氮磷肥減量施用對直播稻籽粒灌漿特性及產(chǎn)量的影響

劉奇華 馬惠 趙慶雷 隗茂增 謝先芝 周學標

摘要：本試驗以常規(guī)粳稻圣稻19為材料，設置對照F0（N350kg/hm2，P2O5135kg/hm2）、氮磷肥減施20%處理F1（N280kg/hm2，P2O5108kg/hm2）、氮磷肥減施40%處理F2（N210kg/hm2，P2O581kg/hm2）、氮磷肥減施60%處理F3（N140kg/hm2，P2O554kg/hm2），研究氮磷肥減量施用對直播稻強勢粒與弱勢粒灌漿特點及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，使用Richards方程能夠較好地擬合各處理直播稻強勢、弱勢粒的灌漿過程。各施肥處理直播稻強勢粒與弱勢粒的灌漿為異步灌漿。與常規(guī)施肥（F0）相比，減施氮磷肥提高籽粒終極生長量及籽粒灌漿過程的平均粒重;在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上減施20%氮磷肥增加強勢粒的最大灌漿速率、平均灌漿速率及達最大灌漿速率的粒重，分別比對照提高1.88%、1.17%、4.66%，活躍灌漿期也比對照有所延長。減施20%氮磷肥處理的弱勢粒達最大灌漿速率的粒重比對照提高19.05%，且弱勢粒達最大灌漿速率的時間及活躍灌漿期均比對照明顯延長。減施氮磷肥20%、40%、60%均顯著降低穗粒數(shù)，提高千粒重。減施20%氮磷肥對直播稻產(chǎn)量無顯著影響，減施40%與60%氮磷肥顯著降低直播稻產(chǎn)量。綜之，各施肥處理對弱勢粒籽粒灌漿的影響大于強勢粒。與常規(guī)施肥（F0）相比，減施20%氮磷肥顯著提高直播稻千粒重，雖然穗實粒數(shù)有所降低，但產(chǎn)量無顯著變化，是一種較為合理的施肥技術(shù)。

關(guān)鍵詞：氮磷肥;減量施用;直播稻;籽粒灌漿;產(chǎn)量

中圖分類號：S511.6：S147.22 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2021）12-0102-07

隨著我國農(nóng)村人口向城市大量轉(zhuǎn)移，農(nóng)村勞動力嚴重匱乏，水稻生產(chǎn)成本隨之大幅提升，傳統(tǒng)人工插秧技術(shù)已不再適應生產(chǎn)發(fā)展形勢[1，2]，栽培輕簡化、高效化成為水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

水稻直播是指在前一季作物收獲后或空閑地翻耕整地后，不經(jīng)育秧、泡田、移栽而直接將稻谷播種于大田的一種簡化栽培技術(shù)。與傳統(tǒng)水稻種植相比，直播稻減少了育秧、撥秧、插秧等工序，省工省力省水，節(jié)本增效[1-3]。此技術(shù)更適合大面積機械作業(yè)，與人工插秧相比，生產(chǎn)效率顯著提高，生產(chǎn)成本顯著降低，是一種具有廣闊應用前景的高效輕簡種植技術(shù)[2-5]。目前，直播稻栽培管理技術(shù)仍不成熟，亟需針對生產(chǎn)中存在的瓶頸問題，進一步探索完善其栽培技術(shù)。

黃淮稻區(qū)是我國粳稻主產(chǎn)區(qū)，近幾年直播稻面積呈現(xiàn)快速增長趨勢。目前生產(chǎn)中直播稻氮磷肥施用量偏高、利用率卻偏低，不利于產(chǎn)量與品質(zhì)的提升[6-8]。我國稻田單季氮肥用量比世界平均用量高75%左右，農(nóng)戶通常通過增施氮肥獲得高產(chǎn)[7，9]。過量施用氮肥極易引起直播稻發(fā)生倒伏，加重稻株病害爆發(fā)，導致貪青晚熟和產(chǎn)量下降。此外，還增加生產(chǎn)成本，造成嚴重的面源污染[8-10];除了氮肥，過量施用磷肥也會增加磷素隨徑流或向下淋洗流失的風險，也是造成面源污染的主要來源[11]。因此，減少氮磷肥投入、提高肥料利用率是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、減輕面源污染的重要措施，對于促進水稻產(chǎn)業(yè)的健康良性發(fā)展具有重要意義。減施氮肥對人工插秧或機插秧栽培模式下水稻產(chǎn)量性狀的影響已有較多研究[12-16]，但其對直播稻籽粒灌漿的影響尚未見報道，尤其是氮磷肥同時減施。基于此，本試驗以圣稻19為材料，研究減量施用氮磷肥對直播稻籽粒灌漿及產(chǎn)量性狀的影響，以期為直播稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與材料

