節(jié)水條件下不同種植方式對(duì)晚稻氮素吸收積累的影響

周文濤，龍文飛，戴 煒，傅志強(qiáng)

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，農(nóng)業(yè)部華中地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

在傳統(tǒng)種植模式中，水稻消耗水的總量達(dá)1.05×104～1.35×104m3/hm2，甚至有的高達(dá)3.00×104m3/hm2。尤其在面對(duì)中國(guó)水資源非常短缺的情況下，作為耗水量最大的農(nóng)作物，水稻的節(jié)水灌溉模式具有非常重要的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)效益[1-2]。由于我國(guó)南方地區(qū)在夏、秋季節(jié)干旱頻發(fā)，此時(shí)正是水稻生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，缺水會(huì)使水稻受到嚴(yán)重影響。同時(shí)降雨時(shí)空分布不均衡，農(nóng)民節(jié)水意識(shí)不強(qiáng)，導(dǎo)致湖南大部分水稻種植區(qū)域受干旱的影響。夏、秋季節(jié)水稻的缺水成為我國(guó)南方稻區(qū)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的主要影響因子[3-4]。因此，發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)對(duì)我國(guó)南方稻區(qū)水稻高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái)，關(guān)于水稻不同種植方式的研究較多，但節(jié)水條件下不同種植方式對(duì)雙季稻生長(zhǎng)及物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)特性的影響研究不多。本研究根據(jù)水稻直播、人工移栽、拋秧、機(jī)插秧對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的表現(xiàn)差異[5-12]，探索不同種植方式對(duì)雙季晚稻氮素利用的影響。

湖南省南部水稻生產(chǎn)區(qū)雨水充沛，溫濕度條件適合雙季稻生長(zhǎng)。但降雨的時(shí)空分配失衡，雨熱不同期，導(dǎo)致干旱頻發(fā)，尤其對(duì)夏、秋季節(jié)的影響最為明顯，對(duì)雙季晚稻的豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)生了一定的影響[13-15]。本研究針對(duì)湖南南部地區(qū)丘陵地形及山區(qū)梯壟沖田傳統(tǒng)節(jié)水栽培模式，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；a(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需要，在早稻的生長(zhǎng)發(fā)育后期(抽穗始期)蓄積水位，晚稻的生長(zhǎng)發(fā)育前期(返青期)蓄積水位，采用不同種植方式與耕作模式相結(jié)合的技術(shù)手段，研究“早水晚用”節(jié)水灌溉條件下簡(jiǎn)易栽培模式對(duì)雙季晚稻氮素吸收積累的影響，探索最優(yōu)的水稻生產(chǎn)模式，為水稻輕簡(jiǎn)栽培模式提供一定的理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在湖南省永州市冷水灘區(qū)糧食豐產(chǎn)示范試驗(yàn)基地進(jìn)行，于2016年3月開(kāi)始，2016年11月結(jié)束，該地區(qū)土壤類(lèi)型為壤土，肥力適中。設(shè)有5個(gè)不同處理，3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，所有小區(qū)獨(dú)立于一丘田，各個(gè)小區(qū)面積為200 m2，單排單灌，各小區(qū)之間做田埂，田埂上人工覆膜。

在早稻的后期蓄積5～10 cm的水位，設(shè)計(jì)5個(gè)處理，5個(gè)處理早稻的耕作方式均為旋耕，晚稻均為免耕，具體設(shè)計(jì)如下：

處理1：早稻與晚稻均采用機(jī)插機(jī)收+增苗節(jié)氮；處理2：早稻采用拋栽機(jī)收+晚稻采用機(jī)插機(jī)收+增苗節(jié)氮；處理3：早稻采用拋栽機(jī)收+晚稻采用人栽機(jī)收+增苗節(jié)氮；處理4：早稻采用人插人收+晚稻采用拋栽機(jī)收+增苗節(jié)氮；處理5(CK)：早稻與晚稻均采用人插人收。

機(jī)插秧的育秧方式為大田硬盤(pán)育秧；機(jī)械收割方式為小型輪式收割機(jī)收割；拋栽育秧的方式為軟盤(pán)育秧?！霸雒绻?jié)氮” 指在常規(guī)處理(CK)的基礎(chǔ)上增加10%的基本苗，減少20%的氮肥施用。常規(guī)處理(CK)氮肥：早稻施入純N 150 kg/hm2，晚稻施入純N 120/hm2，每公頃移栽30萬(wàn)穴，雜交稻2苗/穴，常規(guī)稻3苗/穴。早稻供試品種為中嘉早17，晚稻品種為豐源優(yōu)299。采用人插和拋栽方式的早稻于3月20日播種，于4月21日移栽；機(jī)插育秧的早稻于4月5日播種，4月22日機(jī)插，7月11日收割。晚稻機(jī)插育秧于6月20日播種，7月20日機(jī)插，10月27日收割；人插和拋栽的晚稻于6月23日播種，7月25日移栽。肥料的施用按N∶P2O5∶K2O=1∶0.5∶1.2的比例進(jìn)行，其他肥料作為基肥一次性施入，其中氮肥施用按基肥和分蘗肥各一半的比例施入。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

