有序擺拋栽水稻的氮素吸收、利用與分配特征

郭保衛(wèi) 張洪程朱大偉 許 軻 霍中洋 魏海燕 戴其根 高 輝胡雅杰 崔培媛

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

有序擺拋栽水稻的氮素吸收、利用與分配特征

郭保衛(wèi) 張洪程*朱大偉 許 軻 霍中洋 魏海燕 戴其根 高 輝胡雅杰 崔培媛

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

有序化栽插是拋秧稻穩(wěn)定高產(chǎn)和進(jìn)一步超高產(chǎn)的基礎(chǔ), 明確有序拋栽水稻氮素吸收利用及轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)對其氮素高效利用有重要意義。本試驗(yàn)通過擺栽、點(diǎn)拋、撒拋3種拋栽方式以及對新型秧盤培育稻株氮素吸收利用特征的比較, 研究水稻缽苗有序化栽插超高產(chǎn)的氮素吸收積累特性。試驗(yàn)結(jié)果表明: (1)水稻有序擺拋栽各生育時(shí)期全株含氮率低于撒拋, 有效分蘗臨界葉齡期和拔節(jié)期吸氮量相對較低, 拔節(jié)后吸氮量顯著或極顯著高于撒拋, 階段吸氮量均表現(xiàn)為擺栽＞點(diǎn)拋＞撒拋。三連孔和二連孔植株各生育時(shí)期含氮率較高, 且前期能保持適宜的吸氮量, 拔節(jié)后吸氮能力顯著增強(qiáng), 抽穗期、成熟期吸氮量和階段吸氮量表現(xiàn)為二連孔＞三連孔＞單孔。(2)氮素農(nóng)學(xué)利用率、生理利用率、偏生產(chǎn)力、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、籽粒生產(chǎn)效率、氮素收獲指數(shù)和產(chǎn)量均表現(xiàn)為擺栽＞點(diǎn)拋＞撒拋、機(jī)插, 氮素利用率各指標(biāo)、偏生產(chǎn)力、氮素收獲指數(shù)在不同連孔處理間均表現(xiàn)為二連孔＞三連孔、單孔, 百千克籽粒需氮量表現(xiàn)為二連孔、三連孔＞單孔, 氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、籽粒生產(chǎn)效率為二連孔、三連孔＜單孔。(3)不同拋栽方式處理穗后穗部含氮率和吸氮量均表現(xiàn)為擺栽＞點(diǎn)拋＞撒拋、機(jī)插, 莖鞘和葉片呈現(xiàn)相反的趨勢; 不同連孔處理穗后葉片和穗部含氮率均表現(xiàn)為二連孔＞三連孔＞單孔, 抽穗期莖鞘的含氮率差異不顯著, 各器官中的吸氮量亦表現(xiàn)為二連孔＞三連孔＞單孔。不同拋栽方式間氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率表現(xiàn)擺栽＞點(diǎn)拋＞撒拋, 而莖鞘和葉的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率在不同連孔處理間均表現(xiàn)為二連孔、三連孔＜單孔。水稻有序擺拋栽, 尤其是二連孔有序擺拋, 前期有合理含氮量和積累量, 抽穗后具有較高的氮素積累量、轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率, 其氮素農(nóng)學(xué)利用率、生理利用率、偏生產(chǎn)力、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、籽粒生產(chǎn)效率、氮素收獲指數(shù)相對較高, 是水稻有序擺拋栽高產(chǎn)的營養(yǎng)生理基礎(chǔ)。

水稻; 有序擺拋栽; 三連孔; 二連孔; 氮素吸收利用與轉(zhuǎn)運(yùn)

氮素是水稻生產(chǎn)的重要限制性大量元素, 其吸收與積累是水稻產(chǎn)量的營養(yǎng)基礎(chǔ), 起著十分重要的作用[1], 氮肥調(diào)控在水稻生產(chǎn)中已成為影響其最終產(chǎn)量的重要栽培措施。水稻對氮素的吸收利用除受品種遺傳的制約外, 還受栽培技術(shù)的調(diào)控。通過栽植方式的優(yōu)化, 可改善群體結(jié)構(gòu)和質(zhì)量, 提高氮素積累量和利用率, 最終提高產(chǎn)量[2-5]。

