不同栽培模式對華南雙季晚稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

潘俊峰，鐘旭華，黃農(nóng)榮，劉彥卓，田 卡，梁開明，彭碧琳，傅友強，胡香玉

(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 水稻研究所/廣東省水稻育種新技術(shù)重點實驗室，廣東 廣州 510640)

根據(jù)我國人口增長對稻米的需求估計，2010至2030年水稻產(chǎn)量要增加14%才能滿足人口增長對稻米的需求[1]。培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、多抗的水稻品種無疑是滿足我國人口、資源和環(huán)境之間矛盾的重要途徑，但在配套栽培措施不到位的情況下，水稻品種的優(yōu)勢性狀也很難凸顯[2]。在拉丁美洲，用20～30 a前的品種作為研究對象，通過改進栽培管理措施使得水稻產(chǎn)量從2000年的5.4 t·hm-2增加到2008年的7.2 t·hm-2，單產(chǎn)增幅達33%[3]。在亞洲存在一個較為普遍的現(xiàn)象，重視新品種培育，而對配套栽培技術(shù)的研究較為缺乏，使得品種更新?lián)Q代快，其優(yōu)勢并沒有充分挖掘和發(fā)揮。

養(yǎng)分管理、栽插密度和行株距配置等單一措施對水稻產(chǎn)量、肥料利用效率等性狀影響的研究已開展較多[4-11]。由于水稻產(chǎn)量不但受氮肥管理、栽植密度的影響，還與水稻生長發(fā)育的自我調(diào)節(jié)能力緊密相關(guān)，因此，單一栽培措施很難充分挖掘品種的優(yōu)勢特性。Peng等[12]指出，目前我國仍比較缺乏包括水稻不同種植密度、不同養(yǎng)分等農(nóng)藝措施組合的研究，在保護環(huán)境的前提下，研發(fā)綜合栽培管理措施提高水稻產(chǎn)量、資源利用效率和農(nóng)戶收益，是協(xié)調(diào)人口、資源和環(huán)境間矛盾的重要途徑。Qin等[8]也指出，研發(fā)綜合栽培管理措施要與當?shù)氐臍夂蛱攸c相匹配才能最大限度地挖掘水稻品種高產(chǎn)潛力。

本團隊前期研發(fā)的水稻三控施肥技術(shù)可比傳統(tǒng)技術(shù)減少10%的氮肥用量，增產(chǎn)6%～8%，在生產(chǎn)上已有大面積應(yīng)用[13-14]。在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，能否通過綜合調(diào)控氮肥用量、栽插規(guī)格等措施進一步提高雙季稻產(chǎn)量和氮肥利用率，這方面研究仍較為缺乏。本研究的目的是闡明綜合栽培措施對水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響，為雙季稻高產(chǎn)和氮高效的綜合栽培管理技術(shù)研發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所培育的早晚季兼用型兩系超級雜交稻組合粵雜889。

1.2 試驗地點

試驗于2011和2012年晚季在廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)院白云試驗基地(23°25′N，113°25′E)進行。采用常規(guī)水育秧，7月22日播種，8月7日移栽，兩年播栽時間一致，雙本移栽。試驗田耕作層土壤理化性質(zhì)：pH為6.09，全氮含量1.23 g·kg-1，有效磷9.0 mg·kg-1，速效鉀107.0 mg·kg-1，有機質(zhì)20.7 g·kg-1。犁底層土壤主要理化性狀為：pH為6.25，全氮含量0.98 g·kg-1，有效磷8.0 mg·kg-1，速效鉀84.5 mg·kg-1，有機質(zhì)15.7 g·kg-1。試驗基地2年的氣象資料見表1。

1.3 試驗設(shè)計

2年試驗設(shè)計相同，均設(shè)置6種栽培模式，即無氮區(qū)(N0)、前期重施氮肥的農(nóng)民習(xí)慣栽培(FP)和4種氮肥后移栽培模式(簡稱M1-M4)，具體如下：

N0：無氮區(qū)。不施氮肥，移栽前一次性施入過磷酸鈣(含P2O513.5%)375 kg·hm-2，鉀肥(氯化鉀，含K2O 60%)225 kg·hm-2在插秧前和穗分化始期分2次等量施用。栽插株行距為20 cm×20 cm。除生育中期排水擱田外，其余時期保持水層，至收獲前1周斷水。

表12011和2012年試驗地從水稻移栽到成熟的日均氣象數(shù)據(jù)

Table1Daily meteorological condition at the experimental field from transplanting to maturity in 2011 and 2012

發(fā)育階段Growthperiod溫度T/℃20112012日照時數(shù)Sunshine hours/h20112012TR-MT28.527.97.06.5MT-PI28.527.57.16.6PI-HD26.624.77.16.9HD-MAT22.521.75.64.5

TR，移栽期；MT，分蘗中期；PI，穗分化始期；HD，抽穗期；MAT，成熟期。

TR， Transplanting; MT， Mid-tillering; PI， Panicle Initiation; HD， Heading Date; MAT， Maturity.

