不同移栽密度下氮素调控对杂交中稻-再生稻产量和稻米品质的影响

蒋鹏 徐富贤* 刘茂 熊洪 张林 朱永川 周兴兵 郭晓艺 陈琳

（1四川省农业科学院水稻高粱研究所/农业部西南水稻生物学与遗传育种重点实验室，四川德阳618000；2四川省作物生理生态及栽培重点实验室，四川温江611130；*通讯作者：xu6501＠163.com）

水稻是我国重要的粮食作物，全国有超过60%以上的人口以稻米为主食。据估计，到2030年我国粮食总产量需达到7.1亿t才可满足我国人口增长和经济发展的需求[1]。提高单产，或扩大种植面积，又或增加复种指数，均可实现粮食总产量的持续增加[2-3]。然而，20世纪60年代以来水稻单产年均增长率呈持续下降趋势，近10年水稻单产水平也徘徊不前[4]。另外，由于我国城镇化和工业化的快速发展，使得粮食主产区可用于水稻种植的稻田迅速减少[5]。基于单产增长率减小和种植面积下降等因素，提高耕地复种指数就成为了确保我国粮食总产持续增长的有效途径。然而，传统的双季稻种植受劳动力短缺、效益低等因素制约，播种面积已从20世纪70年代的71%下降到近年的40%左右[6]。再生稻是利用头季收割后稻桩上存活的休眠芽，在适宜的温、光、水和养分条件下，萌发再生蘖，进而抽穗成熟的水稻。与双季稻模式相比，再生稻具有生育期短、省工、节本、资源利用效率高、品质好、经济效益高等优点，种植再生稻显然成为了缓解劳动力紧张、提高复种指数、增加稻田单位面积稻谷产量的重要措施，且我国现阶段已成功选育和鉴定了一批头季产量高、再生力强的品种（组合）[7-8]。

水稻产量不仅受基因型影响，还受栽培措施的影响[9]。采用合理的栽培技术持续提高杂交中稻头季、再生季产量对保障我国粮食安全和增加农民收入具有重要意义。种植密度和氮肥管理作为水稻生产的两项主要栽培管理技术，备受研究者关注。研究表明，通过合理密植和优化氮肥管理可显著提高水稻产量，氮、磷、钾养分利用效率显著提高[10-11]。但随着我国农村城镇化的推进，农村劳动力加速向城市转移，导致从事水稻生产的劳动力日趋短缺；农民为了减少水稻生产劳动力的投入，大幅度的简化水稻栽培管理环节[12]，如一些农民通过稀植来减少插秧劳动力的投入[13]，且普遍认为通过增加施氮量可促进水稻分蘖进而弥补因基本苗不足造成的产量损失。Huang等[14]研究发现，稀植条件下，即使增施45%氮肥也不能弥补因基本苗不足而导致的早稻产量下降。冉茂林等[15]研究发现，头季有足够健康的母茎数是再生芽萌发和再生稻高产的基础。李木英等[16]研究表明，随头季移栽密度的增加，再生季产量呈先增加后下降的趋势。研究还表明，再生季的有效穗数对产量贡献最大，每穗粒数次之，千粒重第三[17-19]。可见，适宜的增加头季移栽密度不仅能确保头季以多穗夺取高产，还可为再生季提供更多的母茎，为再生季增穗高产奠定基础。再生芽的数量除了受母茎数量影响外，还受再生芽存活率的影响。施用促芽肥可有效的提高再生芽的存活率。徐富贤等[20]研究发现，在尿素用量为0～225 kg/hm2范围内，促芽肥施用量与头季收割期及收后15 d活芽率、再生季有效穗、每穗实粒数、产量呈显著正相关。杨东等[21]研究指出，适当增加再生稻头季中、后期施氮比例，有利于提高头季、再生季叶片硝酸还原酶活性、叶绿素含量、叶片净光合速率、根系活力，增加干物质产量，进而提高头季和再生季产量。然而，针对头季不同移栽密度下氮素调控对头季、再生季理想高产群体构建、产量形成特点及稻米品质影响的研究较少。为此，本文研究了不同移栽密度下氮素调控对中稻蓄留再生稻产量形成特点和稻米品质的影响，以期为中稻蓄留再生稻两季高产栽培基本苗的确定和氮素调控提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

