施氮量对直播稻郑旱10号群体特征及产量的影响

付 景，王生轩，尹海庆，王付华，王越涛，陈献功，王 亚，杨文博，白 涛

（河南省农业科学院粮食作物研究所，河南郑州450002）

施氮量对直播稻郑旱10号群体特征及产量的影响

付 景，王生轩，尹海庆*，王付华，王越涛，陈献功，王 亚，杨文博，白 涛

（河南省农业科学院粮食作物研究所，河南郑州450002）

以直播稻品种郑旱10号为供试材料，设置8种施氮水平，即全生育期施氮肥（折合纯氮）0、150、180、210、240、270、300、330 kg/hm2，探讨不同氮肥水平对直播稻郑旱10号的群体特征、根系活力和产量的影响。结果表明，直播稻郑旱10号的产量随施氮量的增加先增加后降低，当施氮量为270 kg/hm2时，产量最高（10.40 t/hm2），显著高于其他施氮量处理。直播稻郑旱10号的最高分蘖数、穗数、叶面积指数、株高、叶基角均随施氮量增加而增加；但成穗率、结实率、粒叶比、透光率则均随施氮量增加而降低；穗粒数和千粒质量与产量变化趋势一致，均随施氮量的增加先增加后降低。地上部干物质量随生育期的推进呈增加趋势，叶片净光合速率、根系活力在齐穗后随生育进程推进呈降低趋势，但地上部干物质量、叶片净光合速率和根系活力同一时期处理间变化趋势与产量变化趋势一致，均随施氮量的增加先增加后降低，当施氮量为270 kg/hm2时最高。综上，当施氮量在270 kg/hm2条件下，直播稻郑旱10号的群体质量较好，根系活力最高，产量最高。

直播稻；施氮量；群体特征；光合特性；根系生理；产量

水稻轻简化栽培技术是水稻生产劳动力用工等成本不断提高背景下的发展需求。直播稻作是在品种创新、整地播种技术改进、先进化学除草产品研发等科技成果支撑的基础上，形成的一项新型的稻作技术。与传统移栽水稻相比，其减少了育秧和插秧环节，简化了水稻生产程序，大大减少了生产投入，减轻了劳动强度，节约了育插秧灌溉用水，已成为适应当前农村劳动力大量转移和农业适度规模经营的一种轻简栽培方式。近年来，直播稻种植面积增长迅速［1-2］，直播水稻栽培技术也取得了长足的发展，但水稻直播生产中存在群体过大引起通风透光条件差，不能充分利用温、光、土地资源，抗灾能力弱，田间荫蔽，病虫害较多，茎秆弹性差，根系不发达，后期易倒伏等问题。这些问题的存在将会直接影响直播水稻的稳产、高产。氮素是影响水稻生产最敏感的因素之一，其营养水平与水稻群体构建、物质生产和转运、植株体内生理代谢、光合特性与磷、钾素的吸收等有密切关系，最终影响水稻产量和品质［3-5］。合理施用氮肥是实现水稻高产优质最重要的措施之一，也是提高氮肥利用率、降低生产成本、减少污染的关键［6］。同时，植物根系既是水分、养分吸收的主要器官，又是多种激素、有机酸和氨基酸合成的重要场所，其形态生理特性与地上部生长发育、产量形成均有密切关系，与地上部保持着一定的形态与机能的平衡［7-8］。根系活力是水稻地上部高生物量稳定形成和维持生育后期叶片高光合速率、获得高产的保证［8］。施氮量对根系氧化力影响较大，在生育中期增加氮素供应，可提高根系氧化力［9］。但目前有关氮肥施用量对直播稻群体特征、根系活力和产量的影响尚未见报道。为此，探讨了施氮量对直播稻郑旱10号的群体特征、根系活力及产量的影响，以期筛选出适宜直播稻生产的施氮量。

1 材料和方法

1.1 试验材料及试验地概况

供试直播稻品种为郑旱10号，属粳型常规旱稻品种，在黄淮海地区作麦茬旱稻种植全生育期平均118 d，供试种子的千粒质量为28.1 g。

试验于2014年在河南省农业科学院原阳试验基地进行。试验地前茬作物为小麦，土壤类型为砂壤土，0～20 cm耕层土壤（风干样）含有机质13.2 g/ kg、碱解氮59.6 mg/kg、速效磷19.2 mg/kg、速效钾117.5 mg/kg。

