機插苗數(shù)和分蘗施氮對華南雙季水稻產(chǎn)量和干物質積累的影響

湯永堅，王朝歡，林 嬌，程思忍，肖 婷，莫釗文，潘圣剛，唐湘如

(1.華南農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，廣東 廣州 510642；2.農(nóng)業(yè)部華南地區(qū)作物栽培科學觀測實驗站，廣東 廣州 510642)

水稻(OryzasativaL.)作為世界一半以上人口的主食，是世界上重要的糧食作物之一[1]。在水稻生產(chǎn)中，主要依賴種子和氮肥投入，其次為勞動力投入[2]。由于人口的增加、耕地面積有限、農(nóng)村勞動力流失的問題，水稻生產(chǎn)機械化成為當前主要發(fā)展方向，對保證糧食安全和社會穩(wěn)定具有重要意義[3-4]。

機插秧具有調節(jié)栽插深度、控制株行距和取秧量等優(yōu)勢，目前，在我國迅速推廣[5-6]，但機插秧目前存在秧苗素質差、成苗率低、返青期長、分蘗能力弱等問題，因此，人們通常通過增施氮肥促進前期分蘗的發(fā)生以保證產(chǎn)量[7-8]。提高水稻產(chǎn)量的有效辦法是提高有效穗數(shù)，主要由分蘗期營養(yǎng)生長階段決定，但受移栽密度和施氮量控制[9-11]，為進一步提高水稻產(chǎn)量，學者們投入機插秧和施氮量的研究，從不同方面探究群體生長和物質積累特性，以及氮肥利用效率的提高手段[12-13]?，F(xiàn)有研究表明，增加機插密度可以獲得較高有效穗數(shù)，從而實現(xiàn)高產(chǎn)[14]，但過高的種植密度會導致分蘗數(shù)和葉面積指數(shù)劇增、提高無效分蘗率和小穗不育性，造成產(chǎn)量損失[15]；也有研究指出，在施氮較少的情況下，提高移栽密度有利于優(yōu)化群體指標，提高地上部干質量，減少無效分蘗，促進分蘗成穗和大穗形成[16]，密植條件下可以獲得較高葉面積指數(shù)，但成穗率和群體透光率有所下降，得益于基本苗數(shù)和莖蘗數(shù)的增加，最終實現(xiàn)高產(chǎn)[17]，但也因此提高了育秧成本。

前人的研究主要針對機插株行距和施氮量的調控，但在機插苗數(shù)和分蘗肥施氮對華南雙季水稻機插方式產(chǎn)量形成影響的研究鮮有報道。為此，本研究采用田間試驗，探討機插苗數(shù)和分蘗肥施氮量對水稻產(chǎn)量及其構成因素、干物質積累量、群體生長率、葉片凈光合速率、蒸騰速率的影響，為機插秧高效高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試品種為雜交水稻組合品種超優(yōu)1000和超級稻品種Y兩優(yōu)1173，超優(yōu)1000由湖南雜交水稻研究中心提供，Y兩優(yōu)1173由華南農(nóng)業(yè)大學國家植物航天育種工程技術研究中心提供。

1.2 試驗設計

試驗于2016年在華南農(nóng)業(yè)大學教學試驗農(nóng)場進行。土壤為砂壤土，土壤基本理化性狀見表1。設計機插苗數(shù)和分蘗肥施氮量水平2個因素，采取裂區(qū)設計，其中，機插苗數(shù)處理為主區(qū)，施氮量為副區(qū)，每小區(qū)面積為22.5 m2，3次重復，小區(qū)間隔1.0 m，雙埂隔離，用薄膜覆蓋，以防滲漏，獨立排灌。機插苗數(shù)處理為：少苗處理(D1，每穴3苗)，多苗處理(D2，每穴5苗)，采用手扶毯狀缽苗插秧機移栽，移栽規(guī)格為30 cm×14 cm。分蘗肥施氮量處理為：低氮處理(N1，純氮0 kg/hm2)，高氮處理(N2，純氮90 kg/hm2)。全田基肥施用純氮量180 kg/hm2、氧化鉀150 kg/hm2和五氧化二磷90 kg/hm2，水分管理和病蟲草害防治技術措施均按照高產(chǎn)栽培要求實施。

