移栽方式與增密減氮對雙季晚稻光合特性與產(chǎn)量的影響

唐志偉，李海林，余政軍，祝博文，龍 攀，徐 瑩，吳建軍，傅志強

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，農(nóng)業(yè)部華中地區(qū)作物栽培科學觀測實驗站，湖南 長沙 410128；2. 華容縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 岳陽 414200）

拋栽、手插和機插是目前湘北洞庭湖平原雙季稻區(qū)水稻生產(chǎn)中應(yīng)用面積最廣泛的3 種栽培方式，隨著中國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變、農(nóng)村勞動力的轉(zhuǎn)移和老齡化現(xiàn)象的加劇，推進水稻機械化和輕簡化栽培技術(shù)對保證國家糧食安全具有重要意義[1]。中國是水稻生產(chǎn)大國，農(nóng)民為追求高產(chǎn)，往往施用過量氮肥，造成水稻徒長、倒伏，從而引起水稻產(chǎn)量下降、病蟲害增多、氮素利用率降低和環(huán)境污染等問題，因此合理施用氮肥是提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)、保障資源可持續(xù)利用的有效途徑[2-5]。有研究表明，水稻產(chǎn)量與施氮量存在開口向下的拋物線關(guān)系，因此在保證糧食豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的前提下，合理施用氮肥尤為關(guān)鍵[6]。氮肥用量和栽插密度是影響水稻增產(chǎn)的重要栽培調(diào)控措施，采用高密度栽培措施是當前進一步提高水稻產(chǎn)量的主要途徑[7-9]。“增密減氮”栽培技術(shù)具有穩(wěn)定水稻產(chǎn)量、提高氮素利用效率和減少生態(tài)環(huán)境污染等優(yōu)點，對保障水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義[10]。相關(guān)研究表明，不同移栽方式間水稻產(chǎn)量差異顯著，拋栽最高，機插最低，水稻拋栽和手插均能比機插增加產(chǎn)量[11-12]。目前，單獨針對移栽方式、增密減氮等調(diào)控措施對水稻生長與產(chǎn)量的研究較多[13-14]，但分析移栽方式與增密減氮對水稻產(chǎn)量及其光合特性的影響研究尚少。筆者擬通過分析手插、機插和拋栽3 種移栽方式與增密減氮、常規(guī)密氮2 個管理水平對雙季晚稻葉片光合特性和產(chǎn)量的影響差異，為水稻生態(tài)高產(chǎn)栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試品種

試驗于2018年7—11月在湖南省益陽市南縣茅草街新勝村（E 112°37'43"，N 29°11'59"）開展，土壤類型為壤土，pH 值7.34，堿解氮178.15 mg/kg，速效磷6.51 mg/kg，速效鉀136.67 mg/kg，有 機 質(zhì)37.03 mg/kg，氣候類型為亞熱帶季風性濕潤氣候，前茬為早稻。供試晚稻品種為桃優(yōu)香占。

1.2 試驗設(shè)計

大田試驗采用兩因素裂區(qū)試驗設(shè)計，主因素為3 種移栽方式，包括機插（Mechanical transplanting，MT）、手插（Hand transplanting，HT）、拋栽（Seedling broadcasting，SB）；副因素為密氮管理水平，包括常規(guī)密氮水平（Conventional density and nitrogen fertilizer levels，CD）和增密減氮水平（Increase density and reduce nitrogen fertilizer levels，ID），共6 個處理組合，3 次重復(fù)，18 個小區(qū)，每個小區(qū)面積為114 m2。

常規(guī)密氮栽培的株行距為14 cm×25 cm，28.57 萬株/hm2；基肥為40%（20 ∶11 ∶9），復(fù)合肥375 kg/hm2，移栽6～8 d 后追施75 kg 尿素（含氮量46%），移栽15 d 后追施112.5 kg 尿素，合計施純氮為161.25 kg/hm2。增密減氮栽培的株行距為12 cm×25 cm，33.33 萬株/hm2；基肥為40%（20 ∶11 ∶9），復(fù)合肥375 kg/hm2，移栽6～8 d 后追施75 kg 尿素，移栽15 d 后再追施60 kg 尿素，合計施純氮137.1 kg/hm2。增密減氮栽培較常規(guī)密氮栽培增苗16.67%，氮肥減量14.98%。

