.1 產量及其構成因素 24
2.1.2 干物質積累動態 26
2.1.3 收獲指數 28
2.2 中秈稻品種改良過程中氮素利用率的變化及其生理基礎 29
2.2.1 氮素積累動態 29
2.2.2 氮肥利用率 30
2.2.3 葉片氮代謝主要酶類活性 31
2.2.4 氮代謝酶類活性的調節 34
2.3 中秈稻品種改良的品質效應 35
2.3.1 稻米加工（碾磨）品質 35
2.3.2 稻米外觀品質 36
2.3.3 稻米蒸煮食味品質和營養品質 37
2.3.4 稻米淀粉黏滯譜特性 37
2.4 小結 40
參考文獻 40
第3章 中粳稻品種產量和氮肥利用率的演進 42
3.1 中粳稻品種的產量演進 43
3.1.1 產量 43
3.1.2 產量構成因素 43
3.2 中粳稻品種氮肥利用率的演進 45
3.2.1 氮素吸收與轉運 45
3.2.2 氮肥利用率 47
3.3 中粳稻品種產量和氮肥利用率演進的農藝與生理基礎 49
3.3.1 葉面積指數和群體粒葉比 49
3.3.2 干物質積累與收獲指數 51
3.3.3 莖鞘中非結構性碳水化合物的積累與轉運 51
3.3.4 莖蘗動態 54
3.3.5 葉片生理性狀 56
3.3.6 株高、葉基角和穗部性狀 60
3.3.7 根系形態生理 62
3.4 中粳稻品種稻米品質演進 67
3.4.1 稻米加工（碾磨）品質 67
3.4.2 稻米外觀品質 68
3.4.3 稻米蒸煮食味品質和營養品質 69
3.4.4 稻米淀粉黏滯譜特性 70
3.5 小結 71
參考文獻 72
第4章 水稻高產氮敏感性品種的農藝與生理特征 74
4.1 現用粳稻品種產量和氮肥利用率對施氮量響應的差異 74
4.1.1 產量對施氮量響應的差異 74
4.1.2 氮肥利用率對施氮量響應的差異 77
4.1.3 氮敏感性不同類型品種的劃分 80
4.2 氮敏感性品種的葉片性狀 80
4.2.1 葉片形態生理性狀 80
4.2.2 冠層內葉片光氮分布特征 83
4.3 氮敏感性品種的物質和氮素積累與轉運特征 86
4.3.1 物質生產與氮轉運 86
4.3.2 莖鞘中碳轉運和糖花比 87
4.4 碳氮代謝酶活性、相關基因表達和細胞分裂素含量 88
4.4.1 籽粒淀粉合成相關酶活性和莖鞘中蔗糖合酶活性及相關基因表達 88
4.4.2 葉片細胞分裂素和氮含量、氮代謝酶活性及氮轉運相關基因表達 90
4.5 根系形態生理 92
4.5.1 根系形態性狀和根系活性 92
4.5.2 根系分泌物中有機酸和根系激素 94
4.5.3 根系氮代謝酶活性和氮吸收轉運相關基因表達 96
4.6 小結 98
參考文獻 100
第5章 超高產栽培水稻的養分利用效率和群體特征 103
5.1 水稻超高產栽培技術 103
5.1.1 稀播控水旱育壯秧技術 104
5.1.2 實時實地精確施肥技術 104
5.1.3 精確定量節水灌溉技術 104
5.2 超高產栽培水稻的產量和養分利用效率 105
5.2.1 施氮量與水稻產量 105
5.2.2 養分吸收利用特點 106
5.3 超高產水稻地上部群體特征 112
5.3.1 莖蘗消長動態 112
5.3.2 葉面積指數和粒葉比 113
5.3.3 葉片光合勢和光合速率 114
5.3.4 干物質積累 114
5.4 超高產水稻的根系特征 117
5.4.1 根系重量 117
5.4.2 根冠比和根系傷流量 118
5.5 小結 120
參考文獻 121
第6章 水稻實地氮肥管理 123
6.1 秈、粳稻品種的施氮葉色閾值 123
6.1.1 施氮量對水稻產量的影響 123
6.1.2 不同施氮量下葉片葉色的變化 124
6.1.3 高產水稻主要生育期的葉色診斷 127
6.2 水稻實地氮肥管理的產量和氮肥利用率 128
6.2.1 試驗和示范方法 128
6.2.2 試驗地實地氮肥管理對產量的影響 128
6.2.3 試驗地實地氮肥管理對氮肥利用率的影響 129
