西南稻區(qū)雜交中稻產(chǎn)量的地域差異及其高效施氮量研究

徐富賢，熊洪，張林，郭曉藝，朱永川，劉茂，周興兵

(四川省農(nóng)業(yè)科學院水稻高粱研究所，四川瀘州646000)

近年來，我國各地水稻高產(chǎn)紀錄層出不窮，但施氮水平也顯著增加，高產(chǎn)與高效的統(tǒng)一性較差。同一水稻品種(組合)在不同生態(tài)區(qū)種植不僅產(chǎn)量差異較大［1－2］，而且對氮肥的吸收利用特點也截然不同［3］。因此，探明不同地區(qū)水稻高產(chǎn)現(xiàn)狀及高效施氮量十分重要。提高稻田氮肥利用率是國內(nèi)外長期以來研究的熱點課題［4－5］。氮肥的精準施用包括計算機決策支持系統(tǒng)指導施肥和實地氮肥管理技術兩個方面。前者有水稻管理系統(tǒng)［6］、氮素管理模式［7］和實地施肥管理模式［8］3種，它們的共同持點是根據(jù)土壤養(yǎng)分供給狀況、氣候條件、施肥水平、目標產(chǎn)量及水稻不同生長時期的營養(yǎng)狀況等，通過計算機模擬為稻農(nóng)提出更為經(jīng)濟有效的施肥方案，雖然其具有較好的增產(chǎn)增收效果［9］，但受條件限制很難在水稻大面積生產(chǎn)上推廣應用。水稻實地氮肥管理技術是以氮肥管理為中心，多元素配合的水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效施肥模式。在東南亞應用該模式可以使水稻增產(chǎn)11%，同時可較大幅度地提高氮肥吸收利用效率［10－11］。劉立軍等［12－13］的研究證明，采用實地氮肥管理在不降低水稻產(chǎn)量的前提下，對氮、磷、鉀的吸收高峰均出現(xiàn)在穗分化至抽穗期，此階段氮、磷、鉀的吸收量約占最終總吸收量的比例均明顯高于農(nóng)民習慣施肥方法。氮肥精準施用技術在不同地區(qū)應有不同的模式。西南地區(qū)包括四川、重慶、貴州、云南四省(市)的345個縣(區(qū))，現(xiàn)有稻田面積467萬公頃以上。該區(qū)生態(tài)條件復雜，水稻以雜交一季中秈為主，三系雜交水稻種植面積比例大，全國較多水稻高產(chǎn)紀錄出自該區(qū)，但缺乏相應的水稻精準施肥系統(tǒng)［14］。為此，本文以2個雜交中稻品種為材料，在7個不同生態(tài)點，設統(tǒng)一的施氮處理和栽培密度，研究雜交中稻產(chǎn)量及其穗粒結構與試驗地點、土壤養(yǎng)分、施氮水平及其互作關系，以期為該生態(tài)區(qū)雜交中稻高產(chǎn)、氮肥高效利用栽培提供理論與實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2009年在西南稻區(qū)的四川、重慶、云南、貴州4省(市)的7個生態(tài)點進行(表1)，均采用相同的試驗方案。

以大面積推廣的雜交中稻高產(chǎn)品種Ⅱ優(yōu)7號和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)新品種渝香優(yōu)203為材料，按各地常年春季高產(chǎn)播種期播種，地膜濕潤育秧，中苗移栽，按30 cm×16.7 cm規(guī)格每穴栽雙株。試驗設4個施氮水平，即在施P2O575 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2作底肥的基礎上，分別設施氮N 0、90、150、210 kg/hm2(其中底肥占60%、蘗肥20%、穗肥20%)，分別表示為N0、N90、N150、N210。試驗采用裂區(qū)設計，以肥料為主處理，品種為副處理，共8個處理，3次重復。小區(qū)面積16.5 m2，區(qū)間走道53.3 cm，扎單埂，區(qū)組間走道86.6 cm，扎雙埂，均用地膜包覆。

表1 各試驗點的地理位置及土壤養(yǎng)分狀況Table 1 Geography position and nutrient status of soil for tested sites