FP：農(nóng)民習(xí)慣栽培?？偟?純氮，以下同)為200 kg·hm-2，以尿素形式施入，按基肥∶回青肥∶分蘗肥∶長粗肥為3∶2∶3∶2施用，栽插株行距為20.0 cm×23.3 cm。磷、鉀肥的用量和水分管理方式同N0處理。

M1：高產(chǎn)高效1(水稻三控施肥技術(shù))。氮肥較FP處理減10%，即180 kg·hm-2，氮肥按照基肥∶分蘗肥∶促花肥(穗分化始期)∶粒肥(抽穗期，小區(qū)50%植株見穗)為4∶2∶3∶1施用，磷、鉀肥的用量、施用時間和水分管理方式同F(xiàn)P處理，栽插株行距為20 cm×20 cm。

M2：高產(chǎn)高效2。氮肥用量與FP相同，為200 kg·hm-2。氮肥按照基肥∶分蘗肥∶穗分化肥∶粒肥為4∶2∶3∶1施用，磷、鉀肥的用量和施用時間同F(xiàn)P處理，行株距為30.0 cm×13.3 cm。

M3：高產(chǎn)高效3。氮肥較FP處理減10%，即180 kg·hm-2，氮肥按照基肥：分蘗肥：促花肥：粒肥為4∶2∶3∶1施用，密度比FP處理增加40%，栽插行株距為25.0 cm×13.3 cm。其他措施同F(xiàn)P處理。

M4：高產(chǎn)高效4。氮肥較FP增加10%，為220 kg·hm-2，按基肥∶分蘗肥∶促花肥∶粒肥為4∶2∶3∶1施用。栽插行株距為30.0 cm×13.3 cm。其他措施同F(xiàn)P模式。

不同栽培模式的施肥時間和施肥比例列于表2。各小區(qū)用拖拉機旋耕，耕深10～15 cm，上水后耱平。試驗采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，每處理重復(fù)3次，小區(qū)面積34 m2，小區(qū)之間筑田埂并用塑料薄膜覆蓋，以防肥水串灌。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 莖蘗動態(tài)

每小區(qū)定點12穴，移栽后每周調(diào)查一次莖蘗數(shù)，用于統(tǒng)計不同處理的最高分蘗數(shù)和分蘗成穗率。

1.4.2 葉綠素相對含量(SPAD)和葉面積

葉片SPAD值分別于分蘗中期、穗分化始期、抽穗期和抽穗后20 d測定，劍葉全展前，測定植株的最上完全展開葉，劍葉抽出后測定劍葉。在葉片的中部和中部上、下3 cm處用502型SPAD葉綠素儀測定，取3處測定值的平均值表示該葉的SPAD值。每小區(qū)重復(fù)測定10片葉。葉面積采用美國產(chǎn)LI-COR MODEL 3100C型葉面積儀測定。

表2 不同栽培模式的施氮時間和氮肥施用比例

Table2Timing and rate of nitrogen fertilizer application under different cultivation patterns

處理Treatment總施氮量Nitrogen/(kg·hm-2)施氮時間和比例Time of N application (days after transplanting) and rate基肥Basal回青肥Recovering分蘗前期Early tillering分蘗中期Mid-tillering分蘗后期Late tillering穗分化始期Panicle initiation抽穗期HeadingN000000000FP200-1a, 30%b3～5, 20%9～11, 30%020～25, 20%00M1180-1, 40%0015～17, 20%030～35, 30%抽穗Heading, 10%M2200-1, 40%0015～17, 20%030～35, 30%抽穗Heading, 10%M3180-1, 40%0015～17, 20%030～35, 30%抽穗Heading, 10%M4220-1, 40%0015～17, 20%030～35, 30%抽穗Heading, 10%

a，數(shù)字或文字表示插秧后天數(shù)或生育階段；b，該時期氮肥用量占氮肥總用量的比例。M1、M2、M3和M4栽培模式的氮肥施用時間和使用比例一致。

a， The numbers or annotation represent days after transplanting or growth period， respectively; b， The numbers represent the percentage of total N fertilizer applied. M1， M2， M3 and M4 had the same timing and percentage.