6.2.4 實地氮肥管理的示范效果 130
6.3 水稻實地氮肥管理的生理生態效應 136
6.3.1 葉片葉綠素含量 136
6.3.2 葉片光合速率 136
6.3.3 水稻根重與根冠比 138
6.3.4 根系活性 138
6.3.5 葉片熒光參數 140
6.3.6 冠層內溫度變化 141
6.3.7 冠層內濕度變化 141
6.3.8 群體透光率 142
6.3.9 紋枯病發病情況 142
6.4 小結 144
參考文獻 144
第7章 “三因”氮肥施用技術 146
7.1 因地力氮肥施用技術 146
7.1.1 基礎地力產量的確定 146
7.1.2 總施氮量的確定 147
7.2 因葉色氮肥施用技術 149
7.2.1 用葉色診斷施氮的可靠性 149
7.2.2 不同生育期施用氮肥的葉色相對值指標 151
7.2.3 水稻因葉色施氮技術應用實例 155
7.3 因品種氮肥施用技術 158
7.3.1 不同穗型水稻品種產量對氮素穗肥和粒肥的響應 158
7.3.2 不同穗型水稻品種穗肥的施用策略 159
7.4“三因”氮肥施用技術應用效果 161
7.4.1 農戶田塊對比試驗 161
7.4.2 示范基地示范效果 164
7.5 “三因”氮肥施用技術增產與氮高效利用的生物學基礎 165
7.5.1 無效生長少，光合能力強 165
7.5.2 源庫關系協調好，物質生產效率高 166
7.5.3 根系活性強，細胞分裂素與乙烯的比值高 167
7.6 磷、鉀肥施用技術 168
7.6.1 依據水稻對氮磷鉀吸收的比例推薦磷、鉀肥使用量.168
7.6.2 采用年度恒量監控法推薦磷、鉀肥使用量 169
7.7 小結 169
參考文獻 170
第8章 水稻氮肥高效利用的綜合栽培技術 174
8.1 綜合栽培技術的組裝集成 174
8.2 綜合栽培技術對產量和氮肥利用率的影響 176
8.2.1 產量及其構成因素 176
8.2.2 氮素積累量 178
8.2.3 氮肥利用率 178
8.3 綜合栽培技術對地上部群體特征的影響 180
8.3.1 莖蘗動態及莖蘗成穗率 180
8.3.2 干物質積累 181
8.3.3 葉面積 181
8.3.4 粒葉比 183
8.3.5 莖鞘中非結構性碳水化合物的轉運 184
8.3.6 葉片光合速率 185
8.3.7 冠層的光、氮分布 185
8.4 綜合栽培技術對根系形態和生理性狀的影響 191
8.4.1 根系形態性狀 191
8.4.2 根系生理性狀 193
8.5 綜合栽培技術對稻田溫室氣體排放的影響 196
8.5.1 溫室氣體排放通量 196
8.5.2 全球增溫潛勢 197
8.6 小結 197
參考文獻 198
第9章 水氮耦合調控技術 200
9.1 水氮對產量的耦合效應和水氮耦合技術的應用 201
9.1.1 水氮對產量的耦合效應 201
9.1.2 水氮耦合技術的應用 202
9.2 依據土壤水勢和水稻品種類型追施氮肥的技術 210
9.2.1 技術原理與方案 210
9.2.2 技術試驗示范實例 213
9.3 控釋氮肥與灌溉方式的互作效應 217
9.3.1 控釋氮肥與灌溉方式的耦合效應 217
9.3.2 控釋氮肥與灌溉方式產生耦合效應的生物學基礎 219
9.4 提高水稻緩釋氮肥利用率的灌溉技術 225
9.4.1 技術原理和方案 225
9.4.2 技術實施實例 228
9.5 小結 231
參考文獻 232
第10章 水稻氮肥高效利用技術的品質效應 236
10.1 實地氮肥管理技術的品質效應 236
10.1.1 加工品質 237
10.1.2 外觀品質 237
10.1.3 蒸煮食味品質和營養品質 239
10.1.4 淀粉黏滯譜特征值 239
10.2“三因”氮肥施用技術的品質效應 240
10.2.1 加工品質和外觀品質 241
10.2.2 蒸煮食味品質與營養品質 241
