播栽方式与施氮量对杂交籼稻氮肥利用特征及产量的影响*

2017-12-09王春雨余华清郭长春张绍文杨志远

中国生态农业学报(中英文) 2017年12期

王春雨, 余华清, 何艳, 郭长春, 张绍文, 杨志远, 马均

王春雨, 余华清, 何艳, 郭长春, 张绍文, 杨志远, 马均**

(四川农业大学水稻研究所/农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室温江 611130)

以杂交籼稻‘F优498’为试验材料, 采用两因素裂区设计, 主区为毯苗机插(机插)、湿润精量穴直播(直播)和人工移栽3种播栽方式, 副区为4个施氮量(0 kg×hm-2、90 kg×hm-2、135 kg×hm-2和180 kg×hm-2), 研究杂交籼稻在不同处理下的氮素积累与运转、产量及其构成因子以及氮素利用率。播栽方式与施氮量对水稻主要生育期氮积累量、运转及产量具显著影响及互作效应。抽穗期和成熟期植株氮积累总量为人工移栽>机插>直播; 播种—拔节期和抽穗—成熟期的氮素积累速率为直播>机插>人工移栽, 拔节—抽穗期氮素积累速率为人工移栽>机插>直播, 不同播栽方式下均在拔节—抽穗期氮积累速率达最大; 氮素农学利用率和氮收获指数表现为人工移栽>机插>直播; 百千克籽粒需氮量为直播>人工移栽>机插; 人工移栽稻的产量与机插稻差异不显著, 与人工移栽稻相比, 直播稻平均减产13.04%。植株氮素积累量和穗部氮积累量随施氮量的增加而显著增加, 而叶片氮素对穗部的贡献率随施氮量的增加而降低。播栽方式和施氮量对氮素利用率产生较大影响, 机插稻氮素农学利用率随氮肥用量的增加而增加但差异不显著, 直播、人工移栽的水稻氮素农学利用率随施氮量的增加而降低; 氮素回收利用率在人工移栽和机插下随着施氮量的提高呈二次曲线关系, 直播则随施氮水平的升高而逐渐减小; 氮素籽粒生产效率和收获指数均随氮肥的增加而降低, 施氮处理间无显著差异。综合而言, 直播稻施氮量在135 kg×hm-2, 机插和人工移栽在135~180 kg×hm-2时既能获得稳定的产量, 也能维持较高氮素利用率。

水稻; 精量穴直播; 机插; 施氮量; 氮素积累和转运; 氮素利用率

氮素是影响水稻()产量形成最敏感的元素, 而施肥是农田土壤获取氮素的途径之一, 氮肥对粮食产量的贡献率达50%[1]。氮肥施用量和氮肥运筹对水稻生长发育有巨大的影响[2]。然而近30年来, 粮食产量增速明显减缓, 氮肥过量施用亦使得氮素利用效率急剧降低, 我国现阶段水稻氮素利用率仅为30%~45%, 远低于其他国家的氮肥利用率[2]。过量施用氮肥可能会引起水稻倒伏导致减产、诱发病虫害和降低稻米品质, 增加水稻生产成本的同时加剧温室气体排放、导致水体富营养化[3-4], 严重限制了水稻生产的可持续发展。因此, 合理利用氮肥对提高水稻氮肥利用率, 协调氮肥投入与产量之间的矛盾与农民收入具有重要的作用, 这也成为目前广大农业科技工作者广泛关注的热点问题。提高水稻氮素利用率的措施主要包括两类: 一类主要为基因型或品种的遗传因素改良[5-6]; 另一类则主要是调整栽培措施和环境因子, 如氮肥运筹[7-8]、水氮耦合[9-10]、耕作模式[11]等[12]。水稻种植方式是水稻栽培管理措施的重要环节[13]。近年来, 水稻种植方式也正在转型, 机插秧、直播稻发展十分迅速。不同播栽方式下由于水稻生长环境不同, 对养分和温光等资源的利用有异, 必然会对水稻生长发育产生一定的影响[14]。前人有关栽培措施对水稻氮素吸收利用特性影响的研究已较为深入, 但多偏重于施氮量或某一特定播栽方式下水稻的氮素吸收利用特征, 而关于不同播栽方式下施氮量对水稻氮素吸收利用特性影响的研究, 及播栽方式与施氮量间是否存在互作效应, 还鲜见报道。为此, 本研究以四川盆地推广面积较广的中籼迟熟杂交稻组合‘F优498’为试验材料, 对不同播栽方式与施氮量下水稻植株氮积累量、氮素运转及氮素利用效率等进行比较研究, 以明确播栽方式与施氮量对氮素吸收利用特性的影响, 为水稻高产栽培及氮素高效利用提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验点概况