1.4.3 干物質(zhì)質(zhì)量

分別于分蘗盛期(移栽后20 d)、穗分化始期、抽穗期和成熟期，按平均莖蘗數(shù)取12穴(小區(qū)邊行不取)，分成葉片、莖鞘和穗(抽穗后)等部分裝袋，于105 ℃殺青15 min，再經(jīng)70 ℃烘干至恒質(zhì)量，測定各處理植株干物質(zhì)積累量，將烘干的樣品粉碎后用于氮含量測定。

1.4.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

成熟期每小區(qū)調(diào)查24穴，計算單位面積有效穗數(shù)。按平均穗數(shù)取12穴，考查穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素，最后分小區(qū)實割5 m2測產(chǎn)。

1.4.5 氮含量

烘干粉碎的植株樣品用H2SO4-H2O2消煮，用凱氏定氮法測定氮含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

分蘗成穗率(productive tillers，%)=成熟期有效穗數(shù)/最高分蘗數(shù)×100；

粒葉比(grain-leaf ratio，grain·cm-2)=成熟期單位面積總粒數(shù)/抽穗期葉面積；

庫容量(sink potential，g·m-2)=成熟期單位面積穗數(shù)×每穗粒數(shù)×飽粒千粒重；

氮肥轉(zhuǎn)運量(NT，kg·hm-2)=抽穗期總氮積累量-成熟期稻草、枝梗和空秕粒氮積累量；

氮肥轉(zhuǎn)運率(NTR，%)=氮肥轉(zhuǎn)運量/抽穗期氮積累量×100；

氮吸收利用率(RE，%)=(施氮區(qū)作物吸氮量-不施氮區(qū)作物吸氮量)/施氮量×100；

氮農(nóng)學(xué)利用率(AE，kg·kg-1)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量×100；

氮肥偏生產(chǎn)力(PFP，kg·kg-1)=水稻產(chǎn)量/施氮量。

增產(chǎn)量(t·hm-2)=氮肥后移模式產(chǎn)量-FP模式產(chǎn)量；

增產(chǎn)率(%)=(氮肥后移模式產(chǎn)量-FP模式產(chǎn)量)/ FP模式產(chǎn)量×100。

運用Microsoft excel 2010處理數(shù)據(jù)。用STATISTICA (StatSoft Inc. Statistica. Tulsa OK. 1991)軟件進行數(shù)據(jù)分析，用LSD0.05(least significant difference test)進行樣本平均數(shù)的差異顯著性比較。采用SigmaPlot 12.5(Systat Software， Inc. 2011)作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣象條件

2年中不同生育期的平均溫度和日照時數(shù)見表1。日均溫度隨生育進程推移逐漸降低，2年趨勢一致，但2011年各個生育階段的日均溫度比2012年高0.6～1.9 ℃。平均日照時數(shù)從插秧至成熟期呈先增加后降低的趨勢，穗分化始期-抽穗期階段日照時數(shù)最長；2011年日均日照時數(shù)比2012年長，其中抽穗至成熟期的日均日照時數(shù)2011年比2012年長1.1 h。

2.2 栽培模式對水稻產(chǎn)量和構(gòu)成因素的影響

6個處理的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子見表3。整體上看，2011年水稻產(chǎn)量要高于2012年，平均高12.6%；4種氮肥后移模式均較FP增產(chǎn)，增幅達6.3%～24.1%，其中產(chǎn)量最高的為M4(2011)和M3(2012)模式。氮肥后移模式間對比發(fā)現(xiàn)，M1模式(三控技術(shù))較FP增產(chǎn)6.3%～16.7%，M2、M3和M4模式較M1平均增產(chǎn)3.6%(2011)和10.3%(2012)。分析不同處理的產(chǎn)量構(gòu)成因子發(fā)現(xiàn)，這4種氮肥后移模式的增產(chǎn)得益于單位面積總穎花數(shù)(單位面積穗數(shù)×每穗穎花數(shù))和結(jié)實率的顯著增加，4種氮肥后移模式總穎花數(shù)2年平均分別比FP增加5.4%、10.1%、7.8%和8.2%，結(jié)實率分別增加4.5%、7.0%、7.8%和8.0%(表3)。由表3可以看出，單產(chǎn)達到10 t·hm-2時，單位面積總穎花數(shù)均超過4.3×108·hm-2。

2.3 不同栽培模式下的群體莖蘗消長動態(tài)和成穗率

由表4可知：隨著生育進程推移，不同模式的單位面積分蘗數(shù)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在穗分化始期達最大值。N0處理4個時期的分蘗數(shù)均最少，M1、M2、M3和M4模式2年莖蘗成穗率平均分別為56.5%、53.4%、58.4%和57.1%，明顯高于FP模式(46.3%)。

