譚金松,畢慶宇,魏 源,張康康,侯丹平,畢俊國(guó)

(上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心,上海 201106)

氮素是水稻生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素,參與合成植株體內(nèi)多種有機(jī)化合物,對(duì)水稻的增產(chǎn)有重要作用[1]。合理的氮肥施用可以促使水稻形成良好的植株結(jié)構(gòu),防止早衰或貪青晚熟,不合理的氮肥施用會(huì)導(dǎo)致水稻無(wú)效分蘗增加,不僅會(huì)使高峰苗過(guò)高、個(gè)體生長(zhǎng)環(huán)境惡化、群體生長(zhǎng)質(zhì)量降低[2],還會(huì)造成水稻徒長(zhǎng)、重心上移、基部節(jié)間變長(zhǎng)和抗倒伏能力下降等問(wèn)題[3]。近年來(lái),為了緩解人口增長(zhǎng)帶來(lái)的水稻高產(chǎn)壓力,農(nóng)戶多采用重施氮肥的措施。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)單季水稻氮肥施用量比世界平均用量高出75%,但是單位面積產(chǎn)谷量和氮肥利用效率較低[4]。有研究表明,在一定施氮范圍內(nèi),水稻產(chǎn)量與施氮量呈正相關(guān)關(guān)系,超過(guò)一定限度之后,產(chǎn)量會(huì)明顯下降[5],并且氮肥施用量過(guò)多,還會(huì)造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)污染。

上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心培育的節(jié)水抗旱稻具有抗旱、高產(chǎn)等特點(diǎn),在安徽、江西的缺水地區(qū)廣泛種植,已形成較大的推廣面積[6-7]。本試驗(yàn)以節(jié)水抗旱稻‘旱優(yōu)106’為試驗(yàn)材料,研究不同施氮量對(duì)其產(chǎn)量構(gòu)成及農(nóng)藝性狀的影響,分析不同氮肥施用量條件下的差異,以確定水直播旱管條件下‘滬旱106’的最佳施氮量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及供試品種

試驗(yàn)于2020年在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合試驗(yàn)站(30°53＇N,121°23＇E)進(jìn)行,試驗(yàn)品種為節(jié)水抗旱稻常規(guī)粳稻‘滬旱106’。采用水直播旱管模式進(jìn)行人工穴播,5月25日播種,每穴3—4粒,穴距為20 cm×23 cm,待出苗后人工間苗,每穴留1株。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置4個(gè)氮肥處理(以尿素形式作基肥一次性施入):零氮(0 N)、低氮(120 N kg∕hm2)、中氮(240 N kg∕hm2)和高氮(360 N kg∕hm2)。每個(gè)小區(qū)面積為20 m2,過(guò)磷酸鈣(含13.5% P2O5)75 kg∕hm2、氯化鉀(含62.5% K2O)120 kg∕hm2均作基肥一次性施用。每個(gè)處理3次重復(fù),共12個(gè)小區(qū)。田間灌溉方式為:2葉期前灌平溝水,濕潤(rùn)管理,3葉期灌“跑馬水”,擱田控苗,控制無(wú)效分蘗,穗分化期進(jìn)行適當(dāng)濕潤(rùn)灌溉。按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培措施進(jìn)行病蟲(chóng)草害防治等。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 莖蘗動(dòng)態(tài)

每個(gè)小區(qū)定點(diǎn)選取10株,分別于分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期測(cè)定莖蘗動(dòng)態(tài),并計(jì)算莖蘗成穗率。

1.3.2 SPAD值

水稻播種后第5周開(kāi)始,每7天用葉綠素儀測(cè)量不同處理最上部完全展開(kāi)葉的SPAD值。每小區(qū)定點(diǎn)測(cè)定10片葉片,每片測(cè)定上、中、下部三點(diǎn),取平均值。

1.3.3 干物質(zhì)質(zhì)量及葉面積指數(shù)

在各主要生育期內(nèi),每個(gè)小區(qū)取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株5穴,分解為葉、莖鞘和穗(抽穗以后)。用Li-Cor 3050葉面積儀(LI-COR,USA)測(cè)定葉面積后將各樣品放入烘箱中,105℃殺青30 min,于75℃下烘至恒重后稱重。

