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    施氮量對(duì)超級(jí)早稻產(chǎn)量形成與氮利用效率的影響

    2013-12-05 02:57:58易鎮(zhèn)邪屠乃美
    作物研究 2013年1期
    關(guān)鍵詞:超級(jí)稻穗數(shù)結(jié)實(shí)率

    孫 琴,彭 萍,易鎮(zhèn)邪,屠乃美

    (湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,長(zhǎng)沙410128)

    水稻是主要糧食作物之一,全世界超過(guò)50%的人口以大米為主食。大力發(fā)展超級(jí)稻,是緩解人口增長(zhǎng)對(duì)環(huán)境和自然資源的壓力,確保糧食安全有效供給的重要途徑。我國(guó)1996年啟動(dòng)“中國(guó)超級(jí)稻育種及栽培技術(shù)體系研究”[1,2],已取得了顯著成就:我國(guó)農(nóng)業(yè)部已認(rèn)定108個(gè)超級(jí)稻品種(組合),并已得到大面積推廣;同時(shí),超級(jí)稻栽培研究也已取得重要進(jìn)展,其中以袁隆平院士的“超級(jí)稻種三產(chǎn)四示范工程”[3]和鄒應(yīng)斌的“超級(jí)稻三定栽培技術(shù)”[4]影響最大。

    在施氮量對(duì)超級(jí)稻產(chǎn)量、品質(zhì)與氮利用效率等的影響上,前人已經(jīng)開展了一些研究。劉武等[5,6]研究認(rèn)為,增施氮肥顯著提高超級(jí)早稻產(chǎn)量,原因在于提高了葉面積與功能葉的光合能力,并能延緩葉片衰老,促進(jìn)了分蘗,增加了單株莖蘗數(shù)。劉淑艷等[7]研究了氮、磷、鉀配合施用對(duì)超級(jí)早稻株兩優(yōu)819生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響,發(fā)現(xiàn)氮磷鉀合理配施,能使超級(jí)早稻株高、總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、有效穗、千粒重等得到改善,并提出了高肥力水平紅黃泥田條件下株兩優(yōu)819的最佳施肥量為:N222 kg/hm2,P31.5 kg/hm2,K69 kg/hm2。陳平平等[8]在以陸兩優(yōu) 996為材料研究氮肥運(yùn)籌方式對(duì)超級(jí)早稻產(chǎn)量形成與氮利用效率的影響后指出,適當(dāng)增大穗肥比例有利于改善超級(jí)早稻源庫(kù)關(guān)系,有利于提高產(chǎn)量、氮肥利用率與氮利用效率。

    目前我國(guó)認(rèn)定的超級(jí)稻品種(組合)中,以中稻或晚稻為主,早稻品種(組合)很少。同時(shí),超級(jí)稻的栽培研究雖已取得較大進(jìn)展,但是相對(duì)育種研究而言仍顯滯后,尤其是有關(guān)超級(jí)早稻的栽培研究還較少。為此,以湖南省兩個(gè)超級(jí)早稻組合株兩優(yōu)819和陸兩優(yōu)996為材料,開展了施氮量對(duì)超級(jí)早稻產(chǎn)量形成、品質(zhì)及氮利用效率的影響研究,以期進(jìn)一步了解超級(jí)早稻的高產(chǎn)機(jī)理,為超級(jí)早稻栽培技術(shù)體系的完善和品種的推廣應(yīng)用提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。

    1 材料與方法

    1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

    試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。土壤基礎(chǔ)肥力:有機(jī)質(zhì)2.45%,全氮0.16%,有效磷28.32 mg/kg,速效鉀 103.35 mg/kg,pH6.6。

    兩個(gè)超級(jí)雜交早稻組合:株兩優(yōu)819(由亞華種業(yè)公司提供)和陸兩優(yōu)996(由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所提供)。設(shè)3個(gè)施氮(N)水平:0、150、225 kg/hm2。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù)3次。試驗(yàn)處理及代號(hào)見表1。以尿素為氮源,以過(guò)磷酸鈣為磷源,以氯化鉀為鉀源。氮肥分4次施用,基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥 =4∶2∶3∶1。各處理施磷肥(P2O5)75 kg/hm2和鉀肥(K2O)150 kg/hm2作基肥。3月31播種,4月26日移栽。其他管理同于一般大田。