水稻拋秧是一項(xiàng)輕簡栽培技術(shù), 也是一種高產(chǎn)高效的種植方式。傳統(tǒng)的拋秧主要是撒拋, 秧苗分布不勻, 生長不平衡, 氮肥后期積累量較手插和擺栽水稻低[6]。免耕水稻拋栽時(shí)平躺苗較多、根系入土淺、群體分布不勻衡, 其產(chǎn)量和氮素利用率比傳統(tǒng)秧苗分布相對均衡的翻耕拋秧低[7]。水稻有序化拋秧提高了群體起點(diǎn)質(zhì)量, 特別是群體均衡度, 利于拋秧稻穩(wěn)定高產(chǎn)。優(yōu)化定拋是一種較有序化拋秧方式, 藍(lán)平[8]認(rèn)為優(yōu)化拋秧, 提高均勻度, 促進(jìn)栽后植株氮素積累量的提高, 鄧飛等[9]研究認(rèn)為優(yōu)化定拋加快了拔節(jié)前和抽穗后氮素積累, 提高植株氮素總量。缽苗擺栽是一種有序的移栽方式, 與平躺苗相比, 擺栽苗有效分蘗臨界葉齡、拔節(jié)、抽穗、成熟4個(gè)時(shí)期的氮素積累量分別提高26.8%、10.6%、6.3%和 17.4%[10]。許軻等[11]研究發(fā)現(xiàn)擺栽稻抽穗期和成熟期氮素吸收量、氮素農(nóng)學(xué)利用率、氮素吸收利用率以及偏生產(chǎn)力隨移栽基本苗增加均表現(xiàn)先增大后減小的趨勢。目前對拋秧單一方式下的氮素吸收、利用研究較多, 而對拋秧稻不同拋栽方式間的氮素吸收、積累、分配等差異的研究較少。為此, 本試驗(yàn)采用新型設(shè)計(jì)的二連孔、三連孔秧盤培育壯秧,通過擺栽、點(diǎn)拋和撒拋 3種方式的比較, 系統(tǒng)研究不同拋栽方式間的氮素吸收、積累、利用和轉(zhuǎn)運(yùn)特征差異, 旨在通過栽插方式的優(yōu)化, 促進(jìn)拋秧稻氮素的高效利用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

試驗(yàn)于2010—2011年在江蘇省海安縣揚(yáng)州大學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)田前茬為小麥, 土壤質(zhì)地為沙壤土, 地力中等, 含全氮量 0.16%, 堿解氮 87.2 mg kg-1, 速效磷30.1 mg kg-1, 速效鉀84.6 mg kg-1。

1.2 供試品種

選用粳型超級(jí)稻品種武運(yùn)粳 24 (遲熟中粳, 全生育期 156 d, 由常州市武進(jìn)區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育)、南粳44 (早熟晚粳, 全生育期158 d, 由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所選育)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用434單孔和新型三連孔、二連孔塑盤育秧,三連孔由3個(gè)單孔以正三角形式組成, 中間連接處相通, 二連孔由2個(gè)單孔組成, 連接處相通。構(gòu)成三連孔、二連孔的小孔直徑、深度與單孔秧盤中的單孔一樣, 組成連孔的小孔間距與單孔秧盤中的單孔間距也一樣。由于各孔相通處根系串聯(lián), 使得三連孔秧苗和二連孔秧苗成為一個(gè)整體, 便于栽插。單孔秧盤每孔3苗, 二連孔秧盤每孔4苗, 三連孔秧盤每孔6苗(圖1), 機(jī)插每穴4苗。播種時(shí)每張秧盤施15 g壯秧劑(江蘇省海安縣達(dá)豐壯秧劑廠生產(chǎn)的“龍祺”牌新型水稻育苗壯秧劑), 二葉一心期每50張秧盤噴多效唑4 g, 秧齡25 d。

圖1 三連孔、二連孔和單孔秧苗示意圖Fig. 1 Sketch map of plate with 3-hole, 2-hole and 1-hole for raising seedlings