在水稻各主要生育時(shí)期(分蘗期、齊穗期、乳熟期、成熟期)，取水稻樣品3兜，帶回室內(nèi)，分離葉、莖、穗，105 ℃殺青，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱(chēng)質(zhì)量后，粉樣過(guò)篩，樣品經(jīng)過(guò)H2SO4-H2O2消煮，然后定容，過(guò)濾，最后測(cè)定植株不同部位全氮含量，需要用到流動(dòng)注射分析儀。氮素積累量和植株總氮素積累量的計(jì)算公式如下：

氮素積累量=氮素含量×干物質(zhì)質(zhì)量；

植株總氮素積累量=莖部氮素積累量+葉部氮素積累量+穗部氮素積累量；

含氮率=該部位氮素積累量÷該部位生物量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS軟件和Excel 2003進(jìn)行，方差分析采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻氮素積累量

由表1可知，試驗(yàn)中不同處理間水稻主要生育時(shí)期單株氮素積累量隨時(shí)間的增長(zhǎng)呈逐漸增加的趨勢(shì)。不同處理分蘗期氮素積累量達(dá)108.04～285.88 mg/株，以處理2氮素積累量最高，顯著高于其他處理，較其他處理高31.55%～164.61%，處理1、處理5、處理4和處理3單株氮素積累量依次遞減。不同處理齊穗期氮素積累量達(dá)347.82～507.99 mg/株，以處理4單株氮素積累量最高，顯著高于其他處理，較其他處理高11.32%～46.05%，處理2、處理3、處理5和處理1單株氮素積累量依次遞減。不同處理乳熟期氮素積累量達(dá)377.04～542.28 mg/株，以處理4單株氮素積累量最高，顯著高于其他處理，較其他處理高16.36%～43.83%，處理2、處理5、處理3和處理1單株氮素積累量依次遞減。不同處理成熟期氮素積累量達(dá)424.56～578.39 mg/株，以處理4最高，較其他處理高3.31%～36.23%；與處理5差異不顯著，兩者與其他3個(gè)處理的差異顯著，處理1、處理2和處理3單株氮素積累量依次降低。處理4較對(duì)照處理的整個(gè)生育時(shí)期氮素的積累量高3.31%。通過(guò)F值比較可知，不同處理對(duì)齊穗期單株氮素積累量的影響最大(221.31**)，其次是乳熟期(117.98**)，相對(duì)來(lái)說(shuō)影響最小的是在分蘗期(71.65**)。相關(guān)分析表明，乳熟期單株氮素積累量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(0.87*)，齊穗期和成熟期單株氮素積累量與產(chǎn)量呈不顯著正相關(guān)，與分蘗期單株氮素積累量呈不顯著負(fù)相關(guān)(-0.09)。

表1 晚稻主要生育時(shí)期單株氮素積累量Tab.1 Amount of nitrogen accumulation of single plant at main stages of late rice mg/株

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間在0.05水平上差異顯著;*和**分別表示在5%和1%水平上差異顯著。表2-5同。

Note：After the data of the same column，different letters indicate that the difference between treatments is significant at 0.05 level;*and**represent significant differences at the 5% and 1% levels，respectively. The same as Tab.2-5.

