灌溉模式与施氮量互作对水稻茎蘖产量形成的影响

杨丞 汪洋 张万洋 叶廷红 鲁剑巍 张赓 李小坤, 2, *

灌溉模式与施氮量互作对水稻茎蘖产量形成的影响

杨丞1汪洋1张万洋1叶廷红1鲁剑巍1张赓3李小坤1, 2, *

(1华中农业大学 资源与环境学院/农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室/华中农业大学微量元素研究中心，武汉 430070；2华中农业大学 双水双绿研究院，武汉 430070；3全国农业技术推广服务中心，北京 100125；*通信联系人，E-mail: lixiaokun@mail.hzau.edu.cn)

【】明确灌溉模式与施氮量及其互作对水稻根系形态、茎蘖产量形成的影响，以期为水稻绿色生产及水肥高效利用提供理论依据。采用大田试验的方法，以两优287为材料，设置浸润式灌溉(W1)、常规灌溉(W2)和淹水灌溉(W3)三种灌水模式，不施氮(N0，0 kg/hm2)、常规施氮(N1，165.0 kg/hm2)和高氮(N2，247.5 kg /hm2)三个氮肥用量共9个处理。在水稻关键生育期取样，测定根系形态和活力、茎蘖动态、生物量和养分含量，研究灌溉模式与施氮量及其互作对水稻生长发育、产量、氮肥利用率和品质的影响。与W2处理相比，尽管W1处理水稻成穗率平均减少9.2%，但主茎、一次分蘖和二次分蘖的产量分别增加32.7%、18.1%和33.4%，总体产量平均增加18.5%；W3处理水稻成穗率平均减少5.0%，主茎、一次分蘖和二次分蘖的产量分别平均增加9.3%、2.0%和46.4%，总体产量无显著差异。与N0处理相比，各施氮处理的水稻成穗率平均增加6.1%，主茎和一次分蘖的产量分别平均增加8.1%和92.6%，二次分蘖产量平均增加0.57 t/hm2(N0处理无二次分蘖)，总体产量平均增加88.0%。方差分析结果显示，灌溉模式与施氮量对茎蘖产量、总体产量及每穗粒数存在显著交互作用。此外，灌溉模式与施氮量对根系形态、根系活力、氮素吸收以及氮素干物质生产效率均产生了显著影响。方差分析结果显示，灌溉模式与施氮量对总根长、根体积、根尖数、根系伤流速度以及根、茎、叶、穗各器官生物量、群体生长速率等均存在显著交互作用。灌溉模式和施氮量显著影响水稻根系形态、分蘖形成及产量，且存在明显的交互作用。本试验条件下，浸润式灌溉模式下施用适量氮肥(165.0 kg/hm2)可在获得较高产量的同时提高水分和氮肥利用效率并改善稻米品质。

水稻；灌溉模式；施氮量；水氮互作；产量

水稻是我国主要的粮食作物，60%以上人口以稻米为主食[1-2]。然而，随着我国人口总量的持续增加和有效耕地面积的逐年减少，粮食安全问题日益突出。提高水稻单产，实现水稻高产稳产对保证我国社会稳定和粮食安全具有重要意义[3]。

水稻的产量受到多方面因素的影响，包括品种、光照、温度、水分和养分等。水稻品种从根本上决定水稻产量的形成，适宜的光照和温度促进水稻的高产与稳产[4-6]。水分作为介质在水稻的生理生化过程中具有重要地位，既是光合作用的原料之一，又是水稻生长过程中各种物质的溶媒，是影响水稻产量的重要因子。但随着工业、城镇及乡村生活用水的急剧增长，农业灌溉用水日益紧缺，已经严重威胁到水稻的粮食生产[7-8]。养分是影响水稻产量的另一重要因子，尤其氮素是实现水稻高产稳产最重要的营养元素[9]。同时，氮素是作物生长发育过程中必需的元素之一，水稻体内的氮素营养水平直接或间接影响光合作用，水稻对土壤中有效氮吸收量是反映其生长状况的重要指标[10-11]。此外，氮素也参与水稻气孔调节过程，可通过减少水稻叶片中脱落酸水平，维持气孔开度，提高光合速率，从而提高产量[12-13]。长期以来，氮肥的施用一直是保证我国水稻高产和稳产的重要措施，但过量氮肥的施用，不仅造成了资源的浪费和生产成本的增加，更加剧了农业面源污染的形成，造成水体富营养化等一系列不良环境效应，进而威胁到人们的用水安全[14]。

