不同株型杂交籼稻对氮肥的耐受性差异比较

杨志远 舒川海 张荣萍 杨国涛 王明田 秦 俭 孙永健 马 均 李 娜,*

不同株型杂交籼稻对氮肥的耐受性差异比较

杨志远1舒川海1张荣萍2杨国涛2王明田3秦 俭4孙永健1马 均1李 娜1,*

1四川农业大学水稻研究所/ 作物生理生态及栽培四川省重点实验室,四川成都 611130;2西南科技大学生命科学与工程学院, 四川绵阳 621010;3四川省气象局, 四川成都 610072;4四川省农业科学院水稻高粱研究所, 四川德阳 618000

本研究通过3个大田裂区试验探究紧凑型杂交籼稻(compact hybrid rice, CHR)和松散型杂交籼稻(loose hybrid rice, LHR)品种对氮肥的耐受性差异。试验于2016—2018年在四川绵阳和成都实施, 主区为2个不同类型水稻品种各2个: 紧凑型杂交稻(CHR)隆两优1206和Y两优1号、松散型杂交稻(LHR)宜香优2115和F优498, 副区为4个施氮量: 0 (N0)、90 (N90)、150 (N150)和210 (N210)。结果表明, CHR对高氮耐受性优于LHR, 施氮量≤150 kg hm–2时, LHR产量高于CHR, 施氮量达到210 kg hm–2时, CHR单穗重优势升至14.46%, 而有效穗劣势降至12.46%, 产量较LHR高1.43%。偏最小二乘回归分析显示, 高峰苗、拔节至抽穗期生长速率、叶面积指数(leaf area index, LAI)及表征叶片伸展程度的消光系数(值)对CHR和LHR产量贡献均为正向, 成穗率和抽穗期有效穗占比对产量贡献为负, 对氮肥农学利用率的影响则相反; 除值外, 其余指标对产量贡献相近, 氮肥农学利用率亦如此。N0和N90条件下, CHR的LAI和值均小于LHR, 光能截获率亦低于LHR; 施氮量由150 kg hm–2增长至210 kg hm–2, CHR的值显著提高, 而LHR几乎无变化, 最终CHR抽穗期光能截获率超越LHR, 表明紧凑型杂交稻叶片伸展对高氮响应灵敏。

水稻; 紧凑型杂交稻; 松散型杂交稻; 施氮量; 耐肥性

氮是影响水稻产量的主要因素, 氮肥管理优化是我国水稻栽培领域实现高产的重要途径。伴随着水稻产量的不断突破, 化学氮肥的投入量越来越大, 生产效益下滑和氮面源污染加剧成为横亘在我国水稻生产面前的巨大障碍。化肥减施无论从研究角度还是政策层面都已经成为当前水稻生产的主要任务[1-2]。化肥减施需要“因材施教”, 前人针对水稻品种间氮素吸收利用的基因型差异已经进行了较多的研究, 包括不同生育期类型、不同库容量类型及不同穗重型等, 围绕水稻氮效率进行了深入剖析[3-6], 为水稻生产氮肥减施提供了诸多有益借鉴, 但这一指标也存在一定的弊端, 即氮效率不能直接作为氮肥减施的依据。目前普遍研究认为, 随着稻田施氮量提高, 报酬递减规律愈发明显, 氮肥利用效率呈下降趋势, 如何从中选择适宜的施氮量, 进而推导出减氮潜力是个仁者见仁智者见智的命题, 这一定程度上弱化了水稻氮效率基因型差异在化肥减施中的实际指导价值。耐肥性是一个高度契合生产实际的概念[7], 耐肥性好的水稻品种在高施氮量下可以取得较高的产量, 减氮潜力小, 而耐肥性差的品种低氮条件下增产效果好, 减氮潜力大, 可见耐肥性差异具有成为氮肥减施研究关键指标的潜力。四川盆地作为我国典型的光温资源匮乏稻作区, 产量潜力较小, 稻田施氮量一直处于较低水平[8], 近些年, 株型较紧凑的杂交稻在当地大规模推广应用, 与常见的松散型杂交稻相比, 前者氮肥投入多和产量高的特点均较突出。笔者观察和生产调查显示: 与松散型杂交稻相比, 紧凑型杂交稻叶片短窄挺立, 寡日高湿的盆地条件下适度密植不易引起倒伏和病虫害, 且更易高氮高产, 深受新型农业生产主体欢迎。目前关于2种类型品种耐肥性差异的公开报道较少, 导致生产中紧凑型和松散型杂交稻氮肥管理不当, 整体推高了该地区稻田氮肥投入量, 阻碍了氮肥减施工作的开展。本研究将以四川盆地广泛种植的株型紧凑性和松散型杂交籼稻为研究对象, 依据生产实际设置不同的施氮量, 探究二者对氮肥的耐受性差异, 并定位造成这种差异的重要形态指标, 为紧凑型和松散型杂交稻在生产上的差异性氮肥管理提供部分理论支撑和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地点

