节水条件下不同种植方式对晚稻氮素吸收积累的影响

周文涛，龙文飞，戴 炜，傅志强

(湖南农业大学 农学院，农业部华中地区作物栽培科学观测实验站，湖南 长沙 410128)

在传统种植模式中，水稻消耗水的总量达1.05×104～1.35×104m3/hm2，甚至有的高达3.00×104m3/hm2。尤其在面对中国水资源非常短缺的情况下，作为耗水量最大的农作物，水稻的节水灌溉模式具有非常重要的生态、经济以及社会效益[1-2]。由于我国南方地区在夏、秋季节干旱频发，此时正是水稻生长的关键时期，缺水会使水稻受到严重影响。同时降雨时空分布不均衡，农民节水意识不强，导致湖南大部分水稻种植区域受干旱的影响。夏、秋季节水稻的缺水成为我国南方稻区高产、稳产的主要影响因子[3-4]。因此，发展节水灌溉农业对我国南方稻区水稻高产和稳产具有重要的现实意义。近年来，关于水稻不同种植方式的研究较多，但节水条件下不同种植方式对双季稻生长及物质转运特性的影响研究不多。本研究根据水稻直播、人工移栽、抛秧、机插秧对产量及其构成因子的表现差异[5-12]，探索不同种植方式对双季晚稻氮素利用的影响。

湖南省南部水稻生产区雨水充沛，温湿度条件适合双季稻生长。但降雨的时空分配失衡，雨热不同期，导致干旱频发，尤其对夏、秋季节的影响最为明显，对双季晚稻的丰产、稳产产生了一定的影响[13-15]。本研究针对湖南南部地区丘陵地形及山区梯垄冲田传统节水栽培模式，结合标准化、规模化生产的现实需要，在早稻的生长发育后期(抽穗始期)蓄积水位，晚稻的生长发育前期(返青期)蓄积水位，采用不同种植方式与耕作模式相结合的技术手段，研究“早水晚用”节水灌溉条件下简易栽培模式对双季晚稻氮素吸收积累的影响，探索最优的水稻生产模式，为水稻轻简栽培模式提供一定的理论支撑和技术指导。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验在湖南省永州市冷水滩区粮食丰产示范试验基地进行，于2016年3月开始，2016年11月结束，该地区土壤类型为壤土，肥力适中。设有5个不同处理，3次重复，共15个小区，采用随机区组设计，所有小区独立于一丘田，各个小区面积为200 m2，单排单灌，各小区之间做田埂，田埂上人工覆膜。

在早稻的后期蓄积5～10 cm的水位，设计5个处理，5个处理早稻的耕作方式均为旋耕，晚稻均为免耕，具体设计如下：

处理1：早稻与晚稻均采用机插机收+增苗节氮；处理2：早稻采用抛栽机收+晚稻采用机插机收+增苗节氮；处理3：早稻采用抛栽机收+晚稻采用人栽机收+增苗节氮；处理4：早稻采用人插人收+晚稻采用抛栽机收+增苗节氮；处理5(CK)：早稻与晚稻均采用人插人收。

机插秧的育秧方式为大田硬盘育秧；机械收割方式为小型轮式收割机收割；抛栽育秧的方式为软盘育秧。“增苗节氮” 指在常规处理(CK)的基础上增加10%的基本苗，减少20%的氮肥施用。常规处理(CK)氮肥：早稻施入纯N 150 kg/hm2，晚稻施入纯N 120/hm2，每公顷移栽30万穴，杂交稻2苗/穴，常规稻3苗/穴。早稻供试品种为中嘉早17，晚稻品种为丰源优299。采用人插和抛栽方式的早稻于3月20日播种，于4月21日移栽；机插育秧的早稻于4月5日播种，4月22日机插，7月11日收割。晚稻机插育秧于6月20日播种，7月20日机插，10月27日收割；人插和抛栽的晚稻于6月23日播种，7月25日移栽。肥料的施用按N∶P2O5∶K2O=1∶0.5∶1.2的比例进行，其他肥料作为基肥一次性施入，其中氮肥施用按基肥和分蘖肥各一半的比例施入。

1.2 测定指标及方法

在水稻各主要生育时期(分蘖期、齐穗期、乳熟期、成熟期)，取水稻样品3兜，带回室内，分离叶、茎、穗，105 ℃杀青，80 ℃烘干至恒质量，称质量后，粉样过筛，样品经过H2SO4-H2O2消煮，然后定容，过滤，最后测定植株不同部位全氮含量，需要用到流动注射分析仪。氮素积累量和植株总氮素积累量的计算公式如下：

氮素积累量=氮素含量×干物质质量；

植株总氮素积累量=茎部氮素积累量+叶部氮素积累量+穗部氮素积累量；

含氮率=该部位氮素积累量÷该部位生物量。

1.3 数据处理与分析

数据处理与统计分析采用SPSS软件和Excel 2003进行，方差分析采用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 水稻氮素积累量