10.2.3 淀粉黏滯譜特征值 243
10.3 綜合栽培技術的品質效應 244
10.3.1 加工品質與外觀品質 245
10.3.2 胚乳淀粉結構 246
10.3.3 蒸煮食味品質和營養品質 247
10.3.4 蛋白質組分與含量 248
10.3.5 淀粉黏滯譜特征值 249
10.4 品質調優栽培技術的生物學基礎 250
10.4.1 實地氮肥管理下的葉片光合速率 250
10.4.2 實地氮肥管理下的葉片氮代謝主要酶類活性 250
10.4.3 “三因”施氮技術下灌漿期籽粒酶活性 251
10.4.4 籽粒碳氮代謝酶活性與稻米品質和氨基酸含量的相關性.252
10.4.5 綜合栽培技術對籽粒中蔗糖—淀粉轉化途徑關鍵酶活性的影響 252
10.4.6綜合栽培技術下根系氧化力 254
10.4.7 綜合栽培技術下根系分泌物中的有機酸濃度 254
10.5 小結 256
參考文獻 256
圖表目錄
圖1-1 不施氮區產量（a）和施氮區產量（b）與土壤含氮量的關系 5
圖1-2 水稻體內 Z+ZR與 ACC的比值和產量（a）及葉片光合氮利用效率（b）的關系 12
圖1-3 土壤過氧化氫酶（a）和脲酶（b）活性、根系傷流液中氮含量（c）及地上部植株氮吸收利用率（d）與水稻根系分泌物中精胺含量的關系 13
圖2-1 各時期品種產量及其構成因素的變化 25
圖2-2 各類型中秈稻品種不同生育期生物產
第1章 概論 1
1.1 氮肥（素）利用率的評價指標 1
1.1.1 氮素利用率 2
1.1.2 氮肥利用率 2
1.1.3 氮肥偏生產力 3
1.2 水稻主要氮肥施用技術 4
1.2.1 區域平均適宜施氮量法 4
1.2.2 測土配方施肥技術 5
1.2.3 實地氮肥管理 5
1.2.4 精確定量施肥技術 6
1.2.5 “三定”栽培技術 7
1.2.6 “三控”施肥技術 7
1.2.7 “三因”氮肥施用技術 7
1.2.8 水氮耦合調控技術 8
1.3 協同提高水稻產量和氮肥利用率的途徑及其生理基礎 9
1.3.1 選用高產氮高效品種 9
1.3.2 構建健康冠層 9
1.3.3 調節體內激素水平 11
1.3.4 改善根系形態生理 12
1.4 水稻高產、氮肥高效利用與優質的協同關系 13
參考文獻 14
第2章 中秈稻品種改良過程中產量和氮素利用率的變化 23
2.1 中秈稻品種產量的演進 24
2.1.1 產量及其構成因素 24
2.1.2 干物質積累動態 26
2.1.3 收獲指數 28
2.2 中秈稻品種改良過程中氮素利用率的變化及其生理基礎 29
2.2.1 氮素積累動態 29
2.2.2 氮肥利用率 30
2.2.3 葉片氮代謝主要酶類活性 31
2.2.4 氮代謝酶類活性的調節 34
2.3 中秈稻品種改良的品質效應 35
2.3.1 稻米加工（碾磨）品質 35
2.3.2 稻米外觀品質 36
2.3.3 稻米蒸煮食味品質和營養品質 37
2.3.4 稻米淀粉黏滯譜特性 37
2.4 小結 40
參考文獻 40
第3章 中粳稻品種產量和氮肥利用率的演進 42
3.1 中粳稻品種的產量演進 43
3.1.1 產量 43
3.1.2 產量構成因素 43
3.2 中粳稻品種氮肥利用率的演進 45
3.2.1 氮素吸收與轉運 45
3.2.2 氮肥利用率 47
3.3 中粳稻品種產量和氮肥利用率演進的農藝與生理基礎 49
3.3.1 葉面積指數和群體粒葉比 49
3.3.2 干物質積累與收獲指數 51
3.3.3 莖鞘中非結構性碳水化合物的積累與轉運 51
3.3.4 莖蘗動態 54
3.3.5 葉片生理性狀 56
3.3.6 株高、葉基角和穗部性狀 60
3.3.7 根系形態生理 62
3.4 中粳稻品種稻米品質演進 67
3.4.1 稻米加工（碾磨）品質 67
3.4.2 稻米外觀品質 68
3.4.3 稻米蒸煮食味品質和營養品質 69
3.4.4 稻米淀粉黏滯譜特性 70
3.5 小結 71