试验于2016年5—9月在四川省成都市温江区四川农业大学水稻研究所试验田(30°44′N, 103°52′E)进行。供试品种为四川稻区普遍应用的杂交籼稻‘F优498’(中籼迟熟型, 全生育期145~152 d)。试验田土壤质地为沙壤土, 全氮1.07 g×kg-1, 碱解氮118.42 mg×kg-1, 速效磷14.10 mg×kg-1, 速效钾49.70 mg×kg-1, pH 6.61, 容重1.71 g×cm-3。水稻生育期间试验区气象数据由四川省气象局提供(图1)。

图1 试验区水稻生育期平均气温和降雨量

1.2 试验设计

试验采用两因素裂区设计, 设置播栽方式为主区, 施氮量为副区。主区设毯苗机插(机插, T1)、湿润精量穴直播(直插, T2)和人工移栽(T3), 副区设0 kg×hm-2(N0)、90 kg×hm-2(N1)、135 kg×hm-2(N2)和180 kg×hm-2(N3)共4个施氮水平。基肥、分蘖肥、促花肥及保花肥的比例为3︰3︰2︰2, 人工移栽和机插稻分蘖肥于移栽后7 d施用, 直播稻分蘖肥于5叶一心时施用, 促花肥和保花肥于倒4、倒2叶期分别等量追施。施用磷肥P2O575 kg×hm-2, 钾肥K2O 150 kg×hm-2, 均作基肥施用。每个处理3次重复, 小区长6.4 m, 宽3.75 m, 面积共计24 m2, 小区间筑埂(宽40 cm, 高30 cm), 并用塑料薄膜包裹, 以防串水串肥。按干湿交替灌溉、中期“够苗晒田”方式进行水分管理, 其余田间管理按当地水稻高产栽培措施进行。

毯苗机插秧苗于4月15日采用塑料软盘育秧, 每盘落干谷量70 g, 5月23日用东洋PF455S四行插秧机进行机插, 秧龄38 d, 叶龄4.5~5.5叶, 无分蘖, 株行距30 cm×16 cm; 湿润精量穴直播稻经催芽露白后于5月23日进行精量穴直播, 株行距为33 cm× 16.5 cm, 播种量22.5 kg×hm-2; 人工移栽于4月15日播种; 旱育秧, 5月23日人工移栽, 秧龄38 d, 叶龄4.5~5.5叶, 无分蘖, 株行距为33 cm×16.5 cm。毯苗机插和人工移栽于9月12日收获, 精量湿润穴直播于9月25日收获, 主要生育期见表1。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 干物质积累

在水稻拔节期、抽穗期和成熟期各小区选择生长一致且具有代表性的植株3株, 分茎、叶和穗(抽穗期和成熟期) , 105 ℃下杀青30 min后, 在80 ℃下烘干至恒重, 并称重。

1.3.2 氮素积累

将1.3.1中各时期烘干并称重后的植株茎、叶、穗粉碎, 过0.2 mm孔径筛, 采用浓H2SO4-H2O2法消煮, 用FOSS-8400凯氏定氮仪测定氮含量。

1.3.3 考种与计产

于收获前先调查各小区有效穗数, 每小区取5株具有代表性的植株(按平均茎蘖数取样)进行考种, 测定千粒重、每穗实粒数、瘪粒数, 计算结实率。计产时按每小区去除边行后, 按实收株数计产。

1.4 数据计算

器官氮素积累量(kg×hm-2)=器官干物质积累量×氮素含量 (1)

氮素积累总量(kg×hm-2)=∑各器官氮素积累量 (2)

氮素吸收速率(kg×hm-2×d-1)=某一时期氮积累量/时期间隔时间 (3)

茎鞘(叶)氮素转运量(kg×hm-2)=齐穗期茎鞘(叶)氮素积累量-成熟期茎鞘(叶)氮素积累量 (4)