水分管理方式為寸水返青、薄水分蘗、苗夠曬田、孕穗期后干濕交替、黃熟期曬田。

整地方式為旋耕，田埂高約20 cm，其上覆膜，灌溉采取單灌單排，防止水肥串灌。移栽后當天噴施30%丙草胺1 500 mL/hm2封閉除草，移栽6～8 d 后用60%芐嘧·苯噻酰900 g/hm2，拌尿素撒施除草。機插秧采用塑料硬盤育秧；拋栽秧采用塑料軟盤育秧；手插秧采用大田濕潤育秧方式。手插和拋栽的播種、移栽、收獲分別為6 月22 日、7 月23 日、10 月28 日；機插秧播種、機插、收獲分別為6 月22 日、7 月22 日、10 月28 日。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉片SPAD值采用SPAD-502 Plus 型葉綠素儀（Konica Minolta，日本），分別于分蘗盛期、抽穗期、成熟期，每小區(qū)隨機選擇15 片葉（分蘗盛期測定植株主莖頂部第一片展開葉，抽穗期、成熟期測定植株主莖劍葉），測定葉片中部葉綠素相對含量（SPAD 值）。

1.3.2 光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率采用Li-6400型光合測定系統(tǒng)（LI-COR 公司，美國），分別于分蘗盛期、抽穗期、成熟期，選擇晴天上午9:30—11:30，每小區(qū)選擇具有代表性葉片3 片（分蘗盛期測定植株主莖頂部第一片展開葉，抽穗期、成熟期測定植株主莖劍葉），測定光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率。

1.3.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素水稻成熟期各小區(qū)連續(xù)數(shù)20 株，計算單株有效穗數(shù)，再按單株有效穗數(shù)選擇具有代表性的植株3 株，測定每穗總粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重；實際產(chǎn)量采用大型履帶式收割機對每個小區(qū)單獨收獲，曬干后分別稱重，折算成13.5%的含水量計算實際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016 與DPS 7.05 進行數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計分析，采用Duncan 新復(fù)極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同移栽方式增密減氮對雙季晚稻光合特性的影響

2.1.1 不同移栽方式增密減氮對雙季晚稻葉片SPAD值的影響由表1 可知，相同移栽方式不同密氮水平下，增密減氮處理較常規(guī)密氮處理各生育時期SPAD值均無顯著性差異。不同移栽方式在抽穗期和成熟期的SPAD 值存在顯著差異。不同移栽方式下，手插和拋栽處理在抽穗期的SPAD 值顯著高于機插處理2.54%～3.83%，但手插和拋栽處理間SPAD 值差異不顯著；機插處理在成熟期的SPAD 值高于手插和拋栽處理2.37%～8.25%，但僅與拋栽處理差異顯著。

表1 各處理雙季晚稻生育時期葉片SPAD 值

2.1.2 不同移栽方式增密減氮對雙季晚稻葉片光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的影響由表2 可知，機插方式下，機插增密減氮處理在抽穗期的光合速率顯著低于機插常規(guī)密氮處理13.41%；手插方式下，手插增密減氮處理在抽穗期和成熟期的光合速率顯著分別低于手插常規(guī)密氮處理11.50%和12.12%；拋栽方式下，拋栽增密減氮處理各生育時期的光合速率較拋栽常規(guī)密氮處理差異均不顯著。不同移栽方式在分蘗盛期和成熟期的光合速率存在顯著差異；移栽方式和密氮水平的互作效應(yīng)在抽穗期達到顯著水平。

表2 各處理雙季晚稻各生育時期葉片光合速率 [μmol/(m2·s)]

不同移栽方式下，手插和拋栽處理在分蘗盛期的光合速率顯著高于機插處理7.75%～11.97%，其中手插與拋栽處理差異不顯著；機插處理在成熟期的光合速率顯著高于手插和拋栽處理9.44%～15.74%，其中手插和拋栽處理差異不顯著。