總體上看：與4種氮肥后移模式相比，穗分化始期FP模式下水稻葉面積指數(shù)最高，2011年差異顯著，2012年差異不顯著。這4種氮肥后移模式2年的平均庫容量分別比FP提高7.2%、10.7%、11.6%和9.9% (表5)。

表3 不同栽培模式對產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

Table3Grain yield and its components under different cultivation patterns

年份Year處理Treatment有效穗數(shù)Effective panicle/(104 hm-2)每穗穎花數(shù)Spikelets perpanicle單位面積穎花數(shù)Spikelets perunit area/(108 hm-2)結(jié)實率Grain fillingpercentage/%千粒重1000-grainweight/g產(chǎn)量Yield/(t·hm-2)2011N0191.7 b142.0 a2.72 b78.6 ab27.4 c5.88cFP267.9 a149.0 a3.99 a76.9 b27.9 bc8.54 bM1282.0 a157.8 a4.45 a79.5 ab28.3 ab9.97 abM2285.5 a156.3 a4.45 a81.8 ab28.3 ab10.29 aM3299.5 a144.4 a4.34 a80.9 ab28.8 a10.10 abM4304.9 a145.6 a4.43 a83.9 a28.5 ab10.60 a2012N0183.4 c155.6 ab2.85 b74.1 c27.1 ab5.72 cFP234.6 b161.5 a3.78 a77.8 bc26.9 ab7.92 bM1261.2 ab143.3 b3.74 a82.3 ab27.4 ab8.42 abM2266.0 ab154.2 ab4.10 a83.6 ab26.7 b9.19 abM3272.8 a148.3 ab4.04 a85.9 a27.9 a9.73 aM4277.1 a143.8 b3.98 a83.2 ab27.1 ab8.93 ab

同一年份內(nèi)不同處理間沒有相同小寫字母表示在P<0.05水平上差異顯著。下同。

The data in the same column without the same lowercase letters indicated the significance at the 0.05 probability level within the same year. The same as below.

表4 不同栽培模式對水稻分蘗數(shù)與分蘗成穗率的影響

Table4Number of tillers and percentage of productive tillers of rice under different cultivation patterns

年份Year處理Treatment分蘗數(shù) Number of tillers per m2分蘗期Mid-tillering穗分化始期Panicle initiation抽穗期Heading成熟期Maturity分蘗成穗率Productive tillers/%2011N0189.2 b321.8 b216.7 c177.5 b62.7 abFP288.6 a496.5 a300.8 b267.9 a43.8 cM1280.1 a496.8 a350.1 ab278.4 a60.0 abM2271.7 a475.1 a359.3 a285.9 a56.0 bcM3279.3 a460.5 a360.4 a287.3 a72.0 aM4257.6 a479.3 a381.8 a299.3 a63.6 ab2012N0223.7 c342.4 c215.3 c194.5 c53.5 aFP264.9 bc488.8 b320.3 b275.1 b48.7 abM1282.7 bc495.3 b354.9 ab273.7 b53.0 aM2283.4 abc520.2 ab391.0 a298.7 ab50.8 abM3356.2 a595.7 a420.4 a309.5 ab44.7 bM4300.7 ab538.3 ab423.7 a318.1 a50.6 ab

表5 不同栽培措施對水稻葉面積指數(shù)的影響

Table 5Leafareaindex(LAI)ofriceunderdifferentcultivationpatterns

年份Year處理Treatment葉面積指數(shù)Leaf area index分蘗中期Mid-tillering穗分化始期Panicle initiation抽穗期Heading粒葉比Grain-leaf ratio/(grain·cm-2)庫容量Sink potential/(g·m-2)2011N00.68 c1.73 d2.73 c1.01 a747.5 bFP1.01 ab4.37 a5.71 b0.70 b1110.9 aM10.90 b3.15 c6.31 ab0.71 b1256.6 aM20.88 b3.44 bc5.94 b0.76 b1258.2 aM31.15 a3.78 b6.40 ab0.68 b1246.2 aM41.11 a3.81 b7.04 a0.63 b1263.6 a2012N00.74 b2.57 b2.65 b0.94 a767.5 bFP0.71 b4.44 a6.08 a0.63 b1011.9 aM10.97 a4.12 a5.67 a0.55 b1019.6 aM20.83 ab4.42 a5.60 a0.67 b1091.0 aM30.97 a4.19 a6.21 a0.59 b1122.0 aM40.83 ab4.16 a6.33 a0.62 b1069.4 a

