肥料运筹对机穴播水稻群体生长效应及产量的影响

2018-05-05王新其李茂柏赵志鹏王玲燕曹黎明

上海农业学报 2018年2期

王新其,李茂柏,赵志鹏,王玲燕,朱峰,曹黎明*

（1上海市农业科学院作物育种栽培研究所，上海 201403；2上海种子管理总站，上海 201103；3上海市农业科技服务中心，上海 200335；4上海市奉贤区农民科技教育培训中心，上海 201499）

水稻是我国重要的粮食作物，提高水稻综合生产能力，是保障我国粮食安全的长期战略目标。随着我国农业现代化快速发展，传统的水稻人工撒播方式已逐步被机械直播所取代［1-3］。水稻机直播因生产工艺简单、播种工效高、作业成本低等特点已成为机械稻作的主流，有效提升了水稻机械化作业水平，为水稻全程机械化生产提供了可能。水稻机械精量穴播，因能一次性完成开沟、播种、施肥、覆盖等工序，具有成穴成行、省工节本高效的优势［3-5］，顺应了水稻低碳种植发展的需求，所以在我国多地推广应用较快［5-10］。目前，水稻精量穴播农机农艺配套技术及增产机理已进行了大量的研究，在水稻精量穴播条件下氮肥、播种密度［5，11-12］、群体生长特性、产量的形成和生理特性等［12-16］方面已有较深入的探索，为水稻机械精量穴播的高产栽培提供了技术参考。缓释肥是一种新型肥料，可延长植物对其有效养分吸收利用的有效期，在提高肥料利用率和节能环保等方面具有明显优势［17-18］。

本研究以上海地区优质高产杂粳水稻新品种‘花优14’为试验材料，采用缓释肥与尿素配伍的肥料运筹方式，对机械精量穴播水稻群体生长效应及产量结构进行分析，探索机械精量穴播稻作方式的高产技术途径，以期为大面积推广节省成本、高效水稻机械精量穴播稻作方式提供科学合理的施肥技术。

1 材料与方法

1.1 试验条件

试验于2013年在上海市崇明长江农场内进行，试验点土壤系长江泥沙淤积而成的盐渍沙壤土，地力中等。土壤耕层有机质含量27.35 g/kg，碱解氮含量73.5 mg/kg，有效磷含量42.0 mg/kg，有效钾含量186.5 mg/kg，全盐含量0.8%—1.2%，pH 7.82—8.04。试验前茬为大麦，供试品种为上海市农业科学院培育的优质高产杂交晚粳‘花优14’，播种机为华南农业大学自主研发的“2BD-10”型水稻精量穴播机。

1.2 试验设计

试验以尿素折纯N设置3个水平（N1—N3），分别为225 kg/hm2、300 kg/hm2、375 kg/hm2，同时设置缓释肥及与尿素氮肥配伍处理（N4—N7），折纯 N分别为165 kg/hm2、225 kg/hm2、300 kg/hm2和375 kg/hm2，N0为不施氮肥的空白对照，共8个处理。各处理重复3次，随机区组排列，小区面积20 m2（5 m×4 m）。各区用包膜的塑料隔板分隔，单排单灌，周围设保护行。缓释肥选用硫酸钾型-嘉安牌磷缓释肥料（山东嘉安磷化肥有限公司），养分总有效成分为44.5%，其中N 22%、P2O510%、K2O 10%、Zn 2.5%。氮肥运筹 N1—N3按基肥∶蘖肥∶穗肥 =4∶3∶3施用，并将 N0—N3处理补施磷（P2O5）、钾（K2O）各 75 kg/hm2。N4—N7处理的缓释肥全部作基肥随机播种一次性施入表土内，具体基追肥配比见表1。

1.3 种植管理

供试稻种经浸种催芽后（破胸露白即可），置阴凉处晾干至内湿外干手抓易散落状态。播前试验田深耕灭茬、水旋耕后留薄层水，耙地平整的田块沉降1—2 d后，于5月26—28日选择多云或阴天天气，采用“2BD-10”型精量穴播机播种。播量30 kg/hm2，行株距25 cm×14 cm，穴数1.90×104/hm2，基本苗数控制在75×104/hm2左右。水浆管理苗期以湿润为主，中后期干湿交替，病、虫、草害管理同常规直播稻。

表1 各处理氮肥运筹Table 1 Nitrogen application of each treatment

1.4 测定内容及方法

1.4.1 茎蘖动态、株高及叶龄

在苗后3叶时，每处理定点调查代表性水稻茎蘖分布20穴，每隔7 d调查1次水稻茎蘖数。同时，每处理选取12株有代表性单株进行叶龄标识，5—7 d调查1次，直至剑叶抽出。