茎鞘(叶)氮素转运率(%)=[茎鞘(叶)氮素转运量/齐穗期茎鞘(叶)氮素积累量]×100 (5)

茎鞘(叶)的贡献率(%)=[茎鞘(叶)氮素转运量/成熟期穗部氮素积累量]×100 (6)

穗氮增加量(kg×hm-2)=成熟期穗部氮素积累量-齐穗期穗部氮素积累量 (7)

氮收获指数(%)=(成熟期稻谷氮积累量/成熟期植株氮积累总量)×100 (8)

氮素籽粒生产效率(kg×kg-1)=稻谷产量/氮素积累总量 (9)

氮素农学利用率(kg×kg-1)=(施氮区产量-无氮区产量)/施氮量 (10)

氮素回收利用率(%)=[(施氮区植株吸氮量-无氮区植株吸氮量)/施氮量]×100 (11)

百千克籽粒需氮量[kg∙(100 kg)-1]=总氮素积累量/稻谷产量×100 (12)

1.5 数据整理及分析

使用Microsoft Excel 2007整理数据, 使用DPS v.7.05对数据进行方差分析, 采用Origin 9.0绘图, 并以最小极差显著法(LSD)检验显著性,=0.05。

2 结果与分析

2.1 播栽方式和施氮量对主要生育时期各器官氮素积累量的影响

由表2 可知, 播栽方式对水稻抽穗期茎鞘、叶、穗、植株及成熟期穗氮积累量存在显著或极显著影响; 施氮量对抽穗期及成熟期茎鞘、叶、穗、植株氮积累量影响极显著, 且播栽方式和施氮量的互作效应对抽穗期茎鞘、叶和植株氮积累量的影响达显著或极显著水平。不同播栽方式下, 抽穗期和成熟期植株氮积累量表现为人工移栽>机插>直播, 抽穗期和成熟期植株氮积累量机插、直播较人工移栽分别低2.30%、6.73%和2.39%、4.22%, 可见, 人工移栽处理在氮积累量上表现出一定的优势。不同施氮量下, 不同生育期各器官氮积累量均随施氮量的提高而增加, 且植株氮积累量差异均达显著水平。不同栽插方式下抽穗期茎鞘和叶片氮含量随施氮量的提高而提高, 机插稻在不同氮肥水平下差异显著, 而人工移栽稻和直播稻在N2、N3处理下差异均不显著, 表明机插稻在高氮肥水平下, 生育后期能更有效地吸收氮肥并积累氮素。

表2 不同播栽方式和施氮量下水稻抽穗期和成熟期各器官氮积累量

T1: 毯苗机插; T2: 精量穴直播; T3: 人工移栽; N0、N1、N2和N3分别代表施氮0 kg×hm-2、90 kg×hm-2、135 kg×hm-2和180 kg×hm-2。同列数据后不同字母表示处理间在5%水平差异显著。*、**分别表示在0.05和0.01水平上差异显著。T1: mechanical transplanting; T2: direct seeding; T3: artificial transplanting; N0, N1, N2and N3indicate 0 kg×hm-2, 90 kg×hm-2, 135 kg×hm-2and 180 kg×hm-2N application, respectively. Values followed by different letters in the same column are significantly different at 5% level. * and ** indicate significant differences at 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

2.2 播栽方式和施氮量对氮素阶段积累量和积累速率的影响

播栽方式对水稻拔节前氮积累量占总积累量的比例及氮积累速率的影响显著或极显著; 施氮量处理对水稻不同生育阶段氮积累量及积累速率的影响显著或极显著; 两者在拔节—抽穗期氮积累量及其占总积累量比例、氮积累速率有极显著的互作效应(表3)。在整个水稻生育期, 水稻阶段氮积累量、积累速率及其占总积累的比例均在拔节—抽穗期最高。不同播栽方式下, 拔节前氮积累速率表现为直播>机插>人工移栽, 拔节—抽穗期时则相反, 抽穗后氮积累量、氮积累比例和氮积累速率表现为直播大于人工移栽和机插。就施氮量而言, 拔节前和拔节—抽穗期氮积累占总积累比率随氮肥水平的升高而有递增的趋势, 但中高氮处理下差异不显著; 抽穗—成熟期氮素积累速率表现均以N1处理最高。