1.2 试验设计

试验设置8种施氮水平，即全生育期施氮肥（折合纯氮）0 kg/hm2（T0）、150 kg/hm2（T1）、180 kg/hm2（T2）、210 kg/hm2（T3）、240 kg/hm2（T4）、270 kg/hm2（T5）、300 kg/hm2（T6）和330 kg/hm2（T7）。所施氮肥为尿素，按照基肥︰分蘖肥︰穗肥= 5︰3︰2施用。所有处理统一施用过磷酸钙（含P2O513.5%）270 kg/hm2、氯化钾（含K2O 52%）225 kg/hm2，均作基肥一次施入。小区面积为6.0 m×4.0 m，随机区组排列，重复3次。小区间用插地板隔离，试验地边缘起埂包膜，以防肥料外流。6月15日播种，条播，行距为20 cm，播种量为120 kg/hm2。全生育期水分管理按常规高产栽培，严格控制病虫草害。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 群体特征 茎蘖动态：播种后20 d定株，每小区定1 m长，数基本苗；有效分蘖临界叶龄期调查定点的最高茎蘖数；成熟期调查定点的穗数。

地上部干物质量和叶面积：分蘖中期、穗分化期、齐穗期和成熟期考察每小区定点的茎蘖数，按照平均茎蘖数取0.5 m 1行植株，测定地上部干物质量。齐穗期测定该单位面积植株总叶面积、有效叶面积（有效分蘖的叶面积）和高效叶面积（有效分蘖顶部3片叶的叶面积），计算叶面积指数，叶面积指数=叶片面积/土地面积。

株高、叶基角和透光率：齐穗期，在田间选取小区内生长基本一致的植株10株，测定主茎顶3叶叶基角（叶片与主茎夹角）和株高；并用照度计测定光照强度，计算透光率，透光率=稻株不同位置的光照强度/稻株上方光照强度×100%。

粒叶比：根据齐穗期测定的单位面积植株的总叶面积，成熟期调查该单位面积植株的总颖花数、总实粒数和总粒质量，计算总颖花数/叶面积、总实粒数/叶面积、总粒质量/叶面积。

净光合速率：于齐穗期及齐穗后10、20、30 d，选择晴朗无风的上午，每小区随机选取5株，采用美国LI-COR公司生产的LI-6400便携式光合测定仪测定稻株最上部全展叶的净光合速率。

根系活力：于齐穗期及齐穗后10、20、30 d，每小区取2株测定根系单位根干质量的α-萘胺（α-NA）氧化力［10］。

1.3.2 产量及其构成因素 于成熟期，每小区取定点的1 m 1行考查穗数，取0.5 m 1行用于考察穗粒数、结实率和千粒质量。各小区取4 m2实收计产。计算氮肥农学利用率、氮肥偏生产力，其中，氮肥农学利用率=（施氮处理稻谷产量-不施氮处理稻谷产量）/施氮量，氮肥偏生产力=施氮处理稻谷产量/施氮量。

1.4 数据分析

采用Excel 2007和SPSS 16.0等软件进行数据统计分析，用Excel 2007作图。

2 结果与分析

2.1施氮量对直播稻郑旱10号群体特征的影响

2.1.1 茎蘖动态 由表1可知，在施氮量0（T0）～330（T7）kg/hm2条件下，不同施氮量对直播稻郑旱10号的基本苗数影响不显著；最高茎蘖数随施氮量的增加显著增加。在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2条件下，随着施氮量增加，穗数显著增加；而在施氮量270（T5）～330（T7）kg/hm2条件下，随着施氮量增加，穗数增加，但差异不显著。成穗率随着施氮量的增加显著下降，最高成穗率为T0处理，达94.0%。上述结果说明，增施氮肥虽然催生了大量的分蘖，但是导致了大量的冗余生长，增穗效果有限。

2.1.2 叶面积指数与粒叶比 叶面积指数是反映作物群体质量较好的动态指标。在一定范围内，作物产量随着叶面积指数的增大而提高。当叶面积指数增加到一定的限度后，田间郁闭，光照不足，光合效率减弱，产量反而下降。由表2可知，在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2条件下，齐穗期直播稻郑旱10号的叶面积指数均随施氮量的增加而显著增加；当施氮量超过270 kg/hm2后，叶面积指数随施氮量的增加继续增加，但差异不显著。在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2条件下，粒叶比（总颖花数/叶面积、总实粒数/叶面积和总粒质量/叶面积）随施氮量的增加而显著降低；当施氮量超过270 kg/hm2后，粒叶比随施氮量的增加继续降低，但差异不显著。