事实上，在水稻生长发育过程中，水分和养分是相互影响的。水分作为运输养分的载体，一方面促进氮素的转化，另一方面促进根系对养分的吸收；同时，氮素也是土壤水分的调节剂，影响水稻对水分的吸收，进而影响根系的生理形态结构[15-16]。但前人的研究多注重水分和氮素互作对水稻植株整体产量、品质和水氮利用效率等方面的研究，鲜有探究水分和氮素互作对茎蘖产量形成的影响。研究灌溉模式和氮肥及其互作对根系形态和活力、茎蘖产量形成的影响对水稻高产稳产、水肥资源的高效利用具有重要意义。本研究采用田间试验，通过控制灌溉和量化氮肥用量，研究灌溉模式与施氮量在水稻生长发育和产量形成过程中的互作效应，旨在保证水稻高产稳产的条件下提高水分和氮肥的利用效率，以期为水稻绿色生产和水肥资源的高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2017年在湖北省武穴市梅川镇(30°11′ N，115°59′ E)进行。供试品种为当地主要种植品种两优287，该品种于2002年参加湖北省杂交早稻协作组组织的品比试验，产量为7.63 t/hm2，米质达国标优质稻谷一级标准，需肥水平中等偏上，大田种植需加强对纹枯病和稻瘟病的防治。试验地土壤有机质27.2 g/kg，全氮1.22 g/kg，速效钾81.9 mg/kg，速效磷14.7 mg/kg，pH值为5.43。3月27日播种，5月1日移栽，6月15－18日抽穗，7月22日收获。插秧密度为34.65万穴/hm2，单株插，行株距为16.1 cm×19.1 cm。

1.2 试验设计

按灌溉模式和施氮量二因素随机区组试验，设置浸润式灌溉(W1)、常规灌溉(W2)和淹水灌溉(W3)三种灌水处理。每种灌溉方式下设置三种氮肥用量，即不施氮(N0, 0 kg/hm2, 以纯氮计)、常规施氮(N1, 165.0 kg/hm2, 以纯氮计, 当地农民习惯用量)和高氮(N2, 247.5 kg/hm2, 以纯氮计)。完全随机区组设计，共设置9个处理，每个处理4次重复，小区面积50 m2。小区间筑埂(宽30 cm, 高30 cm)，并用塑料薄膜包裹覆盖，以防止串水串肥。

浸润式灌溉于秧苗移栽成活后，田间维持湿润状态(无水层)直至水稻成熟。常规灌溉于移栽后5 d内田间保持2 cm水层确保秧苗返青成活，移栽后6－25 d田间保持1 cm水层，中期晒田至白根外露，晒田后5－7 d复水田间保持2~3 cm水层，之后保持干湿交替，收获前一周自然落干。淹水灌溉于全生育期田面一直保持3~5 cm水层，收获前一周自然落干。各处理磷钾肥用量均为(折合P2O5)90 kg/ hm2，钾肥(折合K2O)120 kg/hm2。供试肥料品种分别为尿素(含N 46%)、过磷酸钙(含P2O512%)和氯化钾(含K2O 60%)。氮肥分3次(基肥50%，蘖肥25%，穗肥25%)施用，磷肥作基肥一次性施用，钾肥分两次(基肥70%，穗肥30%)施用。全生育期严格防治病虫草害。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 茎蘖动态

