不同氮肥運籌下寒地粳稻干物質(zhì)分配及產(chǎn)量形成的研究

杜曉東

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所,佳木斯 154026)

20世紀(jì)80年代中期我國開始水稻超高產(chǎn)育種[1],寒地超級稻育種研究稍遲,自1996年“中國超級稻育種”計劃啟動以來[2],黑龍江省已選育出‘龍粳14’‘龍稻5號’‘松粳9號’‘墾鑒稻10’等寒地超級稻品種[3]。一些超級稻品種在小面積或特定生態(tài)條件下表現(xiàn)出巨大的增產(chǎn)潛力,但是,目前大多數(shù)超級稻品種缺少相應(yīng)的配套栽培技術(shù),嚴(yán)重限制了其產(chǎn)量潛力的發(fā)揮[4]。氮肥運籌是影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的重要栽培措施,也是超級稻配套栽培技術(shù)形成的重要基礎(chǔ)。前人對不同養(yǎng)分管理下氮素利用效率及對水稻生長發(fā)育的影響進(jìn)行了較為廣泛的研究[5-8],對建立和優(yōu)化氮肥施用模式起到了十分重要的作用。但有關(guān)超級稻品種,尤其是黑龍江省超級稻品種需肥規(guī)律的研究還比較少見,使得肥料投入過多,不僅影響環(huán)境,還嚴(yán)重制約著產(chǎn)量潛力的發(fā)揮。本研究以寒地粳稻‘松粳6號’和超級稻‘松粳9號’為試驗材料,在多年研究的最佳施氮量的基礎(chǔ)上構(gòu)建不同氮肥運籌處理,對黑龍江省第一季溫帶寒地粳稻干物質(zhì)積累、根冠比、莖鞘物質(zhì)輸出率和莖鞘物質(zhì)運轉(zhuǎn)率、穗部性狀及產(chǎn)量進(jìn)行研究,以期為建立本地區(qū)超級稻最佳氮肥施用模式進(jìn)而確立超級稻配套栽培技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗品種:‘松粳6號’和‘松粳9號’(超級稻品種)。‘松粳6號’:需活動積溫2 650℃左右,籽粒長粒形,黃色,稀少芒。超級稻‘松粳9號’:需活動積溫2 650℃左右,籽粒細(xì)長稀有芒,2005年被定為黑龍江省優(yōu)質(zhì)超級稻品種。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗基地進(jìn)行。試驗田的土壤基礎(chǔ)肥力:有機(jī)質(zhì)含量2.23%、全氮含量0.12%、全磷含量0.04%、緩效鉀含量706.5 mg∕kg、堿解氮含量129.8 mg∕kg、速效磷含量18.7 mg∕kg、速效鉀含量99.1 mg∕kg,土壤pH 6.8。試驗各處理氮磷鉀用量相同,純氮150 kg∕hm2,磷酸二銨120 kg∕hm2,硫酸鉀100 kg∕hm2。試驗設(shè)5個氮肥運籌處理。

(1)M1 6∶3∶1(60%基施,30%分蘗肥,10%穗肥);

(2)M2 5∶3∶1∶1(50%基施,30%分蘗肥,10%穗肥,10%粒肥);

(3)M3 4∶3∶2∶1(40%基施,30%分蘗肥,20%穗肥,10%粒肥);

(4)M4 3∶3∶3∶1(30%基施,30%分蘗肥,30%穗肥,10%粒肥);

(5)M5 3∶3∶2∶2(30%基施,30%分蘗肥,20%穗肥,20%粒肥)。

鉀肥、磷肥作基肥一次性施入。施肥量見表1。試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,3次重復(fù);小區(qū)長20 m,寬4.8 m(16行區(qū))。行距30 cm,穴距13.3 cm。2018年4月17日播種,5月25日移栽,其他管理同一般生產(chǎn)田。

表1 各處理的施肥量Table 1 Fertilization amount of each treatment kg·hm-2

1.3 測定項目及方法

1.3.1 干物重

分別于移栽期、有效分蘗臨界葉齡期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、乳熟期、蠟熟期和成熟期取整株,每處理取3穴,按根、莖稈、莖鞘、葉片、穗分別于105℃殺青30 min,然后在80℃恒溫條件下烘至恒重,稱質(zhì)量。

1.3.2 莖鞘物質(zhì)輸出率和莖鞘物質(zhì)運轉(zhuǎn)率

1.3.3 測產(chǎn)及考種

在成熟期,每處理取10穴,進(jìn)行室內(nèi)考種,測定穗長、著粒密度、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實率,并折算成每公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所得數(shù)據(jù)均采用Excel 2003軟件和DPS 7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥運籌對粳稻干物重的影響

