氮肥和栽植密度對(duì)超級(jí)稻生長(zhǎng)特性和產(chǎn)量的影響

張 悅 ，鄒積祥，張 彬，伍龍梅，黃 慶，陸秀明，包曉哲，楊陶陶，陳青春

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所/ 廣東省水稻育種新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 廣東省水稻工程實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南優(yōu)質(zhì)稻遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，廣東 廣州 510225）

【研究意義】氮素是水稻生長(zhǎng)發(fā)育所須的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)元素［1-2］，種植密度是影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育的重要環(huán)境因素，二者作為水稻生產(chǎn)的主要栽培措施對(duì)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成具有重要作用，因此一直都是研究的熱點(diǎn)。生產(chǎn)中科學(xué)運(yùn)籌肥水、控制磷肥投入有利于氮高效型水稻品種發(fā)揮高產(chǎn)特性，獲得較優(yōu)品質(zhì)［3-4］。然而在生產(chǎn)上，常出現(xiàn)盲目投入氮肥而導(dǎo)致施用量大、利用效率低的問(wèn)題［5］。目前我國(guó)稻田施氮量普遍超過(guò)180 kg/hm2，遠(yuǎn)超過(guò)世界平均水平105 kg/hm2；氮肥利用率僅為34%，遠(yuǎn)低于世界平均水平46%，這不但增加了生產(chǎn)的成本，且降低了稻米品質(zhì)，加劇了環(huán)境污染，因此研究水稻減氮增產(chǎn)的栽培方法顯得尤為迫切［6-11］。同時(shí)，合理密植是實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)的重要栽培措施，自超級(jí)雜交稻問(wèn)世以來(lái)，便不再盲目追求密植，合理密植成了發(fā)展趨勢(shì)［12-13］。密度能調(diào)節(jié)植株個(gè)體與群體間的矛盾，合理密植利于水稻植株個(gè)體發(fā)育，預(yù)防倒伏，提高產(chǎn)量［14］。研究施氮量及栽植密度對(duì)水稻植株生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響以及不同品種對(duì)氮密互作的響應(yīng)，有利于構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu)，為確定合適的氮肥管理措施、保證水稻高產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。【前人研究進(jìn)展】石愛(ài)龍等研究發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量和移栽密度的增加，產(chǎn)量均呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)［15］；鄧中華等研究認(rèn)為在低密度時(shí)水稻基本苗數(shù)低限制產(chǎn)量，在高密度時(shí)穴內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)限制產(chǎn)量，群體結(jié)構(gòu)受種植密度的影響較大，適宜的種植密度有利于水稻對(duì)資源的利用，可以根據(jù)土壤供氮能力選擇插植密度，供氮能力低時(shí)密植，供氮能力較強(qiáng)時(shí)稀植［16-17］。董士琦研究發(fā)現(xiàn)隨著施氮量的增加，直播雜交水稻產(chǎn)量表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，適度增加移栽密度，能夠提高水稻對(duì)自然資源的利用效率，保證個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育，保證群體數(shù)量，提高有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，增加產(chǎn)量［18］。同時(shí)也有人根據(jù)各稻作區(qū)生態(tài)條件及品質(zhì)特性確定了不同模式的栽培方式，如吳培等研究發(fā)現(xiàn)在常規(guī)田塊，施氮量為300 kg/hm2易獲得高產(chǎn)，但結(jié)合稻田綠色生產(chǎn)和節(jié)本高效，施氮量為225 kg/hm2、栽植密度為基本苗180×104株/hm2時(shí)效果最佳［19］；吳子帥等研究發(fā)現(xiàn)在常規(guī)田塊，施氮量為150 kg/hm2、栽植密度為30 萬(wàn)蔸/hm2時(shí)稻米品質(zhì)最佳［20］；董士琦發(fā)現(xiàn)在鹽堿灘涂地種植淮稻5 號(hào)施氮肥為300 kg/hm2、栽插密度為33.4 萬(wàn)穴/hm2時(shí)水稻高產(chǎn)［18］。嚴(yán)凱研究發(fā)現(xiàn)在鹽堿地施氮量為300 kg/hm2、栽植密度為25 cm×12 cm 時(shí)有利于水稻高產(chǎn)的形成［21］?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】雖然氮密互作試驗(yàn)前人已有研究，但在廣東省相關(guān)研究還相對(duì)較少，同時(shí)適宜的栽培措施還應(yīng)根據(jù)不同品種特性及稻作區(qū)的生態(tài)條件具體分析。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本試驗(yàn)結(jié)合品種特性，通過(guò)密度和氮肥施用量處理，研究不同栽插密度條件下施氮量對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育特性及產(chǎn)量形成的影響，旨在為超極稻合理密植、降低氮肥施用量以及超級(jí)稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015 年早晚稻在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所白云基地進(jìn)行，早稻于3 月5 日播種，4 月6 日插秧，7 月1 日收割；晚稻于7 月18 日播種，8 月4 日插秧，11 月7 日收割。供試品種為植株較高、穗大粒多、米質(zhì)優(yōu)、豐產(chǎn)性突出的雜交稻深優(yōu)9516，株型適中、穗粒數(shù)多、結(jié)實(shí)率較高的雜交稻榮優(yōu)225。試驗(yàn)以尿素為氮源。

