种植密度和施氮量对桂育8号产量及稻米外观和加工品质的影响

2020-06-22黄秋要陈传华刘广林吴子帅罗群昌朱其南李秋雯

西南农业学报 2020年4期

李虎，黄秋要，陈传华*，刘广林，吴子帅，罗群昌，朱其南，李秋雯

(1.广西农业科学院水稻研究所/广西水稻遗传育种重点实验室/广西水稻优质化育种研究人才小高地，广西南宁 530007；2.百色市农业科学研究所，广西百色 533000)

【研究意义】自2002年开始，广西的常规稻年种植面积均在53.3万hm2以上，约占广西水稻年种植面积的30 %，近年来所占比例进一步扩大[1]，但落后的水稻栽培技术仍然是制约我国水稻生产发展的主要因素[2]。桂育8号是2015年通过广西壮族自治区农作物品种审定委员会审定、由广西农业科学院水稻研究所选育而成的籼型常规优质水稻品种，适应性强，产量和米质双优，已在广西大面积种植，但与其产量、稻米外观和加工品质等经济性状密切相关的种植密度、施氮量等配套栽培技术尚未完善。因此，分析种植密度和施氮量对桂育8号产量等经济性状及稻米外观和加工品质的影响，对科学制定其高产高效栽培技术措施具有重要意义。【前人研究进展】已有研究认为，插秧密度和施氮量对水稻产量和米质具有明显影响[3-8]，相同类型不同品种水稻在物质生产和氮素吸收上普遍存在差异[9]，施氮量适宜可发挥品种的生产潜力，有利于水稻高产和米质形成。同时，选择合理的种植密度才能保障糙米率和整精米率[10-11]。朱朋波等[12]、黎忠祥等[13]研究发现，适量增施氮肥可提高水稻产量，后期增施氮肥能提高稻米的糙米率和整精米率，但过量增施氮肥会导致水稻贪青晚熟，籽粒不饱满，造成水稻减产和米质变差。叶松达等[14]研究认为，新推广水稻品种的栽培密度和化肥用量不合理会造成水稻大面积倒伏或群体量不够，导致产量降低，农民收入减少。【本研究切入点】目前，针对桂育8号种植密度和施氮量与产量等经济性状及稻米外观和加工品质关系的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】开展不同种植密度和施氮量对桂育8号产量等经济性状及稻米外观和加工品质影响研究，探讨该品种最佳种植密度和施氮量，为科学制定其高产高效栽培技术措施提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻品种桂育8号是广西农业科学院水稻研究所以力源占2号和银晶软占为亲本选育而成的籼型常规水稻品种。供试肥料为尿素(总N含量以46.2 %计，四川天华股份有限公司生产)、氯化钾(K2O含量以60.0 %计，中化化肥有限公司生产)和过磷酸钙(有效P含量以16.0 %计，云南金星化工有限公司生产)。试验地土壤为黄壤土，pH 7.1，含有机质32.2 g/kg、全N 199.0 mg/kg、有效P 33.1 mg/kg、速效K 178.0 mg/kg。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计试验于2018年3-7月在广西百色市农业科学院百育试验基地进行。采用裂区试验设计，主处理(A因素)为种植密度，设2.4×105蔸/hm2(A1)、2.7×105蔸/hm2(A2)、3.0×105蔸/hm2(A3)和3.3×105蔸/hm2(A4)4个处理，每蔸2苗；副处理(B因素)为纯N施用量，设120.0 kg/hm2(B1)、165.0 kg/hm2(B2)、210.0 kg/hm2(B3)和255.0 kg/hm2(B4)4个处理。试验共16个处理，重复3次，48个小区。随机区组排列，每小区面积13.34 m2(5.80 m×2.30 m)，保护行6行。小区四周以塑钢瓦隔挡并覆盖塑料薄膜以防肥水渗漏，小区单排单灌，重复间留30 cm沟。氮肥按基肥∶分蘖肥∶穗肥(5∶3∶2)比例施用；钾肥施用量300.0 kg/hm2，按基肥∶分蘖肥∶穗肥(5∶2∶3)比例施用；除氮、钾肥外，各处理均施过磷酸钙450.0 kg/hm2作基肥。采用秧畦育秧，移栽时按照设置的密度人工插秧。水分、病虫防治等田间管理按常规方法进行。

