施氮量對直播稻鄭旱10號群體特征及產(chǎn)量的影響

付 景，王生軒，尹海慶，王付華，王越濤，陳獻功，王 亞，楊文博，白 濤

（河南省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所，河南鄭州450002）

施氮量對直播稻鄭旱10號群體特征及產(chǎn)量的影響

付 景，王生軒，尹海慶*，王付華，王越濤，陳獻功，王 亞，楊文博，白 濤

（河南省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所，河南鄭州450002）

以直播稻品種鄭旱10號為供試材料，設(shè)置8種施氮水平，即全生育期施氮肥（折合純氮）0、150、180、210、240、270、300、330 kg/hm2，探討不同氮肥水平對直播稻鄭旱10號的群體特征、根系活力和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，直播稻鄭旱10號的產(chǎn)量隨施氮量的增加先增加后降低，當施氮量為270 kg/hm2時，產(chǎn)量最高（10.40 t/hm2），顯著高于其他施氮量處理。直播稻鄭旱10號的最高分蘗數(shù)、穗數(shù)、葉面積指數(shù)、株高、葉基角均隨施氮量增加而增加；但成穗率、結(jié)實率、粒葉比、透光率則均隨施氮量增加而降低；穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量與產(chǎn)量變化趨勢一致，均隨施氮量的增加先增加后降低。地上部干物質(zhì)量隨生育期的推進呈增加趨勢，葉片凈光合速率、根系活力在齊穗后隨生育進程推進呈降低趨勢，但地上部干物質(zhì)量、葉片凈光合速率和根系活力同一時期處理間變化趨勢與產(chǎn)量變化趨勢一致，均隨施氮量的增加先增加后降低，當施氮量為270 kg/hm2時最高。綜上，當施氮量在270 kg/hm2條件下，直播稻鄭旱10號的群體質(zhì)量較好，根系活力最高，產(chǎn)量最高。

直播稻；施氮量；群體特征；光合特性；根系生理；產(chǎn)量

水稻輕簡化栽培技術(shù)是水稻生產(chǎn)勞動力用工等成本不斷提高背景下的發(fā)展需求。直播稻作是在品種創(chuàng)新、整地播種技術(shù)改進、先進化學除草產(chǎn)品研發(fā)等科技成果支撐的基礎(chǔ)上，形成的一項新型的稻作技術(shù)。與傳統(tǒng)移栽水稻相比，其減少了育秧和插秧環(huán)節(jié)，簡化了水稻生產(chǎn)程序，大大減少了生產(chǎn)投入，減輕了勞動強度，節(jié)約了育插秧灌溉用水，已成為適應當前農(nóng)村勞動力大量轉(zhuǎn)移和農(nóng)業(yè)適度規(guī)模經(jīng)營的一種輕簡栽培方式。近年來，直播稻種植面積增長迅速［1-2］，直播水稻栽培技術(shù)也取得了長足的發(fā)展，但水稻直播生產(chǎn)中存在群體過大引起通風透光條件差，不能充分利用溫、光、土地資源，抗災能力弱，田間蔭蔽，病蟲害較多，莖稈彈性差，根系不發(fā)達，后期易倒伏等問題。這些問題的存在將會直接影響直播水稻的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。氮素是影響水稻生產(chǎn)最敏感的因素之一，其營養(yǎng)水平與水稻群體構(gòu)建、物質(zhì)生產(chǎn)和轉(zhuǎn)運、植株體內(nèi)生理代謝、光合特性與磷、鉀素的吸收等有密切關(guān)系，最終影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)［3-5］。合理施用氮肥是實現(xiàn)水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)最重要的措施之一，也是提高氮肥利用率、降低生產(chǎn)成本、減少污染的關(guān)鍵［6］。同時，植物根系既是水分、養(yǎng)分吸收的主要器官，又是多種激素、有機酸和氨基酸合成的重要場所，其形態(tài)生理特性與地上部生長發(fā)育、產(chǎn)量形成均有密切關(guān)系，與地上部保持著一定的形態(tài)與機能的平衡［7-8］。根系活力是水稻地上部高生物量穩(wěn)定形成和維持生育后期葉片高光合速率、獲得高產(chǎn)的保證［8］。施氮量對根系氧化力影響較大，在生育中期增加氮素供應，可提高根系氧化力［9］。但目前有關(guān)氮肥施用量對直播稻群體特征、根系活力和產(chǎn)量的影響尚未見報道。為此，探討了施氮量對直播稻鄭旱10號的群體特征、根系活力及產(chǎn)量的影響，以期篩選出適宜直播稻生產(chǎn)的施氮量。

