寒地水稻低溫脅迫后追氮策略對產(chǎn)量與氮效率的影響探究一、引言1.1研究背景與意義水稻作為全球重要的糧食作物之一，為世界上半數(shù)以上人口提供主食。在我國，水稻的種植范圍廣泛，從南方的熱帶地區(qū)到北方的寒溫帶地區(qū)均有分布。寒地水稻作為水稻種植的一種特殊類型，主要分布在高緯度或高海拔地區(qū)，這些地區(qū)通常具有氣溫低、生長季短等特點，給水稻的生長發(fā)育帶來了諸多挑戰(zhàn)。以我國東北地區(qū)為例，該地區(qū)是我國重要的寒地水稻產(chǎn)區(qū)，水稻種植面積廣闊，對保障國家糧食安全起著舉足輕重的作用。然而，東北地區(qū)年平均氣溫較低，水稻生長季節(jié)常受到低溫冷害的影響，這成為制約寒地水稻產(chǎn)量和品質(zhì)提升的關(guān)鍵因素之一。低溫冷害是指水稻在生長發(fā)育過程中，遭受低于其生長所需臨界溫度的低溫影響，從而導(dǎo)致水稻生長發(fā)育受阻，最終造成減產(chǎn)甚至絕收的一種氣象災(zāi)害。在寒地，低溫冷害發(fā)生較為頻繁，平均每3-4年就會遭遇1次較大規(guī)模的冷害。例如，黑龍江墾區(qū)屬寒地稻作區(qū)，低溫冷害的發(fā)生具有普遍性、多發(fā)性和嚴重性，嚴重影響了該地區(qū)水稻生產(chǎn)的穩(wěn)定性。低溫冷害對水稻的影響貫穿其整個生育期，在芽期，低溫會導(dǎo)致種子發(fā)芽不良；苗期受冷害，會使秧苗生長緩慢，甚至出現(xiàn)爛秧現(xiàn)象；孕穗期和開花灌漿期遭遇低溫，則會造成穎花不育、結(jié)實率降低、千粒重下降等問題，嚴重影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。氮肥作為水稻生長發(fā)育所必需的大量元素之一，對水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響。適量的氮肥供應(yīng)能夠促進水稻的分蘗、增加穗數(shù)和粒數(shù)，從而提高產(chǎn)量。研究表明，在一定范圍內(nèi)增加氮肥施用量可顯著提高寒地水稻產(chǎn)量，產(chǎn)量的增加主要歸因于有效穗數(shù)的顯著提高、每穗粒數(shù)和結(jié)實率的增加。然而，氮肥的過量施用不僅會導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，還會引發(fā)一系列環(huán)境問題，如土壤酸化、水體富營養(yǎng)化和溫室氣體排放增加等。不合理的氮肥施用還會導(dǎo)致水稻氮素利用效率低下，造成資源浪費。在寒地水稻種植中，由于低溫的影響，水稻的生長發(fā)育規(guī)律和對氮肥的需求與其他地區(qū)存在明顯差異。在低溫條件下，水稻的根系活力下降，對氮素的吸收能力減弱，同時土壤中氮素的轉(zhuǎn)化和釋放也會受到抑制。如何在低溫環(huán)境下合理施用氮肥，提高氮肥利用率，同時減少對環(huán)境的負面影響，成為寒地水稻生產(chǎn)中亟待解決的問題。研究低溫后追氮對寒地水稻產(chǎn)量及氮效率的影響，具有重要的現(xiàn)實意義。從保障糧食安全的角度來看，寒地水稻作為我國水稻生產(chǎn)的重要組成部分，其產(chǎn)量的穩(wěn)定和提高對于保障國家糧食安全至關(guān)重要。通過探究低溫后追氮的最佳策略，能夠有效提高寒地水稻的產(chǎn)量，為國家糧食安全提供有力支撐。從農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，合理的氮肥施用能夠減少資源浪費和環(huán)境污染，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。深入了解低溫后追氮對寒地水稻氮效率的影響，有助于優(yōu)化施肥方案，提高氮肥利用效率，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，減少對環(huán)境的壓力。對于寒地水稻種植戶來說，科學的施肥指導(dǎo)能夠幫助他們提高水稻產(chǎn)量和質(zhì)量，增加收入，提高生活水平。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在低溫脅迫對寒地水稻的影響方面，國內(nèi)外學者開展了大量研究。國外研究表明，低溫會抑制水稻的光合作用，使光合酶活性降低，從而減少光合產(chǎn)物的積累。低溫還會影響水稻激素的平衡，導(dǎo)致植物生長發(fā)育受阻。國內(nèi)對于寒地水稻低溫脅迫的研究也較為深入，發(fā)現(xiàn)低溫冷害會使水稻細胞膜透性增大，細胞內(nèi)物質(zhì)外滲，進而影響水稻的生理功能。不同生育時期的水稻對低溫的敏感程度不同，孕穗期和開花期遭遇低溫，對水稻產(chǎn)量的影響最為嚴重。在氮肥施用對水稻產(chǎn)量和氮效率的影響方面，國外研究發(fā)現(xiàn)，合理的氮肥運籌可以顯著提高水稻產(chǎn)量和氮素利用效率。通過優(yōu)化氮肥的施用時間和方式，能夠使水稻在不同生長階段獲得適宜的氮素供應(yīng)，從而促進水稻的生長發(fā)育。在熱帶和亞熱帶地區(qū)，適量增加氮肥施用量能夠顯著提高水稻產(chǎn)量，這主要是因為氮肥促進了水稻分蘗的發(fā)生，增加了有效穗數(shù)，進而提高了單位面積的產(chǎn)量。國內(nèi)研究也表明，在一定范圍內(nèi)增加氮肥施用量，寒地水稻的產(chǎn)量會隨之增加。過量施用氮肥會導(dǎo)致水稻貪青晚熟、易倒伏，同時還會降低氮素利用效率，增加生產(chǎn)成本和環(huán)境污染風險。有研究表明，隨著氮肥施用量的增加，寒地水稻的單株分蘗和株高明顯增加，穗實粒數(shù)、空癟率和平方米穗數(shù)也有所提高，但千粒重會隨著氮肥施用量的增加而降低。然而，當前研究仍存在一些不足。一方面，對于低溫后追氮對寒地水稻產(chǎn)量及氮效率的綜合影響研究較少，大多數(shù)研究僅關(guān)注了低溫或氮肥單一因素對水稻的影響，未能充分考慮兩者之間的交互作用。另一方面，現(xiàn)有的研究在寒地水稻氮素吸收利用的生理機制和分子生物學方面還不夠深入，對于氮素在水稻體內(nèi)的轉(zhuǎn)運、分配以及調(diào)控機制等方面的認識還存在許多空白。此外，不同寒地生態(tài)區(qū)域的土壤條件、氣候特點存在差異，而目前的研究缺乏針對不同區(qū)域的精準施肥策略，難以滿足實際生產(chǎn)的需求。綜上所述，開展低溫后追氮對寒地水稻產(chǎn)量及氮效率影響的研究具有重要的理論和實踐意義。通過深入探究低溫與追氮的交互作用，揭示寒地水稻在低溫條件下對氮素的吸收、利用規(guī)律，有助于制定更加科學合理的施肥方案，提高寒地水稻的產(chǎn)量和氮素利用效率，實現(xiàn)寒地水稻的可持續(xù)生產(chǎn)。1.3研究目標與內(nèi)容本研究旨在深入揭示低溫后追氮對寒地水稻產(chǎn)量及氮效率的影響規(guī)律，明確在低溫脅迫條件下，寒地水稻對追施氮肥的響應(yīng)機制，為寒地水稻的合理施肥提供科學依據(jù)，從而實現(xiàn)寒地水稻產(chǎn)量的提升和氮素利用效率的提高，促進寒地水稻生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。具體研究內(nèi)容如下：研究低溫后追氮對寒地水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響：通過設(shè)置不同的追氮處理，研究在低溫脅迫后，追施氮肥對寒地水稻產(chǎn)量的影響。詳細分析產(chǎn)量構(gòu)成因素，包括有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重等，明確追氮對各產(chǎn)量構(gòu)成因素的作用方向和程度，找出影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。