2.2 水稻各主要生育階段氮素積累量和比例

由表2可知，不同處理播種-分蘗期氮素積累量達(dá)108.04～285.88 mg/株，以處理2氮素的積累量最高，且顯著高于其他處理，處理1、處理5、處理4和處理3單株氮素積累量依次遞減；不同處理分蘗-齊穗期單株氮素積累量達(dá)130.50～372.26 mg/株，以處理4單株氮素積累量最高，處理3、處理5、處理2和處理1單株氮素積累量依次降低；不同處理齊穗-乳熟期氮素積累量達(dá)2.56～70.03 mg/株，以處理5氮素積累量最高，處理4、處理1、處理3和處理2單株氮素積累量依次降低；不同處理乳熟-成熟期氮素積累量達(dá)22.87～141.23 mg/株，以處理1單株氮素積累量最高，顯著高于其他處理，并且該處理單株氮素積累量所占比例也是最高，處理5、處理4、處理2和處理3氮素積累量及單株所占比例依次遞減。同時(shí)可知，不同處理在水稻主要生育階段，以處理3在分蘗-齊穗期的氮素所占比例最大；以處理2在齊穗-乳熟期氮素所占比例最小。通過(guò)F值比較可知，不同處理對(duì)分蘗-齊穗期單株氮素積累量的影響最大(148.28**)，其次是乳熟-成熟期(105.05**)，影響相對(duì)最小的是齊穗-乳熟期(57.26**)。相關(guān)分析表明，產(chǎn)量與分蘗-齊穗期和齊穗-乳熟期2個(gè)階段單株氮素積累量呈不顯著正相關(guān)，而與播種-分蘗期和乳熟-成熟期這2個(gè)階段單株氮素積累量剛好相反呈不顯著負(fù)相關(guān)。

表2 水稻主要生育階段氮素積累量和比例Tab.2 Nitrogen accumulation and its ratio to total dry matter in main growth periods of rice

2.3 水稻不同生育時(shí)期莖鞘氮素分配特性

由表3可知，水稻莖鞘含氮率隨水稻的生長(zhǎng)總體呈降低的趨勢(shì)，但不同處理表現(xiàn)不同，有的甚至在生育后期呈現(xiàn)略微相反的趨勢(shì)；水稻不同時(shí)期氮素積累量隨水稻的生長(zhǎng)呈先升高后降低的趨勢(shì)，積累量在齊穗期達(dá)到最大，之后氮素積累量逐步降低。水稻分蘗期單株莖鞘含氮率以處理2最高，以處理5最低；不同處理單株氮素積累量以處理2最高，且顯著高于其他處理，處理1、處理5、處理4和處理3氮素積累量依次遞減。齊穗期單株莖鞘含氮率以處理4最高，以處理2單株莖鞘含氮率最少；單株莖鞘氮素積累量以處理4顯著高于其他處理，以處理1氮素積累量最少。乳熟期單株莖鞘含氮率以處理4最高，處理5、處理2、處理3和處理1單株含氮率依次遞減；該生育時(shí)期水稻單株莖鞘氮素積累量以處理4最高，處理2、處理5、處理1和處理3莖鞘氮素積累量依次減少。水稻成熟期單株莖鞘含氮率以處理4最高，處理5、處理3、處理1和處理2含氮率依次降低；水稻單株莖鞘氮素積累量以處理2最高，與處理1、處理4和處理5差異性不顯著，但四者均與處理3差異性顯著，處理4較對(duì)照組莖鞘的積累量提高0.90%。通過(guò)F值比較可知，不同試驗(yàn)處理對(duì)齊穗期單株莖鞘含氮率影響最大(535.80**)，其次是乳熟期(214.50**)，然后是成熟期(61.43**)，影響最小的是分蘗期(46.14**)；對(duì)齊穗期單株莖鞘氮素積累量影響最大(96.76**)，其次是乳熟期(19.18**)，然后是分蘗期(14.68**)，相對(duì)影響最小的是成熟期(4.32*)。相關(guān)分析表明，產(chǎn)量與水稻分蘗期單株莖鞘氮素含氮率呈不顯著負(fù)相關(guān)，與其他時(shí)期均呈不顯著正相關(guān)，且乳熟期相關(guān)性最大，其次是齊穗期，相關(guān)性最小的是成熟期。