1 材料和方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

供試直播稻品種為鄭旱10號，屬粳型常規(guī)旱稻品種，在黃淮海地區(qū)作麥茬旱稻種植全生育期平均118 d，供試種子的千粒質(zhì)量為28.1 g。

試驗于2014年在河南省農(nóng)業(yè)科學院原陽試驗基地進行。試驗地前茬作物為小麥，土壤類型為砂壤土，0～20 cm耕層土壤（風干樣）含有機質(zhì)13.2 g/ kg、堿解氮59.6 mg/kg、速效磷19.2 mg/kg、速效鉀117.5 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置8種施氮水平，即全生育期施氮肥（折合純氮）0 kg/hm2（T0）、150 kg/hm2（T1）、180 kg/hm2（T2）、210 kg/hm2（T3）、240 kg/hm2（T4）、270 kg/hm2（T5）、300 kg/hm2（T6）和330 kg/hm2（T7）。所施氮肥為尿素，按照基肥︰分蘗肥︰穗肥= 5︰3︰2施用。所有處理統(tǒng)一施用過磷酸鈣（含P2O513.5%）270 kg/hm2、氯化鉀（含K2O 52%）225 kg/hm2，均作基肥一次施入。小區(qū)面積為6.0 m×4.0 m，隨機區(qū)組排列，重復3次。小區(qū)間用插地板隔離，試驗地邊緣起埂包膜，以防肥料外流。6月15日播種，條播，行距為20 cm，播種量為120 kg/hm2。全生育期水分管理按常規(guī)高產(chǎn)栽培，嚴格控制病蟲草害。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 群體特征 莖蘗動態(tài)：播種后20 d定株，每小區(qū)定1 m長，數(shù)基本苗；有效分蘗臨界葉齡期調(diào)查定點的最高莖蘗數(shù)；成熟期調(diào)查定點的穗數(shù)。

地上部干物質(zhì)量和葉面積：分蘗中期、穗分化期、齊穗期和成熟期考察每小區(qū)定點的莖蘗數(shù)，按照平均莖蘗數(shù)取0.5 m 1行植株，測定地上部干物質(zhì)量。齊穗期測定該單位面積植株總?cè)~面積、有效葉面積（有效分蘗的葉面積）和高效葉面積（有效分蘗頂部3片葉的葉面積），計算葉面積指數(shù)，葉面積指數(shù)=葉片面積/土地面積。

株高、葉基角和透光率：齊穗期，在田間選取小區(qū)內(nèi)生長基本一致的植株10株，測定主莖頂3葉葉基角（葉片與主莖夾角）和株高；并用照度計測定光照強度，計算透光率，透光率=稻株不同位置的光照強度/稻株上方光照強度×100%。

粒葉比：根據(jù)齊穗期測定的單位面積植株的總?cè)~面積，成熟期調(diào)查該單位面積植株的總穎花數(shù)、總實粒數(shù)和總粒質(zhì)量，計算總穎花數(shù)/葉面積、總實粒數(shù)/葉面積、總粒質(zhì)量/葉面積。

凈光合速率：于齊穗期及齊穗后10、20、30 d，選擇晴朗無風的上午，每小區(qū)隨機選取5株，采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400便攜式光合測定儀測定稻株最上部全展葉的凈光合速率。