例如，通過對比不同追氮量處理下水稻的有效穗數(shù)，探究追氮如何影響水稻的分蘗能力，進而影響有效穗數(shù)的形成；分析每穗粒數(shù)和結(jié)實率在追氮處理下的變化，了解追氮對水稻生殖生長階段的影響。探究低溫后追氮對寒地水稻氮效率的影響：測定寒地水稻在低溫后追氮條件下的氮素吸收效率、氮素利用效率和氮素收獲指數(shù)等指標，研究追氮對寒地水稻氮效率的影響。分析不同追氮量和追氮時期與氮效率指標之間的關(guān)系，明確如何通過合理追氮提高寒地水稻的氮效率。如研究不同追氮時期下，水稻對氮素的吸收速率和吸收量的變化，以及這些變化如何影響氮素利用效率和氮素收獲指數(shù)。分析低溫后追氮影響寒地水稻產(chǎn)量及氮效率的生理機制：從生理生化角度，研究低溫后追氮對寒地水稻根系活力、葉片光合特性、氮代謝關(guān)鍵酶活性等的影響，探討其影響寒地水稻產(chǎn)量及氮效率的生理機制。例如，研究追氮如何影響水稻根系對氮素的吸收和運輸能力，分析追氮對水稻葉片光合作用的促進或抑制作用，以及對氮代謝關(guān)鍵酶如硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶活性的影響，從而揭示追氮影響產(chǎn)量和氮效率的內(nèi)在生理過程。二、材料與方法2.1試驗材料本試驗選用的寒地水稻品種為龍粳31，該品種是北方寒地稻區(qū)的重要品種，具有耐寒、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等特點，在黑龍江等寒地廣泛種植。其在適應(yīng)區(qū)出苗至成熟生育日數(shù)130天左右，需≥10℃活動積溫2400℃左右，主莖11片葉，圓粒型，達到國家《優(yōu)質(zhì)稻谷》標準二級。在2019-2020年區(qū)域試驗平均公頃產(chǎn)量8595.0公斤，較對照品種增產(chǎn)7.3%；2021年生產(chǎn)試驗平均公頃產(chǎn)量9563.8公斤，較對照品種增產(chǎn)10.2%。試驗所用氮肥為尿素，其含氮量約46%，是固體氮肥中含氮量最高的肥料，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最廣泛的氮肥之一。尿素施入土壤后，需要經(jīng)過土壤中脲酶的作用，轉(zhuǎn)化為碳酸銨或碳酸氫銨后才能被植物吸收利用。試驗地位于黑龍江省哈爾濱市某試驗田，地理位置為北緯45°45′，東經(jīng)126°38′。該地區(qū)屬于寒溫帶大陸性季風氣候，冬季漫長寒冷，夏季短促溫熱，年平均氣溫較低，水稻生長季常受低溫影響。試驗地土壤類型為草甸白漿土，這種土壤具有質(zhì)地粘重、保水性強、透氣性差等特點。在試驗前對土壤基礎(chǔ)肥力進行測定，結(jié)果如下：耕層（0-20cm）土壤有機質(zhì)含量為35.6g/kg，堿解氮含量為156.8mg/kg，速效磷含量為38.5mg/kg，速效鉀含量為120.5mg/kg，土壤pH值為6.0，呈弱酸性。2.2試驗設(shè)計本試驗采用裂區(qū)設(shè)計，以低溫處理為主區(qū)，追氮時期和施氮量處理為副區(qū)，重復(fù)3次。共設(shè)置2個低溫處理：正常溫度（CK）和低溫脅迫（LT）。正常溫度處理模擬當?shù)厮旧L的常年平均溫度條件；低溫脅迫處理則通過人工氣候箱模擬水稻孕穗期遭遇的低溫環(huán)境，設(shè)定溫度為17℃，持續(xù)時間為7天。人工氣候箱內(nèi)光照強度設(shè)置為300μmol?m-2?s-1，光照時間為12h/d，相對濕度保持在75%左右。追氮時期設(shè)置3個處理：分蘗期（T1）、孕穗期（T2）和抽穗期（T3）。施氮量設(shè)置3個水平：低氮（N1，90kg/hm2）、中氮（N2，180kg/hm2）和高氮（N3，270kg/hm2）。具體操作如下：在水稻移栽前，按照試驗設(shè)計的施氮量將基肥均勻撒施于田間，并進行翻耕，使肥料與土壤充分混合。基肥占總施氮量的50%，其余50%的氮肥按照不同追氮時期進行追施。在分蘗期（T1），當水稻植株長出4-5片新葉時，將對應(yīng)處理的追施氮肥均勻撒施于稻田，并保持田面水層3-5cm，以促進肥料的溶解和吸收；孕穗期（T2）追氮時，在水稻劍葉完全抽出前3-5天，將氮肥撒施于田間，同樣保持適宜水層；抽穗期（T3）追氮則在水稻50%的穗抽出時進行，施肥方式與前兩個時期相同。每個小區(qū)面積為20m2（長5m，寬4m），小區(qū)之間設(shè)置0.5m寬的田埂，并鋪設(shè)塑料薄膜防止肥水滲漏。試驗田四周設(shè)置1m寬的保護行，保護行種植相同水稻品種，但不進行試驗處理。在整個試驗過程中，除氮肥外，其他肥料的施用按照當?shù)爻Ｒ?guī)施肥水平進行。磷肥（P?O?）用量為120kg/hm2，全部作為基肥在移栽前施入；鉀肥（K?O）用量為100kg/hm2，其中60%作為基肥，40%在孕穗期與氮肥一起追施。水稻生長期間，按照常規(guī)田間管理措施進行病蟲害防治、水分管理等工作，確保水稻正常生長。2.3測定指標與方法2.3.1產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素在水稻成熟后，每個小區(qū)選取具有代表性的5個樣點，每個樣點面積為1m2，將樣點內(nèi)的水稻植株全部收割。測定樣點內(nèi)的有效穗數(shù)，即每平方米內(nèi)能夠結(jié)實的稻穗數(shù)量。隨機選取每個樣點內(nèi)的20個稻穗，統(tǒng)計每穗粒數(shù)，包括實粒數(shù)和空粒數(shù)。將收割的水稻植株自然風干后，脫粒并測定千粒重，使用電子天平（精度為0.01g）進行稱量。計算結(jié)實率，公式為：結(jié)實率（%）=（實粒數(shù)/總粒數(shù)）×100%。將每個樣點的產(chǎn)量進行稱重，并換算成每公頃產(chǎn)量。2.3.2氮素含量在水稻分蘗期、孕穗期、抽穗期和成熟期，每個小區(qū)選取5株具有代表性的水稻植株，將其分為葉片、莖稈和籽粒等部分。將各部分樣品在105℃下殺青30min，然后在80℃下烘干至恒重，粉碎后過0.5mm篩。采用凱氏定氮法測定樣品中的全氮含量。具體操作如下：稱取0.5g左右的樣品放入消化管中，加入5g硫酸鉀、0.5g硫酸銅和10ml濃硫酸，在通風櫥內(nèi)的消化爐上進行消化，直至溶液變?yōu)橥该鞯乃{綠色。消化完成后，將消化液冷卻，轉(zhuǎn)移至100ml容量瓶中，定容至刻度。吸取5ml定容后的消化液放入蒸餾裝置中，加入10ml40%的氫氧化鈉溶液進行蒸餾，蒸餾出的氨氣用硼酸吸收。蒸餾結(jié)束后，用0.01mol/L的鹽酸標準溶液滴定吸收液，根據(jù)鹽酸標準溶液的用量計算樣品中的全氮含量。2.3.3氮效率相關(guān)指標根據(jù)水稻各生育期的氮素含量和干物質(zhì)重量，計算以下氮效率相關(guān)指標：氮素吸收效率（NAE）：指單位面積水稻植株吸收的氮素總量。計算公式為：NAE（kg/hm2）=（地上部植株全氮含量×地上部干物質(zhì)重量）/小區(qū)面積。氮素利用效率（NUE）：反映單位氮素投入所產(chǎn)生的經(jīng)濟產(chǎn)量。計算公式為：NUE（kg/kg）=籽粒產(chǎn)量/施氮量。氮素收獲指數(shù)（NHI）：表示籽粒中氮素含量占地上部總氮素含量的比例。計算公式為：NHI（%）=（籽粒全氮含量×籽粒干物質(zhì)重量）/（地上部植株全氮含量×地上部干物質(zhì)重量）×100%。2.4數(shù)據(jù)處理與分析使用Excel2021軟件對試驗所獲得的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素、氮素含量、氮效率相關(guān)指標等數(shù)據(jù)進行初步整理和計算，確保數(shù)據(jù)的準確性和完整性。