施氮量对高海拔机插粳稻产量及群体生长特性的影响

2018-05-03龙瑞平张朝钟戈芹英李贵勇夏琼梅朱海平杨从党

中国土壤与肥料 2018年2期

龙瑞平，张朝钟，戈芹英，李贵勇，夏琼梅，朱海平，杨从党*

(1.云南省农业科学院粮食作物研究所，云南昆明 650205；2.云南省保山市隆阳区农业技术推广所，云南保山 678000)

水稻是我国主要粮食作物之一，近年来，随着我国人口老龄化的到来，从事水稻生产的人员越来越少，劳动力成本不断增加,因此，水稻机械化种植是解决我国水稻生产中劳动力不足的有效途径。氮素是影响水稻生长发育和产量最敏感的因素[1]，确定合理施氮量，不仅可以提高作物产量，而且可以减少因过量施用氮肥造成的环境污染[2]。水稻产量的形成过程本质上是群体生长发育的过程，因此，群体生长质量的好坏决定着水稻产量的高低，不断优化群体质量是提高水稻产量重要的栽培途径。水稻的群体特征主要包括群体茎蘖动态、叶面积指数、光合势、干物质积累以及群体的生长、衰减率和同化率等。机插水稻具有生育期缩短、生育进程后移、单株分蘖发生集中、群体高峰苗多、个体生长量较小等特点[3]，与手插秧群体特征有较大差异，前人对水稻群体质量的研究大多集中在水稻高产群体的分析[4-6]及水、肥、栽插方式对手插秧的群体质量影响的分析[7-9]，和钵苗机插群体特征的研究[10-12]，有关氮肥对高海拔机插粳稻产量和群体特征影响的研究报告较为少见。本研究通过不同施氮量对高海拔机插粳稻产量和群体特征影响的研究，探明在高海拔地区不同施氮量机插粳稻的产量和群体生长特征，为高海拔机插粳稻的合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验于2013～2014年在云南省保山市隆阳区进行，选用当地主栽品种常规粳稻隆科16号，试验地海拔为1 673 m。试验设施氮量为0、150、195、240、285、330 kg/hm26个处理，每个处理设3次重复，小区面积为30 m2(5 m×6 m)，各小区随机排列,小区间筑埂隔开。氮肥为尿素，含氮量46%，施肥方法按基肥∶蘖肥∶促花肥∶保花肥为0.25∶0.25∶0.25∶0.25的均衡施氮法进行，其中分蘖肥于移栽后15 d施入，促花肥于倒4叶刚抽出时施，保花肥于倒2叶刚抽出时施。同时每公顷施90 kg磷肥(P2O5)，75 kg钾肥(K2O)，其中磷肥做基肥一次施入，钾肥按照底肥∶促花肥为0.5∶0.5的比例施入。试验采用机械栽插,秧龄为30 d，机插规格为300 mm×135 mm，试验于4月下旬播种，10月上旬收获，试验地土壤基本理化性状见表1，水稻生长季气象条件见表2。

表1 试验地土壤基本理化性状

表2 试验地4至10月气象条件

1.2 测定内容及方法

试验的每个小区于有效分蘖临界叶龄期(N-n叶龄期)、拔节期(n-2叶龄期)、抽穗期和成熟期取样。每个小区选取3个点，每点调查茎蘖数20穴，根据整个小区调查的平均数取代表性样点3个，每点1穴。将样品按器官[叶片、茎秆(包括叶鞘)、穗]分离，用LI-3100C(LI-COR,Lincoln,NE,USA)测定样品叶面积,计算单丛叶面积,按单位面积丛数折算叶面积指数(LAI)。样品经105℃杀青、80℃烘至恒重后称干重。成熟期按茎蘖普查的平均数取3穴进行考种，并整个小区实割进行测产，同时取样测定杂质和实际含水量,按14.5%水分折算实际产量。

