氮肥施用对旱稻品种源库关系的调控机制及其在水分受限环境下的可持续增产策略

为解决旱稻在水分受限环境中氮肥利用效率低、产量不稳定等问题，研究人员通过田间试验探究了不同氮肥水平(0-150 kg N ha?1 )对两个旱稻品种(NERICA1和Yumenohatamochi)产量形成的影响。研究发现75 kg N ha?1 为最佳施氮量，过量施氮(150 kg N ha?1 )会导致同化物向营养器官的异常分配，降低籽粒充实度。该研究为半干旱地区旱稻栽培的精准施肥提供了重要依据。

　　

在全球气候变化加剧和粮食安全挑战日益严峻的背景下，旱稻(Oryza sativa L.)作为适应水资源短缺环境的重要粮食作物，其产量提升面临巨大挑战。尽管旱稻仅占全球水稻种植面积的8%，但在非洲这一比例高达32%，成为当地粮食安全的关键保障。然而，当前旱稻生产面临两大核心矛盾：一方面，传统观点认为增施氮肥能提高作物产量；另一方面，在水分受限环境中，氮肥过量施用反而可能导致产量下降。这种看似矛盾的现象背后，隐藏着旱稻独特的生理适应机制尚未被充分揭示。

为破解这一科学难题，来自日本和肯尼亚的研究团队在肯尼亚农业与畜牧业研究组织(KALRO)的试验基地开展了为期两年的田间试验。研究选取了两个具有代表性的旱稻品种：非洲新稻(NERICA1)和日本糯稻品种Yumenohatamochi，设置了5个氮肥处理(0、25-25-25、25-50-0、50-25-0和50-50-50 kg N ha^?1
)和两种水分管理模式(灌溉和雨养)，系统研究了氮肥施用对旱稻产量形成和生理响应的调控机制。

研究采用了多项关键技术方法：1) 采用裂区试验设计，主区为水分处理，副区为品种与氮肥组合；2) 使用张力计和频域反射仪监测土壤水势和体积含水量；3) 通过分期取样测定干物质积累和非结构性碳水化合物(NSC)动态；4) 运用线性模型(LM)和结构方程模型(SEM)分析处理效应；5) 对产量构成要素(单位面积穗数、每穗粒数、结实率和千粒重)进行系统测定。

3.1 土壤水分动态
通过连续监测发现，灌溉处理能有效维持0至-20 kPa的土壤水势，而雨养处理在雨季结束后水势降至-70至-25 kPa。2018年由于生育期延长，植株经历了更长的水分胁迫期，这为研究不同水分条件下氮肥响应提供了理想场景。

3.2 稻谷产量
研究揭示了氮肥的"双刃剑"效应：适量氮肥(75 kg N ha^?1
)使产量从2.16 t ha^?1
提升至3.8 t ha^?1
，但过量施用(150 kg N ha^?1
)反而使产量降至3.02 t ha^?1
。最令人意外的是，在过量施氮条件下，灌溉处理比雨养处理减产更显著，这一现象颠覆了传统认知。品种间差异明显，NERICA1表现出更强的产量稳定性。

3.3 产量构成
过量施氮虽使单位面积颖花数从12,000激增至38,000个/m²
，但结实率从66.4%骤降至29.3%。SEM分析表明，氮肥通过两条相反路径影响产量：直接负效应(抑制籽粒充实)和间接正效应(促进营养生长)。当施氮量超过75 kg ha^?1
时，负效应开始主导。

3.4 干物质分配
150 kg N ha^?1
处理导致茎叶结构干重(Stem+Leaf-NSC)在灌浆期异常增加(从754增至948 g m^?2
)，同时NSC在营养器官累积而非转运至籽粒。这种"源库失衡"现象在灌溉条件下更为严重，解释了为何水分充足反而加剧了过量施氮的负面效应。

这项研究从进化适应角度提出了创新性解释：旱稻在长期适应贫瘠环境过程中，形成了独特的可塑性光合产物分配策略。在自然条件下，这种特性有利于抗旱，但在高氮环境中，会导致同化物过度流向营养器官。NERICA1由于经过非洲环境定向选育，比日本品种Yumenohatamochi更能维持正常的源库平衡。

研究对半干旱地区旱稻栽培具有重要指导价值：1) 推荐75 kg N ha^?1
为经济最佳施氮量；2) 揭示在旱作条件下适度水分胁迫(-70至-25 kPa)反而有助于维持产量稳定性；3) 强调品种选择的重要性，NERICA1更适合高投入种植系统。这些发现不仅为旱稻精准管理提供了理论依据，也为抗旱品种选育提出了新方向——在保持抗旱性的同时，优化其对高氮环境的适应性。