冬水田減量施氮對免耕直播雜交稻產(chǎn)量及氮肥利用率的影響

周興兵，蔣鵬，2，徐富賢，2*，張林，朱永川，郭曉藝，劉茂，陳琳，熊洪

(1 四川省農(nóng)業(yè)科學院水稻高粱研究所/農(nóng)業(yè)部西南水稻生物學與遺傳育種重點實驗室，德陽 618000；2 四川省作物生理生態(tài)及栽培重點實驗室，德陽 618000)

四川、重慶冬水田常年維持在120 萬hm2左右[1]。冬水田常年囤水，形成了泥腳深度超過20 cm、田面積水層長期深淺不一的田塊狀態(tài)。緣于冬水田土壤硬底層相對較深，甚至無硬底層，表層土壤流動性大，運動阻力大，導致農(nóng)機(拖拉機、插秧機等)下田時容易下陷，加之冬水田區(qū)田塊小、不規(guī)則、稻田機耕道路建設十分落后，機械化難度大[2]。同時，近年來隨著農(nóng)村青壯年勞動力不斷向城市轉移以及種糧大戶、農(nóng)業(yè)合作社、家庭農(nóng)場等新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的快速發(fā)展，亟需省工、省力的輕簡化水稻栽培技術來取代傳統(tǒng)的育苗手工移栽。水稻免耕直播栽培技術因具有省工、省力、節(jié)本等優(yōu)點而受到廣泛關注。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國直播稻面積超過400 萬hm2[3]，并且表現(xiàn)出顯著的增產(chǎn)增效作用[4]。氮肥是影響水稻生長發(fā)育的重要營養(yǎng)元素，其施用量和運籌模式對水稻群體構建、物質生產(chǎn)及轉運、產(chǎn)量和品質形成均具有重要作用。施氮也是稻田土壤獲取氮素的主要途徑之一。基于直播稻產(chǎn)量形成的特點，科學的肥料運籌是實現(xiàn)直播稻高產(chǎn)和肥料利用率協(xié)同提高的關鍵所在。有研究認為，直播稻無返青期，分蘗早，植株生長快，氮素吸收量大，容易引起缺氮[5-7]，因而前期需多施氮肥；中期群體相對較大，需控制施氮；后期早衰明顯，需適當補施氮肥[8]。朱建康等[9]研究發(fā)現(xiàn)，直播稻后期氮肥比例過高會造成抗倒伏性能降低，結實率和千粒質量下降，進而導致直播稻減產(chǎn)。也有研究認為，直播稻前期群體小，土壤中的氮素就可滿足其需求，且土壤氮占水稻植株成熟期氮素總積累量的65%以上，前期重施氮肥易造成植株奢侈吸氮[10]，而減少基肥用量或不施基肥均不會造成直播稻產(chǎn)量下降[11，12]。施氮量對直播稻的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)影響顯著，從而直接導致其群體產(chǎn)量的顯著變化。氮肥供應不足時，直播稻植株弱小，干物質生產(chǎn)量不足，產(chǎn)量下降；氮肥供應過量時，植株株高、基本節(jié)間長度增加，抗倒伏性能下降[13]。前人就翻耕直播稻施氮量和氮肥運籌模式開展的研究較多，而關于冬水田區(qū)減量施氮對免耕直播稻產(chǎn)量及氮肥利用率影響的研究尚未見報道。為此，本研究以不同熟期(中熟和遲熟)2 個雜交稻品種為材料，研究冬水田區(qū)減量施氮對免耕直播雜交稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響，旨在為冬水田區(qū)免耕直播雜交稻高產(chǎn)和氮高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試雜交稻品種分別為川康優(yōu)6276(中熟中秈)和內(nèi)6 優(yōu)107(遲熟中秈)，由四川省農(nóng)業(yè)科學院水稻高粱研究所提供。

1.2 試驗設計

試驗設置N0、N1、N23 個施氮處理，分別為施純氮0、180、153 kg/hm2，按基肥、分蘗肥、穗肥分別占50%、30%、20%的比例施用。采用裂區(qū)設計，氮肥處理為主區(qū)，品種為副區(qū)，副區(qū)面積為50 m2，3 次重復。磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)施用量分別為67.5 kg/hm2和150 kg/hm2，均作基肥施用。其他按當?shù)卮筇锔弋a(chǎn)管理進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 干物質和葉面積指數(shù)