茎蘖动态调查，移栽后从每个小区对角线3点各选取长势比较一致的连续10穴，每7 d调查一次茎蘖消长动态。

1.3 数据计算与统计分析

表观输出量=抽穗期叶(鞘、茎)干重-成熟期叶(鞘、茎)干重[13]；

表观输出率=表观输出量/抽穗期叶(鞘、茎)干重[13]；

光合势[×104m2/(d·hm2)]=1/2(L1+L2)×(t2-t1)。式中,L1和L2为前后2次测定的叶面积,t1和t2为前后2次测定的时间[13]；

群体生长率[g/(m2·d)]=(W2-Wl)/(t2-t1)。式中,W1和W2为前后2次测定的干物质重,t1和t2为前后2次测定的时间[13]；

净同化率[g/(m2·d)]=[(lnLAI2-lnLAI1)/(LAI2-LAI1)]×[(W2-W1)/(t2-t1)]。式中,LAI1和LAI2为前后两次测定的叶面积指数,W1和W2为前后2次测定的干物质重,t1和t2为前后2次测定的时间[13]；

粒叶比(朵/cm2)=总颖花数/抽穗期叶面积[14]；

总叶面积指数=叶片总面积/所占土地面积[14]；

高效叶面积指数=有效茎最上3片叶面积/所占土地面积[14]；

高效叶面积率(%)=高效叶面积/总叶面积[14]；

抽穗至成熟期干物质积累量=成熟期总干物质量-抽穗期总干物质量。

使用Excel 2010处理数据,SPSS 19.0软件进行其他统计分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对机插粳稻产量结构的影响

当施氮量低于240 kg/hm2时，水稻产量随着施氮量的增加而增加，当施氮量超过240 kg/hm2时，产量呈现下降趋势(表3)。施氮处理明显比空白处理增产，其中施氮量为240 kg/hm2处理水稻产量增幅最大，2013和2014年分别较不施氮处理增产了39.6%和29.7%。从产量构成因素看，不同施氮量之间有效穗差异较大，其中240 kg/hm2处理的有效穗最高，每穗实粒数随着施氮量的增加而增加，千粒重随着施氮量的增加呈现下降趋势，结实率无显著性差异。

2.2 施氮量对机插粳稻群体茎蘖动态的影响

在两年的试验中，分蘖期和拔节期水稻茎蘖数最高的是施氮量为285 kg/hm2处理，在抽穗期和成熟期水稻茎蘖数(有效穗数)最高的是施氮量为240 kg/hm2处理(图1)。随着施氮量的增加茎蘖数增加，在4个关键时期中施氮量较大的两个处理的茎糵数在拔节期最高，其余处理的茎糵数在抽穗期最高，说明在施氮量较高的情况下，水稻前期分蘖的发生早而快，使群体茎蘖数提前达到峰值，但是后期分蘖消亡也较快，成穗率低。

表3 不同施氮量机插粳稻的产量及产量结构

注：不同小写字母表示5%水平差异显著。下同。

图1 不同施氮量高海拔机插水稻的茎蘖动态

2.3 施氮量对机插粳稻叶面积指数和光合势的影响

在分蘖期和抽穗期，不施氮处理的叶面积指数最低；分蘖期2013年和2014年的最高叶面积指数分别为施氮量285 kg/hm2和330 kg/hm2处理(表4)。抽穗期施氮量为240 kg/hm2处理的总叶面积指数和高效叶面积指数最高。从光合势来看，2013年播种-分蘖期和分蘖-抽穗期的最大光合势分别为施氮量285 kg/hm2和240 kg/hm2处理，在此施氮量以前光合势随施氮量的增加而增加；而2014年播种-分蘖期和分蘖-抽穗期最大光合势为施氮量330 kg/hm2处理，光合势总体表现出随着施氮量的增加而增加。

2.4 施氮量对机插粳稻群体生长情况的影响

播种至分蘖期的群体生长率明显低于分蘖至抽穗和抽穗至成熟两个时期(表5)。在两年的试验结果中，除2013年播种至分蘖期外，其余各时期的最大群体生长率都是施氮量为240 kg/hm2处理，且除2014年播种-分蘖、分蘖-抽穗期与施氮量为285 kg/hm2处理差异不显著，其它时期显著高于285 kg/hm2处理，各时期显著高于其它各处理。群体的粒叶比以不施氮处理最高，各施氮处理之间以施氮量为240 kg/hm2处理的粒叶比相对较高。群体的净同化率总体表现出不施肥处理最高，随着施氮量的增加净同化率呈现出降低趋势。不施氮处理的粒叶比和分蘖至抽穗期的净同化率较其他处理高，主要是叶面积小所导致的。