表1 試驗田土壤理化性狀Tab.1 Physico-chemical properties of soil at the field experiment site

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產(chǎn)量及其構成因素測定 于水稻成熟期，每小區(qū)取代表性植株30株調查有效穗數(shù)，并根據(jù)有效穗數(shù)選取代表性植株3株，測定穗粒數(shù)、結實率、千粒質量，收獲時在每小區(qū)中央選取5 m2收割測定實際產(chǎn)量，3次重復。

1.3.2 葉片光合作用 于分蘗盛期、孕穗期、齊穗期和成熟期，選擇晴朗天氣的上午(9：00-11：00)，采用便攜式光合作用測定系統(tǒng)LI6400XT(LI-COR，美國)測定水稻葉片凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Tr)等參數(shù)。

1.3.3 干物質積累 于分蘗期、孕穗期、齊穗期和成熟期進行取樣分析，對各小區(qū)進行莖蘗調查，并按照平均數(shù)選取3穴小區(qū)代表性植株用于植株分析，將植株置于105 ℃殺青30 min，80 ℃烘箱48 h至恒重后稱量，并計算階段性干物質積累量和群體生長率[18]。

階段性干物質積累量(t/hm2)=W2-W1，式中W1和W2為前后2次測定的干物質量。

群體生長率(g/(m2·d))=(W2-W1)/(t2-t1)。其中，式中W1和W2為前后2次測定的干物質量，t1和t2為前后2次測定的時間。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2013和Statistix 8.0數(shù)據(jù)分析軟件進行數(shù)據(jù)輸入和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 機插苗數(shù)和分蘗施氮對華南雙季水稻產(chǎn)量及其構成因素的影響

由表2可知，機插苗數(shù)增加顯著提高早晚季超優(yōu)1000產(chǎn)量，早晚季分別提高了18.01%，5.97%；產(chǎn)量的提高主要歸因于有效穗數(shù)的增加，早晚季分別提高了19.05%，16.74%。分蘗肥增氮對超優(yōu)1000產(chǎn)量影響不顯著。機插苗數(shù)和分蘗肥施氮量互作以D2N1處理的產(chǎn)量最高，早晚季分別為8.40，7.77 t/hm2，在于其有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質量較高。

表2 機插苗數(shù)和分蘗施氮對超優(yōu)1000產(chǎn)量及其構成因素的影響Tab.2 Effects of seedling number per hill and tillering nitrogen fertilizer on yieldand its components of Chaoyou 1000 by machine plug

注：數(shù)值后不同字母表示差異顯著(P<0.05，LSD檢驗)。表3-7、圖1-2同。

Note：Different small letters mean significant difference at 5% level.The same as Tab.3-7，F(xiàn)ig.1-2.

如表3所示，機插苗數(shù)增加顯著提高早晚季Y兩優(yōu)1173產(chǎn)量，早晚季分別提高了13.37%，9.97%；產(chǎn)量的提高主要歸因于有效穗數(shù)的增加，早晚季分別提高了36.43%，12.12%。分蘗肥增氮顯著降低了Y兩優(yōu)1173產(chǎn)量，早晚季分別降低了13.14%，8.56%；分蘗肥增氮顯著降低了早晚季穗粒數(shù)和結實率。機插苗數(shù)和分蘗肥施氮量互作以D2N1處理的產(chǎn)量最高，早晚季分別為8.87，7.92 t/hm2，在于其有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質量較高。

表3 機插苗數(shù)和分蘗施氮對Y兩優(yōu)1173產(chǎn)量的影響Tab.3 Effects of seedling number per hill and tillering nitrogen fertilizer onyield and its components of Y Liangyou 1173 by machine plug