參考文獻 72
第4章 水稻高產氮敏感性品種的農藝與生理特征 74
4.1 現用粳稻品種產量和氮肥利用率對施氮量響應的差異 74
4.1.1 產量對施氮量響應的差異 74
4.1.2 氮肥利用率對施氮量響應的差異 77
4.1.3 氮敏感性不同類型品種的劃分 80
4.2 氮敏感性品種的葉片性狀 80
4.2.1 葉片形態生理性狀 80
4.2.2 冠層內葉片光氮分布特征 83
4.3 氮敏感性品種的物質和氮素積累與轉運特征 86
4.3.1 物質生產與氮轉運 86
4.3.2 莖鞘中碳轉運和糖花比 87
4.4 碳氮代謝酶活性、相關基因表達和細胞分裂素含量 88
4.4.1 籽粒淀粉合成相關酶活性和莖鞘中蔗糖合酶活性及相關基因表達 88
4.4.2 葉片細胞分裂素和氮含量、氮代謝酶活性及氮轉運相關基因表達 90
4.5 根系形態生理 92
4.5.1 根系形態性狀和根系活性 92
4.5.2 根系分泌物中有機酸和根系激素 94
4.5.3 根系氮代謝酶活性和氮吸收轉運相關基因表達 96
4.6 小結 98
參考文獻 100
第5章 超高產栽培水稻的養分利用效率和群體特征 103
5.1 水稻超高產栽培技術 103
5.1.1 稀播控水旱育壯秧技術 104
5.1.2 實時實地精確施肥技術 104
5.1.3 精確定量節水灌溉技術 104
5.2 超高產栽培水稻的產量和養分利用效率 105
5.2.1 施氮量與水稻產量 105
5.2.2 養分吸收利用特點 106
5.3 超高產水稻地上部群體特征 112
5.3.1 莖蘗消長動態 112
5.3.2 葉面積指數和粒葉比 113
5.3.3 葉片光合勢和光合速率 114
5.3.4 干物質積累 114
5.4 超高產水稻的根系特征 117
5.4.1 根系重量 117
5.4.2 根冠比和根系傷流量 118
5.5 小結 120
參考文獻 121
第6章 水稻實地氮肥管理 123
6.1 秈、粳稻品種的施氮葉色閾值 123
6.1.1 施氮量對水稻產量的影響 123
6.1.2 不同施氮量下葉片葉色的變化 124
6.1.3 高產水稻主要生育期的葉色診斷 127
6.2 水稻實地氮肥管理的產量和氮肥利用率 128
6.2.1 試驗和示范方法 128
6.2.2 試驗地實地氮肥管理對產量的影響 128
6.2.3 試驗地實地氮肥管理對氮肥利用率的影響 129
6.2.4 實地氮肥管理的示范效果 130
6.3 水稻實地氮肥管理的生理生態效應 136
6.3.1 葉片葉綠素含量 136
6.3.2 葉片光合速率 136
6.3.3 水稻根重與根冠比 138
6.3.4 根系活性 138
6.3.5 葉片熒光參數 140
6.3.6 冠層內溫度變化 141
6.3.7 冠層內濕度變化 141
6.3.8 群體透光率 142
6.3.9 紋枯病發病情況 142
6.4 小結 144
參考文獻 144
第7章 “三因”氮肥施用技術 146
7.1 因地力氮肥施用技術 146
7.1.1 基礎地力產量的確定 146
7.1.2 總施氮量的確定 147
7.2 因葉色氮肥施用技術 149
7.2.1 用葉色診斷施氮的可靠性 149
7.2.2 不同生育期施用氮肥的葉色相對值指標 151
7.2.3 水稻因葉色施氮技術應用實例 155
7.3 因品種氮肥施用技術 158
7.3.1 不同穗型水稻品種產量對氮素穗肥和粒肥的響應 158
7.3.2 不同穗型水稻品種穗肥的施用策略 159
7.4“三因”氮肥施用技術應用效果 161
7.4.1 農戶田塊對比試驗 161
7.4.2 示范基地示范效果 164
7.5 “三因”氮肥施用技術增產與氮高效利用的生物學基礎 165
7.5.1 無效生長少，光合能力強 165
7.5.2 源庫關系協調好，物質生產效率高 166
7.5.3 根系活性強，細胞分裂素與乙烯的比值高 167
7.6 磷、鉀肥施用技術 168
