灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻產(chǎn)量形成影響

趙宏偉，孫斌，王卓茜，沙漢景，張博，谷海濤

灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻產(chǎn)量形成影響

趙宏偉，孫斌，王卓茜，沙漢景，張博，谷海濤

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所，哈爾濱150030）

為探究灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌條件下寒地粳稻干物質(zhì)積累及產(chǎn)量形成規(guī)律，以東農(nóng)425和松粳6號(hào)為試材，設(shè)置3種灌溉方式（W1正常灌溉；W2輕干濕交替灌溉；W3重干濕交替灌溉）和3種氮肥運(yùn)籌（基肥 蘗肥 穗肥 粒肥分別為6 3 1 0(N1)、5 3 1 1(N2)、4 3 2 1(N3))，研究灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、花粉粒育性、籽粒灌漿特性、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響，為寒地粳稻豐產(chǎn)、高效栽培提供指導(dǎo)。結(jié)果表明，灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)上述指標(biāo)存在顯著互作效應(yīng)。與W1相比，W2和W3處理下兩粳稻品種干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率和貢獻(xiàn)率提高，籽粒灌漿速率增大，灌漿時(shí)間縮短，提前達(dá)到最大灌漿速率時(shí)間，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和花粉粒育性降低。W2處理下兩粳稻品種千粒重提高，東農(nóng)425干物質(zhì)積累量和輸出量無顯著差異，結(jié)實(shí)率和收獲指數(shù)提高，而松粳6號(hào)干物質(zhì)積累量、輸出量、結(jié)實(shí)率和收獲指數(shù)顯著下降；W3處理下兩粳稻品種千粒重、干物質(zhì)積累量、輸出量、結(jié)實(shí)率和收獲指數(shù)下降。兩粳稻品種根冠比均隨干旱脅迫程度加劇而增大。在相同灌溉條件下，與N1相比，東農(nóng)425和松粳6號(hào)均表現(xiàn)為N2有效提高干物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運(yùn)能力、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、收獲指數(shù)、花粉育性和最終產(chǎn)量，為最佳氮肥運(yùn)籌方式；N3處理下有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量有所提高，結(jié)實(shí)率、收獲指數(shù)、莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率和貢獻(xiàn)率均降低。綜上，東農(nóng)425以W2N2為最佳耦合方式，松粳6號(hào)以W1N2為最佳耦合方式。

粳稻；灌溉方式；氮肥運(yùn)籌；干物質(zhì)；產(chǎn)量

水稻在我國糧食生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，需水較多，而我國水資源相對(duì)匱乏[1]。傳統(tǒng)灌溉方式浪費(fèi)水資源，易造成土壤滲漏、地表徑流、氮素?fù)]發(fā)等問題。改變傳統(tǒng)灌溉方式，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是提高水資源利用效率有效措施，也是水稻生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展必然選擇。水分和肥料是制約水稻生長發(fā)育主要因子，兩者存在明顯耦合作用。是保障水稻高產(chǎn)重要措施之一。目前水稻生產(chǎn)存在氮肥用量過高、利用率偏低、氮肥施用與水稻需氮規(guī)律不匹配等問題。因此研究節(jié)水灌溉條件下氮肥運(yùn)籌可節(jié)本增效，是高效農(nóng)業(yè)發(fā)展方向。

為提高水分利用效率，傳統(tǒng)淹灌有干濕交替灌溉、地膜覆蓋旱種和畦溝灌溉等方式[2-3]。其中，干濕交替灌溉是高產(chǎn)高效節(jié)水技術(shù)，促進(jìn)干物質(zhì)輸出和轉(zhuǎn)運(yùn)，在高水分利用效率基礎(chǔ)上優(yōu)化水稻產(chǎn)量構(gòu)成，促使籽粒灌漿充實(shí)，維持水稻產(chǎn)量穩(wěn)定[4-6]。氮肥運(yùn)籌管理多集中于氮肥運(yùn)籌對(duì)水稻養(yǎng)分吸收特性[7-9]、群體質(zhì)量[10]及稻米品質(zhì)[11]方面研究。水氮耦合主要為灌溉方式與施氮量耦合。Wang等研究表明，施氮量相同條件下，輕干濕交替灌溉比常規(guī)灌溉和重干濕灌溉產(chǎn)量高，正常施氮和高施氮產(chǎn)量差異不顯著，但均顯著高于低施氮[12]。Tizon-Salazar等認(rèn)為在缺水情況下，施氮可增強(qiáng)籽粒灌漿過程提高產(chǎn)量[13]。有關(guān)灌溉方式與氮肥運(yùn)籌耦合對(duì)水稻產(chǎn)量形成研究鮮有報(bào)道。因此，本試驗(yàn)以東農(nóng)425和松粳6號(hào)為試驗(yàn)材料，研究不同灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻干物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運(yùn)、花粉粒育性、籽粒灌漿特性、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響，旨在揭示灌溉方式和氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻產(chǎn)量形成調(diào)控效應(yīng)，以期明確最佳灌溉方式和氮肥運(yùn)籌，為寒地粳稻節(jié)水高效栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)與條件