2.2 機插苗數(shù)和分蘗施氮對華南雙季水稻光合特性的影響

圖1表明，不同時期下超優(yōu)1000和Y兩優(yōu)1173各處理的葉片凈光合速率，對超優(yōu)1000而言，D1處理下，分蘗肥增氮處理降低了分蘗期葉片凈光合速率，但提高了齊穗期和成熟期葉片凈光合速率。D2處理下，分蘗肥增氮處理降低了早晚季孕穗期、齊穗期和成熟期的葉片凈光合速率。對Y兩優(yōu)1173而言，D1處理水平下增加分蘗肥施氮量降低了早晚季各時期葉片凈光合速率，而D2處理水平下增加分蘗肥施氮量降低了齊穗期和成熟期的葉片凈光合速率。從機插苗數(shù)和分蘗肥施氮量交互作用來看，超優(yōu)1000和Y兩優(yōu)1173在D2N1處理下，在孕穗期、齊穗期和成熟期均保持較高水平的葉片凈光合速率，說明增加機插苗數(shù)的同時減少分蘗肥施氮量有助于提高植株光合產(chǎn)物的形成和積累。

圖1 機插苗數(shù)和分蘗施氮對高產(chǎn)水稻葉片凈光合速率的影響Fig.1 Effects of seedling number per hill and tillering nitrogen fertilizer on leaves net photosynthetic rate by machine plug

如圖2所示，就超優(yōu)1000而言，D1處理下增加分蘗肥施氮量降低了早晚季分蘗期葉片蒸騰速率，在孕穗期、齊穗期和成熟期則表現(xiàn)相反。D2處理下增施分蘗肥對分蘗期葉片蒸騰速率差異不顯著，齊穗期出現(xiàn)增長趨勢，成熟期則顯著下降。就Y兩優(yōu)1173而言，D1處理下增加分蘗肥施氮量顯著降低了孕穗期葉片蒸騰速率，并顯著增加了晚季齊穗期和成熟期的葉片蒸騰速率，D2處理下增加分蘗肥施氮量提高了分蘗期的葉片蒸騰速率的同時，降低了齊穗期和成熟期的葉片蒸騰速率。超優(yōu)1000和Y兩優(yōu)1173在D2N1和D1N2處理下具有較高的齊穗期和成熟期的葉片蒸騰速率。

2.3 機插苗數(shù)和分蘗施氮對華南雙季水稻地上部干物質積累特性的影響

由表4可知，就早季而言，超優(yōu)1000在D2處理下的各時期地上部干物質量均顯著高于D1處理，增加分蘗肥施氮量顯著增加了早季孕穗期和齊穗期的地上部干物質量，機插苗數(shù)和分蘗肥施氮量互作下，D2N1處理在各時期均具有較高地上部干物質量。就晚季而言，D2處理下超優(yōu)1000的分蘗期、齊穗期和成熟期干物質積累量顯著高于D1處理，而分蘗肥增氮在各時期的干物質積累量上無顯著差異，機插苗數(shù)和分蘗肥施氮量交互作用下，D2N1處理具有較高的分蘗期、齊穗期和成熟期干物質積累量。

圖2 機插苗數(shù)和分蘗施氮對高產(chǎn)水稻葉片蒸騰速率的影響Fig.2 Effects of seedling number per hill and tillering nitrogen fertilizer on leaves transpiration rate by machine plug

t/hm2

如表5所示，就早季而言，D2處理顯著提高了Y兩優(yōu)1173的孕穗期、齊穗期和成熟期地上部干物質積累量，增加分蘗肥施氮量對早季各時期的地上部干物質積累量無顯著影響。就機插苗數(shù)和分蘗肥施氮量交互作用而言，D2N1處理的各時期干物質積累量均較高，早季D2N1處理的成熟期干物質積累量為16.91 t/hm2，相較D1N1處理提高了14.96%。就晚季而言，D2處理顯著提高了齊穗期和成熟期的干物質積累量，但在分蘗期干物質積累量上有所降低，增加分蘗肥施氮量顯著降低了晚季各時期地上部干物質積累，從機插苗數(shù)和分蘗肥施氮量交互作用來看，D2N1處理的齊穗期和成熟期地上部干物質積累量最高，相較D1N1處理分別提高了15.35%，14.88%。

