氮肥運(yùn)籌對(duì)雙季晚稻產(chǎn)量及光合特性的影響

蘇 姍，傅志強(qiáng)，龍文飛，李海林

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

2050年世界人口將達(dá)90億[1]，全球需增加70%～100%的糧食才能滿足人口增長(zhǎng)的需求[2]。人口增加與耕地減少是我國(guó)的基本國(guó)情，預(yù)計(jì)到2030年我國(guó)人口達(dá)到峰值14.73億[3]，農(nóng)作物單產(chǎn)需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高50%以上才能滿足糧食的安全供給[4]。因此，提高糧食作物的單位面積產(chǎn)量成為我國(guó)解決人多地少矛盾的主要技術(shù)途徑。水稻作為我國(guó)三大主糧作物之一，單產(chǎn)連續(xù)10余年超過(guò)6 t/hm2，高出世界平均水平65%左右，因此，水稻的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對(duì)保證我國(guó)乃至世界的糧食安全發(fā)揮著非常重要的作用[5]。合理的氮肥施用時(shí)期對(duì)水稻產(chǎn)量的形成具有重要影響，是水稻高產(chǎn)栽培技術(shù)的重要組成部分[6]。

氮素是植株體內(nèi)氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸、輔酶以及光合色素分子等的重要組成成分，因此，葉片氮素的營(yíng)養(yǎng)狀況與光合速率密切相關(guān)。Evans[7]研究表明，一定供氮范圍內(nèi)，增加施氮量可增加葉片含氮量和提升葉片凈光合速率，但葉片氮素含量過(guò)高時(shí)，葉片凈光合速率反而降低。王先俱等[8]研究認(rèn)為，在水稻灌漿后期保持一定水平凈光合速率，能有效地保證活稈成熟、不早衰。張軍等[9]研究表明，生育后期適當(dāng)?shù)适┯媚茱@著提高劍葉凈光合速率，延緩劍葉衰老，延長(zhǎng)光合時(shí)間。很多研究提出，在適當(dāng)?shù)视昧康幕A(chǔ)上，增加追肥比例有利于提高水稻中后期群體光合速率[10-11]。蔡永萍等[12]研究認(rèn)為，齊穗后劍葉光合速率、可溶性糖含量較高，有較充足的“源”是水稻高產(chǎn)的原因。

湖南省南部是主要雙季稻種植區(qū)，光溫水資源豐富，但由于雨水分配不均，容易造成季節(jié)性干旱，導(dǎo)致減產(chǎn)。因此，在湘南雙季稻區(qū)采用“早蓄晚灌”節(jié)水栽培模式有利于晚稻穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)，減少晚季雨量不足造成的減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。目前，“早蓄晚灌”節(jié)水栽培條件下輕簡(jiǎn)化栽培措施對(duì)晚稻產(chǎn)量及光合特性方面的研究還少見(jiàn)報(bào)道。

本試驗(yàn)以早稻生育后期(抽穗期始)蓄水位，晚稻生育前期(移栽返青期)蓄水為前提，采用早稻翻耕和晚稻免耕機(jī)插機(jī)收結(jié)合氮肥運(yùn)籌技術(shù)，研究“早蓄晚灌”節(jié)水輕簡(jiǎn)栽培模式對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和光合特性的影響，比較在“早蓄晚灌”節(jié)水輕簡(jiǎn)栽培條件下不同氮肥配比對(duì)晚稻的影響，以探索最優(yōu)的施肥方案，為“早蓄晚灌”節(jié)水輕簡(jiǎn)栽培模式提供理論依據(jù)與技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的晚稻品種為雜交稻豐源優(yōu)299和常規(guī)稻玉針香。