2015、2016年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行試驗(yàn)（東經(jīng)126°22'～126°50'，北緯45°34'～45° 46'）。供試土壤為黑土，試驗(yàn)田耕層土壤理化性狀見表1。生長周期內(nèi)降水量和平均溫度等氣象數(shù)據(jù)由哈爾濱市農(nóng)科院提供，2015、2016年水稻生長期內(nèi)總降水量（見圖1）分別為427.5和446.4 mm，活動(dòng)積溫分別為3 075.6和3 105.6℃，差異較小。

表1 試驗(yàn)田耕層土壤理化性狀(0～20 cm)Table 1 Physicochemical characteristics of soil in the experiment(0-20 cm)

圖1 水稻生育期間平均氣溫和降雨量Fig.1 Mean temperature and rainfall during rice growth stage

1.2材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用生育期相近，耐旱性存在差異的寒地粳稻品種東農(nóng)425和松粳6號(hào)為供試材料。

試驗(yàn)采用三因素裂-裂區(qū)設(shè)計(jì)。以灌溉方式為主區(qū)，設(shè)置3種灌溉方式：W1為正常灌溉方式，自移栽到收獲前一周保持水層3～5 cm，生育期內(nèi)不曬田；W2為輕干濕交替灌溉方式，移栽后保持1～3 cm水層至水稻返青，返青后安裝真空表式土壤負(fù)壓計(jì)（中國科學(xué)院南京土壤研究所監(jiān)制）監(jiān)測土壤水勢，薄水層自然落干至土壤水勢-10 Kpa后灌1～3 cm水層，再落干如此循環(huán)；W3為重干濕交替灌溉方式，水稻移栽后保持1～3 cm水層至返青，安裝真空表式土壤負(fù)壓計(jì)監(jiān)測土壤水勢，薄水層自然落干至土壤水勢-30 Kpa后灌1～3 cm水層，再落干如此循環(huán)；W2和W3在水稻需水臨界期保持3～5 cm水層直至齊穗期，再次控水。以氮肥運(yùn)籌為裂區(qū)，在總純氮為150 kg·hm-2條件下，設(shè)3個(gè)氮肥運(yùn)籌方式：①基肥∶蘗肥∶穗肥∶粒肥為6∶3∶1∶0，記為N1；②基肥∶蘗肥∶穗肥∶粒肥為5∶3∶1∶1，記為N2；③基肥∶蘗肥∶穗肥∶粒肥為4∶3∶2∶1，記為N3。以品種為裂-裂區(qū)，設(shè)2個(gè)水稻品種：東農(nóng)425和松粳6號(hào)。共18個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積27 m2，小區(qū)間筑壩并用塑料薄膜包裹以防串水串肥影響試驗(yàn)。試驗(yàn)采用大棚旱育秧。2016年4月17日播種（2015年4月18日），5月28日移栽（5月30日），行長5 m，行距30 cm，穴距10 cm，每穴3株。處理前7～10 d開始控水，具體施肥方法見表2，病、蟲、草防治同一般大田生產(chǎn)。兩年試驗(yàn)重復(fù)相關(guān)指標(biāo)變化相同，本文僅分析2016年數(shù)據(jù)。

表2 施肥方法Table 2 Fertilizing method kg hm-2

1.3取樣與測定方法

1.3.1 干物質(zhì)積累與分配

于分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期取樣，根據(jù)植株各器官分類，105℃下殺青30 min，80℃恒溫條件下烘至恒重并稱重。計(jì)算公式如下：

莖鞘（葉片）干物質(zhì)輸出量=抽穗期莖鞘（葉片）干重-成熟期莖鞘（葉片）干重

莖鞘（葉片）干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率（%）=[抽穗期莖鞘（葉片）干重-成熟期莖鞘（葉片）干重]/抽穗期莖鞘（葉片）干重×100%

莖葉干物質(zhì)貢獻(xiàn)率（%）=(抽穗期莖葉干重-成熟期莖葉干重)/成熟期籽粒干重×100%

收獲指數(shù)（HI）=籽粒干物質(zhì)積累量/地上部總干物質(zhì)積累量

根冠比=地下部干物重/地上部干物重

1.3.2 花粉粒育性測定

采用懸滴法，選取開花當(dāng)天花藥生長到穎殼一半及以下穎花，取下后快速置于FAA固定液內(nèi)，經(jīng)1%I2-KI染色后在體視顯微鏡下統(tǒng)計(jì)觀察，測定花粉粒育性。

