氮肥运筹方式对杂交粳稻申优17生长和产量的影响

方 军，归连发，朱元宏，郭萱昊，程 灿，曹黎明，王新其*

(1 上海市农业科学院作物育种栽培研究所，上海 201403； 2 上海青浦现代农业园区发展有限公司，上海 201717； 3 上海市奉贤区农民科技教育培训中心，上海 201400)

水稻是上海粮食丰产稳产的优势作物，其种植面积约占粮食总面积的67.8%，产量占粮食总产的82.1%，为国家粮食安全做出了重要贡献。近年来，围绕“优质、高产、安全、生态”的总体目标，依靠科技进步，本市水稻单产持续稳步提高[1]。氮肥是影响水稻产量和生长发育的重要营养元素。生产上为了获得高产，往往施用过多氮肥，造成氮肥利用率低和环境污染的问题[2，3]。目前，水稻生产需要合理施用氮肥，在确保高产的同时，提高氮肥利用率，减少环境污染[4]。氮肥运筹是研究氮肥合理施用的重要手段，氮肥施用总量和氮素穗肥占比是氮肥运筹研究的主要内容。研究表明，在不同地力、品种和栽培条件下，氮肥运筹对水稻产量和生长的影响都不尽相同[5]。在低地力条件下，总施氮量240 kg/hm2、穗肥占比50%时，可以保证常规粳稻武运粳23高产[6]。常规粳稻南粳5055的产量在总施氮量225 kg/hm2时显著高于施氮量180 kg/hm2，杂交籼稻中浙优1号则相反[7]。机插秧条件下，杂交籼稻两优6326和两优3号的最佳施氮量为210 kg/hm2、穗肥占比为40%[8]；常规粳稻南粳46和武运粳24的最佳施氮量为150 kg/hm2、穗肥占比为40%[9]。以前的氮肥运筹研究大多以常规稻或杂交籼稻为对象[10]，对杂交粳稻的研究较少。杂交粳稻申优17是上海市审定的早熟优质高产水稻新品种，为了更好地发挥该品种的高产潜力，笔者探索氮肥运筹对该品种的产量及生长的影响，以为申优17的推广提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于上海市青浦区现代农业园区(30°57′56.34″N，121°01′0.83″E)，前茬作物为小麦。耕层内土壤为青紫泥土，肥力均衡，含全氮2.16 g/kg、全磷0.72 g/kg、全钾17.23 g/kg、有机质39.12 g/kg、碱解氮143 mg/kg、有效磷14 mg/kg、速效钾112 mg/kg，pH6.9。

1.2 试验材料

供试品种为早熟优质高产杂交粳稻新品种申优17，由上海市农业科学院作物育种栽培研究所选育提供。

1.3 试验设计

设置两个单因素随机区组试验。A因素为总氮施用量，分别为180、210、240、270和300 kg/hm2，基蘖肥∶穗肥为7∶3，间隔5～7 d按不同总氮肥量追施分蘖肥2(BB肥)，穗肥在促花时按不同处理纯氮量的30%占比一次性施入。B因素为基蘖肥∶穗肥，分别为9∶1、8∶2、7∶3、6∶4和5∶5，纯氮施用总量均为240 kg/km2，基肥统一施纯氮90 kg/hm2(BB肥 187.5 kg/hm2+尿素93 kg/hm2，BB肥中氮∶磷∶钾=24∶8∶10)，移栽活棵后统一施返青肥碳铵(分蘖肥1，纯氮24 kg/hm2)，分蘖肥2和穗肥按不同占比追施(BB肥)，穗肥中促花肥与保花肥之比为6∶4(具体施用方案见表1)。小区面积3 m×7 m=21 m2，3次重复，共30个小区。为了防止小区间渗透串肥，用包膜塑料隔板隔离，单排单灌，四周设置保护行。

表1 各处理的氮素施用情况

1.4 种植管理

浸种催芽后，于2018年5月25日播种，6月16日采用插秧机(洋马VP9D25)移栽。栽插行距25 cm，株距14 cm，每穴栽插3～4株，每公顷285 000穴。返青活棵前，拉线分隔小区。水浆管理：苗期以湿润为主，中后期干湿交替。浸种催芽、病虫草害防治、田间管理同常规生产。

1.5 考查项目及方法

(1)茎蘖动态。在秧苗移栽返青后，随机选取50穴，统计苗数。然后每个小区定点(2个)调查10穴水稻茎蘖数量，每5～7 d调查1次，在接近分蘖高峰时每3 d调查1次。

