長(zhǎng)江中下游稻區(qū)粳型超級(jí)稻高產(chǎn)形成及氮素利用的研究

葛夢(mèng)婕, 王亞江, 顏希亭, 張洪程, 魏海燕, 戴其根, 霍中洋, 許 軻, 江 峰, 朱聰聰

(揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江流域稻作技術(shù)創(chuàng)新中心，江蘇省作物遺傳生理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇揚(yáng)州 225009)

中國(guó)是世界上水稻生產(chǎn)和消費(fèi)的主要國(guó)家之一，高產(chǎn)一直是我國(guó)水稻工作的永恒主題[1-2]。超級(jí)稻品種是通過(guò)理想株型塑造與雜種優(yōu)勢(shì)利用相結(jié)合選育的單產(chǎn)大幅度提高、 品質(zhì)優(yōu)良的新型水稻品種組合，可能成為我國(guó)繼矮化育種和雜種優(yōu)勢(shì)利用兩次突破后第三次育種革命[3]。我國(guó)水稻種植一直維持“北粳南秈”的格局，近年來(lái)由于粳稻產(chǎn)量、 品質(zhì)、 效益方面的優(yōu)勢(shì)明顯，粳稻種植面積逐漸擴(kuò)大，特別是自“七五”、 “八五”以來(lái)，我國(guó)的“秈改粳”取得長(zhǎng)足進(jìn)步，生產(chǎn)上也相繼推出一些高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的常規(guī)粳型超級(jí)稻品種，這些品種主要集中分布在長(zhǎng)江中下游稻區(qū)，至2013年我國(guó)審定通過(guò)的南方粳型常規(guī)超級(jí)稻品種達(dá)11個(gè)之多。

1 材料與方法

1.1 供試品種

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以施氮(N)水平為主區(qū)，設(shè)N 0、 150、 187.5、 225、 262.5、 300、 337.5 kg/hm27個(gè)水平。以品種為裂區(qū)，裂區(qū)面積為6 m2，重復(fù)3次。主區(qū)間做埂隔離，并用塑料薄膜覆蓋埂體，保證各主區(qū)單獨(dú)排灌。試驗(yàn)采用機(jī)插軟盤育秧，于5月23日播種，6月11日移栽，栽插規(guī)格為11.7 cm×30.0 cm，每穴3苗。氮肥基蘗肥 ∶穗肥=6 ∶4，穗肥分別于倒四、 倒二葉各施50%；P、 K肥施用與高產(chǎn)田相同，施P2O5、 K2O 各150 kg/hm2，全部用作基肥。氮肥用尿素(含氮46.4%)，磷肥用過(guò)磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥用氯化鉀(含K2O 60%)。其他管理措施按照常規(guī)高產(chǎn)栽培要求實(shí)施。

1.3 測(cè)定內(nèi)容與方法

1.3.1 莖蘗動(dòng)態(tài) 在各處理小區(qū)定點(diǎn)20穴作為觀察點(diǎn)，于有效分蘗臨界期、 拔節(jié)期、 抽穗期、 成熟期觀察莖蘗消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)。

1.3.2 葉面積和干物質(zhì)測(cè)定 于拔節(jié)、 抽穗和成熟期取有代表性植株2穴，用Li-3000A型自動(dòng)葉面積儀測(cè)量植株葉面積。105℃殺青，75℃烘干至恒重后稱其重量。

1.3.3 植株全氮測(cè)定 植物樣品粉碎后，用半微量凱氏定氮法測(cè)定全氮含量。

1.3.4 產(chǎn)量的測(cè)定 收獲前每小區(qū)收割50穴，脫粒，曬干，測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量；每小區(qū)取10株成熟稻穗，自然風(fēng)干用于測(cè)定產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與分析方法

光合勢(shì)=1/2(L1+L2)×(t1-t2)

式中： L1、 L2為前后兩次測(cè)定的葉面積(m2/hm2)； t1、 t2為前后兩次測(cè)定時(shí)間(d)。

氮肥表觀利用率(%)=(施氮區(qū)水稻吸氮量-氮空白區(qū)水稻吸氮量)/作物施氮量×100

農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施氮區(qū)水稻產(chǎn)量-氮空白區(qū)水稻產(chǎn)量)/施氮量

生理利用率(kg/kg)=(施氮區(qū)水稻產(chǎn)量-氮空白區(qū)水稻產(chǎn)量)/(施氮區(qū)水稻吸氮量-氮空白區(qū)水稻吸氮量)

使用Microsoft Excel 2003處理數(shù)據(jù)，唐啟義的DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥水平下不同類型水稻品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的差異