7.6.1 依據水稻對氮磷鉀吸收的比例推薦磷、鉀肥使用量.168
7.6.2 采用年度恒量監控法推薦磷、鉀肥使用量 169
7.7 小結 169
參考文獻 170
第8章 水稻氮肥高效利用的綜合栽培技術 174
8.1 綜合栽培技術的組裝集成 174
8.2 綜合栽培技術對產量和氮肥利用率的影響 176
8.2.1 產量及其構成因素 176
8.2.2 氮素積累量 178
8.2.3 氮肥利用率 178
8.3 綜合栽培技術對地上部群體特征的影響 180
8.3.1 莖蘗動態及莖蘗成穗率 180
8.3.2 干物質積累 181
8.3.3 葉面積 181
8.3.4 粒葉比 183
8.3.5 莖鞘中非結構性碳水化合物的轉運 184
8.3.6 葉片光合速率 185
8.3.7 冠層的光、氮分布 185
8.4 綜合栽培技術對根系形態和生理性狀的影響 191
8.4.1 根系形態性狀 191
8.4.2 根系生理性狀 193
8.5 綜合栽培技術對稻田溫室氣體排放的影響 196
8.5.1 溫室氣體排放通量 196
8.5.2 全球增溫潛勢 197
8.6 小結 197
參考文獻 198
第9章 水氮耦合調控技術 200
9.1 水氮對產量的耦合效應和水氮耦合技術的應用 201
9.1.1 水氮對產量的耦合效應 201
9.1.2 水氮耦合技術的應用 202
9.2 依據土壤水勢和水稻品種類型追施氮肥的技術 210
9.2.1 技術原理與方案 210
9.2.2 技術試驗示范實例 213
9.3 控釋氮肥與灌溉方式的互作效應 217
9.3.1 控釋氮肥與灌溉方式的耦合效應 217
9.3.2 控釋氮肥與灌溉方式產生耦合效應的生物學基礎 219
9.4 提高水稻緩釋氮肥利用率的灌溉技術 225
9.4.1 技術原理和方案 225
9.4.2 技術實施實例 228
9.5 小結 231
參考文獻 232
第10章 水稻氮肥高效利用技術的品質效應 236
10.1 實地氮肥管理技術的品質效應 236
10.1.1 加工品質 237
10.1.2 外觀品質 237
10.1.3 蒸煮食味品質和營養品質 239
10.1.4 淀粉黏滯譜特征值 239
10.2“三因”氮肥施用技術的品質效應 240
10.2.1 加工品質和外觀品質 241
10.2.2 蒸煮食味品質與營養品質 241
10.2.3 淀粉黏滯譜特征值 243
10.3 綜合栽培技術的品質效應 244
10.3.1 加工品質與外觀品質 245
10.3.2 胚乳淀粉結構 246
10.3.3 蒸煮食味品質和營養品質 247
10.3.4 蛋白質組分與含量 248
10.3.5 淀粉黏滯譜特征值 249
10.4 品質調優栽培技術的生物學基礎 250
10.4.1 實地氮肥管理下的葉片光合速率 250
10.4.2 實地氮肥管理下的葉片氮代謝主要酶類活性 250
10.4.3 “三因”施氮技術下灌漿期籽粒酶活性 251
10.4.4 籽粒碳氮代謝酶活性與稻米品質和氨基酸含量的相關性.252
10.4.5 綜合栽培技術對籽粒中蔗糖—淀粉轉化途徑關鍵酶活性的影響 252
10.4.6綜合栽培技術下根系氧化力 254
10.4.7 綜合栽培技術下根系分泌物中的有機酸濃度 254
10.5 小結 256
參考文獻 256
圖表目錄
圖1-1 不施氮區產量（a）和施氮區產量（b）與土壤含氮量的關系 5
圖1-2 水稻體內 Z+ZR與 ACC的比值和產量（a）及葉片光合氮利用效率（b）的關系 12
圖1-3 土壤過氧化氫酶（a）和脲酶（b）活性、根系傷流液中氮含量（c）及地上部植株氮吸收利用率（d）與水稻根系分泌物中精胺含量的關系 13
圖2-1 各時期品種產量及其構成因素的變化 25
圖2-2 各類型中秈稻品種不同生育期生物產
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高產水稻氮肥高效利用原理與技術 節選