各小区定点3穴，从移栽后14 d至抽穗期每隔3 d调查分蘖动态。

1.3.2 根系形态及活力

于拔节期从各小区取样3穴，每穴以水稻茎基部为中心挖取20 cm(长)×20 cm(宽)×30 cm(深)的土块，装于70目的筛网袋中，先用流水缓慢冲洗，再用农用压缩喷雾器冲至干净，取鲜根用根系扫描仪分析根系形态。

于扬花期晚18点每小区选择5穴，离根区20 cm剪断茎蘖，用脱脂棉吸收伤流液，次日早6点测定根系伤流量。根系伤流速度(g/h)=伤流量/时间。根系伤流速度反映根系活力，伤流速度越大，根系活力也越大。

1.3.3 生物量

于拔节期、抽穗期和成熟期各小区按平均茎蘖数依照1.3.2取样方法取代表性稻株8穴，分根、茎、叶、穗(抽穗以后)，置于烘箱105℃下杀青30 min，80℃下烘至恒重后，测定根系和地上部茎、叶、穗的生物量，并计算根冠比和群体生长率。

不同版本的教材在编排方程内容时，都用到了“天平”这一情境，因此，教师在教学过程中也用到了“天平”或者天平的变体“跷跷板”。这可能与天平平衡状态下两边质量相等这一特征密不可分。当数值从天平中抽象出来以后，自然就变成了左右两边相等的式子。因此，教师能很自然地突出式子两边等价这一属性。延拓开来，就是在列方程过程中，需要找到这样一种特殊的数量关系（等量关系）。那么，这是方程的本质吗？

1.3.4 植株吸氮量的测定

取1.3.3中烘干后成熟期的水稻植株，按秸秆和籽粒分开直接粉碎。采用浓H2SO4-H2O2消煮，凯氏定氮法测定全氮量[17]。

1.3.5 考种与计产

成熟期于各小区内划定5 m2区域作为测产区，田间收割后脱粒、风干、风选测定实产。在测产前一天，各小区于取样区随机取8穴具有代表性的水稻植株风干考种，测定有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重；同时，另随机选取8穴具有代表性的水稻植株，按主茎、一次分蘖和二次分蘖分别剪下穗子，人工脱粒、风干、风选后分别测定产量。

1.3.6 稻米品质

测定前各处理统一用NP-4350型风选机等风量风选。同一处理的3个重复样品混匀后测定糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、糊化温度、胶稠度等品质性状，测定方法参照中华人民共和国国家标准《GB/T1789－1999优质稻谷》；精米中直链淀粉含量用FOSS-TECATOR公司生产的近红外谷物分析仪(Infratec 1241 grain analyzer)测定。

1.4 数据处理

采用以下公式计算相关参数：

根冠比=根系干质量/地上部干质量；

成穗率(%)=有效穗数/最大茎蘖数×100；

氮素干物质生产效率(nitrogen dry matter production efficiency，NDMPE，kg/kg)=单位面积植株干物质量/单位面积植株氮素积累总量；

氮素籽粒生产效率(nitrogen grain production efficiency，NGPE，kg/kg)=单位面积水稻籽粒产量/单位面积植株氮素积累量；

氮素收获指数(N harvest index，NHI，%)=成熟期植株穗部氮积累量/植株氮素积累总量×100；

群体生长速率(g·m−2d−1)=(2−1)/(2−1)，式中1和2为前后两次测定的地上部干物质量(g·m−2)，1和2为前后测定的时间(d)；

采用Microsoft Excel和SPSS 22.0统计软件分析试验数据，采用Duncan(＜0.05)多重检验进行均值比较，用Origin 2017软件绘图。