1.2 試驗(yàn)方法

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo) 株高的測(cè)定：分別于分蘗期（早稻4 月2 日，晚稻8 月10 日）、幼穗分化期（早稻4 月29 日，晚稻9 月2 日）、齊穗期（早稻6 月24 日，晚稻10 月26 日）測(cè)量。其中分蘗期、幼穗分化期測(cè)量至葉尖，齊穗期測(cè)量至穗頂。

葉面積和干物質(zhì)積累量的測(cè)定：測(cè)定時(shí)期為分蘗期、幼穗分化期、齊穗期。各時(shí)期每小區(qū)根據(jù)平均莖蘗數(shù)取代表性植株5 穴，分莖鞘、葉、穗（抽穗后），測(cè)定葉面積，計(jì)算葉面積指數(shù)，然后105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重，稱重，計(jì)算干物質(zhì)積累量。

1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子 成熟期每小區(qū)取代表性植株5 穴，測(cè)定有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，計(jì)算理論產(chǎn)量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 進(jìn)行處理，使用IBM SPSS Statistics 26 進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥和栽植密度對(duì)水稻植株生長(zhǎng)特性的影響

2.1.1 氮肥和栽植密度對(duì)水稻株高的影響 不同施氮量和栽植密度處理水稻株高指標(biāo)如圖1 所示。深優(yōu)9516 株高早稻分蘗期、幼穗分化期、齊穗期分別在N3D3、N3D3、N1D1 處理，晚稻分別在N3D2、N3D3、N2D1 處理最高；榮優(yōu)225 株高早稻分別在N2D3、N3D3、N2D1 處理，晚稻分別在N3D3、N2D3、N3D2 處理最高。深優(yōu)9516 株高大于榮優(yōu)225，其中在齊穗期差值最大。

從施氮水平看，水稻株高在分蘗期、幼穗分化期、齊穗期呈N3＞N2＞N1＞N0 的趨勢(shì)（除深優(yōu)9516 在分蘗期呈N2＞N3＞N1＞N0 趨勢(shì)外）。施氮處理對(duì)關(guān)鍵生育時(shí)期株高的影響均達(dá)極顯著水平，且施氮水平與株高呈正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明株高隨著施氮量的增加而增加，增施氮肥能顯著增加水稻株高。從栽植密度來(lái)看，密度處理對(duì)各個(gè)時(shí)期株高的影響均不顯著，說(shuō)明本試驗(yàn)中栽植密度對(duì)水稻株高的影響不大（表1）。

從氮肥與密度的互作效應(yīng)看，氮密互作對(duì)關(guān)鍵生育時(shí)期的株高均存在極顯著的交互效應(yīng)。通過(guò)比較氮密互作（N×D）的F值，可知各個(gè)時(shí)期不同處理對(duì)水稻株高的影響程度為齊穗期＞分蘗期＞幼穗分化期（FN×D=0.176＞0.075＞0.027），說(shuō)明交互作用對(duì)水稻株高的影響在生育后期較大。

