氮肥運籌和移栽密度對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響

周嬋嬋 陳海強 王術(shù) 劉麗華 董立強 高光杰

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測實驗站，沈陽110866）

水稻是世界上最重要的糧食作物之一，在亞洲包括中國在內(nèi)的糧食生產(chǎn)中具有十分突出的地位[1]，產(chǎn)量和品質(zhì)是其兩大重要的研究課題。氮肥施用和栽插密度是水稻生產(chǎn)中兩項重要栽培措施，其中，氮素是影響水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量最敏感的因素[2]，而移栽密度是實現(xiàn)水稻群體質(zhì)量設(shè)計的基本環(huán)節(jié)[3]。關(guān)于這兩方面對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響，前人進行了大量的研究，本文就此方面的新近研究進展加以概述，并對當前水稻氮肥施用和栽插密度研究中存在的問題和今后研究的重點進行了討論。

1 氮肥和移栽密度對水稻產(chǎn)量形成的影響

1.1 氮肥對產(chǎn)量形成的影響

1.1.1 氮肥對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

多數(shù)研究認為，在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，但氮肥用量超過一定范圍后，產(chǎn)量和部分產(chǎn)量構(gòu)成因子下降。楊益花[4]的研究驗證了這個趨勢，粳稻品種隨施氮量的增加產(chǎn)量增加，秈稻品種的產(chǎn)量隨施氮量的增加先提高后下降。在低氮水平下，增加氮肥用量有利于提高單位面積有效穗數(shù)、籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量，但施氮量達到一定水平后，有效穗數(shù)隨施氮量的增加而降低。殷春淵等[5]研究認為，單位面積有效穗數(shù)隨著施氮量增加而增加，但是穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重隨施氮量的增加而下降，穗部充實度降低，空癟粒增加，但是分蘗增加，產(chǎn)量增加。氮肥施用量過多，會過分促進水稻營養(yǎng)生長，降低水稻成穗率和結(jié)實率，甚至導(dǎo)致最終產(chǎn)量降低，所以施用氮肥應(yīng)適時適量。魯艷紅等[6]研究表明，在低氮水平下，增加氮肥施用量有利于提高單位面積有效穗數(shù)、籽粒產(chǎn)量，但施氮量達到一定水平后，隨施氮量的增加而降低。單位面積有效穗數(shù)、籽粒產(chǎn)量多以施氮量為180 kg/hm2的處理較高。有些試驗中水稻的籽粒和秸稈產(chǎn)量均隨著施氮量的增加呈增加的趨勢，增加施肥量可使結(jié)實粒數(shù)和有效穗數(shù)增加，從而增加產(chǎn)量，千粒重會隨施肥量的增加而略有下降，但未影響產(chǎn)量，這可能是受施肥水平的影響[7-8]。除了施氮量外，氮肥運籌也對水稻產(chǎn)量有重要影響。MARATA[9]的研究表明，增加水稻幼穗分化至抽穗期的氮素吸收量，能夠顯著提高水稻產(chǎn)量。MILSON等[10]認為，適時追施氮肥有利于獲得較高的產(chǎn)量。

雖然水稻獲得高產(chǎn)存在著最適的施肥量，但因品種類型、生態(tài)環(huán)境和栽培措施而不同。周培南等[11]研究表明，中粳稻9516在揚州地區(qū)適宜施氮量為225.0 kg/hm2，汕優(yōu)63適宜施氮量為 150.0 kg/hm2。黃元財?shù)萚12]研究表明，沈陽地區(qū)遼粳294和沈農(nóng)8718獲得高產(chǎn)的適宜施氮量分別為190.0 kg/hm2和167.0 kg/hm2。魯艷紅[6，13]的研究表明，湖南常德地區(qū)參試水稻品種的產(chǎn)量以施氮180.0 kg/hm2的處理最高。劉艷陽等[14]在江蘇姜堰地區(qū)高、中、低3種地力條件下，研究了不同施氮量對水稻武香粳14產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響，結(jié)果表明，武香粳14在高、中、低3種地力水平上高產(chǎn)的施氮量分別為 246.2 kg/hm2、270.6 kg/hm2和 328.7 kg/hm2。董作珍等[15]的研究表明，浙中地區(qū)水稻獲得高產(chǎn)的氮肥施用量為258.8 kg/hm2。

1.1.2 氮肥對水稻生長發(fā)育的影響

研究表明，氮肥的供應(yīng)量能明顯影響水稻分蘗的形成[16-17]。隨著氮濃度提高，水稻葉片的長度、寬度和葉面積相應(yīng)增加，同時葉片也更加披垂，但葉片厚度減少，比葉重降低[18]。在水稻群體結(jié)構(gòu)方面，郭萬勝等[19]的研究表明，隨著施氮水平的提高，各生育期的莖蘗數(shù)、高峰苗數(shù)、成穗數(shù)均隨之增加。肖立中等[20]進一步指出，隨著施氮量的增加，分蘗后期無效分蘗多，分蘗的成穗率降低。