1.2 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2015-2016年在瀏陽(yáng)市沿溪鎮(zhèn)湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)實(shí)習(xí)基地(113°83′46″E，28°30′93″N)進(jìn)行，土壤類型為壤土，理化性狀為：有機(jī)質(zhì)含量35.05 g/kg、堿解氮含量140.38 mg/kg、有效磷含量53.86 mg/kg、速效鉀含量98.04 mg/kg、全氮含量2.22 g/kg、全磷含量536.00 mg/kg、全鉀含量6.02 g/kg。6月22日播種，8月3日移栽，10月31日收獲。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在晚稻施純N 150 kg/hm2的條件下，共設(shè)7個(gè)肥料運(yùn)籌方式處理：A.一次性施復(fù)合肥作為基肥施入(由湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院生物資源利用研究所提供，總養(yǎng)分≥40%，N-P2O5-K2O∶20-8-12)；B.一次性施緩控釋肥作為基肥施入(由湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院生物資源處利用研究所提供，N≥42.0%；NPK按1.0∶0.5∶1.0，PK作蘗肥施入)；C.分蘗期∶孕穗期∶抽穗期=6∶3∶1(NPK按1.0∶0.5∶1.0，PK作蘗肥施入)；D.分蘗期∶孕穗期∶抽穗期=5∶3∶2(NPK按1.0∶0.5∶1.0，PK作蘗肥施入)；E.分蘗期∶孕穗期∶抽穗期=4∶3∶3(NPK按1.0∶0.5∶1.0，PK作蘗肥施入)；F.不施N肥，P、K肥與上述處理相同；CK：常規(guī)施肥(基肥∶分蘗肥∶孕穗肥=5∶2∶3)與常規(guī)管理(NPK按1.0∶0.5∶1.0，PK作蘗肥施入)。

完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積50 m2，每個(gè)小區(qū)栽植2個(gè)品種，各25 m2。機(jī)插密度25 cm×14 cm。各小區(qū)間做田埂覆膜分開(kāi)并單獨(dú)排灌，以防肥水串灌。早稻機(jī)收時(shí)齊泥收割使禾蔸浸于水面下，插秧前施用除草劑，減少再生稻對(duì)晚稻的影響。晚稻插秧前稍加平整稻田，需施用基肥的處理移栽前2 d施用，適宜水層進(jìn)行免耕機(jī)插移栽晚稻。

基肥插秧前2 d施入，蘗肥插秧后5 d施入，孕穗肥插秧后25 d施入，抽穗肥插秧后40 d施入。移栽35 d后曬田5 d，灌水后施入抽穗肥，水稻黃熟期自然落干，其余時(shí)期采用薄水層(10～20 mm)與無(wú)水層相間的灌水方式。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 水稻產(chǎn)量以及構(gòu)成因素 水稻成熟期各小區(qū)均取2 m2用于實(shí)際產(chǎn)量測(cè)定(以每平方米株數(shù)確定取樣株數(shù)，邊3行不取)，以含水量13.5%折算為實(shí)際產(chǎn)量。成熟期各小區(qū)調(diào)查60株計(jì)算有效穗，按平均取樣法各小區(qū)取5株用于考察穗長(zhǎng)、總粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)和千粒質(zhì)量。

1.4.2 光合測(cè)定 在水稻分蘗盛期、孕穗期、抽穗期和乳熟期的晴天9：00-11：30，在每個(gè)小區(qū)選取有代表性的2個(gè)植株最頂層全展葉(抽穗期和乳熟期測(cè)劍葉)，采用LI-6400XT光合儀測(cè)定水稻植株葉片中部的凈光合速率和蒸騰速率。

1.5 數(shù)據(jù)整理與分析

采用Excel 2003、SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)和分析，方差分析采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥運(yùn)籌對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可知，玉針香除了處理C，以處理E(氮肥配比為分蘗期∶孕穗期∶抽穗期=4∶3∶3)產(chǎn)量顯著高于其他處理，產(chǎn)量達(dá)到7 930 kg/hm2，較施氮處理高3.12%～15.94%，較不施氮處理高44.44%；豐源優(yōu)299除了處理B，以處理D(氮肥配比為分蘗期∶孕穗期∶抽穗期=5∶3∶2)產(chǎn)量顯著高于其他處理，產(chǎn)量達(dá)到7 980 kg/hm2，較施氮處理高2.57%～9.47%，較不施氮處理高40.74%；不施氮處理產(chǎn)量玉針香較其他施氮處理低19.74%～30.77%，豐源優(yōu)299較其他施氮處理低22.22%～28.95%。說(shuō)明施氮處理比不施氮處理更能促進(jìn)水稻增產(chǎn)，并且在一定范圍內(nèi)氮肥后移有利于水稻產(chǎn)量的增加，但當(dāng)后移過(guò)量卻使水稻產(chǎn)量下降。