采用三因素裂區(qū)試驗(yàn), 品種為主區(qū), 拋栽方式為裂區(qū), 連孔處理為小裂區(qū)。試驗(yàn)設(shè)置擺栽、點(diǎn)拋、常規(guī)撒拋等拋栽方式, 每種拋栽方式下分別設(shè)置三連孔、二連孔和單孔秧苗處理。擺栽即行株距固定的精確擺植, 行距為30 cm, 株距視基本苗調(diào)節(jié), 點(diǎn)拋即將帶土秧苗控距向下投擲, 秧苗分布均勻, 是一種有序化程度高的拋秧方法。在基本苗一致的情況下, 三連孔、二連孔和單孔秧盤對應(yīng)的密度分別為每公頃12.0萬穴、18.0萬穴、24.0萬穴, 分別采用擺栽、點(diǎn)拋、撒拋等 3種拋栽方式, 對照為機(jī)插每公頃25.5萬穴(表1)。小區(qū)面積20 m2, 3次重復(fù)。

分別以尿素、過磷酸鈣和氯化鉀的形式施入氮肥(純氮) 270 kg hm-2、磷肥(P2O5) 112.4 kg hm-2、鉀肥(K2O) 112.4 kg hm-2。其中, 氮肥的基肥∶蘗肥∶穗肥 = 3∶3∶4, 穗肥分別于倒四葉和倒二葉等量施入, 磷肥全做基肥, 鉀肥的50%做基肥, 50%于倒五葉施入。

另對試驗(yàn)各處理同時(shí)設(shè)置不施氮肥的無氮空白區(qū), 以測定不同拋栽方式水稻對土壤基礎(chǔ)地力的響應(yīng)和為計(jì)算氮素利用效率提供基礎(chǔ)參數(shù)。

1.4 測定內(nèi)容與方法

分別于拔節(jié)期、抽穗期、成熟期, 按每小區(qū)莖蘗數(shù)的平均數(shù)取代表性植株 5穴, 其中抽穗期和成熟期分莖鞘、葉和穗三部分, 105℃下殺青30 min, 80℃下烘干至恒重后稱重, 并折算成每公頃干重, 之后粉碎混勻, 采用 H2SO4-H2O2消化, 以半微量凱氏定氮法測定植株或器官全氮含量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

氮素吸收量(kg hm-2) = 該時(shí)期地上部干物重×含氮率;

氮素總吸收量(kg hm-2) = 成熟期地上部各器官(葉片、莖鞘、穗)氮素吸收量之和;

氮素階段吸收量(kg hm-2) = 后一時(shí)期氮素吸收量-前一時(shí)期氮素吸收量;

表1 各處理栽插規(guī)格Table 1 Transplanting specification

氮素偏生產(chǎn)力(kg kg-1) = 施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施用量;

氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率(kg kg-1) = 單位面積植株干物質(zhì)積累量/單位面積氮素積累量;

氮素籽粒生產(chǎn)效率(kg kg-1) = 每株水稻籽粒產(chǎn)量/每株植株氮素總積累量;

氮素吸收利用率(%)= (施氮區(qū)植株總吸氮量-無氮區(qū)植株總吸氮量)/氮肥施用量;

氮素農(nóng)學(xué)利用率(kg kg-1) = (施氮區(qū)產(chǎn)量-無氮區(qū)產(chǎn)量)/氮肥施用量;

氮素生理利用率(kg kg-1) = (施氮區(qū)產(chǎn)量-無氮區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)植株總吸氮量-無氮區(qū)植株總吸氮量);

氮素收獲指數(shù)=成熟期籽粒氮積累量/全株地上部分氮積累總量。

使用Microsoft Excel 2003和DPS軟件處理數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析, 采用LSD進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 有序擺拋栽水稻的氮素吸收利用指標(biāo)間的方差分析

除成熟期全株吸氮量、抽穗期穗含氮率、成熟期莖鞘及葉吸氮量外, 其他指標(biāo)在年際間差異均極顯著; 除穗后莖鞘中氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量外, 其他指標(biāo)在品種間有極顯著差異; 所有指標(biāo)在拋栽方式間均有極顯著差異。對年份與拋栽處理方式互作、品種與拋栽方式互作及三因素互作而言, 氮素利用率的幾個(gè)指標(biāo)、百千克籽粒吸氮量、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素收獲指數(shù)、抽穗期莖鞘含氮率與吸氮量、穗后莖鞘中氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量與轉(zhuǎn)運(yùn)率等均差異極顯著, 部分指標(biāo)在互作效應(yīng)中差異不顯著(表 2)。說明拋栽處理、品種類型對水稻氮素吸收、利用及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響較大。兩年趨勢基本一致, 文中以2011年數(shù)據(jù)為主。

