不同氮肥水平對雜交早稻生理指標及產量的影響

楊 宙,何 虎,王 芬,黃國娟,吳延壽*

(1.江西省農業(yè)科學院 水稻研究所/水稻國家工程實驗室(南昌)/國家水稻改良中心 南昌分中心,江西 南昌 330200;2.江西鼎中科技有限公司,江西 南昌 330029;3.江西省農業(yè)科學院,江西 南昌 330200)

不同氮肥水平對雜交早稻生理指標及產量的影響

楊 宙1,何 虎1,王 芬2,黃國娟3,吳延壽1*

(1.江西省農業(yè)科學院 水稻研究所/水稻國家工程實驗室(南昌)/國家水稻改良中心 南昌分中心,江西 南昌 330200;2.江西鼎中科技有限公司,江西 南昌 330029;3.江西省農業(yè)科學院,江西 南昌 330200)

在3種氮肥施用水平下種植4個雜交早稻品種,分析了水稻的葉片葉綠素含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、全氮含量和產量性狀。結果表明：水稻葉片葉綠素含量以及分蘗期葉片全氮含量與水稻產量之間均存在顯著的正相關性；株兩優(yōu)30和優(yōu)I156這兩個品種表現(xiàn)出節(jié)肥的特性,它們在3種氮肥水平下具有較高的葉綠素含量和穩(wěn)定的SOD活性；節(jié)施氮肥后水稻產量的下降與結實率降低有關。

早稻;氮肥；施用量;生理指標;產量

Abstract： Four hybrid early rice varieties were planted under 3 nitrogen fertilizer levels, and their leaf chlorophyll content, superoxide dismutase (SOD) activity, total nitrogen content, and grain yield traits were analyzed. The results indicated that the grain yield of all tested rice varieties was significantly positively correlated with the leaf chlorophyll content and the leaf total nitrogen content at tillering stage. Zhuliangyou 30 and You I156 exhibited the characteristic of fertilizer-saving, and these two varieties possessed higher leaf chlorophyll content and steadier SOD activity under 3 nitrogen fertilizer levels. After reducing the application rate of nitrogen fertilizer, the decrease in rice yield was related to the decrease in setting rate.

Keywords： Early rice; Nitrogen fertilizer; Application rate; Physiological index; Yield

氮素是水稻最主要的營養(yǎng)元素,在水稻的生長和發(fā)育過程中起著不可替代的作用,也是限制產量的重要因素。合理施用氮肥能促進水稻正常生長,為高產穩(wěn)產提供保障[1]。我國是水稻種植大國,每年的氮肥用量也非常巨大。在我國的單季水稻種植中,氮肥的平均用量為180 kg/hm2,比世界平均水平高出75%左右。但是,我國水稻的單產為6.18 t/hm2,僅比世界平均水平高出65%,顯示出在氮肥利用率上的差距[2]。在部分高產田中,氮肥的施用量高達300 kg/hm2,但是被水稻吸收利用的比例僅為30%～35%,因此氮肥施用過量的情況嚴重[3]。

氮肥過量施用會帶來營養(yǎng)元素浪費和環(huán)境污染問題。國內的研究表明無論地力水平如何,隨著氮肥用量的增加,氮肥利用率在達到一個峰值后都會開始下降,水稻的產量也無法相應地增加[4]。同時,未被吸收的氮素會隨著水土流失,然后經過一系列的移動和化學反應,引起地表水體的富營養(yǎng)化和地下水的污染,給生態(tài)環(huán)境帶來不利的影響[5-6]。針對上述問題,人們加強了對不同地力田塊的氮肥用量的研究,同時改進水稻的栽培措施和氮肥施用方法,以期在保證產量的前提下提高氮肥的利用效率,實現(xiàn)水稻氮肥的合理施用[4,7]。

