氮肥用量與運籌方式對晚秈稻產(chǎn)量及花后干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運的影響

李興華，王 歡，張 盛，蔡星星，周 強，周 楠

（黃岡市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北 黃岡 438000）

0 引言

水稻生產(chǎn)對保障糧食安全至關(guān)重要，稻米是中國60%以上人口的主食[1]。長江中下游稻區(qū)是中國水稻的主產(chǎn)區(qū)，也是單、雙季稻混作區(qū)，水稻種植面積和產(chǎn)量均占全國的45%以上[2]。水稻生產(chǎn)上一般晚稻產(chǎn)量高于早稻[3]，可見，晚稻種植在糧食生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位。長江中下游稻區(qū)晚稻種植長期以秈稻為主[4]，開展“秈改粳”以來，晚秈稻種植面積有所下降，但晚粳品種的選育嚴重滯后于生產(chǎn)，當(dāng)前呈現(xiàn)秈、粳并存的狀態(tài)。

合理的氮肥施用技術(shù)主要包括適宜的氮肥類型、用量、施用時期與比例[5]，可調(diào)控水稻群體發(fā)育，提高產(chǎn)量和氮肥利用效率，改善米質(zhì)，減少環(huán)境污染[6]。關(guān)于水稻氮肥用量和施用比例的研究已有很多，研究表明中國水稻生產(chǎn)中氮肥平均用量為150 kg/hm2，有些地區(qū)高達300 kg/hm2[7]，致使水稻生產(chǎn)成本高、氮肥利用率低、農(nóng)業(yè)面源污染嚴重。張洪程等[8]指出可以運用斯坦福(Stanford)理論方程求出水稻適宜的氮肥用量，但相關(guān)參數(shù)與品種、土壤、氣候等因素密切相關(guān)。凌啟鴻等[5]發(fā)現(xiàn)，長江中下游稻區(qū)水稻適宜氮肥施用比例為基蘗肥:穗肥=5.5(5-6):4.5(4-5)。吳文革等[9]指出雙季稻北緣地區(qū)水稻適宜的氮肥施用比例是50%作基肥、25%作分蘗肥和25%作穗肥。石慶華等[10]研究了長江中游地區(qū)不同生育期晚稻品種基肥、分蘗肥與穗肥的適宜氮肥施用比例，表明全生育期115天左右和120天以上的品種分別以5:2:3和4:2:4為宜。由上可知，水稻合理的氮肥施用技術(shù)與品種、土壤、氣候等因素密切相關(guān)，不同品種適宜氮肥用量和施用時期與比例不同。

干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運，尤其是花后干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運對水稻產(chǎn)量形成至關(guān)重要。有研究發(fā)現(xiàn)，秈粳雜交稻品種的產(chǎn)量高于秈型和粳型雜交稻品種，主要原因是秈粳雜交稻品種花后干物質(zhì)積累量與轉(zhuǎn)運率較大[11]。馬均等[12]研究也表明水稻產(chǎn)量與花后干物質(zhì)積累量呈直線相關(guān)。劉進宏[13]指出水稻花后葉片光合作用是花后干物質(zhì)積累和籽粒灌漿所需碳水化合物的主要來源，葉片延緩一天衰老可增產(chǎn)約2%。因此，延緩后期葉片衰老進程是水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培的中心環(huán)節(jié)。氮肥施用不足或過量以及施用時期與比例均與水稻后期葉片衰老密切相關(guān)。氮肥施用不足會導(dǎo)致葉片葉肉細胞葉綠體結(jié)構(gòu)性差、營養(yǎng)體氮素再分配比率失衡，引起葉片衰老；氮肥施用過量會致使葉片氮代謝過旺，消耗大量碳水化合物，加速衰老[14]。如史方祝等[15]研究發(fā)現(xiàn)，隨著氮肥用量的增加(0 ～255 kg/hm2)，水稻花后葉片的生理活性增強，壽命延長，但當(dāng)?shù)视昧吭黾拥?00 kg/hm2時，葉片早衰。金正勛等[14]研究表明，增加穗肥氮肥用量可顯著提高水稻灌漿期葉片全氮和葉綠素a、b含量，可有效延緩葉片衰老進程，增加花后干物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量。

本試驗選用兩個晚秈稻品種，大田條件下，以2個氮肥用量水平和3種氮肥運籌方式為試驗因子，研究氮肥用量與運籌方式對晚秈稻產(chǎn)量、花后葉片衰老及干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率的影響，以期為晚秈稻合理施氮技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試點概況