表3 不同播栽方式和施氮量下水稻主要生育时期植株氮素积累的差异

2.3 播栽方式和施氮量对抽穗—成熟期氮素吸收与运转的影响

由表4可见, 播栽方式和施氮量对茎鞘与叶运转率、茎鞘及叶片氮运转量、贡献率和穗氮增量的影响均达显著或极显著水平, 播栽方式与施氮量在叶片氮运转量和茎鞘氮素运转率均存在显著的交互作用。从抽穗期到成熟期叶的氮运转量、运转速率及氮贡献率明显高于茎鞘。不同播栽方式下, 抽穗期至成熟期, 人工移栽处理下水稻茎鞘氮运转量、运转率、氮贡献率和穗氮积累量明显高于机插和直播; 叶片平均氮运转量、运转率及氮贡献率则是机插显著高于人工移栽和直播。就施氮量的影响而言, 机插和直播方式下, 茎鞘氮素运转量、运转率及氮贡献率随氮肥增施而增加, 而人工移栽方式下水稻茎鞘氮素运转呈先增后减的趋势, 其表现为N2>N3>N1>N0; 叶片的氮素积累量和运转率在低中氮水平下随施氮量的升高而有所提高, 但在高氮水平下有所降低, 说明施氮量过高会导致叶片氮运转量和运转率下降; 叶的氮贡献率随氮肥量的增加而降低。此外,穗氮增加量随氮肥的增施呈递增趋势, 其中机插处理下N3水平分别较其余施氮水平高10.62%~59.89%, 直播处理下N3水平较其余施氮水平高11.53%~94.19%, 人工移栽下N3则高8.56%~ 41.01%。

表4 抽穗—成熟期不同播栽方式和施氮量下水稻的氮素转运

2.4 播栽方式和施氮量对氮素生产和利用效率的影响

由表5可知, 不同播栽方式及施氮量对氮素籽粒生产效率、氮收获指数影响显著或极显著, 对氮收获指数存在显著互作效应。不同播栽方式下, 水稻氮素农学利用率及氮收获指数均以人工移栽高于机插和直播, 水稻氮素农学利用率和氮收获指数人工移栽分别较机插、直播高15.62%、64.90%和0.32%、6.50%, 说明人工移栽能提高氮素农学利用率和氮素收获指数; 直播的氮素回收利用率分别较机插和人工移栽高8.64%和27.36%; 机插的氮素籽粒生产效率则优于直播和人工移栽, 机插比直播和人工移栽高11.35%和2.61%。就施氮量而言, 机插水稻氮素农学利用率随氮肥用量的增加而有所增加但差异不显著, 直播、人工移栽水稻氮素农学利用率以N1最高; 氮素回收利用率在人工移栽和机插下随着施氮量的提高呈二次曲线关系, 直播则随施氮水平的升高而逐渐减小; 不同播栽方式下氮素籽粒生产效率均随氮肥的增加而降低, 机插和人工移栽氮收获指数均随氮肥的增加而降低, 直播氮收获指数随施氮量的增加而有所增加, 施氮处理间无显著差异。

表5 不同播栽方式和施氮量下水稻的氮素利用效率

T1: 毯苗机插; T2: 精量穴直播; T3: 人工移栽; N0、N1、N2和N3分别代表施氮0 kg×hm-2、90 kg×hm-2、135 kg×hm-2和180 kg×hm-2。同列数据后不同字母表示处理间在5%水平差异显著。*、**分别表示在0.05和0.01水平上差异显著。T1: mechanical transplanting; T2: direct seeding; T3: artificial transplanting; N0, N1, N2and N3indicate 0 kg×hm-2, 90 kg×hm-2, 135 kg×hm-2and 180 kg×hm-2N application, respectively. Values followed by different letters in the same column are significantly different 5% level. * and ** indicate significant differences at 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