表4 不同施氮量高海拔机插粳稻的叶面积指数和光合势

表5 不同施氮量机插粳稻的群体生长情况

2.5 施氮量对机插粳稻干物质积累的影响

在分蘖期施氮量为285 kg/hm2处理的地上部干重最大；在抽穗期和成熟期地上部分总干物重最大的是施氮量为240 kg/hm2处理，施氮量小于240 kg/hm2时干物质积累量随着施氮量的增加而增加，当施氮量大于240 kg/hm2时干物质积累量开始下降，在抽穗至成熟期干物质积累量最大的是施氮量为240 kg/hm2处理(表6)。从表观输出率来看，输出率最大的是不施氮处理，输出率最小的是施氮量为240 kg/hm2处理。

表6 不同施氮量机插粳稻的干物质积累情况

3 讨论

3.1 不同施氮量与高海拔机插粳稻产量群体变化关系

氮素是水稻生长所需的重要元素,合理的施用量不仅能提高水稻的产量，同时可以减少成本，保护生态环境。有关氮肥对水稻产量的影响前人已经做了大量的研究[15-18]，然而多集中在东部低海拔地区，并得出了水稻的产量随施肥量的增加而增加的结论[19-20]。本研究表明，在高海拔地区，机插粳稻施氮量并不是越多越好，施氮量低于240 kg/hm2时，增氮有利于水稻群体的生长；当施氮量超过240 kg/hm2时，群体生长过盛，个体间竞争加剧，导致水稻产量降低。在最适宜氮肥水平下,有效穗对产量的贡献最大，这与曹利强[17]的研究结果相同。茎蘖动态是水稻优质群体的基础，高产群体有效分蘖期分蘖较快,够苗后迅速转为平稳增长,至拔节期高峰苗相对较小,拔节至抽穗期群体消亡相对平缓,抽穗期达预期穗数[21]，在一定氮水平内增施氮肥能促进分蘖[22]。本研究表明，在分蘖期不同施氮量处理间茎蘖数差异不大，这是由于田块基础地力高，且前期秧苗小，土壤自身所提供的肥力能够满足水稻分蘖期以前的生长。拔节以后水稻对氮肥需求增加，不同施氮量之间的茎蘖数出现了显著的差异，其中施氮量较高的两个处理，高峰苗出现在拔节期，而其他各处理的高峰苗则在抽穗期出现，这与王力冬等[23]的研究结果相近。本试验中，随着氮肥用量的增加，拔节期和齐穗期的茎蘖数增加，但是成熟期的有效穗数并不是最多，240 kg/hm2施氮量的处理拔节期和齐穗期的茎蘖数不是最多，但成熟期的有效穗最多。

3.2 不同施氮量对高海拔机插粳稻群体光合生产力的影响

水稻的生长和产量的形成主要依靠光合作用进行干物质的积累，抽穗至成熟期较高的叶面积指数、光合势、群体生长率和净同化率以及较高的经济系数是水稻品种获得氮肥群体最高生产力的重要保证[24]。前人研究表明，水稻干物质的积累表现为前期缓慢，中期适中，后期强劲[6,25-26]，但在不同施肥量对水稻干物质的影响上，不同的研究者有不同的看法，杨益花等[27]的研究表明，杂交水稻在拔节期、抽穗期干物质积累量随施氮量的增加而增加，成熟期干物质积累在总施氮量增加到150 kg/hm2时达到最高，再增施氮肥后下降；马群等[24]研究表明，成熟期干物质积累量在总施氮量为300.0 kg/hm2时达到最大值，337.5 kg/hm2时略有下降。本研究结果表明，抽穗期以后，施氮量为240 kg/hm2处理的水稻高效叶面积大、光合势强，有利于干物质的积累，光合产物能满足产量的形成，茎叶中输出的干物质就相对较小，表观输出率最小。

4 结论

在高海拔地区，由于特殊的生态环境，机插粳稻具有自身的生长特点和对氮素的响应特征，在1 673 m的海拔下，采用均衡施氮法，适宜施氮量为240 kg/hm2，该施肥量和施肥法能够有效地促进机插粳稻前期茎糵数的增加，同时确保群体不会过度生长，后期茎糵数消长平稳，成穗率高，叶面积、光合势、群体生长率和干物质的积累量等指标均有利于水稻的高产。

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