    表1 試驗(yàn)處理及代號(hào)Table 1 Treatments and their codes in the experiment

    1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

    葉面積和干物質(zhì)積累:于各關(guān)鍵生育期(孕穗、齊穗、灌漿中期和成熟期),每小區(qū)取3穴,采用長(zhǎng)×寬×0.75測(cè)定綠葉面積,之后分葉、莖、穗、根裝袋,以105℃殺青30 min后,在80℃下烘至恒重,稱重。

    粒葉比:以穎花/葉、實(shí)粒/葉、粒重/葉等指標(biāo)表征粒葉比。

    產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素:成熟期每小區(qū)收割2 m2,作為實(shí)際產(chǎn)量。每小區(qū)調(diào)查連續(xù)的50穴,以平均數(shù)作為該小區(qū)單穴有效穗數(shù);按平均有效穗數(shù)每小區(qū)取樣5穴,帶回室內(nèi)考察穗粒數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率。

    全氮含量:將各關(guān)鍵生育時(shí)期(孕穗、齊穗、灌漿中期和成熟期)烘干后的植株樣品粉碎過(guò)篩后,用元素分析儀測(cè)定葉、莖、穗等部位的氮含量。

    氮素積累量(kg/hm2)=氮含量×干物重;

    氮肥利用率(%)=(施氮處理作物吸氮量-不施氮處理作物吸氮量)/施氮量×100;

    氮素吸收效率(kg/kg)=植株地上部氮素積累量/施氮量;

    氮肥效率(kg/kg)=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量/當(dāng)季施氮量;

    氮素利用效率(kg/kg)=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量/植株氮素累積量;

    氮生理效率(kg/kg)=生物量/植物氮素累積量。

    1.3 數(shù)據(jù)處理

    數(shù)據(jù)采用Excel2003與SAS9.0進(jìn)行分析處理。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 施氮量對(duì)超級(jí)早稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

    2.1.1 施氮對(duì)超級(jí)早稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

    與不施氮處理相比,兩組合施氮處理有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、實(shí)際產(chǎn)量均顯著增加,結(jié)實(shí)率顯著下降,千粒重變化趨勢(shì)在兩組合間存在一定差異,陸兩優(yōu)996千粒重增幅更明顯(表2)。相關(guān)分析表明,株兩優(yōu)819的實(shí)際產(chǎn)量與有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率的相關(guān)系數(shù)分別為0.7660、0.9173*、0.4561、-0.7416;陸兩優(yōu)996的實(shí)際產(chǎn)量與有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率的相關(guān)系數(shù)分別為0.8585、0.9882**、0.9241*、- 0.8480??梢姡瑑山M合施氮后增產(chǎn)的原因略有不同,株兩優(yōu)819增產(chǎn)的原因是提高了每穗粒數(shù),而陸兩優(yōu)996增產(chǎn)的原因是提高了每穗粒數(shù)和千粒重。

    2.1.2 施氮量對(duì)超級(jí)早稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

    兩個(gè)施氮量處理相比,施N150 kg/hm2產(chǎn)量顯著高于施N225 kg/hm2,兩組合表現(xiàn)一致??梢?,本試驗(yàn)條件下,超級(jí)早稻的適宜施 N量為150 kg/hm2。

    對(duì)兩個(gè)施氮處理間的產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)施N150 kg/hm2處理有效穗數(shù)略低于施N225 kg/hm2處理,兩處理的穗粒數(shù)相當(dāng),而千粒重和結(jié)實(shí)率均表現(xiàn)施N150 kg/hm2處理明顯高于施N225 kg/hm2處理。可見,施N150 kg/hm2處理產(chǎn)量較施N225 kg/hm2處理顯著增產(chǎn)的原因主要是提高了千粒重和結(jié)實(shí)率。

    表2 各處理的超級(jí)早稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成Table 2 Effect of nitrogen rate on yield and its components of super early rice

    2.1.3 施氮量對(duì)超級(jí)早稻米質(zhì)的影響

    蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量是衡量稻米品質(zhì)的重要指標(biāo)。由表3可知,株兩優(yōu)819稻米蛋白質(zhì)含量隨施氮量增大而顯著提高,陸兩優(yōu)996稻米蛋白質(zhì)含量也隨施氮量增大而提高,但L150和L225處理間差異不顯著。施氮使兩個(gè)組合的稻米直鏈淀粉含量顯著下降,兩組合表現(xiàn)一致;兩個(gè)施氮處理間比較,株兩優(yōu)819表現(xiàn)無(wú)顯著差異,而陸兩優(yōu)996表現(xiàn)隨施氮量增大呈持續(xù)下降趨勢(shì)。

