薯—稻模式下穗肥用量對直播秈稻產(chǎn)量及群體質(zhì)量的影響*

朱海平，劉玉文，王耀偉，李如會，田淑玲，歐陽怡平，楊 久，楊從黨

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 糧食作物研究所，云南 昆明 650200；2.云南省臨滄市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，云南 臨滄 677099)

水稻作為中國第一大糧食作物的地位在短期內(nèi)不會改變，穩(wěn)定提高水稻總產(chǎn)是保障中國糧食安全的核心[1]。隨著農(nóng)村大量青壯勞動力向第二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，造成農(nóng)村勞動力短缺，加之水稻栽插環(huán)節(jié)用工比較集中，勞動強(qiáng)度大，為保證水稻高產(chǎn)的同時追求收益最大化，就迫切需要生產(chǎn)的輕簡化，以減少生產(chǎn)投入[2-3]。水稻旱直播作為一種輕簡栽培方式，與育秧移栽相比，勞動強(qiáng)度減小，便于水稻機(jī)械化和規(guī)模化操作，近年來有一定的播種面積[4-5]。氮素作為水稻需求量最大的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，其用量涉及水稻產(chǎn)量、投入成本、肥料利用效率[6]和環(huán)境保護(hù)等問題[7]。為了使水稻種植收益最大化，就迫切需要生產(chǎn)輕簡化與氮肥高效利用有機(jī)結(jié)合。

冬馬鈴薯作為云南省特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)之一，常年種植面積約20 萬hm2[8]。在云南馬鈴薯生產(chǎn)中，單位面積氮肥、磷肥和鉀肥的平均投入量為285.0、149.1 和111.9 kg/hm2[9]；由于冬馬鈴薯價優(yōu)、暢銷，許多種植戶為了追求高產(chǎn)和高收益，盲目多施肥料的現(xiàn)象十分嚴(yán)重，這就給水稻的生產(chǎn)帶來一定的影響。

云南獨特的立體氣候造就了豐富多樣的水旱輪作模式，在云南省立體生態(tài)區(qū)溫暖粳稻亞區(qū)[10]大蒜—水稻和烤煙—水稻輪作模式下，水稻季氮肥減量40%，不施基蘗肥，只施穗肥產(chǎn)量最高[11-12]；在秈粳交錯亞區(qū)(粳稻)[10]油菜—水稻、小麥—水稻和蠶豆—水稻輪作模式下，連續(xù)2 年內(nèi)水稻不施基蘗肥，只施穗肥能夠?qū)崿F(xiàn)減肥不減產(chǎn)的目標(biāo)[13]。在前期研究基礎(chǔ)上，本研究針對云南省濕熱秈稻亞區(qū)[10]冬馬鈴薯—水稻輪作模式下，水稻前期生長快、分蘗增長迅速、高峰苗高、群體大、成穗率低和后期缺肥等特點，水稻基礎(chǔ)產(chǎn)量高(8.0 t/hm2)，研究氮素穗肥用量對旱直播雜交秈稻產(chǎn)量和群體質(zhì)量的影響，為云南濕熱秈稻亞區(qū)冬馬鈴薯—水稻輪作區(qū)域水稻輕簡化栽培和氮肥高效利用提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2019 年，試驗在云南省臨滄市雙江縣勐勐鎮(zhèn)忙孝水稻專用合作社進(jìn)行，試驗地位于N23°36′，E99°53′，海拔1 100 m，前作為冬馬鈴薯，馬鈴薯季氮肥、磷肥和鉀肥分別投入392.1、198.0 和395.1 kg/hm2，試驗地連續(xù)薯—稻輪作9 年，冬馬鈴薯收獲后，水稻播種前土壤主要理化特征為灰色沙壤土，0～20 cm 土壤pH 為5.1，有機(jī)質(zhì)含量為24.8 g/kg，水解性氮含量為216.0 mg/kg，有效磷含量為32.0 mg/kg，速效鉀含量為158.0 mg/kg。選用2017 和2018 年在合作社篩選出的適宜直播并且生育期相近的2 個品系進(jìn)行試驗，分別是：三系雜交秈稻F 優(yōu)498 (超級稻)，生育期137 d，總?cè)~片數(shù)15.4；兩系雜交秈稻隆兩優(yōu)1206，生育期138 d，總?cè)~片數(shù)14.0。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