1.2.2 测定项目及方法测定的主要经济性状有最高苗数、有效穗数、成穗率、穗粒数、千粒重、株高、穗长、结实率、产量、叶面积指数、糙米率、整精米率、粒长、粒宽、长宽比、垩白度、垩白粒率和透明度，其中与产量构成相关的关键指标为有效穗数、结实率和千粒重，与稻米外观和加工品质有关的指标为糙米率、整精米率、粒长、粒宽、长宽比、垩白度、垩白粒率和透明度。

表1 种植密度和施氮量对桂育8号产量等经济性状的影响

注：不同种植密度处理、不同施氮量处理及同一种植密度不同施氮量处理的同列数据后不同大、小写字母分别表示差异极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)；*和**分别表示影响显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)，下同。

Note:Among the treatments of different planting densities，the treatment of different nitrogen application rates and with the same density under different nitrogen application rates，different uppercase letters represented extremely significant difference(P<0.01), and different lowercase letters represented significant difference(P<0.05). * represented significant effects(P<0.05)，and ** represented extremely significant effects(P<0.01).The same as below.

最高苗数测定：各小区选择同一方向第3行标记连续10株，自插秧后7 d至分蘖数出现下降，非分蘖高峰期每7 d调查1次分蘖(包括主茎)苗数，分蘖高峰期每3 d调查1次分蘖苗数，分析分蘖动态。

叶面积测定：在水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期，各小区取3株代表性植株，先用直尺测量各绿叶的长度和宽度，再计算叶面积和叶面积指数。叶面积=长×宽×0.75，叶面积指数(LAI)=叶片总面积/土地面积。

产量与产量构成因素测定：于水稻成熟期调查有效穗数，计算成穗率，并分小区全部收割、脱粒、风净、称重，测定水含量，按13.5 %标准水含量折算小区产量。取各小区代表性植株3株考种，考查穗数、每穗粒数、结实率和千粒重，测量株高和穗长。

稻米外观和加工品质测定：糙米率和整精米率分别用TP-JLG-2018砻谷机(浙江托普云农科技股份有限公司)和Kett检验用小型精米机(日本株式会社科学研究所)进行测定；长宽比、垩白度、垩白率和透明度指标采用SC-E型大米外观品质检测分析仪系统(杭州万深检测科技有限公司)进行测定。

密度和施氮量互作效应分析：分析密度和施氮量互作对产量及产量构成因素及各米质指标的影响。

1.3 统计分析

试验数据采用Excel 2003进行整理，以DPS v7.05进行分析，采用LSD法检测差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同种植密度和施氮量对桂育8号产量等经济性状的影响

由表1可知，在不同种植密度下，桂育8号的穗粒数、千粒重和穗长无显著差异(P>0.05，下同)；A4处理的最高苗数和有效穗数极显著(P<0.01，下同)或显著(P<0.05，下同)高于其他种植密度处理，A1处理的最高苗数和有效穗数最低，但成穗率极显著高于其他种植密度处理；各种植密度处理的结实率排序为A4>A3>A2>A1，相互间差异不显著；各种植密度处理的产量排序为A3>A4>A2>A1，其中A3处理的产量极显著高于A1和A2处理，与A4处理差异不显著。说明增加种植密度可提高桂育8号的最高苗数、有效穗数和结实率，但同时会对其他指标产生负向影响，过高的种植密度会导致产量下降。

随着施氮量的增加，最高苗数呈先升高后降低的变化趋势，有效穗数呈逐渐升高趋势，千粒重呈先升高后降低的变化趋势；各施氮量处理的产量排序为B2>B3>B1>B4，即产量随着施氮量的增加呈先升高后降低的变化趋势。其中B2处理的产量和千粒重最高，其他指标无突出表现。说明施氮量对桂育8号的产量构成因子具有明显影响，过高的施氮量会导致产量构成因子间协调失衡，从而引起产量下降。

在密度和施氮量互作条件下，A3B2的产量最高，达8.33×103kg/hm2，其次为A3B3(8.13×103kg/hm2)，其后分别为A4B4和A2B2。产量最高的两个互作均与A3处理有关，其中A3B3互作的最高苗数、有效穗数、千粒重和结实率均高于A3B2互作，成穗率和穗粒数均低于A3B2互作，而这两个互作的各指标只有A3B3互作的千粒重在各处理中排名最高，其他指标均无突出表现；在A3处理的各互作中，最高苗数和穗粒数随着施氮量的增加呈先升高后降低的变化趋势，有效穗数呈逐渐升高趋势，成穗率呈先降低后升高的变化趋势，千粒重以A3B3互作最高，结实率以A3B1互作最高，各互作的穗长无明显差异，株高以A3B4互作显著高于A3B3互作，与其他互作差异不明显。说明种植密度和施氮量互作可有效调节最高苗数、有效穗数和千粒重等指标间的关系，其中A3B2和A3B3互作的指标协调性较好，产量较高。