    表3 各處理超級(jí)早稻稻米蛋白質(zhì)與直鏈淀粉含量Table 3 Effect of nitrogen rate on protein and amylase content of super early rice

    2.2 施氮量對(duì)超級(jí)早稻葉面積與干物質(zhì)積累的影響

    超級(jí)早稻葉面積指數(shù)(LAI)自孕穗期以后即呈下降趨勢(shì),兩組合表現(xiàn)一致。施氮量對(duì)超級(jí)早稻LAI影響顯著,兩組合各時(shí)期均表現(xiàn)隨施氮量增大而顯著增大的趨勢(shì)(表4)。

    干物質(zhì)積累量隨水稻生育進(jìn)程推進(jìn)表現(xiàn)持續(xù)增大的趨勢(shì),不同施氮量處理間干物質(zhì)積累量差異顯著,兩組合各時(shí)期均表現(xiàn)隨施氮量增大而顯著提高的趨勢(shì)(表5)。

    2.3 施氮量對(duì)超級(jí)早稻源庫(kù)關(guān)系的影響

    粒葉比是表征源庫(kù)關(guān)系的指標(biāo)之一,本研究以穎花/葉、實(shí)粒/葉、粒重/葉等反應(yīng)粒葉比。處理間穎花/葉差異顯著,陸兩優(yōu)996表現(xiàn)隨施氮量增大顯著下降,而株兩優(yōu)819以施N150 kg/hm2處理最高,施N225 kg/hm2處理最低;處理間實(shí)粒/葉差異顯著,陸兩優(yōu)996表現(xiàn)隨施氮量增大顯著下降,株兩優(yōu)819也表現(xiàn)隨施氮量增大而下降,但施N150 kg/hm2處理與不施氮處理差異不顯著;粒重/葉變化趨勢(shì)與實(shí)粒/葉一致(表6)??梢姡憙蓛?yōu)996粒葉比隨施氮量增大而下降的趨勢(shì)較株兩優(yōu)819明顯。

    相關(guān)分析結(jié)果表明,超級(jí)早稻產(chǎn)量與各時(shí)期葉面積指數(shù)均呈正相關(guān),孕穗期、齊穗期、灌漿中期、成熟期的相關(guān)系數(shù)分別為0.8995、0.9086、0.7952和0.6729;超級(jí)早稻產(chǎn)量與干物質(zhì)積累量呈正相關(guān),孕穗期、齊穗期、灌漿中期、成熟期的相關(guān)系數(shù)分別為0.5802、0.7320、0.7925 和 0.7713;超級(jí)早稻產(chǎn)量與穎花/葉、實(shí)粒/葉和粒重/葉均呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.2641、-0.5375和-0.3990。

    表4 各處理超級(jí)早稻的葉面積指數(shù)Table 4 Effect of nitrogen rate on leaf area index of super early rice

    表5 各處理超級(jí)早稻的干物質(zhì)積累量(g)Table 5 Effect of nitrogen rate on dry matter accumulation of super early rice(g)

    表6 各處理超級(jí)早稻的源庫(kù)關(guān)系Table 6 Effect of nitrogen rate on source-sink correlation of super early rice

    2.4 施氮量對(duì)超級(jí)早稻氮利用效率的影響

    2.4.1 施氮量對(duì)超級(jí)早稻氮肥利用率與氮肥效率的影響

    由表7可知,施氮量增大,超級(jí)早稻氮素累積量顯著增加,株兩優(yōu)819與陸兩優(yōu)996表現(xiàn)一致,但兩個(gè)品種增加幅度不同,株兩優(yōu)819在施氮量150 kg/hm2和225 kg/hm2條件下氮素累積量較不施氮處理分別增加59.4%、79.25%,陸兩優(yōu)996則分別增加66.7%、72.1%。兩個(gè)品種比較發(fā)現(xiàn),陸兩優(yōu)996氮素累積量的總體水平高于株兩優(yōu)819。