由表3 可知，機插方式下，機插增密減氮處理在分蘗盛期的氣孔導(dǎo)度顯著高于機插常規(guī)密氮處理11.69%，但在抽穗期和成熟期分別顯著低于機插常規(guī)密氮處理23.75%和23.73%；手插方式下，手插增密減氮處理在分蘗盛期的氣孔導(dǎo)度顯著高于手插常規(guī)密氮處理10.53%；拋栽方式下，拋栽增密減氮處理在分蘗盛期的氣孔導(dǎo)度顯著高于拋栽常規(guī)密氮處理16.22%。

表3 各處理雙季晚稻各生育時期葉片氣孔導(dǎo)度 [mol/(m2·s)]

不同密氮水平的氣孔導(dǎo)度在分蘗盛期存在顯著差異；移栽方式和密氮水平的互作效應(yīng)在抽穗期與成熟期均達到顯著水平。不同移栽方式下，機插、手插、拋栽3 個處理之間差異不顯著。

由表4 可知，機插方式下，機插增密減氮處理在抽穗期的蒸騰速率顯著低于機插常規(guī)密氮處理12.58%，但在分蘗盛期和成熟期較機插常規(guī)密氮處理差異不顯著；手插和拋栽方式下，增密減氮處理各生育時期的蒸騰速率較常規(guī)密氮處理差異均不顯著。

表4 各處理雙季晚稻各生育時期葉片蒸騰速率 [mmol/(m2·s)]

不同移栽方式間蒸騰速率在分蘗盛期存在顯著差異；移栽方式和密氮水平的互作效應(yīng)在抽穗期達到顯著水平。不同移栽方式下，拋栽處理在分蘗盛期的蒸騰速率最高，顯著高于機插處理7.11%，但與手插處理差異不顯著。

2.2 不同移栽方式增密減氮對雙季晚稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表5 可知，機插方式下，機插增密減氮處理的有效穗數(shù)顯著高于機插常規(guī)密氮處理28.39%，但每穗總粒數(shù)顯著低于機插常規(guī)密氮處理23.94%，機插增密減氮處理較機插常規(guī)密氮處理在有效穗數(shù)、結(jié)實率、千粒重和產(chǎn)量上差異均不顯著；手插方式下，手插常規(guī)密氮處理的千粒重顯著高于手插增密減氮處理2.31%；拋栽方式下，拋栽常規(guī)密氮處理較拋栽增密減氮處理在產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因素上差異均不顯著。

表5 各處理雙季晚稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

不同移栽方式在水稻有效穗數(shù)和千粒重上存在顯著差異；不同密氮水平在水稻有效穗數(shù)上存在顯著差異；移栽方式和密氮水平的互作效應(yīng)在每穗總粒數(shù)上達到顯著水平。不同移栽方式下，水稻產(chǎn)量以手插最高，較其他處理高2.42%～4.46%，僅與機插處理差異顯著；有效穗數(shù)以機插和手插顯著高于拋栽處理21.09%～22.87%，但機插和手插間差異不顯著；每穗總粒數(shù)以拋栽處理最高，高于其他處理9.03%～11.69%，僅與手插處理差異顯著；千粒重以拋栽處理最高，手插次之，機插最低，拋栽處理顯著高于其他處理1.61%～2.49%，手插處理顯著高于機插處理0.87%。

3 討 論

3.1 移栽方式對雙季晚稻光合特性與產(chǎn)量的影響

水稻籽粒產(chǎn)量主要來源于抽穗后功能葉片的光合產(chǎn)物，功能葉片的光合能力主要受葉綠素含量及光合速率等指標的影響，其中葉綠素含量主要反映光合源的數(shù)量，光合速率主要反映光合源的質(zhì)量狀況[15]。葉片SPAD 值與葉綠素含量成正比，通常SPAD 值被用來衡量葉片氮含量的高低[16]。在研究中，移栽方式對水稻葉片SPAD 值表現(xiàn)不一致，分蘗盛期與抽穗期SPAD 值均以手插和拋栽高于機插，成熟期SPAD 值大小順序以機插＞手插＞拋栽；不同移栽方式的光合速率在分蘗盛期與抽穗期大小順序為拋栽＞手插＞機插，成熟期大小順序為機插＞手插＞拋栽，其中在抽穗期光合速率達到最高值；不同移栽方式的蒸騰速率在分蘗盛期大小順序以拋栽＞手插＞機插，抽穗期大小順序以機插＞手插＞拋栽，成熟期大小順序為手插＞拋栽＞機插。結(jié)果均與唐海明等[1,11]結(jié)論基本一致。