近年來水稻品種的更新速度加快,不同水稻品種對水、肥的需求量和吸收特性不同,最高生產力所對應的施氮量各異,給準確掌控不同田塊的氮肥用量增加了難度[8]。因此,在考慮田塊土壤肥力的同時,還需要兼顧所種植水稻品種的水、肥特性,這樣才有助于通過合理的氮肥施用來取得理想的增產效果。本試驗選擇4個已推廣種植的雜交早稻品種,分析了它們在不同氮肥水平下的葉綠素含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和全氮含量等生理指標和產量性狀,以評價各品種對氮肥的利用效率和豐產潛力,為早稻的節(jié)肥增產種植提供理論依據。

1 材料與方法

1.1水稻品種

選用的4個早稻品種是雜交秈稻躍新68、淦鑫203、株兩優(yōu)30和優(yōu)I156,分別由江西和湖南省培育,作為雙季早稻種植,全生育期為107～114 d。

1.2試驗設計

試驗在江西省南昌市進賢縣溫圳鎮(zhèn)進行,水稻在3月下旬播種,4月下旬移栽。試驗田為中潴潮沙泥田,屬于三等耕地,排灌較為方便。試驗設置3個氮肥水平處理：處理Ⅰ，施氮量為N 180 kg/hm2,按照基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶2施用；處理Ⅱ，施氮量減少至N 126 kg/hm2,基肥、分蘗肥、穗肥的比例與處理Ⅰ相同；處理Ⅲ，施氮量及其施用比例與處理Ⅱ相同,同時增施氮肥增效劑氫醌0.978 kg/hm2和雙氰胺16.2 kg/hm2,將這兩種增效劑混合后按照基肥∶穗肥=7∶3施用。此外，3個處理均施磷肥P2O590 kg/hm2(全部作為基肥)、鉀肥K2O 180 kg/hm2(按照基肥∶穗肥=5∶5施用)。氮肥、磷肥和鉀肥的品種分別為尿素、鈣鎂磷肥和氯化鉀。

試驗以3個不同的施氮處理為大區(qū),各重復3次,每個大區(qū)內隨機排布4個水稻品種作為小區(qū)，小區(qū)面積為40 m2,各小區(qū)之間空0.4 m作為工作行。在大區(qū)之間筑田埂并用薄膜包裹,防止水、肥滲漏。對整個試驗田塊進行常規(guī)的水分管理和病蟲害防治。

1.3水稻生理指標的測定

在水稻的抽穗期,每個小區(qū)選擇10穴正常植株,用SPAD-502型葉綠素測定儀測定主穗劍葉中間部分的葉綠素含量。

同時取該部分劍葉作為樣品,用于測定SOD活性,每個小區(qū)取4個植株的SOD樣品。稱取每個SOD樣品約50 mg,用0.6 mL的0.1 mol/L磷酸緩沖液在冰浴中研磨抽提。用南京建成科技有限公司生產的試劑盒A001-3測定SOD的活性，具體操作按照試劑盒說明書進行；用蘇州島津儀器有限公司生產的UV-1800型紫外可見分光光度計讀取550 nm波長下的吸光度值,然后根據說明書提供的公式計算水稻樣品中的SOD活性。

另外分別在水稻的分蘗期、抽穗期和灌漿期取樣測定葉片全氮含量。每個小區(qū)選擇3穴代表性植株,分離全部葉片,烘干后稱量并粉碎,用凱氏定氮法測定葉片的全氮含量。

1.4水稻產量性狀的考察

在水稻成熟后,在每個小區(qū)中收獲5穴代表性植株,晾干后考察有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結實率和千粒重。最后,收割除邊行外的所有水稻植株,脫粒晾干后稱重,計算小區(qū)產量。

1.5數(shù)據分析

試驗數(shù)據用SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計和分析。

2 結果與分析

2.1不同氮肥水平下的葉片葉綠素含量

所有早稻品種在3種氮肥水平下的葉片葉綠素含量變化一致,以處理Ⅰ的葉綠素含量最高,達42.4～45.4 SPAD。與處理Ⅰ相比,處理Ⅱ的各品種葉綠素含量大幅降低,差異都達到了顯著水平。在處理Ⅲ中,由于施用了氮肥增效劑,各品種的葉綠素含量較處理Ⅱ有不同程度的升高,淦鑫203和株兩優(yōu)30的葉片葉綠素含量甚至達到了與處理Ⅰ相當?shù)乃?圖1)。

