馬 鵬，楊志遠(yuǎn)，李 娜，李 郁，呂 旭，孫永健，馬 均

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 水稻研究所/作物生理生態(tài)及栽培四川省重點實驗室，四川 成都 611130)

人口基數(shù)大、耕地資源少是我國的基本國情，預(yù)計在2030 年我國人口將達(dá)到14.73 億[1]，農(nóng)作物產(chǎn)量只有在現(xiàn)有基礎(chǔ)上繼續(xù)提升才能實現(xiàn)糧食的安全供給，提高糧食作物產(chǎn)量是解決我國人多地少問題的主要途徑。水稻作為我國四大糧食作物之一，單產(chǎn)高出世界水平的65%以上，保證水稻的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)對我國乃至世界糧食安全有重要作用[2]。合理施用氮肥是保證水稻穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的栽培技術(shù)之一[3-5]。氮素是植株體內(nèi)核酸、輔酶以及光合色素分子等的重要組成成分，植株含氮量與光合速率密切相關(guān)，在一定的施氮量范圍內(nèi)水稻葉片含氮量和凈光合速率隨施氮量的增加而增加，葉片含氮量過高光合速率降低[6-7]。水稻生育后期適當(dāng)施用氮肥可以延緩葉片衰老、延長光合作用時間[8-11]。四川成都是長江上游的主要稻作區(qū)，水旱輪作是成都平原的主要種植模式，油菜季氮肥施用和水稻季氮肥管理的栽培技術(shù)能否滿足資源高效利用和實現(xiàn)水稻高產(chǎn)尚不明確，前人的研究主要集中在水稻季的氮肥管理對雜交稻光合特性的影響[8，10]，油菜季氮肥投入及水稻季氮肥運籌對雜交稻光合生產(chǎn)力及氮素利用的影響少有研究。因此，本研究以‘F 優(yōu)498’為試驗材料，采用大田小區(qū)試驗，在150 kg·hm-2施氮量基礎(chǔ)上，研究油菜季2 種氮肥投入和水稻季3 種氮肥配比運籌條件下雜交稻光合特性、物質(zhì)生產(chǎn)能力以及氮素利用規(guī)律，明確油菜季氮肥投入及水稻季氮肥運籌對雜交秈稻物質(zhì)轉(zhuǎn)運及氮素吸收利用的影響，為探索成都平原油菜-水稻輪作模式下適宜的水稻氮肥運籌方式提供理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地情況

試驗于2017—2018 年在四川省成都市溫江區(qū)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所試驗田(103.87°E，30.71°N) 進行，供試土壤為砂壤土，種植油菜前0～20 cm 土層有機質(zhì)24.21 g·kg-1、全氮1.52 g·kg-1、堿解氮116.93 mg·kg-1、速效磷23.79 mg·kg-1、速效鉀49.61 mg·kg-1、pH 6.19。

1.2 試驗設(shè)計與實施

試驗采用兩因素裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為油菜季常規(guī)施氮(180 kg·hm-2)和減量施氮(150 kg·hm-2)2 種氮肥投入量，副區(qū)為水稻季在150 kg·hm-2施氮量的基礎(chǔ)上設(shè)置3 種運籌模式：m(基肥)︰m(分蘗肥)︰m(穗肥)=2︰2︰6(M1)、m(基肥)︰m(分蘗肥)︰m(穗肥)=3︰3︰4(M2)、m(基肥)︰m(分蘗肥)︰m(穗肥)=4︰4︰2(M3)。以副區(qū)不施氮處理(M0)為對照，共8 個處理，3 次重復(fù)。小區(qū)面積12.9 m2，小區(qū)間筑埂(寬30 cm、高40 cm)并用塑料薄膜包裹，以防串水串肥。油菜季氮、磷、鉀質(zhì)量配比為2︰1︰2，氮肥按基肥與追肥各占50%的比例配施，磷、鉀肥全部作為基肥施用。水稻季氮、磷、鉀質(zhì)量配比為2︰1︰2，磷肥(P2O5)75 kg·hm-2、鉀肥(K2O)150 kg·hm-2全部作基肥施用，基肥在移栽前1 天施入，分蘗肥于移栽后第7 天施用，穗肥分促花肥和保花肥，相同施用量，分別于倒4 葉和倒2 葉期施用。油菜收獲后水稻田土壤理化性質(zhì)如表1 所示。

表 1 油菜收獲后水稻田土壤理化性質(zhì)1)Table 1 Physical and chemical properties of paddy soil after harvesting rape