本試驗于2018—2020年在山東省農(nóng)業(yè)科學院濕地農(nóng)業(yè)與生態(tài)研究所試驗基地（濟寧）進行。試驗地土壤基礎(chǔ)肥力為有機質(zhì)含量20.61g/kg、堿解氮58.96mg/kg、速效磷46.79mg/kg和速效鉀143.98mg/kg。供試品種為圣稻19。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，重復3次。肥料施用量設置4個水平：對照F0（N350kg/hm2，P2O5135kg/hm2）、氮磷肥減施20%處理F1（N280kg/hm2，P2O5108kg/hm2）、氮磷肥減施40%處理F2（N210kg/hm2，P2O581kg/hm2）、氮磷肥減施60%處理F3（N140kg/hm2，P2O5 54kg/hm2）。氮肥分4次施用，分別在播種時、幼苗2葉1心期、幼苗2葉1心期后第10天、幼穗分化期，施用比例為3∶2∶3∶2，磷鉀肥全部基施，4個處理鉀肥用量均為K2O135kg/hm2。小區(qū)面積為9.3m×4.5m=41.85m2。小區(qū)間筑?。▽?0cm）并使用塑料薄膜包裹埂子，以防止不同處理間串水肥。

采取旱種水管方式種植。直播方式為條播，行距20cm，播種量150kg/hm2。全生育期及時防治病蟲草害，田間管理與生產(chǎn)中一致。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 籽粒灌漿特性測定 水稻抽穗期選擇長勢基本一致的稻穗掛牌標記開花日期。開花期至成熟期，每隔5天取樣1次。每次取掛牌標記稻穗10個，摘下強勢粒與弱勢粒（參照李杰等[17]的方法劃分強勢粒與弱勢粒），剔除空粒，烘干后去殼稱重。

參照朱慶森等[18]的方法，應用Richards方程模擬籽粒灌漿過程，計算籽粒灌漿特征參數(shù)。Richards方程：W =A/（1+Be-Kt）1/N，式中W 為籽粒重量（mg），A為終極生長量（mg），B為初值參數(shù)，K為生長速率參數(shù)，t為開花后天數(shù)，N為形狀參數(shù)。

1.3.2 產(chǎn)量性狀測定 水稻成熟期每小區(qū)取樣0.4m2用于測定有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重。每小區(qū)實收測產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用DPS統(tǒng)計軟件進行籽粒灌漿方程的擬合、方差分析及多重比較。使用Sigmaplot軟件繪制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷肥減施對直播稻籽粒灌漿特征參數(shù)的影響

由表1可知，各處理Richards方程的決定系數(shù)均在0.99以上，說明該方程能很好地擬合籽粒灌漿過程。氮磷肥減施后，籽粒終極生長量A值增大，強勢、弱勢粒均為F1處理的A值最高，分別比F0（對照）顯著升高2.06%、24.71%;F2處理強勢粒與弱勢粒的A值分別比F0顯著提高2.05%和15.22%;F3處理強勢粒與弱勢粒的A值分別比F0顯著提高0.63%和13.68%。各處理的方程形狀參數(shù)N值均大于1，說明籽粒粒重曲線明顯右偏，各施肥處理下強弱勢粒灌漿過程為異步灌漿[19]。

由圖1可知，花后45d，強勢粒F1、F2、F3處理平均粒重分別比F0提高3.42%、2.07% 和2.77%，弱勢粒F1、F2、F3處理平均粒重分別較F0提高8.39%、7.84%和7.50%。各施肥處理強勢粒開花后0～25d迅速生長，花后30～45d粒重的增長基本趨于平緩;而各施肥處理弱勢?；ê?～30d生長相對緩慢，F(xiàn)0、F2、F3處理在強勢粒粒重趨于穩(wěn)定后（花后30～45d）仍有緩慢生長，之后趨于平穩(wěn)，F(xiàn)1處理花后30～55d仍有一個增長過程。表明，氮磷肥減量施用對直播稻弱勢粒生長量的影響明顯大于強勢粒，減施后籽粒生長量均顯著增大，且弱勢粒的增長量大于強勢粒。

由表2可知，氮磷肥減施未引起強勢、弱勢粒起始生長勢R0顯著提高，各減肥處理與對照相比無明顯變化。表2結(jié)合圖2可以發(fā)現(xiàn)，各施肥處理強勢粒灌漿快，達最大灌漿速率的時間早，開花后15d左右達到峰值，花后35d以后灌漿基本停止;各施肥處理弱勢粒灌漿緩慢，達最大灌漿速率的時間晚，花后25～30d達到峰值，最大灌漿速率明顯低于強勢粒，但其在花后35～50d仍有一定的灌漿速率。強勢粒F1、F3處理的最大灌漿速率Gmax較F0顯著提高1.88%和0.75%，弱勢粒F2處理的Gmax比F0提高1.42%。強勢粒F1處理的平均灌漿速率Gmean比F0提高1.17%，F(xiàn)3處理比F0顯著提高2.92%;弱勢粒F2處理的Gmean較F0提高1.99%。強勢粒的F1與F2處理的活躍灌漿期D均比F0有所延長，弱勢粒F1、F2、F3處理的活躍灌漿期D均比F0顯著延長。