不同字母表示不同處理間有顯著性差異。下同。

2.2不同氮肥水平下的SOD活性

4個早稻品種在3種氮肥水平下的SOD活性沒有出現(xiàn)一致的變化規(guī)律,但是相同點在于處理Ⅰ的SOD活性最高,為87.5～100.9 U/g。躍新68在處理Ⅱ中的SOD活性大幅下降,在處理Ⅲ中有所回升,但仍然顯著低于處理Ⅰ。淦鑫203在處理Ⅱ和Ⅲ中的SOD活性顯著低于處理Ⅰ中的,但兩者之間差異不大。株兩優(yōu)30和優(yōu)I156在不同氮肥水平下的SOD活性都沒有出現(xiàn)明顯的變化(圖2)。

2.3不同氮肥水平下的葉片全氮含量

測定了水稻3個時期的葉片全氮含量,分蘗期、抽穗期和灌漿期的全氮含量分別為4.20%～4.74%、2.71%～3.54%和0.75%～1.24%,即葉片全氮含量隨著水稻生育的進程而逐漸下降。在分蘗期，各品種在處理Ⅰ中的全氮含量最高,處理Ⅱ與之相比顯著下降,處理Ⅲ比處理Ⅱ有不同程度的上升。在抽穗期，優(yōu)I156在各處理下的葉片全氮含量變化情況與分蘗期相似；另外3個品種在3個處理下全氮含量則依次下降。在灌漿期，4個品種在3個處理下全氮含量變化各不相同,沒有出現(xiàn)一致的規(guī)律(圖3)。

2.4不同氮肥水平下的水稻產量性狀

4個水稻品種在處理Ⅰ中的產量最高,在處理Ⅱ中產量都下降,躍新68和淦鑫203的降幅較大。處理Ⅲ中水稻產量較處理Ⅱ有不同程度的上升,株兩優(yōu)30和優(yōu)I156的產量達到了與處理Ⅰ相當?shù)乃?表現(xiàn)出節(jié)肥的特性。分析各品種在不同處理中的產量及其構成因素，發(fā)現(xiàn)節(jié)施氮肥后產量下降與結實率降低有關，而與有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重沒有明顯的關系(表1)。相關分析結果表明：各小區(qū)的水稻葉片葉綠素含量與水稻產量之間的相關系數(shù)為0.634,存在顯著正相關;分蘗期葉片全氮含量與水稻產量之間的相關系數(shù)為0.793,存在極顯著正相關；水稻產量與SOD活性以及抽穗期、灌漿期的葉片全氮含量之間沒有顯著的相關性。

圖2 不同氮肥水平下的水稻葉片SOD活性

圖3 不同氮肥水平下的水稻葉片全氮含量

品種處理有效穗數(shù)每穗粒數(shù)結實率/%千粒重/g產量/(kg/667m2)躍新68Ⅰ10.0113.182.226.9530.5aⅡ9.8116.470.426.3401.1cⅢ8.8118.180.725.9457.0b淦鑫203Ⅰ11.3101.985.027.5538.8aⅡ9.8107.977.327.8422.6bⅢ9.8104.282.928.0449.5b株兩優(yōu)30Ⅰ9.599.081.627.9493.2aⅡ10.899.173.828.9417.1bⅢ12.8117.481.428.0459.3a優(yōu)I156Ⅰ10.5122.484.127.4523.6aⅡ9.7102.780.928.1484.3bⅢ8.2116.383.328.2508.5ab

3 討論與結論

葉綠素是植物中參與光合作用的重要色素。有關研究表明不同水稻品種之間葉片葉綠素含量往往存在明顯的差異,并且葉片葉綠素含量與劍葉的凈光合速率呈顯著正相關[9]。魏海燕等[10]發(fā)現(xiàn)不同水稻品種的氮肥利用效率各異,高效型品種的葉綠素含量、光合速率和全氮含量都高于低效型品種的,并且葉綠素含量對氮肥利用效率和產量性狀有顯著的正面影響。

