不同灌溉方式、施氮量和種植密度對(duì)水稻莖蘗利用及產(chǎn)量的影響

蔡永盛,薛菁芳,杜曉東,趙海新,楊麗敏,王立楠,陳書(shū)強(qiáng)

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部寒地粳稻冷害科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站,佳木斯 154026)

水稻(Oryza sativaL.)是我國(guó)最主要的糧食作物之一,同時(shí)也是第一大耗水作物,其灌溉用水占我國(guó)農(nóng)業(yè)總用水的65%以上[1-2]。黑龍江省作為我國(guó)水稻種植面積最大、總產(chǎn)量最高的省份,傳統(tǒng)淹水灌溉模式下水稻的生產(chǎn)用水占農(nóng)業(yè)用水的96%,占全省社會(huì)用水的70%[3],水資源正成為制約黑龍江稻作持續(xù)發(fā)展的重要因素[4]。

化肥的應(yīng)用有效提高了糧食產(chǎn)量,但隨著施用量的增加,一些負(fù)面影響也逐漸凸顯,如肥料利用率降低、土壤理化性狀破壞、作物品質(zhì)及產(chǎn)量降低等[5]。適宜的水稻群體結(jié)構(gòu)是保障抽穗后光合生產(chǎn)能力的關(guān)鍵,而施氮量和栽植密度是影響水稻群體結(jié)構(gòu)及生物量的形成、積累及轉(zhuǎn)運(yùn)的重要因素。在水稻生產(chǎn)過(guò)程中,傳統(tǒng)的常規(guī)灌溉方式耗水量巨大,采用節(jié)水灌溉方式很有必要。本研究通過(guò)在不同灌溉方式下研究施氮水平和栽植密度對(duì)水稻莖蘗利用情況及產(chǎn)量的影響,明確不同水稻品種最優(yōu)栽培因素配置,旨在為黑龍江省水稻節(jié)水高產(chǎn)高效栽培提供一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2020年黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所進(jìn)行,地理位置為N46°49′,E130°22′,屬于典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫3℃左右,≥10℃活動(dòng)積溫2 521℃,無(wú)霜期130—140 d;年均降水量510 mm。試驗(yàn)地土壤為草甸土,有機(jī)質(zhì)含量為2.70%,土壤速效磷含量為39.78 mg/kg、速效鉀含量為202.76 mg/kg、堿解氮含量為126.46 mg/kg,pH 6.4。

供試品種為‘龍粳31’,圓粒;‘龍粳1525’,長(zhǎng)粒香型,在當(dāng)?shù)鼐烧３墒臁?/p>

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用三因素完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì),三個(gè)因子為:(1)灌溉方式:常規(guī)灌溉,全生育期總灌水量為540.27 m3(常灌);節(jié)水灌溉(即插秧后無(wú)水層管理),全生育期總灌水量為280.14 m3(控灌)。(2)株距水平:12 cm;14 cm;16.7 cm,行距均為30 cm。(3)施氮水平:0 kg/hm2(0N);115 kg/hm2(115N);138 kg/hm2(138N);161 kg/hm2(161N)。磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)用量分別為90 kg/hm2和150 kg/hm2。供試氮、磷、鉀肥分別為尿素(N 46%)、過(guò)磷酸鈣(P2O512%)和硫酸鉀(K2O 60%)。基肥氮肥用量占40%,磷肥100%,鉀肥50%;分蘗肥氮肥30%;穗肥氮肥20%,鉀肥50%;粒肥氮肥10%。每個(gè)處理50 m2,設(shè)3個(gè)重復(fù),田間管理措施同大田生產(chǎn)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 莖蘗動(dòng)態(tài)

插秧后,調(diào)查基本苗數(shù)。齊穗后10 d,每7 d調(diào)查一次莖蘗數(shù),連續(xù)調(diào)查5穴。

群體最高莖數(shù)為每平方米莖數(shù)最大值;

