一次性施用控释掺混肥：优化水稻根系，提升产量与氮素利用效率

为解决过量或不当施用氮肥导致的氮素利用效率（NUE）降低及环境污染问题，研究人员开展了一次性施用控释掺混肥（CRBF）对水稻影响的研究。结果表明，该施肥方式可优化根系形态分布和氮吸收，提高水稻产量和 NUE。此研究为水稻高效施肥提供了新策略。

　　在农业生产中，水稻作为全球一半以上人口的主食，其产量与品质关乎重大。为了提高水稻产量，氮肥的施用不可或缺。然而，现实却很残酷，过量或不恰当的氮肥使用，就像一把双刃剑，在带来一定增产效果的同时，也引发了一系列严重问题。大量氮肥通过径流、淋溶、氨挥发和 N₂O 排放等途径流失，不仅降低了氮素利用效率（NUE），还加剧了全球温室效应等环境危机。在这样的背景下，寻找创新的氮管理策略迫在眉睫。

于是，来自国内的研究人员开启了一项重要研究，旨在探索一次性施用控释掺混肥（CRBF）对水稻的影响。这项研究成果发表在《The Crop Journal》上，为水稻种植的可持续发展带来了新的希望。

研究人员为了深入探究相关问题，采用了多种关键技术方法。首先是田间试验，他们在江苏丹阳进行试验，选用当地高产品种 “宁香粳 9 号”，设置不同施肥处理，研究 CRBF 对水稻实际生产的影响。其次是根箱试验，利用 LK - 1250 植物根箱成像系统培养水稻并观察根系，设置更多处理对比研究。此外，还运用了多种测量分析技术，如测量水稻产量、植株氮吸收量、氮素利用效率，分析根系形态特征分布，测定根系活性和铵转运蛋白表达水平等。

下面来看看具体的研究结果：

• 产量和植株干物质积累：在 2021 年田间试验中，B - CRBF 和 S - CRBF 处理的水稻产量分别比对照（CK）高 2.91% 和 5.11%。2022 - 2023 年根箱试验结果与田间试验趋势一致，B - CRBF 和 S - CRBF 处理的平均产量高于尿素（U）处理，且在不同生育期，CRBF 处理的植株地上部干物质积累在关键生育期高于 U 处理，与 CK 相比有差异或相当。
• 植株氮吸收和 NUE：年份、施肥方法和肥料类型均影响水稻关键生育期的氮吸收和 NUE，且施肥方法和肥料类型无交互作用。在分蘖期，S - CRBF 处理的植株氮吸收增加明显；在抽穗期，一次性施用 CRBF 的处理氮吸收优于 U 处理；在成熟期，S - CRBF 处理的氮吸收最高。根箱试验中，CRBF 处理的 NUE 显著高于 U 处理和 CK，且 S - CRBF 处理高于 B - CRBF 处理。
• 根系生物量和根系氮吸收：年份和肥料类型影响分蘖和抽穗期的根系生物量和根系氮吸收，施肥方法无影响且无交互作用。分蘖期，一次性施用 CRBF 处理的根系生物量和根系氮吸收显著高于 U 处理和 CK；抽穗期，CRBF 处理的根系生物量和根系氮吸收显著高于 U 处理，与 CK 无显著差异。
• 根系形态特征分布：分蘖期，水稻根系主要分布在 0 - 30 cm 土层，抽穗期主要分布在 0 - 40 cm 土层。不同处理影响根系长度、表面积和体积在不同土层的分布。分蘖期，0 - 10 cm 土层中，CRBF 处理的根系形态特征增强；抽穗期，0 - 10 cm 和 10 - 20 cm 土层中，CRBF 处理的根系形态特征优势明显。
• 根系活性和OsAMT1s相对表达：年份、施肥方法和肥料类型影响分蘖和抽穗期的根系活性，且无交互作用。CRBF 处理的根系活性在两个时期均显著高于 CK 和 U 处理。qPCR 结果显示，CRBF 处理上调了OsAMT1.1和OsAMT1.2的表达水平，OsAMT1.3表达无差异。
• 根系性状、产量和 NUE 之间的关系：通过相关性分析发现，分蘖期 0 - 10 cm 土层和抽穗期 0 - 20 cm 土层的根系形态特征与产量和 NUE 呈正相关。分蘖期，根系生物量、根系氮吸收、根系活性以及OsAMT1.1和OsAMT1.2的表达水平与产量和 NUE 正相关；抽穗期，产量与根系生物量、根系氮积累和根系活性正相关，NUE 与多项根系指标正相关。

综合研究结论和讨论部分，一次性施用 CRBF 是一种高产高效的水稻氮管理策略。它显著影响了水稻产量、NUE、植株地上部生长、根系生长、根系分布和根系生理特征。与其他处理相比，该施肥方式优化了根系形态的空间分布，提高了根系活性，增加了铵转运蛋白的表达，进而提高了水稻产量和 NUE。不过，目前仍需在多品种、多地点验证条件下，进一步探索其提高水稻产量和 NUE 的生理和分子机制，为水稻生产的可持续发展提供更深入的理论支持和实践指导。