進(jìn)一步對 2011年兩品種各拋栽方式(擺栽、點(diǎn)拋與撒拋)、連孔處理的氮素吸收利用主要指標(biāo)的方差分析表明, 除武運(yùn)粳24抽穗期和成熟期全株、抽穗期葉吸氮量及兩品種成熟期莖鞘和葉吸氮量外,各主要指標(biāo)在拋栽方式間差異顯著或極顯著, 除武運(yùn)粳24穗后葉中氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、莖鞘中氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率與南粳 44穗后莖鞘中氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及穗后葉中氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率外, 氮素吸收利用主要指標(biāo)在連孔處理間差異顯著或極顯著。對拋栽方式與連孔處理互作而言,兩品種除部分指標(biāo)外, 差異多不顯著(表3)。

2.2 有序擺拋栽水稻的含氮率與氮素積累量

水稻各生育時(shí)期的含氮率表現(xiàn)為擺栽＜點(diǎn)拋＜撒拋, 但差異不顯著。除武運(yùn)粳24有效分蘗臨界葉齡期和拔節(jié)期含氮率低外, 其余處理機(jī)插稻含氮率高于拋栽大部分處理。不同連孔處理間拔節(jié)前表現(xiàn)為三連孔＞二連孔＞單孔, 拔節(jié)后則為二連孔＞三連孔＞單孔, 可見三連孔稻株前期吸氮能力較強(qiáng), 拔節(jié)后二連孔稻株表現(xiàn)出更強(qiáng)的吸氮能力(表4)。水稻各生育時(shí)期的氮素積累量拔節(jié)前表現(xiàn)為擺栽＜點(diǎn)拋＜撒拋,拔節(jié)后呈現(xiàn)相反趨勢, 機(jī)插稻氮素積累量介于拋栽處理之間。拔節(jié)前氮素積累量表現(xiàn)為二連孔＜三連孔、單孔, 拔節(jié)后為二連孔＞三連孔＞單孔, 說明多連孔稻株中后期氮素積累能力較強(qiáng)。

2.3 水稻有序擺拋栽的氮素階段吸收量

水稻各生育階段的階段吸氮量表現(xiàn)為擺栽＞點(diǎn)拋＞撒拋, 且不同方式間差異多不顯著, 機(jī)插稻分蘗至拔節(jié)、拔節(jié)至抽穗的階段吸氮量介于拋栽處理之間, 而抽穗至成熟的均低于拋栽各處理。兩品種的氮素吸收量各生育階段均表現(xiàn)為武運(yùn)粳 24＞南粳44。不同連孔處理間表現(xiàn)為二連孔＞三連孔＞單孔,二連孔與單孔有顯著或極顯著差異, 部分三連孔與單孔有顯著差異(表5)。

2.4 有序擺拋栽水稻的氮素利用效率和百千克籽粒需氮量

不同拋栽方式水稻農(nóng)學(xué)利用率、生理利用率、偏生產(chǎn)力、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、籽粒生產(chǎn)效率、氮素收獲指數(shù)和產(chǎn)量均表現(xiàn)為擺栽＞點(diǎn)拋＞撒拋、機(jī)插, 而百千克籽粒需氮量表現(xiàn)為擺栽＜點(diǎn)拋＜撒拋、機(jī)插(表6)。兩品種的氮素吸收利用指標(biāo)互有大小。不同連孔稻株間氮素利用率各指標(biāo)、百千克籽粒需氮量、偏生產(chǎn)力、氮素收獲指數(shù)呈現(xiàn)二連孔＞三連孔、單孔的趨勢, 氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、籽粒生產(chǎn)效率則為二連孔、三連孔＜單孔。

2.5 有序擺拋栽水稻抽穗后氮素積累、分配與轉(zhuǎn)運(yùn)