1.2 移栽密度對產(chǎn)量形成的影響

1.2.1 移栽密度對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

多數(shù)研究表明，水稻產(chǎn)量隨種植密度的增加呈先升后降的趨勢，不同類型的水稻都有各自適宜的栽培密度范圍。王丹英等[21]對浙江省23個水稻主栽品種的調(diào)查表明，水稻產(chǎn)量隨種植密度的增加先增加后減少，單季秈稻種植密度在15.0～18.0萬叢/hm2時，出現(xiàn)產(chǎn)量＞9 750 kg/hm2的概率較大；雙季晚稻種植密度以16.5～21.0萬叢/hm2為宜。郎友忠等[22]認為，在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件和技術(shù)水平下，維持3.0×105叢/hm2的種植密度是水稻取得高產(chǎn)的基礎(chǔ)。許俊偉等[23]的研究表明，產(chǎn)量隨密度的增加呈先升后降的趨勢，秈粳雜交稻和雜交秈稻均以栽插規(guī)格為13.9 cm×30.0 cm處理的產(chǎn)量最高。閆川等[24]以秈稻品種豐優(yōu)香占和粳稻品種武運粳7號為材料的試驗表明，中等行株距處理（30.0 cm×13.3 cm）的產(chǎn)量最高。也有研究認為，在一定范圍內(nèi)，密度對產(chǎn)量影響不大。如鄭克武[25]的研究表明，移栽密度對結(jié)實率和千粒重影響較小，對單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)影響較大，在22.5～31.5萬叢/hm2的密度范圍內(nèi)，有效穗數(shù)與每穗粒數(shù)之間具有良好的互補性，因而產(chǎn)量差異未達顯著水平。徐春梅等[26]的研究認為，移栽密度對結(jié)實率、千粒重、有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)影響較小，各移栽密度下，產(chǎn)量差異未達顯著水平。汪秀志等[27]研究發(fā)現(xiàn)，試驗范圍內(nèi)叢距對產(chǎn)量的作用不顯著。

栽培密度對建立水稻合理的群體結(jié)構(gòu)有很大的影響，與產(chǎn)量密切相關(guān)。移栽密度是影響水稻有效穗數(shù)的一個重要因素，稀植栽培能夠發(fā)揮水稻的個體優(yōu)勢，有利于水稻的分蘗和生長，但是有效穗數(shù)少會影響群體結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量[28-29]，密植栽培單位面積穗數(shù)增加，增加穗數(shù)是提高產(chǎn)量的有效方式，但個體間的生存矛盾加劇，會導(dǎo)致穗粒結(jié)構(gòu)失調(diào)，表現(xiàn)為穗多、穗小、粒少、粒輕和產(chǎn)量低下[30-32]。不同移栽密度增產(chǎn)的調(diào)控重點不同，低密度增蘗增產(chǎn)，中密度增蘗增粒穗增產(chǎn)，高密度增粒穗增產(chǎn)[33]。移栽密度通過分蘗影響群體質(zhì)量建成進而影響最終產(chǎn)量。胡雅杰等[34]研究表明，缽苗機插處理下，不同穗型品種穗數(shù)隨著栽插密度降低而顯著減少，每穗粒數(shù)顯著增加，結(jié)實率和千粒重?zé)o明顯變化規(guī)律。趙峰等[35]研究表明，隨著栽插密度的增大，廣兩優(yōu)272莖蘗峰值、無效分蘗、有效穗數(shù)增多，而每穗實粒數(shù)減少，栽插密度與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系。

1.2.2 栽插密度對水稻生長發(fā)育的影響

在每叢苗數(shù)確定的條件下，移栽密度越大，其單位面積的基本苗數(shù)起點高，單叢土壤營養(yǎng)面積小，對水稻的生長發(fā)育必然造成影響，對分蘗的影響尤其明顯[36-37]。隨栽插密度增加，每叢分蘗和穗數(shù)有規(guī)律地減少，但單位面積總分蘗和穗數(shù)隨密度增加而增加[38]。隨栽插密度降低，單株水稻葉片數(shù)增加，葉片長度和披垂角度也隨之增加[39-40]。郭保衛(wèi)等[41]研究表明，不同類型水稻品種劍葉與倒2葉葉枕距、倒3葉與倒4葉葉枕距、有效葉面積率、高效葉面積率、劍葉夾角、倒2葉長、倒3葉長及葉夾角、穗長及穗下2個節(jié)間長均隨著移栽密度的減小而增大。郎友忠等[22]研究表明，不同密度處理下，水稻葉片寬度及披垂度均發(fā)生了變化，中等密度處理下，齊穗期水稻上層葉面積比例高于低密度和高密度處理。