1.3.3 籽粒灌漿速率測定

選取各處理長勢相近，且同日進(jìn)入抽穗期稻穗掛牌標(biāo)記。于抽穗5 d后開始以5 d為1周期取樣，取樣時(shí)間9:00～10:00，各處理選取3穴，每穴選取9整穗，3次重復(fù)。分強(qiáng)勢粒（穗頂部3個(gè)一次枝梗上穎果除頂部第2粒）、弱勢粒（穗基部2～3個(gè)一次枝梗上的二次枝梗除頂部第1粒外穎果）和其余粒于105℃下殺青30 min后，80℃恒溫條件下烘至恒重并稱重。按朱慶森等方法Richards方程W= A/(1+Be-Kt)1/N擬合灌漿曲線并計(jì)算其相應(yīng)灌漿參數(shù)值[14]。其中A為籽粒理論重量，t為開花后天數(shù)，B、K、N為參數(shù)。灌漿相關(guān)參數(shù)計(jì)算公式如下：

平均生長速率GRmean=AK/[2(N+2)]

最大灌漿速率GRmax=AK/(1+N）(N+1)/N

到達(dá)最大籽粒速率時(shí)間Gmax=(lnB-lnN)/K

完成總生長量90%活躍灌漿期D=A/GRmean= [2(N+2)]/K

1.3.4 產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量測定

于成熟期，每處理選取5穴具有代表性植株，室內(nèi)考種，測定有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重及結(jié)實(shí)率。

每處理測定2 m2實(shí)際產(chǎn)量。

1.3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)上述結(jié)果作圖及統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1干物質(zhì)積累分析

2.1.1 灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻地上部干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)影響

由圖2、3可知，葉片和莖鞘干物質(zhì)積累量均呈單峰曲線變化，且在抽穗期達(dá)到峰值，其峰值呈W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3。與W1相比，W2處理下東農(nóng)425葉片和莖鞘干物質(zhì)積累最大值降低幅度顯著＜松粳6號(hào)，東農(nóng)425降幅為5.1%～8.4%和2.2%～8.0%，松粳6號(hào)降幅為16.3%～21.2%和17.6%～21.3%；W3處理下東農(nóng)425和松粳6號(hào)葉片和莖鞘干物質(zhì)積累最大值均顯著降低，其中東農(nóng)425葉片和莖鞘降幅為23.7%～31.2%和17.7%～23.3%，松粳6號(hào)降幅為29.7%～40.4%和34.7%～42.0%。相同灌溉條件下，兩粳稻品種葉片干物質(zhì)積累在分蘗期-拔節(jié)期N1高于N2和N3，拔節(jié)期—抽穗期N2和N3干物質(zhì)積累速率＞N1，抽穗以后N3干物質(zhì)積累量一直保持較高水平。莖鞘干物質(zhì)積累在分蘗期各氮肥運(yùn)籌處理間差異不明顯，抽穗期N2和N3莖鞘干物質(zhì)＞N1，抽穗期至成熟N3莖鞘干物質(zhì)積累量下降速率明顯＜N1和N2，這是由于N3后期處于營養(yǎng)過剩狀態(tài)，莖鞘和葉片儲(chǔ)存營養(yǎng)物質(zhì)未充分轉(zhuǎn)移。

由圖4可知，不同灌溉方式下東農(nóng)425和松粳6號(hào)地上部總干物質(zhì)量差異顯著，與W1相比，東農(nóng)425在W2處理下地上部總干物質(zhì)積累量與W1差異不顯著，但W3處理下地上部干物質(zhì)總積累量顯著下降；松粳6號(hào)隨干旱程度加劇，地上部總干物質(zhì)量顯著下降。相同灌溉條件下，兩個(gè)品種受氮肥運(yùn)籌影響一致，拔節(jié)期以前表現(xiàn)為N1＞N2＞N3，拔節(jié)期以后表現(xiàn)為N2＞N3＞N1，表明適當(dāng)?shù)屎笠瓶商岣叩厣喜扛晌镔|(zhì)積累量。

圖2 灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻葉片干物質(zhì)積累影響Fig.2 Effect of irrigation mode coupling nitrogen fertilizer application model on accumulation of dry matter in rice leaves

圖3 灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻莖鞘干物質(zhì)積累影響Fig.3 Effect of irrigation mode coupling nitrogen fertilizer application model on accumulation of dry matter in rice stem and sheet

