不同類型雜交稻品種在貴州興義的高產潛力及氮肥利用特性研究

羅錫坤 李敏* 張恒棟 張發(fā)麗 羅德強 江學海 周維佳

（1 貴州省農業(yè)科學院水稻研究所，貴陽 550006；2 黔西南州農業(yè)林業(yè)科學研究院，貴州 興義 562400；第一作者：374847419@qq.com；*通信作者：limin-good@sohu.com）

水稻是我國重要的糧食作物，其種植面積占我國糧食種植面積的四分之一，產量占全國糧食總產的三分之一[1]。面對人口增長的壓力，提高水稻單產意義重大。隨超高產水稻的研究和應用，水稻品種的產量潛力不斷提升，甬優(yōu)1540、蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534 等一批品種近年在貴州持續(xù)表現(xiàn)出較高的產量潛力[2]，2020 年在貴州省興義市水稻超高產基地平均產量達到13.5 t/hm2，其中最高單產突破15.0 t/hm2。水稻產量不僅與品種有關，還與栽培措施以及環(huán)境因素息息相關[3-4]，氮肥與水稻產量密切相關[5-6]。通過大量投入氮肥作為主要栽培手段來提高水稻產量是我國當前水稻增產主要模式[7]。然而，氮肥用量并不是越多越好，研究發(fā)現(xiàn)，水稻產量會隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢[8-10]，同時過多的氮肥投入會導致水稻生產成本增加、氮利用率低、氮素養(yǎng)分浪費并帶來環(huán)境污染等問題[11-13]。目前對提高水稻單產和氮肥吸收利用能力主要是通過品種改良和優(yōu)化栽培技術來解決[14]，其中科學的氮肥管理措施是保障水稻高產和氮肥高效利用的重要手段，適宜的氮肥用量可以保障水稻高產和促進水稻對氮素的吸收能力[15]。不同水稻品種由于遺傳特性的差異導致對氮肥的需求量有所不同[16]，實現(xiàn)超高產的技術路徑有所差異，在超高產條件下探究不同類型水稻品種的最佳施氮量及其對氮肥的響應特征，可為不同類型水稻品種實現(xiàn)超高產提供更加科學的栽培策略。因此，本研究以3 種類型且具有超高產潛力的雜交水稻品種為試材，在超高產栽培模式下，開展不同氮肥用量對其產量以及氮肥吸收利用能力影響的研究，為不同類型水稻超高產栽培研究和超高產攻關提供理論依據(jù)和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗于2021 年在貴州省黔西南州興義市萬峰林水稻試驗基地（104.92′N，25.02′E）進行。供試材料為：秈粳交三系雜交水稻甬優(yōu)1540（甬粳15A×F7540）、三系雜交秈稻蓉18 優(yōu)2348（蓉18A×雅恢2348）和兩系雜交秈稻晶兩優(yōu)534（晶4155S×R534）。

1.2 試驗設計與栽培管理

采用缽盤育秧，于4 月5 日播種，5 月5 日移栽。裂區(qū)設計，品種為主區(qū)，氮肥處理為副區(qū)，小區(qū)面積60 m2，設置3 個施氮水平（N1，240 kg/hm2；N2，285 kg/hm2；N3，330 kg/hm2），基肥∶蘗肥∶促花肥∶?；ǚ?3∶2∶3∶2，氮磷鉀肥比例1∶0.5∶1，鉀肥分基肥和穗肥等量施用，磷肥全部作為底肥。小區(qū)之間用膜包田埂隔離，保證每個小區(qū)單獨排灌，防止不同小區(qū)間竄水竄肥。采用寬窄行方式人工移栽，寬行36.7 cm，窄行23.0 cm，株距16.7 cm，每穴精選1 缽帶蘗壯秧。淺水移栽，保持間歇灌溉，有效分蘗臨界期前夠苗80%后開始曬田，后期保持輕度干濕交替灌溉，直至成熟前1 周斷水。病蟲草害防治均按照大面積生產要求統(tǒng)一實施。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 莖蘗動態(tài)

每個處理小區(qū)確定3 個點，每個點連續(xù)選定10 穴作為調查群體，每隔7 d 調查1 次莖蘗動態(tài)，直至抽穗期。

1.3.2 干物質積累量

在拔節(jié)期、抽穗期和成熟期按平均莖蘗數(shù)從每個小區(qū)選取3 穴生長相近的稻株，分解為莖、葉、穗（抽穗以后）后，放置于烘箱中105 ℃殺青30 min 后，80 ℃下烘干至恒質量，測定相關部位干物質量。

1.3.3 產量及其構成因素

在水稻進入成熟期后于各小區(qū)普查50 穴，計算平均有效穗數(shù)，按照平均有效穗數(shù)取代表性植株3 穴，風干后考查有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結實率和千粒重。