表5 機插苗數(shù)和分蘗施氮對Y兩優(yōu)1173地上部干物質積累量的影響 Tab.5 Effects of seedling number per hill and tillering nitrogen fertilizeron shoot dry weight production of Y Liangyou 1173 by machine plug t/hm2

群體生長率反映了干物質的日生產(chǎn)量，是描述群體質量的重要指標。如表6所示，增加機插苗數(shù)提高了超優(yōu)1000晚季齊穗-成熟期的階段性干物質積累量，并相應提高其群體生長率。增加分蘗肥施氮量顯著提高了超優(yōu)1000早季分蘗-孕穗期的干物質積累量，并提高了其群體生長率。從機插苗數(shù)和分蘗肥施氮量交互作用來看，D2N1處理的干物質積累量和齊穗期-成熟期的群體生長率較高，與產(chǎn)量結果基本一致。

如表7所示，與D1處理相比，D2處理顯著提高了Y兩優(yōu)1173早季孕穗-齊穗期地上部干物質積累量，并相應顯著提高其群體生長率。D2處理下晚季齊穗-成熟期的地上部干物質積累量和群體生長率相較D1處理顯著提高。增加分蘗肥施氮量對早晚季分蘗-孕穗期、齊穗-成熟期的干物質積累量和群體生長率無顯著影響。就機插苗數(shù)和分蘗肥施氮量交互作用而言，D2N1處理的早晚季齊穗-成熟期干物質積累量相對較高，且其早晚季齊穗-成熟期群體生長率也相對較高，利于產(chǎn)量的形成。

2.4 水稻產(chǎn)量形成的相關性

如表8所示，水稻產(chǎn)量與有效穗數(shù)呈極顯著正相關關系，有效穗數(shù)與穗粒數(shù)和千粒質量存在極顯著負相關關系。穗粒數(shù)與千粒質量存在極顯著正相關關系，說明機插苗數(shù)和分蘗肥施氮量處理主要影響有效穗數(shù)，進而影響產(chǎn)量。

如圖3所示，分蘗期、孕穗期、齊穗期和成熟期地上部干物質與水稻產(chǎn)量均存在極顯著正相關性。齊穗期和成熟期葉片凈光合速率對產(chǎn)量存在極顯著正相關作用(圖4-A)，齊穗期葉片凈光合速率對成熟期地上部干物質量有極顯著正效應(圖4-B)，齊穗期凈光合速率對齊穗-成熟期生長率極顯著(圖4-C)，而齊穗期和成熟期葉片蒸騰速率對齊穗-成熟期群體生長率也有著極顯著的正效應(圖4-D)。由此看來，齊穗期光合作用對水稻物質積累和產(chǎn)量形成有著重要意義。

表6 機插苗數(shù)和分蘗施氮對超優(yōu)1000階段積累量和群體生長率的影響Tab.6 Effects of seedling number per hill and tillering nitrogen fertilizer on phaseaccumulation and crop growth rate of Chaoyou 1000 by machine plug

表7 機插苗數(shù)和分蘗施氮對Y兩優(yōu)1173干物質積累的影響Tab.7 Effects of seedling number per hill and tillering nitrogen fertilizer on phaseaccumulation and crop growth rate of Y Liangyou 1173 by machine plug