2.5 播栽方式和施氮量对籽粒产量及产量构成因素的影响

除播栽方式对千粒重影响不显著外, 播栽方式和施氮量对水稻产量及其构成因素影响达显著或极显著水平, 且对每穗粒数和结实率有显著或极显著的互作效应(表6)。不同播栽方式下水稻产量以人工移栽最高, 机插次之, 直播最低, T1、T2分别比T3减产1.08%、13.04%; 从不同播栽方式下的产量构成因素分析, 有效穗在T1和T2处理下显著高于T3, 穗粒数和结实率则反之, 且T2处理的结实率显著低于T1和T3处理, 千粒重在不同种植方式下差异不显著。从施氮量上看, 提高施氮水平均表现出增产, 但高氮水平下(N3)增产并不显著, T1处理下, N1、N2和N3比N0增产7.16%~15.90%, T2时则为7.17%~11.16%, T3为9.45%~15.39%。不同施氮水平处理下, 有效穗随着施氮水平的增加而逐渐增加, 穗粒数的变化则不尽相同, N0处理下千粒重和结实率均高于其余氮处理, 其余氮处理间差异不显著。

由表6可以看出, 播栽方式和施氮量对杂交稻‘F优498’百千克籽粒需氮量有显著或极显著的影响。就播栽方式而言, T2平均百千克籽粒需氮量明显高于T3和T1, 分别高10.00%和11.59%; 不同氮素水平下, 增施氮肥增加了水稻籽粒中的氮素含量, 但水稻籽粒对氮的吸收量在中、高氮处理下差异不显著。

3 讨论

3.1 播栽方式和施氮量对水稻氮素吸收、运转的影响

氮素是影响水稻生长发育和产量形成的重要因素, 不同播栽方式下水稻氮素吸收利用有其鲜明的特征[13]。前人对不同种植方式下的氮素吸收积累特性已有较多研究, 但研究结果不尽一致。徐国伟等[10]研究认为直播稻植株氮积累量在分蘖期与穗分化期低于移栽期, 抽穗期差异不大, 成熟期则高于移栽稻; 而霍中洋等[13]研究表明抽穗期和成熟期植株氮积累量则是人工移栽>机插>直播。本研究结果表明, 植株氮积累量在拔节期机插>人工移栽>直播, 抽穗和成熟期氮素积累量则是人工移栽>机插>直播。分析其原因, 可能是直播基肥与蘖肥施用后, 直播秧苗小根系不发达, 吸收氮素的能力不强, 而尿素在土壤中挥发、淋溶[15-16], 导致营养生长期参与形态建成的氮素减少, 氮素的总量受到限制, 抽穗后, 直播稻个体质量不及机插和人工移栽, 茎秆细小, 成穗率低, 光合效率差, 阶段吸收速率不高, 最终植物氮积累量不及人工移栽和机插。人工移栽在抽穗期和成熟期保持较高的植株氮积累量, 在抽穗后人工移栽根系活力下降缓慢, 有利于氮素的吸收与积累。同时人工移栽和施氮量两者互作能有效地调控氮素在各个器官的分配, 可能是人工移栽氮素积累高于机插和直播的原因。不同施氮量下, 植株的氮素积累量随着施氮量的增加而增加, 这与前人的研究结果基本一致[17-19]。

表6 不同播栽方式与施氮量对产量性状及百千克籽粒需氮量的影响

成熟期穗部的氮素积累主要是靠茎鞘和叶的氮素转运[20]。霍中洋等[13]研究指出, 在保持茎鞘氮素积累量的基础上, 提高叶片氮素积累, 进一步提高穗部的氮素积累量, 有利于获得高产。本研究表明, 抽穗期至成熟期, 人工移栽处理下水稻茎鞘氮运转量、运转率、氮贡献率和穗氮积累量明显高于机插和直播; 机插叶片平均氮运转量、运转率及氮贡献率则显著高于人工移栽和直播, 机插在保证水稻的茎鞘氮积累量的同时, 提高了叶片氮含量, 叶片的氮素转运相应提高, 充实了穗部氮积累量, 从而获得高产。说明人工移栽抽穗后茎鞘氮素向穂部的转运增大, 而机插叶片氮素的转运增加, 直播稻的茎鞘和叶片转运两者均较低。