表3 水稻氮素在莖鞘中的分配Tab.3 Nitrogen ratio of stem-sheath to total plant of rice

2.4 水稻不同生育時(shí)期葉片氮素分配特性

由表4可知，水稻葉片含氮率隨水稻的生長(zhǎng)呈逐漸降低的趨勢(shì)，越到后期水稻葉片含氮率越低；水稻不同時(shí)期葉片氮素積累量隨水稻的生長(zhǎng)呈先升高后降低的趨勢(shì)，積累量在齊穗期達(dá)到最大，之后氮素積累量逐步降低。水稻分蘗期葉片含氮率以處理2最高，與處理3的差異性表現(xiàn)不顯著，兩者與其他3個(gè)處理差異性顯著；該時(shí)期單株葉片氮素積累量以處理2最高，顯著高于其他處理，以處理3葉片氮素積累量最低。水稻齊穗期葉片含氮率以處理2最高，與處理4的差異性表現(xiàn)不顯著，處理1、處理3和處理5之間的差異性表現(xiàn)不顯著，處理3葉片含氮率表現(xiàn)最低；該時(shí)期單株葉片氮素積累量以處理2最高，處理4、處理3、處理5和處理1單株葉片氮素積累量依次減少。水稻乳熟期葉片含氮率以處理4最高；該時(shí)期單株葉片氮素積累量以處理4最高，顯著高于其他處理。水稻成熟期葉片含氮率以處理4最高；該時(shí)期單株葉片氮素積累量以處理4最高，以處理2單株葉片氮素積累量最小，處理4較對(duì)照組葉片氮素積累量提高21.69%。通過(guò)F值比較可知，不同處理對(duì)水稻葉片含氮率的影響程度齊穗期最大(460.24**)，分蘗期次之(269.27**)，乳熟期相對(duì)來(lái)說(shuō)最小(37.27**)；對(duì)水稻單株葉片氮素積累量影響程度隨生育期增長(zhǎng)呈降低的趨勢(shì)。相關(guān)分析表明，產(chǎn)量與水稻葉片含氮率均呈不顯著正相關(guān)，在乳熟期相關(guān)性達(dá)到最大(0.80)，隨水稻單株葉片氮素積累量生育期的增長(zhǎng)相關(guān)性不斷增加，但均不顯著，在成熟期達(dá)到最大(0.77)。

表4 水稻氮素在葉片中的分配Tab.4 Nitrogen ratio of leaf to total plant of rice

2.5 水稻不同生育時(shí)期穗部氮素分配特性

由表5可知，水稻穗部含氮率隨水稻的生長(zhǎng)總體呈先增加后降低的趨勢(shì)，但不同處理也會(huì)出現(xiàn)不同情況，如處理1穗部含氮率隨水稻的生長(zhǎng)呈增加的趨勢(shì)，而處理3正好相反，呈現(xiàn)逐漸減低的趨勢(shì)。不同處理在水稻齊穗期穗部含氮率以處理2最高，處理4、處理3、處理5和處理1穗部含氮率依次遞減；該時(shí)期水稻單株穗部氮素積累量以處理4最高，與處理3差異性不顯著，二者顯著高于其他處理，處理5、處理2和處理1單株穗部氮素積累量依次遞減。不同處理在水稻乳熟期穗部含氮率以處理4最高，與處理2的差異性表現(xiàn)不顯著，兩者與其他3個(gè)處理的差異性顯著，處理5、處理1和處理3穗部含氮率呈依次遞減趨勢(shì)；該時(shí)期水稻單株氮素積累量以處理4最高，處理2、處理5、處理3和處理1水稻單株穗部氮素積累量依次遞減。不同處理在水稻成熟期穗部含氮率以處理1最高，處理4、處理2、處理3和處理5穗部氮素依次遞減；該時(shí)期水稻單株穗部氮素積累量以處理4最高，處理5、處理1、處理2和處理3單株穗部氮素積累量依次遞減，處理4較對(duì)照組葉片氮素積累量提高0.35%。5個(gè)處理中，水稻氮素積累量隨水稻的生長(zhǎng)不斷增加。通過(guò)F值比較可知，不同處理對(duì)水稻穗部含氮率的影響程度隨時(shí)間的增長(zhǎng)呈先降低后升高的趨勢(shì)，對(duì)水稻單株穗部氮素積累量的影響程度呈逐漸降低的趨勢(shì)。相關(guān)分析表明，不同處理水稻穗部含氮率在成熟期與產(chǎn)量呈不顯著負(fù)相關(guān)，其他時(shí)期呈不顯著正相關(guān)，在乳熟期相關(guān)性最高(0.58)；不同處理水稻單株氮素積累量與產(chǎn)量在乳熟期呈顯著相關(guān)，其他生育時(shí)期呈不顯著正相關(guān)。