由表1还可看出，种植密度对最高苗数、成穗率和产量具有极显著影响，对有效穗数具有显著影响，对其他指标影响不显著；施氮量对最高苗数和产量具有极显著影响，对千粒重具有显著影响，对其他指标影响不显著；种植密度和施氮量互作对最高苗数具有极显著影响，对千粒重具有显著影响，对产量等其他指标的影响均未达显著水平。

综上所述，桂育8号主要通过协调最高苗数和有效穗数的关系以获得较合理的成穗率、千粒重和结实率，从而获得高产，过高的种植密度和施氮量均会引起产量下降；仅依靠提高单一指标很难保证其他指标的稳定，想要获得高产需协调好各指标的关系。

2.2 不同种植密度和施氮量对桂育8号叶面积指数的影响

从图1可看出，不同种植密度对桂育8号各生育期叶面积指数的影响较明显。其中，各处理的叶面积指数在分蘖期至拔节期增长较快，在抽穗期出现峰值，其后随着叶片衰老枯黄逐渐减小；A4处理各生育期的叶面积指数均最大；除拔节期A3处理的叶面积指数小于A2处理外，其他生育期各处理的叶面积指数排序均为A4>A3>A2>A1；各处理的叶面积指数峰值(均在抽穗期)排序为A4(7.98)>A3(7.60)>A2(7.32)>A1(6.09)，与各密度处理的产量排序A3>A4>A2>A1(表1)稍有区别。说明种植密度对叶面积指数具有明显影响，且叶面积指数峰值与产量关系密切，匹配桂育8号高产量的合理叶面积指数峰值为7.60左右，叶面积指数峰值过高或过低都会导致其产量下降。

从图2可看出，各施氮量处理的叶面积指数均在抽穗期达峰值，其中B2处理的叶面积指数在拔节期至抽穗期增长最快，在抽穗期至灌浆期下降最慢；B4处理各生育期的叶面积指数均高于其他处理。对比分析表1中施氮量处理产量排名B2>B3>B1>B4的结果，说明B2处理在拔节期至灌浆期叶面积指数较合理，叶片光合作用最强，叶片通过光合作用获得的营养物质最多，籽粒积累的干物质量最多，同时过高的叶面积指数不利于籽粒干物质积累。

图1 种植密度对桂育8号叶面积指数的影响Fig.1 Changes of LAI of Guiyu 8 under different densities

综上所述，叶面积指数是与产量密切相关的重要指标，种植密度的增加虽然可明显提高桂育8号的叶面积指数，但产量却出现先升高后降低的变化趋势，说明要获得高产需要搭配合理的叶面积指数，过高的叶面积指数不利于籽粒的干物质积累。

图2 施氮量对桂育8号叶面积指数的影响 Fig.2 Changes of LAI of Guiyu 8 under different nitrogen fertilization rates

2.3 不同种植密度和施氮量对桂育8号稻米外观和加工品质的影响

由表2可知，在不同种植密度下，桂育8号稻米的粒长、长宽比、垩白粒率和透明度均无显著差异；

垩白度随种植密度增加呈逐渐升高趋势；A2处理的糙米率和整精米率最低，且糙米率极显著低于其他种植密度处理；A3处理的整精米率最高；A4处理的垩白度显著高于A1处理。说明过高的种植密度会导致桂育8号垩白度升高，米质变差。

在不同施氮量下，各处理桂育8号的糙米率、粒宽、长宽比、垩白度和垩白粒率无显著差异；B2处理的糙米率和整精米率较低，且整精米率显著低于B4处理；B4处理的粒长显著低于B1处理；B3和B4处理的透明度显著优于B2处理。说明施氮量对桂育8号的米质指标具有明显影响，增施氮肥可提高整精米率和提升透明度，但会导致粒长变短。