試驗于2019年6—10月在黃岡市農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研基地(30°27′N，114°5′E)進行。試驗地前茬空閑，土壤為沙壤土，地勢平坦，排灌方便。0 ～20 cm耕層土壤含有機質(zhì)24.55 g/kg、總氮0.58 g/kg、全磷1.14 g/kg、全鉀9.28 g/kg、堿解氮80.94 mg/kg、速效磷8.23 mg/kg、速效鉀81.92 mg/kg、pH 7.19（水:土=2.5:1）。

1.2 試驗材料

試驗選用2個晚秈稻品種‘益9優(yōu)447’和‘益9優(yōu)651’為材料，均由黃岡市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.3 試驗設(shè)計

試驗以氮肥用量和運籌方式為試驗因子。氮肥用量設(shè)2個水平，分別為180 kg/hm2（用N1表示）和270 kg/hm2（用N2表示）；氮肥運籌方式設(shè)3種，分別為基肥：分蘗肥：穗肥=60%:20%:20%（用M1表示）、基肥：分蘗肥：穗肥：粒肥=50%:20%:20%:10%（用M2表示）和基肥：分蘗肥：穗肥：粒肥=40%:20%:25%:15%（用M3表示）；兩因子完全組合，分別為N1M1、N1M2、N1M3、N2M1、N2M2和N2M3；另設(shè)不施氮處理作對照(CK)。共7個處理，每個處理3次重復(fù)，共21個小區(qū)，小區(qū)面積13.33 m2(2.00 m×6.67 m)，隨機區(qū)組排列。

1.4 試驗管理

試驗于2019年6月25日播種育秧，7月13日移栽，株行距16.7 cm×20 cm，密度約300000穴/hm2，每穴1粒谷苗。每個處理按試驗設(shè)計方案施入氮肥，配施磷肥(P2O5)112.5 kg/hm2，鉀肥(K2O)135 kg/hm2，磷肥作基肥一次性施入，鉀肥按基肥：穗肥=7:3施用?；视谝圃郧?天施入，移栽后第7天（7月20日）追施分蘗肥、第20天（8月2日）追施穗肥、第35天（8月17日）追施粒肥。氮、磷和鉀肥的肥源分別為尿素(46% N)、過磷酸鈣(12% P2O5)和氯化鉀(59% K2O)。試驗期間防草防蟲不防病，其余管理措施按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培方式進行。各處理于8月下旬—9月上旬始穗，10月中旬收獲。

1.5 測定項目與方法

1.5.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 收獲前1天，每小區(qū)選取代表性植株15穴，調(diào)查單穴有效穗數(shù)，之后取5穴分穗進行考種，包括穗總粒數(shù)、實粒數(shù)和千粒重等，并計算結(jié)實率。收獲時，各小區(qū)單收單打，曬干后（13.5%含水量）稱取稻谷產(chǎn)量，折算得到單位面積產(chǎn)量。

1.5.2 干物質(zhì) 分別在抽穗期和成熟期選取長勢一致行長2 m稻株，取地上部分，洗凈后帶回實驗室，105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，測定干物質(zhì)量。

1.5.3 劍葉SPAD值 定點選擇生長一致的植株20穴，在始穗期和始穗后30天用SPAD-502型葉綠素儀測定劍葉的SPAD值。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運按下列方法計算[16]。

應(yīng)用SPSS 20.0對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析，采用Duncan’s多重比較檢驗處理間差異顯著性，數(shù)據(jù)均以平均值±標準誤(Mean±SE)表示。

2 結(jié)果分析

2.1 氮肥用量與運籌方式對晚秈稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

施氮對晚秈稻產(chǎn)量影響顯著，與CK相比，不同氮肥用量下‘益9優(yōu)447’增幅23.5% ～35.6%，‘益9優(yōu)651’增幅25.6% ～26.8%（表1）。施氮條件下，‘益9優(yōu)447’有效穗數(shù)和千粒重均顯著高于CK，有效穗數(shù)增幅24.6% ～61.9%，千粒重增加0.7g；‘益9優(yōu)651’有效穗數(shù)和穗總粒數(shù)都顯著高于CK，有效穗數(shù)增幅12.3% ～37.8%，穗總粒數(shù)增幅5.3% ～18.4%，而千粒重卻顯著低于CK（表1）。氮肥運籌方式對晚秈稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響不顯著（表1）。

表1 氮肥用量與運籌方式對晚秈稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

氮肥用量與運籌方式組合增加了晚秈稻產(chǎn)量，與CK相比，‘益9優(yōu)447’增幅19.9% ～42.8%，‘益9優(yōu)651’增幅17.8% ～35.8%，其中‘益9優(yōu)447’除N1M3外其余組合均與CK差異顯著，‘益9優(yōu)651’除N1M2和N2M1外其余組合都與CK差異顯著（表1）。氮肥用量與運籌方式組合顯著提高了晚秈稻有效穗數(shù)，‘益9優(yōu)447’和‘益9優(yōu)651’分別比CK增幅11.7% ～86.2%和6.7% ～51.1%，而對穗總粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重影響較?。ū?）。