根系活力：于齊穗期及齊穗后10、20、30 d，每小區(qū)取2株測定根系單位根干質(zhì)量的α-萘胺（α-NA）氧化力［10］。

1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 于成熟期，每小區(qū)取定點的1 m 1行考查穗數(shù)，取0.5 m 1行用于考察穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量。各小區(qū)取4 m2實收計產(chǎn)。計算氮肥農(nóng)學利用率、氮肥偏生產(chǎn)力，其中，氮肥農(nóng)學利用率=（施氮處理稻谷產(chǎn)量-不施氮處理稻谷產(chǎn)量）/施氮量，氮肥偏生產(chǎn)力=施氮處理稻谷產(chǎn)量/施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007和SPSS 16.0等軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，用Excel 2007作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1施氮量對直播稻鄭旱10號群體特征的影響

2.1.1 莖蘗動態(tài) 由表1可知，在施氮量0（T0）～330（T7）kg/hm2條件下，不同施氮量對直播稻鄭旱10號的基本苗數(shù)影響不顯著；最高莖蘗數(shù)隨施氮量的增加顯著增加。在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2條件下，隨著施氮量增加，穗數(shù)顯著增加；而在施氮量270（T5）～330（T7）kg/hm2條件下，隨著施氮量增加，穗數(shù)增加，但差異不顯著。成穗率隨著施氮量的增加顯著下降，最高成穗率為T0處理，達94.0%。上述結(jié)果說明，增施氮肥雖然催生了大量的分蘗，但是導致了大量的冗余生長，增穗效果有限。

2.1.2 葉面積指數(shù)與粒葉比 葉面積指數(shù)是反映作物群體質(zhì)量較好的動態(tài)指標。在一定范圍內(nèi)，作物產(chǎn)量隨著葉面積指數(shù)的增大而提高。當葉面積指數(shù)增加到一定的限度后，田間郁閉，光照不足，光合效率減弱，產(chǎn)量反而下降。由表2可知，在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2條件下，齊穗期直播稻鄭旱10號的葉面積指數(shù)均隨施氮量的增加而顯著增加；當施氮量超過270 kg/hm2后，葉面積指數(shù)隨施氮量的增加繼續(xù)增加，但差異不顯著。在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2條件下，粒葉比（總穎花數(shù)/葉面積、總實粒數(shù)/葉面積和總粒質(zhì)量/葉面積）隨施氮量的增加而顯著降低；當施氮量超過270 kg/hm2后，粒葉比隨施氮量的增加繼續(xù)降低，但差異不顯著。

2.1.3 地上部干物質(zhì)量 直播稻鄭旱10號的地上部干物質(zhì)量隨生育進程的推進呈增加趨勢（圖1）。分蘗中期、穗分化期、齊穗期和成熟期地上部干物質(zhì)量均隨施氮量的增加先增加后降低，施氮量為270 kg/hm2（T5）時達到最大。其中，成熟期T5處理的地上部干物質(zhì)量為2 650.8 g/m2，比同一時期的T0、T1、T2、T3、T4處理分別提高76.7%、20.8%、16.0%、10.1%、4.5%；T6和T7處理的地上部干物質(zhì)量分別比T5處理降低2.1%和4.0%。

2.1.4 株高、葉基角、透光率 表3表明，在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2條件下，齊穗期直播稻鄭旱10號的株高和葉基角均隨施氮量的增加而顯著提高；當施氮量超過270 kg/hm2后，株高和葉基角仍隨施氮量的增加而增加，但差異不顯著。在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2條件下，透光率隨施氮量的增加而顯著降低；當施氮量超過270 kg/hm2后，透光率仍隨施氮量的增加而降低，但差異不顯著。

2.1.5 凈光合速率 由圖2可見，直播稻鄭旱10號凈光合速率在齊穗后隨生育進程的推進而下降。在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2條件下，齊穗期、齊穗后10 d、齊穗后20 d和齊穗后30 d的凈光合速率均隨施氮量的增加而增加；當施氮量超過270 kg/hm2后，齊穗期、齊穗后10 d、齊穗后20 d和齊穗后30 d的凈光合速率則隨施氮量的增加而降低。