由表2可知,‘松粳6號’與‘松粳9號’在抽穗期和成熟期的莖葉干重、穗干重以及整株干重均以M2處理最高。在抽穗期,‘松粳6號’的莖葉干重表現(xiàn)為M2＞M3＞M1＞M4＞M5,其中M2處理顯著高于M1、M4處理,極顯著高于M5處理;‘松粳9號’的莖葉干重表現(xiàn)為M2＞M1＞M3＞M4＞M5,其中M2處理顯著高于M1和M3處理,極顯著高于M4、M5處理。

表2 不同氮肥運籌下抽穗期、成熟期的粳稻干物重Table 2 Dry matter weight of japonica rice at heading stage and maturity stage under different nitrogen fertilizer application

抽穗期‘松粳6號’穗干重表現(xiàn)為M2＞M3＞M1＞M4＞M5,其中M2處理極顯著高于其他處理,M5處理最低;‘松粳9號’穗干重表現(xiàn)為M2＞M1＞M3＞M4＞M5,其中M2處理極顯著高于其他處理,M5處理最低。

抽穗期‘松粳6號’整株干重表現(xiàn)為M2處理略高M(jìn)3處理,極顯著高于其他處理,M5處理最低;‘松粳9號’M2處理顯著高于M1處理,極顯著高于其他處理,M5處理最低。

成熟期‘松粳6號’莖葉(稻草)干重表現(xiàn)為M2處理最高,與M3、M4處理差異顯著,與M5處理間差異極顯著;‘松粳9號’M3處理顯著低于與其他處理,其余處理間差異不顯著。

成熟期‘松粳6號’穗干重表現(xiàn)為M2處理顯著高于M3處理,極顯著高于M4、M5處理;‘松粳9號’M2處理顯著高于其他處理,M5處理最低。

成熟期‘松粳6號’整株干重表現(xiàn)為M2處理最高,顯著高于M3處理,極顯著高于M4、M5處理;‘松粳9號’M2處理顯著高于M1處理,極顯著高于M3、M4、M5處理。

‘松粳6號’收獲指數(shù)M2處理(0.52)最高,M5處理最低,與其他處理差異顯著;‘松粳9號’收獲指數(shù)M3處理(0.53)最高,與M1、M2處理間差異不顯著,與M4、M5處理差異極顯著,M5處理最低。

2.2 不同氮肥運籌對根冠比的影響

由圖1可知,隨著生育進(jìn)程兩品種的根冠比均在有效分蘗臨界葉齡期最高,呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。‘松粳9號’在生育前期的根冠比均高于‘松粳6號’,以移栽期尤為明顯,而后期均低于‘松粳6號’,以成熟期尤為明顯。

圖1 不同氮肥運籌下粳稻根冠比的變化Fig.1 Changes of root shoot ratio of japonica rice under different nitrogen fertilizer application

移栽期兩品種各氮肥運籌處理間差異不明顯,‘松粳6號’M3處理略高于其他處理,‘松粳9號’M1處理略高于其他處理,有效分蘗臨界葉齡期兩個品種M2處理略高于其他處理,拔節(jié)期兩個品種M3處理略高于其他處理,而孕穗期至成熟期兩個品種M2處理明顯高于其他處理。

2.3 不同氮肥運籌對莖鞘物質(zhì)輸出率與莖鞘物質(zhì)運轉(zhuǎn)率的影響

隨著氮肥基肥比例的減小、穗粒肥比例的增加,抽穗期莖鞘物質(zhì)輸出率逐漸增大,但穗粒肥比例達(dá)到一定程度后莖鞘物質(zhì)輸出率反而下降,兩品種莖鞘物質(zhì)輸出率均為M2處理最高(圖2)。兩個品種處理間均表現(xiàn)為M2＞M3＞M1＞M4＞M5。‘松粳6號’M2處理莖鞘物質(zhì)輸出率為38.3%,‘松粳9號’M2處理莖鞘物質(zhì)輸出率為42.1%,各處理‘松粳9號’的莖鞘物質(zhì)輸出率均高于‘松粳6號’,氮肥運籌處理對‘松粳6號’莖鞘物質(zhì)輸出率的影響大于‘松粳9號’。

隨著氮肥穗粒比例的增大,莖鞘物質(zhì)運轉(zhuǎn)率變化與輸出率呈相同的趨勢,‘松粳6號’和‘松粳9號’兩個品種均在M2處理下莖鞘物質(zhì)運轉(zhuǎn)率最高(圖2右),分別為18.5%和20.5%。其中‘松粳6號’莖鞘物質(zhì)運轉(zhuǎn)率各處理間表現(xiàn)為M2＞M1＞M3＞M4＞M5,而‘松粳9號’各處理間則表現(xiàn)為M2＞M3＞M1＞M4＞M5。各處理‘松粳9號’的莖鞘物質(zhì)運轉(zhuǎn)率均高于‘松粳6號’。