于齊穗期和成熟期每試驗小區(qū)分別取0.48 m2植株(邊行除外)，從中隨機選取20 株，用直尺測量每片稻葉由葉枕至葉尖的長度以及葉片中心位置的葉寬，計算葉面積指數(shù)。用自來水將植株根部泥沙沖洗干凈，剪去根系，將植株分成莖、葉、穗3 部分，人工計數(shù)穗數(shù)，手工脫粒后，分成稻草、實粒、秕粒3部分，置于70 ℃烘箱烘至恒重后，用百分之一天平進行稱量并分別計算齊穗期、成熟期干物質量和收獲指數(shù)。

1.3.2 產(chǎn)量構成

于成熟期各小區(qū)調(diào)查0.48 m2植株，計數(shù)有效穗數(shù)。結合成熟期干物質樣品測定穗粒結構，將籽粒中的秕粒和實粒分別計數(shù)，從實粒中隨機數(shù)取3個1 000 粒，測定千粒質量、每穗粒數(shù)、結實率。

1.3.3 產(chǎn)量

于成熟期各小區(qū)取中間5 m2進行測產(chǎn)，每個小區(qū)單收單曬，按13.5%的含水量折算小區(qū)實際產(chǎn)量。

1.4 計算公式與數(shù)據(jù)處理

1.4.1 計算公式

花后干物質積累量(g/m2)＝成熟期總干物質積累量-齊穗期干物質積累量

花前干物質轉運量(g/m2)＝產(chǎn)量-花后干物質積累量

花前干物質轉運效率(%)＝花前干物質轉運量/齊穗期干物質積累量×100

花前干物質轉運對產(chǎn)量的貢獻率(%)＝花前干物質轉運量/產(chǎn)量×100

花后干物質積累對產(chǎn)量的貢獻率(%)＝花后干物質積累量/產(chǎn)量×100

氮肥農(nóng)學利用率(kg/kg)＝(施氮區(qū)產(chǎn)量-無氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量

氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)＝施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量

1.4.2 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003 整理數(shù)據(jù)，采用Statistix 8.0 進行方差分析，采用LSD0.05進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 冬水田減量施氮對免耕直播雜交稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

由表1 可知，冬水田區(qū)減量施氮對免耕直播雜交稻產(chǎn)量有顯著影響。與N0相比，N1、N2處理產(chǎn)量分別增加了49.4%～51.4%、46.7%～47.7%，說明施氮可顯著提高冬水田區(qū)免耕直播雜交稻產(chǎn)量。N2處理產(chǎn)量較N1減少了0.9%～3.1%，但差異不顯著，說明冬水田區(qū)施氮量減少15%并不會造成免耕直播雜交稻產(chǎn)量顯著下降。與N1相比，N2處理氮肥農(nóng)學利用率提高了7.3%～14.1%，但差異不顯著，氮肥偏生產(chǎn)力提高了13.9%～16.5%，差異達顯著水平。與遲熟雜交稻內(nèi)6 優(yōu)107 相比，中熟雜交稻川康優(yōu)6276 的產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學利用率、氮肥偏生產(chǎn)力分別提高了1.0%、1.8%、1.1%，但差異未達顯著水平。

表1 各處理免耕直播雜交稻產(chǎn)量及氮肥利用率Table 1 Yield and nitrogen use efficiency of no-tillage and direct-seeding hybrid rice