本研究于2016年在四川省绵阳市涪城区西南科技大学试验农场(31°32¢N, 104°41¢E)进行, 2017—2018年在四川省成都市温江区四川农业大学水稻研究所试验农场(30°43¢N, 103°47¢E)内进行完全重复试验。前者地处川中丘岭, 属亚热带湿润季风气候, 伏旱频发, 但光温资源较优; 后者位于成都平原, 属亚热带湿润季风性气候, 雨量充沛, 但光温资源较差。3年水稻季气象数据均来自四川省气象局(表1)。2016年试验前茬为小麦, 土壤质地为黏壤土, 4月27日播种, 5月24日移栽, 9月27日收获; 2017年试验前茬为油菜, 土壤质地为沙壤土, 4月4日播种, 5月8日移栽, 9月11日收获; 2018年试验前茬为小麦, 土壤质地为沙壤土, 4月9日播种, 5月13日移栽, 9月12日收获。试验田块耕层土壤养分含量见表2。

表1 2个试验点水稻生长期间气象条件

WGS: whole growth stage.

表2 2016–2018年耕层土壤养分含量表

1.2 供试材料

以四川水稻生产上应用广泛且株型差异较大的杂交籼稻品种为供试材料。4个试验品种中, Y两优1号和隆两优1206株型较紧凑, 本研究中作为紧凑型品种; 与之相比, F优498和宜香优2115株型则相对松散, 本研究中作为松散型品种。Y两优1号和F优498属西南稻区大面积种植的高产型品种, 二者产量及氮肥农学利用率均较高, 且彼此差异不显著,近年来应用面积迅速扩大的隆两优1206和宜香优2115是产量和品质兼顾型品种, 二者产量和氮肥农学利用率差异不显著, 但显著低于高产型品种。从上三叶形态来看, 紧凑型品种叶片长、宽及叶张角、叶基角和叶片披垂度均显著小于松散型品种, 表明常规栽培条件下紧凑型品种叶片短小挺立, 而松散型品种则叶片宽大披散。4个品种主要产量及形态指标见表3。

表3 试验品种产量及主要形态指标特征

同一列数据后不同字母表示不同处理间在5%水平差异显著。CHR: 紧凑型杂交籼稻; LHR: 松散型杂交籼稻; LLY: 隆两优1206; YLY: Y两优1号; YXY: 宜香优2115; FY: F优498。

Values within a column followed by different letters are significantly different at< 0.05 between treatments. AEN: agronomic efficiency of nitrogen. CHR: compact hybrid rice; LHR: loose hybrid rice; LLY: Longliangyou 1206; YLY: Y Liangyou 1; YXY: Yixiangyou 2115; FY: F you 498.