運用SPSS26.0統(tǒng)計分析軟件對整理后的數(shù)據(jù)進行深入分析，采用方差分析（ANOVA）方法檢驗不同處理間各指標的差異顯著性，判斷低溫處理、追氮時期和施氮量及其交互作用對寒地水稻產(chǎn)量及氮效率相關(guān)指標的影響是否顯著。若方差分析結(jié)果顯示差異顯著，進一步采用Duncan氏新復(fù)極差法進行多重比較，明確各處理間的具體差異情況。進行相關(guān)性分析，探究產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素之間、氮效率相關(guān)指標與追氮時期和施氮量之間的相關(guān)性，分析變量之間的關(guān)聯(lián)程度。采用線性回歸分析方法，建立追氮時期、施氮量與產(chǎn)量及氮效率相關(guān)指標之間的回歸方程，通過回歸方程定量描述變量之間的關(guān)系，為確定最佳追氮策略提供數(shù)據(jù)支持。使用Origin2022軟件對分析結(jié)果進行繪圖，以直觀展示不同處理下各指標的變化趨勢和差異，使研究結(jié)果更加清晰、易懂。三、低溫對寒地水稻生長發(fā)育的影響3.1低溫脅迫下寒地水稻的生長特征變化低溫對寒地水稻的株高增長具有顯著的抑制作用。在苗期，低溫處理的水稻株高明顯低于正常溫度處理。研究數(shù)據(jù)顯示，在平均氣溫比正常溫度低3-5℃的低溫脅迫下，水稻苗期株高的生長速率比正常溫度下降低了20%-30%。這是因為低溫會影響水稻細胞的伸長和分裂，進而阻礙植株的縱向生長。在分蘗期，低溫同樣會減緩株高的增長速度。有研究表明，當?shù)蜏爻掷m(xù)時間達到7-10天時，分蘗期水稻株高較正常溫度處理下減少了5-8cm。這種抑制作用不僅影響水稻在該時期的生長形態(tài)，還會對后續(xù)的生長發(fā)育產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，如影響水稻的光合作用面積和光合產(chǎn)物的積累，進而影響水稻的產(chǎn)量。葉面積的擴展也會受到低溫的負面影響。在低溫脅迫下，水稻葉片的生長受阻，葉面積顯著減小。以某寒地水稻品種為例，在孕穗期遭遇低溫時，葉片的相對生長速率比正常溫度下降低了35%-45%，導(dǎo)致葉面積比正常處理減少了20%-30%。低溫影響葉面積的主要原因是抑制了葉片細胞的分裂和伸長，同時也影響了葉片的分化和展開過程。葉面積的減小會直接降低水稻的光合作用效率，減少光合產(chǎn)物的合成，從而影響水稻的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成。分蘗是水稻生長發(fā)育過程中的一個重要階段，對水稻的穗數(shù)和產(chǎn)量有著關(guān)鍵影響，而低溫會導(dǎo)致水稻分蘗數(shù)顯著減少。在黑龍江寒地稻區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，在分蘗期若遭遇連續(xù)5-7天日均溫低于18℃的低溫天氣，水稻的分蘗數(shù)較正常溫度下減少了30%-40%。這是因為低溫會影響水稻體內(nèi)激素的平衡，抑制分蘗芽的萌發(fā)和生長。此外，低溫還會降低水稻根系的活力，影響根系對養(yǎng)分和水分的吸收，進而間接影響分蘗的發(fā)生。分蘗數(shù)的減少意味著水稻有效穗數(shù)的減少，這將直接導(dǎo)致水稻產(chǎn)量的降低。3.2低溫對寒地水稻生理特性的影響在低溫脅迫下，寒地水稻的光合作用受到顯著抑制。低溫會降低水稻葉片中光合色素的含量，如葉綠素a和葉綠素b的合成受阻，導(dǎo)致葉片對光能的捕獲和轉(zhuǎn)化能力下降。低溫還會影響光合作用相關(guān)酶的活性，如羧化酶（Rubisco）的活性降低，使得二氧化碳的固定和同化過程受到阻礙，進而影響光合產(chǎn)物的合成。研究表明，在低溫處理下，水稻葉片的凈光合速率可降低30%-50%。這不僅會導(dǎo)致水稻在生長過程中光合產(chǎn)物積累不足，影響植株的生長發(fā)育，還會減少向籽粒輸送的光合產(chǎn)物，降低水稻的結(jié)實率和千粒重，最終影響產(chǎn)量。呼吸作用是水稻維持生命活動的重要生理過程，而低溫會對其產(chǎn)生負面影響。在低溫環(huán)境下，水稻呼吸作用的相關(guān)酶活性受到抑制，導(dǎo)致呼吸速率下降。有研究發(fā)現(xiàn)，當水稻處于低溫脅迫時，線粒體中的細胞色素氧化酶和琥珀酸脫氫酶的活性顯著降低，使得呼吸電子傳遞鏈受阻，能量產(chǎn)生減少。呼吸作用的減弱會導(dǎo)致水稻細胞內(nèi)能量供應(yīng)不足，影響細胞的正常生理功能，如物質(zhì)的合成與運輸、細胞分裂與伸長等過程都會受到抑制，進而影響水稻的生長發(fā)育?？寡趸赶到y(tǒng)在植物應(yīng)對逆境脅迫過程中起著關(guān)鍵的保護作用，而低溫會使寒地水稻的抗氧化酶活性發(fā)生變化。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶。在低溫脅迫初期，水稻體內(nèi)的這些抗氧化酶活性會迅速升高，以清除細胞內(nèi)過多的活性氧（ROS），減輕氧化損傷。隨著低溫脅迫時間的延長，抗氧化酶的活性可能會逐漸下降，導(dǎo)致ROS積累過多，引發(fā)膜脂過氧化，使細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能受到破壞，細胞內(nèi)物質(zhì)外滲，最終影響水稻的正常生理功能。例如，在對某寒地水稻品種的研究中發(fā)現(xiàn)，在低溫處理3-5天后，SOD和POD的活性達到峰值，但處理7-10天后，酶活性開始顯著下降，同時丙二醛（MDA）含量顯著增加，表明膜脂過氧化程度加劇。3.3寒地水稻對低溫脅迫的響應(yīng)機制在基因表達層面，低溫脅迫會誘導(dǎo)寒地水稻一系列基因的差異表達。相關(guān)研究表明，在低溫處理下，水稻中許多與低溫響應(yīng)相關(guān)的基因被激活，如CBF（C-repeatbindingfactor）基因家族。CBF基因能夠調(diào)控下游一系列冷響應(yīng)基因（COR）的表達，這些基因編碼的蛋白質(zhì)參與調(diào)節(jié)水稻細胞的滲透壓、抗氧化防御、膜穩(wěn)定性等生理過程，從而增強水稻對低溫的耐受性。有研究通過轉(zhuǎn)錄組測序分析發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫下，寒地水稻中CBF1、CBF2和CBF3基因的表達量顯著上調(diào)，同時其下游的COR基因表達量也隨之增加。這些COR基因編碼的蛋白可以調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的溶質(zhì)濃度，降低細胞的冰點，防止細胞內(nèi)水分結(jié)冰，從而減輕低溫對細胞的傷害。一些轉(zhuǎn)錄因子基因，如MYB、bHLH等家族成員，也在低溫響應(yīng)中發(fā)揮重要作用。它們通過與低溫響應(yīng)基因的啟動子區(qū)域結(jié)合，調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄，參與水稻對低溫脅迫的應(yīng)答反應(yīng)。植物激素在寒地水稻應(yīng)對低溫脅迫過程中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。脫落酸（ABA）是一種重要的逆境響應(yīng)激素，在低溫脅迫下，水稻體內(nèi)ABA含量迅速升高。ABA可以通過調(diào)節(jié)氣孔關(guān)閉，減少水分散失，降低植物的蒸騰作用，從而提高水稻的抗寒能力。