2.2 冬水田減量施氮對免耕直播雜交稻產(chǎn)量構成的影響

由表2 可知，品種、施氮量對免耕直播雜交稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、穎花量影響顯著。與N0相比，N1、N2處理有效穗數(shù)分別增加了55.3%～59.2%、38.3%～ 46.5%，每穗粒數(shù)分別增加了2.9%～6.7%、6.2%～16.5%，穎花量分別增加了63.5%～66.2%、54.6%～61.5%。與N1相比，N2處理有效穗數(shù)減少了8.0%～11.0%，每穗粒數(shù)增加了3.2%～9.1%，穎花量減少了2.8%～5.4%。施氮量對免耕直播雜交稻結實率影響顯著，與N0相比，N1、N2處理的結實率平均下降了3.3%和1.7%，整體呈N0>N2>N1的變化趨勢。施氮量對免耕直播雜交稻千粒質量影響不顯著，與遲熟雜交稻內(nèi)6 優(yōu)107 相比，中熟雜交稻川康優(yōu)6276 有效穗數(shù)、結實率、千粒質量分別降低了6.1%、1.4%、6.5%，每穗粒數(shù)、穎花量分別增加了19.8%、13.0%。

表2 各處理免耕直播雜交稻產(chǎn)量構成比較Table 2 Comparison of yield components of no-tillage and direct seeding hybrid rice

2.3 冬水田減量施氮對免耕直播雜交稻干物質生產(chǎn)的影響

由表3 可知，品種、施氮量對免耕直播雜交稻齊穗期葉面積指數(shù)、齊穗期、齊穗后、成熟期干物質積累量、收獲指數(shù)影響顯著(除品種間齊穗后干物質外)。2 個品種的齊穗期葉面積指數(shù)和齊穗期、齊穗后、成熟期干物質積累量均以N0處理為最低。與N1相比，N2處理的齊穗期葉面積指數(shù)、齊穗期、齊穗后、成熟期干物質量分別減少了4.6%～9.6%、3.6%～5.9%、0.5%～7.8%、4.2%～4.7%，收獲指數(shù)增加了2.7%～2.8%。與遲熟雜交稻內(nèi)6 優(yōu)107 相比，中熟雜交稻川康優(yōu)6276 齊穗期葉面積指數(shù)、齊穗期、成熟期干物質量分別減少了14.5%、13.6%、6.8%，齊穗后干物質量、成熟期收獲指數(shù)分別增加了11.8%、10.5%。

表3 各處理免耕直播雜交稻干物質生產(chǎn)及收獲指數(shù)Table 3 Dry matter production and harvest index of no-tillage direct-seeding hybrid rice

2.4 冬水田減量施氮對免耕直播雜交稻花前干物質轉運的影響

由表4 可知，施氮量對花前干物質轉運效率影響顯著，品種、施氮量及其互作對免耕直播雜交稻花前干物質轉運量、花前干物質轉運效率、花前干物質轉運對產(chǎn)量的貢獻率、花后干物質積累對產(chǎn)量的貢獻率影響均不顯著。免耕直播雜交稻花前干物質轉運量、花前干物質轉運效率、花前干物質轉運對產(chǎn)量的貢獻率、花后干物質積累對產(chǎn)量的貢獻率對施氮量的響應隨品種熟期變化而變化。川康優(yōu)6276 N2處理的花前干物質轉運量、花前干物質轉運效率、花前干物質轉運對產(chǎn)量的貢獻率略低于N1，但其花后干物質積累對產(chǎn)量的貢獻率略高于N1。與N1處理相比，內(nèi)6 優(yōu)107 N2處理的花前干物質轉運量、花前干物質轉運效率、花前干物質轉運對產(chǎn)量的貢獻率分別增加了10.4%、14.8%、11.8%，花后干物質積累對產(chǎn)量的貢獻率降低了7.0%。與遲熟雜交稻內(nèi)6 優(yōu)107 相比，中熟雜交稻川康優(yōu)6276 的花前干物質轉運量、花前干物質轉運對產(chǎn)量的貢獻率分別降低了14.6%、14.3%，花前干物質轉運效率、花后干物質積累對產(chǎn)量的貢獻率分別增加了0.9%、10.1%。

表4 各處理免耕直播雜交稻干物質轉運情況Table 4 Transfer of dry matter in no-tillage direct-seeding hybrid rice