由表1可知，處理A、E和CK條件下玉針香和豐源優(yōu)299穗長(zhǎng)均表現(xiàn)較高，其他處理間2個(gè)品種表現(xiàn)不一，均以不施氮處理顯著低于其他處理，玉針香低2.09%～6.95%，豐源優(yōu)299低1.96%～6.82%。2個(gè)品種有效穗處理C、D和E均顯著高于對(duì)照處理CK，說(shuō)明氮肥后移對(duì)有效穗的形成有一定的促進(jìn)作用，但有效穗處理C>D>E，說(shuō)明隨施氮量后移比例的增加有效穗呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，不施氮處理的有效穗均顯著低于施氮處理，玉針香降低了18.33%～29.15%，豐源優(yōu)299降低了18.96%～30.13%。單株粒數(shù)均以不施氮處理最低，玉針香降低22.30%～34.93%，豐源優(yōu)299降低18.64%～29.33%；玉針香以處理A最高，處理E次之，豐源優(yōu)299以處理D最高，處理C次之，2個(gè)品種單株粒數(shù)呈現(xiàn)不同差異性。結(jié)實(shí)率玉針香以不施氮處理F最高，處理E次之，豐源優(yōu)299以對(duì)照CK處理最高，不施氮處理F次之，其余2個(gè)品種各處理差異性表現(xiàn)不同。2個(gè)品種粒重均以一次性施隆福牌復(fù)合肥處理A最高，較其他處理玉針香高0.90%～7.18%，豐源優(yōu)299高0.88%～4.31%，2個(gè)品種處理C、D與E間呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)，常規(guī)稻玉針香呈現(xiàn)出氮肥施用后移越多粒重越少的趨勢(shì)，而雜交稻豐源優(yōu)299則反之。因此，2個(gè)品種在相同施氮配比條件下產(chǎn)量及其構(gòu)成因素表現(xiàn)存在差異。

表1 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因數(shù)的影響Tab.1 Effect of different treatments on grain yield and yield components

注：同一品種同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。表2-3同。

Note：Values followed by different letters in same column mean significant at the 5% levels.The same as Tab.2-3.

2.2 氮肥運(yùn)籌對(duì)光合速率的影響

2.2.1 氮肥運(yùn)籌對(duì)凈光合速率的影響 由表2可知，水稻凈光合速率2個(gè)品種主要生育期內(nèi)呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，且分蘗盛期-孕穗期降低趨勢(shì)最大，玉針香降低幅度為29.92%～45.38%，豐源優(yōu)299降低幅度為28.62%～36.51%；而孕穗期-乳熟期降低幅度玉針香為5.01%～17.47%，豐源優(yōu)299為1.28%～13.28%。不同處理對(duì)玉針香凈光合速率的影響呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，在孕穗期影響達(dá)到最大，分蘗盛期影響最低；對(duì)豐源優(yōu)299的影響則以乳熟期最大，孕穗期次之，分蘗盛期影響最低。玉針香分蘗盛期與孕穗期氮肥后移處理均呈現(xiàn)隨后移施氮比例的增加呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，抽穗期-乳熟期則逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橄喾吹内厔?shì)，且在乳熟期氮肥后移處理凈光合速率均高于對(duì)照處理CK；凈光合速率各主要生育期中分蘗盛期以不施氮處理F最高，一次性緩控釋肥處理B次之，氮肥后移處理C最低，孕穗期以一次性緩控釋肥處理B最高，氮肥后移處理E次之，不施氮處理F最低，抽穗期以對(duì)照處理CK最高，氮肥后移處理D次之，不施氮處理F最低，乳熟期以氮肥后移處理C最高，處理D次之，不施氮處理最低。豐源優(yōu)299葉片凈光合速率隨氮肥后移比例的增加各主要生育時(shí)期均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)氮肥后移比例越高水稻葉片凈光合速率呈現(xiàn)越高的趨勢(shì)；分蘗盛期以一次性隆福牌復(fù)合肥施用處理A最高，氮肥后移處理E次之，不施氮處理F最低；其他各主要生育時(shí)期均以氮肥后移處理E水稻葉片凈光合速率最高。由表2可知，玉針香和豐源優(yōu)299都隨氮肥后移比例的增加呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，即合理的施肥比例有利于增加水稻凈光合速率，但玉針香則呈現(xiàn)不同處理對(duì)水稻的凈光合速率在各個(gè)生育期有各自的特征，豐源優(yōu)299在生育前期以處理A最高，孕穗期-乳熟期以處理E最佳。