1.2 測定項目與方法

用西安諾泰精密儀器有限公司生產(chǎn)的TZSIIW GPS定時定位土壤水分測定儀測定各點試驗田所處位置的經(jīng)度、緯度，用北京首緯世紀科技有限公司生產(chǎn)的180 K海拔儀測海拔高度。在本田施肥前按梅花五點取樣法，采取稻田0—20 cm耕作層混合土樣2 kg并風干，各地樣品統(tǒng)一送四川省農(nóng)業(yè)科學院分析測試中心，分析各試驗點土壤有機質(zhì)，全氮，全磷，全鉀，pH，有效氮，有效磷，有效鉀含量。水稻分蘗期每小區(qū)定點10穴，調(diào)查分蘗動態(tài);成熟期各處理每次重復均按小區(qū)平均有效莖數(shù)取樣5穴，在室內(nèi)用常規(guī)方法考查穗部性狀，并實收小區(qū)產(chǎn)量(按13.5%的子粒含水量折合單產(chǎn))。

1.3 統(tǒng)計分析

首先進行各處理間子粒實收產(chǎn)量和穗粒結構的方差分析，確定各試驗點的氮素高效施用量;然后開展產(chǎn)量穗粒結構(yi)對其產(chǎn)量(yy)的回歸與通徑分析，產(chǎn)量及其穗粒結構與試驗因子(后同)如經(jīng)度(x1)、緯度(x2)、海拔(x3)、施氮量(x4)、土壤有機質(zhì)(x5)、全氮(x6)、全磷(x7)、全鉀(x8)、pH(x9)、有效氮(x10)、有效磷(x11)、有效鉀(x12)(表1)間的偏相關分析，明確水稻高產(chǎn)主攻的穗粒結構目標和重要的環(huán)境影響因子，最后對氮素高效施用量(y)與試驗因子間進行偏相關、逐步回歸分析，建立氮高效施用量的預測模型。

所有計算由DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和Excel操作系統(tǒng)完成。

2 結果與分析

2.1 不同試驗地點不同施氮水平下稻谷產(chǎn)量及其穗粒結構

2.1.1 各試驗地點不同施氮水平下稻谷產(chǎn)量及其穗粒結構的差異 從試驗結果(表2)可見，相同地點各試驗處理間產(chǎn)量及其相關性狀有不同程度的差異。聯(lián)合方差分析結果(表3)顯示，產(chǎn)量在試驗地點間、供試品種間、施氮處理間及以上3因子間的互作均達顯著或極顯著差異，部分產(chǎn)量相關性狀的差異達顯著水平。表明在不同生態(tài)條件下，選擇品種和確定適宜的施氮量均是水稻高產(chǎn)、高效的重要途徑。

2.1.2 西南區(qū)水稻高產(chǎn)的重要穗粒結構目標 穗粒結構決定產(chǎn)量的高低，不同地區(qū)因生態(tài)條件及土壤條件的差異，水稻高產(chǎn)主攻的穗粒結構目標各異。從試驗結果(表4)可以看出，有效穗(y2)、穗粒數(shù)(y3)、結實率(y4)和千粒重(y5)對產(chǎn)量的偏相關系數(shù)達顯著或極顯著水平，表明這4個性狀對產(chǎn)量均具有重要貢獻。其中，有效穗(y2)和結實率(y4)的直接通徑系數(shù)明顯高于穗粒數(shù)(y3)和千粒重(y5)，兩個品種均表現(xiàn)一致。因此，增加有效穗和提高結實率是西南地區(qū)提高水稻產(chǎn)量的主攻目標。

2.1.3 影響產(chǎn)量及其穗粒結構的關鍵環(huán)境因子 從7個產(chǎn)量及穗粒結構性狀分別與試驗因子(表1)的偏相關分析結果(表5)可見，不同產(chǎn)量性狀間受環(huán)境影響的關鍵因子不同，品種間的響應也有一定差異。從參試的兩個品種同時受相同的環(huán)境因子影響看，最高苗分別與施氮水平(X4)和全氮(x6)呈正相關，有效穗只與施氮水平(X4)呈正相關，穗粒數(shù)在兩個品種間沒有相同響應因子;結實率分別與施氮水平(X4)、有效磷(x11)呈負相關，與有效氮(x10)呈正相關;千粒重與有機質(zhì)(x5)和有效磷(x11)呈正相關，與有效氮(x10)呈負相關;產(chǎn)量與施氮水平(X4)呈正相關。據(jù)此，增施有機肥，適當提高氮肥施用量(過高會降低結實率)，是西南區(qū)水稻高產(chǎn)的普遍措施。其他響應因子在品種間表現(xiàn)不盡相同，說明因種施肥是十分必要的。