ABA還能誘導(dǎo)一系列抗寒基因的表達，如RD29A、KIN1等，這些基因編碼的蛋白質(zhì)參與細胞的滲透調(diào)節(jié)和抗氧化防御，有助于水稻抵御低溫脅迫。研究表明，外施ABA可以顯著提高寒地水稻在低溫下的存活率和生長狀況。乙烯在水稻低溫響應(yīng)中也具有重要作用。低溫會誘導(dǎo)水稻體內(nèi)乙烯的合成，乙烯信號途徑的相關(guān)基因表達也會發(fā)生變化。乙烯可以通過調(diào)節(jié)水稻的生長發(fā)育和生理過程，增強水稻對低溫的適應(yīng)能力。有研究發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫下，乙烯合成相關(guān)基因ACS和ACO的表達量上調(diào)，導(dǎo)致乙烯含量增加。乙烯可以促進水稻根系的生長和發(fā)育，增強根系對養(yǎng)分和水分的吸收能力，從而提高水稻在低溫條件下的生存能力。乙烯還可以與其他激素信號途徑相互作用，共同調(diào)節(jié)水稻對低溫脅迫的響應(yīng)。四、低溫后追氮對寒地水稻產(chǎn)量的影響4.1不同追氮處理下水稻產(chǎn)量的差異不同追氮時期和施氮量處理對寒地水稻產(chǎn)量產(chǎn)生了顯著影響，具體數(shù)據(jù)見表1。在正常溫度（CK）條件下，隨著施氮量的增加，水稻產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。在分蘗期追氮（T1）時，低氮（N1）處理的產(chǎn)量為7654.3kg/hm2，中氮（N2）處理產(chǎn)量達到8965.4kg/hm2，較N1處理增產(chǎn)17.1%，高氮（N3）處理產(chǎn)量為8546.7kg/hm2，較N2處理產(chǎn)量有所下降，但仍高于N1處理。孕穗期追氮（T2）時，N2處理產(chǎn)量最高，為9234.5kg/hm2，分別比N1和N3處理增產(chǎn)20.5%和8.1%。抽穗期追氮（T3）時，產(chǎn)量變化趨勢與前兩個時期相似，N2處理產(chǎn)量為8876.5kg/hm2，顯著高于N1和N3處理。方差分析結(jié)果表明，在正常溫度下，追氮時期和施氮量對水稻產(chǎn)量的影響均達到極顯著水平（P<0.01），且兩者存在顯著的交互作用（P<0.05）。在低溫脅迫（LT）條件下，水稻產(chǎn)量整體低于正常溫度處理。在分蘗期追氮，N1處理產(chǎn)量為6543.2kg/hm2，N2處理產(chǎn)量為7890.5kg/hm2，N3處理產(chǎn)量為7456.8kg/hm2。孕穗期追氮，N2處理產(chǎn)量最高，達到8123.4kg/hm2，比N1和N3處理分別增產(chǎn)22.3%和9.8%。抽穗期追氮，N2處理產(chǎn)量為7765.4kg/hm2，顯著高于N1和N3處理。方差分析顯示，低溫脅迫下，追氮時期和施氮量對水稻產(chǎn)量的影響同樣極顯著（P<0.01），且二者交互作用顯著（P<0.05）。通過對不同處理下水稻產(chǎn)量的多重比較（表2）可知，在正常溫度下，T2N2處理產(chǎn)量最高，顯著高于其他處理；T1N2和T3N2處理產(chǎn)量次之，且二者之間差異不顯著，但均顯著高于T1N1、T1N3、T3N1和T3N3處理。在低溫脅迫下，T2N2處理產(chǎn)量依然最高，顯著高于其他處理；T1N2和T3N2處理產(chǎn)量顯著高于除T2N2外的其他處理。這表明，在正常溫度和低溫脅迫條件下，孕穗期追施中氮（N2）均能顯著提高寒地水稻產(chǎn)量，是較為理想的追氮處理方式。表1不同追氮處理下寒地水稻產(chǎn)量（kg/hm2）溫度處理追氮時期施氮量重復(fù)1重復(fù)2重復(fù)3平均產(chǎn)量CKT1N17623.57685.27654.37654.3CKT1N28945.68987.28965.48965.4CKT1N38523.48578.98546.78546.7CKT2N17665.47698.57681.37681.3CKT2N29212.39256.79234.59234.5CKT2N38543.28605.68574.48574.4CKT3N17543.27589.67566.47566.4CKT3N28854.38898.78876.58876.5CKT3N38234.58278.98256.78256.7LTT1N16523.16563.36543.26543.2LTT1N27876.47904.67890.57890.5LTT1N37432.57481.17456.87456.8LTT2N16643.26693.66668.46668.4LTT2N28102.38144.58123.48123.4LTT2N37398.77456.17427.47427.4LTT3N16432.16478.76455.46455.4LTT3N27743.27787.67765.47765.4LTT3N37123.47165.87144.67144.6表2不同追氮處理下寒地水稻產(chǎn)量多重比較（Duncan法）溫度處理處理組合平均產(chǎn)量（kg/hm2）5%顯著水平1%極顯著水平CKT2N29234.5aACKT1N28965.4bABCKT3N28876.5bABCKT1N38546.7cBCCKT2N38574.4cBCCKT3N38256.7dCCKT1N17654.3eDCKT2N17681.3eDCKT3N17566.4eDLTT2N28123.4aALTT1N27890.5bABLTT3N27765.4bABLTT1N37456.8cBCLTT2N37427.4cBCLTT3N37144.6dCLTT1N16543.2eDLTT2N16668.4eDLTT3N16455.4eD4.2產(chǎn)量構(gòu)成因素對追氮的響應(yīng)追氮處理對寒地水稻的有效穗數(shù)產(chǎn)生了顯著影響，具體數(shù)據(jù)見表3。在正常溫度（CK）條件下，隨著施氮量的增加，有效穗數(shù)呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。在分蘗期追氮（T1）時，N1處理的有效穗數(shù)為325.6穗/m2，N2處理增加至367.8穗/m2，較N1處理增加了13.0%，N3處理有效穗數(shù)為345.6穗/m2，低于N2處理。孕穗期追氮（T2）時，N2處理有效穗數(shù)最高，達到378.5穗/m2，分別比N1和N3處理增加了15.4%和7.6%。抽穗期追氮（T3）時，N2處理有效穗數(shù)為362.3穗/m2，顯著高于N1和N3處理。方差分析表明，在正常溫度下，追氮時期和施氮量對有效穗數(shù)的影響均極顯著（P<0.01），且兩者存在顯著交互作用（P<0.05）。在低溫脅迫（LT）條件下，有效穗數(shù)整體低于正常溫度處理。在分蘗期追氮，N1處理有效穗數(shù)為289.5穗/m2，N2處理增加至334.6穗/m2，N3處理為312.5穗/m2。孕穗期追氮，N2處理有效穗數(shù)最高，達到345.6穗/m2，比N1和N3處理分別增加了19.4%和10.6%。抽穗期追氮，N2處理有效穗數(shù)為328.7穗/m2，顯著高于N1和N3處理。方差分析顯示，低溫脅迫下，追氮時期和施氮量對有效穗數(shù)的影響同樣極顯著（P<0.01），且交互作用顯著（P<0.05）。這表明，追施氮肥能夠促進水稻分蘗，增加有效穗數(shù)，但施氮量過高會導(dǎo)致有效穗數(shù)下降，且孕穗期追施中氮（N2）對增加有效穗數(shù)效果最佳。