供試水稻品種為‘F 優(yōu)498’，該品種屬秈型三系雜交水稻，抗逆性強，耐熱性較弱，產(chǎn)量較高。采用旱育秧，于2018 年4 月17 日播種，5 月23 日人工移栽，單株種植，株行距為33.3 cm×16.7 cm，其他田間管理措施與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培技術(shù)相同。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì) 油菜收獲后利用五點采樣法收集土壤樣品，取0～20 cm 耕層土壤帶回實驗室于陰涼通風(fēng)處風(fēng)干，磨細(xì)過篩后置于干燥處保存。土壤pH 用電位法測定，水土質(zhì)量比為2.5∶1；有機質(zhì)含量采用K2Cr2O7-H2SO4稀釋熱法測定；全氮含量采用FOSS-8400 凱氏定氮儀測定；速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用火焰光度法測定。

1.3.2 光合特性和葉綠素含量 分別于齊穗期、齊穗后15 d 的 09：00—11：00 使用便攜式光合測定系統(tǒng)LI-6400(美國LI-COR 公司生產(chǎn))測定劍葉凈光合速率、氣孔導(dǎo)度以及蒸騰速率，每個處理取5 片生長基本一致的葉片進行測定，重復(fù)3 次。

1.3.3 葉面積 各小區(qū)分別于拔節(jié)期和齊穗期選擇生長基本一致的植株3 株，用葉面積儀CI-203 測定拔節(jié)期葉面積和齊穗期高效葉面積，并計算葉面積指數(shù)，其中高效葉面積為有效莖蘗上3 葉的總面積。

1.3.4 雜交稻植株干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運 于拔節(jié)期、齊穗期和成熟期取田間長勢基本一致的植株3 株，分莖、葉片和穗3 部分于105 ℃殺青30 min，75 ℃烘干72 h 至恒質(zhì)量，稱取各部分干質(zhì)量，計算莖鞘物質(zhì)輸出率和轉(zhuǎn)化率。

1.3.5 測產(chǎn)與考種 雜交稻成熟時，每個小區(qū)除去邊行保護行，其余雜交稻植株均單打單收，曬干后折算成容許含水量13.5%記為實收產(chǎn)量。

1.4 相關(guān)參數(shù)計算

式中，S1、S2分別為拔節(jié)期及齊穗期測定的葉面積；t1、t2分別為拔節(jié)期及齊穗期測定葉面積的時間。

莖鞘物質(zhì)輸出率=(齊穗期莖鞘干質(zhì)量-成熟期莖鞘干質(zhì)量)/齊穗期莖鞘干質(zhì)量×100%，

莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)換率=(齊穗期莖鞘干質(zhì)量-成熟期莖鞘干質(zhì)量)/籽粒干質(zhì)量×100%。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016 統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用DPS 7.05 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，用LSD 法分析不同處理在P＜0.05 水平的差異顯著性，采用Origin 9.0 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜季減量施氮對油菜產(chǎn)量的影響

常規(guī)施氮處理油菜的平均產(chǎn)量為2.59 t·hm-2，減量施氮處理油菜的平均產(chǎn)量為2.22 t·hm-2，比常規(guī)施氮處理顯著減產(chǎn)14.28%，說明減量施氮會降低油菜產(chǎn)量。

2.2 油菜季減量施氮與水稻季氮肥運籌對雜交秈稻葉面積指數(shù)及光合勢的影響

由表2 可知，油菜季施氮量對雜交稻拔節(jié)期和齊穗期葉面積指數(shù)和光合勢的影響不顯著，水稻季氮肥運籌影響顯著，二者交互效應(yīng)的影響也達(dá)到顯著水平。相對于常規(guī)施氮，減量施氮處理雜交稻拔節(jié)期葉面積指數(shù)增加5.61%，齊穗期葉面積指數(shù)和拔節(jié)期至齊穗期光合勢分別增加8.57%和2.90%。常規(guī)施氮和減量施氮條件下，水稻季M1、M2、M3 處理雜交稻拔節(jié)期、齊穗期葉面積指數(shù)及齊穗期至拔節(jié)期光合勢均較M0 處理增加，其中均以M3 處理的增幅最大，分別增加34.52%、37.83%、41.88%和55.55%、45.57%、47.95%。油菜季減量施氮和水稻季M3 運籌模式更有利于提高拔節(jié)期和齊穗期葉面積指數(shù)及拔節(jié)期至齊穗期光合勢。

表 2 油菜季氮肥投入與水稻季氮肥運籌對雜交秈稻葉面積指數(shù)及光合勢的影響1)Table 2 Effects of nitrogen fertilizer application in rape season and nitrogen fertilizer management in rice season on leaf area index and photosynthetic potential of hybrid jayonica rice