试验于2016—2017年在四川省农业科学院水稻高粱研究所泸州基地进行。该地区属于亚热带湿润气候区，全年平均气温18℃，极端最高气温38℃，极端最低气温0.7℃，≥10℃的积温5 800℃，全年降水量约1 180 mm，年日照时数约1 300 h，无霜期340 d。供试水稻品种为杂交中稻旌优127，种子由四川省农业科学院水稻高粱研究所提供。

1.2 试验设计

试验设 3 种移栽密度：D1，低密，12 万丛/hm2；D2，中密，18 万丛/hm2；D3，高密，24 万丛/hm2。设 3 种氮素调控方式：N0，0 kg/hm2；N1，225 kg/hm2，基肥∶分蘖肥∶促花肥∶保花肥=5∶2∶2∶1；N2，测苗定氮施肥，详见表 1。裂区设计，氮肥为主区，密度为副区，副区面积为20 m2，3次重复。主处理间作田埂并覆盖塑料薄膜，防止串肥。磷、钾肥按当地习惯施用。2016年于3月6日播种，4月6日移栽，头季6月25日齐穗，8月4日收割，再生季9月4日齐穗，9月30日收割；2017年于3月5日播种，4月14日移栽，头季7月5齐穗，8月5日收割，再生季9月3日齐穗，9月30日收割。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 SPAD值

于头季稻倒4叶、倒2叶期、齐穗期，植株主茎叶自上而下，心叶伸展到下一全展叶50%时，以该全展叶为测定叶，采用日本生产的SPAD-520测定，每片叶片分别选取上、中和下部3个点（相邻2个点之间间隔2～3 cm），每小区测定10片叶，取平均值作为该小区的测定值；测定值与预设阀值比较，确定促花肥、保花肥和粒芽肥的施用量。

表1 N2处理的施氮时期和施氮量 （kg/hm2）

1.3.2 产量构成测定

于头季稻、再生稻成熟期每小区取5丛植株，考察每穗粒数、结实率、千粒重，同时每小区调查20丛植株的穗数，用于计算单位面积有效穗数。

1.3.3 产量

于头季、再生季成熟期整个小区收获测产，产量换算成13.5%标准含水量。头季稻人工收割后，留桩高度为30 cm。

1.3.4 稻米品质

头季、再生季稻谷收获晒干后，每小区随机取500 g，储藏3个月，用于测定稻米品质。

1.4 数据处理

采用Excel 2003整理数据，Statistix 8.0进行方差分析，LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 对杂交中稻头季、再生季以及两季总产量的影响

由表2可知，不同移栽密度下氮肥氮素调控对杂交稻头季、再生季、两季产量影响显著。在各移栽密度下，杂交中稻头季、再生季、两季总产量均随施氮量的增加呈先升高后下降的趋势。高密（D3）条件下，N2处理施氮量较N1处理平均减少了7.8%，但头季、再生季和两季总产量分别达到了 8.93、1.95、10.88 t/hm2，较 N1处理分别增加了4.9%、15.4%和6.8%；低密（D1）和中密（D2）条件下，N2处理头季、再生季、两季总产量较N1处理分别增加了2.0%、8.7%、3.1%和2.6%、15.5%、5.1%。可见，在杂交中稻-再生稻栽培体系中，通过合理密植，同时采用测苗定氮施肥技术可实现杂交中稻头季、再生季、两季总产量的协同提高。

表2不同移栽密度下氮素调控对杂交中稻产量的影响 （t/hm2）

表3不同移栽密度下氮素调控对头季产量构成的影响

2.2 对杂交中稻头季产量构成的影响

由表3可知，移栽密度和氮素调控对杂交中稻头季有效穗数、每穗粒数、颖花量影响显著。与N0处理相比，N1和N2处理头季有效穗数分别提高了25.0%和18.2%，每穗粒数分别提高了3.1%和13.5%，颖花量分别提高了28.8%和32.9%，说明施氮可显著提高头季有效穗数、每穗粒数和颖花量。N1处理头季稻有效穗较N2处理平均高5.7%，但其每穗粒数和颖花量较N2处理分别低9.2%和3.1%。不同氮肥调控模式对头季稻结实率和千粒重影响不显著。随移栽密度的增加，头季有效穗数、颖花量呈增加趋势，但每穗粒数呈下降趋势；与D1和D2处理相比，D3处理头季每穗粒数分别减少了13.8%和3.9%，有效穗数分别增加了32.4%和18.5%，颖花量分别增加了14.6%和11.1%。除2016年D1处理的千粒重外，移栽密度对杂交中稻头季结实率和千粒重影响不显著。