由表1可知，试验中不同处理间水稻主要生育时期单株氮素积累量随时间的增长呈逐渐增加的趋势。不同处理分蘖期氮素积累量达108.04～285.88 mg/株，以处理2氮素积累量最高，显著高于其他处理，较其他处理高31.55%～164.61%，处理1、处理5、处理4和处理3单株氮素积累量依次递减。不同处理齐穗期氮素积累量达347.82～507.99 mg/株，以处理4单株氮素积累量最高，显著高于其他处理，较其他处理高11.32%～46.05%，处理2、处理3、处理5和处理1单株氮素积累量依次递减。不同处理乳熟期氮素积累量达377.04～542.28 mg/株，以处理4单株氮素积累量最高，显著高于其他处理，较其他处理高16.36%～43.83%，处理2、处理5、处理3和处理1单株氮素积累量依次递减。不同处理成熟期氮素积累量达424.56～578.39 mg/株，以处理4最高，较其他处理高3.31%～36.23%；与处理5差异不显著，两者与其他3个处理的差异显著，处理1、处理2和处理3单株氮素积累量依次降低。处理4较对照处理的整个生育时期氮素的积累量高3.31%。通过F值比较可知，不同处理对齐穗期单株氮素积累量的影响最大(221.31**)，其次是乳熟期(117.98**)，相对来说影响最小的是在分蘖期(71.65**)。相关分析表明，乳熟期单株氮素积累量与产量呈显著正相关(0.87*)，齐穗期和成熟期单株氮素积累量与产量呈不显著正相关，与分蘖期单株氮素积累量呈不显著负相关(-0.09)。

表1 晚稻主要生育时期单株氮素积累量Tab.1 Amount of nitrogen accumulation of single plant at main stages of late rice mg/株

注：同列数据后不同字母表示处理间在0.05水平上差异显著;*和**分别表示在5%和1%水平上差异显著。表2-5同。

Note：After the data of the same column，different letters indicate that the difference between treatments is significant at 0.05 level;*and**represent significant differences at the 5% and 1% levels，respectively. The same as Tab.2-5.

2.2 水稻各主要生育阶段氮素积累量和比例

由表2可知，不同处理播种-分蘖期氮素积累量达108.04～285.88 mg/株，以处理2氮素的积累量最高，且显著高于其他处理，处理1、处理5、处理4和处理3单株氮素积累量依次递减；不同处理分蘖-齐穗期单株氮素积累量达130.50～372.26 mg/株，以处理4单株氮素积累量最高，处理3、处理5、处理2和处理1单株氮素积累量依次降低；不同处理齐穗-乳熟期氮素积累量达2.56～70.03 mg/株，以处理5氮素积累量最高，处理4、处理1、处理3和处理2单株氮素积累量依次降低；不同处理乳熟-成熟期氮素积累量达22.87～141.23 mg/株，以处理1单株氮素积累量最高，显著高于其他处理，并且该处理单株氮素积累量所占比例也是最高，处理5、处理4、处理2和处理3氮素积累量及单株所占比例依次递减。同时可知，不同处理在水稻主要生育阶段，以处理3在分蘖-齐穗期的氮素所占比例最大；以处理2在齐穗-乳熟期氮素所占比例最小。通过F值比较可知，不同处理对分蘖-齐穗期单株氮素积累量的影响最大(148.28**)，其次是乳熟-成熟期(105.05**)，影响相对最小的是齐穗-乳熟期(57.26**)。相关分析表明，产量与分蘖-齐穗期和齐穗-乳熟期2个阶段单株氮素积累量呈不显著正相关，而与播种-分蘖期和乳熟-成熟期这2个阶段单株氮素积累量刚好相反呈不显著负相关。

表2 水稻主要生育阶段氮素积累量和比例Tab.2 Nitrogen accumulation and its ratio to total dry matter in main growth periods of rice