為本課題自主開(kāi)發(fā)的軟件還能夠分析長(zhǎng)期從事該領(lǐng)域研究的專家之貢獻(xiàn)度、各類期刊對(duì)該領(lǐng)域的關(guān)注度，這些數(shù)據(jù)可以幫助科研人員迅速了解和掌握行業(yè)研究現(xiàn)狀，具有高效性。如今，知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)還有很多數(shù)據(jù)不能被批量下載，故還有很多數(shù)據(jù)分析設(shè)想尚未實(shí)現(xiàn)。大數(shù)據(jù)分析方法的應(yīng)用依賴數(shù)據(jù)來(lái)源的開(kāi)放性，在2017年12月8日習(xí)近平主席提出“實(shí)施國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略加快建設(shè)數(shù)字中國(guó)”重要方針之后，整個(gè)社會(huì)數(shù)據(jù)平臺(tái)的對(duì)接應(yīng)會(huì)更加順暢，進(jìn)而能為科研工作的數(shù)據(jù)化提供更加豐富的土壤。

2.1.2 氮肥和栽植密度對(duì)水稻葉面積指數(shù)的影響 不同施氮量和栽植密度處理LAI 指標(biāo)如圖2所示。深優(yōu)9516 LAI 早稻分蘗期、幼穗分化期、齊穗期分別在N2D3、N3D3、N3D3 處理，晚稻分別在N1D3、N3D2、N3D3 處理最高；榮優(yōu)225 LAI 早稻分別在N3D3、N1D3、N3D2 處理，晚稻分別在N2D3、N3D3、N3D3 處理最高。

從施氮水平看，水稻LAI 在分蘗期、幼穗分化期、齊穗期呈N3＞N2＞N1＞N0 的趨勢(shì)（除早稻在分蘗期、齊穗期呈N2＞N3＞N1＞N0 趨勢(shì)外）。施氮處理對(duì)關(guān)鍵生育時(shí)期LAI 的影響均達(dá)極顯著水平，且施氮水平與LAI 呈正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明增加施氮量能顯著提高水稻LAI（表1）。

表1 早晚稻不同處理水稻各性狀的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis of rice characteristics under different treatments in early and late rice

從栽植密度來(lái)看，水稻LAI 在關(guān)鍵生育時(shí)期呈D3＞D2＞D1 的趨勢(shì)，且密度與LAI 呈顯著正相關(guān)關(guān)系(除早稻齊穗期、晚稻幼穗分化期不顯著外），說(shuō)明栽植密度對(duì)水稻LAI 有顯著影響（表1）。

從氮肥與密度的互作效應(yīng)看，氮密互作對(duì)關(guān)鍵生育時(shí)期LAI 均存在極顯著的交互效應(yīng)。通過(guò)氮密互作（N×D）的F值比較，可知不同處理對(duì)水稻LAI 的影響程度為分蘗期＞幼穗分化期＞齊穗期（FN×D=0.268＞0.197＞0.194），說(shuō)明交互作用對(duì)水稻LAI 的影響在生育前期較大。

2.1.3 氮肥和栽植密度對(duì)水稻干物質(zhì)積累量的影響 不同施氮量和栽植密度處理下的水稻干物質(zhì)積累量指標(biāo)如圖3 所示。深優(yōu)9516 干物質(zhì)積累量早稻分蘗期、幼穗分化期、齊穗期分別在N2D3、N3D3、N2D3 處理下，晚稻分別在N3D2、N3D3、N3D3 處理下最高；榮優(yōu)225 干物質(zhì)積累量早稻分別在N3D3、N1D3、N2D3 處理下，晚稻分別在N3D2、N2D3、N3D3 處理下最高。

從施氮水平看，水稻干物質(zhì)積累量在分蘗期、幼穗分化期、齊穗期呈N3＞N2＞N1＞N0 的趨勢(shì)（除早稻在分蘗期呈N2＞N3＞N1＞N0 趨勢(shì)外），施氮處理對(duì)各個(gè)關(guān)鍵生育時(shí)期干物質(zhì)積累量的影響均達(dá)極顯著水平，且施氮水平與干物質(zhì)積累量呈正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明增施氮肥能顯著增加水稻干物質(zhì)積累量（表1）。

從栽植密度來(lái)看，水稻干物質(zhì)積累量在關(guān)鍵生育時(shí)期呈D3＞D2＞D1 的趨勢(shì)，各個(gè)時(shí)期栽植密度與干物質(zhì)積累量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(除早稻齊穗期、晚稻幼穗分化期不顯著外），說(shuō)明栽植密度對(duì)水稻干物質(zhì)積累有顯著影響（表1）。