群體最高分蘗數(shù)=群體最高莖數(shù)-基本苗數(shù);

群體分蘗穗數(shù)=收獲穗數(shù)-基本苗數(shù);

有效分蘗率=(分蘗穗數(shù)/最高分蘗數(shù))×100%;

分蘗穗比例=(分蘗穗數(shù)/收獲穗數(shù))×100%;

成穗率=(收獲穗數(shù)/最高莖數(shù))×100%;

1.3.2 理論產(chǎn)量

取大小一致中等穗10個(gè),測(cè)定其每穗長(zhǎng)、實(shí)粒數(shù)、秕粒數(shù)和空粒數(shù)等,計(jì)算每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、有效穗數(shù)、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素。經(jīng)濟(jì)系數(shù)=穗干重/谷草干重。

1.3.3 實(shí)際產(chǎn)量

每小區(qū)收獲2 m2,自然晾干脫谷,稱(chēng)重,曬干,換算成標(biāo)準(zhǔn)含水量后計(jì)算產(chǎn)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用Microsoft Office Excel 2003軟件整理數(shù)據(jù),采用dps 7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可知,控灌處理的產(chǎn)量高于常灌處理,但差異均不顯著。長(zhǎng)粒品種‘龍粳1525’以115N處理產(chǎn)量最高,138N處理產(chǎn)量次之,0N處理產(chǎn)量最低;而圓粒品種‘龍粳31’以138N處理產(chǎn)量最高,161N處理產(chǎn)量次之,0N處理產(chǎn)量最低,各處理與0N處理相比,差異均達(dá)顯著水平。長(zhǎng)粒品種‘龍粳1525’以14 cm株距處理產(chǎn)量最高,12 cm株距處理產(chǎn)量次之,16.7 cm株距處理產(chǎn)量最低;圓粒品種‘龍粳31’以12 cm株距處理產(chǎn)量最高,14 cm株距處理產(chǎn)量次之,16.7 cm株距處理產(chǎn)量最低。

表1 不同處理對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 1 The effect of different treatments on yield and its constituent factors

進(jìn)一步分析不同處理對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響發(fā)現(xiàn),單位面積穎花量高的處理,其產(chǎn)量高于其他處理。不同灌溉方式對(duì)兩品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響較小;不同施氮量處理對(duì)‘龍粳1525’單位面積穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重影響較大,對(duì)‘龍粳31’單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)影響較大;隨著株距的增大,兩品種單位面積穗數(shù)呈先增加后減少的趨勢(shì),每穗粒數(shù)呈先減少后增加的趨勢(shì)。

由表2可知,品種對(duì)產(chǎn)量的影響不顯著,而灌溉方式、施氮量和株距對(duì)產(chǎn)量的影響均達(dá)到了極顯著水平。灌溉方式與施氮量、品種與株距的互作效應(yīng)對(duì)產(chǎn)量有極顯著影響;品種、灌溉方式、株距三者間的互作和品種、株距、施氮量三者間的互作對(duì)產(chǎn)量也有顯著影響。

表2 品種、灌溉方式、施氮量和種植密度間的互作效應(yīng)分析Table 2 Analysis of the interaction effects among varieties,irrigation methods,nitrogen application rate and planting density

灌溉方式與施氮量的互作效應(yīng)對(duì)每穗粒數(shù)、每平方米穎花量、結(jié)實(shí)率和千粒重的影響均達(dá)到了極顯著水平,灌溉方式與株距的互作效應(yīng)對(duì)每平方米穗數(shù)、每平方米穎花量、結(jié)實(shí)率和千粒重的影響均達(dá)到了極顯著水平,施氮量和株距的互作效應(yīng)對(duì)結(jié)實(shí)率和千粒重的影響均達(dá)到了極顯著水平,施氮量和品種的互作效應(yīng)對(duì)每平方米穗數(shù)和千粒重分別有顯著和極顯著影響,株距和品種的互作效應(yīng)對(duì)每平方米穗數(shù)、每穗粒數(shù)和每平方米穎花量的影響均達(dá)到了極顯著水平。