3 討論

前人研究表明，合理施肥對水稻生長發(fā)育、群體質量、籽粒灌漿具有重要的作用[14-16]。也有調(diào)查發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶在直播水稻實際生產(chǎn)管理中氮肥施用量過高是造成直播稻產(chǎn)量普遍偏低的主要原因[17]。更有報道指出，在常規(guī)施氮量的基礎上長期減氮30%或減磷50%，水稻產(chǎn)量無明顯降低[18]。本試驗結果表明，N2施氮量較N1減少了15%，但N2免耕直播雜交稻產(chǎn)量與N1無顯著差異；且N2免耕直播雜交稻氮肥農(nóng)學利用率、氮肥偏生生產(chǎn)力較N1分別提高了7.3%～14.1%、13.9%～16.5%。說明冬水田區(qū)施氮量減少15%并不會造成免耕直播雜交稻產(chǎn)量顯著下降，并且有利于氮肥利用率的大幅度提高。這與前人的研究結果略有差異，而導致這一差異性的原因則可能是土壤本身基礎肥力、耕作方式或種植方式的不同以及所選供試材料基因型存在差異所致。

王道中等[19]研究認為，中高肥力、中低肥力土壤在常規(guī)施氮量的基礎上分別減少30%和10%，雖然導致單位面積有效穗數(shù)下降，但可顯著增加結實率、每穗粒數(shù)、千粒質量，因而不會造成水稻產(chǎn)量顯著下降。本研究中，從產(chǎn)量構成來看，N2免耕直播雜交稻有效穗數(shù)、穎花量較N1分別減少了8.0%～11.0%、2.8%～5.4%，但其每穗粒數(shù)、結實率較N1分別增加了3.2%～9.1%、1.2%～2.7%?？梢?，N2處理免耕直播雜交稻的高產(chǎn)優(yōu)勢主要表現(xiàn)在每穗粒數(shù)、結實率上，這與前人的研究結果一致。從干物質生產(chǎn)和分配特性來看，N2免耕直播雜交稻齊穗期葉面積指數(shù)、齊穗期干物質、齊穗后干物質、成熟期總干物質較N1分別減少了4.6%～ 9.6%、3.6%～5.9%、0.5%～7.8%、4.2%～4.7%，但其收獲指數(shù)較N1增加了2.7%～2.8%，說明N2處理免耕直播雜交稻的高產(chǎn)優(yōu)勢主要表現(xiàn)在收獲指數(shù)上。

單就冬水田耕作方式而言，有研究表明在免耕移栽條件下，選用分蘗力強的穗數(shù)型品種是實現(xiàn)高產(chǎn)的有效途徑，免耕移栽處理的結實率和千粒質量也會明顯提高[20，21]。本研究發(fā)現(xiàn)，在免耕直播條件下中熟雜交稻川康優(yōu)6276 產(chǎn)量較遲熟雜交稻內(nèi)6優(yōu)107 增加了1.0%，但差異不顯著。從產(chǎn)量構成來看，中熟雜交稻川康優(yōu)6276 的增產(chǎn)優(yōu)勢主要表現(xiàn)在每穗粒數(shù)、穎花量上。從干物質生產(chǎn)特性來看，中熟雜交稻川康優(yōu)6276 的增產(chǎn)優(yōu)勢主要表現(xiàn)在齊穗后干物質積累、成熟期收獲指數(shù)上?？梢?，冬水田區(qū)無論是選擇免耕移栽還是免耕直播的耕作方式，選擇與之相配套的品種是關鍵。

4 結論

冬水田區(qū)在常規(guī)施氮量的基礎上減量15%并不會造成免耕直播雜交稻的產(chǎn)量顯著下降，但免耕直播雜交稻氮肥農(nóng)學利用率和氮肥偏生產(chǎn)力大幅度提高，說明冬水田減施15%氮肥可實現(xiàn)免耕直播稻產(chǎn)量和氮肥利用率的協(xié)同提高。此外，免耕直播下中熟雜交稻川康優(yōu)6276 產(chǎn)量較遲熟雜交稻內(nèi)6 優(yōu)107 高，其增產(chǎn)優(yōu)勢主要表現(xiàn)在每穗粒數(shù)、穎花量、齊穗后干物質積累和收獲指數(shù)上。可見，選用大穗、后期干物質生產(chǎn)能力強的中熟雜交稻品種是實現(xiàn)冬水田區(qū)免耕直播雜交稻高產(chǎn)的重要途徑。