2.3 水稻不同生育时期茎鞘氮素分配特性

由表3可知，水稻茎鞘含氮率随水稻的生长总体呈降低的趋势，但不同处理表现不同，有的甚至在生育后期呈现略微相反的趋势；水稻不同时期氮素积累量随水稻的生长呈先升高后降低的趋势，积累量在齐穗期达到最大，之后氮素积累量逐步降低。水稻分蘖期单株茎鞘含氮率以处理2最高，以处理5最低；不同处理单株氮素积累量以处理2最高，且显著高于其他处理，处理1、处理5、处理4和处理3氮素积累量依次递减。齐穗期单株茎鞘含氮率以处理4最高，以处理2单株茎鞘含氮率最少；单株茎鞘氮素积累量以处理4显著高于其他处理，以处理1氮素积累量最少。乳熟期单株茎鞘含氮率以处理4最高，处理5、处理2、处理3和处理1单株含氮率依次递减；该生育时期水稻单株茎鞘氮素积累量以处理4最高，处理2、处理5、处理1和处理3茎鞘氮素积累量依次减少。水稻成熟期单株茎鞘含氮率以处理4最高，处理5、处理3、处理1和处理2含氮率依次降低；水稻单株茎鞘氮素积累量以处理2最高，与处理1、处理4和处理5差异性不显著，但四者均与处理3差异性显著，处理4较对照组茎鞘的积累量提高0.90%。通过F值比较可知，不同试验处理对齐穗期单株茎鞘含氮率影响最大(535.80**)，其次是乳熟期(214.50**)，然后是成熟期(61.43**)，影响最小的是分蘖期(46.14**)；对齐穗期单株茎鞘氮素积累量影响最大(96.76**)，其次是乳熟期(19.18**)，然后是分蘖期(14.68**)，相对影响最小的是成熟期(4.32*)。相关分析表明，产量与水稻分蘖期单株茎鞘氮素含氮率呈不显著负相关，与其他时期均呈不显著正相关，且乳熟期相关性最大，其次是齐穗期，相关性最小的是成熟期。

表3 水稻氮素在茎鞘中的分配Tab.3 Nitrogen ratio of stem-sheath to total plant of rice

2.4 水稻不同生育时期叶片氮素分配特性

由表4可知，水稻叶片含氮率随水稻的生长呈逐渐降低的趋势，越到后期水稻叶片含氮率越低；水稻不同时期叶片氮素积累量随水稻的生长呈先升高后降低的趋势，积累量在齐穗期达到最大，之后氮素积累量逐步降低。水稻分蘖期叶片含氮率以处理2最高，与处理3的差异性表现不显著，两者与其他3个处理差异性显著；该时期单株叶片氮素积累量以处理2最高，显著高于其他处理，以处理3叶片氮素积累量最低。水稻齐穗期叶片含氮率以处理2最高，与处理4的差异性表现不显著，处理1、处理3和处理5之间的差异性表现不显著，处理3叶片含氮率表现最低；该时期单株叶片氮素积累量以处理2最高，处理4、处理3、处理5和处理1单株叶片氮素积累量依次减少。水稻乳熟期叶片含氮率以处理4最高；该时期单株叶片氮素积累量以处理4最高，显著高于其他处理。水稻成熟期叶片含氮率以处理4最高；该时期单株叶片氮素积累量以处理4最高，以处理2单株叶片氮素积累量最小，处理4较对照组叶片氮素积累量提高21.69%。通过F值比较可知，不同处理对水稻叶片含氮率的影响程度齐穗期最大(460.24**)，分蘖期次之(269.27**)，乳熟期相对来说最小(37.27**)；对水稻单株叶片氮素积累量影响程度随生育期增长呈降低的趋势。相关分析表明，产量与水稻叶片含氮率均呈不显著正相关，在乳熟期相关性达到最大(0.80)，随水稻单株叶片氮素积累量生育期的增长相关性不断增加，但均不显著，在成熟期达到最大(0.77)。

表4 水稻氮素在叶片中的分配Tab.4 Nitrogen ratio of leaf to total plant of rice

2.5 水稻不同生育时期穗部氮素分配特性

由表5可知，水稻穗部含氮率随水稻的生长总体呈先增加后降低的趋势，但不同处理也会出现不同情况，如处理1穗部含氮率随水稻的生长呈增加的趋势，而处理3正好相反，呈现逐渐减低的趋势。不同处理在水稻齐穗期穗部含氮率以处理2最高，处理4、处理3、处理5和处理1穗部含氮率依次递减；该时期水稻单株穗部氮素积累量以处理4最高，与处理3差异性不显著，二者显著高于其他处理，处理5、处理2和处理1单株穗部氮素积累量依次递减。不同处理在水稻乳熟期穗部含氮率以处理4最高，与处理2的差异性表现不显著，两者与其他3个处理的差异性显著，处理5、处理1和处理3穗部含氮率呈依次递减趋势；该时期水稻单株氮素积累量以处理4最高，处理2、处理5、处理3和处理1水稻单株穗部氮素积累量依次递减。不同处理在水稻成熟期穗部含氮率以处理1最高，处理4、处理2、处理3和处理5穗部氮素依次递减；该时期水稻单株穗部氮素积累量以处理4最高，处理5、处理1、处理2和处理3单株穗部氮素积累量依次递减，处理4较对照组叶片氮素积累量提高0.35%。5个处理中，水稻氮素积累量随水稻的生长不断增加。通过F值比较可知，不同处理对水稻穗部含氮率的影响程度随时间的增长呈先降低后升高的趋势，对水稻单株穗部氮素积累量的影响程度呈逐渐降低的趋势。相关分析表明，不同处理水稻穗部含氮率在成熟期与产量呈不显著负相关，其他时期呈不显著正相关，在乳熟期相关性最高(0.58)；不同处理水稻单株氮素积累量与产量在乳熟期呈显著相关，其他生育时期呈不显著正相关。