1.4.2 叶绿素相对含量(SPAD)测定

在水稻抽穗后，用SPAD-502plus叶绿素测定仪测定水稻剑叶、倒2叶和倒3叶叶片的叶尖、中部和基部SPAD值，以其平均值作为叶片的SPAD值。每隔7 d测定1次，至叶片枯黄为止。

1.4.3 叶面积指数和生物量测定

分别于苗期、拔节期、齐穗期和成熟期，每处理取有代表性植株5穴，测量主茎部分叶片长和宽，按公式计算叶面积（长×宽×0.75），并计算叶面积指数（LAI）。考察地上部性状后，105℃杀青10 min，80℃烘干至恒重，测定各器官（茎鞘、叶片和穗）及全株的生物量。

1.4.4 考种及测产

待水稻成熟后，每处理随机取10穴进行室内穗粒结构考种，并进行测产。

1.5 统计分析

采用Excel 2007进行数据处理和图表绘制，方差和回归分析等运用DPS 7.05软件完成。

2 结果与分析

2.1 肥料运筹对水稻生育期和主茎总叶片数的影响

肥料运筹对水稻生育进程及叶片生长影响明显（表2）。水稻全生育期随着氮素水平增加而延长，在尿素单施处理中，空白对照（N0）全生育期为153 d，而氮素高的处理（N3）全生育期达到161 d，两者相差8 d。水稻全生育期在尿素与缓释肥配伍处理间也呈同样趋势，表明氮素的增加会延迟水稻成熟。在等氮条件下，尿素与缓释肥配伍处理的全生育期天数明显多于尿素单施处理，两者相差10—11 d。其生育进程延迟主要为水稻中后期的生育阶段相对推迟，这与缓释肥肥效释放缓慢有关。氮素对水稻主茎总叶片数也有一定的影响，在水稻生长前期，低氮处理的水稻叶片生长较高氮处理慢，到中后期差异逐渐变小。低氮（N0、N1、N4）处理与高氮（N2、N3、N5—N7）处理之间生长季内主茎总叶片数相差 1张（表 2）。在等氮条件下，尿素单施处理和尿素与缓释肥配伍处理的主茎总叶片数没有差异。由此表明，过多施用氮肥是延长水稻生育进程的主要因素，适宜的氮肥量及尿素与缓释肥配伍比例能合理控制水稻生育期。

表2 氮肥处理对水稻生育进程的影响Table 2 Effects of nitrogen treatment on the grow th and development of rice

2.2 肥料运筹对水稻株高生长和茎蘖消长动态的影响

水稻株高生长动态表明（图1），在营养生长期，水稻株高与氮素水平呈正向趋势，低氮处理（N0、N1、N4、N5）的株高明显低于高氮处理（N2、N3、N6、N7）。在拔节期前，等氮条件下，尿素单施处理的水稻株高高于尿素与缓释肥配伍处理，孕穗期后呈现相反趋势，齐穗期后处理间高度差异逐渐缩小。从水稻株高增长量变化过程可以看出，从苗期至孕穗期各处理水稻株高增长量呈现“慢-快-慢-快”的变化规律。在分蘖盛期至分蘖高峰期间（7月11—18日），各处理株高日增长量处于最快时期，与施氮量呈正向趋势。在等氮条件下，尿素单施处理的株高日增长量明显高于尿素与缓释肥配伍处理。分蘖高峰期后，各处理株高日增长量逐渐下降，至拔节前最低（7月26日—8月2日）。拔节期至孕穗期，等氮条件下，尿素单施处理的株高日增长量下降速度明显高于尿素与缓释肥配伍处理。拔节孕穗期（8月16—30日），各处理的株高日增量又呈现上升趋势，在等氮条件下，尿素与缓释肥配伍处理日增量明显高于尿素单施处理。至成熟期，尿素与缓释肥配伍处理的株高比尿素单施处理增加（4.03±0.48）cm。由此表明，缓释肥施用会增加水稻株高，适宜的氮素量和尿素与缓释肥合理配比是控制水稻植株偏高的关键措施。

水稻群体茎蘖消长动态表明（图2），低氮处理（N0、N1、N4、N5）水稻群体前期分蘖发生慢，在分蘖高峰时群体茎蘖数较少；高氮处理（N2、N3、N6、N7）分蘖发生快，在分蘖高峰时群体的茎蘖数较多。在等氮条件下，虽然尿素与缓释肥配伍处理（N5—N7）的基肥施用比例高于尿素单施处理，但由于肥料中的养分释放慢和时效长，其群体分蘖发生比较平稳，群体茎蘖高峰苗发生数比尿素单施处理少，且在分蘖高峰后群体茎蘖数下降比较平缓。至齐穗期后，尿素与缓释肥配伍处理（N5—N7）的茎蘖数明显高于尿素单施处理（N1—N3）。因此，适宜的氮素量和尿素与缓释肥合理配比有利于水稻群体成穗率的提高。