關(guān)于不同移栽方式對雙季晚稻產(chǎn)量的報道結(jié)果不完全一致[1,17-22]。研究中，移栽方式對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素存在顯著影響，產(chǎn)量高低順序為手插＞拋栽＞機插，手插顯著高于機插處理4.46%，主要原因是手插處理千粒重顯著高于機插處理0.87%、有效穗數(shù)明顯高于拋栽和機插處理20.14%～22.42%。移栽方式對產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響由高到低依次為千粒重＞有效穗數(shù)＞每穗總粒數(shù)＞結(jié)實率，拋栽處理雖然在千粒重上顯著高于手插和機插處理，但有效穗數(shù)顯著低于手插和機插處理，因此導(dǎo)致實際產(chǎn)量低于手插處理。

3.2 增密減氮對雙季晚稻光合特性與產(chǎn)量的影響

李超等[23]研究表明增密減氮可促進水稻生育后期葉片褪色，從而在一定程度上避免了養(yǎng)分的浪費增密減氮可促進水稻養(yǎng)分的衰減，避免了貪青晚熟，提高了抽穗期至成熟期的群體光合物質(zhì)生產(chǎn)及轉(zhuǎn)運效率。在相同移栽方式下，增密減氮處理葉片SPAD 值較常規(guī)密氮處理差異小且不顯著，表明增密減氮處理即可減少氮污染也可避免水稻缺氮。光合作用是作物生長發(fā)育的基礎(chǔ)和生產(chǎn)力高低的決定性因素，提高作物產(chǎn)量的一個重要途徑就是提高作物光能利用率。合理增密減氮可提高水稻葉片的光能利用率[14,24]。相同移栽方式下，相比常規(guī)密氮處理，增密減氮處理在光合速率和蒸騰速率上差異不顯著，但對分蘗盛期氣孔導(dǎo)度存在極顯著影響。

何成貴等[25]研究認為，增加移栽密度20%和減少氮肥施用量10%、增加移栽密度30%和減少氮肥施用量20%兩種模式，相比對照分別增產(chǎn)6.37%、4.07%。朱相成等[26]研究認為，在增加移栽密度33.3%和減少氮肥施用量20%的條件下，相比對照產(chǎn)量基本穩(wěn)定甚至提高。目前諸多研究都將產(chǎn)量構(gòu)成因素中的有效穗數(shù)作為影響產(chǎn)量的主要因素，特別是氮肥施用量少的條件下，提高移栽密度增產(chǎn)效果明顯[27]。該研究中，相同移栽方式下，相比常規(guī)密氮處理，增密減氮對產(chǎn)量的影響未達到顯著水平，這與有些報道結(jié)果一致[28-29]，研究表明在較常規(guī)密氮水平移栽密度增加16.67%，氮肥施用量減少14.98%的條件下可以保障水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

4 結(jié) 論

相比機插處理，手插和拋栽處理可顯著提高水稻前期葉綠素含量和光合速率，同時生育進程有所提前，成熟期的適當延長可以充分地保證養(yǎng)分向籽粒運輸?shù)臅r間，避免了養(yǎng)分的浪費。不同移栽方式對水稻產(chǎn)量影響顯著，手插最高，拋栽次之，機插最低。增產(chǎn)主要原因是提高了結(jié)實率與千粒重。相比常規(guī)密氮處理，增密減氮可顯著降低水稻后期葉綠素含量和光合速率，促進水稻“源”的養(yǎng)分向籽粒運輸，從而穩(wěn)定了水稻產(chǎn)量。綜合考慮產(chǎn)量、肥料成本和生態(tài)效益，手插增密減氮、拋栽增密減氮和機插增密減氮技術(shù)值得推廣。