2 结果与分析

2.1 灌溉模式与施氮量互作对水稻根系形态与根系活力的影响

不同灌溉模式和施氮量处理的水稻根系形态指标如表1所示。可以看出，不同灌溉模式处理下水稻总根长、根体积、根尖数和平均根直径存在显著差异。与常规灌溉(W2)处理相比，浸润式灌溉(W1)处理水稻总根长、根表面积和根尖数分别减少12.2%、7.4%和19.7%，根体积和平均根直径分别增加19.9%和23.3%；淹水灌溉(W3)处理水稻总根长和平均根直径分别增加12.5%和16.8%，根表面积、根体积和根尖数无显著差异。与不施氮(N0)处理相比，各施氮处理水稻总根长、根表面积、根体积、根尖数和平均根直径分别平均增加42.2%、89.6%、80.4%、70.0%和115.9%，施氮可以显著促进根系的生长发育。方差分析结果显示，灌溉模式与施氮量对水稻总根长、根体积和根尖数存在显著交互作用。

灌溉模式和施氮量均显著影响水稻的根系伤流速度(图1)。不同灌溉模式处理下，水稻的平均根系伤流速度表现为W1＞W2＞W3，说明浸润式灌溉模式下水稻根系活力大、吸水能力强。不同施氮量处理水稻的根系伤流速度表现为N2＞N1＞N0，说明施氮可以提高根系活力，增强根系吸水能力。方差分析结果显示，灌溉模式与施氮量对水稻根系伤流速度存在显著交互作用。施氮显著提高了水稻根系伤流速度，且W1N1处理根系伤流速度最大。说明灌溉模式与施氮量的互作可调节水稻根系伤流速度，影响根系活力。

图中数值为平均值±标准差(n=3)；柱上标以不同小写字母表示在0.05水平差异显著(Duncan)。*，**分别表示在0.05和0.01水平上互作显著。下同。

2.2 灌溉模式与施氮量互作对不同生育时期水稻生物量及群体生长率的影响

灌溉模式和施氮量均显著影响水稻主要生育时期根、茎、穗各器官的生物量(表2)。拔节期时，与W2处理相比，W1处理水稻根系生物量无显著变化，地上部生物量增加35.7%，其中茎和叶的生物量分别增加36.8%和33.3%；W3处理水稻根系生物量和地上部生物量分别增加6.0%和9.5%，其中，茎和叶的生物量均增加9.6%。根、茎、叶各器官的生物量随施氮量的增加而增加，与N0处理相比，各施氮处理水稻根系生物量和地上部生物量分别平均增加200.7%和169.0%，其中，茎和叶的生物量分别平均增加141.8%和219.4%。抽穗期时，与W2处理相比，W1处理水稻根系生物量平均减少12.2%，地上部生物量无显著差异；W3处理水稻根系生物量和地上部生物量分别平均减少21.0%和18.3%，其中茎、叶、穗的生物量分别平均减少19.8%、11.2%、21.0%。与N0处理相比，各施氮处理水稻根系生物量和地上部生物量分别平均增加102.4%和108.4%，其中茎、叶、穗的生物量分别平均增加91.4%、191.9%、84.1%。方差分析结果显示，灌溉模式与施氮量对水稻根、茎、叶、穗各器官生物量存在显著交互作用。

表1 灌溉模式与施氮量互作对水稻根系形态的影响

W1－浸润式灌溉；W2－常规灌溉；W3－淹水灌溉；N0－不施氮肥；N1－165.0 kg/hm2；N2－247.5 kg/hm2。表中数值为平均值±标准差（=3）；同列标以不同字母表示在0.05水平上差异显著（Duncan）。*，**分别表示在0.05和0.01水平上互作显著。下同。

W1, Immersion irrigation; W2, Conventional irrigation; W3, Submerged irrigation; N0, 0 kg/hm2; N1, 165.0 kg/hm2; N2, 247.5 kg/hm2. TRL, Total root length; TRSA, Total root surface area; TRV, Total root volume; TRN, Number of root tips; ARD, Average root diameter. Values are Mean±SD(=3); values within a column followed by different letters are significantly different at<0.05(Duncan).*Significant interaction at<0.05;**Significant interaction at<0.01. The same as below.