2.1.6 根系活力 圖3表明，直播稻鄭旱10號根系活力在齊穗后隨生育進程的推進而降低。在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2條件下，齊穗期、齊穗后10 d、齊穗后20 d和齊穗后30 d的根系活力均隨施氮量的增加而增加；當施氮量超過270 kg/hm2后，齊穗期、齊穗后10 d、齊穗后20 d和齊穗后30 d的根系活力明顯下降。其中，以齊穗后20～30 d下降幅度較大。

2.2 施氮量對直播稻鄭旱10號產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表4可知，直播稻鄭旱10號的穗數(shù)隨著施氮量的增加而增加；結(jié)實率則隨著施氮量的增加而顯著下降；穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量變化趨勢一致，均隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，均以T5處理最高，這是因為當施氮量超過一定范圍時，穗數(shù)增加加劇了個體間的競爭，導致穗粒數(shù)下降。直播稻鄭旱10號的產(chǎn)量隨施氮量的增加先顯著增加后顯著降低，以T5處理產(chǎn)量最高，為10.40 t/hm2，T6和T7處理產(chǎn)量分別比T5處理顯著降低7.9%和17.5%。氮肥農(nóng)學利用率隨施氮量的增加呈先顯著增加后顯著降低的趨勢，而氮肥偏生產(chǎn)力則隨施氮量增加而顯著降低。

3 結(jié)論與討論

水稻產(chǎn)量結(jié)構(gòu)影響因子包括有效穗數(shù)、每穗穎花數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量，優(yōu)化產(chǎn)量結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)高產(chǎn)的先決條件［11］。而不同品種、不同群體對產(chǎn)量構(gòu)成因子的要求不同［12］。氮素是水稻生長發(fā)育必需的大量營養(yǎng)元素，其豐缺直接影響水稻生長和產(chǎn)量的形成。周瑞慶等［13］、唐啟源等［14］研究表明，施氮量與產(chǎn)量呈單峰曲線，即在一定氮肥施用量范圍內(nèi)，水稻產(chǎn)量隨著施氮量增加而提高；超過一定范圍后，產(chǎn)量和部分產(chǎn)量構(gòu)成因素則降低。本研究結(jié)果表明，施氮量的增加可促進穗數(shù)增加，但卻降低了結(jié)實率，穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均隨著施氮量增加呈先增加后降低的趨勢，以T5（270 kg/hm2）處理最高；產(chǎn)量隨施氮量的增加先增加后降低，以T5（270 kg/hm2）處理產(chǎn)量最高，為10.40 t/hm2。

增加施氮量有利于促進直播稻前期的生長發(fā)育，促使莖蘗數(shù)大量發(fā)生，形成較大的群體結(jié)構(gòu)，但與移栽稻相比，由于沒有移栽緩苗期，生育期相對較短，實際則延長了分蘗期，更易導致無效蘗過多，群體質(zhì)量下降，降低成穗率［15］。因此，直播稻栽培前期足量早施氮肥的同時，要注意結(jié)合水分調(diào)控，培育壯蘗，為中期壯稈育大穗打好基礎(chǔ)。本研究結(jié)果表明，在施氮量0（T0）～330（T7）kg/hm2條件下，不同施氮量處理對直播稻鄭旱10號的基本苗數(shù)影響不顯著，最高莖蘗數(shù)隨施氮量的增加而顯著增加，穗數(shù)隨施氮量增加先顯著增加而后趨于平緩，而成穗率隨施氮量的增加顯著下降。