2.3 油菜季氮肥投入與水稻季氮肥運籌對雜交秈稻光合特性的影響

由表3 可知，油菜季施氮量對雜交稻齊穗期、齊穗后15 d 光合特性的影響不顯著，水稻季氮肥運籌對雜交稻齊穗期光合速率、蒸騰速率和齊穗后15 d的光合速率影響顯著，對其他光合指標(biāo)影響不顯著，二者的交互效應(yīng)對齊穗期氣孔導(dǎo)度影響不顯著，對其他光合指標(biāo)影響顯著。相對于常規(guī)施氮，減量施氮降低了齊穗期光合速率，但差異不明顯。油菜季常規(guī)施氮和減量施氮條件下，水稻季M1、M2、M3 處理雜交稻齊穗期和齊穗后15 d 的光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均比M0 處理增加，其中光合速率均以M3 增幅最大。油菜季減量施氮和水稻季M3 運籌方式的光合速率增幅最大，有利于提高雜交稻劍葉的光合速率。

2.4 油菜季氮肥投入與水稻季氮肥運籌對雜交秈稻物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運及產(chǎn)量的影響

2.4.1 油菜季氮肥投入與水稻季氮肥運籌對雜交秈稻物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運的影響 水稻季氮肥運籌對雜交稻干物質(zhì)質(zhì)量的影響在油菜季常規(guī)施氮和減量施氮處理中存在一定差異(圖1)。在油菜季常規(guī)施氮條件下，相對于M0 處理，M1、M2 和M3 處理主

要生育期干物質(zhì)積累增加，拔節(jié)期干物質(zhì)積累表現(xiàn)為M3＞M1＞M2＞M0，齊穗期和成熟期表現(xiàn)為M3＞M2＞M1＞M0，M1、M2、M3 間多差異顯著，且均顯著高于M0(圖1A)。在油菜季減量施氮條件下，相對于M0 處理，M1、M2 和M3 處理干物質(zhì)積累增加，均表現(xiàn)為M3＞M1＞M2＞M0，M1、M2 和M3 處理間的干物質(zhì)積累在拔節(jié)期和抽穗期差異顯著，成熟期差異不顯著，均顯著高于M0(圖1B)。相對于常規(guī)施氮，減量施氮成熟期M0、M1、M3 處理干物質(zhì)積累分別降低4.84%、1.15%、5.08%，說明油菜季常規(guī)施氮和水稻季M3 運籌方式是提高雜交稻干物質(zhì)積累量的優(yōu)勢組合。

表 3 油菜季氮肥投入與水稻季氮肥運籌對雜交秈稻光合特性的影響Table 3 Effects of nitrogen fertilizer application in rape season and nitrogen fertilizer management in rice season on photosynthetic traits of hybrid japonica rice

圖 1 油菜季氮肥投入與水稻季氮肥運籌對雜交秈稻干物質(zhì)積累的影響Fig. 1 Effects of nitrogen fertilizer application in rape season and nitrogen fertilizer management in rice season on dry matter accumulation of hybrid japonica rice

由表4 可知，油菜季施氮量、水稻季氮肥運籌方式及二者的交互效應(yīng)對雜交稻物質(zhì)轉(zhuǎn)運的影響大多達(dá)到顯著或極顯著水平。相對于常規(guī)施氮，減量施氮處理齊穗期莖鞘干物質(zhì)質(zhì)量、成熟期莖鞘干物質(zhì)質(zhì)量、莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)化率分別增加了7.98%、8.60%、10.29%。油菜季常規(guī)施氮和減量施氮條件下，相對于M0 處理，M1、M2、M3 處理齊穗期和成熟期莖鞘干物質(zhì)質(zhì)量均增加，且均以M3 處理的增幅最大，分別增加31.10%、16.54% 和34.54%、15.55%。從整體上看，油菜季減量施氮和水稻季M3 運籌模式的干物質(zhì)積累量更大，更有利于促進雜交稻物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運。

2.4.2 油菜季氮肥投入與水稻季氮肥運籌對雜交秈稻產(chǎn)量的影響 由表5 可知，油菜季施氮量、水稻季氮肥運籌方式及二者的交互效應(yīng)對雜交稻產(chǎn)量構(gòu)成因素影響不顯著，但水稻季氮肥運籌模式及二者的交互效應(yīng)對實收產(chǎn)量的影響達(dá)顯著或極顯著水平。相對于常規(guī)施氮，減量施氮處理每穗粒數(shù)、結(jié)實率、實收產(chǎn)量分別增加了3.95%、0.04%、0.47%。在油菜季常規(guī)施氮和減量施氮條件下，相對于M0 處理，M1、M2、M3 處理的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和實收產(chǎn)量均有增加，均以M3 處理增幅最大，分別增加20.66%、9.55%、46.04%和21.10%、10.03%、48.39%。由此可知，油菜季減量施氮和水稻季M3 運籌方式雜交稻有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)增加的幅度更大，更有利于提高雜交稻產(chǎn)量。