第1章 概論 水稻（Oryza sativa L.）是世界上*主要的糧食作物之一，為30多億人口提供了近60%的飲食熱量[1，2]。水稻是我國*主要的口糧作物，稻谷產量約占糧食產量的1/3，全國有2/3的人口以稻米為主食，持續提高水稻產量對保障我國乃至世界的糧食安全和人民的生活水平具有極其重要的作用[3，4]。長期以來，我國水稻生產以矮稈、抗倒、耐肥品種的培育和應用為基礎，以增加化肥、農藥和水資源的用量為手段，大幅度地提高了單位面積的產量，使我國水稻單產從1950年的2.1t/hm2增加到2020年的7.08t/hm2，單產在世界主要產稻國中名列前茅，為促進我國經濟發展做出了重要貢獻[4-6]。但與此同時也形成了高投入、高產出、高污染、低效益的“三高一低”生產模式，給社會、經濟和環境帶來了巨大的壓力[5-8]。氮素是水稻生產中的關鍵因子，也是水稻生產成本投入的主要部分。多年來我國水稻增產過度依賴氮肥的大量投入，氮肥利用率低[9-12]。目前我國水稻平均氮肥施用量（折合純氮，下同）為180kg/hm2，高出世界水稻氮肥平均施用量的75%；在高產的太湖稻區，氮肥平均施用量達270kg/hm2，較全國一季水稻的平均氮肥施用量高出50%，氮肥平均農學利用率（單位施氮量增加的產量）不足12kg/kg N，不到發達國家的一半[13-16]。氮肥投入量過多、利用效率低不僅增加生產成本，而且還會造成嚴重的環境污染并降低稻米品質[15-18]。隨著我國社會經濟發展和消費升級，以及受外部形勢等影響，持續提高水稻單產水平仍是剛性需求[19-21]。持續提高水稻產量是否必須依賴于氮肥的大量投入？水稻產量與氮肥利用率能否協同提高？這是國內外關注的熱點，也是學術界仍在爭論的重大科學命題[5，19-23]。探明高產水稻氮肥高效利用的原理與技術，對于解答水稻產量與氮肥利用率協同提高的科學問題，建立綠色、高效、優質和可持續發展的水稻生產技術體系，保障我國糧食安全具有十分重要的理論和實踐意義。 1.1 氮肥（素）利用率的評價指標 氮肥或氮素利用率常用的定量評價指標有氮素干物質利用率、氮素產谷利用率、氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率、氮肥農學利用率、氮肥偏生產力等，這些指標從不同角度反映了作物對氮肥或氮素的吸收利用狀況[24-26]。 1.1.1 氮素利用率 計算氮素利用率時無須設立氮空白區，直接以水稻吸氮量表示水稻對氮素的利用效率。又可分為氮素干物質利用率和氮素籽粒生產效率兩種。 氮素干物質利用率（biomass nitrogen use efficiency，BEN），又稱為氮素干物質生產效率、氮素生物產量利用率等，表示水稻吸收單位氮素所能產生的干物質的量。其計算公式為 BEN（kg/kg N）＝某一生育時期地上部水稻生物產量/對應生育時期的水稻吸氮量。用該指標可了解水稻不同生育階段的氮素吸收利用狀況。 氮素產谷利用率（grain nitrogen use efficiency，GEN或 internal efficiency，IEN），又稱為氮素籽粒生產效率、氮素體內利用效率等，表示水稻吸收單位氮素所能產生的稻谷數量。其計算公式為 IEN（kg/kg N）＝稻谷產量/成熟期水稻吸氮量。在較好的栽培管理及無明顯其他限制因素的情況下，氮素籽粒生產效率可達68kg/kg N [27]。我國目前水稻生產中的氮素籽粒生產效率，粳稻和秈稻分別在40～50kg/kg N和45～55kg/kg N [15，28]。 以上兩個指標均是以水稻植株吸氮量來衡量水稻氮素利用效率的，而水稻吸氮量來源于兩個方面，一方面是來源于施入土壤的氮素，另一方面是來源于土壤本身的氮素包括灌溉水、干濕沉降、生物固氮等。因此，上述兩個指標無法真正反映當季施入土壤的氮肥利用率。因此通常稱之為氮素利用率。 1.1.2 氮肥利用率 通過設立無氮區（不施氮區或氮空白區），在計算氮肥利用率時需減去無氮區的本底值。