2.2 西南區(qū)水稻氮素高效施用量的預測

方差分析結果(表6)表明，II優(yōu)7號和渝香優(yōu)203兩個品種產(chǎn)量分別在7個地點的施氮水平間差異達顯著或極顯著水平。根據(jù)同一個地點不同施氮量間產(chǎn)量的多重比較結果，確定兩個品種分別在7個地點的高效施氮量，方法是在同一個地點不同施氮量間，在較高產(chǎn)的同一檔次的施氮處理中，將施氮量較低處理的施氮量確定為高效施氮量。以II優(yōu)7號在四川瀘縣點為例，N90、N150、N210 3個施氮水平間的產(chǎn)量差異不顯著，但均分別比N0處理顯著增產(chǎn)，則將在該地點的高效施氮量確定為90 kg/hm2，以此類推。

將表6中確定的高效施氮量與試驗因子(表1)進行回歸分析，從表7可以看出，II優(yōu)7號的高效施氮量由緯度(x2)、全鉀(x8)、有效氮(x10)、有效磷(x11)4個因子決定;渝香優(yōu)203則由經(jīng)度(x1)、海拔(x3)、全氮(x6)、pH(x9)、有效鉀(x12)5個因子決定。兩個品種的預測高效施氮量回歸方程的決定系數(shù)均高達近100%(表7)。因此，利用該回歸方程預測兩個品種在不同地區(qū)種植的高效施氮量具有較高的可靠性。

表2 不同地點和施氮量下的產(chǎn)量及其穗粒結構Table 2 Yield and panicle-grain structure under the condition of different N fertilizer rates in the tested sites

續(xù)表2 Table 2 continued

3 討論

3.1 雜交中稻的高產(chǎn)栽培策略

不同稻區(qū)因生態(tài)條件的差異，其高產(chǎn)栽培策略有所不同。鄒應斌［15］指出，水稻進一步高產(chǎn)或超高產(chǎn)栽培的技術策略應是選用分蘗能力中等、株高中桿或偏矮桿(90～100cm)，大穗型(120～170粒)品種，采用壯桿重穗栽培法，運用“穩(wěn)前攻中促后”的水肥運籌原則，以壯桿大穗和高結實率而獲得高產(chǎn)，是今后水稻超高產(chǎn)栽培的一條可能途徑。徐富賢等［16］根據(jù)川東南冬水田地區(qū)日照條件差的生態(tài)特點，認為應采用稀植足肥促進擴“庫”增“源”的高產(chǎn)栽培策略。周開達等［17］和袁隆平［18］認為重穗秈型雜交稻育種是我國水稻超高產(chǎn)育種的一條重要途徑。鄭家國等［14］指出川西平源雜交中稻的高產(chǎn)栽培策略是在適宜有效穗數(shù)的基礎上增加穗粒數(shù)。以上研究結論均為局部地區(qū)的局部試驗結果，難以據(jù)此推斷某一個大的生態(tài)區(qū)的高產(chǎn)栽培策略。本研究以兩個不同類型的雜交中稻品種為材料，在西南稻區(qū)的7個生態(tài)點采用相同的試驗處理，通過聯(lián)合方差分析與逐步回歸分析，解析了該區(qū)雜交中稻高產(chǎn)的影響因子與主攻策略。結果表明，選擇品種和確定適宜的施氮量均是水稻高產(chǎn)、高效的重要途徑，增施有機肥和提高土壤有效氮含量，是西南區(qū)水稻高產(chǎn)的共性措施;在產(chǎn)量構成因素中的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結實率和千粒重均不同程度地對產(chǎn)量有顯著貢獻，但增加有效穗和提高結實率的直接作用較大，應是西南地區(qū)提高水稻產(chǎn)量的主攻目標。

3.2 水稻精準施氮量的預測

精準施氮是提高稻田氮肥利用效率的重要途徑，如何確定目標稻田的高效施氮量是基礎。先期研究形成的水稻管理系統(tǒng)［6］、氮素管理模式［7］和實地施肥管理模式［8］均具較好的節(jié)肥增產(chǎn)效果，但應同時滿足的已知條件太多，如水稻品種只考慮到品種的秈、粳之分，種植季節(jié)之分，生育期長短之分，而實際上即使是生育期相同的同類型品種，因品種間氮素的吸收利用率存在較大差異［5］，相同目標產(chǎn)量的氮素需求量也有所不同。