2.1.3 地上部干物质量 直播稻郑旱10号的地上部干物质量随生育进程的推进呈增加趋势（图1）。分蘖中期、穗分化期、齐穗期和成熟期地上部干物质量均随施氮量的增加先增加后降低，施氮量为270 kg/hm2（T5）时达到最大。其中，成熟期T5处理的地上部干物质量为2 650.8 g/m2，比同一时期的T0、T1、T2、T3、T4处理分别提高76.7%、20.8%、16.0%、10.1%、4.5%；T6和T7处理的地上部干物质量分别比T5处理降低2.1%和4.0%。

2.1.4 株高、叶基角、透光率 表3表明，在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2条件下，齐穗期直播稻郑旱10号的株高和叶基角均随施氮量的增加而显著提高；当施氮量超过270 kg/hm2后，株高和叶基角仍随施氮量的增加而增加，但差异不显著。在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2条件下，透光率随施氮量的增加而显著降低；当施氮量超过270 kg/hm2后，透光率仍随施氮量的增加而降低，但差异不显著。

2.1.5 净光合速率 由图2可见，直播稻郑旱10号净光合速率在齐穗后随生育进程的推进而下降。在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2条件下，齐穗期、齐穗后10 d、齐穗后20 d和齐穗后30 d的净光合速率均随施氮量的增加而增加；当施氮量超过270 kg/hm2后，齐穗期、齐穗后10 d、齐穗后20 d和齐穗后30 d的净光合速率则随施氮量的增加而降低。

2.1.6 根系活力 图3表明，直播稻郑旱10号根系活力在齐穗后随生育进程的推进而降低。在施氮量0（T0）～270（T5）kg/hm2条件下，齐穗期、齐穗后10 d、齐穗后20 d和齐穗后30 d的根系活力均随施氮量的增加而增加；当施氮量超过270 kg/hm2后，齐穗期、齐穗后10 d、齐穗后20 d和齐穗后30 d的根系活力明显下降。其中，以齐穗后20～30 d下降幅度较大。

2.2 施氮量对直播稻郑旱10号产量及其构成因素的影响

由表4可知，直播稻郑旱10号的穗数随着施氮量的增加而增加；结实率则随着施氮量的增加而显著下降；穗粒数和千粒质量变化趋势一致，均随着施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，均以T5处理最高，这是因为当施氮量超过一定范围时，穗数增加加剧了个体间的竞争，导致穗粒数下降。直播稻郑旱10号的产量随施氮量的增加先显著增加后显著降低，以T5处理产量最高，为10.40 t/hm2，T6和T7处理产量分别比T5处理显著降低7.9%和17.5%。氮肥农学利用率随施氮量的增加呈先显著增加后显著降低的趋势，而氮肥偏生产力则随施氮量增加而显著降低。

3 结论与讨论

水稻产量结构影响因子包括有效穗数、每穗颖花数、结实率和千粒质量，优化产量结构是实现高产的先决条件［11］。而不同品种、不同群体对产量构成因子的要求不同［12］。氮素是水稻生长发育必需的大量营养元素，其丰缺直接影响水稻生长和产量的形成。周瑞庆等［13］、唐启源等［14］研究表明，施氮量与产量呈单峰曲线，即在一定氮肥施用量范围内，水稻产量随着施氮量增加而提高；超过一定范围后，产量和部分产量构成因素则降低。本研究结果表明，施氮量的增加可促进穗数增加，但却降低了结实率，穗粒数和千粒质量均随着施氮量增加呈先增加后降低的趋势，以T5（270 kg/hm2）处理最高；产量随施氮量的增加先增加后降低，以T5（270 kg/hm2）处理产量最高，为10.40 t/hm2。

增加施氮量有利于促进直播稻前期的生长发育，促使茎蘖数大量发生，形成较大的群体结构，但与移栽稻相比，由于没有移栽缓苗期，生育期相对较短，实际则延长了分蘖期，更易导致无效蘖过多，群体质量下降，降低成穗率［15］。因此，直播稻栽培前期足量早施氮肥的同时，要注意结合水分调控，培育壮蘖，为中期壮秆育大穗打好基础。本研究结果表明，在施氮量0（T0）～330（T7）kg/hm2条件下，不同施氮量处理对直播稻郑旱10号的基本苗数影响不显著，最高茎蘖数随施氮量的增加而显著增加，穗数随施氮量增加先显著增加而后趋于平缓，而成穗率随施氮量的增加显著下降。