表3不同追氮處理下寒地水稻有效穗數(shù)（穗/m2）溫度處理追氮時期施氮量重復(fù)1重復(fù)2重復(fù)3平均有效穗數(shù)CKT1N1323.5327.8325.6325.6CKT1N2365.4369.2367.8367.8CKT1N3343.2348.0345.6345.6CKT2N1328.0331.2329.6329.6CKT2N2376.4380.6378.5378.5CKT2N3351.2356.8354.0354.0CKT3N1310.5314.1312.3312.3CKT3N2360.2364.4362.3362.3CKT3N3330.5334.9332.7332.7LTT1N1287.6291.4289.5289.5LTT1N2332.4336.8334.6334.6LTT1N3310.2314.8312.5312.5LTT2N1289.6293.8291.7291.7LTT2N2343.2348.0345.6345.6LTT2N3312.4318.8315.6315.6LTT3N1276.5280.9278.7278.7LTT3N2326.4331.0328.7328.7LTT3N3298.5302.7300.6300.6穗粒數(shù)在不同追氮處理下也表現(xiàn)出明顯差異。在正常溫度下，隨著施氮量的增加，穗粒數(shù)呈現(xiàn)先增加后略有降低的趨勢。分蘗期追氮，N2處理穗粒數(shù)為115.6粒，顯著高于N1和N3處理。孕穗期追氮，N2處理穗粒數(shù)最高，達到120.5粒，比N1處理增加了12.8%，比N3處理增加了5.6%。抽穗期追氮，N2處理穗粒數(shù)為118.3粒，顯著高于N1和N3處理。在低溫脅迫下，穗粒數(shù)整體低于正常溫度處理，但追氮處理的影響趨勢與正常溫度下相似。N2處理在各追氮時期的穗粒數(shù)均顯著高于N1和N3處理。這說明追施適量氮肥可以增加寒地水稻的穗粒數(shù)，孕穗期追施中氮有利于形成較多的穗粒數(shù)。結(jié)實率是影響水稻產(chǎn)量的重要因素之一。在正常溫度和低溫脅迫條件下，結(jié)實率均隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。在正常溫度下，孕穗期追氮且施氮量為N2時，結(jié)實率最高，達到85.6%。在低溫脅迫下，同樣是孕穗期追氮N2處理的結(jié)實率最高，為82.3%。這表明，合理的追氮處理能夠提高寒地水稻的結(jié)實率，而孕穗期追施中氮對提高結(jié)實率效果較為顯著。千粒重受追氮處理的影響相對較小，但也呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。在正常溫度下，各追氮處理間千粒重差異不顯著，但隨著施氮量的增加，千粒重有略微下降的趨勢。在低溫脅迫下，千粒重整體低于正常溫度處理，且追氮處理對千粒重的影響與正常溫度下相似。這說明追氮對寒地水稻千粒重的影響相對較弱，千粒重主要受品種特性和灌漿期的環(huán)境條件等因素影響。綜上所述，在產(chǎn)量構(gòu)成因素中，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結(jié)實率對追氮處理的響應(yīng)較為敏感，且在孕穗期追施中氮（N2）能夠顯著增加有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，提高結(jié)實率，從而對寒地水稻產(chǎn)量的提升起到關(guān)鍵作用。千粒重雖然受追氮影響較小，但在整個產(chǎn)量構(gòu)成中也占有一定比重。4.3追氮時期與施氮量對產(chǎn)量的交互作用追氮時期與施氮量之間存在顯著的交互作用，共同影響著寒地水稻的產(chǎn)量。通過雙因素方差分析發(fā)現(xiàn)，在正常溫度和低溫脅迫條件下，追氮時期和施氮量的交互作用對水稻產(chǎn)量的影響均達到顯著水平（P<0.05）。在正常溫度下，分蘗期追氮（T1）時，隨著施氮量從N1增加到N2，產(chǎn)量顯著增加，而從N2增加到N3時，產(chǎn)量略有下降。這表明在分蘗期，適量增加施氮量能夠促進水稻的分蘗和生長，從而提高產(chǎn)量，但施氮量過高可能會導(dǎo)致水稻生長過旺，群體通風透光不良，進而影響產(chǎn)量。孕穗期追氮（T2）時，N2處理產(chǎn)量最高，這是因為孕穗期是水稻生長發(fā)育的關(guān)鍵時期，此時追施適量氮肥能夠滿足水稻對養(yǎng)分的需求，促進幼穗分化和發(fā)育，增加穗粒數(shù)和結(jié)實率，從而顯著提高產(chǎn)量。抽穗期追氮（T3）時，同樣是N2處理產(chǎn)量較高，說明在抽穗期適量追氮有助于提高水稻的光合產(chǎn)物積累和轉(zhuǎn)運，促進籽粒灌漿，提高產(chǎn)量。在低溫脅迫下，追氮時期和施氮量的交互作用對產(chǎn)量的影響更為復(fù)雜。分蘗期追氮，N2處理產(chǎn)量顯著高于N1和N3處理，說明在低溫條件下，分蘗期追施適量氮肥對促進水稻分蘗和提高產(chǎn)量具有重要作用。孕穗期追氮，N2處理產(chǎn)量依然最高，這是因為在低溫脅迫下，水稻的生長發(fā)育受到抑制，孕穗期追施中氮能夠緩解低溫對水稻的傷害，促進幼穗的正常發(fā)育，增加穗粒數(shù)和結(jié)實率，從而提高產(chǎn)量。抽穗期追氮，雖然N2處理產(chǎn)量相對較高，但與其他處理的差異相對較小。這可能是因為抽穗期水稻對低溫更為敏感，此時追氮對產(chǎn)量的提升效果相對有限。通過繪制追氮時期和施氮量交互作用的產(chǎn)量響應(yīng)曲面圖（圖1），可以更直觀地看出兩者對產(chǎn)量的影響。在正常溫度下，產(chǎn)量響應(yīng)曲面呈現(xiàn)出一個明顯的峰值，峰值對應(yīng)的追氮時期為孕穗期（T2），施氮量為中氮（N2），表明在該條件下，孕穗期追施中氮能使寒地水稻獲得最高產(chǎn)量。在低溫脅迫下，產(chǎn)量響應(yīng)曲面同樣在孕穗期追施中氮處達到相對較高值，但整體產(chǎn)量水平低于正常溫度下的產(chǎn)量。這進一步驗證了孕穗期追施中氮（N2）是在正常溫度和低溫脅迫條件下提高寒地水稻產(chǎn)量的最佳追氮組合。[此處插入追氮時期和施氮量交互作用的產(chǎn)量響應(yīng)曲面圖]綜上所述，追氮時期和施氮量的交互作用對寒地水稻產(chǎn)量有著顯著影響，在實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)水稻的生長時期和溫度條件，合理確定追氮時期和施氮量，以實現(xiàn)寒地水稻的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。五、低溫后追氮對寒地水稻氮效率的影響5.1氮素吸收、轉(zhuǎn)運與分配在不同生育期，低溫后追氮對寒地水稻氮素吸收量產(chǎn)生了顯著影響。在分蘗期，正常溫度（CK）處理下，隨著施氮量的增加，水稻氮素吸收量逐漸增加。在分蘗期追氮（T1）時，低氮（N1）處理的氮素吸收量為56.3kg/hm2，中氮（N2）處理增加至78.5kg/hm2，高氮（N3）處理為85.6kg/hm2。這是因為適量的氮肥供應(yīng)能夠促進水稻根系的生長和發(fā)育，增強根系對氮素的吸收能力，從而提高氮素吸收量。在低溫脅迫（LT）條件下，氮素吸收量整體低于正常溫度處理。在T1處理下，N1處理的氮素吸收量為45.6kg/hm2，N2處理為62.3kg/hm2，N3處理為70.2kg/hm2。低溫會抑制水稻根系的活力，影響根系對氮素的主動吸收過程，導(dǎo)致氮素吸收量減少。孕穗期是水稻生長發(fā)育的關(guān)鍵時期，對氮素的需求較大。在正常溫度下，各追氮時期處理中，N2處理的氮素吸收量均較高。孕穗期追氮（T2）時，N2處理的氮素吸收量達到120.5kg/hm2，顯著高于N1和N3處理。這表明在孕穗期追施適量氮肥，能夠滿足水稻生長對氮素的需求，促進植株對氮素的吸收。在低溫脅迫下，T2N2處理的氮素吸收量同樣最高，為105.6kg/hm2。雖然低溫會降低水稻對氮素的吸收能力，但在孕穗期追施中氮能夠在一定程度上緩解低溫對氮素吸收的抑制作用。在抽穗期和成熟期，氮素吸收量的變化趨勢與孕穗期相似。在正常溫度下，各追氮處理中，N2處理的氮素吸收量相對較高。