表2 灌溉模式与施氮量互作对水稻不同生育时期生物量的影响

灌溉模式和施氮量对水稻主要生育时期群体生长率的影响均达到显著水平(图2)。拔节期至抽穗期时，不同灌溉模式处理水稻的平均群体生长率表现为W2＞W1＞W3；不同施氮量处理水稻的平均群体生长率表现为N1＞N2＞N0，说明施用适量氮肥更有利于水稻的生长发育。抽穗期至成熟期时，不同灌溉模式处理水稻的平均群体生长率表现为W3＞W1＞W2，不同施氮量处理水稻的平均群体生长率表现为N2＞N1＞N0。由此可见，不同生育时期，水稻的生长对灌溉模式和施氮量的反应均是存在一定差异的。方差分析结果显示，灌溉模式与施氮量对水稻群体生长率存在显著交互作用。

2.3 灌溉模式与施氮量互作对茎蘖增长及茎蘖产量构成的影响

移栽到抽穗期间，水稻的茎蘖数随生育进程呈先增加后逐步稳定的趋势，浸润式灌溉(W1)处理到达分蘖盛期时间较常规灌溉(W2)处理和淹水灌溉(W3)处理早3～9 d(图3)。灌溉模式和施氮量均显著影响水稻最大茎蘖数，不同灌溉模式处理水稻最大茎蘖数表现为W1＞W2＞W3；施氮量越大，最大茎蘖数越大。方差分析结果显示，灌溉模式与施氮量对水稻最大茎蘖数不存在显著交互作用。

图2 灌溉模式与施氮量互作对水稻群体生长率的影响

图3 灌溉模式与施氮量互作对茎蘖增长动态的影响

灌溉模式和施氮量对水稻成穗率、一次分蘖产量和二次分蘖产量的影响均达到显著水平(表3)。与W2处理相比，W1处理水稻成穗率平均减少9.2%，但主茎、一次分蘖和二次分蘖的产量分别平均增加32.7%、18.1%和33.4%；W3处理水稻成穗率平均减少5.0%，主茎、一次分蘖和二次分蘖的产量分别平均增加9.3%、2.0%和46.4%。各施氮处理水稻产量的增加主要体现在一次分蘖和二次分蘖产量的显著增加。与N0处理相比，各施氮处理的水稻成穗率平均增加6.1%，主茎和一次分蘖的产量分别平均增加8.1%和92.6%，二次分蘖产量平均增加0.57 t/hm2(N0处理无二次分蘖)。随着施氮量的提高，同一灌溉模式处理主茎的产量贡献率显著下降。方差分析结果显示，灌溉模式与施氮量对水稻茎蘖产量构成存在显著交互作用。

2.4 灌溉模式与施氮量互作对水稻产量及产量构成因素的影响

灌溉模式和施氮量对水稻产量的影响均达到显著水平(表4)。与W2处理相比，W1处理水稻产量平均增加18.5%，W3处理水稻产量无显著差异。与N0处理相比，各施氮处理的水稻产量均显著增加，平均增幅达88.0%。灌溉模式和施氮量均显著影响有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重(表4)。与W2处理相比，W1处理有效穗数和千粒重无显著差异，每穗粒数和结实率分别增加13.4%和4.2%；W3处理有效穗数增加6.8%，每穗粒数、结实率和千粒重无显著差异。与N0处理相比，各施氮处理的有效穗数和每穗粒数分别增加68.5%和17.1%，结实率和千粒重分别减少3.4%和4.3%。方差分析结果显示，灌溉模式与施氮量对水稻产量及每穗粒数存在显著交互作用。

表3 灌溉模式与施氮量互作对茎蘖产量构成的影响

MS, Main stem; PT, Primary tiller; ST, Secondary tiller.