2.5.1 抽穗期氮素的積累與分配 不同拋栽方式水稻抽穗期穗部含氮率表現(xiàn)為擺栽＞點(diǎn)拋＞撒拋、機(jī)插, 各處理莖鞘中差異不顯著, 葉中則呈現(xiàn)與穗部相反趨勢, 機(jī)插介于撒拋各處理之間。兩品種莖鞘中氮素吸收量差異不大, 武運(yùn)粳24葉部吸收量小于南粳44, 而穗部吸氮量高于南粳44。不同連孔處理間的葉和穗部含氮率均表現(xiàn)為二連孔＞三連孔＞單孔,莖鞘中差異較小(表7)。不同拋栽方式水稻的莖鞘、葉和穗部吸氮量均表現(xiàn)為擺栽＞點(diǎn)拋＞撒拋, 機(jī)插介于撒拋各處理之間, 不同連孔間的吸氮量均呈現(xiàn)二連孔＞三連孔＞單孔的趨勢。說明抽穗期有序擺拋栽稻株, 特別是二連孔莖鞘中養(yǎng)分儲(chǔ)藏較多。

表5 不同拋栽方式水稻各生育階段的氮素階段吸收量Table 5 N uptake in rice plants with different transplanting ways during different growth stages (kg hm-2)

2.5.2 成熟期氮素的積累與分配 不同拋栽方式水稻成熟期穗部含氮率表現(xiàn)為擺栽＞點(diǎn)拋＞撒拋、機(jī)插, 而莖鞘和葉中則呈現(xiàn)相反趨勢(表 8), 機(jī)插介于撒拋各處理之間, 說明水稻有序擺拋利于莖鞘和葉中氮素向穗部轉(zhuǎn)移。武運(yùn)粳24各器官含氮率及葉、穗部吸氮量高于南粳44。不同連孔處理間莖鞘、葉和穗部含氮率均表現(xiàn)為二連孔最高或二連孔、三連孔均高。兩品種穗部的吸氮量在不同拋栽方式均表現(xiàn)為擺栽＞點(diǎn)拋＞撒拋, 機(jī)插稻穗部吸氮量大于撒拋,莖鞘和葉片中表現(xiàn)為撒拋＜點(diǎn)拋＜機(jī)插, 機(jī)插介于擺栽各處理之間。不同連孔間的吸氮量均呈現(xiàn)二連孔＞三連孔＞單孔的趨勢。說明擺栽和點(diǎn)拋, 特別是二連孔栽插能促進(jìn)莖鞘和葉片的氮素轉(zhuǎn)移到穗部。

2.5.3 抽穗后氮素的轉(zhuǎn)運(yùn) 不同拋栽方式水稻穗后的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率在莖鞘與葉間均表現(xiàn)為擺栽＞點(diǎn)拋＞撒拋、機(jī)插(表9)。不同連孔處理間莖鞘和葉的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量變化不一, 轉(zhuǎn)運(yùn)率多表現(xiàn)為二連孔、三連孔＜單孔。二連孔、三連孔稻株莖鞘成熟期仍能保持一定量的氮素積累量, 利于保持壯稈。