圖2 不同氮肥運籌下粳稻莖鞘物質(zhì)輸出率和莖鞘物質(zhì)運轉(zhuǎn)率Fig.2 EPMSS and TPMSS of japonica rice under different nitrogen fertilizer application

2.4 不同氮肥運籌對穗部性狀的影響

從表3可知,‘松粳6號’穗長、穗重、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、著粒密度的變異系數(shù)(CV)分別為:3.69%、5.03%、5.12%、5.42%、2.62%。穗部各性狀受氮肥運籌影響大小依次為二次枝梗數(shù)＞一次枝梗數(shù)＞穗重＞穗長＞著粒密度?！删?號’的穗長、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)均表現(xiàn)為M2處理最高,且與其他處理差異極顯著;穗重M2處理顯著高于M4、M5處理,與M1、M3處理差異不顯著;著粒密度表現(xiàn)為M3處理最高,M2處理最低,M3處理極顯著高于M2、M5處理,與其他處理差異不顯著。

表3 不同氮肥運籌下粳稻的穗部性狀特征Table 3 Panicle characters of japonica rice under different nitrogen application

‘松粳9號’穗長、穗重、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、著粒密度的變異系數(shù)分別為:5.89%、4.09%、3.70%、2.69%、2.54%。穗部各性狀受氮肥運籌影響大小依次為穗長＞穗重＞一次枝梗數(shù)＞二次枝梗數(shù)＞著粒密度,其中穗長受氮肥運籌影響最大。穗長各處理間表現(xiàn)為:M2＞M3＞M1＞M4＞M5,M2與M3差異不顯著,與其他處理差異極顯著;穗重、一次枝梗M2處理最高,且與其他處理差異極顯著;二次枝梗數(shù)M2、M3處理最高,且與其他處理差異顯著;著粒密度M1處理最高,且與其他處理差異極顯著?！删?號’除著粒密度外,穗長、穗重、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)等性狀指標(biāo)均高于‘松粳6號’。

2.5 氮肥運籌對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表4可以看出,在相同處理下,‘松粳9號’有效穗數(shù)、千粒重、產(chǎn)量均高于‘松粳6號’?！删?號’的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)均為M2處理最多,與M1、M3處理差異不顯著,顯著高于M4、M5處理;結(jié)實率為M4處理最高,與M3、M5處理差異不顯著,顯著高于M1、M2處理;千粒重M1處理顯著低于其他處理,其他處理間差異不顯著;產(chǎn)量M2處理最高,與其他處理差異顯著(M3處理除外)。

表4 氮肥運籌對粳稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 4 Effects of different nitrogen application on yield and yield components of japonica rice

‘松粳9號’的有效穗數(shù)與‘松粳6號’表現(xiàn)出同一規(guī)律;每穗粒數(shù)在M2處理下最多,與M3處理差異不顯著,顯著高于其他處理;結(jié)實率為M3處理最高,顯著高于M1、M5處理,與其他處理差異不顯著;其千粒重為M2處理最高,與M1、M5處理差異顯著,與其他處理差異不顯著;產(chǎn)量M2處理最高,與其他處理差異顯著(除M3處理外)。

2.6 干物質(zhì)及穗部性狀與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系

相關(guān)分析表明,穗長(0.92**)、穗重(0.91**)、一次枝梗數(shù)(0.85**)、莖鞘物質(zhì)輸出率(0.93**)、莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)換率(0.93**)、收獲指數(shù)(0.75**)、抽穗期總干重(0.77**)均與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,二次枝梗數(shù)(0.73*)與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系,而著粒密度(0.19)和成熟期總干重(0.41)與產(chǎn)量呈不顯著正相關(guān)關(guān)系。說明通過合理的氮肥運籌協(xié)調(diào)生育前期和后期之間的干物質(zhì)積累、輸出、莖轉(zhuǎn)換,提升莖鞘物質(zhì)輸出率、莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)換率對創(chuàng)建超高產(chǎn)潛力意義重大。

3 討論

氮素和密度是影響水稻產(chǎn)量的兩個最為重要的因素,不僅影響干物質(zhì)的形成,也影響著干物質(zhì)的積累和分配[9]。大量研究表明,在氮肥總量適宜的情況下,增加中后期氮肥的比例,能夠提高水稻群體生產(chǎn)能力,顯著提高產(chǎn)量[10]。在本試驗范圍內(nèi),干物重隨穗粒肥比例增加呈先增加后下降的趨勢,但當(dāng)穗粒肥比例過大時,干物重有所降低?！删?號’和‘松粳6號’兩品種不同處理間抽穗期干物重、成熟期干物重均表現(xiàn)為適當(dāng)增施粒肥的處理(M2)顯著高于其他處理,說明后期適當(dāng)增加施氮比例能夠提高水稻的干物質(zhì)積累量,進(jìn)而提高水稻的增產(chǎn)能力,這與前人[11-13]研究結(jié)論基本一致。