表4 灌溉模式与施氮量互作对水稻产量及其构成因素的影响

2.5 灌溉模式与施氮量互作对氮肥利用率的影响

灌溉模式和施氮量对水稻秸秆吸氮量、籽粒吸氮量和氮素干物质生产效率的影响均达到显著水平(表5)。与W2处理相比，W1处理秸秆吸氮量、籽粒吸氮量和氮素干物质生产效率分别增加26.9%、14.7%和5.1%，氮素籽粒生产效率和氮收获指数无显著差异；W3处理秸秆吸氮量和籽粒吸氮量分别增加3.0%和5.2%，氮素干物质生产效率、氮素籽粒生产效率和氮收获指数无显著差异。施氮显著提高了水稻秸秆吸氮量和籽粒吸氮量。与N0处理相比，各施氮处理的水稻秸秆吸氮量、籽粒吸氮量和氮收获指数分别增加89.7%、121.0%和8.0%，氮素干物质生产效率和氮素籽粒生产效率分别减少16.3%和8.6%。方差分析结果显示，灌溉模式与施氮量对水稻秸秆吸氮量、籽粒吸氮量、氮素干物质生产效率、氮素籽粒生产效率和氮收获指数存在显著交互作用。

2.6 灌溉模式与施氮量互作对稻米品质的影响

不同灌溉模式和施氮量对稻米品质影响如表6所示。可以看出，与W2处理相比，W1处理精米率和整精米率分别增加2.3%和2.1%，垩白粒率、垩白度和胶稠度分别减少11.0%、6.3%和2.8%；W3处理精米率和垩白度分别增加1.1%和2.0%，胶稠度减少4.2%。与N0处理相比，各施氮处理的糙米率增加1.7%，垩白粒率和垩白度分别平均减少11.1%和5.5%。N2处理和N1处理间相比稻米品质则无明显差异。

表5 灌溉模式与施氮量互作对水稻氮肥利用率的影响

NUs, N uptake of straw; NUg, N uptake of grains; NDMPE, N dry matter production efficiency; NGPE, N grain production efficiency, NHI, N harvest index.

表6 灌溉模式与施氮量互作对稻米品质的影响

BR, Brown rice rate; MR, Milled rice rate; HMR, Head milled rice rate; CR, Chalkiness rate; CD, Chalkiness degree; PT, Pasting temperature; GC, Gel consistency; AC, Amylose content.

3 讨论

3.1 灌溉模式与施氮量互作对水稻生长的影响

根系与养分吸收利用、地上部生长发育和产量都有着密切的关系。本研究发现，灌溉模式与施氮量对水稻总根长、根体积、根尖数和根干质量存在显著交互作用，增施氮肥显著增加了水稻根体积、根尖数和根干质量，促进了根系的生长发育，增加了水稻主要生育时期生物量的积累，从而达到增产的目的。此外，根系活力被认为是水稻根系重要的生理指标，直接影响水稻植株对水分与氮素的吸收与利用、地上部生长发育和产量形成。在本研究结果中，浸润式灌溉下的水稻根系伤流速度较常规灌溉和淹水灌溉要高，说明其根系活力更大。其中，浸润式灌溉模式下施用适量氮肥(165.0 kg/hm2)的根系伤流速度最大，根系活力的增强提高了根系吸收水分、养分的能力，可以为地上部生长提供更多的养分，进而促进植株对氮素的吸收与利用和地上部生物量的增加，提高了植株的氮素积累量与拔节期的群体生长速率。同时，水稻产量是生物量与收获指数互作的结果。本研究结果表明，拔节期时灌溉模式与施氮量仅对水稻根系和叶片的生物量存在显著交互作用，而抽穗期时对根、茎、叶、穗的生物量均存在显著交互作用。这与赵建红等[18]认为灌溉模式与氮肥运筹对水稻各时期生物量存在显著和极显著交互作用以及Cabangon等[19]认为水分管理与施氮量对水稻生物量不存在显著交互作用所得出的结论不同。究其原因，可能是水稻在进入生殖生长期前，仍以根系生长为主，在进入生殖生长期后，地上部干物质大量积累。