圖4 灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻地上部干物質(zhì)積累影響Fig.4 Effect of irrigation mode coupling nitrogen fertilizer application model on accumulation of aboveground dry matter in rice

2.1.2 灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻莖鞘干物質(zhì)輸出與轉(zhuǎn)運(yùn)影響

由表3可知，不同灌溉方式和氮肥運(yùn)籌及其互作對(duì)莖鞘和葉片干物質(zhì)輸出量均達(dá)到極顯著水平。相同氮肥運(yùn)籌下，不同灌溉方式對(duì)兩種寒地粳稻莖鞘干物質(zhì)輸出量存在差異。

表3 灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻干物質(zhì)輸出量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及貢獻(xiàn)率影響Table 3 Effect of irrigation mode coupling nitrogen fertilizer application model on dry matter output,transport rate and contribution rate in rice

與W1相比，W2處理下東農(nóng)425莖鞘干物質(zhì)輸出量無顯著變化，松粳6號(hào)莖鞘干物質(zhì)輸出量顯著下降；W3處理下兩粳稻品種莖鞘干物質(zhì)輸出量顯著降低。說明合理的節(jié)水灌溉對(duì)耐旱品種莖鞘干物質(zhì)輸出量影響較小。兩粳稻葉片干物質(zhì)輸出量均隨干旱脅迫程度加劇顯著下降。相同灌溉方式下，東農(nóng)425和松粳6號(hào)莖鞘干物質(zhì)輸出量均隨氮肥后移量增加呈先升后降趨勢，其中東農(nóng)425在W1和W2處理下，N2顯著高于N1和N3，起水肥互調(diào)作用，W3處理下氮肥運(yùn)籌不顯著，可能是水分嚴(yán)重虧缺，氮肥運(yùn)籌不起作用。松粳6號(hào)在W1和W2處理下各氮肥運(yùn)籌間差異不顯著，W3處理下，N3顯著低于N1和N2，可能是水分嚴(yán)重虧缺，造成水氮雙重脅迫。兩粳稻葉片干物質(zhì)輸出量隨氮肥后移量增加呈先升后降趨勢，且東農(nóng)425葉片干物質(zhì)輸出量顯著低于松粳6號(hào)。

不同灌溉方式和氮肥運(yùn)籌處理下兩粳稻品種莖鞘、葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率呈極顯著差異，且互作效應(yīng)達(dá)極顯著水平。相同氮肥運(yùn)籌下，不同灌溉方式間莖鞘和葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率存在極顯著差異，兩粳稻品種莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率均表現(xiàn)為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1，葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率總體呈W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3，且松粳6號(hào)莖鞘和葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率高于東農(nóng)425，葉片作為光合器官，轉(zhuǎn)運(yùn)率過高，后期植株光合能力下降。相同灌溉方式下，兩粳稻品種莖鞘和葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率隨氮肥運(yùn)籌均呈現(xiàn)N2＞N1＞N3，其中東農(nóng)425莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率僅在W1下各氮肥運(yùn)籌之間存在顯著性差異，松粳6號(hào)在W1和W2下存在差異。兩粳稻品種葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率均為N2處理下顯著高于N1和N3。

不同灌溉方式和氮肥運(yùn)籌及其互作對(duì)莖葉干物質(zhì)貢獻(xiàn)率影響達(dá)極顯著水平。相同氮肥運(yùn)籌下，莖葉干物質(zhì)貢獻(xiàn)率隨干旱脅迫程度加劇顯著提高，總體呈W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1。與W1相比，東農(nóng)425在W2和W3下，莖葉干物質(zhì)貢獻(xiàn)率增幅分別為6.9%和14.6%，松粳6號(hào)在W2和W3下，莖葉干物質(zhì)貢獻(xiàn)率增幅分別為8.9%和27.4%。相同灌溉方式下，東農(nóng)425莖葉干物質(zhì)貢獻(xiàn)率隨氮肥后移量增加先增后減，與N2相比，N1和N3分別降低2.1%和8.0%；松粳6號(hào)在W1和W2莖葉干物質(zhì)貢獻(xiàn)率下隨氮肥后移量增加先增后減，W3下隨氮肥后移量增加而降低。