表2 不同處理對(duì)水稻凈光合速率的影響Tab.2 Effect of different treatments on net photosynthetic rate of rice μmol/(m2·s)

注：*和**分別表示在P<0.05和P<0.01水平下顯著。表3同。

Note：*and**mean significant difference at 5% and 1% levels，respectively.The same as Tab.3.

2.2.2 氮肥運(yùn)籌對(duì)蒸騰速率的影響 由表3可知，水稻蒸騰速率在測(cè)定生育期內(nèi)呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，孕穗期較分蘗盛期玉針香降低32.32%～41.76%，豐源優(yōu)299降低21.49%～41.63%；抽穗期較孕穗期玉針香降低8.86%～27.72%，豐源優(yōu)299降低7.74%～38.42%；乳熟期較抽穗期玉針香降低29.70%～43.25%，豐源優(yōu)299降低16.41%～39.82%；在測(cè)定生育期內(nèi)分蘗盛期-孕穗期蒸騰速率降低幅度所占比例總體來(lái)說(shuō)最高，玉針香降低幅度占47.75%～63.10%，豐源優(yōu)299降低幅度占36.65%～64.92%，但豐源優(yōu)299處理C表現(xiàn)出抽穗期-乳熟期降低幅度占40.45%>分蘗盛期-孕穗期的36.65%。方差分析表明，不同處理對(duì)水稻各生育期蒸騰速率的影響均表現(xiàn)為極顯著，但影響程度不同，玉針香表現(xiàn)為先降低再升高的趨勢(shì)，在孕穗期對(duì)蒸騰速率的影響程度最低，乳熟期最高，分蘗盛期次之；豐源優(yōu)299則表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，在抽穗期影響程度達(dá)到最大，孕穗期次之，分蘗盛期則最低；因此，不同處理對(duì)水稻不同生育期的蒸騰速率的影響均極顯著，但影響程度的高低與品種自身特性也有一定的聯(lián)系。水稻各主要生育期內(nèi)2個(gè)品種氮肥后移處理間蒸騰速率均表現(xiàn)隨氮肥后移比例的增加而降低的趨勢(shì)，表現(xiàn)為處理C>D>E。在分蘗盛期以不施氮處理F蒸騰速率顯著高于其他處理，其中玉針香高4.34%～16.68%，豐源優(yōu)299高16.30%～24.92%；孕穗期、抽穗期和乳熟期2個(gè)品種均以處理C蒸騰速率最高，且在孕穗期與抽穗期均顯著高于其他處理。由此可知，在水稻生長(zhǎng)前期以不施氮處理最佳，孕穗期-乳熟期以處理C施肥比例最合適。

表3 不同處理對(duì)水稻蒸騰速率的影響Tab.3 Effect of different treatments on transpiration rate of rice mmol/(m2·s)