3.2 播栽方式和施氮量对水稻氮素利用效率的影响

影响氮肥利用率的因素很多, 主要有肥料种类、施氮量、土壤背景氮、田间管理等因素。刘利等[21]发现水稻氮素籽粒生产效率和氮素收获指数表现为机插>常规手栽>机械精量穴直播。本试验结果表明, 水稻氮素农学利用率和氮收获指数均为人工移栽高于机插和直播, 人工移栽分别较机插、直播高15.62%、64.90%和0.32%、6.50%, 可见人工移栽处理下能提高氮素农学利用率和氮收获指数; 氮素回收利用率直播分别较机插和人工移栽高8.64%和27.36%, 直播氮素回收利用率较高但是氮素农学利用率和氮收获指数不高, 其原因可能是直播的无效分蘖较多, 成穗率较低, 氮素滞留在叶片和茎鞘中不利于向穗部的转运。大量研究表明增加施氮量, 水稻的氮素农学利用率、氮收获指数均随施氮量的增加而降低[17,22-23]。本试验结果发现, 在不同种植方式下, 施氮量与氮素利用效率的关系不尽一致, 机插稻氮素农学利用率随氮肥用量的增加而有所增加但差异不显著, 直播、人工移栽的水稻氮素农学利用率随施氮量的增加而降低; 氮素回收利用率在人工移栽和机插下随着施氮量的提高呈二次曲线关系, 直播则随施氮水平的升高而逐渐减小。增施氮肥并不一定导致水稻氮素农学利用率和氮素回收利用率的显著降低, 只有增施氮肥却不能显著增加氮素积累量并使氮素在籽粒中的分配比例下降时才会导致利用率降低。机插和人工移栽氮收获指数随氮肥的增加而降低, 而直播氮收获指数随施氮量的增加而有所增加。因此, 在选择不同播栽方式时, 合理的施肥量及氮肥运筹是一种能有效提高氮素利用效率的途径。

3.3 播栽方式和施氮量对水稻籽粒产量及其构成因素的影响

大量的研究均表明人工移栽稻籽粒产量高于机插。杨波等[24]、郭振华[25]认为增产原因主要是由于机插穗粒数低、总颖花量不足造成的, 而机插和人工移栽的结实率和千粒重差异不大; 黄示瑜等[26]认为直播栽培增产的原因是有效穗数多。本研究结果表明, ‘F优498’的产量以人工移栽最高, 机插次之但与人工移栽差异甚小, 直播最低, 直播比人工移栽减产13.04%。与机插和人工移栽相比, 结实率低限制了直播获得较高产量, 而结实率低可能是直播稻后期温度较低、光照不足所致, 也与有效穗显著高于机插和人工移栽, 库大而源不足有关; 机插的有效穗显著高于人工移栽, 而穗粒数显著低于人工移栽, 二者结实率差异不显著, 这与前人的研究一致。本研究也表明, 在不同种植方式下, 施氮量与产量构成因子的关系也有所不同, 机插和人工移栽的穗粒数随施氮量的增加呈先增后降的趋势, 而直播的穗粒数随施氮量的增加而增加, 机插和人工移栽中低氮处理下有较高的穗粒数, 但高氮条件下穗粒数降低, 产量增加主要是依靠有效穗的增加而增产; N0处理下千粒重和结实率均高于其余氮处理, 其余氮处理间差异不显著。综合而言, 在本试验条件下, 直播稻施氮量在135 kg×hm-2, 机插和人工移栽在135~180 kg×hm-2时既能获得稳定的产量,也能维持较高氮素利用率。

4 结论

杂交籼稻氮素吸收、运转及其氮效率受播栽方式与施氮量及其互作的影响。播栽方式和施氮量两者互作下, 人工移栽提高了抽穗期和成熟期植株氮积累量, 同时提高了成熟期穗部和植株的氮素积累。直播稻在播种—拔节期生长速度快, 氮素积累速率显著高于机插和人工移栽。不同播栽方式下百千克籽粒需氮量直播>人工移栽>机插。播栽方式和施氮量对氮素利用率影响不同, 机插稻氮素农学利用率随氮肥用量的增加而有所增加, 直播、人工移栽的水稻氮素农学利用率随施氮量的增加而降低; 氮素回收利用率在人工移栽和机插下随着施氮量的提高呈二次曲线关系, 直播则随施氮水平的升高而逐渐减小。本试验条件下,直播适宜施氮量为135 kg×hm-2, 机插和人工移栽适宜施氮量为135~180 kg×hm-2。

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Characteristics of nitrogen accumulation and utilization in indica hybrid rice under different planting methods and nitrogen rates*