表5 水稻氮素在穗中的分配Tab.5 Nitrogen ratio of panicle to total plant of rice

3 结论与讨论

3.1 种植方式对植株氮积累与分配特性的影响

早水晚用的条件下不同种植方式会对水稻不同生育期的器官含氮率产生显著影响[16]。前人研究都是从早晚稻单一种植方式进行比较，而本研究早晚稻采用5种不同组合的种植方式，进一步得出水稻不同种植方式对植株氮积累与分配特性的影响。邓飞等[17]研究了不同种植方式对籼迟熟杂交稻组合Ⅱ优498的氮素积累与分配的影响，表明成熟期穗部的氮素积累主要是靠茎鞘和叶的氮素转运，水稻产量与氮素分配、积累及转运特性密切相关。霍中洋等[18]研究表明，叶片氮素的积累量要有所提高，需在保持茎鞘氮素积累量的基础上，然后进一步提高穗部的氮素积累量，这样便有利于获得高产。王春雨等[19]研究杂交籼稻对氮肥利用特征与产量的影响，也得出相似的结论。本研究与霍中洋等[18]的研究结论有相同之处，但也有不同之处。本试验在早水晚用和增苗节氮的生态条件下，处理4(早稻人插晚稻抛载)较对照处理(早晚稻均采用人插)的整个生育时期的积累量及成熟期茎鞘、叶片、穗部的积累量分别提高3.31%，0.90%，21.69%，0.35%。因此，可以表明晚稻抛栽相比较晚稻人插，氮素积累量有所提高，而且相比而言叶片积累量的提高比例更大，不足之处并没有得出水稻各个器官之间的转运特性。多种研究表明，不同的种植方式会影响水稻的光照和养分利用，使得水稻的不同器官氮素积累与分配有所差异[9,20-22]。本研究表明，试验处理间水稻单株氮素积累量在分蘖期以处理2最高，齐穗期、乳熟期和成熟期以处理4最高。不同处理对单株氮素积累量和茎鞘含氮率的影响程度顺序为齐穗期>乳熟期>成熟期>分蘖期。不同处理对叶片含氮率的影响程度顺序为齐穗期>分蘖期>成熟期>乳熟期。不同处理对穗部含氮率的影响程度为齐穗期>成熟期>乳熟期。因此表明，不同处理对双季稻全生育时期的氮素积累量和茎鞘、叶、穗的含氮率的影响作用最大为齐穗期。本研究在借鉴前期双季稻干物质积累与各部位分配比例的基础上，进一步的揭示了在4个主要生育时期双季稻氮素积累以及各部位的分配情况，可以为探究最佳的水稻种植方式提供依据。

3.2 产量与植株氮素积累的相关性

水稻生长与产量形成与营养物质的关系密切，而氮素营养是其中最重要的因素之一。任万军等[23]研究表明，从水稻移栽到孕穗期的氮素积累量以人工移栽最高，常规抛秧次之，免耕高留茬抛秧最低；而孕穗后免耕高留茬抛秧各器官含氮率最高，氮素积累量也逐渐超过常规抛秧。不同种植方式水稻植株含氮率均是拔节期最高，随着生育进程逐渐降低[24]。王春雨等[19]研究表明，植株氮积累量在拔节期表现为机插>人插>直播，抽穗和成熟期氮素积累量则表现为人插>机插>直播。氮素吸收积累量是干物质积累量和稻株含氮率的乘积，一般认为氮素积累量高，产量也高[25-26]。本研究表明，不同处理水稻单株氮素积累量与产量在乳熟期呈显著相关，在其他生育时期相关性不显著。产量与分蘖-齐穗期和齐穗-乳熟期2个阶段单株氮素积累量呈不显著正相关，而播种-分蘖期和乳熟-成熟期这2个阶段单株氮素积累量与之相反，呈不显著负相关。产量与水稻分蘖期单株茎鞘含氮率呈不显著负相关，与其他时期均呈不显著正相关，且乳熟期相关性最大，其次是齐穗期，相关性最小的是成熟期。水稻单株叶片氮素积累量受产量影响程度随时间的增长而呈现先增加后降低的趋势。水稻叶片含氮率与产量均呈不显著正相关，在乳熟期相关性达到最大(0.80)，与水稻单株叶片氮素积累量随生育期的增长相关性不断增加，但均不显著，在成熟期达到最大(0.77)。不同处理水稻穗部含氮率在成熟期与产量呈不显著负相关，其他时期呈不显著正相关，在乳熟期相关性最高(0.58)。