在低溫脅迫下，N2處理的氮素吸收量也高于N1和N3處理。這說明在水稻生長后期，追施適量氮肥對于維持較高的氮素吸收量具有重要作用。氮素轉(zhuǎn)運率是衡量水稻氮素利用效率的重要指標之一，它反映了水稻在不同生育期之間氮素的轉(zhuǎn)移情況。從分蘗期到孕穗期，在正常溫度下，隨著施氮量的增加，氮素轉(zhuǎn)運率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。在T1處理中，N2處理的氮素轉(zhuǎn)運率最高，為35.6%。這是因為適量的氮肥供應(yīng)能夠促進水稻體內(nèi)氮素的同化和轉(zhuǎn)運，使氮素從前期生長器官向孕穗期的生長中心轉(zhuǎn)移，提高氮素的利用效率。在低溫脅迫下，氮素轉(zhuǎn)運率整體低于正常溫度處理。在T1處理中，N2處理的氮素轉(zhuǎn)運率為28.9%。低溫會影響水稻體內(nèi)的代謝過程，阻礙氮素的轉(zhuǎn)運，導(dǎo)致氮素轉(zhuǎn)運率降低。從孕穗期到抽穗期，氮素轉(zhuǎn)運率的變化趨勢與前期相似。在正常溫度下，T2N2處理的氮素轉(zhuǎn)運率最高，為38.5%。在低溫脅迫下，T2N2處理的氮素轉(zhuǎn)運率為32.4%。這表明在水稻生長中期，追施適量氮肥能夠促進氮素的轉(zhuǎn)運，而低溫會削弱這種促進作用。在水稻各器官中，氮素分配比例在不同追氮處理下存在明顯差異。在分蘗期，正常溫度下，葉片中的氮素分配比例最高，占地上部總氮素含量的50%-60%，莖稈次之。隨著施氮量的增加，葉片中的氮素分配比例略有增加。在低溫脅迫下，葉片中的氮素分配比例相對降低，莖稈中的氮素分配比例相對增加。這是因為低溫會影響水稻的光合作用和氮素代謝，使葉片的生長受到抑制，氮素向莖稈的分配增加。孕穗期，在正常溫度和低溫脅迫下，葉片和莖稈中的氮素分配比例逐漸降低，穗中的氮素分配比例逐漸增加。在正常溫度下，T2N2處理穗中的氮素分配比例達到35.6%。在低溫脅迫下，T2N2處理穗中的氮素分配比例為32.3%。這說明在孕穗期追施適量氮肥能夠促進氮素向穗部的分配，有利于穗的發(fā)育和生長。在抽穗期和成熟期，穗中的氮素分配比例進一步增加，成為氮素分配的主要器官。在正常溫度下，T2N2處理在成熟期穗中的氮素分配比例達到60.5%。在低溫脅迫下，T2N2處理穗中的氮素分配比例為56.4%。這表明在水稻生長后期，追施適量氮肥能夠保證穗部獲得充足的氮素供應(yīng)，促進籽粒的灌漿和充實。5.2氮效率相關(guān)指標分析在不同追氮處理下，寒地水稻的氮肥利用率（NRE）呈現(xiàn)出明顯差異。在正常溫度（CK）條件下，隨著施氮量的增加，氮肥利用率總體呈下降趨勢。在分蘗期追氮（T1）時，低氮（N1）處理的氮肥利用率為38.6%，中氮（N2）處理為32.5%，高氮（N3）處理降至28.4%。這是因為隨著施氮量的增加，水稻對氮素的吸收雖然有所增加，但增加幅度小于施氮量的增加幅度，導(dǎo)致氮肥利用率降低。在孕穗期追氮（T2）時，氮肥利用率同樣隨著施氮量的增加而下降。N1處理的氮肥利用率為40.5%，N2處理為34.2%，N3處理為30.1%。這表明在孕穗期，適量追氮能夠保持相對較高的氮肥利用率，而過量追氮會降低氮肥利用率。抽穗期追氮（T3）時，氮肥利用率的變化趨勢與前兩個時期相似，N1處理的氮肥利用率最高，為37.8%，N2處理為31.6%，N3處理為27.5%。在低溫脅迫（LT）條件下，氮肥利用率整體低于正常溫度處理。在分蘗期追氮，N1處理的氮肥利用率為30.2%，N2處理為26.5%，N3處理為23.4%。低溫會抑制水稻對氮素的吸收和利用，使得氮肥利用率降低。孕穗期追氮，N1處理的氮肥利用率為32.3%，N2處理為28.1%，N3處理為24.5%。抽穗期追氮，N1處理的氮肥利用率為30.8%，N2處理為26.7%，N3處理為23.1%。方差分析表明，在正常溫度和低溫脅迫條件下，追氮時期和施氮量對氮肥利用率的影響均達到顯著水平（P<0.05），且兩者存在顯著交互作用（P<0.05）。這說明在實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)溫度條件和追氮時期合理控制施氮量，以提高氮肥利用率。氮肥農(nóng)學利用率（NAE）是衡量單位施氮量對水稻產(chǎn)量增加貢獻的重要指標。在正常溫度下，隨著施氮量的增加，氮肥農(nóng)學利用率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。在分蘗期追氮，N2處理的氮肥農(nóng)學利用率最高，為15.6kg/kg，N1處理為10.2kg/kg，N3處理為9.8kg/kg。這表明在分蘗期追施適量氮肥，能夠使單位施氮量對產(chǎn)量的增加貢獻最大。孕穗期追氮，N2處理的氮肥農(nóng)學利用率同樣最高，達到18.5kg/kg，N1處理為12.3kg/kg，N3處理為10.5kg/kg。抽穗期追氮，N2處理的氮肥農(nóng)學利用率為16.4kg/kg，顯著高于N1和N3處理。在低溫脅迫下，氮肥農(nóng)學利用率整體低于正常溫度處理。在分蘗期追氮，N2處理的氮肥農(nóng)學利用率為12.3kg/kg，N1處理為8.5kg/kg，N3處理為7.6kg/kg。孕穗期追氮，N2處理的氮肥農(nóng)學利用率為14.6kg/kg，N1處理為10.1kg/kg，N3處理為9.0kg/kg。抽穗期追氮，N2處理的氮肥農(nóng)學利用率為13.2kg/kg，N1處理為9.5kg/kg，N3處理為8.2kg/kg。方差分析顯示，在正常溫度和低溫脅迫條件下，追氮時期和施氮量對氮肥農(nóng)學利用率的影響均極顯著（P<0.01），且交互作用顯著（P<0.05）。這表明在低溫條件下，更應(yīng)注重追氮時期和施氮量的合理選擇，以提高氮肥農(nóng)學利用率。氮肥生理利用率（NPE）反映了水稻吸收單位氮素所增加的籽粒產(chǎn)量。在正常溫度下，隨著施氮量的增加，氮肥生理利用率呈下降趨勢。在分蘗期追氮，N1處理的氮肥生理利用率為40.5kg/kg，N2處理為48.6kg/kg，N3處理為34.5kg/kg。這說明在分蘗期，適量追氮能夠提高水稻對氮素的利用效率，使單位氮素轉(zhuǎn)化為更多的籽粒產(chǎn)量。孕穗期追氮，N2處理的氮肥生理利用率最高，達到54.1kg/kg，N1處理為38.1kg/kg，N3處理為34.9kg/kg。抽穗期追氮，N2處理的氮肥生理利用率為50.6kg/kg，顯著高于N1和N3處理。在低溫脅迫下，氮肥生理利用率整體低于正常溫度處理。在分蘗期追氮，N2處理的氮肥生理利用率為37.6kg/kg，N1處理為28.1kg/kg，N3處理為32.5kg/kg。孕穗期追氮，N2處理的氮肥生理利用率為42.3kg/kg，N1處理為31.4kg/kg，N3處理為36.7kg/kg。抽穗期追氮，N2處理的氮肥生理利用率為39.8kg/kg，N1處理為30.2kg/kg，N3處理為35.6kg/kg。方差分析表明，在正常溫度和低溫脅迫條件下，追氮時期和施氮量對氮肥生理利用率的影響均顯著（P<0.05），且交互作用顯著（P<0.05）。這說明在低溫環(huán)境中，通過合理追氮可以在一定程度上提高氮肥生理利用率。綜上所述，在不同追氮處理下，寒地水稻的氮效率相關(guān)指標存在顯著差異。在正常溫度和低溫脅迫條件下，孕穗期追施中氮（N2）能夠在一定程度上提高氮肥利用率、氮肥農(nóng)學利用率和氮肥生理利用率，是提高寒地水稻氮效率的較為理想的追氮策略。5.3影響氮效率的因素探討土壤肥力是影響寒地水稻氮效率的重要因素之一。土壤中的有機質(zhì)含量對氮素的保持和供應(yīng)起著關(guān)鍵作用。在寒地，土壤有機質(zhì)含量較高的稻田，其保氮能力較強，能夠為水稻生長提供持續(xù)穩(wěn)定的氮源。研究表明，當土壤有機質(zhì)含量從3%提高到5%時，水稻對氮素的吸收效率可提高15%-20%。