1.3 氮肥和密度互作對水稻產(chǎn)量形成的影響

諸多研究表明，施氮和移栽密度對水稻產(chǎn)量形成具有明顯的互作作用。陳海飛等[42]的研究表明，施氮量與移栽密度對低產(chǎn)田水稻產(chǎn)量和相關(guān)指標有顯著影響，且存在交互作用，產(chǎn)量和地上部干物質(zhì)量均隨著施氮量和移栽密度的提高而增加，但是在施氮量為225 kg/hm2時，收獲指數(shù)略有下降；收獲指數(shù)隨著移栽密度提高而降低。雷振山等[43]進一步指出，施氮量與種植密度對水稻的結(jié)實特性有一定的互作效應(yīng)，低種植密度下，適當增加氮肥可降低空粒率和秕粒率。鄧中華等[44]研究發(fā)現(xiàn)，有效穗數(shù)隨施氮量和移栽密度的增加而增加，提高移栽密度后實粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重降低，在移栽密度為22.1萬叢/hm2的基礎(chǔ)上施氮194.9 kg/hm2是實現(xiàn)水稻高產(chǎn)高效、節(jié)氮、省工栽培的合理組合。鄭克武等[25]研究表明，兩優(yōu)培九在中等肥力土壤上，施純氮 225.0 kg/hm2、移栽密度 22.5×104叢/hm2，能較好地協(xié)調(diào)穗數(shù)、結(jié)實率和千粒重的關(guān)系而獲得高產(chǎn)。林玉琪[45]研究認為，施氮量與種植密度對產(chǎn)量有極顯著的互作效應(yīng)，但是種植密度對產(chǎn)量作用顯著而施氮量對產(chǎn)量作用不顯著，Ⅱ優(yōu)航2號在中上土壤肥力條件下作雙季晚稻栽培，以施純氮135.0 kg/hm2、種植密度25.5萬叢/hm2，或施純氮225.0 kg/hm2、種植密度10.5萬/hm2為宜。吳朝暉等[46]研究了不同施肥量對超級稻產(chǎn)量及群體結(jié)構(gòu)的影響，認為施氮270.0 kg/hm2、20.0 cm×26.6 cm密度處理群體結(jié)構(gòu)最好，產(chǎn)量最高。其他學(xué)者通過建立回歸模型尋求最佳的氮密組配，使得結(jié)果更加精確[42，47-49]。

2 施氮和移栽密度對水稻品質(zhì)形成的影響

2.1 氮肥對稻米品質(zhì)形成的影響

氮肥在稻米品質(zhì)形成中起重要作用。有研究認為，氮肥用量的增加有利于提高稻米的碾磨品質(zhì)和外觀品質(zhì)[26]。莫釗文等[50]以天優(yōu)998為材料的試驗中發(fā)現(xiàn)，減氮28%處理對水稻的碾磨品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)無顯著影響，外觀品質(zhì)得到提高。孫楠等[51]研究認為，增加施氮量，粳米的碾磨品質(zhì)有所改善，而外觀品質(zhì)變差。李國生等[52]研究表明，施氮量對加工品質(zhì)影響不大，堊白粒率、堊白度和消減值則隨施氮量的增加而增加。有些研究的結(jié)果相似，均表現(xiàn)為稻米蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量及堿消值與施氮量呈正相關(guān)關(guān)系，膠稠度、堊白粒率與施氮量呈負相關(guān)關(guān)系，而加工品質(zhì)與施氮量呈拋物線規(guī)律[52-54]。孫偉晶等[55-56]發(fā)現(xiàn)，適量增施氮肥可提高稻米的糙米率和整精米率，改善稻米的加工品質(zhì)，增加稻米的蛋白質(zhì)含量，減小膠稠度和直鏈淀粉含量，影響稻米的蒸煮食味品質(zhì)。郝虎林[57]研究表明，隨著氮肥用量的增加，稻米蛋白質(zhì)含量增加，直鏈淀粉含量降低，膠稠度變大。而黃元財?shù)萚12]的研究表明，膠稠度與施氮量呈二次曲線關(guān)系。