    與施N 150 kg/hm2比較,超級(jí)早稻施N 225 kg/hm2條件下氮肥利用率顯著降低,兩個(gè)組合表現(xiàn)一致,株兩優(yōu)819下降4.9個(gè)百分點(diǎn),而陸兩優(yōu)996則下降6.4個(gè)百分點(diǎn)。比較兩個(gè)組合發(fā)現(xiàn),株兩優(yōu)819在施N 150 kg/hm2條件下氮肥利用率比陸兩優(yōu)996低0.16個(gè)百分點(diǎn),在施N 225 kg/hm2條件下高1.34個(gè)百分點(diǎn)。

    施氮量增大,超級(jí)早稻的氮肥效率顯著下降。在施N 150 kg/hm2條件下,超級(jí)早稻氮肥效率在50 kg/kg左右,而施N 225 kg/hm2條件下,僅略高于30 kg/kg,兩組合表現(xiàn)基本一致。

    表7 各處理超級(jí)早稻氮素累積量、氮肥利用率與氮肥效率Table 7 Effect of nitrogen rate on nitrogen accumulation,nitrogen use efficiency and nitrogen fertilizer efficiency of super early rice

    2.4.2 施氮量對(duì)超級(jí)早稻氮素吸收與利用效率的影響

    由表8可知,超級(jí)早稻的氮素吸收效率隨施氮量增大而顯著下降。在施N 150 kg/hm2條件下,超級(jí)早稻氮素吸收效率1.2 kg/kg左右,而施N 225 kg/hm2條件下,僅為0.9 kg/kg左右,兩組合表現(xiàn)基本一致。兩個(gè)組合比較,陸兩優(yōu)996氮素吸收效率略高于株兩優(yōu)819。

    表8 各處理超級(jí)早稻氮利用效率Table 8 Effect of nitrogen rate on nitrogen utilization efficiency of super early rice

    超級(jí)早稻的氮生理效率因施氮而顯著下降:不施氮處理氮生理效率在110~113 kg/kg之間,而施氮處理氮生理效率在83~85 kg/kg之間,不同施氮量處理與不同組合間差異不大。

    氮素利用效率均隨施氮量的增加而下降,但僅施N 225 kg/hm2處理顯著下降,而施N 150 kg/hm2與不施氮處理間差異不顯著,兩組合表現(xiàn)一致。比較兩組合的氮素利用效率發(fā)現(xiàn),各施氮條件下均表現(xiàn)株兩優(yōu)819略高于陸兩優(yōu)996的趨勢(shì)。

    3 小結(jié)與討論

    3.1 關(guān)于超級(jí)早稻氮利用效率

    氮素是土壤中最活躍的肥力因素,施氮是影響作物產(chǎn)量及作物氮素吸收的重要栽培措施[9]。氮素對(duì)植物生命活動(dòng)及作物產(chǎn)量和品質(zhì)均有極其重要的作用,合理施用氮肥是作物獲得高產(chǎn)的重要途徑[10]。魯艷紅等研究表明,增加氮肥施用量有利于提高單位面積水稻有效穗數(shù)、籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量、籽粒和稻草N含量以及氮素積累量,但施氮量達(dá)到一定水平后,隨施氮量的增加而降低[9]。本試驗(yàn)結(jié)果與其一致,在施N150 kg/hm2條件下,超級(jí)早稻產(chǎn)量顯著增加,但施氮量繼續(xù)增大至225 kg/hm2時(shí),產(chǎn)量反而顯著降低,說(shuō)明施氮過(guò)多不利于超級(jí)早稻產(chǎn)量的提高。本研究同時(shí)發(fā)現(xiàn),兩組合因施氮而增產(chǎn)的原因是不一樣的,株兩優(yōu)819是因?yàn)樘岣吡嗣克肓?shù),而陸兩優(yōu)996是因?yàn)樘岣吡嗣克肓?shù)和千粒重。

    稻米的品質(zhì)除受基因型控制外,還受氣候、營(yíng)養(yǎng)、水分等環(huán)境因素的影響,在各栽培要素中,氮肥是影響稻米品質(zhì)的主要原因之一[11]。施氮量對(duì)稻米品質(zhì)的影響,前人研究得出的結(jié)論不一。張俊國(guó)等認(rèn)為大多數(shù)品種隨施氮量的增加,稻米蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量上升,且前者上升的幅度大于后者[12]。張軍等指出,隨施氮量的增加,稻米的蛋白質(zhì)含量增加,達(dá)到一定水平后,隨施氮量的增加則降低;直鏈淀粉含量則呈下降趨勢(shì)[13]。本試驗(yàn)中,兩個(gè)超級(jí)早稻組合稻米蛋白質(zhì)含量隨施氮量的增加而增加,直鏈淀粉含量則隨之遞減,與前人的結(jié)論不一致,值得進(jìn)一步研究。