(2)苗情考查。在水稻主要生育阶段，每个处理选取代表性植株5穴，测量株高和主茎绿叶数。

(3)叶绿素相对含量测定。在水稻齐穗后，用SPAD-502plus叶绿素测定仪测定水稻剑叶、倒2叶和倒3叶两端和中部的叶绿素相对含量值(SPAD值)，取其均值。每7 d测定1次，直至叶片呈现微黄。

(4)考种与测产。在成熟期，调查有效穗数，每小区取10穴代表性植株，考查穗粒数和结实率(3次重复)。成熟后，各小区单独脱粒、晒干、风选干净后，折合标准含水量(14.5%)，计算产量。

1.6 数据统计

采用SPSS统计软件中单因素ANOVA检验的Duncan法进行多组样本间的差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 产量及构成因素比较

氮肥用量和穗肥占比均与水稻产量和产量构成因素密切相关。表2结果显示，随着氮肥用量的增加，水稻产量呈先升高后降低的趋势，A3处理(氮肥用量240 kg/hm2)产量最高，与其他处理相比，差异显著。在产量构成因素中，有效穗数随着氮肥用量的增加而上升，而结实率与穗粒数则随着氮肥的增加先升后降。说明在有效穗数增加的基础上，穗粒数和结实率达到最大时，产量最高，而有效穗数增加到一定程度后，穗型变小，结实率降低，不利于高产。

穗肥占比对水稻产量和产量构成因素的影响与氮肥用量一致，产量也呈先升高后降低的趋势，B3处理(穗肥占比30%)产量最高。随穗肥占比升高，穗粒数和结实率先上升后下降，B3处理的穗粒数和结实率最高，且与其他处理差异显著。随着穗肥占比的上升，基蘖肥减少，有效穗数减少。这说明基蘖肥的氮肥量决定有效穗数，此结果与前人的研究结果一致[6]。而B3处理的产量构成因素与A3相似，在有效穗数增加的基础上，穗粒数和结实率达到最大，产量最高。

本试验结果表明：基蘖肥的增加可以增加有效穗数，但是合适的基蘖肥与穗肥比才能够获得最大的穗粒数和结实率，从而获得最高产量。此结果与杂交籼稻甬优7850一致[11]，说明不同品种的氮肥运筹虽然有规律可循，但需要根据具体品种产量构成因素的变化确定最佳氮肥施用措施。

表2 水稻产量及构成因素分析

注：总氮肥量(A)和穗肥占比(B)的差异显著性分别比较。同列数据后小写字母不同表示在p<0.05水平上差异显著。下同。

2.2 主要农艺性状

2.2.1 全生育期

全生育期是水稻生产中的重要农艺特征，尤其对于早熟品种，全生育期决定了生产加工的时间和后茬作物的播种期。氮肥运筹对申优17全生育期有一定影响(表3)，当总施氮量上升时，全生育期延长，相邻处理间差异为1～2 d，A1和A5之间相差5 d；当穗肥占比上升时，全生育期先延长后缩短，B3处理的全生育期最长，各处理间的最大差异为2 d。说明氮肥用量对全生育期影响较大，而穗肥占比的影响较小。结合产量数据可知，144～145 d是申优17的最佳全生育期。

表3 不同氮肥运筹处理的全生育期与株高

2.2.2 株高

表3显示，株高随总氮肥量的增加而上升，这与生育期呈现相同趋势；而穗肥占比处理中，B4的株高最高。由此表明，氮肥运筹对杂交粳稻的株高具有调控作用。在最佳氮肥运筹和最高产量时，申优17的株高在101～105 cm之间。据报道，杂交籼稻理想株型的株高在100 cm左右[12]。这说明，申优17的最佳株高与杂交籼稻相比略有差异，但差异不大。

2.2.3 群体茎蘖动态

群体茎蘖动态是分蘖速度和数量的反应。基蘖肥占比越高，分蘖越快，有效穗数越多，但成穗率越低，群体茎蘖动态需要在合理区间才能够保证高产[13]。合理的茎蘖动态需要在适宜的基本苗数基础上，抑制茎蘖生长速度和数量，建立合理的茎蘖动态，保证成穗率，改善中后期群体质量，有利于增加光合效率，获得高产。本试验中，分蘖速度和数量在生长前期差异不大，分蘖期开始出现差异，随着氮肥用量的增加而增加，但是与穗肥占比则呈相反趋势(图1)。最佳氮肥运筹处理(A3和B3)的动态曲线处于中间位置，说明适宜的氮肥施用才能够产生合理的群体茎蘖动态，申优17在7月23～31日间，最高茎蘖数量在460万～490万/hm2时为合理区间。