氮肥施用配比對稻米品質(zhì)也有重要影響。劉健[58]研究表明，蘗肥和穗肥不同配比對糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率等品質(zhì)指標的影響差異不顯著。李廣宇等[59]也提出，前氮后移不會降低稻米的碾磨品質(zhì)和外觀品質(zhì)，對稻米食味品質(zhì)影響不明顯。而殷春淵等[60]研究表明，隨著氮素穗肥的增加，糙米率降低，不完善粒率、堊白粒率和堊白度顯著增加，稻米碾磨品質(zhì)、外觀品質(zhì)和食味下降。張艷霞[61]試驗結(jié)果表明，穗肥氮對稻米蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、支鏈淀粉/直鏈淀粉比和膠稠度的影響品種間存在差異。朱朋波等[62]的研究表明，后期增施氮肥，能顯著提高稻米的蛋白質(zhì)含量，提高糙米率和整精米率，降低堊白粒率、直鏈淀粉含量和膠稠度。張軍等[63]研究表明，孕穗肥能提高稻米精米率、整精米率、蛋白質(zhì)含量，降低堊白粒率、堊白度和直鏈淀粉含量。增施氮肥特別是孕穗肥能顯著提高稻米精米率、整精米率、蛋白質(zhì)含量，降低堊白粒率和直鏈淀粉含量[64]。

2.2 移栽密度對稻米品質(zhì)形成的影響

嚴光彬等[65]研究認為，栽插密度減小，稻米碾磨品質(zhì)下降。耿立清[66]的研究結(jié)果剛好相反。而翟超群[67]認為，碾磨品質(zhì)隨栽插密度的提高先升高后降低，隨著移栽密度的增加，堊白度先降后升。部分研究認為，插秧密度升高導(dǎo)致堊白度升高[68]，而有的研究結(jié)論相反[69]。也有研究認為，密度過高，直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量下降，米質(zhì)變差[70]。吳春贊等[71]研究認為，密度過大會導(dǎo)致直鏈淀粉含量降低，而蛋白質(zhì)的含量升高。王成璦等[72]研究表明，在適宜密度條件下稻米蛋白質(zhì)含量較高，直鏈淀粉含量較低。

2.3 氮肥和移栽密度互作對稻米品質(zhì)形成的影響

氮肥和移栽密度對稻米品質(zhì)的影響存在互作作用。KAZUO[73]指出，稻米蛋白質(zhì)含量與施氮量成正比，在稀植情況下增加氮肥施用，蛋白質(zhì)含量提高。程效義等[74]研究也得出，增施氮肥或降低栽插密度可提高蛋白質(zhì)含量，同時，適量少肥和適度密植可以改善雜交粳稻和常規(guī)粳稻的營養(yǎng)品質(zhì)和食味品質(zhì)，但栽培措施對雜交粳稻的堊白粒率和堊白度影響小。而陳于敏[75]的研究結(jié)果認為，蛋白質(zhì)含量隨施氮量和移栽密度的增加而增加。徐春梅[34]研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)含量隨移栽密度提高略有增加，氮肥用量增加有利于提高稻米的碾磨品質(zhì)和外觀品質(zhì)，蛋白質(zhì)含量也隨之增加。陳新紅等[76-77]指出，低密度水平下，增施氮肥可提高加工品質(zhì)，高密度水平下，增施氮肥對精米率和整精米率無顯著性影響，密度對粒堊白度的影響表現(xiàn)出與氮肥有一定的互作效應(yīng)，高氮肥水平下，增加密度會增大堊白度。殷春淵等[60]認為，在移栽密度27.75萬叢/hm2（行株距30 cm×12 cm）、施氮量為 262.5 kg/hm2時，水稻的外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)較好。

3 研究展望

密植、施肥和灌水是水稻生產(chǎn)中最重要的三項栽培措施，從已有的研究看，關(guān)于水氮互作的研究廣泛而深入[78]，而關(guān)于兩因子與密度的互作研究尚不夠深入，大多只從群體生長發(fā)育角度出發(fā)，簡單的給出產(chǎn)量和品質(zhì)指標結(jié)果，生理研究方面還很匱乏，今后有必要進一步加強研究。

從已有的關(guān)于施氮和密度對產(chǎn)量形成影響的研究分析，在一定范圍內(nèi)，氮肥和密度與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系，二者間存在明顯的互作，水稻高產(chǎn)存在最佳組合值已成結(jié)論。但由于產(chǎn)量還受生態(tài)環(huán)境、品種類型、土壤狀況、栽培管理水平等其他因素的影響，所以關(guān)于氮肥和密度的最佳組合值的定量研究存在空間上的差異和時間上的延續(xù)。作物高產(chǎn)栽培講求良種與良法相結(jié)合，隨著水稻品種的更新?lián)Q代，氮肥和密度的研究亦將深入發(fā)展，而具有代表性、普適性的理論和成果是未來科研所面臨的任務(wù)。

從氮肥和密度互作對稻米品質(zhì)的影響結(jié)果來看，到目前為止很多結(jié)論尚不一致，甚至有些試驗結(jié)果相反，這表明稻米品質(zhì)影響因子的多樣性和形成過程的復(fù)雜性，只有對其形成機理進行深入的研究，才能更好地解決優(yōu)質(zhì)栽培的肥密運籌問題。