WANG Chunyu, YU Huaqing, HE Yan, GUO Changchun, ZHANG Shaowen, YANG Zhiyuan, MA Jun**

(Rice Research Institute of Sichuan Agriculture University / Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming Systems in Southwest China, Ministry of Agriculture, Wenjiang 611130, China)

There has been remarkable transition in rice planting methods in recent years, including mechanical transplanting and direct seeding. Different planting methods inevitably have different effects on rice growth and development. However, rice growth, nutrient accumulation, heat and light utilization are different under different planting methods. Nitrogen application has been one of the most common field management practices in rice cultivation. Thus a field experiment was conducted to study the characteristics of nitrogen accumulation and utilization in indica hybrid rice under different planting methods and nitrogen rates. A two-factor split-plot designed field experiment was conducted using indica hybrid rice ‘F-you-498’, a widely planted cultivar in Sichuan Basin. The main plot had three planting methods, including mechanical transplanting (T1), precision hill direct seeding (T2) and manual planting (T3), the subplot was nitrogen (N) fertilizer rate, including 0 kg×hm-2(N0), 90 kg×hm-2(N1), 135 kg×hm-2(N2) and 180 kg×hm-2(N3). Nitrogen accumulation and transfer, yield and yield components, and nitrogen use efficiency under different treatments of the indica hybrid rice were analyzed. The study showed that nitrogen accumulation, transfer, yield and yield components of rice were significantly affected by planting method and N rate. In different planting methods, total nitrogen accumulation at heading and maturity stages was in the order of T3> T1> T2. Nitrogen accumulation rate under T2was significantly higher than that under T1and T3from sowing to jointing stage and from heading to maturity stage. However, nitrogen accumulation rate was in the order of T3> T1> T2at jointing to heading stage. Agronomic efficiency of nitrogen and nitrogen harvest index were in the order of T3> T1> T2. The results showed that the order of nitrogen requirement for 100 kg grains was T2> T3> T1. Grain yield under manual transplanting was significantly higher than that under precision hill direct seeding, but not significantly different from that of mechanical transplanting. Nitrogen accumulation of total plant and panicle increased significantly with increasing nitrogen fertilization rate. However, leaf nitrogen contribution to panicle decreased with increasing nitrogen fertilization rate. Planting method and nitrogen application rate significantly influenced nitrogen use efficiency. Rice agronomic efficiency of nitrogen under mechanical transplanting increased with increasing nitrogen fertilization rate, although the increase was insignificant. However, agronomic efficiency of nitrogen under precision hill direct seeding and manual transplanting decreased with increasing nitrogen application. With increasing nitrogen fertilizer rate, the nitrogenapparent recovery efficiency under manual transplanting and mechanical transplanting first increasing then decreasing, while that under precision hill direct seeding gradually decreased. Nitrogen grain production efficiency and nitrogen harvest index decreased with increasing nitrogen fertilization rate, and there was no significant difference among nitrogen fertilizer treatments. In combination with grain yield and nitrogen use efficiency, nitrogen fertilizer rate of 135 kg×hm-2under precision hill direct seeding, and 135-180 kg×hm-2under mechanical transplanting and artificial transplanting not only achieved stable rice yield, but also had high nitrogen use efficiency.

Rice; Precision hill direct seeding; Mechanical transplanting; Nitrogen application rate; Nitrogen accumulation and transfer; Nitrogen use efficiency

, E-mail: majunp2002@163.com

May 25, 2017;

Jun. 22, 2017

10.13930/j.cnki.cjea.170484

S511.3

1671-3990(2017)12-1792-10

马均, 主要从事水稻高产高效栽培及生理生态研究。E-mail: majunp2002@163.com

王春雨, 主要从事水稻高产高效栽培及生理生态研究。E-mail: m13679062491@163.com

2017-05-25

2017-06-22

* This study was supported by the National Key Research and Development Project of China (2016YFD0300506), the National Key Technologies R&D Program of China (2013BAD07B13), the Key Project of Science of Sichuan Province Education Department (16ZA0044) and the Academic and Technological Leaders in Sichuan.

* 国家重点研发计划重点专项(2016YFD0300506)、国家科技支撑计划项目(2013BAD07B13)、四川省教育厅重点项目(16ZA0044)和四川省学术和技术带头人培养支持经费资助