图1 氮肥处理对水稻株高生长的影响Fig.1 Effects of nitrogen treatment on high grow th of rice

图2 氮素处理对水稻茎蘖动态的影响Fig.2 Effects of nitrogen treatment on the dynam ics of rice stem and tiller

2.3 肥料运筹对水稻叶绿素相对含量及叶面积指数的影响

叶绿素相对含量检测显示，氮素用量及肥料运筹方式对水稻后期叶片的SPAD值有明显的影响。在水稻抽穗后，各处理剑叶SPAD值先缓慢上升，至齐穗期达到高峰后逐渐下降，不同氮素处理的剑叶SPAD值变化趋势一致（图3）。高氮处理比低氮处理的剑叶SPAD值高，同等氮素以尿素与缓释肥配伍处理的SPAD值高于尿素单施处理。尿素与缓释肥配伍处理的水稻剑叶SPAD值在达到高峰后下降缓慢，而尿素单施处理剑叶SPAD值达到高峰后下降较快，易于早衰。各处理的倒2、倒3叶呈现同样的趋势。因此，尿素配施缓释肥可延缓水稻剑叶衰老，有利于提高水稻籽粒后期灌浆充实度。

图3 各处理水稻抽穗后剑叶叶绿素相对含量的变化Fig.3 Change of the chlorophyll relative content in the rice sword leaf of each treatment after heading

叶面积指数（LAI）是水稻群体结构的一个重要量化指标。对精量机穴播氮素处理水稻生育期群体LAI测定显示（表3），各处理群体LAI随着水稻生育进程逐渐增大，至孕穗期达到最大，之后逐渐降低。在相同生育期中，氮素用量与群体LAI均呈现正向趋势。在苗期，各处理LAI除N0较小外，其余处理均在0.86—1.42。其中，同等氮素以尿素单施处理的LAI相对较大，但无显著差异。至拔节期，缓释肥与尿素配伍处理的LAI均极显著大于等氮尿素单施处理。在孕穗期，高氮处理的LAI较大，在8.45—9.64，显著或极显著大于低氮处理。在等氮条件下，LAI以缓释肥与尿素配伍处理大于尿素单施处理，但差异不显著。齐穗期至成熟期呈同样趋势。

表3 氮肥运筹对水稻群体叶面积指数的影响Table 3 Effects of nitrogen app lication on leaf area index of rice population

2.4 群体生物量积累动态变化及分配

群体生物量积累结果表明，各处理群体生物量积累量占收获总生物量的比例在苗期均较低，除N0（空白对照）处理为7.4%外，其他处理均在10%左右，相互间差异也较小。之后逐渐增加，至拔节期尿素单施处理（N1—N3）生物量积累均在17%左右，明显低于等氮尿素与缓释肥配伍处理（N5—N7）。在齐穗期，各处理生物量积累最快，约占总生物量的60%—70%（图4）。水稻群体生物量积累量和占总生物量的比例均以尿素与缓释肥配伍处理相对较高，这可能与缓释肥随种深施肥料利用率提高有关；齐穗期群体生物量占总生物量的比例与收获总生物量拟合方程为：Y=-59.973x2+8 119.5x-252337（R2=0.8241*）。分析该方程可知，水稻齐穗期群体生物量越高其收获时总生物量就越大，但群体生物量占总生物量比例至68.05%时出现下降趋势，表明并非齐穗期群体生物量越高籽粒产量就越高。