生物產(chǎn)量特別是灌漿期干物質(zhì)量積累的大幅提高是水稻獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)［16］。施氮可使地上部分生物量顯著增加，但根冠比低于不施氮處理，根冠比隨施氮量的增加而減小，說明施氮處理增加了葉面積，增大了光合作用場所，同時也增加了葉片蒸騰失水，不利于作物維持水分平衡［17］。本研究結(jié)果表明，直播稻鄭旱10號的地上部干物質(zhì)量隨生育進程的推進呈增加趨勢。在施氮量0（T0）～270（T5）kg/ hm2條件下，分蘗中期、穗分化期、齊穗期和成熟期的地上部干物質(zhì)量均隨施氮量的增加而增加；當施氮量超過270 kg/hm2后，分蘗中期、穗分化期、齊穗期和成熟期的地上部干物質(zhì)量均隨施氮量的增加而降低。葉面積指數(shù)、株高、葉基角均隨施氮量的增加而增加，但粒葉比、透光率則均隨施氮量增加而降低。本研究還發(fā)現(xiàn)，直播稻鄭旱10號劍葉的凈光合速率和根系活力在齊穗后均隨生育進程的推進而下降。當施氮量在0（T0）～270（T5）kg/hm2條件下，齊穗期、齊穗后10 d、齊穗后20 d和齊穗后30 d的凈光合速率和根系活力均隨施氮量的增加而增加；當施氮量超過270 kg/hm2后，齊穗期、齊穗后10 d、齊穗后20 d和齊穗后30 d的凈光合速率和根系活力則明顯下降。其中，齊穗后20～30 d根系活力下降較快。說明灌漿后期根系功能受阻，其可能原因是地上部光合作用不能夠再向根部提供充足的光合產(chǎn)物。另外，較低的根系活力降低輸送營養(yǎng)物質(zhì)能力，不能為地上部提供充足的營養(yǎng)物質(zhì)，從而也影響地上部的生長發(fā)育。

綜上，當施氮量為270 kg/hm2時，直播稻鄭旱10號的群體質(zhì)量較好，根系活力最高，產(chǎn)量最高。

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Effect of Nitrogen Application Rate on Population Characteristics and Yield of Direct-seeded Rice Zhenghan No.10

FU Jing，WANG Shengxuan，YIN Haiqing*，WANG Fuhua，WANG Yuetao，CHEN Xiangong，WANG Ya，YANG Wenbo，BAI Tao
（Cereal Research Institute，Henan Academy of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China）

A field experimentwas conducted to reveal the effects of nitrogen application rates（0，150，180，210，240，270，300，330 kg/ha）on population characteristics，root activity and grain yield of directseeded rice Zhenghan No.10.The results showed thatgrain yield of direct-seeded rice Zhenghan No.10 increased first and then decreased with the increase of N application rate，the highest yield was 10.40 t/ha when N application rate was 270 kg/ha，which significantly increased compared the yields of the other treatments.The unit area of the highest tiller，panicle number，leaf area index，p lant height，leaf base angle were increased with the increase of N application rate.But spike rate，seed setting rate，grain leaf ratio and light transmission rate were decreased with the increase of N app lication rate，grain number per panicle and 1 000-grain weight increased first and then decreased w ith the increase of N app lication rate.Shoot dry weight showed increasing trend during the whole growth period，then the net photosynthetic rate of leaf，root activity were decreased during the grain filling period.But shoot dry weight，net photosynthetic rate of leaf，root activity increased first and then decreased with the increase of N app lication rate，which were the highestwhen the nitrogen app lication rate was 270 kg/ha.In summary，population characteristicswere better，and root activity and grain yield were the highest when N app lication rate was 270 kg/ha.

direct-seeded rice；nitrogen app lication rate；population characteristics；photosynthetic characteristics；root physiology；yield

S511

A

1004-3268（2017）01-0030-06

2016-07-20

河南省水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新團隊首席專家項目（S2010-04）；河南省重大科技專項（141100110600）；國家青年科學基金項目（31501214）

付 景（1982-），女，河南南陽人，助理研究員，博士，主要從事水稻栽培生理生態(tài)研究。E-mail：fujing8210@sina.cn

*通訊作者：尹海慶（1965-），男，河南南陽人，研究員，主要從事水稻栽培與育種研究。E-mail：yinhq98@163.com