3 結(jié)論與討論

3.1 氮素對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

相同施氮量條件下，調(diào)整基蘗穗肥比例，可協(xié)調(diào)水稻群體質(zhì)量，進(jìn)而促進(jìn)水稻增產(chǎn)，達(dá)到水稻高產(chǎn)高效的目標(biāo)[13-14]。在不同的生態(tài)條件及栽培條件下，氮肥基蘗穗肥的施入比例適宜值在不同水稻生產(chǎn)區(qū)域存在不同結(jié)論，主要受氣候條件、土壤理化性狀、水稻品種、栽植方式以及栽植基本苗等多因素影響[15-17]。有研究表明，氮肥適當(dāng)?shù)暮笠圃黾铀肓７实氖┯糜欣诜涝缢?，鞏固穗?shù)，攻取大穗，進(jìn)而提高水稻產(chǎn)量[18-19]。本研究結(jié)果表明，在不同氮肥配比條件下，玉針香以處理E(分蘗期∶孕穗期∶抽穗期=4∶3∶3)產(chǎn)量最高，豐源優(yōu)299以處理D(分蘗期∶孕穗期∶抽穗期=5∶3∶2)產(chǎn)量最高，高于一次性復(fù)合肥與緩控釋肥施用和對(duì)照處理常規(guī)施肥方式，但2個(gè)品種產(chǎn)量最高對(duì)應(yīng)的氮肥基蘗穗適宜配比值不同。

一定范圍內(nèi)氮肥后移有利于水稻產(chǎn)量的增加，當(dāng)后移過(guò)量水稻產(chǎn)量存在下降趨勢(shì)，如豐源優(yōu)299處理E(分蘗期∶孕穗期∶抽穗期=4∶3∶3)產(chǎn)量要低于處理D(分蘗期∶孕穗期∶抽穗期=5∶3∶2)。有效穗隨著氮肥的后移呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，但2個(gè)品種氮肥后移處理均比對(duì)照處理有效穗高，說(shuō)明將基肥延后至插秧后施用更有利于有效穗的形成。粒重2個(gè)品種則呈現(xiàn)相反的結(jié)論，常規(guī)稻玉針香表現(xiàn)出隨著氮肥后移量的增加呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，而雜交稻豐源優(yōu)299則表現(xiàn)出隨氮肥后移量的增加呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。因此，適宜的氮肥后移能夠促進(jìn)水稻的高產(chǎn)，但也需要考慮水稻品種、區(qū)域環(huán)境等因素對(duì)氮肥配比的影響，才能實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)高效栽培。

3.2 氮素對(duì)水稻光合特性的影響

水稻各主要生育期光合特性的動(dòng)態(tài)變化可有效反映水稻在不同生育期光合特性的變化趨勢(shì)，從而針對(duì)不同的變化趨勢(shì)采取適宜的栽培管理措施，有效提高光合利用率，進(jìn)而提高水稻產(chǎn)量，達(dá)到高產(chǎn)高效的生產(chǎn)目標(biāo)。作物光合作用是其產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，水稻產(chǎn)量的形成來(lái)自于光合產(chǎn)物的累積與分配，穗后光合作用是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因素[12，20-23]。水稻光合作用與產(chǎn)量之間的關(guān)系存在很多觀點(diǎn)，有研究認(rèn)為，作物葉片光合速率有時(shí)候與產(chǎn)量相關(guān)性不大[24]，也有研究認(rèn)為，光合速率是影響水稻產(chǎn)量的主要因素[25]，也有人提出，作物產(chǎn)量與光合速率呈負(fù)相關(guān)是假象，呈正相關(guān)才是規(guī)律[22，26]。

本研究認(rèn)為，水稻葉片凈光合速率和蒸騰速率均隨生育期的增長(zhǎng)呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，并且在分蘗盛期-孕穗期階段降低程度最高。水稻凈光合速率在生育前期2個(gè)品種均表現(xiàn)為隨氮肥后移比例的增加而增加的趨勢(shì)，但生育后期2個(gè)品種則呈現(xiàn)相反的結(jié)果，玉針香逐步轉(zhuǎn)變?yōu)殡S氮肥后移比例的增加而呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，而豐源優(yōu)299則保持與生育前期一樣的趨勢(shì)。水稻各主要生育期內(nèi)2個(gè)品種氮肥后移處理間蒸騰速率均表現(xiàn)隨氮肥后移比例的增加而降低的趨勢(shì)，表現(xiàn)為處理C>D>E，說(shuō)明不同處理方式水稻的光合特性存在差異。

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