在种植密度和施氮量互作条件下，糙米率变幅为76.00 %～77.83 %，其中A3B3和A1B3互作的糙米率最高(均为77.83 %)，A2B2互作最低(76.00 %)；整精米率变幅为54.29 %～62.48 %，其中A1B4互作的整精米率最高(62.48 %)，A2B2互作最低(54.29 %)；各互作的垩白度和垩白粒率虽存在一定差异，但均处于较低水平；产量最高的A3B2互作(表1)其粒长和长宽比在各处理中最低(分别为6.09 mm和3.31)，透明度最差(2.00级)，整精米率排名第三，综合性状较差；A3B3互作的产量虽然排名第二(表1)，但糙米率最高，整精米率排名第二(61.99 %)，粒宽最小(1.83 mm)，长宽比最高(3.37)，透明度最佳(1.00级)，综合性状最优。说明种植密度和施氮量互作可调节米质指标间的关系，单独追求高产量会导致指标不匹配及米质变差。

从表2还可看出，种植密度对糙米率具有显著影响，对其他指标的影响不显著；施氮量及种植密度和施氮量互作对各指标的影响均未达到显著水平。

综上所述，过高的种植密度会导致桂育8号稻米垩白度和垩白粒率升高，适量增加施氮量可提高整精米率和提升透明度，但会导致粒长变短；单纯追求桂育8号高产会导致米质下降，即米质提高与产量提高存在矛盾；选择合理的种植密度和施氮量才能获得米质和产量双优的结果，本研究中的最佳种植密度为3.0×105蔸/hm2(每蔸2苗)，最佳施氮量为210.0 kg/hm2。

3 讨论

近几年来，我国水稻新品种审定数已呈爆发式增长，但不同品种在生产上所需的种植密度和施氮量存在差异，而农户仍按照以往的经验种植新品种，难以获得高产和优质，只有良法与良种配套，才能充分发挥其潜力。目前关于水稻品种肥料和密度对产量影响的研究较多，不同水稻品种在种植密度与肥料施用模式上表现差异较明显[15-18]。已有研究认为，水稻产量由有效穗数、每穗实粒数和千粒重3因子决定[9-20]。在大面积生产上要实现预定的产量指标，应探求配套栽培技术，使构成产量的3因子协调发展，发挥增产潜力[21]。还有研究认为，水稻产量决定于穗数和穗粒数的协调[22]，施肥有利于产量提高，产量随着种植密度的增加而增加；施肥有利于有效穗数形成，有效穗数随着种植密度的增加而增加，而结实率随着种植密度的增加而降低[23]。张巍巍等[24]研究发现，水稻产量受施肥和种植密度等栽培措施影响的表现极为复杂，但总体上随着施肥量的增加而增加，而种植密度对产量的影响呈抛物线分布，种植密度过低或过高均不利于水稻产量提高，本研究结果与其相似。

种植密度和施氮量对水稻品质同样具有明显影响，增施氮肥特别是高量施用氮肥会增加稻米的垩白度，降低稻米的营养元素含量和食味品质[25]，氮肥用量和种植密度对碾米品质均有明显作用，其中氮肥的作用明显大于密度[26]。柳金来等[27]研究认为，氮肥用量与垩白米率和垩白度分别呈显著和极显著正相关，在产量因素中穗数越多精米率和整精米率越低，垩白米率和垩白度也越高；千粒重和成熟度愈高精米率和整精米率也越高，而垩白米率和垩白度则下降；水稻产量提高与品质提高表现出明显的矛盾。因此，寻找米质与产量的最佳协调点，是选育水稻新品种必须完成的工作。

本研究结果表明，桂育8号主要是通过协调最高苗数和有效穗数的关系来获得较合理的成穗率、千粒重和结实率，从而获得高产，过高的种植密度和施氮量会引起产量下降，同时，单纯追求高产会出现主要米质指标粒长、长宽比和透明度变差，导致米质整体变差。种植密度对桂育8号的最高苗数、成穗率和产量具有极显著影响，对糙米率具有显著影响；施氮量对最高苗数和产量具有极显著影响；种植密度和施氮量互作对最高苗数具有极显著影响，对千粒重具有显著影响，对产量和米质其他指标的影响均未达到显著水平。种植密度的增加虽然可以明显提高桂育8号的叶面积指数，但产量却出现先升高后降低的变化趋势，说明过高的叶面积指数不利于籽粒的干物质积累。生产上重视桂育8号的栽插密度，选择合理的叶面积指数峰值，协调好最高苗数、有效穗数和成穗率的关系，协调好产量与米质的关系，适量施用氮肥，配合有效的田间管理，才能获得产量和米质双赢的高经济效益。