2.4 不同栽培模式下葉色和水稻干物質(zhì)積累變化

SPAD值可以代表植株的氮素營養(yǎng)水平，2011年和2012年各處理的SPAD值變化相似(圖1)。N0處理各個關(guān)鍵時期SPAD值均最低，F(xiàn)P模式的SPAD值在分蘗中期和分化期較高，而抽穗后開始顯著降低，4種氮肥后移模式則與FP相反，在前期SPAD值較低，從幼穗分化始期開始顯著增加，后期均高于FP模式。這與氮肥后移模式采用前輕后重的氮肥運籌模式密切相關(guān)。

4種氮肥后移模式不同生育階段干物質(zhì)積累的變化趨勢與對照基本一致，均隨生育進程逐漸增加。穗分化始期至抽穗期階段干物質(zhì)積累量最高。與FP相比，4種氮肥后移模式從穗分化期開始干物質(zhì)積累速度明顯加快，如抽穗至成熟期間積累的干物質(zhì)分別比FP高20.1%(2011年)和53.9%(2012年)。M1、M2、M3和M4模式的總生物量2年平均比FP高10.7%、15.2%、18.2%和15.9%。不同年份總生物量均表現(xiàn)為M3>M2>M1>FP>N0，M4模式的總生物量2年表現(xiàn)并不一致，2011年最高，2012年處在M1和M2之間(表6)。

2.5 栽培模式對氮積累、轉(zhuǎn)運和氮肥利用率的影響

圖1 不同栽培模式下葉色的動態(tài)變化特征Fig.1 Dynamic changes in leaf color of main stem under different cultivation patterns

表6 不同栽培方式下水稻主要生育階段干物質(zhì)積累量和比例

Table6Dry matter accumulation (DMA) and its ratio to total dry matter (RTDM) in main growth periods of rice under different cultivation patterns

年份Year處理Treatment播種-分蘗中期Sowing-tillering積累量DMA/(t·hm-2)比例RTDM/%分蘗中期-穗分化期Tillering-Initiation積累量DMA/(t·hm-2)比例RTDM/%穗分化期-抽穗期Initiation-Heading積累量DMA/(t·hm-2)比例RTDM/%抽穗期-成熟期Heading-Maturity積累量DMA/(t·hm-2)比例RTDM/%總生物量Total biomass/(t·hm-2)2011N00.55 c6.261.23 c13.934.54 c51.842.48 b27.968.80 cFP0.74 ab5.772.61 a20.504.96 c38.764.47 a34.9812.77 bM10.65 bc4.482.16 b14.876.24 ab43.035.48 a37.6314.53 abM20.65 bc4.392.24 ab15.296.06 b41.495.77 a38.8314.71 aM30.83 a5.622.32 ab15.896.21 ab42.105.44 a36.4014.80 aM40.81 a5.352.45 ab16.277.09 a46.844.79 a31.5515.15 a2012N00.55 cd5.782.19 b23.064.55 b47.872.21 c23.299.50 cFP0.52 d4.173.09 a24.766.32 a50.692.54 bc20.3912.47 bM10.70 ab5.333.02 a23.026.22 a47.593.14 abc24.0613.08 abM20.63 abc4.513.10 a22.236.12 a44.194.17 ab29.0714.02 abM30.73 a5.023.16 a21.806.22 a42.634.59 a30.5514.69 aM40.60 bcd4.362.96 a21.536.45 a47.053.74 abc27.0513.75 ab

由表7可知：植株氮素積累量隨生育進程逐漸增加。4種氮肥后移模式在分蘗期和穗分化期植株氮積累量均低于FP模式，但抽穗期和成熟期的氮積累量則顯著高于FP模式。4種氮肥后移模式的氮素轉(zhuǎn)運量2年平均比FP模式高14.9%、6.2%、20.9%和29.6%(表7)。與M1相比，2012年M2、M3和M4模式成熟期氮素積累量、氮素轉(zhuǎn)運量均有不同程度提高。

M1、M2、M3和M4模式的氮肥吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力平均比FP提高65.2%～82.4%、55.6%～88.1%和7.9%～33.9%，2年均顯著高于FP(表8)；M2、M3和M4模式氮肥的吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率及偏生產(chǎn)力與M1相比，差異不顯著。氮素轉(zhuǎn)運率，2011年不同模式間差異不顯著，2012年N0處理顯著低于其他處理，F(xiàn)P與4種氮肥后移模式之間無顯著差異。

2.6 不同栽培模式下水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子的關(guān)系

水稻產(chǎn)量與單位面積的穎花數(shù)呈極顯著的正相關(guān)(圖2)，產(chǎn)量與單位面積有效穗數(shù)也呈顯著和極顯著正相關(guān)，產(chǎn)量與每穗粒數(shù)無明顯關(guān)系，F(xiàn)P模式和氮肥后移模式均表現(xiàn)一致。