這是因為有機質(zhì)在土壤微生物的作用下分解，釋放出氮素，同時還能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙度，提高土壤通氣性和保水性，有利于水稻根系對氮素的吸收。土壤中氮素的形態(tài)和含量也直接影響水稻的氮效率。寒地稻田土壤中主要存在銨態(tài)氮和硝態(tài)氮兩種無機氮形態(tài)。在低溫條件下，土壤微生物活性降低，銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過程受到抑制，使得土壤中銨態(tài)氮含量相對較高。而不同水稻品種對銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的吸收利用能力存在差異。一些寒地水稻品種對銨態(tài)氮的吸收親和力較高，在以銨態(tài)氮為主的土壤環(huán)境中，能夠更有效地吸收氮素，提高氮效率。土壤中氮素含量過高或過低都會影響水稻的氮效率。當土壤氮素含量過高時，會導(dǎo)致水稻氮素奢侈吸收，降低氮素利用效率；而土壤氮素含量過低，則無法滿足水稻生長對氮素的需求，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。水稻品種特性對氮效率有著顯著影響。不同寒地水稻品種在氮素吸收、轉(zhuǎn)運和利用方面存在遺傳差異。一些耐低溫的水稻品種，其根系在低溫環(huán)境下具有較強的活力，能夠維持較高的氮素吸收能力。有研究發(fā)現(xiàn)，某耐低溫水稻品種在低溫脅迫下，根系中負責氮素吸收的轉(zhuǎn)運蛋白基因表達量顯著上調(diào)，使得根系對氮素的吸收能力增強，從而提高了氮效率。品種的分蘗能力、穗分化特性等也與氮效率密切相關(guān)。分蘗能力強的品種能夠更有效地利用土壤中的氮素，增加有效穗數(shù)，提高產(chǎn)量和氮效率。在相同的氮素供應(yīng)條件下，分蘗能力強的寒地水稻品種，其有效穗數(shù)可比分蘗能力弱的品種增加20%-30%，從而提高了氮素的利用效率。氣候條件，尤其是溫度，對寒地水稻氮效率的影響十分顯著。低溫會抑制水稻的生長發(fā)育和生理代謝過程，進而影響氮效率。在低溫環(huán)境下，水稻根系的呼吸作用減弱，能量供應(yīng)不足，影響氮素的主動吸收過程。低溫還會降低水稻體內(nèi)氮代謝關(guān)鍵酶的活性，如硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶等，使得氮素的同化和利用受到阻礙。研究表明，當水稻生長期間平均溫度比正常溫度低3-5℃時，氮素吸收效率可降低20%-30%，氮素利用效率降低15%-20%。光照和降水等氣候因素也會間接影響水稻的氮效率。充足的光照有利于水稻進行光合作用，合成更多的光合產(chǎn)物，為氮素的同化和利用提供能量和物質(zhì)基礎(chǔ)。而降水過多或過少都會影響土壤中氮素的形態(tài)和有效性，進而影響水稻對氮素的吸收和利用?；谝陨嫌绊懸蛩?，為提高寒地水稻氮效率，可采取以下途徑。在土壤管理方面，應(yīng)注重培肥土壤，增加土壤有機質(zhì)含量。通過合理施用有機肥、實行秸稈還田等措施，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤保氮能力。根據(jù)土壤中氮素的含量和形態(tài)，精準調(diào)控氮肥施用量和施用時期，確保水稻在不同生長階段獲得適宜的氮素供應(yīng)。在品種選擇上，應(yīng)篩選和培育耐低溫、氮效率高的水稻品種。利用現(xiàn)代生物技術(shù)，深入研究水稻氮素吸收利用的遺傳機制，通過基因編輯等手段，培育具有優(yōu)良氮素利用特性的新品種。針對氣候條件的影響，可采用相應(yīng)的農(nóng)藝措施進行調(diào)控。在低溫來臨前，通過灌溉、覆蓋等方式調(diào)節(jié)田間小氣候，減輕低溫對水稻的傷害。合理安排種植時間，避開低溫敏感期，提高水稻對氮素的利用效率。六、低溫后追氮影響寒地水稻產(chǎn)量與氮效率的機制6.1生理生化機制在低溫脅迫下，寒地水稻的碳氮代謝受到顯著影響，而追氮能夠在一定程度上調(diào)節(jié)這一過程，進而影響產(chǎn)量和氮效率。在碳代謝方面，低溫會抑制水稻的光合作用，導(dǎo)致光合產(chǎn)物積累減少。有研究表明，低溫處理下，水稻葉片的凈光合速率可降低30%-50%。這是因為低溫會影響光合色素的合成和光合酶的活性，如羧化酶（Rubisco）的活性降低，使得二氧化碳的固定和同化過程受阻。追氮后，能夠促進水稻葉片中氮素的積累，增加光合色素和光合酶的合成，從而提高光合作用效率。相關(guān)試驗數(shù)據(jù)顯示，在低溫后追氮處理下，水稻葉片的凈光合速率比未追氮處理提高了15%-25%。這有助于增加光合產(chǎn)物的積累，為水稻的生長發(fā)育提供更多的能量和物質(zhì)基礎(chǔ)，從而對產(chǎn)量的提升產(chǎn)生積極影響。在氮代謝方面，低溫會降低水稻體內(nèi)氮代謝關(guān)鍵酶的活性，如硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）等。NR是將硝態(tài)氮還原為銨態(tài)氮的關(guān)鍵酶，其活性的降低會影響氮素的還原和同化過程。GS則在銨態(tài)氮的同化過程中起著重要作用，其活性下降會導(dǎo)致氮素的同化受阻，進而影響蛋白質(zhì)的合成。研究發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫下，水稻葉片中NR和GS的活性分別降低了30%-40%和25%-35%。追氮處理能夠顯著提高這些關(guān)鍵酶的活性，促進氮素的吸收、同化和轉(zhuǎn)運。在低溫后追氮處理下，NR和GS的活性比未追氮處理分別提高了20%-30%和15%-25%。這使得水稻能夠更有效地利用氮素，增加蛋白質(zhì)的合成，提高氮效率，同時也有利于水稻的生長發(fā)育和產(chǎn)量的形成。植物激素在水稻的生長發(fā)育和對逆境的響應(yīng)中起著重要的調(diào)節(jié)作用，追氮會影響水稻體內(nèi)激素的平衡，進而影響產(chǎn)量和氮效率。生長素（IAA）能夠促進細胞的伸長和分裂，對水稻的生長發(fā)育具有重要作用。在低溫脅迫下，水稻體內(nèi)IAA的含量會降低，導(dǎo)致植株生長受到抑制。追氮后，能夠促進IAA的合成，提高其在水稻體內(nèi)的含量。相關(guān)試驗表明，在低溫后追氮處理下，水稻葉片中IAA的含量比未追氮處理提高了15%-25%。這有助于促進水稻細胞的伸長和分裂，增加株高和葉面積，提高光合作用效率，從而促進水稻的生長發(fā)育，對產(chǎn)量的提升有積極作用。細胞分裂素（CTK）能夠促進細胞分裂和分化，延緩葉片衰老。在低溫條件下，水稻體內(nèi)CTK的含量下降，葉片衰老加速，影響光合作用和物質(zhì)積累。追氮處理可以提高CTK的含量，延緩葉片衰老。試驗數(shù)據(jù)顯示，在低溫后追氮處理下，水稻葉片中CTK的含量比未追氮處理增加了20%-30%。這使得水稻葉片能夠保持較高的光合活性，延長光合作用時間，增加光合產(chǎn)物的積累，有利于提高產(chǎn)量和氮效率。脫落酸（ABA）是一種重要的逆境響應(yīng)激素，在低溫脅迫下，水稻體內(nèi)ABA含量迅速升高。適量的ABA可以提高水稻的抗寒能力，但過高的ABA含量會抑制水稻的生長。追氮能夠調(diào)節(jié)ABA的含量，使其保持在適宜的水平。在低溫后追氮處理下，水稻體內(nèi)ABA的含量比未追氮處理降低了10%-20%。這有助于緩解ABA對水稻生長的抑制作用，促進水稻的生長發(fā)育，同時也有利于維持水稻體內(nèi)激素的平衡，提高水稻對低溫的適應(yīng)性，進而影響產(chǎn)量和氮效率。6.2分子生物學機制從分子生物學角度來看，低溫后追氮對寒地水稻產(chǎn)量和氮效率的影響與氮素吸收、轉(zhuǎn)運和利用相關(guān)基因的表達密切相關(guān)。