2.2 氮肥用量與運籌方式對晚秈稻花后劍葉衰老的影響

施氮顯著提高了晚秈稻花后劍葉SPAD值，顯著降低了花后劍葉SPAD值衰減率（表2）。與CK相比，不同氮肥用量下‘益9優(yōu)447’和‘益9優(yōu)651’始穗期劍葉SPAD值分別增幅10.4% ～24.8%和16.4% ～27.0%、始穗后30天劍葉SPAD值分別增幅24.7% ～46.8%和31.1% ～47.7%、劍葉SPAD值衰減率分別降低6.4 ～8.5和5.9 ～7.8個百分點（表2）。氮肥運籌方式對晚秈稻花后劍葉SPAD值和劍葉SPAD值衰減率的影響不顯著（表2）。

表2 氮肥用量與運籌對晚秈稻花后劍葉衰老的影響

氮肥用量與運籌方式組合增加了晚秈稻花后劍葉SPAD值，降低了花后劍葉SPAD值衰減率，其中‘益9優(yōu)447’始穗期劍葉SPAD值在N2M1、N2M2和N2M3下與CK差異顯著，始穗后30天劍葉SPAD值除N1M1和N1M2外其余組合均顯著高于CK，劍葉SPAD值衰減率在各組合下與CK差異不顯著；‘益9優(yōu)651’始穗期劍葉SPAD值除N1M1和N1M2外其余組合均顯著高于CK，始穗后30天劍葉SPAD值各組合顯著高于CK，劍葉SPAD值衰減率在各組合下都顯著低于CK（表2）。與CK相比，不同氮肥用量與運籌方式組合下‘益9優(yōu)447’和‘益9優(yōu)651’始穗期劍葉SPAD值分別增幅8.3% ～29.1%和14.7% ～31.2%、始穗后30天劍葉SPAD值分別增幅20.1% ～53.2%和27.8% ～50.9%、劍葉SPAD值衰減率分別降低5.7 ～9.1和5.5 ～8.4個百分點（表2）。

2.3 氮肥用量與運籌方式對晚秈稻花后干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運的影響

施氮顯著提高了晚秈稻花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率和轉(zhuǎn)運貢獻率，而對花后干物質(zhì)積累量影響不顯著（表3）。與CK相比，不同氮肥用量下‘益9優(yōu)447’和‘益9優(yōu)651’花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量分別增加1.0 ～1.1和0.8 ～1.0倍、花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率分別提高5.5 ～6.5和7.5 ～10.2個百分點、花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運貢獻率分別提高12.1 ～14.0和13.5 ～15.9個百分點（表3）。氮肥運籌方式對‘益9優(yōu)447’花后干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運的影響較??；而顯著影響‘益9優(yōu)651’花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運貢獻率，與M1相比，M3花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量增加22.5%、花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運貢獻率提高7.7個百分點（表3）。

表3 氮肥用量與運籌對晚秈稻花后干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運的影響

氮肥用量與運籌方式組合顯著增加了‘益9優(yōu)447’花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量，與CK相比增加了0.6 ～1.5倍，而僅N2M3的花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率和轉(zhuǎn)運貢獻率顯著高于CK（表3）?！?優(yōu)651’各氮肥用量與運籌方式組合花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率和轉(zhuǎn)運貢獻率都顯著高于CK，其中花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量增加了0.7 ～1.2倍，花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率和轉(zhuǎn)運貢獻率分別提高5.3 ～10.6和8.7 ～19.6個百分點（表3）。氮肥用量與運籌方式組合對晚秈稻花后干物質(zhì)積累量影響不顯著（表3）。

2.4 氮肥用量與運籌組合對晚秈稻氮肥農(nóng)學(xué)利用效率的影響

氮肥用量與運籌方式組合對晚秈稻氮肥農(nóng)學(xué)利用效率影響顯著（圖1）。隨著氮肥量的增加‘益9優(yōu)447’氮肥農(nóng)學(xué)利用效率變化較小，而‘益9優(yōu)651’顯著降低（圖1）。N1條件下，‘益9優(yōu)447’在M3的氮肥農(nóng)學(xué)利用效顯著低于M1；N2條件下，M3的氮肥農(nóng)學(xué)利用效顯著高于M1，‘益9優(yōu)447’高5.37 kg/kg，‘益9優(yōu)651’高 5.42 kg/kg（圖1）

圖1 氮肥用量與運籌組合對晚秈稻氮肥農(nóng)學(xué)利用效率的影響

2.5 晚秈稻劍葉衰老、產(chǎn)量和花后干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運的關(guān)系