2.1.1 產(chǎn)量總體差異 對(duì)兩年內(nèi)，兩類品種不同氮肥水平下的籽粒產(chǎn)量和氮素利用率進(jìn)行方差分析可知(表1)，品種類型間、 氮肥水平間、 氮肥和品種類型互作都達(dá)到了顯著或極顯著水平；年度、 年度與氮肥、 年度與品種類型以及三因素互作間差異均未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明本試驗(yàn)設(shè)計(jì)合理，具有一定的準(zhǔn)確性和代表性，能真實(shí)反映兩類水稻品種在各氮肥水平下的差異。

表1 不同氮肥水平不同品種類型水稻籽粒產(chǎn)量和氮素利用的方差分析Table 1 Analysis of variance for grain yield and N recovery efficiency of different varieties under different nitrogen levels

由于2011、 2012年兩年不同處理間產(chǎn)量變化趨勢(shì)基本一致，本文僅以2012年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析說(shuō)明。

圖1 不同氮肥水平下不同類型品種水稻的籽粒產(chǎn)量Fig.1 Grain yield of different variety type rice under different N level[注(Note)： SJR—Super japonica rice; OJR— Ordinary japonica rice.]

2.1.2 產(chǎn)量構(gòu)成因素的差異 由表2可見(jiàn)，隨施氮量的增加，各品種穗粒數(shù)逐漸增加，結(jié)實(shí)率和千粒重逐漸下降，總穎花量先增后降。超級(jí)粳稻有效穗數(shù)略低于普通粳稻，但差異不顯著，穗粒數(shù)、 總穎花量?jī)?yōu)勢(shì)明顯，平均每穗150粒，最高達(dá)到164粒，平均比普通粳稻高13.66%。與普通粳稻相比，超級(jí)粳稻千粒重略高，但結(jié)實(shí)率偏低，平均只有90.10%，尤其高氮條件下，結(jié)實(shí)率更低，最低只有88.37%。因此，生產(chǎn)中超級(jí)粳稻高產(chǎn)實(shí)現(xiàn)的途徑應(yīng)在穩(wěn)定適宜穗數(shù)基礎(chǔ)上培育大穗，提高群體總穎花量，減少穎花退化，保持相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)實(shí)率和千粒重。

2.2 不同氮肥水平下不同類型品種水稻的群體特征

表2 不同氮肥水平下不同類型品種水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Table 2 Yield and its components in different variety type rice under different N levels

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達(dá)1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達(dá)1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

表3 不同氮肥水平下不同類型水稻品種莖蘗數(shù)及成穗率Table 3 Number of stems and tillers and percentage of productive tillers in different variety type rice under different N levels

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達(dá)1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達(dá)1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

各階段的干物質(zhì)積累比例變化趨勢(shì)(表7)，隨施氮量的增加，拔節(jié)前干物質(zhì)積累比例表現(xiàn)為先降后增的趨勢(shì)，拔節(jié)后與干物質(zhì)積累量變化趨勢(shì)一致。施氮量過(guò)高時(shí)，干物質(zhì)積累比例在生育前期較大，容易造成群體蔭庇，從而生育后期干物質(zhì)積累比例相對(duì)減少。與普通粳稻相比，超級(jí)粳稻在拔節(jié)前干物質(zhì)積累比例較低，拔節(jié)后尤其是抽穗至成熟階段干物質(zhì)積累比例較高，兩者差異極顯著。

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達(dá)1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達(dá)1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達(dá)1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達(dá)1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

表6 不同氮肥水平下不同類型品種階段干物質(zhì)積累量(kg/hm2)Table 6 Dry matter accumulation at each growth stage in different variety type rice under different N levels

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達(dá)1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達(dá)1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

表7 不同氮肥水平下不同類型品種階段干物質(zhì)積累比例(%)Table 7 Dry matter accumulation ratio at each growth stage in different variety type rice under different N levels

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達(dá)1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達(dá)1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

2.3 不同類型品種水稻氮素積累特性

對(duì)各生育階段氮素積累比例進(jìn)行分析(表9)，隨施氮量的增加，各水稻品種移栽-拔節(jié)期氮素積累比例表現(xiàn)為減小的趨勢(shì)，拔節(jié)-抽穗期表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)，而抽穗-成熟期表現(xiàn)為先增后降的趨勢(shì)。不同品種類型間相比較，拔節(jié)前，普通粳稻氮素積累比例較超級(jí)粳稻高，而拔節(jié)后尤其是抽穗-成熟期超級(jí)粳稻的氮素積累比例更高。