在本研究中，各品種葉綠素含量之間也出現(xiàn)了差異,但是在不同氮肥水平下表現(xiàn)出一致的變化。在節(jié)氮處理(處理Ⅱ和處理Ⅲ)中,水稻葉片的葉綠素含量下降,影響了光合速率和干物質積累,導致產量降低。通過比較發(fā)現(xiàn)，在正常施肥處理下,株兩優(yōu)30和優(yōu)I156這兩個具有節(jié)肥特性的品種的葉片葉綠素含量高于躍新68和淦鑫203的；在節(jié)氮處理下也是如此。因此,推測在節(jié)施氮肥的條件下,較高的葉綠素含量可以減輕氮素不足對水稻造成的影響。

SOD作為植物體內活性氧清除酶系統(tǒng)的組成部分,其活性是評價植物抗逆性的生理指標之一。在水稻中,SOD活性會隨著逆境脅迫程度的加重而先上升再下降[11],并且其與氮肥利用效率之間存在極顯著的正相關關系；SOD參與延緩葉片衰老的過程,增加對氮素的吸收利用[10]。本研究發(fā)現(xiàn)：各水稻品種的SOD活性沒有表現(xiàn)出一致的變化規(guī)律,在正常施用氮肥條件下不同品種間SOD活性沒有明顯的差異；但是在節(jié)氮處理中,躍新68和淦鑫203的SOD活性都顯著下降,而株兩優(yōu)30和優(yōu)I156的SOD活性維持在原有的水平,且明顯高于前面兩個品種的。因此,株兩優(yōu)30和優(yōu)I156在處理Ⅱ和處理Ⅲ中依然保持較高的SOD活性，這可能使它們具有了節(jié)肥的特性,也是其保持穩(wěn)產的原因之一。

分蘗期是水稻吸收營養(yǎng)元素的時期,在這期間積累的干物質是產量形成的基礎。在本研究中，分蘗期水稻葉片全氮含量與產量之間的相關性達到了極顯著的水平,因此分蘗期葉片全氮含量可以作為反映水稻品種吸收氮素能力和評價節(jié)肥特性的重要指標。水稻葉片的全氮含量是由一些數(shù)量性狀位點(QTL)控制的,具有一定的遺傳基礎和品種特異性[12]。到了生育后期,由于各品種在源庫協(xié)調性和衰老進程上的差異,葉片全氮含量表現(xiàn)出不同的變化,與產量之間不再具有相關性。對產量性狀的分析發(fā)現(xiàn),受氮肥水平影響最大的是結實率,結實率降低也是導致水稻產量下降的直接原因。

氮肥增效劑已經被證明能夠促進水稻對氮素的吸收和積累,并且水稻的氮吸收量是與其產量呈線性相關的[13]。本研究施用氮肥增效劑后,4個水稻品種都表現(xiàn)出不同程度的增產,其中躍新68和株兩優(yōu)30的增產達到了顯著水平,因此可以在實際生產中配合施用氮肥增效劑。本試驗篩選出了株兩優(yōu)30和優(yōu)I156這兩個具有節(jié)肥特性的品種,以及反映產量潛力的生理指標,可以為水稻的節(jié)肥增產研究提供材料和依據。

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(責任編輯:黃榮華)

EffectsofDifferentNitrogenFertilizerLevelsonPhysiologicalIndexesandYieldofHybridEarlyRice

YANG Zhou1, HE Hu1, WANG Fen2, HUANG Guo-juan3, WU Yan-shou1*

(1. Rice Research Institute, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences / National Engineering Laboratory for Rice (Nanchang) / Nanchang Sub-center, National Rice Improvement Center, Nanchang 330200, China; 2. Jiangxi Dingzhong Technology Corporation Limited, Nanchang 330029, China; 3. Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China)

S511.062

A

1001-8581(2017)10-0006-04

2017-05-31

國家科技支撐計劃項目(2013BAD07B12);江西省優(yōu)勢創(chuàng)新團隊項目(20113BCB24015);江西省農業(yè)科學院創(chuàng)新基金 ——博士啟動項目(20151CBS005)。

楊宙(1981─),男,湖北荊門人,博士,主要從事水稻遺傳育種研究。*通訊作者:吳延壽。