1.3.4 考種與產(chǎn)量

成熟期各小區(qū)調(diào)查30穴計(jì)算出平均穗數(shù),每小區(qū)按照平均穗數(shù)取10穴進(jìn)行手工脫粒,考察各處理的單位面積穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重。

籽粒烘干稱重后含水量為4%。一般而言,理論產(chǎn)量為水稻含水量為14%時(shí)的產(chǎn)量,因此,理論。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013軟件處理數(shù)據(jù),SPSS軟件進(jìn)行方差分析,Sigmaplot 10.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

與零氮處理相比,‘滬旱106’在低氮、中氮、高氮處理下的理論產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)量均顯著增加,其中中氮處理下的最高,其實(shí)際產(chǎn)量分別比零氮、低氮、高氮處理高27.2%、11.1%、6.6%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看,與零氮相比,施用氮肥處理的每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率增加,穗數(shù)顯著增加,其中中氮處理下‘滬旱106’的穗數(shù)比零氮、低氮、高氮處理分別增加了31.4%、15.3%、6.4%?！疁?06’在不同氮肥處理下的經(jīng)濟(jì)系數(shù)無(wú)顯著性差異(表1)。

表1 施氮量對(duì)‘滬旱106’產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 1 Effects of nitrogen application rates on yield and its components of‘Huhan 106’

2.2 莖蘗動(dòng)態(tài)

在‘滬旱106’整個(gè)生育時(shí)期,拔節(jié)期的分蘗數(shù)最高,零氮、低氮、中氮和高氮處理下的分蘗數(shù)分別為234.4萬(wàn)株∕hm2、274.8萬(wàn)株∕hm2、318.0萬(wàn)株∕hm2、302.7萬(wàn)株∕hm2,拔節(jié)期至抽穗期分蘗數(shù)顯著減少,抽穗期至成熟期時(shí)分蘗數(shù)相對(duì)穩(wěn)定。與零氮處理相比,施用氮肥的處理在主要生育期時(shí)的分蘗數(shù)顯著增加,莖蘗成穗率減小,施用氮肥的三個(gè)處理之間莖蘗成穗率無(wú)顯著性差異(表2)。

表2 施氮量對(duì)‘滬旱106’莖蘗動(dòng)態(tài)的影響Table 2 Effects of nitrogen application rates on stem and tiller dynamics of‘Huhan 106’

2.3 葉片SPAD值

隨著生育進(jìn)程的推進(jìn),‘滬旱106’最上部完全展開(kāi)葉的SPAD值呈先增加后減小趨勢(shì),播種后35 d到50 d為上升趨勢(shì),播種后55 d到75 d為下降趨勢(shì)。與零氮處理相比,施用氮肥處理的葉片SPAD值顯著提高,但在整個(gè)生育期內(nèi),低氮、中氮、高氮處理之間葉片SPAD值無(wú)顯著差異(圖1)。

圖1 施氮量對(duì)‘滬旱106’葉片SPAD值的影響Fig.1 Effects of nitrogen application rates on SPAD value of leaves of‘Huhan 106’

2.4 干物質(zhì)重

施氮對(duì)‘滬旱106’莖、葉、穗的干物質(zhì)重具有促進(jìn)作用。在同一生育期內(nèi),莖、葉干物質(zhì)重在高氮處理下最大,穗干重在中氮處理下最大。隨著生育期的推進(jìn),‘滬旱106’莖部干物質(zhì)重呈逐漸增加的趨勢(shì),高氮處理在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期的莖干重分別為2.88 t∕hm2、4.96 t∕hm2、6.07 t∕hm2、6.15 t∕hm2。高氮處理的葉干重呈先增加后減小的趨勢(shì),在抽穗期最大,為3.31 t∕hm2。抽穗期、成熟期時(shí)‘滬旱106’在施用氮肥處理下的穗部干物質(zhì)重顯著大于零氮處理(表3)。

表3 施氮量對(duì)‘滬旱106’干物質(zhì)重的影響Table 3 Effects of nitrogen application rates on dry matter weight of‘Huhan 106’ t·hm-2

2.5 葉面積指數(shù)

