減氮密植模式下常規(guī)粳稻產(chǎn)量形成特征

張翔 施天怡 戴其根 孟天瑤 韋還和*

（1 江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225009；2 揚(yáng)州大學(xué)教育部農(nóng)業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品安全國際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室/揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展研究院，江蘇揚(yáng)州 225009；第一作者：2899183588@qq.com；*通訊作者：006931@yzu.edu.cn）

我國人多地少，提高作物產(chǎn)量是永恒的主題[1]。水稻是我國重要的口糧作物，全國半數(shù)以上人口以稻米為主食[2]。合理的種植密度和肥料施用是實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)及資源高效利用的重要措施。但由于農(nóng)村青壯年勞動力短缺與勞動力成本上升，造成目前水稻生產(chǎn)上稀植、超稀植現(xiàn)象普遍，種植密度呈下降趨勢[3-4]。盲目稀植易導(dǎo)致群體過小、群體生物量不足，最終水稻減產(chǎn)[5-6]。近年來，水稻大面積生產(chǎn)上雖實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)，但氮肥施用量過多現(xiàn)象普遍存在，導(dǎo)致地表水富營養(yǎng)化等一系列生態(tài)環(huán)境問題。因此，我國水稻氮肥用量亟需降低[7-8]。

已有研究表明，減氮密植（減少施氮量、增加密度）模式可實(shí)現(xiàn)玉米、水稻等作物產(chǎn)量和肥料利用協(xié)同提高[9-12]。謝小兵等[11]研究表明，Y 兩優(yōu)1 號采用減氮密植栽培（100~150 kg/hm2、40 叢/m2），可提早群體夠苗期，增加分蘗成穗率和有效穗數(shù)，進(jìn)而提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用率。陳佳娜等[12]以中嘉早17 為試驗(yàn)材料研究表明，提高栽插密度并減少氮肥用量，既可通過大幅增加有效穗數(shù)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，又能顯著提高氮肥利用率。但此類研究多以雙季稻區(qū)雜交秈稻為研究對象，以長江下游常規(guī)粳稻為研究對象較少。為此，本研究以常規(guī)粳稻南粳9108 和南粳5718 為試材，旨在研究探討減氮密植對常規(guī)粳稻產(chǎn)量形成特征的影響，為減氮密植模式在該地區(qū)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)與實(shí)踐支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020 年在揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行。土壤類型為沙壤土，含全氮0.14%、堿解氮86.8 mg/kg、速效磷35.3 mg/kg、速效鉀83.9 mg/kg。試驗(yàn)品種選用該地區(qū)大面積推廣種植的常規(guī)粳稻南粳9108 和南粳5718。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采取裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以品種為主區(qū)，減氮密植處理為裂區(qū)。試驗(yàn)設(shè)4 個處理：CK，常規(guī)栽培，氮肥用量300 kg/hm（2基蘗肥∶穗肥為6∶4，下同），栽插規(guī)格25.0 cm×14.4 cm（每叢插 4 株苗，下同）；T1，減氮 10%、增密15%，即氮肥用量270 kg/hm2、栽插規(guī)格25.0 cm×12.5 cm；T2，減氮 20%、增密 30%，即氮肥用量 240 kg/hm2、栽插規(guī)格25.0 cm×11.0 cm；T3，減氮30%、增密45%，即氮肥用量210 kg/hm2、栽插規(guī)格25.0 cm×10.0 cm。小區(qū)面積24 m2，小區(qū)間做埂隔離，并用塑料薄膜覆蓋埂體，保證單獨(dú)排灌。每個處理3 次重復(fù)。

1.3 試驗(yàn)方法

毯苗育秧，秧齡20 d 。各小區(qū)磷、鉀肥施用量一致，即過磷酸鈣（含12% P2O5）900 kg/hm2，于移栽前1d作基肥全部施入。氯化鉀（含60% K2O）450 kg/hm2，按基蘗肥∶穗粒肥=5∶5 施用。移栽后建立淺水層；群體達(dá)到目標(biāo)穗數(shù)的80%時擱田，控制無效分蘗發(fā)生；抽穗揚(yáng)花期田間保持2~3 cm 水層，灌漿結(jié)實(shí)期間歇灌溉，干濕交替，收割前7 d 斷水?dāng)R田。病蟲害防治按常規(guī)高產(chǎn)栽培要求。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1 莖蘗數(shù)