表8 不同氮肥水平下不同類型品種水稻階段氮素積累量(kg/hm2)Table 8 N accumulation at each growth stage in different variety type rice under different N levels

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達(dá)1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達(dá)1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

表9 不同氮肥水平下不同品種類型水稻階段氮素積累比例(%)Table 9 N accumulation ratio at each growth stage in different variety type rice under different N levels

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達(dá)1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達(dá)1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

表10 不同氮肥水平下不同品種類型水稻氮素利用率Table 10 N utilization efficiencies in different variety type rice under different N levels

注(Note): RE— Recovery efficiency; AE—Agronomic efficiency; PE—Physiological efficiency.不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達(dá)1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen level was significant at the 1% and 5% levels, respectively; *、 **表示不同品種類型平均值之間差異達(dá)5%和1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at 5% and 1% levels, respectively.

3 討論

3.1 粳型超級(jí)稻高產(chǎn)形成及氮素利用的分析

3.2 粳型超級(jí)稻高產(chǎn)栽培途徑的探討

當(dāng)前超級(jí)粳稻生產(chǎn)中依舊沿用人們所習(xí)慣的普通粳稻栽培管理模式，限制了超級(jí)粳稻品種高產(chǎn)和超高產(chǎn)潛力的發(fā)揮[17]，只有良種良法配套才能實(shí)現(xiàn)水稻增產(chǎn)。超級(jí)粳稻主要依靠健壯的個(gè)體來(lái)提高群體質(zhì)量，大田機(jī)械化生產(chǎn)中通過(guò)培育壯秧、 插足基本苗數(shù)來(lái)建立合理的群體高光效結(jié)構(gòu)，保證有效穗數(shù)提高成穗率。超級(jí)稻的適宜施肥量因品種、 地力、 栽培管理方式等不同而存在差異[7,9,10]。本研究中，超級(jí)粳稻在施氮量300 kg/hm2水平下產(chǎn)量最高，產(chǎn)量能夠達(dá)到10.5 t/hm2以上，表明超級(jí)粳稻適宜用作機(jī)插。相對(duì)于普通粳稻，超級(jí)粳稻獲得高產(chǎn)所需的氮肥量大，而且在高氮條件下有高的生物量和氮素積累，因此在生產(chǎn)中須保證氮肥的足量投入。除此之外，超級(jí)粳稻由于穗型較普通粳稻大，應(yīng)針對(duì)其干物質(zhì)和氮素積累特點(diǎn)，嚴(yán)格控制基肥和分蘗肥施用時(shí)間和用量，保證超級(jí)粳稻生育前期氮素適度積累[18]，控制群體穩(wěn)步增長(zhǎng)；將穗肥施用時(shí)期提前，施肥比例增加，能協(xié)調(diào)拔節(jié)至抽穗階段營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)，培育粗壯的莖稈和挺拔的株型，提高光合物質(zhì)生產(chǎn)，從而保證在抽穗后能有更多的同化物輸出，而且在生育后期能維持葉片不早衰，進(jìn)一步提高光合產(chǎn)物積累促進(jìn)大穗形成；同時(shí)通過(guò)施用鉀肥增加莖稈強(qiáng)度[19]，為大穗提供強(qiáng)有力的支撐，提高抗倒能力。超級(jí)粳稻地上部分生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)與根系發(fā)育密切相關(guān)[20,21]，利用輕擱田與結(jié)實(shí)期干濕交替灌溉技術(shù)能有效提高根系活力[22]，增強(qiáng)生育后期根系吸氮能力，提高水稻氮素利用效率。保證氮肥投入是增產(chǎn)的有效措施，氮肥過(guò)量施用會(huì)降低肥料利用率，目前生產(chǎn)上選用的緩釋氮肥以及采用實(shí)地氮肥管理技術(shù)(SSNM)、 水稻精確施肥技術(shù)[23,24]并結(jié)合水分管理，均能在提高超級(jí)粳稻產(chǎn)量的同時(shí)提高氮素利用效率。

4 結(jié)論

與常規(guī)普通粳稻相比，超級(jí)粳稻產(chǎn)量構(gòu)成表現(xiàn)為穗數(shù)穩(wěn)、 粒數(shù)多、 總穎花量高；群體特征表現(xiàn)為莖蘗消長(zhǎng)平穩(wěn)，葉面積指數(shù)和光合勢(shì)較高，拔節(jié)后干物質(zhì)積累量和積累比例較高；氮素吸收和利用表現(xiàn)為拔節(jié)后氮素積累量和積累比例高，氮素利用效率較高，且在高氮條件下比普通粳稻更能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

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