采用大田試驗，進(jìn)行穗肥用量×品種2 因素裂區(qū)試驗，其中穗肥用量為主區(qū)，品種為副區(qū)。設(shè)置前期不施基蘗肥，只施穗肥，穗肥均衡施用(促花肥和?；ǚ寿|(zhì)量比1∶1)，設(shè)置4 個穗肥用量處理，分別為空白處理(N0)，全生育期不施任何氮肥；N1、N2和N3處理穗肥用量分別為純氮60、90 和120 kg/hm2，不施基蘗肥，46.0%尿素作為氮素穗肥，穗肥按促花肥和?；ǚ寿|(zhì)量比1∶1 施用，其中促花肥和?；ǚ史謩e于倒4 葉露尖和倒2 葉露尖時撒施。隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)，共計24 個小區(qū)，小區(qū)面積15 m2，小區(qū)四周插入塑料隔水板以防止肥水滲漏，各小區(qū)間設(shè)置單獨排水口，保證小區(qū)單排單灌。

1.2.2 田間管理

播種前曬種，藥劑浸種催芽至90%種子露白，將種子陰干，以手抓種子不沾手為宜。大田整平后播種，采用人工旱穴播，株行距13.3 cm×30 cm，4 葉期及時定苗，每穴留1 苗，基本苗為25.05×104/hm2。4 月11 日播種，播種至2 葉1 心前田間保持濕潤，2 葉1 心后田間保持水層，5 月5 日定苗，5 月20 日—23 日第1 次曬田，復(fù)水后5 月24 日—28 日第2 次曬田，復(fù)水后5 月29 日—6 月4 日第3 次曬田。6 月4 日干施促花肥后上薄水，6 月18 日施?；ǚ省２∠x草害防控和田間灌溉按照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培進(jìn)行生產(chǎn)管理。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉齡及莖蘗動態(tài)觀察

每小區(qū)2 個品種各定點10 株，每7 d 調(diào)查1 次葉齡及莖蘗動態(tài)，莖蘗數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為高峰期前數(shù)所有分蘗，高峰苗期到抽穗期數(shù)帶2 葉(包括2 葉)分蘗，齊穗后計數(shù)超過20 粒(包括20 粒)穗子。

1.3.2 SPAD 值測定

倒4 葉期(施促花肥前1 d)、倒1 葉期每小區(qū)用SPAD-502 型葉綠素計測定植株頂部展開葉頂3 葉和頂4 葉葉上部1/3 處SPAD 值，齊穗期測定植株倒1 葉、倒2 葉、倒3 葉和倒4 葉葉上部1/3 處SPAD 值，每個葉位測定長勢相近的20 片葉，取平均值代表該葉位的SPAD 值，并計算頂4 葉與頂3 葉的相對色差(RSPAD)。

1.3.3 葉面積測定

齊穗期按小區(qū)平均莖蘗數(shù)取3 叢植株用LI-3100 葉面積儀測定高效葉面積和低效葉面積。高效葉面積為植株最上部3 片葉片葉面積，低效葉面積為除最上部3 片葉片外植株所有綠葉葉面積。

1.3.4 葉片光合特性測定

齊穗期于晴朗無風(fēng)的上午9：00—11：30 使用便攜式光合測定系統(tǒng)LI-6400 測定劍葉凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)和胞間二氧化碳濃度 (Ci)[14]。采用開放氣路，葉室CO2含量為380 μmol/mol，使用紅藍(lán)光源，光量子通量密度為1 400 μmol/(m2·s)，葉室溫度為30 ℃，各處理隨機(jī)選取生長一致的劍葉中部測定，測定過程中保持葉面原始狀態(tài)，每小區(qū)測定5 片葉。

1.3.5 干物質(zhì)量測定

將齊穗期和成熟期樣品的莖鞘、葉片和穗子單獨分開，樣品105 ℃殺青30 min 后85 ℃烘干至恒質(zhì)量時稱質(zhì)量。

1.3.6 考種與測產(chǎn)

成熟時各小區(qū)隨機(jī)調(diào)查6 個點，每個點調(diào)查10 穴有效穗數(shù)，按平均有效穗數(shù)隨機(jī)取5 穴進(jìn)行考種，測定每穗粒數(shù)、實粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量。各小區(qū)按實際穴數(shù)收獲后按標(biāo)準(zhǔn)含水量折算產(chǎn)量。