對不同模式的每穗穎花數(shù)與有效穗數(shù)、千粒重之間的關(guān)系進行分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)P模式下三者的相互關(guān)系均呈顯著負相關(guān)；4種氮肥后移模式下，并無顯著相關(guān)性(圖3)。說明FP模式下群體穗數(shù)和每穗穎花數(shù)之間矛盾突出，一個性狀值的提升將會導(dǎo)致另一性狀的顯著降低。

2.7 不同栽培模式增產(chǎn)增效原因

與FP模式相比，2年4種氮肥后移模式的增產(chǎn)量分別與抽穗至成熟期干物質(zhì)積累量、成熟期干物質(zhì)積累量呈顯著和極顯著的線性正相關(guān)(R2=0.554*，R2=0.950* *)(圖4)。氮素積累方面，穗分化始期和成熟期氮素積累量分別與氮肥后移模式的增產(chǎn)量呈顯著線性正相關(guān)(R2=0.489*，R2=0.521* *)。2年中氮素農(nóng)學(xué)利用率和吸收利用率也分別與增產(chǎn)量呈極顯著和顯著正相關(guān)。

表7 不同栽培模式下氮素積累量和抽穗至成熟的轉(zhuǎn)運量

Table7N accumulation and translocation under different cultivation patterns in rice

kg·hm-2

表8 不同栽培模式下水稻的氮素轉(zhuǎn)運率和氮肥利用率

Table8N translocation and N use efficiency under different cultivation patterns in rice

年份Year處理Treatment施氮量N rate/(kg·hm-2)氮素轉(zhuǎn)運率N translocation ratio/%吸收利用率Recovery efficiency/%農(nóng)學(xué)利用率AE/(kg·kg-1)氮肥偏生產(chǎn)力PFP/(kg·kg-1)2011N0064.8 a 000FP20063.3 a 32.0 b13.3 a42.7 bM118066.1 a 57.4 a22.7 a55.4 aM220063.3 a 52.4 a22.1 a51.5 abM318067.2 a 55.6 a23.4 a56.1 aM422066.3 a 54.0 a21.4 a48.2 ab2012N0060.1 b000FP20066.9 a20.3 b11.0 b39.6 bM118066.8 a32.4 a15.1 ab46.8 abM220063.2 ab33.6 a17.3 ab45.9 abM318066.0 ab39.8 a22.3 a54.1 aM422066.5 a32.4 a14.6 ab40.6 b

*、*分別表示在0.05和0.01水平上顯著相關(guān)。下同。*， * * represent the correlation were significant at P<0.05 and P<0.01， respectively. The same as below.圖2 四種氮肥后移模式(M1-M4)和農(nóng)民習(xí)慣(FP)處理下產(chǎn)量與單位面積穎花數(shù)和有效穗數(shù)的相關(guān)性Fig.2 Relationship between spikelets per unit area and effective panicles with grain yield under farmer’s practice (FP) and 4 optimized cultivation patterns (M1-M4)

圖3 不同栽培模式下每穗穎花數(shù)與有效穗數(shù)、千粒重的相關(guān)性Fig.3 Relationship between effective panicles and 1 000-grain weight with spikelets per panicles under different cultivation patterns

由圖5可知：兩年中M1、M2、M3和M4模式的產(chǎn)量均高于FP模式。從增產(chǎn)效果上看，M1和M2模式比FP模式密度增加17%，氮肥減少10%或者不變情況下，2年平均可增產(chǎn)11.6%和18.2%，從增產(chǎn)量排序看，增產(chǎn)效果穩(wěn)定。M3和M4分別為增氮10%和增密40%模式，2年間增產(chǎn)效果存在明顯差異，2011年M4模式產(chǎn)量最高，2012為M3模式最高。

3 討論

研究結(jié)果表明，4種氮肥后移模式比FP模式增產(chǎn)6.3%～24.1%，氮素吸收利用率增加70.2%～71.4%。在“三控”施肥技術(shù)(M1)現(xiàn)有施氮量和栽插規(guī)格基礎(chǔ)上，通過施肥量和栽插規(guī)格優(yōu)化可不同程度地提高產(chǎn)量。增施10%氮肥、密度不變(M2)時，產(chǎn)量可增加3.2%～9.1%；增密16.7%、施氮量不變(M3)時產(chǎn)量可增加1.3%～15.6%；氮肥用量和密度同步增加(M4)時，產(chǎn)量增加6.1%～6.3%，表明通過栽培技術(shù)的集成與優(yōu)化，可進一步提高水稻產(chǎn)量。與農(nóng)民習(xí)慣相比，氮肥后移和適度增密是實現(xiàn)水稻產(chǎn)量與氮肥利用效率同步提高的2個關(guān)鍵因素。