3.2 灌溉模式与施氮量互作对水稻茎蘖产量形成的影响

国内外关于水氮互作影响水稻产量的研究较多，但关于水分管理和施氮量互作对水稻产量的影响仍存在争议。孙永健等[20-21]通过对不同水肥结合条件下水稻产量及氮肥利用效率的研究认为，不同的氮肥运筹调控结合适当的灌溉措施可以明显提高水稻的产量；而杨建昌等[22]认为在缺水条件下，作物的水分胁迫在高氮下会加重，不利于产量的增加；Sharma等[23]认为在土壤水分亏缺时施氮可促进作物对深层土壤水分的利用而增加产量。水分与氮肥互作能否增产的一个重要方面在于能否协调好茎蘖产量的形成。施氮促进了分蘖且提高了分蘖的产量，而浸润式灌溉下水分供应不足降低了水稻的成穗率。在本研究中，浸润式灌溉下施用适量氮肥(165.0 kg/hm2)水稻植株的主茎产量显著高于常规灌溉和淹水灌溉，一次分蘖产量也高于浸润式灌溉下的其他施氮处理；灌溉模式与施氮量互作对水稻产量的增加主要体现在分蘖产量的增加，主茎产量占水稻植株产量的比例随氮肥的施用不断下降，一次分蘖产量占水稻植株产量的比例无显著差异，说明氮肥主要通过降低水稻植株主茎产量贡献率的同时增加二次分蘖产量贡献率来协调水稻植株整体产量的增加。本研究表明，灌溉模式与施氮量对水稻产量存在显著交互作用，合理的灌溉模式与施氮量互作能够提高水稻产量，有效穗数和每穗粒数的显著增加是浸润式灌溉模式下施用适量氮肥(165.0 kg/hm2)处理具有较高产量的重要缘由之一。在产量构成因子中，已有研究表明[24-26]，在一定范围内，随着施氮量的增加，有效穗数和每穗粒数增加，且氮肥的效应要大于灌水的效应。

3.3 灌溉模式与施氮量互作对水肥利用效率和稻米品质的影响

褚光等[27-28]认为长期淹水灌溉下，水稻根系活力较弱，对水肥的吸收能力差，而适度的土壤水分亏缺灌溉有利于促进根系发育，能够提高水肥利用效率。徐国伟等[29]认为施氮量与灌溉模式在一定程度上对水稻的水肥利用效率有明显的协同作用。与常规灌溉相比，浸润式灌溉通过控制田间无水层，减少了稻田灌溉用水，在具备较高的水稻产量同时，大幅度提高了水分利用效率；同时，增施氮肥显著提高了根系伤流速度，增强了根系活力与水分吸收能力。但在本研究中，对各灌溉模式下的灌水量尚未进行具体统计分析，对于科学评估灌溉模式与施氮量互作对水稻水分利用效率的影响仍有待进一步深入。水氮互作对水稻氮素的吸收存在显著交互作用。本研究结果验证了这一点，灌溉模式与施氮量对水稻氮肥利用率存在显著交互作用。常规灌溉模式下，晒田加速了硝态氮的反硝化过程，加剧了氮肥的损失，因而氮肥利用率较低。浸润式灌溉模式下施用适量氮肥(165.0 kg/hm2)，通过灌溉模式与施氮量互作能够加速氮肥的溶解并提高根系养分吸收能力，促进氮素向水稻根际土壤移动，从而提高氮肥利用率。此外，大部分研究表明灌溉模式与施氮量对稻米品质存在显著交互作用[30-31]。相较于常规灌溉和淹水灌溉，浸润式灌溉提高了稻米糙米率、精米率和整精米率，同时降低了稻米垩白粒率和垩白度，提高了稻米外观品质和加工品质。施用氮肥也可以改善稻米加工品质和外观品质，但常规施氮处理与高氮处理相比稻米品质无明显差异。