1.3 试验设计

3个试验处理完全一致, 均采用二因素裂区设计, 主区为2个不同类型水稻品种各2个: 紧凑型杂交籼稻隆两优1206和Y两优1号、松散型杂交籼稻宜香优2115和F优498, 副区为4个施氮量: 0(N0)、90(N90)、150(N150)和210 kg hm–2(N210), 试验共16个处理, 重复3次, 每小区面积为22.5 m2(4.5 m × 5.0 m)。3个试验移栽密度均为33.3 cm × 16.7 cm, 氮肥按基肥∶蘖肥∶促花肥∶保花肥 = 3∶3∶2∶2分别于移栽前1 d、移栽后7 d、倒4叶及倒2叶期施用, 75 kg hm–2P2O5和75 kg hm–2K2O作基肥施用, 75 kg hm–2K2O作促花肥施用。试验所用氮、磷和钾肥分别为尿素(含N 46%)、过磷酸钙(含P2O512%)和氯化钾(含K2O 60%)。试验期间进行合理的田间管理, 整个生育期没有明显的涝害、旱害和病虫草害。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 成穗率及抽穗期有效穗占比 在拔节期和抽穗期, 各小区选择长势均匀水稻15株, 记录茎蘖数, 拔节期茎蘖数视为高峰苗, 成穗率为有效穗数除以高峰苗, 拔节期有效穗占比为有效穗数除以拔节期茎蘖数。

1.4.2 拔节至抽穗期生长速率 在拔节期和抽穗期, 按平均茎蘖数每小区标记3株具有代表性稻株, 取地上部烘干后称质量, 生长速率为拔节期和抽穗期质量差除以拔节至抽穗期持续天数。

1.4.3值 在抽穗期11:00—14:00, 各处理选择长势均匀的3个点, 用线性光量子仪(LI-191)分别沿着行距方向及垂直于行距的方向, 在冠层上部30 cm及贴近地表处, 测量入射光量及群体底部透光量, 光能截获率= 100%-底部透光量 / 顶部入射光量, 代表叶片伸展程度的消光系数=-ln(光能截获率) / 叶面积指数。

1.4.4 氮肥农学利用率 在成熟期, 每小区按平均有效穗数标记并取样3株, 取地上部分烘干、称重、粉碎并过筛, 用凯氏定氮仪(FOSS-8400)测定全氮含量, 氮肥农学利用率为施氮处理与不施氮处理产量差除以施氮量。

1.4.5 考种与计产 在成熟期, 各小区按平均有效穗数取样5株, 考察穗粒结构; 剩余部分单独收割, 按实收株数计产。

1.5 数据处理

用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0进行数据统计分析, 因品种×年份和品种×施氮量×年份均不存在显著互作效应, 为突出紧凑型和松散型杂交籼稻区别, 分析时将隆两优1206和Y两优1号平均值及宜香优2115和F优498平均值作为单一处理进行分析, 用Origin 9作图。

2 结果与分析

2.1 施氮量对CHR和LHR产量及构成因素的影响

由表4可见, 产量、穗数、单穗重、齐穗期叶面积指数及值均存在显著的基因型差异, 施氮量影响显著, 且不同类型水稻与施氮量存在显著互作效应。施氮量显著影响氮肥农学利用率, 不同类型品种及品种与施氮量互作对氮肥农学利用率影响较小。不同年份间水稻产量、单穗重、穗数及齐穗期叶面积指数存在显著差异, 氮肥农学利用率及值不同年份间差异较小。品种、施氮量及品种×施氮量与年份间互作均不显著。

表4 紧凑型和松散型杂交稻产量、有效穗数、单穗重、氮肥农学利用率、LAI及K值的方差分析

V: variety; N: nitrogen application rate; Y: year; AEN: agronomic efficiency of nitrogen fertilizer.ns≥ 0.05;**< 0.01;*< 0.05.