圖4 四種氮肥后移模式的增產(chǎn)效果與干物質(zhì)積累量、氮素積累量和氮肥利用效率的關(guān)系Fig.4 Relationship between increased yield and biomass accumulation， N accumulation and N use efficiency from heading to maturity under four optimized cultivation patterns

圖5 四種優(yōu)化模式比FP的增產(chǎn)效果Fig.5 Yield increase as compared with FP under four optimized patterns

3.1 優(yōu)化栽培模式對水稻產(chǎn)量和構(gòu)成因素的影響

本研究中，M1模式為目前生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的三控施肥技術(shù)模式，在M1模式基礎(chǔ)上，通過調(diào)控栽插規(guī)格、氮肥總用量形成另外3種氮肥后移模式(簡稱優(yōu)化模式)。與FP模式相比，M1模式主要通過減氮10%、移栽密度增加17%和氮肥后移的方式實現(xiàn)增產(chǎn)6.3%～16.7%(表3和圖5)，這與前人研究結(jié)果相似[13]。與M1模式相比，進一步增施氮肥模式(M2)，產(chǎn)量比FP和M1分別增加16.0%～20.5%和3.2%～9.1%；進一步增密模式(M3)，產(chǎn)量比FP和M1分別增加18.3%～22.9%和1.3%～15.6%；氮肥用量和密度同步增加模式(M4)，產(chǎn)量比FP和M1分別增加12.8%～24.1%和6.1%～6.3%。說明在目前優(yōu)化栽培技術(shù)的基礎(chǔ)上，新集成的3種模式(M2、M3和M4)可進一步提高水稻產(chǎn)量。

從產(chǎn)量構(gòu)成因素上看，上述4種氮肥后移模式產(chǎn)量的提高主要得益于單位面積總穎花數(shù)和結(jié)實率的提高(表3)。目前，很多研究都將產(chǎn)量構(gòu)成因素中的每平方米穗數(shù)作為影響產(chǎn)量的主要因素[15-16]。Sui等[17]研究也認為，水稻高產(chǎn)、超高產(chǎn)栽培應(yīng)以保證足穗為基礎(chǔ)，通過培育大穗，形成相對較多單位面積總穎花數(shù)。特別在氮肥用量較少時，通過增密達到增產(chǎn)的效果更為明顯[16]，本研究4種氮肥后移模式的表現(xiàn)進一步驗證了這一結(jié)論。

3.2 優(yōu)化栽培模式增產(chǎn)的原因

產(chǎn)量構(gòu)成因子間存在密切關(guān)系，隨意增加任一構(gòu)成因子并不一定高產(chǎn)。前人研究發(fā)現(xiàn)，通過生物技術(shù)手段增加每穗穎花數(shù)，會直接導(dǎo)致粒重下降[18]，若通過單一密植提高穗數(shù)，則會導(dǎo)致每穗粒數(shù)減少[19]，通過增加單一庫容指標則會導(dǎo)致源庫矛盾突出，很難實現(xiàn)高產(chǎn)[17]。因此，提高水稻產(chǎn)量不僅需要增加穗數(shù)、擴大庫容，還需考慮結(jié)實率等其他產(chǎn)量構(gòu)成因子形成特征。本研究觀察到，F(xiàn)P模式下每穗穎花數(shù)與單位面積穎花數(shù)和千粒重均呈顯著負相關(guān)，可能與FP模式進入分化期后植株氮含量快速下降導(dǎo)致光合生產(chǎn)量不足有關(guān)。而4種氮肥后移模式在擴大庫容量基礎(chǔ)上，其源器官如植株含氮量較高、綠葉數(shù)較多有利于提高光合生產(chǎn)率和干物質(zhì)積累，從而協(xié)調(diào)了穗穎花數(shù)與單位面積穎花數(shù)和千粒重之間的矛盾(圖3)。關(guān)于不同栽培模式對光能利用的差異，仍需進一步研究。