從氮肥與密度的互作效應(yīng)看，氮密互作對(duì)關(guān)鍵生育時(shí)期干物質(zhì)積累量均存在極顯著的交互效應(yīng)。通過(guò)氮密互作（N×D）的F值比較，可知不同處理對(duì)水稻干物質(zhì)積累量的影響程度為分蘗期＞齊穗期＞幼穗分化期（FN×D=0.220＞0.131＞0.072），說(shuō)明交互作用對(duì)水稻干物質(zhì)積累量的影響在生育前期較大。

2.2 氮肥和栽植密度對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

增施氮肥和合理密植是水稻高產(chǎn)栽培的調(diào)控措施，試驗(yàn)結(jié)果（表2、表3、表4）表明，氮肥施用量及栽植密度對(duì)水稻產(chǎn)量有顯著影響。

表2 氮肥和密度處理對(duì)早稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響Table 2 Effects of nitrogen fertilizer and density on yield and its components of early rice

表3 氮肥和密度處理對(duì)晚稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響Table 3 Effects of nitrogen fertilizer and density on yield and its components of late rice

表4 早晚稻不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of different treatments on rice yield and its components

早稻以深優(yōu)9516 經(jīng)N1D3 處理及榮優(yōu)225 經(jīng)N3D3 處理產(chǎn)量最高，分別為8 053.3、7 833.3 kg/hm2；晚稻以深優(yōu)9516 經(jīng)N3D1 處理及榮優(yōu)225 經(jīng)N2D3 處理產(chǎn)量最高，分別為7 730.0、8 336.7 kg/hm2。不同品種在不同時(shí)期對(duì)氮的需求及栽培密度的選擇存在顯著差異。單從施氮水平分析，早稻以深優(yōu)9516 施120 kg/hm2、榮 優(yōu)225 施180 kg/hm2，晚稻以深優(yōu)9516 施180 kg/hm2、榮優(yōu)225 施150 kg/hm2產(chǎn)量最高，均顯著高于N0 處理。且分析兩個(gè)品種在早、晚稻的氮肥處理，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量與氮肥施用量呈正相關(guān)或顯著正相關(guān)。

從栽植密度分析，早稻以深優(yōu)9516 經(jīng)D3 處理及榮優(yōu)225 經(jīng)D3 處理產(chǎn)量最高，晚稻以深優(yōu)9516 經(jīng)D1 處理及榮優(yōu)225 經(jīng)D3 處理產(chǎn)量最高。在一定氮水平下深優(yōu)9516 產(chǎn)量隨密度增加而增加，榮優(yōu)225 產(chǎn)量隨密度增加而降低，但總體分析密度處理對(duì)兩個(gè)品種在早、晚稻的產(chǎn)量影響不顯著。

在一定氮水平下，深優(yōu)9516 產(chǎn)量隨密度增加而增加，榮優(yōu)225 產(chǎn)量隨密度增加而降低，但密度處理對(duì)兩個(gè)品種早、晚稻的產(chǎn)量影響不顯著。分析氮密互作對(duì)產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)均呈顯著正相關(guān)。施氮量與有效穗數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系，且兩個(gè)品種在不同時(shí)期表現(xiàn)一致，同樣氮密互作與有效穗數(shù)呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明氮肥用量增加會(huì)增加水稻有效穗數(shù)，結(jié)合密度處理構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu)利于提高產(chǎn)量。結(jié)實(shí)率與施氮量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且與氮密互作呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明結(jié)實(shí)率隨氮肥用量的增加有下降的趨勢(shì)。比較其他產(chǎn)量構(gòu)成因子，深優(yōu)9516 早、晚稻千粒重與氮處理、氮密互作呈

顯著正相關(guān)，榮優(yōu)225 早、晚稻每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重與氮處理、密度處理、氮密互作無(wú)顯著相關(guān)，說(shuō)明不同品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因子對(duì)氮肥和密度的響應(yīng)不同。