4 结论

灌溉模式与施氮量通过调控水稻根系形态和分蘖形成影响地上部生物量和植株氮素的积累，进而影响水稻产量的形成。其中，灌溉模式主要通过影响水稻的成穗率与结实率，进而影响产量的形成；而施氮主要通过增加分蘖数使有效穗数显著提高，显著增加一次分蘖和二次分蘖的产量，进而提高水稻产量。灌溉模式与施氮量对水稻根系形态与活力、生物量、群体生长率、茎蘖产量构成、产量及氮肥利用率存在显著交互作用。从水肥高效利用的角度综合考虑，浸润式灌溉模式下施用适量氮肥(165.0 kg/hm2)可在保证较高的水稻产量前提下，提高水分和氮肥利用效率，改善稻米品质，具有较好的推广应用前景。

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Effects of Interaction Between Irrigation Mode and Nitrogen Application Rate on the Yield Formation of Main Stem and Tillers of Rice

YANG Cheng1, WANG Yang1, ZHANG Wanyang1, YE Tinghong1, LU Jianwei1,ZHANG Geng3,LI Xiaokun1, 2, *

(,(),,,,;,,,; National Agricultural Technology Extension Service Center,,;,:)

【】 The effects of the interaction between irrigation mode and nitrogen application rate on root morphology, yield formation of main stem and tillers were studied in order to lay a theoretical basis for green rice production and efficient use of water and fertilizer.【】Using the cultivar Liangyou 287 as the material, nine treatments were designed using the combinations of three irrigation modes (immersion irrigation, conventional irrigation, and submerged irrigation, abbreviated as W1, W2, and W3) and three nitrogen fertilizer rates (0, 165.0, and 247.5 kg/hm2, abbreviated as N0, N1, and N2). Sampling was conducted at key growth stages of rice to determine root morphology and vitality, tiller dynamics, biomass and nutrient content, and to study the effects of irrigation mode and nitrogen application rate and their interaction on rice growth and development, grain yield, nitrogen fertilizer use efficiency and rice quality.【】Compared with W2 treatment, although the productive tiller percentage of rice under W1 treatment was reduced by 9.2% on average, the yield of main stem, primary tillers and secondary tillers increased by 32.7%, 18.1% and 33.4%, respectively. The total yield increased by 18.5% on average. The productive tiller percentage of rice under W3 decreased by 5.0% on average, and the yield of main stem, primary tiller and secondary tiller increased by 9.3%, 2.0% and 46.4%, respectively as compared with W2 treatment. However, there was no significant difference in total yield between W2 and W3. Compared with the N0 treatment, the productive tiller percentage at two nitrogen application levels increased by 6.1% on average, the main stem and primary tiller yields increased by 8.1% and 92.6% on average, and the secondary tiller yield increased by 0.57 t/hm2on average (N0 secondary tiller emerged in the N0 treatment), the total yield increased by 88.0% on average. The results of analysis of variance showed that there was a significant interaction between irrigation mode and nitrogen application rate on the yield of main stem and tillers, total yield and number of spikelets per panicle. In addition, irrigation mode and nitrogen application rate have significant effects on root morphology, root vitality, nitrogen uptake and nitrogen dry matter production efficiency. The results of analysis of variance showed that there were significant interactions between irrigation mode and nitrogen application rate on total root length, root volume, number of root tips, root bleeding rate, root biomass, crop growth rate, and so on.【】Irrigation mode and nitrogen application rate significantly affect rice root morphology, tiller formation and yield, and there is a clear interaction. Under the experimental conditions, the appropriate application level of nitrogen fertilizer (165.0 kg/hm2) in the immersion irrigation mode can increase the water and nitrogen fertilizer use efficiency and improve rice quality while obtaining higher yield.

rice; irrigation mode; nitrogen application rate; interaction between irrigation mode and nitrogen application rate; yield

10.16819/j.1001-7216.2021.0519

2020-05-29；

2020-12-07。

国家重点研发计划资助项目（2017YFD0200108）；湖北省水稻“三优”科技创新行动项目；中央高校基本科研业务费专项（2662018YJ026）。