近年較多學者就水稻肥料高效利用途經(jīng)進行了探索。鄭圣先等［19］研究了不同生產(chǎn)力水稻土的有機質(zhì)和養(yǎng)分含量狀況，認為低產(chǎn)田與水稻土的結構差、養(yǎng)分缺乏有關。張秀芝等［20］模擬了潛江地區(qū)水稻產(chǎn)量(y)和施氮量(x)擬合得出一元二次關系式:y= － 0.0728x2+22.335x+6811.5，R2=0.9442。楊梢娜等［21］指出，在施N 150 kg/hm2基礎上，配施適量有機肥有助于提高氮素利用率和產(chǎn)量。王偉妮等［22］研究表明，目前湖北省水稻平衡施用氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)與增收效果顯著。

以上研究成果對指導局部地區(qū)水稻高效施肥有較大作用。由于氣候條件一般縣級以上才有觀測數(shù)據(jù)，但在水稻生產(chǎn)實踐中的生態(tài)條件較為復雜，同一個縣不同鎮(zhèn)、村、社因所處地理位置不同，其生態(tài)小氣候差異極大［23］;土壤養(yǎng)分供給狀況在同一地區(qū)不同田塊間更是千差萬別，而且測試項目較多。這些因素嚴重制約了先期成果的應用效果與規(guī)模。因此，本研究通過不同生態(tài)區(qū)的施氮量試驗，根據(jù)地理位置和土壤養(yǎng)分狀況，建立了II優(yōu)7號和渝香優(yōu)203兩個品種的高效施氮量的預測模型，與先期同類研究相比具有三方面特點:一是因為經(jīng)度、緯度和海拔與氣候條件關系密切［23］，利用目標稻田所處地理位置的經(jīng)度、緯度和海拔取代氣候條件，較好地解決了很多地區(qū)沒有氣候資料的問題，而且可精確到具體的每一塊目標稻田，取得經(jīng)度、緯度和海拔數(shù)據(jù)方便快速;二是只需選擇部分土壤養(yǎng)分指標，有利于提高工作效率;三是因水稻品種而建立了相應的氮高效施用量預測模型，能較好地反映出品種對溫光及肥料的反應特性，具有更強的生態(tài)適應性。

表3 試驗地點、品種及施肥水平間產(chǎn)量和穗粒結構的差異比較Table 3 Comparison on yield and panicle-grain structure under different experiment sites，cultivars and N application rates

表4 穗粒結構(Yi)對其產(chǎn)量(yy)的回歸與通徑分析Table 4 Regression and path analysis of pencile-grain structure on grain yield

表5 產(chǎn)量及其穗粒結構與試驗因子間的偏相關分析Table 5 Significance test for partial correlation coefficients of experiment factors on yield and panicle-grain structure

表6 不同地點和施氮量下的收獲產(chǎn)量Table 6 The harvest grain yield under the condition of different N application rates and tested sites

3.3 氮高效施用量預測模型的應用

本文建立了目前已大面積推廣的II優(yōu)7號和新品種渝香優(yōu)203的高效氮施用量預測模型。利用該模型，需用GPS定位儀和海拔儀測定目標田的經(jīng)度、緯度和海拔，土壤養(yǎng)分查各縣區(qū)測土配方施肥項目的田間檔案，即可預測出相應的氮高效施用量，從而提高II優(yōu)7號在大面積推廣中的增產(chǎn)、節(jié)肥效益，加快新品種渝香優(yōu)203的推廣進程。從本研究結果看，由于參試的兩個品種對溫光、土壤肥力反應各異，氮高效施用量的預測模型也不同。而目前全國每年有大量的新品種通過審定后投入大面積生產(chǎn)，建議選擇各生態(tài)區(qū)重點推廣的新品種，通過類似本文的栽培試驗建立相應的預測模型。對同類型的品種若采用本預測模型，可能具有一定的高產(chǎn)節(jié)肥效果，但不能發(fā)揮到最佳水平。因此，尚需通過多個品種的類似研究，進一步根據(jù)品種的某些特征，對模型進行修訂，以提高該氮高效施用量預測模型的普適性。

表7 氮素高效施用量(y)與試驗點的地理位置、土壤養(yǎng)分和施氮水平(x)的回歸分析Table 7 Regression analysis between optimal N fertilizer application(y)and geographic sites，soil nutrients for the tested sites and N application lever(x)

致謝:馬均、鄭家國、涂士華、李經(jīng)勇、周維佳、楊叢黨、秦魚生等專家參加了部分試驗工作，特此深表謝意!

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