3 討論

3.1 氮肥、栽植密度與水稻生長(zhǎng)特性的關(guān)系

氮肥施用量不同會(huì)影響水稻的生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而影響產(chǎn)量；密度通過(guò)影響光照分布改變植物體內(nèi)激素的活性和分布，進(jìn)而調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育［22］。株型是重要的農(nóng)藝性狀，對(duì)作物栽培的適應(yīng)性、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益有巨大的影響，株高、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量是衡量水稻生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵指標(biāo)［23-24］。本試驗(yàn)主要從株高、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量三方面研究氮肥、栽植密度對(duì)水稻生長(zhǎng)特性的影響。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，氮密互作對(duì)水稻株高的影響呈正效應(yīng)，一定密度處理下增施氮肥會(huì)增加植株株高，結(jié)合密度處理可以降低株高的相關(guān)系數(shù)。選擇適宜的栽植密度可以在保證水稻植株生長(zhǎng)發(fā)育最優(yōu)的情況下改善群體基部的光照條件［25］，有利于提高水稻的抗倒伏能力，進(jìn)而保證產(chǎn)量。同時(shí)氮密互作對(duì)水稻葉面積指數(shù)及干物質(zhì)量積累量的影響呈正效應(yīng)，因?yàn)榈侵参矬w內(nèi)氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸、輔酶及光合色素分子等的組成成分，因此氮影響葉片生理過(guò)程［26-27］。通過(guò)適宜的氮肥和密度組合能增強(qiáng)水稻群體的光合能力，發(fā)揮土壤生產(chǎn)潛力，緩解個(gè)體生長(zhǎng)與群體生長(zhǎng)的矛盾，進(jìn)而達(dá)到高產(chǎn)［28］。結(jié)合株高、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量綜合考量，深優(yōu)9516 采用施氮量180 kg/hm2(N3)、密度30×104穴/hm2(D3)組合，榮優(yōu)225 采用施氮量180 kg/hm2(N3)、密度30×104穴/hm2(D3)組合生長(zhǎng)特性表現(xiàn)最優(yōu)。

3.2 氮肥、栽植密度與水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的關(guān)系

氮肥及密度均是重要的水稻栽培調(diào)控因子，氮肥施用量、栽植密度及氮密互作對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成有重要的調(diào)控作用。前人研究發(fā)現(xiàn)，在高肥條件下氮肥增產(chǎn)效應(yīng)呈遞減趨勢(shì)，當(dāng)?shù)视昧窟^(guò)高時(shí)甚至?xí)档彤a(chǎn)量，研究發(fā)現(xiàn)是植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)剩，無(wú)效分蘗過(guò)多導(dǎo)致水稻病蟲(chóng)害及倒伏情況頻發(fā)所致［1］。周江明等研究發(fā)現(xiàn)，降低氮肥施用量，增加水稻種植密度可以在保證足穗的情況下增加每穗粒數(shù)與千粒重，進(jìn)而在提高氮素利用率的情況下達(dá)到高產(chǎn)［12］。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量與氮肥施用量呈正相關(guān)或顯著正相關(guān)，但密度處理對(duì)兩個(gè)品種早晚稻的產(chǎn)量影響并不顯著。氮密互作對(duì)產(chǎn)量的影響均達(dá)顯著正相關(guān)，適宜的氮肥用量結(jié)合適宜的栽植密度有利于水稻高產(chǎn)。

綜合分析氮密互作處理對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響，發(fā)現(xiàn)氮密處理對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響效應(yīng)最大的是有效穗數(shù)。增加氮肥施用量可以增加水稻的分蘗數(shù)，合理的密度有利于莖蘗的生長(zhǎng)，因此促進(jìn)了有效穗數(shù)的增加。同樣千粒重隨著施氮量的增加而增加，但單個(gè)籽粒過(guò)分生長(zhǎng)不利于群體的協(xié)調(diào)生長(zhǎng)，因此結(jié)實(shí)率隨施氮量的增加而下降。深優(yōu)9516 的產(chǎn)量采用施氮量180 kg/hm2(N3)、密度27×104穴/hm2(D2)處理，榮優(yōu)225采用施氮量180 kg/hm2(N3)、密度30×104穴/hm2(D3)處理表現(xiàn)最優(yōu)。

4 結(jié)論

要提高水稻產(chǎn)量，需要結(jié)合各個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因子綜合考量，特別是要綜合株高、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量這些生長(zhǎng)指標(biāo)。綜合產(chǎn)量因素及生長(zhǎng)特性選擇高產(chǎn)處理為：深優(yōu)9516 采用施氮量180 kg/hm2、密度27×104穴/hm2處理，榮優(yōu)225采用施氮量180 kg/hm2、密度30×104穴/hm2處理，在產(chǎn)量構(gòu)成因子方面表現(xiàn)突出，且擁有較高的生產(chǎn)潛力，產(chǎn)量表現(xiàn)穩(wěn)定。