由表5可见, 除2018年2种类型水稻品种间产量差异不显著(>0.05)外, 品种及施氮量均显著影响水稻产量、有效穗数及单穗重, 二者互作对水稻产量无显著影响。2016—2018年, LHR产量较CHR分别高4.98%、2.29%和5.08%。在4个施氮水平下, LHR的有效穗数均显著高于CHR, CHR的单穗重则均大于LHR, 2016—2018年结果规律一致。当施氮量为150 kg hm–2时, LHR有效穗数优势最大, 平均较CHR高21.31%, 当施氮量增长至210 kg hm–2时, 优势缩小为12.46%, 而CHR相对于LHR的单穗重优势随施氮量增长逐步提高, CHR单穗重在150 kg hm–2和210 kg hm–2时分别较LHR高13.32%和14.46%, 故LHR产量在施氮量不高于150 kg hm–2时有优势, 较CHR分别高8.59% (0 kg hm–2)、5.88% (90 kg hm–2)和5.78% (150 kg hm–2), 在施氮量为210 kg hm–2时, CHR产量有优势, 较LHR高1.43%。

2.2 施氮量对CHR和LHR分蘖成穗的影响

2种类型水稻不同施氮量下分蘖成穗特征见图1, LHR各个施氮量下的群体茎蘖数均高于CHR, 但CHR群体有效分蘖占总茎蘖数的比例更高。低氮条件下(N0和N90), CHR成穗率较LHR三年平均高5.16%, 中、高氮条件下(N150和N210), CHR成穗率优势缩小为2.93%。与成穗率不同, 随着施氮量提高, CHR抽穗期有效穗占比优势逐渐扩大, 低氮条件下, CHR抽穗期有效穗占比较LHR三年平均高0.82%, 中、高氮条件下, CHR成穗率优势扩大为7.14%, 表明高氮肥条件下, LHR从拔节至抽穗无效分蘖消亡缓慢, 与有效分蘖竞争养分和空间, 不利于后者分化形成大穗。

表5 施氮量对CHR和LHR产量及其构成因素的影响

同一列数据后不同字母表示不同处理间在0.05水平差异显著。

V: variety; N: nitrogen application rate. Values within a column followed by lowercase different letters are significantly different at< 0.05 between treatments.ns≥ 0.05;**< 0.01;*< 0.05.

2.3 施氮量对CHR和LHR拔节至抽穗期生长速率的影响

2种类型水稻不同施氮量下孕穗期生长速率见图2, 不施氮和90 kg hm–2施氮量条件下, LHR生长速率较CHR三年平均分别提高6.03%和2.54%, 未达到显著水平; 150 kg hm–2和210 kg hm–2施氮量条件下, CHR孕穗期生长快于LHR, 3年平均分别提高4.59%和5.75%, 除2018年的210 kg hm–2施氮量外, 其余差异均达到显著水平。表明在较高施氮量条件下CHR孕穗期生长迅速, 能够为茎蘖分化提供充足的营养物质, 利于大穗形成。

2.4 施氮量对CHR和LHR抽穗期LAI、光能截获率及K值的影响

值(消光系数)代表单位面积叶片在竖直方向的投影大小,值越大, 叶片叶基角越大, 叶片越伸展。稻株LAI、RIR及值变化见表6。LHR的LAI均高于CHR, 210 kg hm–2施氮量条件下, LHR的LAI较CHR分别高33.00% (2016)、34.36% (2017)和33.90% (2018)。LHR和CHR的RIR均随施氮量增长显著增加, 但后者增长更快, 当施氮量达到150 kg hm–2时, CHR的RIR就已经超越LHR (2017年除外), 210 kg hm–2施氮量条件下, CHR的RIR较LHR分别高1.50% (2016)、4.30% (2017)和1.01% (2018)。由于值与RIR正相关, 与LAI负相关, 故N0下LHR的值较CHR分别高8.00% (2016)、3.70% (2017)和3.80% (2018), N210下, CHR的值反而较LHR分别高25.00% (2016)、50.00% (2017)和20.69% (2018)。对比不同施氮量下CHR和LHR的值可知, 不施氮和90 kg hm–2施氮量条件LHR的叶片更加伸展, 而当施氮量增加到150 kg hm–2和210 kg hm–2时, CHR整株叶片伸展程度已经较LHR大幅提高, 这对稻株接收更多光能进行光合生产是比较有利的。