3 討論

3.1 有序擺拋栽水稻的氮素吸收、分配及轉(zhuǎn)運(yùn)特性

水稻產(chǎn)量與成熟期氮素累積量關(guān)系密切, 而栽培技術(shù)能有效調(diào)節(jié)水稻氮素的積累與分配、氮素運(yùn)轉(zhuǎn)及生產(chǎn)效率, 進(jìn)而影響產(chǎn)量。梁天鋒等[5]研究也認(rèn)為水稻植株吸收的氮肥數(shù)量及其在體內(nèi)的分配與土壤耕作方式密切相關(guān)。鄧飛等[9]認(rèn)為用50 d秧齡單苗優(yōu)化定拋能顯著提高各時(shí)期水稻氮素積累量, 并提高抽穗后葉片氮素的轉(zhuǎn)運(yùn), 增產(chǎn)效益顯著。擺栽、點(diǎn)拋和撒拋是 3種水稻缽苗移栽方式, 本研究中雖然有序擺栽和點(diǎn)拋稻各生育期含氮率略小于撒拋,拔節(jié)前期有序擺拋栽的氮素吸收量小于撒拋, 但抽穗期和成熟期有序擺栽和點(diǎn)拋氮素吸收量高于撒拋,這主要源于其后期具有較高物質(zhì)生產(chǎn)和積累量。拋秧稻生產(chǎn)上為提高產(chǎn)量, 常選用大量的大穗型品種、超級(jí)稻品種, 而撒拋稻前期群體質(zhì)量不高, 后期通風(fēng)透光性差, 不利于后期物質(zhì)轉(zhuǎn)化和氮素的積累,也限制了大穗型高產(chǎn)品種優(yōu)勢的發(fā)揮。水稻超高產(chǎn)栽培在于促進(jìn)葉片和莖鞘中的貯藏性氮向穗部轉(zhuǎn)運(yùn),顯著提高氮素的吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率和生理利用率[13]。鄧飛等[9]研究認(rèn)為優(yōu)化定拋提高抽穗期莖鞘氮素分配比例, 同時(shí)顯著提高成熟期穗氮所占比例, 其轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率較高。對不同拋栽方式來說,有序擺栽和點(diǎn)拋提高了抽穗期莖鞘葉的氮素積累量和葉部、穗部分配量及成熟期穗部氮素積累量和比例。這說明有序擺拋栽穗后為籽粒灌漿準(zhǔn)備充足的氮素營養(yǎng), 同時(shí)又能保持強(qiáng)源。灌漿后期莖鞘葉較低的氮素積累量以及氮素在穗部較高的分配比例是氮素利用效率高的品種的重要特征, 可以作為提高氮素利用效率栽培調(diào)控的重要指標(biāo)之一。有序擺栽和點(diǎn)拋這種有序化栽培, 提高了群體質(zhì)量和保持了合理的群體結(jié)構(gòu)及中后期氮素積累量和氮素利用率。不同連孔稻株間各生育階段含氮率表現(xiàn)為二連孔、三連孔稻株高于單孔, 而氮素積累量拔節(jié)前為二連孔＜三連孔＜單孔, 抽穗后表現(xiàn)為二連孔＞三連孔＞單孔。稀植有序擺拋栽利于前期植株含氮率的提高和中后期氮素積累量的增加, 特別是二連孔稀植擺栽的階段吸收氮素能力較強(qiáng)。二連孔、三連孔有序擺拋改變了田間秧苗布局, 優(yōu)化水稻個(gè)體生長發(fā)育條件, 促進(jìn)植株高效生長, 其因穴間距大, 中后期通風(fēng)透光好, 利于形成壯稈, 可提高中后期植株氮素吸收能力, 其中二連孔較三連孔更有優(yōu)勢, 也說明并非穴距越大越好, 大穴在保持基本苗的同時(shí)需要增加每穴苗數(shù), 而穴間與穴內(nèi)協(xié)同優(yōu)勢的提高才是二連孔優(yōu)勢的原因。這些拋秧稻栽插新方式的探索與研究, 對優(yōu)化栽插方式來改進(jìn)我國用量大且利用率低的水稻施肥有一定參考意義。試驗(yàn)中二連孔、三連孔稻株的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率低于單孔, 說明稀植栽插能促進(jìn)后期植株氮素吸收, 減少對抽穗前莖鞘和葉部儲(chǔ)存氮素營養(yǎng)過度轉(zhuǎn)運(yùn)的依賴, 利于延長功能葉時(shí)間和培育壯稈。

表7 不同拋栽方式水稻抽穗期各器官含氮率與吸氮量Table 7 N uptake and N content in different organs of rice with different transplanting ways at heading

表8 不同拋栽方式水稻成熟期各器官含氮率與積累量Table 8 N content and accumulation in each organ of rice with different transplanting ways at mature

(續(xù)表8)

表9 不同拋栽方式水稻穗后莖鞘葉的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)Table 9 N transportation among stem, sheath and leaf of rice with different transplanting ways after heading