2.2 對(duì)莖蘗利用情況的影響

由表3可知,不同灌溉方式對(duì)水稻莖蘗利用情況影響有所不同,長(zhǎng)粒品種‘龍粳1525’的最高莖數(shù)和最高分蘗數(shù)均以控灌處理最高,圓粒品種‘龍粳31’則相反。隨著株距的增加,兩品種群體最高莖數(shù)、最高分蘗數(shù)和分蘗穗數(shù)均呈下降趨勢(shì)。長(zhǎng)粒品種‘龍粳1525’的群體最高莖數(shù)、最高分蘗數(shù)和分蘗穗數(shù)在161N處理下最大,且與0N處理和115N處理差異達(dá)顯著水平,與138N處理差異不顯著。圓粒品種‘龍粳31’的群體最高莖數(shù)、最高分蘗數(shù)和分蘗穗數(shù)在161N處理下最大,且與0N處理差異均達(dá)顯著水平,與其他處理差異均不顯著。

表3 不同處理對(duì)莖蘗利用情況的影響Table 3 Effects of different treatments on the utilization of stem tillers

長(zhǎng)粒品種‘龍粳1525’的有效分蘗率和成穗率均以控灌處理最高,且與常灌處理相比,差異達(dá)顯著水平;圓粒品種‘龍粳31’的有效分蘗率以控灌處理最高,且與常灌處理相比,差異達(dá)顯著水平。兩品種的群體分蘗穗比例均表現(xiàn)為161N處理最高,且與0N處理差異顯著,長(zhǎng)粒品種‘龍粳1525’的有效分蘗率和成穗率均以處理115N處理最高,且與138N處理差異達(dá)極顯著水平,與161N處理差異達(dá)顯著水平。

2.3 莖蘗利用情況與產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)

由表4可知,最高莖數(shù)和最高分蘗數(shù)與產(chǎn)量呈正相關(guān),均未達(dá)顯著水平;分蘗穗數(shù)、有效分蘗率和成穗率與產(chǎn)量均極顯著正相關(guān)。

表4 莖蘗利用情況與產(chǎn)量的相互關(guān)系Table 4 The relationship between tiller utilization and yield

2.4 產(chǎn)量與處理構(gòu)建因子的優(yōu)化方程

如表5所示,可通過(guò)調(diào)節(jié)不同粒形水稻品種灌溉方式、施氮量和種植密度,來(lái)提高產(chǎn)量。長(zhǎng)粒品種‘龍粳1525’的最優(yōu)配置為控灌處理、116.13 kg/hm2施氮量和14 cm株距,產(chǎn)量最大值為8 558.58 kg/hm2;對(duì)于圓粒品種‘龍粳31’而言,最優(yōu)配置為控灌處理、134.52 kg/hm2施氮量和12 cm株距,產(chǎn)量最大值為9 357.61 kg/hm2。

表5 產(chǎn)量與處理構(gòu)建因子的優(yōu)化方程Table 5 Optimization equations of yield and treatment construction factors