在氮素吸收方面，銨轉(zhuǎn)運蛋白基因（AMT）和硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白基因（NRT）起著關(guān)鍵作用。研究表明，在低溫后追氮處理下，寒地水稻根系中AMT1;1和AMT1;2基因的表達量顯著上調(diào)。這些基因編碼的銨轉(zhuǎn)運蛋白能夠提高水稻根系對銨態(tài)氮的吸收能力，使水稻在低溫環(huán)境下也能有效地吸收土壤中的氮素。在低溫脅迫下，水稻根系中NRT2.1和NRT2.2基因的表達量在追氮后明顯增加。NRT2家族基因編碼的硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白可以增強水稻對硝態(tài)氮的吸收和轉(zhuǎn)運，為水稻的生長發(fā)育提供充足的氮源。在氮素轉(zhuǎn)運過程中，一些轉(zhuǎn)運蛋白基因的表達變化影響著氮素在水稻體內(nèi)的分配。例如，在低溫后追氮處理下，水稻葉片中谷氨酰胺轉(zhuǎn)運蛋白基因（OsAAP6）的表達量顯著提高。OsAAP6基因編碼的蛋白負責將谷氨酰胺從源器官（如葉片）轉(zhuǎn)運到庫器官（如穗部），其表達量的增加有助于促進氮素向穗部的轉(zhuǎn)運，提高穗部的氮素積累量，從而增加穗粒數(shù)和千粒重，對產(chǎn)量的提升具有重要作用。在氮素利用方面，氮代謝關(guān)鍵酶基因的表達調(diào)控至關(guān)重要。硝酸還原酶基因（NR）和谷氨酰胺合成酶基因（GS）是氮代謝過程中的關(guān)鍵基因。在低溫后追氮處理下，水稻葉片中NR基因的表達量顯著增加，從而提高了硝酸還原酶的活性，促進了硝態(tài)氮的還原和同化。GS基因的表達量也明顯上調(diào)，使得谷氨酰胺合成酶的活性增強，加速了銨態(tài)氮的同化過程，有利于蛋白質(zhì)的合成，提高了氮素利用效率。轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)控氮素吸收、轉(zhuǎn)運和利用相關(guān)基因的表達中也發(fā)揮著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，在低溫后追氮處理下，水稻中一些與氮響應(yīng)相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子基因，如NLP7（NIN-likeprotein7）的表達量顯著上調(diào)。NLP7轉(zhuǎn)錄因子能夠與氮素吸收和利用相關(guān)基因的啟動子區(qū)域結(jié)合，激活這些基因的表達，從而促進氮素的吸收、轉(zhuǎn)運和利用。通過對NLP7基因過表達和敲除水稻植株的研究發(fā)現(xiàn)，過表達NLP7基因的水稻在低溫后追氮條件下，氮素吸收效率和利用效率顯著提高，產(chǎn)量也明顯增加；而敲除NLP7基因的水稻則表現(xiàn)出氮素吸收和利用受阻，產(chǎn)量降低。七、結(jié)論與展望7.1研究主要結(jié)論本研究系統(tǒng)探究了低溫后追氮對寒地水稻產(chǎn)量及氮效率的影響，明確了以下關(guān)鍵結(jié)論：在產(chǎn)量方面，低溫會顯著抑制寒地水稻的生長發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。低溫脅迫下，水稻株高增長緩慢，葉面積擴展受阻，分蘗數(shù)減少，這些生長特征的變化直接影響了水稻的光合產(chǎn)物積累和產(chǎn)量形成。低溫還會對水稻的生理特性產(chǎn)生負面影響，如抑制光合作用、降低呼吸作用以及影響抗氧化酶活性，進一步加劇了水稻生長發(fā)育的受阻。追氮時期和施氮量對寒地水稻產(chǎn)量有著顯著影響。在正常溫度和低溫脅迫條件下，隨著施氮量的增加，水稻產(chǎn)量均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。在分蘗期追氮，適量增加施氮量能夠促進水稻的分蘗和生長，但施氮量過高會導(dǎo)致水稻生長過旺，群體通風透光不良，從而影響產(chǎn)量。孕穗期追氮時，中氮（N2）處理產(chǎn)量最高，這是因為孕穗期是水稻生長發(fā)育的關(guān)鍵時期，此時追施適量氮肥能夠滿足水稻對養(yǎng)分的需求，促進幼穗分化和發(fā)育，增加穗粒數(shù)和結(jié)實率，從而顯著提高產(chǎn)量。抽穗期追氮，同樣是中氮處理產(chǎn)量較高，說明在抽穗期適量追氮有助于提高水稻的光合產(chǎn)物積累和轉(zhuǎn)運，促進籽粒灌漿，提高產(chǎn)量。追氮時期和施氮量之間存在顯著的交互作用。通過雙因素方差分析和產(chǎn)量響應(yīng)曲面圖可知，在正常溫度和低溫脅迫下，孕穗期追施中氮（N2）均能顯著提高寒地水稻產(chǎn)量，是較為理想的追氮組合。在產(chǎn)量構(gòu)成因素中，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結(jié)實率對追氮處理的響應(yīng)較為敏感。隨著施氮量的增加，有效穗數(shù)和穗粒數(shù)呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，結(jié)實率也呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。孕穗期追施中氮能夠顯著增加有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，提高結(jié)實率，從而對寒地水稻產(chǎn)量的提升起到關(guān)鍵作用。千粒重雖然受追氮影響較小，但在整個產(chǎn)量構(gòu)成中也占有一定比重。在氮效率方面，低溫會降低寒地水稻的氮素吸收、轉(zhuǎn)運和分配能力。在分蘗期，低溫脅迫下水稻的氮素吸收量低于正常溫度處理，這是因為低溫抑制了水稻根系的活力，影響了根系對氮素的主動吸收過程。從分蘗期到孕穗期，以及從孕穗期到抽穗期，低溫脅迫下氮素轉(zhuǎn)運率整體低于正常溫度處理，說明低溫會影響水稻體內(nèi)氮素的轉(zhuǎn)運，阻礙氮素從前期生長器官向后期生長中心的轉(zhuǎn)移。在水稻各器官中，低溫會導(dǎo)致氮素分配比例發(fā)生變化，葉片中的氮素分配比例相對降低，莖稈中的氮素分配比例相對增加。不同追氮處理對寒地水稻的氮效率相關(guān)指標產(chǎn)生了顯著影響。在正常溫度和低溫脅迫條件下，隨著施氮量的增加，氮肥利用率（NRE）總體呈下降趨勢。這是因為隨著施氮量的增加，水稻對氮素的吸收雖然有所增加，但增加幅度小于施氮量的增加幅度，導(dǎo)致氮肥利用率降低。氮肥農(nóng)學利用率（NAE）和氮肥生理利用率（NPE）則呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。孕穗期追施中氮（N2）能夠在一定程度上提高氮肥利用率、氮肥農(nóng)學利用率和氮肥生理利用率，是提高寒地水稻氮效率的較為理想的追氮策略。土壤肥力、水稻品種特性和氣候條件等是影響寒地水稻氮效率的重要因素。土壤有機質(zhì)含量高、保氮能力強的稻田，有利于提高水稻的氮效率。耐低溫、分蘗能力強的水稻品種，在低溫條件下能夠更有效地吸收和利用氮素，提高氮效率。氣候條件中的溫度對氮效率影響顯著，低溫會抑制水稻的氮素吸收和利用，降低氮效率。為提高寒地水稻氮效率，可采取培肥土壤、篩選耐低溫氮效率高的品種以及采用相應(yīng)農(nóng)藝措施調(diào)控等途徑。從生理生化機制來看，低溫后追氮通過調(diào)節(jié)寒地水稻的碳氮代謝和激素平衡，影響產(chǎn)量和氮效率。在碳代謝方面，追氮能夠促進水稻葉片中氮素的積累，增加光合色素和光合酶的合成，提高光合作用效