1.3.7 相關(guān)參數(shù)計算公式

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施氮區(qū)水稻產(chǎn)量-無氮區(qū)水稻產(chǎn)量)/總施氮量；

RSPAD=(頂3 葉SPAD 值-頂4 葉SPAD 值)/頂3 葉SPAD 值×100；

齊穗后干物質(zhì)積累量(t/hm2)=成熟期干物質(zhì)量-齊穗期干物質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 和 SPSS 19.0 對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，用最小顯著差數(shù)法(LSD)分析不同處理在P＜0.05 水平的差異顯著性，采用SigmaPlot 14.0 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 穗肥用量對莖蘗動態(tài)及成穗率的影響

由圖1 所示：施?；ǚ是? 個品種不同處理之間莖蘗數(shù)差異不明顯。2 個品種施用?；ǚ屎?，施肥處理(N1、N2和N3)莖蘗數(shù)出現(xiàn)1 個小的增長峰值，不施肥處理(N0)未出現(xiàn)增長峰值。2 個品種施肥處理成穗率顯著高于不施肥處理，F(xiàn) 優(yōu)498 成穗率隨穗肥用量的增加而升高，而隆兩優(yōu)1206 呈先增后減的趨勢，其中N2成穗率最高。

圖1 不同穗肥用量下莖蘗動態(tài)變化及成穗率)Fig.1 Dynamic changes of stem-tiller and productive tiller rate under different panicle fertilizer amounts

2.2 穗肥用量對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

穗肥用量對實際產(chǎn)量、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、總穎花量和千粒質(zhì)量的影響達(dá)極顯著水平，對結(jié)實率的影響達(dá)顯著水平。F 優(yōu)498 有效穗數(shù)和總穎花量隨施肥量的增加而增加，并且顯著高于不施肥處理；F 優(yōu)498 實際產(chǎn)量、每穗粒數(shù)和隆兩優(yōu)1206 實際產(chǎn)量、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和總穎花量隨穗肥用量的增加呈先增后減，并且高于顯著高于不施肥處理。除隆兩優(yōu)1206 的N2處理外，2 個品種施肥處理千粒質(zhì)量均顯著小于不施肥處理；F 優(yōu)498 不同處理之間結(jié)實率差異不顯著，而隆兩優(yōu)1206 N3處理結(jié)實率顯著小于其他處理。N2處理為本研究最優(yōu)穗肥用量，該處理最高產(chǎn)量的實現(xiàn)是通過增加有效穗和每穗粒數(shù)，獲得高穎花量的同時維持較高結(jié)實率和千粒質(zhì)量。F 優(yōu)498 和隆兩優(yōu)1206 氮肥農(nóng)學(xué)利用率也隨著穗肥用量的增加先增后減，其中N2處理最高，分別達(dá)到18.65 和17.15 kg/kg (表1)。

表1 穗肥用量對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Tab.1 Effects of different panicle fertilizer amounts on the grain yield and its components

2.3 不同時期RSPAD 比較

2 個品種倒4 葉期(施促花肥前)不同處理之間RSPAD 差異不顯著，施入促花肥和?；ǚ屎螅敝笼R穗期2 個品種施肥處理RSPAD 逐漸減小，并且隨著施肥量的增加RSPAD 減小幅度增大。2 個品種不施肥處理隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)RSPAD 逐漸增大，其中F 優(yōu)498 增幅小，隆兩優(yōu)1206 增幅大(表2)。除F 優(yōu)498 的倒1 葉外，2 個品種齊穗期不同葉位施肥處理SPAD 值顯著高于不施肥處理；除隆兩優(yōu)1206 的倒2 葉外，施肥處理之間SPAD 值差異不顯著；不施肥處理從倒1 葉至倒4 葉SPAD 值依次降低(圖2)。

圖2 齊穗期不同葉位SPAD 值比較)Fig.2 Comparison of SPAD values of different leaf positions in full heading stage