生物产量特别是灌浆期干物质量积累的大幅提高是水稻获得高产的基础［16］。施氮可使地上部分生物量显著增加，但根冠比低于不施氮处理，根冠比随施氮量的增加而减小，说明施氮处理增加了叶面积，增大了光合作用场所，同时也增加了叶片蒸腾失水，不利于作物维持水分平衡［17］。本研究结果表明，直播稻郑旱10号的地上部干物质量随生育进程的推进呈增加趋势。在施氮量0（T0）～270（T5）kg/ hm2条件下，分蘖中期、穗分化期、齐穗期和成熟期的地上部干物质量均随施氮量的增加而增加；当施氮量超过270 kg/hm2后，分蘖中期、穗分化期、齐穗期和成熟期的地上部干物质量均随施氮量的增加而降低。叶面积指数、株高、叶基角均随施氮量的增加而增加，但粒叶比、透光率则均随施氮量增加而降低。本研究还发现，直播稻郑旱10号剑叶的净光合速率和根系活力在齐穗后均随生育进程的推进而下降。当施氮量在0（T0）～270（T5）kg/hm2条件下，齐穗期、齐穗后10 d、齐穗后20 d和齐穗后30 d的净光合速率和根系活力均随施氮量的增加而增加；当施氮量超过270 kg/hm2后，齐穗期、齐穗后10 d、齐穗后20 d和齐穗后30 d的净光合速率和根系活力则明显下降。其中，齐穗后20～30 d根系活力下降较快。说明灌浆后期根系功能受阻，其可能原因是地上部光合作用不能够再向根部提供充足的光合产物。另外，较低的根系活力降低输送营养物质能力，不能为地上部提供充足的营养物质，从而也影响地上部的生长发育。

综上，当施氮量为270 kg/hm2时，直播稻郑旱10号的群体质量较好，根系活力最高，产量最高。

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Effect of Nitrogen Application Rate on Population Characteristics and Yield of Direct-seeded Rice Zhenghan No.10

FU Jing，WANG Shengxuan，YIN Haiqing*，WANG Fuhua，WANG Yuetao，CHEN Xiangong，WANG Ya，YANG Wenbo，BAI Tao
（Cereal Research Institute，Henan Academy of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China）

A field experimentwas conducted to reveal the effects of nitrogen application rates（0，150，180，210，240，270，300，330 kg/ha）on population characteristics，root activity and grain yield of directseeded rice Zhenghan No.10.The results showed thatgrain yield of direct-seeded rice Zhenghan No.10 increased first and then decreased with the increase of N application rate，the highest yield was 10.40 t/ha when N application rate was 270 kg/ha，which significantly increased compared the yields of the other treatments.The unit area of the highest tiller，panicle number，leaf area index，p lant height，leaf base angle were increased with the increase of N application rate.But spike rate，seed setting rate，grain leaf ratio and light transmission rate were decreased with the increase of N app lication rate，grain number per panicle and 1 000-grain weight increased first and then decreased w ith the increase of N app lication rate.Shoot dry weight showed increasing trend during the whole growth period，then the net photosynthetic rate of leaf，root activity were decreased during the grain filling period.But shoot dry weight，net photosynthetic rate of leaf，root activity increased first and then decreased with the increase of N app lication rate，which were the highestwhen the nitrogen app lication rate was 270 kg/ha.In summary，population characteristicswere better，and root activity and grain yield were the highest when N app lication rate was 270 kg/ha.

direct-seeded rice；nitrogen app lication rate；population characteristics；photosynthetic characteristics；root physiology；yield

S511

A

1004-3268（2017）01-0030-06

2016-07-20

河南省水稻产业技术创新团队首席专家项目（S2010-04）；河南省重大科技专项（141100110600）；国家青年科学基金项目（31501214）

付 景（1982-），女，河南南阳人，助理研究员，博士，主要从事水稻栽培生理生态研究。E-mail：fujing8210@sina.cn

*通讯作者：尹海庆（1965-），男，河南南阳人，研究员，主要从事水稻栽培与育种研究。E-mail：yinhq98@163.com