3.2 拋秧稻高產(chǎn)栽培下的氮素高效利用

目前, 高產(chǎn)是我國水稻生產(chǎn)的一大重要主題,而提高作物氮素吸收利用是穩(wěn)定提高作物產(chǎn)量和種植效益的有效手段[14-16]。Singh等[17]報(bào)道, 水稻75%的產(chǎn)量差異是氮素吸收效率造成的, 也有研究認(rèn)為產(chǎn)量差異主要是氮素利用效率[18]引起, 而吸收效率的差異很小。張傳勝等[19]研究認(rèn)為吸氮量和氮素籽粒生產(chǎn)效率是氮素改良、提高水稻產(chǎn)量的主要性狀。Masclaux等[20]認(rèn)為水稻產(chǎn)量差異由氮吸收和利用效率共同決定。殷春淵等[21]則認(rèn)為氮素吸收利用效率、氮素農(nóng)學(xué)利用效率、氮素生理利用效率與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)分別為0.883、0.970和0.675, 前兩者均達(dá)極顯著水平說明水稻高產(chǎn)與氮高效在一定條件下可以在水稻基因型本身達(dá)到統(tǒng)一。水稻拋秧多采用缽苗,缽苗栽培的高產(chǎn)、超高產(chǎn)要求栽插有序化[22], 胡雅杰等[23]認(rèn)為, 后期具有較強(qiáng)的光合物質(zhì)生產(chǎn)力和較高的氮素積累量是缽苗有序機(jī)插超高產(chǎn)的重要特征,而本試驗(yàn)中的二連孔、三連孔缽苗大穴擺栽同樣具有較高的氮素吸收能力和保持較合理氮素分配, 提高了水稻氮素干物質(zhì)和籽粒生產(chǎn)效率、氮素偏生產(chǎn)力和氮素收獲指數(shù)。缽苗有序機(jī)插是適合機(jī)械化作業(yè)稻區(qū)的發(fā)展方向, 且目前示范推廣主要集中于地勢平坦的黑龍江和江蘇等省份, 而對我國具有較好拋秧基礎(chǔ)的南方丘陵水稻產(chǎn)區(qū)來說, 二連孔、三連孔缽苗有序擺栽、拋栽的產(chǎn)量高[10]、抗倒能力強(qiáng)[24],是更適合的水稻高產(chǎn)輕簡栽培方式。因此, 明確該栽培方式下氮素吸收利用特征對拋秧稻高產(chǎn)栽培下的氮素高效利用有理論指導(dǎo)意義。有關(guān)高產(chǎn)稀植栽培, 前人研究認(rèn)為寬窄行栽培顯著提高氮素累積量、氮肥利用率與氮素吸收效率, 但降低氮收獲指數(shù)與氮素利用效率, 而氮生理效率與氮肥效率變化不大, 也是其增產(chǎn)的一個(gè)方面[25], 楊詳田等[26]研究認(rèn)為秈型超級(jí)稻強(qiáng)化栽培與常規(guī)栽培比較, 增產(chǎn)達(dá)11.1%～15.2%, 氮肥回收率比對照高 5.3%～26.9%,農(nóng)學(xué)利用率比對照高 67.2%～92.2%, 生理利用率比對照高6.0%～80.5%, 在水稻生產(chǎn)上應(yīng)用水稻強(qiáng)化栽培可以既提高產(chǎn)量, 又提高氮肥的利用。氮素積累、分配及轉(zhuǎn)運(yùn)特性與水稻產(chǎn)量關(guān)系密切, 采用適宜的栽植方式能有效改善氮素利用效率, 提高水稻產(chǎn)量。二連孔、三連孔大穴有序擺拋栽培改變田間稻株配置, 在提高產(chǎn)量的同時(shí), 顯著提高各時(shí)期水稻氮素積累量, 特別是中后期籽粒和植株中氮素含量和利用率。

4 結(jié)論

水稻有序擺拋栽能有效提高植株氮素積累量、氮素生產(chǎn)效率, 促進(jìn)抽穗后莖鞘和葉片氮素向穗的轉(zhuǎn)運(yùn), 保證氮素在各器官中的合理分配, 提高其干物質(zhì)生產(chǎn)效率、籽粒生產(chǎn)效率和偏生產(chǎn)力。水稻二連孔、三連孔稀植有序栽插穗后能保持較強(qiáng)的氮素吸收能力, 提高了氮素利用率和偏生產(chǎn)力。水稻有序擺拋栽提高氮素吸收利用和轉(zhuǎn)化效率, 是高產(chǎn)、超高產(chǎn)的營養(yǎng)基礎(chǔ), 二連孔、三連孔有序擺拋栽是高產(chǎn)栽培下氮素高效利用的一個(gè)栽培技術(shù)方向。

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Characteristics of Nitrogen Uptake, Utilization and Distribution in Ordered Transplanting and Optimized Broadcasting Rice

GUO Bao-Wei, ZHANG Hong-Cheng*, ZHU Da-Wei, Xu Ke, HUO Zhong-Yang, WEI Hai-Yan, DAI Qi-Gen, GAO Hui, HU Ya-Jie, and CUI Pei-Yuan