表4结果显示，在测定的生育阶段中，各处理苗期叶片的干物质分配比例较大，达42.1%—51.0%，其中N3处理叶片干物质分配比例极显著高于其他处理，而茎鞘干物质分配比例则相反；在拔节期，各处理的叶片干物质分配比例总体呈下降趋势，除N0处理极显著低于其他处理外，其余处理间无显著差异。但N0处理的茎鞘干物质比例极显著高于其他处理，N3处理显著和极显著低于N5和N0处理；至齐穗期，叶片干物质分配比例急剧下降，最高为N1处理，最低为N2处理，两者达极显著差异。同等氮素下，N5处理的叶片干物质比例显著低于N1、N2与N6处理，N3与N7处理间差异不显著。茎鞘干物质分配最低为N0处理，显著低于N2、N5、N6处理，其他处理差异不显著。穗干物质分配比例N0处理最高，极显著高于N1、N4和N6处理，显著高于N5和N7处理，同等氮素以尿素单施处理相对较高；在成熟期，叶片和茎鞘的干物质分配比例继续下降，同等氮素N7和N6处理叶片干物质分配比例分别显著高于N3和N2处理，N5与N1处理差异不显著。茎鞘干物质分配比例以N0和N4处理较高，分别为30.5%和31.2%。N0处理极显著高于N6、N7，N4处理极显著高于其他处理，N6、N7处理较低。穗部生物量比例高的处理均能达到高产，N2、N6处理的穗部生物量比例均达到60%以上，最高的N6处理极显著高于N0—N5处理（N2除外），显著高于N7处理。穗部干物质比例较低为N0和N4处理，仅为55.3%和52.5%。

图4 各处理水稻主要生育阶段生物量比较Fig.4 Comparison of biomass in themain grow th stages of rice of each treatment

表4 氮肥处理对不同组织器官干物质分配的影响Table 4 Effects of nitrogen treatment on the distribution of dry matter in different tissues and organs %

2.5 肥料运筹对产量及产量因素的影响

由表5可见，随着施氮量增加水稻产量随之递增，但至300 kg/hm2时反而降低（N3＜N2、N7＜N6）。氮素（x）与水稻产量（Y）拟合方程为 Y=-0.15x2+93.44x-3 794.73（R2=0.7645*），当氮素为311.47 kg/hm2，在本试验氮素范围内产量最高；在等氮条件下，尿素与缓释肥配伍处理的产量显著高于尿素单施处理（N5＞N1、N6＞N2、N7＞N3）。其中，N6处理产量最高，极显著高于 N0、N1、N3、N5、N7处理，显著高于N2处理。

氮素对水稻产量因素影响最大的是单位面积内的有效穗数，其次为每穗实粒数，较小为结实率和千粒重。有效穗数以N6处理最高，极显著高于N0、N1、N4处理，显著高于N2处理，与N3、N5处理和N7处理间差异不显著。在等氮条件下，除N7与N3处理无显著差异外，尿素与缓释肥配伍处理的有效穗数显著高于尿素单施处理（N5＞N1、N6＞N2）。每穗实粒数最高为N2处理，极显著高于其他处理。在等氮处理间，除N2极显著高于N6外，其他对应处理间差异不显著。各处理结实率差异较小，除N1显著高于N7外，与其他处理间差异不显著。在等氮条件下，尿素与缓释肥配伍处理的结实率高于尿素单施处理，但差异不显著。处理间千粒重差异不显著。

3 讨论

3.1 缓释肥能促进水稻根系生长并向土壤深层分布、保持根系活力［19］，对提高作物肥料的利用率，降低养分流失所产生的面源污染，以及保护生态环境、促进农业持续发展具有重要的现实意义。试验中出现尿素与缓释肥配伍处理的成熟期延迟，病虫害发生比尿素单施处理相对偏重，其主要原因是缓释肥配伍处理的水稻叶片嫩绿时间较长，易于受病虫害侵袭。因此，在生产实际中，要降低病虫害的危害，除了选择抗逆性强的优质高产水稻品种外，还需要科学的肥料运筹及缓释肥与化肥的适宜配比。

3.2 以往的研究表明，水稻产量形成的过程实质上就是干物质积累与分配的过程［20-21］，分析其在水稻生长过程中的动态变化是揭示产量形成高产群体调控指标的重要内容。本试验通过对水稻齐穗期群体生物量占成熟期总生物量的比例与成熟期总生物量拟合曲线分析得知，在一定范围内，水稻齐穗期群体生物量比例与成熟期总生物量呈正向趋势，但当群体生物量比例增至68.05%，收获时总生物学产量出现下降趋势。依据水稻谷草比相对恒定的因素，认为并非在齐穗期群体生物量越高籽粒产量就越高，还与水稻群体组织器官生物量分配、运输与转化的结果有关，这与龚金龙等［21］研究基本一致。

3.3 水稻的产量是土壤肥力、施肥和气候生产力的综合反映［22］。本试验显示，当理论氮素用量为311.47 kg/hm2时，得到的理论最高产量低于实际产量，可能是采用缓释肥配伍后，虽然氮素等量施用，但由于尿素与缓释肥在土壤的释放时间不同，作物对不同肥料类型的利用率不一，使得到的水稻理论产量偏低。因此，本试验分析得到的理论氮素用量尚存在一定局限性，仅供参考。

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