前人從水稻產(chǎn)量形成的“庫、源”關(guān)系上做了較多研究，“庫”為每單位面積的總穎花數(shù)和粒重[20]；“源”常被定義為抽穗前莖鞘中儲存營養(yǎng)物質(zhì)的運轉(zhuǎn)和抽穗后的光合產(chǎn)物，前者和后者對產(chǎn)量形成的貢獻分別為20%～40%和60%～80%[21-22]，提高抽穗后光合生產(chǎn)量對水稻高產(chǎn)尤為重要。凌啟鴻[22]研究證明，水稻產(chǎn)量與成熟期干物質(zhì)積累量、抽穗期至成熟期干物質(zhì)積累量呈線性關(guān)系，并認為超高產(chǎn)水稻抽穗期的干物重占成熟期總干重的60%左右，抽穗至成熟期積累的干物重約占總干物重的40%。本研究中，4種氮肥后移模式抽穗至成熟期的干物質(zhì)積累和總物質(zhì)積累量要顯著高于FP模式(表6和表7)，增產(chǎn)量也分別與抽穗至成熟期、成熟期植株干物質(zhì)量呈顯著和極顯著正相關(guān)(圖4-a和圖4-b)?？梢?，干物質(zhì)積累優(yōu)勢為4種氮肥后移模式的高產(chǎn)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.3 不同栽培模式對氮肥利用效率的影響和光氮互作效應(yīng)

2年結(jié)果表明，農(nóng)民習(xí)慣栽培法氮肥農(nóng)學(xué)利用率、吸收利用率和偏生產(chǎn)力分別僅為12.2 kg·kg-1、26.2%和41.2 kg·kg-1，說明農(nóng)民習(xí)慣栽培模式下，稻田氮肥利用效率很低。前人研究已發(fā)現(xiàn)，水稻后期施用的氮肥利用率高于前期，適當增加穗肥比例也可以提高氮肥的吸收利用率和生產(chǎn)效率[23-24]。4種氮肥后移模式氮肥的農(nóng)學(xué)利用率、吸收利用率和偏生產(chǎn)力均較FP模式有了大幅度提高(表8)，且較4種氮肥后移模式的增產(chǎn)量也分別與氮肥農(nóng)學(xué)利用率和吸收利用率呈極顯著和顯著正相關(guān)(圖4)，說明通過栽培措施集成與優(yōu)化可同步度提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用效率。陳海飛等[16]在研究密度與氮肥互作的研究中也發(fā)現(xiàn)，增密減氮可顯著增加氮肥的農(nóng)學(xué)利用率、回收利用率和偏生產(chǎn)力，本研究結(jié)果與此一致。

穗分化始期至抽穗期是水稻生殖生長與營養(yǎng)生長并進的時期，這一階段養(yǎng)分供應(yīng)對水稻的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成至關(guān)重要[22]。前人研究認為，水稻產(chǎn)量與抽穗前的氮素積累顯著相關(guān)，要提高水稻產(chǎn)量，關(guān)鍵是提高抽穗前植株的氮素積累量[24]。本研究中，穗分化始期和成熟期植株氮的積累量與增產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)(圖4-c和圖4-d)，表明增加此階段的氮肥供應(yīng)或提高此階段的氮素積累將有助于進一步增加水稻產(chǎn)量，與前人研究結(jié)果一致。

在本試驗條件下，M1和M2模式氮肥施用比FP減少10%或者不變情況下，2年增產(chǎn)效果穩(wěn)定，上述2種模式在土壤肥力較高和管理水平到位的情況下，在生產(chǎn)上具有較廣闊應(yīng)用前景。鐘旭華等[25]研究發(fā)現(xiàn)，水稻產(chǎn)量由抽穗期SPAD、葉面積指數(shù)和灌漿結(jié)實期的日照時數(shù)共同決定，灌漿結(jié)實期日照時數(shù)的增加會提高與之匹配的最適SPAD和葉面積指數(shù)，通過施肥增加土壤供氮能力，才能實現(xiàn)“光肥”平衡達到高產(chǎn)。2011年灌漿結(jié)實期日均日照和累計日照時數(shù)比2012年分別高24.4%和27.3%，對植株氮素的需求也會相應(yīng)增加，M4模式較FP模式增氮10%，已滿足此光照條件下植株氮需求，使產(chǎn)量大幅增加；2012年光照條件較差，M4模式的高氮高密措施已不能與此光照條件下獲得高產(chǎn)的SPAD和葉面積指數(shù)相匹配，導(dǎo)致該模式增產(chǎn)潛力沒有充分發(fā)揮。在日照時數(shù)明顯減少的2012年，M3模式(減氮10%和增密40%)可能較好地實現(xiàn)了“光肥”平衡獲得了最高產(chǎn)量。雖然M3和M4模式增產(chǎn)效果年份間差別較大，但對指導(dǎo)高產(chǎn)和超高產(chǎn)研究探索上有重要參考價值。在生產(chǎn)上可針對光照特點發(fā)揮M3和M4增產(chǎn)增效潛力，如水稻抽穗期至成熟期光照條件較好地區(qū)可采用M4模式實現(xiàn)高產(chǎn)，否則可采用M3模式。