Innovation Center of Rice Cultivation Technology in Yangtze Valley, Ministry of Agriculture / Key Laboratory of Crop Genetic and Physiology of Jiangsu Province, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China

The stable super high yield of broadcasting rice relies on the ordered plantation of rice. In this study, three planting methods including ordered transplanting (OT), optimized broadcasting (OB) and cast transplanting (CT) using dry-raised riceseedlings in plastic plates with 2-hole, 3-hole, and 1-hole were used with mechanical transplanting (MT) using blanket rice seedlings as control to investigate the nitrogen uptake, utilization and translocation characteristics. Ordered transplanting and optimized broadcasting rice had lower N content at the whole growing stage, lower N accumulation at critical stage for effective tillering (CS) and elongation stage (ES), and higher N accumulation after ES significantly or very significantly than CT rice, showing N accumulation in treatments was OT ＞ OB ＞ CT. And 2-hole and 3-hole plants kept higher N content than 1-hole plants at each stage with proper N accumulation before ES and stronger N uptake ability after ES. N accumulation and N uptake rate in treatments after heading were 2-hole ＞ 3-hole ＞ 1-hole. Nitrogen agronomic efficiency, physiological efficiency, partial factor productivity, N requirement for 100 kg, nitrogen use efficiency for biomass production, nitrogen use efficiency for grain production, nitrogen harvest index and grain yield among different transplanting ways showed the trend of OT ＞ OB ＞ CT and MT. N use efficiency, partial factor productivity and nitrogen harvest index (NHI) among different hole treatments had the trend of 2-hole＞ 3-hole and 1-hole, and N requirement for 100 kg grain 2-hole and 3-hole ＞ 1-hole, while nitrogen use efficiency for biomass production and nitrogen use efficiency for grain production showed the trend of 2-hole and 3-hole ＜ 1-hole. N content and accumulation in panicle among different transplanting ways after heading showed the trend of OT ＞ OB ＞ CT, while the opposite trend was shown in culm, sheath and leaf. And N content in leaf and panicle among different hole treatments was shown 2-hole ＞ 3-hole and 1-hole and N accumulation among different hole treatments in each organ was 2-hole ＞3-hole ＞ 1-hole. N transportation and transportation rate were OT ＞ OB ＞ CT among different transplanting ways, and 2-hole, 3-hole ＜ 1-hole among hole treatments. Base on the above results, we conclude that ordered transplanting and optimized broadcasting rice, especially that with 2-hole treatment, had the rational N content and accumulation at early stage, stronger N uptake ability and higher N accumulation, transportation with higher transportation ratio after heading, and high nitrogen agronomic efficiency, physiological efficiency, partial factor productivity, N requirement for 100 kg, nitrogen use efficiency for biomass production, nitrogen use efficiency for grain production and nitrogen harvest index, which is the nutritional basis for high yield of OT and OB rice.

Rice; Ordered transplanting and optimized broadcasting; 3-hole gathered; 2-hole gathered; Nitrogen uptake, utilization and translocation

10.3724/SP.J.1006.2017.00097

本研究由江蘇省農(nóng)業(yè)自主創(chuàng)新基金重點(diǎn)項(xiàng)目[CX(15)1002], 國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303102), 江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目(16KJB210014), 揚(yáng)州大學(xué)科技創(chuàng)新培育基金項(xiàng)目(2015CXJ042)和江蘇省農(nóng)業(yè)三新工程項(xiàng)目[SXGC(2015)325, SXGC(2014)315]資助。

This study was supported by the Special Fund for Agro-Scientific Research in the Public Interest (201303102), the Agricultural Science and Technology Independent Innovation Fund of Jiangsu Province [CX(15)1002], the Natural Science Foundation of the Jiangsu Higher Education Institutions of China (16KJB210014), the Science and Technology Innovation Foster Fund of Yangzhou University (2015CXJ042), and the Three New Agricultural Engineering Fund of Jiangsu Province [SXGC(2015)325, SXGC(2014)315].

*通訊作者(Corresponding author): 張洪程, E-mail: hczhang@yzu.edu.cn, Tel: 0514-87979220

聯(lián)系方式: E-mail: gbwyx@126.com

稿日期): 2016-04-18; Accepted(接受日期): 2016-09-18; Published online(

日期): 2016-09-30.

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160930.1518.004.html