2.1.3 灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻主要生育時(shí)期根冠比影響

由表4可知，兩粳稻品種根冠比在拔節(jié)期和成熟期存在顯著差異，拔節(jié)前東農(nóng)425根冠比高于松粳6號(hào)，從拔節(jié)開始松粳6號(hào)根冠比高于東農(nóng)425。灌溉方式對(duì)各生育時(shí)期根冠比影響達(dá)顯著水平，表明植株受干旱脅迫后，為適應(yīng)環(huán)境地下部優(yōu)先生長。成熟期，與W1相比，W2處理下東農(nóng)425根冠比下降1.18%，松粳6號(hào)上升9.68%；W3處理下東農(nóng)425上升9.41%，松粳6號(hào)上升18.28%，東農(nóng)425變化幅度小于松粳6號(hào)。氮肥運(yùn)籌對(duì)分蘗期—拔節(jié)期根冠比影響達(dá)顯著水平，抽穗期—成熟期各氮肥運(yùn)籌間無顯著差異，表明氮肥對(duì)營養(yǎng)生長期間根冠比影響顯著。灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌互作效應(yīng)在分蘗期—拔節(jié)期達(dá)顯著或極顯著水平，抽穗期以后互作效應(yīng)不顯著。根冠比隨生育進(jìn)程推進(jìn)而降低，隨干旱脅迫加劇呈增大趨勢。相同灌溉方式下，兩粳稻品種在分蘗期和拔節(jié)期根冠比均表現(xiàn)為N3＞N2＞N1，原因可能是前期施用氮肥多，植株地上部生長速率高于地下部。在抽穗期和成熟期表現(xiàn)為N2情況下根冠比最小，但各氮肥運(yùn)籌間無顯著差異。

表4 灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻根冠比影響Table 4 Effect of irrigation mode coupling nitrogen fertilizer application model on root-shoot ratio in rice

續(xù)表

2.2灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻花粉育性影響

由圖5可知，東農(nóng)425和松粳6號(hào)花粉育性均隨干旱脅迫加劇而降低。與W1相比，東農(nóng)425在W2處理下花粉粒育性總體降低不顯著，W3處理下花粉粒育性顯著降低，降幅為15.3%～19.2%；松粳6號(hào)在W2和W3下花粉粒育性均顯著降低，降幅分別為9.4%～12.0%和25.4%～29.2%。W1和W2處理下，氮肥運(yùn)籌對(duì)兩個(gè)品種花粉粒育性無顯著差異，W3處理下氮肥運(yùn)籌間存在差異，呈N2＞N1＞N3，且東農(nóng)425花粉粒育性顯著高于松粳6號(hào)。

2.3灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻籽粒灌漿特性影響

結(jié)果見表5。

圖5 灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻花粉育性影響Fig.5 Effect of irrigation mode coupling nitrogen fertilizer application model on pollen fertility of rice

表5 灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)東農(nóng)425和松粳6號(hào)籽粒灌漿特性影響Table 5 Effect of irrigation mode coupling nitrogen fertilizer application model on grain-filling parameters of Dongnong 425 and Songjing 6

由表5可知，Richards方程擬合籽粒灌漿特性決定系數(shù)R2均在0.982以上，說明寒地粳稻籽粒灌漿過程高度符合Richards模型。兩粳稻品種最終生長量（A）存在差異，東農(nóng)425的A值高于松粳6號(hào)。不同灌溉方式對(duì)東農(nóng)425和松粳6號(hào)強(qiáng)、弱勢粒A值影響一致，均表現(xiàn)為W2＞W(wǎng)1＞W(wǎng)3，且強(qiáng)勢粒A值顯著大于弱勢粒。相同灌溉方式下，東農(nóng)425和松粳6號(hào)強(qiáng)、弱勢粒A值均隨著氮后移量增加呈先升后降趨勢，氮肥運(yùn)籌對(duì)弱勢粒最終生長量影響大于強(qiáng)勢粒。說明適宜灌溉方式和氮肥運(yùn)籌可有效提高籽粒生長量，對(duì)弱勢粒調(diào)控更顯著。

此外，東農(nóng)425和松粳6號(hào)強(qiáng)勢粒最大灌漿速率（GRmax）和平均灌漿速率（GRmean）均明顯大于弱勢粒，東農(nóng)425強(qiáng)、弱勢粒灌漿速率（GRmax和GRmean）高于松粳6號(hào)。相同氮肥運(yùn)籌條件下，東農(nóng)425和松粳6號(hào)強(qiáng)、弱勢粒均以W2處理GRmax和GRmean最大，在相同灌溉方式下，均表現(xiàn)N2處理GRmax和GRmean最大，其次為N1，N3最低，存在最優(yōu)氮肥運(yùn)籌方式。由達(dá)到最大灌漿速率時(shí)間（Tmax）和灌漿持續(xù)天數(shù)（D）可知，東農(nóng)425和松粳6號(hào)強(qiáng)、弱勢粒均隨干旱脅迫加劇提前。相同灌溉方式下，相比于N1，N2縮短灌漿時(shí)間，N3延長灌漿時(shí)間。