1.3.4 植株氮含量

分別將拔節(jié)期、抽穗期和成熟期烘干稱重后的樣品按照莖、葉、穗研磨成粉末，每個樣品取0.2 g 置于消化管中，用濃硫酸和催化劑片進行消煮，運用全自動凱氏定氮儀Hanon-K9860 測定植株各部位中含氮量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

氮素吸收總量（kg/hm2）=成熟期地上部干物質量×含氮率（莖、鞘、葉、穗加權平均）；

氮素積累量（kg/hm2）=該時期地上部干物質量×含氮率；

氮素轉運量（kg/hm2）=抽穗期氮素積累量-成熟期氮素積累量；

氮素轉運率（%）=氮素轉運量/抽穗期氮素積累量×100；

穗部氮素增加量（kg/hm2）=成熟期穗部氮素積累量-抽穗期穗部氮素積累量；

氮素籽粒生產效率（kg/kg）=稻谷產量/氮素吸收總量；

氮素干物質生產效率（kg/kg）=生物產量/氮素吸收總量；

氮肥偏生產力（kg/kg）=施氮區(qū)產量/氮肥施用量。

采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 27.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析，采用最小顯著差數(shù)測驗法（LSD）檢驗差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 施氮量對水稻產量及其構成因素的影響

從表1 可見，施氮量增加，甬優(yōu)1540 的產量顯著增加，蓉18 優(yōu)2348 的產量有所提高，晶兩優(yōu)534 的產量有所下降。氮肥增施均顯著增加3 個品種的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，而千粒重和結實率則不同程度降低，其中甬優(yōu)1540 的結實率、晶兩優(yōu)534 的千粒重和結實率不同氮肥處理間存在顯著差異。說明甬優(yōu)1540 仍然可以在本試驗的基礎上增施氮肥來提高產量。在最佳施氮量下，3 個品種產量表現(xiàn)為甬優(yōu)1540>蓉18 優(yōu)2348>晶兩優(yōu)534，主要是因為甬優(yōu)1540 的穗粒數(shù)和結實率遠大于蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534。說明甬優(yōu)1540 具有更大的群體穎花量，因此具有更高的超高產潛力。

2.2 施氮量對水稻氮素吸收的影響

從表2 可見，3 個關鍵生育時期氮素積累量對氮素的響應均表現(xiàn)為隨著施氮量的增加而增加，均在N3處理下最高。說明氮肥增加了3 個品種全生育期的氮素積累水平。在最佳施氮量下，拔節(jié)期、抽穗期和成熟期氮素積累量均表現(xiàn)為甬優(yōu)1540>蓉18 優(yōu)2348>晶兩優(yōu)534。說明甬優(yōu)1540 較蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534擁有更高的氮素積累水平。

表2 施氮量對不同類型雜交水稻幾個關鍵時期水稻氮素吸收的影響

2.3 施氮量對水稻氮素轉運的影響

從表3 可見，施氮量增加，甬優(yōu)1540 抽穗期至成熟期氮素轉運量和轉運率顯著上升，蓉18 優(yōu)2348 無明顯變化、晶兩優(yōu)534 有下降趨勢但處理間差異不顯著。蓉18 優(yōu)2348 和甬優(yōu)1540 成熟期穗部氮素增加量在N3 處理下最高，分別達174.82 kg/hm2和182.20 kg/hm2，晶兩優(yōu)534 則在N1 處理下最高，達129.54 kg/hm2。在最佳施氮量下，抽穗期至成熟期氮素轉運量、轉運率和成熟期穗部氮素增加量均表現(xiàn)為甬優(yōu)1540>蓉18 優(yōu)2348>晶兩優(yōu)534。說明甬優(yōu)1540 較蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534 具有更高的氮素轉運能力。

表3 施氮量對不同類型雜交水稻在抽穗至成熟關鍵時期氮素轉運的影響

2.4 氮肥用量對水稻氮素利用的影響

從表4 可見，3 個品種氮肥偏生產力均隨著施氮量增加而下降且均達顯著水平。施氮量對3 種類型雜交水稻氮素利用的影響存在較大的差異，隨著施氮量增加，甬優(yōu)1540 氮素利用能力有所提高，蓉18 優(yōu)2348無明顯變化，晶兩優(yōu)534 則有所下降。主要體現(xiàn)在甬優(yōu)1540 氮素籽粒生產效率和氮素收獲指數(shù)顯著增加，蓉18 優(yōu)2348 氮素籽粒生產效率、氮素收獲指數(shù)、氮素干物質生產效率處理間無顯著差異，晶兩優(yōu)534 氮素籽粒生產效率顯著降低。在最佳施氮量下，氮素籽粒生產效率和氮素收獲指數(shù)以及氮肥偏生產力均表現(xiàn)為甬優(yōu)1540>蓉18 優(yōu)2348>晶兩優(yōu)534，氮素干物質生產效率表現(xiàn)為晶兩優(yōu)534>蓉18 優(yōu)2348>甬優(yōu)1540，說明甬優(yōu)1540 較蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534 具有更高的氮肥利用能力。