強勢粒F1、F2、F3處理達最大灌漿速率的時間TGmax均比F0縮短，而弱勢粒F1、F2、F3處理均比F0顯著延長。強勢粒F1處理達最大灌漿速率的粒重比F0顯著提高4.66%，弱勢粒F1、F2、F3處理分別較其F0顯著提高19.05%、13.33% 和10.80%。各施肥處理弱勢粒的起始生長勢R0、最大灌漿速率Gmax、平均灌漿速率Gmean、達最大灌漿速率的粒重WGmax均明顯低于強勢粒，但弱勢粒的活躍灌漿期D及達最大灌漿速率的時間TGmax均顯著長于強勢粒。

2.2 氮磷肥減施對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表3可知，F(xiàn)1、F2、F3處理水稻有效穗數(shù)與F0相比均無顯著差異。F1、F2、F3處理穗實粒數(shù)分別比F0降低13.59%、19.34%、27.33%。F1、F2、F3處理千粒重分別比F0顯著增加1.75%、2.85%、3.70%。F1處理產(chǎn)量與F0無顯著差異，F(xiàn)2、F3處理產(chǎn)量分別比F0顯著降低12.21%和20.69%。由此表明，適當減施氮磷肥對直播稻產(chǎn)量無顯著影響，氮磷肥用量減施后穗實粒數(shù)顯著降低，千粒重則顯著提高。

3 討論

水稻直播由于其節(jié)本增效的突出特點，展現(xiàn)出良好的經(jīng)濟與社會效益，在我國引起廣泛關(guān)注。我國目前已有超過8%的水稻種植面積采用直播方式[20]，且呈逐年擴大趨勢。圍繞直播稻播種密度[15，21]、播期[22，23]、肥水管理[9，24]、雜草防控[25]、抗倒伏調(diào)控[26]等重要栽培環(huán)節(jié)，很多學者已從其氮磷鉀養(yǎng)分吸收利用規(guī)律、雜草防除時期、抗倒伏性狀、產(chǎn)量形成等方面作了大量研究。

目前生產(chǎn)中，稻農(nóng)多采用肥料高投入方式，造成水稻群體結(jié)構(gòu)變差、易倒伏、病蟲害發(fā)生嚴重，最終導致減產(chǎn)。本試驗針對黃淮稻區(qū)生產(chǎn)中存在的施肥量過大等瓶頸問題，開展了氮磷肥減量施用對直播稻籽粒灌漿特性及產(chǎn)量影響的研究。

3.1 氮磷肥減量施用對直播稻籽粒灌漿特性的影響

籽粒灌漿是決定水稻粒重和產(chǎn)量的重要生理過程，相關(guān)研究已有諸多報道，這些研究大多圍繞品種間差異[27，28]、播種期[29]、種植模式[17，30]、氮鉀肥施用[14，31]、灌水方式[19]等。李杰等[17]認為，不同種植方式顯著影響水稻籽粒灌漿特性，尤其是強勢、弱勢粒的最大灌漿速率及達最大灌漿速率的時間等特征參數(shù)。殷春淵等[32]研究表明，氮肥施用量顯著影響手插稻籽粒灌漿速率，低氮處理的籽粒灌漿速率明顯高于高氮處理;適當降低氮肥施用量有利于提高籽粒最大灌漿速率和平均灌漿速率。李木英等[14]研究表明，低氮條件下增施鉀肥能提高直播稻籽粒最大灌漿速率，中高氮水平下增施鉀肥則降低籽粒最大灌漿速率。徐云姬等[19]研究表明，輕度干濕交替灌溉方式可以通過促進弱勢粒的灌漿而顯著提高手插稻千粒重和結(jié)實率。目前鮮見氮磷肥減量施用對直播稻強勢、弱勢粒灌漿影響的研究。本研究表明，氮磷肥減量施用后，直播稻的強弱勢粒灌漿為異步灌漿，與對照類似，這說明氮磷肥減量施用對其灌漿類型無明顯影響。在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上，氮磷肥減施20%與減施60%處理均提高強勢粒的最大灌漿速率和平均灌漿速率;減施20%、40%及60%均延長弱勢粒的活躍灌漿期及達最大灌漿速率的時間，提高達最大灌漿速率的粒重，這些與付景等[31]的研究結(jié)果類似。氮磷肥減量施用均提高直播稻強弱勢籽粒的終極生長量：強勢粒終極生長量的提高與平均灌漿速率的增加密切相關(guān);弱勢粒終極生長量的提高主要與活躍灌漿期的延長有關(guān)，從弱勢粒灌漿速率動態(tài)過程也能看出，開花45d以后，對照弱勢粒灌漿速率接近零的時候氮磷肥減量施用處理仍保持相對較高的水平（圖2）。