表4不同移栽密度下氮素调控对再生稻产量构成的影响

2.3 对杂交中稻再生季产量构成的影响

由表4可知，不同移栽密度和氮素调控对再生季产量构成影响显著。与N1处理相比，N2处理再生季有效穗数、每穗粒数、颖花量分别提高了10.2%、9.0%、18.2%。除2017年D3处理外，移栽密度和氮素调控对杂交中稻再生季结实率和千粒重影响不显著。随移栽密度的增加，再生季有效穗数和颖花量呈显著增加的趋势，与D1和D2处理相比，D3处理再生季有效穗数分别增加了44.4%、19.0%，颖花量分别增加了58.0%、24.8%。再生季每穗粒数2016年随移栽密度的增加呈下降趋势，而2017年表现为上升趋势。

2.4 对杂交中稻头季、再生季稻米品质的影响

由表5可知，移栽密度和氮素调控对杂交中稻头季糙米率、精米率影响不显著。一般以N0处理头季稻糙米率、精米率最低，N2处理糙米率、精米率与N1处理相当。整精米率以N0处理最低，N2处理最高。移栽密度对头季垩白粒率、垩白度影响不显著。与N1处理相比，N2处理垩白粒率、垩白度分别降低了10.0%、13.9%。移栽密度对杂交中稻头季蛋白质含量影响不显著，但氮素调控对头季稻米蛋白质含量影响显著。一般以N0处理稻米蛋白质含量最低，N2处理最高。与N0、N1处理相比，N2处理稻米蛋白质含量平均分别增加了22.6%、6.9%。移栽密度和氮素调控对头季稻米直链淀粉含量、胶稠度、粒长、粒宽、长宽比影响不显著。

由表5还可以看出，移栽密度和氮素调控对杂交中稻再生季稻米糙米率、精米率、整精米率影响不显著。一般以N2处理的糙米率、精米率、整精米率较高，与N1处理相比，分别高了0.2%、0.3%、0.3%。移栽密度和氮素调控对再生季稻米垩白粒率影响不显著，但对垩白度影响显著。一般以N0处理垩白度最高，N2处理次之，N1处理第三。与N0处理相比，N1和N2处理再生季稻米直链淀粉含量分别增加了4.6%和2.7%，但蛋白质含量分别降低了11.3%和12.9%；N2处理再生季稻米直链淀粉含量和蛋白质含量均低于N1处理，但差异不显著。移栽密度和氮素调控对再生季稻米胶稠度、粒长、粒宽、长宽比影响不显著。此外，比较9个不同密肥处理头季、再生季稻米加工品质和外观品质结果发现，以D3N2组合处理的糙米率、精米率、整精米率较高，垩白粒率和垩白度相对较低。