主要指標有氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率和氮肥農學利用率等。 氮肥吸收利用率（recovery efficiency，REN），也稱為回收利用率，表示被地上部植株吸收的氮占施入土壤的肥料氮的比例。其計算公式為 REN（%）＝（施氮區作物吸氮量－氮空白區作物吸氮量）/作物施氮量×100。氮肥吸收利用率的高低不僅與施肥技術有關，而且與施用氮肥的種類有密切關系。在較好的栽培管理條件下，氮肥吸收利用率可達50%以上，甚至80%[29-31]。我國大多數農戶稻田氮肥吸收利用率一般低于40%[24-26，32-34]。通常，我國水稻碳銨的吸收利用率低于30%，尿素的吸收利用率為30%～40%[35-37]。 氮肥生理利用率（physiological efficiency，PEN）反映了作物將所吸收的肥料氮素轉化為經濟產量的能力，其定義為作物因施用氮肥而增加的產量與相應的植株氮素增加量的比值。其計算公式為 PEN（kg/kg N）=（施氮區籽粒產量－氮空白區籽粒產量）/（施氮區植株吸氮量－氮空白區植株吸氮量）。氮肥生理利用率受到水稻品種、施氮量等多種因素的影響，在氮肥運籌較好的情況下，氮肥生理利用率約為50kg/kg N[24-26]。一般認為，在溫帶地區，在適宜的施氮量條件下，水稻的氮肥生理利用率比熱帶稻區要高20%左右[29]。當氮肥過量施用時，會造成水稻對氮素的奢侈吸收，降低氮肥生理利用率，我國南方水稻的氮肥生理利用率為25～35kg/kg N [24-26，38-40]。 氮肥農學利用率（agronomic use efficiency，AEN），是指施入單位氮肥所能增加的稻谷產量。其計算公式為 AEN（kg/kg N）=（施氮區水稻產量－氮空白區水稻產量）/施氮量。施氮方式、氮肥施用技術、氣候條件等對氮肥農學利用率有很大影響。氮肥深施或施用緩控釋氮肥，農學利用率可達20～30kg/kg N[41-43]。有學者認為，在較好的營養及作物管理條件下，水稻的氮肥農學利用率應大于或等于20kg/kg N[27]。在我國，水稻的氮肥農學利用率在1958～1965年為15～20kg/kg N，近30年南方稻區的氮肥農學利用率平均不到12kg/kg N [12-16，44]。 氮肥吸收利用率反映了氮肥投入被植株吸收的狀況。氮肥生理利用率和氮肥農學利用率反映了氮素投入與產出之間的關系，可以衡量氮肥的投入對產量增加的貢獻度。長期以來，我國將氮肥吸收利用率作為氮肥利用率的一個重要評價指標。但有研究表明，在高投入超高產栽培條件下，氮肥吸收利用率較高（>50%），但氮肥的農學利用率、生理利用率并不高（AEN<15kg/kg N，PEN<30kg/kg N）[15，45-47]。說明在高投入超高產栽培條件下稻株吸收的氮并沒有充分地在增加產量上發揮作用，吸收的氮滯留在稻草中，形成氮的奢侈吸收。所以氮肥吸收利用率指標并不能充分反映施氮的增產效應或經濟效益；而氮肥的農學利用率直接反映了施氮的增產效率，且該指標不需要測定稻株中含氮量和氮積累量，計算方便。鑒于此有人認為，在生產上用氮肥農學利用率評定氮肥利用率及作為計算施氮總量的一個參數更為直接和簡單[22-24，45-47]。 1.1.3 氮肥偏生產力 氮肥偏生產力（partial factor productivity，PFP）是指產量與施氮量的比值，反映了作物吸收肥料氮和土壤氮后所產生的邊際效應。計算該指標值既不需要設置氮空白小區，也無須測定植株的氮素吸收量，方法簡單。其計算公式為 PFP（kg/kg N）=水稻產量/施氮量。但該指標不僅受到土壤供氮能力的影響，還受到施氮量的影響。當施氮量相同，土壤有效氮供應水平不同，土壤供氮能力強或基礎地力產量（不施氮區產量）高的田塊，氮肥偏生產力較高；同一田塊，當施氮量很低時，氮肥偏生產力值會很高。