2.5 施氮量对CHR和LHR氮肥农学利用率的影响

不同施氮量条件下, 2种类型水稻农学利用率见图3。与90 kg hm–2施氮量相比, CHR和LHR在150 kg hm–2条件下的农学利用率均小幅降低, 差异未达显著水平; 210 kg hm–2条件下, CHR和LHR的农学利用率下降幅度扩大, CHR三年平均降低11.63%, 未达显著水平, LHR降低约29.28%, 降幅显著。

相邻2个柱子左侧代表拔节期, 右侧代表抽穗期。CHR: 紧凑型杂交稻; LHR: 松散型杂交稻

The left side of the two adjacent bars represents the jointing stage, and the right side represents the heading stage. CHR: compact hybrid rice; LHR: loose hybrid rice.

表6 施氮量对CHR和LHR抽穗期LAI、光能截获率及K值的影响

同一列数据后不同小写字母表示不同施肥处理间在0.05水平差异显著。

LAI: leaf area index; RIR: radiation interception rate;: light extinction coefficient; V: variety; N: nitrogen application rate. Values within a column followed by lowercase different letters are significantly different at< 0.05 among N treatments.ns≥ 0.05;**< 0.01;*< 0.05.

CHR: 紧凑型杂交稻; LHR: 松散型杂交稻。

CHR: compact hybrid rice; LHR: loose hybrid rice.ns≥ 0.05;**< 0.01;*< 0.05.

2.6 CHR和LHR形态相关指标对抽穗期光能截获率、产量及氮肥农学利用率的贡献

抽穗期光能截获率与稻株叶片LAI及值回归分析见表7。对CHR来说, LAI和值对稻株光能截获率的影响相近, LAI优势不足10%; 对LHR而言, 叶面积大小比伸展姿态对稻株光能截获能力影响更大, 较后者高约41.27%。

稻株高峰苗、成穗率、拔节至抽穗期生长速率、抽穗期有效穗占比、LAI及值互相之间关系密切, 存在共线性情况, 本研究采用偏最小二乘法分析相关指标与产量和氮肥农学利用率的关系, 既可以避免共线性干扰, 也利用偏最小二乘法多因变量的特点, 将产量和氮肥农学利用率同步考虑, 以适应耐肥性研究的要求。无论CHR还是LHR, 形态相关指标与产量建立方程的决定系数均高于氮肥农学利用率。成穗率和抽穗期有效穗占比对产量贡献为负, 其余指标为正, 对氮肥农学利用率的影响则相反, 成穗率和抽穗期有效穗占比为正, 其余指标为负。对CHR而言, 高峰苗对产量和氮肥农学利用率影响最大, 然后依次是成穗率、抽穗期有效穗占比、拔节至抽穗生长速率、值和LAI。对LHR而言, 依然是高峰苗对产量和氮肥农学利用率影响最大, 然后依次是抽穗期有效穗占比、LAI、成穗率、拔节至抽穗生长速率和值。对比CHR和LHR可见, LAI和值是排名变化较大的2个指标。对CHR来说叶面积大小和伸展姿态对产量和氮肥农学利用率发挥着几乎同等重要的作用, 虽然较其余指标稍低, 但差距较小; 对LHR而言, 叶面积大小依旧发挥重要作用, 但叶片伸展姿态对产量和氮肥农学利用率的影响急剧降低, 仅为LAI的35%左右。

相邻3列柱子上不同小写字母表示不同施氮处理间在0.05水平差异显著。CHR: 紧凑型杂交稻; LHR: 松散型杂交稻。

The three adjacent bars superscripted by lowercase different letters represent significantly different at< 0.05 among N treatments. CHR: compact hybrid rice; LHR: loose hybrid rice.