根冠比是衡量水稻根系吸收能力以及源庫關(guān)系的重要指標(biāo)之一,不僅品種間差異明顯,栽培方式也不同程度地影響根系的形成。周兵等[14]研究指出,氮肥運籌方式對各生育期早稻根干重影響差異較大,隨氮肥追施量的合理提高(N4∶3∶3和N4∶2∶4處理),水稻根干重明顯提高。超級稻在產(chǎn)量上具有明顯的優(yōu)勢,與其龐大而高活性的根系是密不可分的[15-18]。本研究顯示,適當(dāng)降低基肥施氮比例有利于提高寒地水稻的根冠比,這與前人研究結(jié)果一致[19];在氮肥運籌下,‘松粳9號’生育前期的根冠比均高于‘松粳6號’,以移栽期尤為明顯,這與前人結(jié)論一致[20];而后期均低于‘松粳6號’,以成熟期尤為明顯,后期‘松粳9號’根冠比下降快原因在于地上部分干物質(zhì)積累多。

干物重與產(chǎn)量密切相關(guān)[21-22],水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的形成實質(zhì)上是光合物質(zhì)生產(chǎn)及花后物質(zhì)分配、轉(zhuǎn)運的過程[23-24],成熟期單莖干物重、齊穗期和成熟期地上部干物重、成熟期稻穗干物重與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)[21],且抽穗后群體干物質(zhì)生產(chǎn)速度與產(chǎn)量之間亦呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)[25]。雖然前人在這方面做了大量的研究,但結(jié)論不盡一致。張洪松等[26]認(rèn)為產(chǎn)量與品質(zhì)的形成主要靠穗前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運;凌啟鴻等[27]、楊建昌等[28]和楊惠杰等[29]認(rèn)為主要靠穗后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運;王永銳[30]、林賢青等[31]和趙全志等[32]則認(rèn)為依靠前后兩段時間物質(zhì)轉(zhuǎn)運。

本研究認(rèn)為,隨著基肥施氮比例的減小、穗粒肥施氮比例的增大,兩品種莖鞘物質(zhì)輸出率和莖鞘物質(zhì)運轉(zhuǎn)率也增大,但是穗粒肥比例增加到一定程度后兩者反而下降,兩品種莖鞘物質(zhì)輸出率和莖鞘物質(zhì)運轉(zhuǎn)率均為M2處理最高,且‘松粳9號’各處理的莖鞘物質(zhì)輸出率和莖鞘物質(zhì)運轉(zhuǎn)率均高于‘松粳6號’各處理,可見‘松粳9號’的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移運轉(zhuǎn)能力高于‘松粳6號’,這與高揚(yáng)等[33]研究結(jié)果一致。莖鞘物質(zhì)輸出率、莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)換率、抽穗期總干重均與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,與凌啟鴻等[27]研究結(jié)果基本一致。水稻產(chǎn)量隨穗粒追施氮肥比例的增加而提高,穗粒肥施氮比例不能過大,過大反而降低。因此,適當(dāng)減少基肥施氮比例、增加穗粒肥施氮比例能夠協(xié)調(diào)碳水化合物源-庫關(guān)系,有利于前期形成較大的“源”,后期能夠從時間上保證碳水化合物向“庫”的轉(zhuǎn)移。

4 結(jié)論

不同氮肥運籌下超級稻‘松粳9號’抽穗期和成熟期的干物重、產(chǎn)量以及返青期的根冠比、莖鞘物質(zhì)輸出率和轉(zhuǎn)移率均高于‘松粳6號’;適當(dāng)減少基肥施氮比例、增加穗粒肥施氮比例能夠協(xié)調(diào)碳水化合物的源-庫關(guān)系,促進(jìn)干物質(zhì)積累量的提升,莖鞘物質(zhì)輸出率和莖鞘物質(zhì)運轉(zhuǎn)率增加,合理降低寒地水稻的根冠比,兩個品種均表現(xiàn)出M2處理顯著高于其他處理,有利于前期形成較大的“源”,同時能夠從時間上保證生殖生長期碳水化合物向“庫”的轉(zhuǎn)移,進(jìn)而提高水稻的增產(chǎn)能力,為高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。兩個品種產(chǎn)量均表現(xiàn)出M2處理最高,與M3處理差異不顯著,與其他處理差異顯著;穗長、穗重、一次枝梗數(shù)、莖鞘物質(zhì)輸出率、莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)換率、抽穗期總干重、收獲指數(shù)、二次枝梗數(shù)與產(chǎn)量間具有顯著的相關(guān)關(guān)系,說明這些指標(biāo)可作為衡量寒地粳稻產(chǎn)量高低的指標(biāo)。