2.4灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響

由表6可知，灌溉方式、氮肥運(yùn)籌及其互作對(duì)水稻產(chǎn)量影響極顯著。相同氮肥運(yùn)籌下，隨干旱脅迫加劇，兩粳稻品種產(chǎn)量逐漸降低。相同灌溉方式下，兩寒地粳稻產(chǎn)量均表現(xiàn)為N2＞N3＞N1，表明適當(dāng)?shù)屎笠瓶捎行岣弋a(chǎn)量，但后移比例過大則適得其反。東農(nóng)425以W1N2產(chǎn)量最高，其次為W2N2，兩者間無顯著差異，因此W2N2為本試驗(yàn)最佳水肥耦合方式。松粳6號(hào)以W1N2產(chǎn)量最高，顯著高于其他組，為松粳6最佳水肥耦合方式。

此外，灌溉方式和氮肥運(yùn)籌對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素影響極顯著，其互作效應(yīng)僅對(duì)穗粒數(shù)和千粒重影響顯著。相同氮肥運(yùn)籌下，東農(nóng)425有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)隨著干旱加劇而降低，與W1相比，W2和W3處理下有效穗數(shù)分別降低7.08%和27.29%，每穗粒數(shù)分別降低6.73%和20.45%；結(jié)實(shí)率、千粒重和收獲指數(shù)先升后降。而松粳6號(hào)各產(chǎn)量構(gòu)成因素均隨干旱加劇而顯著下降。相同灌溉方式下，兩粳稻品種有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重隨氮肥后移量增加先升后降；穗粒數(shù)在W1和W2處理下隨氮肥后移量增加先升后降，W3處理下則持續(xù)增加。

表6 灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量影響Table 6 Effect of irrigation mode coupling nitrogen fertilizer application model on yield and its components

續(xù)表

3 討論

水稻產(chǎn)量源于抽穗后光合產(chǎn)物及抽穗前營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。研究表明，水稻產(chǎn)量構(gòu)成中花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)占30%，花后光合產(chǎn)物為主要來源[15]。吳文革、梁建生等研究發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)抽穗后期營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，有利于水稻籽粒前期生長且提高結(jié)實(shí)率[16-17]。Yang等認(rèn)為，加強(qiáng)抽穗期前干物質(zhì)積累量并向穗部有效轉(zhuǎn)運(yùn)，可提高產(chǎn)量[18]。趙宏偉等通過盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)孕穗期干旱脅迫寒地粳稻產(chǎn)量顯著下降[19]。孫永健等認(rèn)為合理控制性節(jié)水灌溉在一定程度上促進(jìn)干物質(zhì)積累，但節(jié)水過度則干物質(zhì)累積和稻谷收獲指數(shù)顯著降低，氮肥運(yùn)籌對(duì)干物質(zhì)積累影響大于灌溉方式[10]。本研究表明，灌溉方式和氮肥運(yùn)籌處理對(duì)莖鞘、葉片及地上部干物質(zhì)積累量影響均達(dá)顯著水平，灌溉方式影響大于氮肥運(yùn)籌，與前人結(jié)果不同。不同灌溉方式下兩粳稻品種間在干物質(zhì)積累量存在差異，抗旱性強(qiáng)東農(nóng)425在輕干濕交替灌溉下干物質(zhì)積累量略微升高，但與正常灌溉差異不顯著，重干濕交替灌溉下顯著降低，與孫永健研究結(jié)果[10]一致；對(duì)水分敏感的松粳6號(hào)在輕干濕交替灌溉和重干濕交替灌溉下干物質(zhì)積累量均顯著降低。趙黎明等研究表明，水稻莖鞘物質(zhì)輸出量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和轉(zhuǎn)化率受灌溉方式影響一致[20]。孫永健研究則表明莖鞘物質(zhì)輸出量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，而莖鞘轉(zhuǎn)運(yùn)率和轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)量間無顯著相關(guān)性[21]。本研究表明隨水分匱乏加劇，水稻產(chǎn)量和莖鞘干物質(zhì)輸出量降低，莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率和莖葉干物質(zhì)貢獻(xiàn)率升高，表明干濕交替下水稻產(chǎn)量降低主要由于營養(yǎng)器官干物質(zhì)輸出量及抽穗后光合產(chǎn)物積累下降。此外，干旱脅迫下，松粳6號(hào)莖鞘和葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率、莖葉干物質(zhì)貢獻(xiàn)率均高于東農(nóng)425，莖葉干物質(zhì)貢獻(xiàn)率高說明松粳6號(hào)較東農(nóng)425提前衰老。