表7 抽穗期LAI和K值对光能截获率的回归方程

LAI: leaf area index;: light extinction coefficient.**< 0.01.

表8 稻株形态相关指标对产量和氮肥农学利用率的贡献比较

LAI: leaf area index;: light extinction coefficient.**< 0.01.

3 讨论

3.1 CHR和LHR产量形成对施氮量的响应

株型通过影响作物冠层辐射传输过程和冠层内水、热、气等微环境来影响作物光能利用率, 并进一步影响作物产量。株型是作物遗传基因、栽培技术和环境条件共同作用的结果[9-11]。前人研究显示与LHR相比, CHR群体随着施氮量增长冠层上部仍保持较高的透光率, 且透光率日变化大, 接受的光能可更合理的分配到冠层中、下部, 从而有利于冠层光合生产, 表现出对高氮更强的耐受潜力[10]。本研究结果与其有较多相似之处, 本研究中随着施氮量的增长, 两种类型水稻单穗重先升后降, 90 kg hm–2时最大, 随后逐步降低, 有效穗数则逐步增长。LHR在施氮量不高于150 kg hm–2时有效穗数优势较大, 可弥补其单穗重劣势, 产量仍然高于CHR。当施氮量由150 kg hm–2增长至210 kg hm–2时, LHR有效穗数增长较少, 但单穗重仍以较快速度降低, 产量提升不显著(2017年除外), 导致氮肥农学利用率显著降低。反观CHR, 当施氮量由150 kg hm–2增长至210 kg hm–2时, 有效穗数稳定增长的同时单穗重降低较缓, 产量显著增加, 且农学利用率未显著下降, 从而使CHR的产量和农学利用率反超LHR, 表明CHR对高氮的耐受性优于LHR。

前人研究认为有效穗数在几乎所有稻作区都与产量显著正相关, 当环境条件较优越时, 单穗重对产量的影响增大[12-13], 故本研究分析CHR和LHR产量形成对施氮量的响应时亦从有效穗和单穗重入手。随着施氮量提高, 有效穗增长, 单穗重减小, 均呈单向模式, 未出现明显拐点。最高产量和最低氮肥农学利用率均出现在有效穗最多和单穗重最小的N210处理下, 显然有效穗成为影响产量和氮肥农学利用率的首要因素。有效穗受高峰苗及成穗率双向约束, 由于光温资源限制, 水稻单位面积有效穗数不能无限增多, 特别是寡日高湿的四川盆地稻区, 有效穗数量受限更大, 低于全国其他稻区[14]。随着施氮量提高, 高峰苗数量迅速增加, 光热资源的限制导致成穗率不断降低, 但高峰苗的增长不仅填补了成穗率降低造成的有效穗减少, 还较大幅度提高了有效穗数量, 表现为高峰苗对有效穗数量的促进作用大于成穗率降低的负面效应, 高峰苗对产量贡献为正向作用, 成穗率为负向作用。

适宜穗数基础上的高成穗率是水稻高产的重要标志[15-16]。本研究中CHR和LHR单独分析时由于施氮量增长对产量表现为单向促进作用, 有效穗作用凸显, 故受制于高峰苗的成穗率表现出与产量的负相关关系, 与成穗率密切相关的抽穗期有效穗占比亦表现相似的规律, 但将CHR成穗率和抽穗期有效穗占比与LHR交叉对比可以发现二者与产量的关系较为复杂。在高峰苗数量较少的N0和N90处理下, CHR成穗率优势平均为5.16%, 抽穗期有效穗占比优势降为0.82%, 显然CHR拔节至抽穗期无效分蘖消亡速度较慢, 与有效茎蘖竞争空间和营养, 不利于大穗形成, 可见低氮条件下CHR不仅有效穗数量少, 而且大穗形成亦无生理基础支撑, 产量形成居于劣势成为必然; 在高峰苗较多的N150和N210处理下, CHR无效分蘖占比低且消亡快, 推动拔节至抽穗期生长速率反超LHR, 对大穗形成提供较多营养物质[17], 这构成了CHR单穗重量在有效穗大幅增加前提下仍不剧烈减少的重要保障, 也进一步促进CHR的显著增产, 最终表现出对高氮的耐受性。