因此，只有當施氮量較高時，氮肥偏生產力才能較為客觀地反映氮肥的利用效率。在較好的作物管理條件下，氮肥偏生產力可超過50kg/kg N[48]。在我國南方稻區，氮肥偏生產力大多在30～40kg/kg N [49-51]。 除了上述氮肥（素）利用率的評價指標，還有一些用于表示水稻氮素轉運和分配的指標，主要有氮轉運率（nitrogen translocation rate）和氮收獲指數（nitrogen harvest index）。氮轉運率主要反映水稻抽穗至成熟期營養器官中的氮向其他器官（如籽粒）轉運的情況，計算公式為氮轉運率（%）=（抽穗期水稻莖葉中氮積累量–成熟期水稻莖葉中氮積累量）/抽穗期水稻莖葉中氮積累量×100。氮收獲指數是指籽粒氮積累量與植株氮積累量的比值，反映了植株吸收的氮向籽粒分配的狀況，其計算公式為氮收獲指數=成熟期籽粒中氮積累量/成熟期植株中總的氮積累量。總體而言，我國水稻各氮肥（素）利用率指標明顯低于日本等發達國家，也低于世界平均水平[51，52]。因此，協同提高產量和氮肥利用率已成為我國稻作科學的一個熱點和重點。 1.2 水稻主要氮肥施用技術 多年以來，我國農業科學工作者對水稻氮肥吸收規律、氮肥的損失途徑和施用技術等進行了大量研究，創建、集成或引進了一系列水稻氮肥施用技術。早期的水稻氮肥施用技術主要包括單季晚稻的“三黃三黑”葉色診斷施肥技術，雙季早稻的“前促一炮轟”施肥技術，雙季晚稻的“基肥足、追肥早、穗肥巧”施肥技術，一季水稻的“兩促”施肥法和“V”字形施肥法等[53-56]。自1980年以來，在我國水稻生產上推廣應用的氮肥施用技術主要有：區域平均適宜施氮量法、測土配方施肥技術、實地氮肥管理、精確定量施肥技術、“三定”栽培技術、“三控”施肥技術、“三因”氮肥施用技術、水氮耦合調控技術等[14，51，57-65]。這些技術為提高水稻產量和氮肥利用率，減少氮素損失對環境的不利影響發揮了重要作用。 1.2.1 區域平均適宜施氮量法 區域平均適宜施氮量法（methodology of the regional mean optimal application rate of chemical fertilizer nitrogen）由中國科學院南京土壤研究所朱兆良提出。該方法的要點是，通過多年多點的田間肥料試驗得到產量與施氮（主要為化學氮肥）量關系的一元二次方程，并采用某一邊際產量值得出各田塊的適宜施氮量，平均后得出某一地區的平均適宜施氮量，將這一平均適宜施氮量推薦給該區域的農戶使用[57-59]。在太湖地區進行比較試驗的結果表明，采用區域平均適宜施氮量法得到的產量與各田塊的推薦施氮量得到的產量差異很小，但該方法與獲得*高產量的施肥量或農民習慣施肥量相比，具有減氮、高效和降低氮素損失的效果[57-59，66]。由于在同一區域內不同田塊間的土壤供肥特性和基礎地力產量水平相差較大，且年度間的溫度、降水量等氣候因子也有變化，所以采用區域平均適宜施氮量法，還需結合田塊的供肥能力及水稻各生育期氮素需求特性進行實時實地的氮肥管理。 1.2.2 測土配方施肥技術 測土配方施肥技術（soil testing formula fertilization technology）是以土壤養分含量測試和肥料田間試驗為基礎，根據作物對氮、磷、鉀及中、微量元素等肥料的需求規律，研制成配方肥料，并提出施用數量、施肥時期和施用方法，采用“總量控制、分期調控”及“大配方、小調整”的策略，實現各種養分平衡供應，達到提高作物產量和肥料利用率、改善農產品品質、節省勞力、節支增收的目的[60]。由于稻田氮素受淹水等各種因素的影響，土壤氮素轉化過程復雜，任何單純的化學浸提方法測定的土壤氮含量均不能準確反映土壤的供氮能力[67]。根據作者對62個田塊的觀察，在土壤含氮量相同或非常接近的條件下，不同田塊的不施氮區產量（基礎地力產
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