3 討論與結論

3.1 機插苗數(shù)和分蘗施氮對華南雙季水稻產(chǎn)量的影響

水稻群體生產(chǎn)力受移栽密度和施氮量水平調控。本試驗結果表明，在機插密度為每穴5苗，施加基肥180 kg/hm2能獲得相對較高的產(chǎn)量，歸因于有效穗數(shù)的提高，分蘗肥的增加對有效穗數(shù)的提高無顯著影響，而機插苗數(shù)的提高促進了有效穗數(shù)的增加，因此，應當采取適宜密植以獲得更高產(chǎn)量。有研究認為，大穗型品種以每穴2苗為宜，中穗型品種為每穴3苗，小穗型每穴4苗較為合理，在此條件下群體矛盾協(xié)調較好，產(chǎn)量最高。在一定范圍內，水稻產(chǎn)量隨著施氮量的提高而增加，但當施氮量超過180 kg/hm2后，產(chǎn)量達到閾值，但增加移栽密度可以進一步提高產(chǎn)量[19]，本試驗結果與之一致。眾多研究表明，氮肥用量超過一定范圍后，將造成資源的浪費和環(huán)境污染，增加基本苗數(shù)可以彌補因為減氮引起的分蘗減少，由此控制分蘗，提高群體質量[20]，改善群體結構并有效利用光照資源，提高分蘗成穗和抗倒伏能力等[21]；也有研究指出，氮素在群體生產(chǎn)力的作用可以通過密植補償，原因在于增加了單位面積的莖蘗數(shù)、葉面積指數(shù)和氮素積累量[22]。由此可見，合理密植、減量施氮能提高有效穗數(shù)，確保較高的籽粒產(chǎn)量形成。

表8 水稻產(chǎn)量構成因素的相關性分析Tab.8 Correlation analysis among yield and its related traits of rice

注：**.表示P<0.01顯著水平；*.表示P<0.05顯著水平。

Note：**and*mean significant difference at 1% and 5% level，respectively.

圖3 地上部干物質與實際產(chǎn)量的相關性Fig.3 Correlation analysis between yield and shoot dry weight

3.2 機插苗數(shù)和分蘗施氮對華南雙季水稻光合特性和物質積累的影響

合理的移栽密度和氮肥運籌是構建和優(yōu)化水稻群體的重要舉措，在光合作用和物質生產(chǎn)積累上有著重要意義。本試驗結果表明，在少苗移栽時增施分蘗肥能有效提高葉片凈光合速率和蒸騰速率，但在多苗移栽時增加分蘗肥則降低了齊穗期和成熟期葉片凈光合速率，齊穗期光合特性對干物質積累和產(chǎn)量形成影響顯著，適宜增苗減氮可以提高光合效率，協(xié)調作物群體生長。前人研究表明，增加移栽密度和施氮量可提高水稻冠層光合能力，而減少移栽密度和施氮量則延緩后期葉片衰老，對其光合生產(chǎn)能力有一定維持作用[23]，提高植株的氮素積累量，而植株體內較高水平的氮含量促進了葉片的光合作用，由此提高了碳水化合物的積累[24-25]。增苗減氮措施有利于提高群體的光合速率，改善冠層對光能的有效利用，適當密植能影響植株有效利用光能，充分發(fā)揮土壤特性，保證個體的正常發(fā)育和群體的協(xié)調發(fā)展[26]，施氮量的提高有利于干物質積累量提高，但過量施氮則會引起齊穗期-成熟期的群體生長率降低[27]，本試驗結果與之基本一致。由此可見，合理增加機插苗數(shù)和減少分蘗肥用量可改善高產(chǎn)水稻光合特性、促進光合產(chǎn)物積累，進而實現(xiàn)產(chǎn)量提高。

圖4 葉片光合特性與物質積累、產(chǎn)量的相關性分析Fig.4 Correlation analysis between leaf photosynthetic characteristics and dry weight accumulation and yield related traits

綜上所述，適量增加機插苗數(shù)，減少分蘗肥施氮量可以增加高產(chǎn)水稻有效穗數(shù)，促進植株光合作用，有利于植株水稻生育期的物質積累和群體生長，進而實現(xiàn)高產(chǎn)，而在基肥氮素充足基礎上增施分蘗肥對高產(chǎn)水稻產(chǎn)量增長不顯著。因此，建議在試驗條件下相似的地區(qū)采取機插苗數(shù)為每穴5苗，并基肥施用純氮量180 kg/hm2，以得到較高產(chǎn)量。

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