植物根冠比在一定程度上反映植株對(duì)水肥吸收情況，合理根冠比是作物高產(chǎn)保證。研究認(rèn)為，生產(chǎn)單位根的干物質(zhì)消耗是地上部所需能量2倍，根冠比過大消耗大量光合同化產(chǎn)物，不利于高產(chǎn)[22]。植物地上部所需營養(yǎng)物質(zhì)及水分大部分由根部供給，根冠比過小，植物生長抑制，不利于高產(chǎn)。本試驗(yàn)表明，營養(yǎng)生長期適當(dāng)干旱脅迫提高根冠比，可滿足前期生長所需水分及養(yǎng)分吸收，生殖生長期由于物質(zhì)主要積累于穗，使根冠比降低。兩粳稻品種根冠比存在差異，在拔節(jié)期前東農(nóng)425根冠比略高于松粳6號(hào)，保證前期營養(yǎng)物質(zhì)及水分供應(yīng)。拔節(jié)期后松粳6號(hào)高于東農(nóng)425，后期根冠比降低并非地下部減少，而是地上部積累量增加，推測東農(nóng)425后期光合產(chǎn)物積累高于松粳6號(hào)。成熟期，由變化幅度可見，松粳6號(hào)根冠比受水分變化影響較大，不適合節(jié)水灌溉。

花粉粒育性影響稻穗受精和結(jié)實(shí)率。本試驗(yàn)表明，花粉粒育性隨干旱加劇而降低，但品種間存在差異，在輕度水分脅迫下耐旱性強(qiáng)東農(nóng)425花粉粒育性降低不顯著，干旱敏感松粳6號(hào)降低顯著；重度水分脅迫下，花粉粒育性均顯著降低，但東農(nóng)425顯著高于松粳6號(hào)，東農(nóng)425結(jié)實(shí)率較高。正常灌溉和輕度干旱脅迫下，花粉粒育性隨氮肥后移比例加大而升高，但不顯著；重度水分脅迫下，花粉粒育性變化幅度較大，結(jié)實(shí)率變化幅度較大。

水稻籽粒灌漿充實(shí)與否直接影響千粒重，對(duì)產(chǎn)量形成起決定性作用[20]。水稻籽粒灌漿特性受多種因素影響。李杰等研究表明，通過栽培調(diào)控措施可有效提高水稻籽粒灌漿速率[23]。李宗云等研究表明，合理養(yǎng)分調(diào)控可提高水稻籽粒灌漿速率，籽粒灌漿更充實(shí)[24]。賈琰等研究表明，溫度對(duì)籽粒灌漿過程影響明顯，水稻孕穗期受冷水脅迫灌漿時(shí)間顯著延長，灌漿速率顯著降低，籽粒重量下降[25]。張榮萍等研究表明水稻弱勢粒灌漿速率和粒重受灌溉方式影響強(qiáng)于強(qiáng)勢粒[26]。本研究結(jié)果顯示，用Richards方程分析獲得籽粒灌漿速率均呈單峰曲線變化，強(qiáng)勢粒GRmax、GRmean均大于弱勢粒，強(qiáng)勢粒Tmax和D也提前于弱勢粒。最終生長量均為W2＞W(wǎng)1＞W(wǎng)3，氮肥運(yùn)籌對(duì)弱勢粒A值影響較強(qiáng)勢粒大，且東農(nóng)425的A值高于松粳6號(hào)，東農(nóng)425千粒重較高。

張自常等認(rèn)為不同水肥管理?xiàng)l件對(duì)水稻產(chǎn)量互作效應(yīng)顯著[27]。Cabangon等則認(rèn)為不同水氮管理方式對(duì)水稻干物質(zhì)積累和產(chǎn)量互作效應(yīng)不顯著[28]。Sharma等研究認(rèn)為土壤干旱脅迫下施用氮肥可促進(jìn)肥料轉(zhuǎn)化與吸收，提高肥料利用效率，促進(jìn)作物對(duì)土壤深層水分利用而增加作物產(chǎn)量[29]。而Begg等則指出，在土壤水分不充足時(shí)增施氮肥可能造成水氮雙重脅迫不利于產(chǎn)量形成[30]。曾勇軍[31]、史鴻儒[32]等研究表明氮肥施用量增多及氮肥后移比例增大均不同程度降低水稻千粒重和結(jié)實(shí)率。但趙建紅等認(rèn)為，灌溉條件相同情況下，施氮量和氮肥后移量適當(dāng)增加可充分發(fā)揮水氮耦合優(yōu)勢，促進(jìn)齊穗后“源”物質(zhì)向“庫”運(yùn)轉(zhuǎn)，有利于提高水稻每穗實(shí)粒數(shù)和結(jié)實(shí)率，增產(chǎn)效果顯著[33]。本研究結(jié)果表明，水氮處理均顯著影響有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率，均以干旱處理為主導(dǎo)，隨干旱程度加大而降低。兩粳稻品種間存在差異，受干旱脅迫時(shí)，東農(nóng)425有效穗數(shù)、穗粒數(shù)降幅低于松粳6號(hào)。東農(nóng)425和松粳6號(hào)有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率均隨氮肥運(yùn)籌比例后移呈先增后降趨勢，后移比例過高結(jié)實(shí)率下降顯著，原因是過分氮肥后移，植株貪青，營養(yǎng)物質(zhì)向籽粒供應(yīng)不及時(shí)，結(jié)實(shí)率降低。