于拔節(jié)期、抽穗期、成熟期，每處理小區(qū)定5 個觀察點(diǎn)，每個觀察點(diǎn)15 叢，記錄群體莖蘗數(shù)。

1.4.2 葉面積和干物質(zhì)量

于拔節(jié)期、抽穗期、成熟期，按每小區(qū)莖蘗數(shù)的平均值取10 叢測定葉面積和干物質(zhì)量。葉面積測定按長寬系數(shù)法進(jìn)行。取樣植株分好器官后放在105℃殺青30 min，80℃烘干至恒質(zhì)量，測定干物質(zhì)量。

1.4.3 上3 葉葉綠素含量和單莖綠葉數(shù)

于抽穗后20 d 和40 d，各小區(qū)挑選生長基本一致的植株20 叢，選定主莖上3 張葉片，用SPAD 儀測定葉綠素含量；記錄植株單莖綠葉數(shù)。

1.4.4 產(chǎn)量

成熟期每小區(qū)調(diào)查150 叢，計(jì)算有效穗數(shù)，取40叢調(diào)查每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和測定千粒重；每小區(qū)收割面積6 m2，脫粒后晾曬，并稱重。

1.5 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Microsoft Excel 軟件錄入數(shù)據(jù)、計(jì)算。

光合勢=1/2×（L1+L2）×（t2-t1）。式中，L1和 L2為前后2 次測定的葉面積，t1和t2為前后2 次測定的時間。

2 結(jié)果與分析

2.1 對產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

由表1 可知，T1 處理下南粳9108 產(chǎn)量略低于CK；T1 處理下南粳5718 產(chǎn)量則略高于CK。與CK 和T1 處理相比，T2 和T3 處理下南粳9108 和南粳5718產(chǎn)量較低，且差異顯著。從產(chǎn)量構(gòu)成因子來看，T1 下參試品種的有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)與CK 相當(dāng)，結(jié)實(shí)率和千粒重也較穩(wěn)定，最終二者產(chǎn)量基本持平。T2 和T3 處理的有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)下降幅度較大，群體穎花量亦較低；結(jié)實(shí)率和千粒重低于T1 處理和CK，最終產(chǎn)量顯著低于T1 處理和CK。

表1 減氮密植各處理產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

2.2 對莖蘗數(shù)和成穗率的影響

從表2 可見，T1 處理下南粳9108 在拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的莖蘗數(shù)略高于CK，而南粳5718 在拔節(jié)期莖蘗數(shù)略低于CK、在抽穗期和成熟期略高于CK，差異均不顯著。T2 和T3 處理下南粳9108 和南粳5718抽穗期和成熟期莖蘗數(shù)均低于T1 處理和CK。莖蘗成穗率參試品種均表現(xiàn)為T1、CK>T2>T3。

表2 減氮密植各處理關(guān)鍵生育期莖蘗數(shù)和成穗率

2.3 對葉面積指數(shù)和光合勢的影響

從表3 可見，T1 處理下南粳9108 和南粳5718 拔節(jié)期、抽穗期和成熟期群體葉面積指數(shù)與CK 相當(dāng)；T2和T3 處理下南粳9108 和南粳5718 拔節(jié)期、抽穗期和成熟期群體葉面積指數(shù)顯著低于T1 處理和CK；CK 和T1 處理下南粳9108 和南粳5718 拔節(jié)-抽穗期和抽穗-成熟期的光合勢均顯著高于T2 和T3 處理。

表3 減氮密植各處理關(guān)鍵生育期葉面積指數(shù)和光合勢

2.4 關(guān)鍵生育期干物質(zhì)量及積累量

由表4 可知，南粳9108 和南粳5718 在不同處理間拔節(jié)期、抽穗期和成熟期干物質(zhì)量均表現(xiàn)為CK 和T1 高于T2 和T3 處理，在抽穗期和成熟期差異顯著。從階段干物質(zhì)量積累量來看，拔節(jié)-抽穗期表現(xiàn)為T1>CK>T2>T3，抽穗-成熟期表現(xiàn)為 CK>T1>T2>T3，CK 和T1 處理顯著高于 T2、T3 處理。