表5移栽密度和氮素调控对杂交中稻头季、再生季稻米品质的影响（2017年）

3 讨论与结论

水稻产量可直接分解为群体颖花量（有效穗数×每穗粒数）、结实率和粒重，即库容与充实两个部分[22]。谢华安[23]认为，扩大库容量是头季和再生季获得高产的关键，但头季和再生季扩库的途径有所不同，其中头季是在稳定穗数的基础上，主攻大穗，而再生季则主要是依靠多穗。杨坚等[24]研究发现，头季、再生季产量与有效穗数、每穗粒数、结实率显著相关。曹国军等[9，25]研究发现，头季、再生季产量与有效穗数、每穗粒数呈显著正相关。本研究结果表明，头季产量与有效穗数、群体颖花量呈显著正相关，再生季产量与有效穗数、每穗粒数、群体颖花量、结实率呈显著正相关，粒重与头季、再生季产量相关性不明显。由此可见，增穗扩库是头季获得高产的关键；协同提高有效穗数和每穗粒数形成高库容，并保持较高的结实率是再生季获得高产的重要途径。谢小兵等[26]研究表明，密植能显著提高超级稻有效穗数和群体颖花量，是扩库的重要途径。本研究中，随移栽密度的增加，头季、再生季产量呈增加趋势，与低密和中密处理相比，高密处理头季、再生季产量分别提高了10.9%、9.1%和5.9%、2.4%，较高的有效穗数和群体颖花量是其增产的主要原因。说明在杂交中稻-再生稻生产体系中，合理密植有利于头季、再生季产量的提高。本研究中，高密条件下，N2处理头季有效穗数与N1处理相当，但N2处理再生季有效穗数较N1处理高了17.1%。说明在杂交中稻-再生稻生产体系中，再生季有效穗数除了与再生芽的母茎数量有关外，可能还与再生芽存活成穗有关。即提高再生芽存活率，形成更多的有效穗数是再生季获得高产的关键。徐富贤等[27]研究发现，施用促芽肥有利于提高再生芽存活率，促进再生芽伸长，协调穗粒结构。冉茂林等[18]研究表明，施促芽肥能显著提高头季稻桩营养水平，增强根系活力，促进腋芽萌发。林文雄等[28]认为，头季成熟期至再生季齐穗期根系活力的强弱，直接影响再生季产量的高低；头季健壮的根系和一定数量新生根系的有效结合可促进再生芽萌发成苗、增加有效穗数，是再生季增产的关键。杨东等[21]认为，前氮后移可显著提高头季齐穗期、成熟期和再生季齐穗期伤流量（根系活力）。众所周知，基肥和早追分蘖肥可促进水稻分蘖，进而增加有效穗数[29]；促花肥可促进颖花分化，保花肥可有效的减少颖花退化，进而形成大穗[30-31]。本研究中，N1处理氮素主要分基肥、分蘖肥、促花肥、保花肥4次施用；N2处理除了基肥、分蘖肥、促花肥、保花肥外，还增施了促芽肥，且促花肥、保花肥、促芽肥均是采用测苗定氮施肥技术，即根据植株的氮素情况进行施肥，确保了植株需氮与供氮协调统一。与N1处理相比，N2处理基肥和分蘖肥减少了49.2%，头季有效穗数减少了5.4%，促花肥和保花肥增加了33.3%，每穗粒数增加了10.1%，结实率和粒重与N1处理相当；再生季N2处理有效穗数较N1处理平均增加10.2%，说明于头季齐穗期施用促芽肥既可确保头季库容充实，又可为再生芽的萌发提供物质基础。可见，在中稻-再生稻栽培体系中，最佳密肥组合为D3N2，该密肥组合下杂交中稻头季、再生季以及两季总产量较高，分别可达 8.93、1.95、10.88 t/hm2。

蒋鹏等[11]研究发现，移栽密度对杂交稻糙米率、精米率、直链淀粉影响较小，对垩白粒率、垩白度、胶稠度影响较大。徐春梅等[32]研究表明，移栽密度对糙米率、整精米率、垩白度、胶稠度、蛋白质影响较大，且随移栽密度增加，整精米率呈下降趋势，蛋白质含量呈增加趋势。也有研究认为，移栽密度过密或过稀均会导致垩白粒率、垩白度上升[33-34]。本研究中，移栽密度对头季、再生季稻米加工品质、外观品质、营养品质、食味品质、粒型均无显著影响（除头季整精米率和再生季垩白度外）而氮素调控对稻米品质有显著影响。蒋鹏等[35]研究发现，糙米率、整精米率、蛋白质含量随施氮量的增加呈增加趋势，垩白粒率、垩白度对氮肥的响应因品种而异。徐春梅等[36]研究表明，施氮可增加天优华占及其双亲稻米的粒长和蛋白质含量，降低垩白粒率。严凯等[37]研究发现，施氮量的增加在提升稻米碾磨品质的同时降低了外观品质和食味品质。本研究结果显示，施氮显著提高了头季稻米蛋白质含量，N1、N2处理头季蛋白质含量显著高于N0处理；与N1处理相比，N2处理施氮量平均减少了7.8%，但其头季稻米蛋白质含量平均分别增加了6.9%，其较高的蛋白质含量可能与齐穗期施氮（促芽肥）有关。再生季稻米蛋白质含量呈N0＞N1＞N2的趋势，说明施用促芽肥不仅可以提高再生季产量，还可改善再生季稻米的食味品质。此外，从不同密肥组合来看，高密与测苗定氮组合（D3N2）头季、再生季整精米率均高于其他密肥组合，糙米率、精米率、胶稠度高于或与其他密肥组合相当，垩白粒率、垩白度也相对较低。本研究结果还表明，再生季的产量显著低于头季，糙米率、精米率与头季相当，但再生季整精米率显著高于头季；垩白粒率、垩白度、胶稠度、直链淀粉含量、粒长、粒宽再生季均低于头季，但蛋白质含量、长宽比再生季均高于头季，与郑苹立等[38]研究结果基本一致。