    施氮量是影響水稻氮素吸收利用的重要因素。魯艷紅等認(rèn)為,氮肥用量對(duì)氮素吸收利用效率影響明顯,隨施氮量的增加,氮素利用效率、氮素收獲指數(shù)、氮素農(nóng)學(xué)效率等指標(biāo)都有所下降[9]。本研究結(jié)果與之一致。本研究中,兩個(gè)超級(jí)早稻組合的氮素積累量隨施氮量的增加而顯著增加,氮素吸收效率、氮肥利用率、氮素利用效率則顯著降低,說(shuō)明降低氮肥施用量是提高水稻氮肥利用效率的途徑之一,但是施氮量低,水稻產(chǎn)量也低,且稻米品質(zhì)也受到影響。綜合考慮超級(jí)早稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、氮肥高效利用,在本試驗(yàn)條件下,施氮量150 kg/hm2是比較適宜的。

    3.2 關(guān)于超級(jí)早稻的增產(chǎn)途徑

    產(chǎn)量構(gòu)成因素是影響產(chǎn)量最直接的因素,如何協(xié)調(diào)各產(chǎn)量構(gòu)成因素間的關(guān)系,對(duì)于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)是十分重要的。有研究指出,有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重4個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)產(chǎn)量的直接影響均為正值,即增加這些因素,都有利于提高產(chǎn)量,其影響力的順序是:結(jié)實(shí)率>有效穗數(shù)>千粒重>穗粒數(shù)[14]。本研究表明,超級(jí)早稻產(chǎn)量與結(jié)實(shí)率呈負(fù)相關(guān),與有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重呈正相關(guān)??梢姡a(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量間的關(guān)系受很多因素的影響,如品種、生態(tài)環(huán)境、栽培條件等。

    水稻產(chǎn)量與各產(chǎn)量因子間存在著復(fù)雜的關(guān)系,理論上來(lái)說(shuō),產(chǎn)量構(gòu)成因素中任何一個(gè)因素的增大都能增加產(chǎn)量。但實(shí)際上,各個(gè)產(chǎn)量因素很難同步增長(zhǎng),它們之間有一定的制約和補(bǔ)償關(guān)系。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,權(quán)衡好這些關(guān)系對(duì)于提高水稻產(chǎn)量具有重要的理論與實(shí)踐意義。

    本研究通過(guò)相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),兩個(gè)超級(jí)早稻組合施氮后顯著增產(chǎn)的主要原因不同,株兩優(yōu)819主要依靠提高每穗粒數(shù)來(lái)增產(chǎn),而陸兩優(yōu)996主要依靠提高每穗粒數(shù)和千粒重實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)??梢姡鞴ツ囊粋€(gè)或兩個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)提高產(chǎn)量,應(yīng)根據(jù)品種的不同來(lái)具體分析。同時(shí),各產(chǎn)量構(gòu)成因素的決定時(shí)期是不同的,如有效穗數(shù)決定于分蘗期,穗粒數(shù)決定于幼穗分化期,而千粒重和結(jié)實(shí)率決定于開花結(jié)實(shí)期,而每一個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因素的形成都與氮肥的施用有著密切的關(guān)系。因此,從氮肥施用角度來(lái)看,在制定超級(jí)早稻增產(chǎn)方案時(shí),應(yīng)根據(jù)該品種與產(chǎn)量構(gòu)成因素的關(guān)系來(lái)確定主攻方向,從而確定各時(shí)期的氮肥用量與比例。

    關(guān)于水稻增產(chǎn)的途徑,馬均等認(rèn)為,適當(dāng)降低有效穗數(shù),依靠提高單穗重來(lái)增產(chǎn)的潛力更大[15]。依此理論,水稻增產(chǎn)似應(yīng)以主攻穗分化為主。有關(guān)此理論在某一具體超級(jí)早稻品種的適用性上,還有待通過(guò)氮肥運(yùn)籌試驗(yàn)(如適當(dāng)控制分蘗期施氮量、適當(dāng)增大穗分化期施氮量)來(lái)驗(yàn)證。

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