表4 施氮量對不同類型雜交水稻氮素利用率的影響

3 討論

眾多研究發(fā)現(xiàn)，水稻產量隨施氮量的增加呈現(xiàn)出開口向下的拋物線趨勢[17]，而單位面積有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結實率和千粒重隨氮肥用量變化有不同表現(xiàn)[18-19]。本研究中3 種不同類型雜交水稻品種產量及其構成因素受施氮量的影響表現(xiàn)不同，蓉18 優(yōu)2348 和甬優(yōu)1540 產量均在N3 處理下最高，晶兩優(yōu)534 則在N1 處理下最高。在N3 處理下，蓉18 優(yōu)2348 和甬優(yōu)1540 具有較大的單位面積有效穗數(shù)和穗粒數(shù)以及正常的千粒重和結實率，從而獲得較高的產量，這與前人研究結果一致[20]。盡管氮肥施用增加了晶兩優(yōu)534 的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，但是過多的氮肥投入使晶兩優(yōu)534 無效分蘗增多，成穗率下降，同時也造成貪青晚熟、灌漿不充分，進而導致產量下降。進一步分析發(fā)現(xiàn)，在最高產施氮量下，甬優(yōu)1540 具有足夠的單位面積有效穗數(shù)，且穎花量和結實率遠高于蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534，因此甬優(yōu)1540 較蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534 具有更高的產量潛力。

植株營養(yǎng)器官中的氮素積累和轉運能力是水稻產量形成的關鍵因素。大量研究表明，水稻氮肥偏生產力隨著施氮量的增加呈下降趨勢[21-22]，這與本研究結果基本一致。前人研究表明，增加水稻前期氮素吸收量有利于形成高產群體，后期高氮素吸收量則有利于水稻從氮代謝向碳代謝轉變，促進抽穗后光合產物向籽粒運輸，有利于水稻產量的形成[23]。這說明在保障前期高氮素吸收量的同時，提高后期的氮素吸收量，有利于提高水稻產量。在本研究中，隨著施氮量增加，這3 個品種關鍵生育時期氮素積累量均呈上升趨勢，且表現(xiàn)為甬優(yōu)1540>蓉18 優(yōu)2348>晶兩優(yōu)534。結合產量及其構成因素分析，增施氮肥，這3 個品種的庫容量均擴大，其中甬優(yōu)1540 表現(xiàn)更優(yōu)，可見，增加施氮量有利于3種類型雜交水稻形成超高產群體，并且在最佳施氮量下，甬優(yōu)1540 擁有更大的超高產群體。氮素利用效率是氮素吸收、轉運和利用等多個生理過程綜合作用的結果[24]，氮素的高效利用主要取決于老葉向新葉、營養(yǎng)器官向生殖器官的氮素轉運效率[25-26]，因此，提高水稻生育后期的氮素轉運，促進氮和光合產物向籽粒的運輸，有利于進一步提高谷物產量和氮肥利用效率[27]。在本研究中，施氮量增加，甬優(yōu)1540 氮素利用效率增加，蓉18 優(yōu)2348 變化不明顯，晶兩優(yōu)534 則降低，且品種間表現(xiàn)為甬優(yōu)1540>蓉18 優(yōu)2348>晶兩優(yōu)534。結合產量及其構成因素分析，增施氮肥提高甬優(yōu)1540 生育后期物質生產力，促進庫容量充實，而蓉18 優(yōu)2348 無明顯變化，晶兩優(yōu)534 則出現(xiàn)降低的趨勢，并且甬優(yōu)1540 具有更高的充實能力。甬優(yōu)1540 可以通過繼續(xù)增加氮肥用量提高產量潛力，而對于蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534 可以在本試驗最佳施氮量條件下，通過氮肥運籌繼續(xù)挖掘產量潛力。

4 結論

不同類型雜交秈稻品種的超高產潛力和最高產施氮量有較大差異。本試驗條件下，甬優(yōu)1540 和蓉18 優(yōu)2348 擁有更高的產量表現(xiàn)，主要原因是其氮素吸收利用效率和庫容充實度更高；在超高產栽培條件下，具有更高產量潛力的品種耐肥性更好，甬優(yōu)1540 仍可以繼續(xù)增施氮肥來獲得更高的產量和氮素利用效率，蓉18優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534 的適宜施氮量分別為330 kg/hm2和240 kg/hm2。