图1 不同处理的申优17茎蘖动态

2.2.4 主茎绿叶数

水稻主茎绿叶数与光合作用以及群体通风密切相关。在高产栽培条件下，杂交籼稻甬优12的主茎绿叶数在抽穗期达到7叶，随后消减[14]。本研究中，主茎绿叶数呈现横“S”型变化，在茎蘖数量高峰(7月30日左右)时处于低谷，在抽穗期(9月10日左右)达到最高，之后开始消亡(表4)。不同处理在分蘖初期的绿叶数差异较大，后期差异缩小。随着氮肥用量的增加，绿叶数增加；而穗肥占比则呈相反趋势。说明基蘖肥对于前期主茎绿叶数具有促进作用。结合最佳氮肥运筹的处理(A3和B3)可知，在申优17生产中，合适的主茎绿叶数在茎蘖数量高峰时应为4～5叶，在抽穗期(9月10日)应为6～7叶。这个结果与甬优12的高产栽培结果相似。

表4 不同处理申优17的主茎绿叶数

2.2.5 叶绿素相对含量(SPAD值)

叶绿素是水稻进行光合作用的器官，其含量与群体质量和产量紧密相关。SPAD值可以跟踪氮素营养状况并作为重要指标指导科学施肥。本试验中随着氮肥用量和穗肥占比的增加，SPAD值上升，表明抽穗后的穗肥增加促进了叶片叶绿素含量的增加(图2)。这个结果与以前的报道[15]一致。但是，氮肥用量与穗肥占比的两组处理呈现不同的曲线。在氮肥用量处理中，抽穗期后水稻功能叶的SPAD值先下降后上升，在9月14日达到高峰，随后再下降。在穗肥占比处理中，SPAD值上升至9月14日达到高峰，随后下降。这种差异可能源于穗肥施用过程中，两组处理的施用方式不同。氮肥用量处理在促花时一次性施用全部穗肥，过量施用氮肥可能会暂时抑制叶片生长和叶绿素的形成；而穗肥占比处理试验在促花和保花两个阶段分批施用氮肥，更有利于叶片生长和叶绿素的形成。由于穗肥的增加使功能叶叶角变大，会导致产量降低[16]，SPAD值需要在合理的范围内。在高产的氮肥运筹模式下，申优17的SPAD值处于中间位置。在齐穗后(9月30日)，A3和B3处理SPAD值下降缓慢，说明功能叶的衰老速度较慢，合理的穗肥施用可以缓解功能叶的衰老，保障后期水稻籽粒的灌浆充实。

图2 不同处理的SPAD值动态

3 讨论

氮肥合理运筹是提高水稻产量的重要手段。本试验在总氮肥用量为240 kg/hm2或者穗肥占比30%时，可获得最高产量。氮肥运筹影响了申优17产量构成因素以及生长过程中农艺性状，结果与前人的报道相一致，但其具体表现与其他品种不同。杂交糯稻嘉糯Ⅰ优721在总施氮量300 kg/hm2、穗肥占比40%时，群体得到优化、获得高产[17]。杂交粳稻花优14在总施氮量300 kg/hm2、穗肥占比35%～45%时，更易获得高产[18]。还有研究认为，对于大穗型水稻品种，后期适当增加氮肥的供应对其高产潜力的发挥具有重要作用[19，20]。即使同一系列的品种，如南粳44、南粳9108、南粳5055的氮肥运筹也有差别[7，9，21]。因此，申优17的氮肥运筹需要根据其品种特性、种植区域和种植方式来确定。土壤地力不同，采用的氮肥运筹方式也不相同[6]。根据我国土壤肥力标准，有机质含量30 g/kg，全氮1.5 g/kg以上为高地力；有机质含量20 g/kg，全氮1.0 g/kg以下为低地力[6]。本研究的试验田为高地力农田，获得的最佳氮肥运筹模式适合高地力区域。此外，不同种植方式采用的氮肥运筹方式也不相同[8，9]。本研究氮肥运筹是在高地力和机插秧条件下进行的，在不同的区域和种植方式下，可以参考这些因素和性状调节氮肥运筹，以达到高产目标。