表5 水稻氮素在穗中的分配Tab.5 Nitrogen ratio of panicle to total plant of rice

3 結(jié)論與討論

3.1 種植方式對(duì)植株氮積累與分配特性的影響

早水晚用的條件下不同種植方式會(huì)對(duì)水稻不同生育期的器官含氮率產(chǎn)生顯著影響[16]。前人研究都是從早晚稻單一種植方式進(jìn)行比較，而本研究早晚稻采用5種不同組合的種植方式，進(jìn)一步得出水稻不同種植方式對(duì)植株氮積累與分配特性的影響。鄧飛等[17]研究了不同種植方式對(duì)秈遲熟雜交稻組合Ⅱ優(yōu)498的氮素積累與分配的影響，表明成熟期穗部的氮素積累主要是靠莖鞘和葉的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)，水稻產(chǎn)量與氮素分配、積累及轉(zhuǎn)運(yùn)特性密切相關(guān)?；糁醒蟮萚18]研究表明，葉片氮素的積累量要有所提高，需在保持莖鞘氮素積累量的基礎(chǔ)上，然后進(jìn)一步提高穗部的氮素積累量，這樣便有利于獲得高產(chǎn)。王春雨等[19]研究雜交秈稻對(duì)氮肥利用特征與產(chǎn)量的影響，也得出相似的結(jié)論。本研究與霍中洋等[18]的研究結(jié)論有相同之處，但也有不同之處。本試驗(yàn)在早水晚用和增苗節(jié)氮的生態(tài)條件下，處理4(早稻人插晚稻拋載)較對(duì)照處理(早晚稻均采用人插)的整個(gè)生育時(shí)期的積累量及成熟期莖鞘、葉片、穗部的積累量分別提高3.31%，0.90%，21.69%，0.35%。因此，可以表明晚稻拋栽相比較晚稻人插，氮素積累量有所提高，而且相比而言葉片積累量的提高比例更大，不足之處并沒(méi)有得出水稻各個(gè)器官之間的轉(zhuǎn)運(yùn)特性。多種研究表明，不同的種植方式會(huì)影響水稻的光照和養(yǎng)分利用，使得水稻的不同器官氮素積累與分配有所差異[9,20-22]。本研究表明，試驗(yàn)處理間水稻單株氮素積累量在分蘗期以處理2最高，齊穗期、乳熟期和成熟期以處理4最高。不同處理對(duì)單株氮素積累量和莖鞘含氮率的影響程度順序?yàn)辇R穗期>乳熟期>成熟期>分蘗期。不同處理對(duì)葉片含氮率的影響程度順序?yàn)辇R穗期>分蘗期>成熟期>乳熟期。不同處理對(duì)穗部含氮率的影響程度為齊穗期>成熟期>乳熟期。因此表明，不同處理對(duì)雙季稻全生育時(shí)期的氮素積累量和莖鞘、葉、穗的含氮率的影響作用最大為齊穗期。本研究在借鑒前期雙季稻干物質(zhì)積累與各部位分配比例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的揭示了在4個(gè)主要生育時(shí)期雙季稻氮素積累以及各部位的分配情況，可以為探究最佳的水稻種植方式提供依據(jù)。

3.2 產(chǎn)量與植株氮素積累的相關(guān)性

水稻生長(zhǎng)與產(chǎn)量形成與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的關(guān)系密切，而氮素營(yíng)養(yǎng)是其中最重要的因素之一。任萬(wàn)軍等[23]研究表明，從水稻移栽到孕穗期的氮素積累量以人工移栽最高，常規(guī)拋秧次之，免耕高留茬拋秧最低；而孕穗后免耕高留茬拋秧各器官含氮率最高，氮素積累量也逐漸超過(guò)常規(guī)拋秧。不同種植方式水稻植株含氮率均是拔節(jié)期最高，隨著生育進(jìn)程逐漸降低[24]。王春雨等[19]研究表明，植株氮積累量在拔節(jié)期表現(xiàn)為機(jī)插>人插>直播，抽穗和成熟期氮素積累量則表現(xiàn)為人插>機(jī)插>直播。氮素吸收積累量是干物質(zhì)積累量和稻株含氮率的乘積，一般認(rèn)為氮素積累量高，產(chǎn)量也高[25-26]。本研究表明，不同處理水稻單株氮素積累量與產(chǎn)量在乳熟期呈顯著相關(guān)，在其他生育時(shí)期相關(guān)性不顯著。產(chǎn)量與分蘗-齊穗期和齊穗-乳熟期2個(gè)階段單株氮素積累量呈不顯著正相關(guān)，而播種-分蘗期和乳熟-成熟期這2個(gè)階段單株氮素積累量與之相反，呈不顯著負(fù)相關(guān)。產(chǎn)量與水稻分蘗期單株莖鞘含氮率呈不顯著負(fù)相關(guān)，與其他時(shí)期均呈不顯著正相關(guān)，且乳熟期相關(guān)性最大，其次是齊穗期，相關(guān)性最小的是成熟期。水稻單株葉片氮素積累量受產(chǎn)量影響程度隨時(shí)間的增長(zhǎng)而呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。水稻葉片含氮率與產(chǎn)量均呈不顯著正相關(guān)，在乳熟期相關(guān)性達(dá)到最大(0.80)，與水稻單株葉片氮素積累量隨生育期的增長(zhǎng)相關(guān)性不斷增加，但均不顯著，在成熟期達(dá)到最大(0.77)。不同處理水稻穗部含氮率在成熟期與產(chǎn)量呈不顯著負(fù)相關(guān)，其他時(shí)期呈不顯著正相關(guān)，在乳熟期相關(guān)性最高(0.58)。