表2 不同時期RSPAD 比較Tab.2 Comparison of relative SPAD value in different periods

2.4 穗肥用量對齊穗期葉面積指數(shù)的影響

2 個品種施肥處理高效葉面積指數(shù)(high efficient leaf area index，HLAI)、低效葉面積指數(shù)(low efficient leaf area index，LLAI)和總?cè)~面積指數(shù)(total leaf area index，TLAI)顯著高于不施肥處理，HLAI 隨著穗肥用量的增加而增大；F 優(yōu)498 LLAI 和TLAI 隨著穗肥用量的增加先增后減，而隆兩優(yōu)1206 LLAI 和TLAI 隨著穗肥用量的增加而增大。相對于不施肥處理，2 個品種施肥處理HLAI 分別增長至1.60～1.76 倍和1.75～2.16倍，LLAI 分別增長至1.84～2.39 倍和2.02～2.40倍，由于HLAI 增長幅度小于LLAI，造成2 個品種施肥處理的高效葉面積率(high effective leaf area ratio，HELAR)小于不施肥處理，并且隨著施肥量的增加呈先減后增的趨勢(表3)。

表3 穗肥用量對齊穗期葉面積指數(shù)的影響Tab.3 Effects of different panicle fertilizer amounts on the leaf area indexes in full heading stage

2.5 穗肥用量對不同時期干物質(zhì)積累量的影響

與不施肥處理相比，施肥處理可提高或顯著提高齊穗期干物質(zhì)量、成熟期干物質(zhì)量和齊穗后干物質(zhì)積累量。F 優(yōu)498 施肥處理齊穗期和成熟期干物質(zhì)量隨穗肥用量的增加而增加，而隆兩優(yōu)1206 呈先增后減的趨勢。2 個品種齊穗后干物質(zhì)積累量均隨著穗肥用量的增加先增后減，其中N2處理齊穗后干物質(zhì)積累量最高，這也是N2處理產(chǎn)量高的生理基礎(chǔ)(表4)。

表4 穗肥用量對不同時期干物質(zhì)積累量的影響Tab.4 Effects of different panicle fertilizer amounts on the dry matter accumulation of different stages t/hm2

2.6 穗肥用量對劍葉光合特性的影響

總體上看，2 個品種施肥處理Pn、Gs、Ci和Tr高于或顯著高于不施肥處理，隨穗肥用量的增加Pn逐漸升高，而Gs、Ci和Tr隨穗肥用量的增加先增后減，其中F 優(yōu)498 N2處理Gs和Ci最高，隆兩優(yōu)1206 N2處理Gs、Ci和Tr最高 (表5)。

表5 不同穗肥對劍葉光合特性的影響Tab.5 Effects of different panicle fertilizer amounts on the photosynthetic characteristics in rice cultivars

3 討論

3.1 穗肥優(yōu)化水稻群體質(zhì)量、提高產(chǎn)量

水稻群體優(yōu)化調(diào)控是在合理基本苗的基礎(chǔ)上，通過調(diào)控施用合理基蘗肥，結(jié)合曬田控制無效分蘗生長，使最高莖蘗數(shù)控制在有效穗的1.2～1.3 倍，讓葉色落黃，為穗肥的施用打下基礎(chǔ)[15]。本研究2 個品種在每穴保留1 棵種子苗，基本苗為25.05×104/hm2的基礎(chǔ)上，不施基蘗肥，3 次曬田后葉色落黃，施促花肥前莖蘗數(shù)分別增長為有效穗的1.85 倍和1.89 倍(施促花肥前莖蘗數(shù)與有效穗的比值)，說明前作種植冬馬鈴薯的高基礎(chǔ)地力田塊，為了有效控制無效分蘗的爆發(fā)式生長，前期可以不施基蘗肥，曬田要適當(dāng)提前，而且要重曬田，曬田后，葉色落黃為穗肥施用的診斷標(biāo)準(zhǔn)。

施用穗肥可以促進(jìn)部分動搖分蘗轉(zhuǎn)化為有效分蘗并最終成穗[16]，提高莖蘗成穗率[17]。本研究在群體葉色落黃(頂3 葉SPAD＞頂4 葉SPAD)時準(zhǔn)確施入穗肥，施入?；ǚ屎鬁p緩分蘗的消亡速率，從而提高了成穗率和有效穗。