表 4 油菜季氮肥投入與水稻季氮肥運籌對雜交秈稻物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運的影響Table 4 Effects of nitrogen fertilizer application in rape season and nitrogen fertilizer management in rice season on accumulation and transport of hybrid japonica rice

3 討論與結(jié)論

3.1 油菜季氮肥投入與水稻季氮肥運籌對雜交秈稻光合生理特性的影響

水稻生育后期的光合作用會直接影響產(chǎn)量，合理的氮肥運籌方式可以調(diào)控水稻生育后期的生長及光合作用[12]。本研究發(fā)現(xiàn)，在油菜-水稻輪作模式下，油菜季減量施氮和水稻季M3 運籌方式提高了水稻光合性能、葉面積指數(shù)及拔節(jié)期至齊穗期光合勢，進而提高水稻產(chǎn)量，其主要原因可能是油菜根系比較發(fā)達(dá)，吸收和富集養(yǎng)分的能力比較強，根系分泌的有機酸可以溶解土壤中難溶的營養(yǎng)元素，提高其有效性。油菜季氮素大部分殘留在土壤中導(dǎo)致水稻季土壤氮素含量比較高，水稻季合理的氮肥運籌增加了前期氮肥供應(yīng)，彌補了前期土壤肥力的不足，塑造了良好的前期群體，水稻生育中后期葉面積指數(shù)和高效葉面積指數(shù)增加，具有較強的光捕獲能力，改善水稻的光合性能，減緩光合速率下降的幅度，為籽粒分配更多的同化物質(zhì)[13]。合理的氮肥運籌可以協(xié)調(diào)水稻生長期的吸氮特性，增加同化物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，提高葉綠素含量，增強光系統(tǒng)電子傳遞能力，延緩水稻植株衰老，有效調(diào)節(jié)光合性能，進而增產(chǎn)[14]。同時合理的氮肥運籌延長水稻葉面積指數(shù)高值持續(xù)期，保持較高的光合面積，對提高產(chǎn)量具有重要意義。

3.2 油菜季氮肥投入與水稻季氮肥運籌對雜交秈稻物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運、產(chǎn)量的影響

水稻干物質(zhì)生產(chǎn)能力和分配方式直接影響最終產(chǎn)量。作物生產(chǎn)能力和同化物向器官轉(zhuǎn)運能力是作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)，受基因和栽培條件調(diào)控[15-17]。本研究表明，油菜季減量施氮和水稻季M3 運籌方式具有較高的干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量，原因可能是水稻分蘗期至拔節(jié)期生長速度比較快，對氮素的需求較多，適宜的氮肥運籌與水稻對氮素的需求時期相吻合[18]，從而保證水稻生育后期具有較強的同化物質(zhì)轉(zhuǎn)化能力，促進其向籽粒中分配，提高千粒質(zhì)量。相關(guān)研究表明，合理的施氮水平和氮肥運籌方式可以顯著提高水稻產(chǎn)量[19]。本研究發(fā)現(xiàn)，相對于常規(guī)施氮，減量施氮處理水稻產(chǎn)量增加了0.47%。油菜季常規(guī)施氮和減量施氮水稻季M3 運籌方式的實收產(chǎn)量無差異，可能是油菜季減量施氮和水稻季M3運籌方式減少無效分蘗和弱勢分蘗的發(fā)生，促進優(yōu)勢分蘗成穗，其著粒數(shù)和實粒數(shù)也提高，形成優(yōu)勢群體。合理的氮肥運籌提高了水稻的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，這與徐富賢等[20]研究結(jié)果相似。在本試驗條件下，油菜季減量施氮水稻季M3運籌方式雜交稻實收產(chǎn)量最高，達(dá)到9.70 t·hm-2，既能降低氮肥投入，又能優(yōu)化群體生長，保證產(chǎn)量，為本試驗最佳處理。

3.3 結(jié)論

從資源高效利用來看，油菜季減量施氮(150 kg·hm-2)和水稻季M3 運籌方式[m(基肥)︰m(蘗肥)︰m(穗肥)=4︰4︰2]通過增強水稻生育后期光合性能，提高水稻葉面積指數(shù)，增加水稻干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運，從而提高水稻產(chǎn)量，促進水稻生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展，為本研究最佳處理。