本研究中，雖然氮磷肥減施后直播稻弱勢粒終極生長量及粒重的增加幅度大于強勢粒（表1與圖1），但最終弱勢粒的終極生長量與粒重仍低于強勢粒。通常水稻強勢粒開花早、灌漿啟動早、灌漿速率快，而弱勢粒開花遲、灌漿初期籽粒生理活性低、蔗糖淀粉轉(zhuǎn)化效率低，因此灌漿啟動晚、灌漿速率也慢，強勢粒中與籽粒灌漿有關(guān)基因的表達強度也比弱勢粒中的高[18，33，34]。這些也是造成本研究中弱勢粒終極生長量與粒重低于強勢粒的重要生理原因。本研究中，氮磷肥減量施用對直播稻弱勢粒灌漿參數(shù)的影響大于對強勢粒的影響，這可能是由于不同栽培條件下強勢粒的灌漿較穩(wěn)定，弱勢粒充實過程易發(fā)生變化，變異較大[35，36]。

3.2 氮磷肥減量施用對直播稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

研究表明，水稻產(chǎn)量隨施氮量的增加呈先增加后降低的變化趨勢[37，38]。氮肥施用量較少時，氮素稻谷生產(chǎn)效率較高，而隨著施用量的增加氮素稻谷生產(chǎn)效率則下降[38]。適當減量施氮配套一定的播種密度直播稻仍能獲取高產(chǎn)[15]。本試驗結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，氮磷肥減施20%未降低直播稻產(chǎn)量，減施40%、60%則產(chǎn)量顯著下降。氮磷肥減施對直播稻有效穗數(shù)無顯著影響，但穗實粒數(shù)顯著降低，且隨減施比例增加降幅也增大。氮磷肥減施顯著提高直播稻千粒重，且隨減施比例增大呈增加的趨勢。氮磷肥減施40%、60%導致直播稻減產(chǎn)的主要原因是穗實粒數(shù)顯著降低，雖然千粒重有所提高，但無法彌補穗實粒數(shù)降低對產(chǎn)量的負面影響。因此，本試驗中減施20%氮磷肥既減少氮磷肥用量，又未引起產(chǎn)量降低，是一種合理的直播稻施肥方式。

嚴田蓉等[30]研究指出，不同種植方式下水稻獲得高產(chǎn)具有類似的籽粒灌漿參數(shù)：即最初生長勢較低，達到灌漿峰值的時間延遲，籽粒最大灌漿速率與平均灌漿速率較高。本試驗中，減施20%氮磷肥仍可獲得與常規(guī)施肥（F0）相當?shù)漠a(chǎn)量，分析其原因，該處理下強勢粒的最大灌漿速率、平均灌漿速率及達最大灌漿速率的粒重均高于常規(guī)施肥，活躍灌漿期也較F0有所延長。氮磷肥減施20%處理下弱勢粒達最大灌漿速率的粒重高于F0，活躍灌漿期及達最大灌漿速率的時間均比F0明顯延長。與F0相比，減施20%氮磷肥提高強勢粒與弱勢粒的粒重，且弱勢粒的粒重增幅大于強勢粒。由此說明，氮磷肥減施20%主要是通過影響強勢粒灌漿速率來實現(xiàn)粒重的提高，通過延長活躍灌漿期來實現(xiàn)弱勢粒粒重的增加;該處理千粒重的增加主要是由于弱勢粒粒重的提高所致，表明弱勢粒灌漿狀況的好壞是影響直播稻粒重乃至產(chǎn)量的重要因素[16，39，40]。由于直播稻穗子偏小，穗實粒數(shù)較手插秧及機插秧栽培模式下少，因此對其弱勢粒灌漿的正向調(diào)控顯得尤為重要。

4 結(jié)論

氮磷肥用量對弱勢粒灌漿的影響大于強勢粒。與常規(guī)施肥（F0）相比，減施氮磷肥整體上能夠提高強勢粒與弱勢粒的粒重。適當減量施用氮磷肥（常規(guī)施肥量基礎(chǔ)上減施20%）顯著降低穗實粒數(shù)，提高千粒重（其原因主要是由弱勢粒粒重增加所致），產(chǎn)量無顯著變化，是一種較為合理的直播稻肥料施用技術(shù)。