隨著生育期的推進(jìn),不同氮肥處理的葉面積指數(shù)均呈先上升后下降的趨勢(shì),且均在抽穗期時(shí)最大。在拔節(jié)期、抽穗期、成熟期時(shí),隨著氮肥施用量的增加,‘滬旱106’的葉面積指數(shù)呈現(xiàn)出遞增趨勢(shì)。拔節(jié)期時(shí),施用氮肥的處理葉面積指數(shù)顯著大于零氮處理,抽穗期和成熟期時(shí),中氮、高氮處理的葉面積指數(shù)顯著大于低氮、零氮處理(表4)。

表4 施氮量對(duì)‘滬旱106’葉面積指數(shù)的影響Table 4 Effects of nitrogen application rates on leaf area index of‘Huhan 106’

3 結(jié)論與討論

氮是影響作物生長(zhǎng)和谷物產(chǎn)量潛力的關(guān)鍵元素之一[8-9]。隨著氮肥用量的增加,‘滬旱106’的產(chǎn)量呈先升后降的變化趨勢(shì),且于中氮處理下產(chǎn)量最高,單位面積穗數(shù)的顯著增加是其產(chǎn)量增加的主要原因。低氮、高氮處理下的產(chǎn)量(理論產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)量)無(wú)顯著差異,說(shuō)明氮肥施用量過(guò)多,對(duì)‘滬旱106’產(chǎn)量無(wú)顯著增加作用。

控制水稻群體的無(wú)效分蘗,提高莖蘗成穗率,是提高水稻群體質(zhì)量的最直接措施[10]。隨著氮肥用量的增加,‘滬旱106’于拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的莖蘗數(shù)均呈先升后降的趨勢(shì),而莖蘗成穗率逐漸降低,說(shuō)明氮肥施用過(guò)多在一定程度上會(huì)造成無(wú)效生長(zhǎng),影響最終穗數(shù)和產(chǎn)量的形成。但也有研究指出,在中高氮水平下,適當(dāng)增加穗粒肥施入比例有利于提高少蘗大穗型超級(jí)稻品種群體有效分蘗率和成穗率[11]。

葉綠素含量是反映水稻光合速率與生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo),對(duì)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)起著關(guān)鍵作用[12]。作為葉綠素含量的相對(duì)值,SPAD值已成為評(píng)價(jià)作物長(zhǎng)勢(shì)的重要指標(biāo)[13]。研究表明,SPAD與葉片光合速率呈正相關(guān)關(guān)系[14],本研究表明,與零氮處理相比,氮肥處理的葉片SPAD值顯著提高,但低氮、中氮、高氮處理間無(wú)顯著差異,說(shuō)明在中低氮水平下水稻光合能力也較高。

葉面積的大小直接影響作物群體內(nèi)部受光量,是判斷作物群體結(jié)構(gòu)是否合理的的重要指標(biāo)之一。適宜的葉面積指數(shù)是作物充分利用光能、獲得高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ),而水稻群體不同生育階段最適葉面積指數(shù)不同[15]。對(duì)傳統(tǒng)高產(chǎn)水稻來(lái)說(shuō),適宜葉面積指數(shù)隨著生育期的推進(jìn)呈先升后降的趨勢(shì),在孕穗期至抽穗期最高,成熟期顯著下降[16]。節(jié)水抗旱稻‘滬旱106’葉面積指數(shù)中氮處理下分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期適宜的葉面積指數(shù)分別為0.12、2.9、6.9、5.3。與其他3種氮肥處理相比,‘滬旱106’在中氮水平可以獲得合理的群體葉面積,構(gòu)建健康冠層,進(jìn)而提高群體光合生產(chǎn)能力。

水稻產(chǎn)量形成實(shí)質(zhì)是植株生長(zhǎng)過(guò)程中干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配的結(jié)果[17]。Wei等[18]研究指出,甬優(yōu)秈粳雜交稻較高的干物質(zhì)積累被認(rèn)為是影響籽粒庫(kù)容和高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。也有研究認(rèn)為,水稻干物質(zhì)過(guò)大會(huì)造成無(wú)效消耗,不利于產(chǎn)量提升[19]。本研究表明,‘滬旱106’在不同氮肥處理下抽穗期、成熟期的干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量呈現(xiàn)相同的趨勢(shì),在中氮處理下各個(gè)指標(biāo)的表現(xiàn)最優(yōu),說(shuō)明大田施氮量為240 kg∕hm2時(shí)有利于干物質(zhì)的積累,可獲得較高產(chǎn)量。