優(yōu)化調(diào)控成穗率、有效穗、總穎花量、葉面積指數(shù)、抽穗后群體光合效率和齊穗后干物質(zhì)積累量等因素是構(gòu)建水稻高質(zhì)量群體獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵[15]。本研究在前期不施基蘗肥的基礎(chǔ)上，通過施用穗肥顯著提高有效穗、每穗粒數(shù)和總穎花量，這一研究結(jié)果與前人一致[18-20]。每穗粒數(shù)隨著穗肥施用量的增加先增后減，說明大穗的形成需要一個適宜的氮水平[21]。高的成穗率和有效穗增加水稻齊穗期葉面積指數(shù)，形成較高且適宜的葉面積指數(shù)[22-23]。施用穗肥后倒3 葉和倒4 葉之間葉色差逐漸減小，使植株維持較高的含氮量[24]，進(jìn)而提高葉片光合效率[25]。水稻高光效群體的構(gòu)建促進(jìn)齊穗后干物質(zhì)積累[26]，滿足較大穎花量對灌漿物質(zhì)的需求，最終促成水稻產(chǎn)量增加。本研究中氮素穗肥對提高成穗率、增加有效穗和總穎花量以及促進(jìn)干物質(zhì)積累的最適施氮量是促花肥和保花肥分別施用45 kg/hm2純氮。

3.2 穗肥提高肥料利用效率

肥料吸收利用效率與肥料用量、運籌比例和肥料類型密切相關(guān)，合理減少氮肥投入可有效提高氮肥利用效率。張福鎖等[27]通過全國大尺度范圍的研究發(fā)現(xiàn)：中國水稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率為10.4 kg/kg，通常因為土壤原有養(yǎng)分多、施肥過量、養(yǎng)分損失未控制或者未充分利用土壤和環(huán)境養(yǎng)分等因素造成肥料利用效率低。通過水稻前氮后移增施穗肥，能為水稻整個生育期提供比較平衡的氮素供應(yīng)，可促進(jìn)氮素的吸收，提高氮肥當(dāng)季利用效率[28-29]。張洪程等[23]通過水稻氮肥精確后移模式能夠?qū)⑺镜兽r(nóng)學(xué)利用效率顯著提高到18.5 kg/kg 以上。課題組前期在云南大范圍的研究表明：基礎(chǔ)地力較高的田塊，不施基蘗肥，只施穗肥的氮肥減量后移技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)水稻增產(chǎn)，同時顯著提高氮肥農(nóng)學(xué)利用效率；其中楊從黨等[30]研究表明：就云南全省而言，總氮減少10%～20%，40%～50%的總氮用作穗肥實現(xiàn)減肥增效，而基礎(chǔ)地力較高的田塊，可以減肥40%，不施基蘗肥，只施穗肥實現(xiàn)增產(chǎn)，這一氮肥減量后移技術(shù)能夠?qū)⒍i稻氮肥農(nóng)學(xué)利用效率從7.11 kg/kg提高到11.35 kg/kg，粳稻從10.10 kg/kg 提高到19.59 kg/kg；夏瓊梅等[12]研究表明：隨著氮肥減量后移比例的增加，水稻產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率逐漸增加，當(dāng)純氮最少且全部移至穗肥施用時產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率最高，氮肥農(nóng)學(xué)利用效率從6.6 kg/kg 提高到28.9 kg/kg。本研究結(jié)果表明：不施基蘗肥，將全部氮肥移作穗肥后，氮肥農(nóng)學(xué)利用效率隨穗肥用量的增加先增后減，并且將氮肥農(nóng)學(xué)利用效率分別提高到12.54～18.65 kg/kg 和5.24～17.15 kg/kg；前作種植冬馬鈴薯的田塊，不施基蘗肥，適宜穗肥用量促使增產(chǎn)的同時提高肥料利用效率。

4 結(jié)論

在云南濕熱秈稻亞區(qū)前作種植冬馬鈴薯的田塊，由于基礎(chǔ)地力高(8.0 t/hm2)，為優(yōu)化水稻群體結(jié)構(gòu)，采取不施基蘗肥，結(jié)合曬田控制水稻高峰苗過大，促使無效分蘗期葉色落黃，在倒4 葉和倒2 葉露尖時分別施用45 kg/hm2純氮作穗肥，可以減緩分蘗消亡速率，提高成穗率，增加有效穗數(shù)，促進(jìn)大穗的形成，提升穗期光合生產(chǎn)力和干物質(zhì)積累量，進(jìn)而實現(xiàn)高產(chǎn)和高效。