表4 減氮密植各處理關(guān)鍵生育期干物質(zhì)量和關(guān)鍵生育階段積累量 （單位：t·hm-2）

2.5 上3 葉葉綠素含量和單莖綠葉數(shù)

從表5 可見，抽穗期各處理間上3 葉葉綠素含量差異不顯著，花后20 d、40 d 和成熟期各處理間上3 葉葉綠素含量表現(xiàn)為CK、T1>T2>T3 趨勢；與葉綠素含量表現(xiàn)相一致，花后20 d、40 d 和成熟期各處理間植株單莖綠葉數(shù)亦表現(xiàn)為CK、T1>T2>T3。

表5 減氮密植各處理花后上3 葉SPAD 含量及單莖綠葉數(shù)

3 討論

3.1 減氮密植對常規(guī)粳稻產(chǎn)量影響

當(dāng)前我國水稻生產(chǎn)一個突出特點(diǎn)是氮肥施用量大、氮肥利用率低，如何在不增加甚至減少氮肥投入情況下實(shí)現(xiàn)水稻產(chǎn)量和資源利用協(xié)同增長，是水稻栽培界研究關(guān)注的焦點(diǎn)[13]。此前的研究表明，通過合理密植可彌補(bǔ)減氮所引起的分蘗減少，獲得與常規(guī)栽培相近或更高的產(chǎn)量[11-12]。本研究表明，適宜減氮密植（T1）處理下群體穗數(shù)和穗粒數(shù)較為協(xié)調(diào)，群體穎花量與常規(guī)高產(chǎn)栽培（CK）相當(dāng)；此外，群體庫容結(jié)實(shí)性狀亦較好，最終產(chǎn)量與常規(guī)高產(chǎn)栽培模式持平；減氮幅度和增密幅度更大的T2 和T3 處理則產(chǎn)量較CK 分別下降6.7%和11.0%。

此外，適宜減氮密植（T1），前期減氮可減少無效分蘗，最終莖蘗成穗率較高（兩品種平均77.5%），表明T1處理下南粳9108 和南粳5718 群體質(zhì)量更高[14]，這也是其獲得較高產(chǎn)量的重要基礎(chǔ)?？梢?，適宜減氮密植模式（T1）可實(shí)現(xiàn)常規(guī)粳稻節(jié)氮、高產(chǎn)栽培。

3.2 減氮密植對常規(guī)粳稻干物質(zhì)積累及葉片生理影響

謝小兵等[11]研究表明，適宜減氮密植栽培利于在齊穗期形成較大的群體干物質(zhì)且促進(jìn)同化物向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，最終利于提高籽粒產(chǎn)量。朱相成等[15]研究表明，適宜減氮密植處理下收獲指數(shù)顯著提高，籽粒灌漿物質(zhì)得到充足保障。本試驗(yàn)條件下，適宜減氮密植處理（T1）在關(guān)鍵生育期干物質(zhì)量與CK 相當(dāng)，高于減氮密植程度過高的T2 和T3 處理；拔節(jié)-抽穗期和抽穗-成熟期群體干物質(zhì)積累量亦呈類似趨勢。適宜減氮密植處理（T1）之所以在關(guān)鍵生育期干物質(zhì)量與CK 相當(dāng)，主要得益于其關(guān)鍵生育期群體較高的葉面積指數(shù)，尤其是抽穗-成熟期階段較高的上3 葉葉綠素含量、植株單莖綠葉數(shù)，使上部高效葉產(chǎn)出較多光合產(chǎn)物，促進(jìn)了花后干物質(zhì)積累[16-17]。

本試驗(yàn)條件下，減氮密植幅度過高的T2 和T3 處理花后干物質(zhì)積累量較低，可能與其花后植株衰老過快有關(guān)，體現(xiàn)在花后20 d 之后上部高效葉葉綠素含量、植株單莖綠葉數(shù)下降較快。上3 葉作為水稻生殖生長階段的主要功能葉，提供了60%~90%同化物用于群體庫容充實(shí)[18-19]，而T2 和T3 處理下，由于植株栽插密度過大，植株早衰明顯，最終植株干物質(zhì)積累量低，群體庫容充實(shí)差，最終產(chǎn)量較低。