3 討論

黑龍江水稻種植面積大,灌溉用水量多,為了水稻產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展,應(yīng)選用節(jié)水栽培方式或模式。近年來(lái)關(guān)于節(jié)水灌溉對(duì)水稻生長(zhǎng)、發(fā)育及產(chǎn)量影響的研究較多,但對(duì)水稻產(chǎn)量的影響不盡一致,這可能與土壤和氣候條件、水稻品種特性、土壤水分狀況和灌溉方法以及試驗(yàn)時(shí)間不同有關(guān)[6-7]。不同的灌溉模式直接導(dǎo)致稻田土壤水分狀況的差異,而土壤水分狀況能夠?qū)λ痉痔Y動(dòng)態(tài)、株高及產(chǎn)量形成因素產(chǎn)生較大影響[8-9]。于艷敏等[10]研究表明,節(jié)水灌溉方式促進(jìn)有效分蘗的發(fā)生,使有效穗數(shù)顯著高于常規(guī)灌溉方式水稻,增大了水稻“庫(kù)”容,這也是節(jié)水灌溉方式下水稻高產(chǎn)的原因之一。朱士江等[11]研究表明,灌溉模式不會(huì)改變水稻分蘗基本的規(guī)律,只會(huì)影響水稻分蘗增加或減少的幅度,濕潤(rùn)灌溉較控制灌溉、間歇灌溉和淹灌對(duì)有效分蘗率影響最大。本研究表明,長(zhǎng)粒品種‘龍粳1525’在控灌處理、115 kg/hm2施氮量和14 cm株距下的產(chǎn)量較常規(guī)灌溉高,而圓粒品種‘龍粳31’在控灌處理、138 kg/hm2施氮量和12 cm株距下的產(chǎn)量較常規(guī)灌溉高。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看,節(jié)水灌溉處理下,2個(gè)品種的單位面積穗數(shù)和穎花量較常規(guī)灌溉高,這可能是由于節(jié)水灌溉方式有利于提高根系活力,使水稻吸收更多的水分和養(yǎng)分,促使葉片早生快發(fā),提高成穗率所致[12]。

施氮量和種植密度顯著影響水稻群體建成和個(gè)體發(fā)育,在一定范圍內(nèi)通過(guò)增加施氮量和提高栽植密度,有利于群體葉面積與個(gè)體葉面積的協(xié)調(diào)發(fā)展[13]。在種植密度較高時(shí),增施氮肥雖可以增加群體穗數(shù),但會(huì)導(dǎo)致結(jié)實(shí)率的下降,不利于增產(chǎn)。在種植密度較低時(shí),施氮量對(duì)水稻產(chǎn)量的影響較為顯著,水稻產(chǎn)量也往往與施氮量呈顯著正相關(guān)[14-15]。李熙英等[16]與祁玉良等[17]認(rèn)為分蘗能力較弱的品種不能適應(yīng)稀植高氮的栽培模式。本試驗(yàn)中圓粒品種‘龍粳31’為分蘗能力一般的品種,其產(chǎn)量最高的處理為控灌處理、138 kg/hm2施氮量和12 cm株距,適宜密植,施氮量為中氮水平。長(zhǎng)粒品種‘龍粳1525’分蘗能力較強(qiáng),產(chǎn)量最高的處理為控灌方式、115 kg/hm2施氮量和14 cm株距,種植密度較‘龍粳31’降低,施氮量為低氮水平,這與前人的研究結(jié)果一致。同時(shí)施氮量的增加會(huì)加重水稻倒伏和病蟲(chóng)害的風(fēng)險(xiǎn),因此,稀植高氮的栽培方法不僅存在減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn),而且對(duì)環(huán)境有較大的負(fù)面影響。蔡桂青等[18]研究表明,提高種植密度,減少氮肥用量,可實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)。隨著施氮量及栽植密度的增加群體葉面積指數(shù)增加,會(huì)導(dǎo)致葉片葉綠素含量的降低。要實(shí)現(xiàn)水稻生產(chǎn)高產(chǎn)高效必須要有一個(gè)合適的高光效群體結(jié)構(gòu),因此,在以后的水稻生產(chǎn)中,應(yīng)根據(jù)不同品種適當(dāng)調(diào)整種植密度、氮肥施用量,以提高水稻氮肥吸收利用率。

4 結(jié)論

長(zhǎng)粒品種‘龍粳1525’的最優(yōu)處理為控灌方式、116.13 kg/hm2施氮量和14 cm株距,產(chǎn)量最大值為8 558.58 kg/hm2;圓粒品種‘龍粳31’的最優(yōu)處理為控灌方式、134.52 kg/hm2施氮量和12 cm株距,產(chǎn)量最大值為9 357.61 kg/hm2。該研究可為黑龍江節(jié)水高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻栽培提理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。