4 結(jié)論

寒地粳稻干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、各主要生育期根冠比、籽粒灌漿特性、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素受水肥耦合影響顯著。其中東農(nóng)425輕干濕交替灌溉（-10 Kpa）耦合基肥∶蘗肥∶穗肥∶粒肥為5∶3∶1∶1（N2）氮肥運(yùn)籌模式時(shí)，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和花粉粒育性降低不顯著，結(jié)實(shí)率和千粒重提高，可提高水分利用效率，寒地粳稻產(chǎn)量降低不顯著，達(dá)到以肥調(diào)水效果。松粳6號(hào)對(duì)水分過于敏感，輕微干旱脅迫即顯著減產(chǎn)。

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ZHAO Hongwei,SUN Bin, WANG Zhuoqian,SHA Hanjing,ZHANG Bo,GU Haitao
(Rice Research Institute,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

In order to explore the effect of irrigation mode coupling nitrogen fertilizer application model on the dry matter accumulation and yield formation of Japonica rice in cold region,two Japonica Rice(Dongnong 425 and Songjing 6)were selected as test materials.The experiment set 3 irrigation methods(W1,normal irrigation;W2,mild wetting-drying alternate irrigation;W3,severe wetting-drying alternate irrigation)and 3 nitrogen application model (the ratio of basal fertilizer,tillering fertilizer,panicle fertilizer and grain fertilizer were 6∶3∶1∶0(N1),5∶3∶1∶1(N2),4∶3∶2∶1(N3))at the same nitrogen level.The effects of irrigation method coupling nitrogen fertilizer application model on dry matter accumulation andtranslocation,pollen fertility,grain filling,yield and yield components of Japonica rice in cold region were studied,providing guidance for high yield and high efficiency cultivation of Japonica rice in cold region.The results showed that there was significant interaction on these above mentioned indexes between irrigation method and nitrogen fertilizer.Compared with W1,W2 and W3 improved the dry matter transport rate,contribution rate,and grain filling rate,shortened filling time,advanced filling period,decreased the effective panicle number, grain number and pollen fertility of two varieties.In addtion,W2 increased 1000-grain weight of two varieties,the seed setting rate,harvest index,not significantly changed the dry matter accumulation and output of Dongnong 425,but decreased the dry matter accumulation, output,seed setting rate and harvest index of Songjing 6.However,1000-grain weight,dry matter accumulation and output,seed setting rate and harvest index of two varieties decreased under W3 treatment.The ratio of root to shoot in two Japonica rice varieties increased with the increasement of water stress.Compared with N1 under the same irrigation condition, Dongnong 425 and Songjing 6 with N2 application model effectively improved the dry matter accumulation and transport capacity,panicle number,grain number,seed setting rate,1000-grain weight,harvest index and pollen fertility;N3 model increased the effective panicle number,grain number,1000-grain weight and yield,but decreased seed setting rate,harvest index,matter transfer rate and contribution rate of stem and sheath.The results showed that W2N2 was the best coupling mode for Dongnong 425 and W1N2 for Songjing 6.

Japonica Rice;irrigation method;nitrogen application;dry matter;yield

S511

A

1005-9369（2017）07-0019-14

時(shí)間2017-7-12 11:19:37[URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20170712.1119.008.html

趙宏偉,孫斌,王卓茜,等.灌溉方式耦合氮肥運(yùn)籌對(duì)寒地粳稻產(chǎn)量形成影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,48(7):19-32.

Zhao Hongwei,Sun Bin,Wang Zhuoqian,et al.Effect of irrigation mode coupling nitrogen fertilizer application model on yield formation of Japonica Rice in cold region[J].Journal of Northeast Agricultural University,2017,48(7):19-32.(in Chinese with English abstract)

Effect of irrigation mode coupling nitrogen fertilizer application model on yield formation of Japonica Rice in cold region/

2017-05-01

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFD0300104），黑龍江省重大科技招標(biāo)項(xiàng)目（GA14B102-02）

趙宏偉（1967-），教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樽魑锔弋a(chǎn)理論與栽培技術(shù)。E-mail:hongweizhao@163.com