相關(guān)性分析表明，晚秈稻產(chǎn)量與劍葉SPAD值衰減率顯著負相關(guān)，而與花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量顯著正相關(guān)；花后干物質(zhì)積累量和轉(zhuǎn)運量都與劍葉SPAD值衰減率顯著負相關(guān)；花后干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量和花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量相關(guān)性均不顯著（表4）。

表4 晚秈稻劍葉衰老、產(chǎn)量和花后干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運的相關(guān)系數(shù)(n=14)

3 討論

氮肥對水稻生理特性和產(chǎn)量形成有較大的影響和作用，施氮可增加有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重，進而使產(chǎn)量增加[17]。本研究也發(fā)現(xiàn)施氮可顯著增加晚秈稻有效穗數(shù)，從而擴大群體庫容量，并可延緩水稻花后葉片衰老進程，增大花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量，提高花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率，進而增加產(chǎn)量，這與前人研究結(jié)果相一致[14,18]。陳愛忠等[19]對長江中下游雙季晚稻適宜氮肥用量進行了系統(tǒng)研究，表明雙季晚稻實現(xiàn)目標產(chǎn)量9000 kg/hm2的適宜氮肥用量為195 ～225 kg/hm2。本試驗條件下，氮肥用量達到180 kg/hm2時即可達到9325 kg/hm2的產(chǎn)量，與施氮量270 kg/hm2之間差異不顯著，且氮肥農(nóng)學(xué)利用率較高。本研究得出晚秈稻適宜的氮肥用量為180 kg/hm2，這比他人研究結(jié)果略低，可能與試驗材料、土壤基礎(chǔ)肥力較高等因素有關(guān)。

水稻適宜氮肥運籌方式須按不同階段水稻需氮量、土壤供氮量和氮素利用率進行分析和計算[5]。本研究表明氮肥用量為180 kg/hm2，晚秈稻適宜氮肥運籌方式為基肥:分蘗肥:穗肥=60%:20%:20%，這與前人研究結(jié)果基本一致[10,19]，并且該組合處理氮肥農(nóng)學(xué)利用率最高。這是由于增大基蘗肥氮肥施用比例可提高分蘗期土壤速效氮含量，促進水稻營養(yǎng)生長期對氮素的吸收，促進分蘗，保證在有效分蘗時間內(nèi)獲得預(yù)期穗數(shù)[20]。本研究還表明氮肥用量為270 kg/hm2，晚秈稻適宜氮肥運籌方式為基肥:分蘗肥:穗肥:粒肥=40%:20%:25%:15%，該組合處理產(chǎn)量及干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量與轉(zhuǎn)運率最高。這可能原因是氮肥用量增大，延長了水稻全生育期所致，如石慶華等[10]研究發(fā)現(xiàn)全生育期120天以上的晚秈稻品種適宜氮肥運籌方式為基肥:分蘗肥:穗肥=4:2:4。

作物生長發(fā)育過程中約90%干物質(zhì)形成來自于光合作用同化產(chǎn)物[21]，延緩后期葉片衰老進程是水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培的中心環(huán)節(jié)。本研究發(fā)現(xiàn)施氮可顯著提高晚秈稻花后劍葉SPAD值，這與史方祝等[15]研究發(fā)現(xiàn)相一致。增加穗肥氮肥用量可顯著提高水稻灌漿期葉片全氮和葉綠素a、b含量，可有效延緩葉片衰老進程，增加花后干物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量[14]。但本研究發(fā)現(xiàn)，后期增施氮肥可增加花后劍葉SPAD值，但各氮肥運籌方式之間差異不顯著，這可能與供試材料、施肥時間等因素有關(guān)，具體機制仍需進一步研究。此外，依據(jù)本研究相關(guān)性方程計算可得，晚秈稻劍葉SPAD值衰減率增加1個百分點，花后干物質(zhì)積累量、轉(zhuǎn)運量和產(chǎn)量分別減少98.5、285、286 kg/hm2。

4 結(jié)論

施氮可增加晚秈稻有效穗數(shù)，擴大群體庫容量，延緩花后葉片衰老進程，增大花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量，提高花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率，進而增加產(chǎn)量。晚秈稻產(chǎn)量與劍葉SPAD值衰減率顯著負相關(guān)，而與花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量顯著正相關(guān)。低氮肥用量時，應(yīng)增加晚秈稻氮肥基肥使用比例和減少追肥次數(shù)；較高氮肥用量時，可適當(dāng)增加氮肥后期追肥次數(shù)和比例。當(dāng)前晚秈稻適宜氮肥用量為180 kg/hm2，適宜氮肥運籌方式為基肥:分蘗肥:穗肥=60%:20%:20%。