由于氮肥农学利用率与产量呈相反的变化趋势,故对产量负向影响的指标对氮肥农学利用率均为正向影响, 成穗率及抽穗期有效穗占比高的处理无效分蘖数量少, 消亡时浪费的光合产物较少, 对氮肥农学利用率发挥正向作用是合理的。

3.2 施氮量影响杂交稻叶片K值

本研究中高峰苗、成穗率、抽穗期有效穗占比及拔节至抽穗期生长速率对产量及氮肥农学利用率的影响在CHR和LHR间较稳定, 表明本研究条件下品种类型与施氮量互作未对这些指标产生显著影响, 凸显了这类指标的稳定性。稻株LAI和值则对氮素变化较为敏感, 与前人研究结果相近[18-19]。对CHR而言, LAI和值对抽穗期群体光能截获的贡献相当, 但对LHR来说,值对光能截获的贡献较LAI有较大差距。由于群体光能截获越多越有利于增产, 故LAI和值对产量的影响和对光能截获的影响规律一致但程度更深, CHR叶片伸展程度对产量贡献高于叶面积, 而LHR仅叶面积对产量有显著作用, 叶片伸展程度影响微弱。水稻叶片挺立有利于降低值, 允许水稻下部叶片接受更多光辐射, 在光温资源优越地区叶片挺立的CHR净同化速率高, 较LHR产量优势显著[20-22]。本研究中CHR亦比LHR叶片值低, 与前人结论一致, 但CHR叶片伸展程度对施氮量的响应更加积极。在低施氮量条件下, LHR比CHR叶片整体更加伸展, 有利于截获更多光能, 随着施氮量提高, CHR叶面积增大不显著, 但叶片伸展程度显著提高, 而LHR仅叶面积显著增大, 叶片姿态几乎未作出响应, 导致CHR光能截获率超越LHR, 这也极可能是CHR高氮条件下单穗重量不剧烈减少的重要原因, 对CHR耐高氮发挥积极作用。

本研究中, 0~210 kg hm–2施氮量范围内未出现CHR和LHR的产量拐点, 且高峰苗、成穗率及抽穗期有效穗占比等指标均随施氮量变化呈现单向变化趋势, 对产量和氮肥农学利用率的影响相反且在LHR和CHR下表现一致, 仅叶片伸展程度值对氮肥变化反应灵敏, 在CHR和LHR下表现出较大差异。若施氮量范围进一步扩大至相关指标出现拐点, 则研究结果可能会出现差异, 这也是本研究需要进一步探索的方向。

4 结论

施氮量不高于150 kg hm–2时, LHR产量高于CHR, 施氮量达到210 kg hm–2时, CHR单穗重优势升至14.46%, 而有效穗劣势降至12.46%, 产量较LHR高1.43%。高峰苗、成穗率、拔节至抽穗期生长速率、抽穗期有效穗占比、LAI对产量和氮肥农学利用率的贡献差异较小; 成穗率和抽穗期有效穗占比对产量贡献为负, 其余指标为正, 对氮肥农学利用率的影响则相反。CHR的值对产量和氮肥农学利用率贡献较大, LHR的值则影响微弱。

[1] 王杰飞, 朱潇, 沈健林, 曾冠军, 王娟, 吴金水, 李勇. 亚热带稻区大气氨/铵态氮污染特征及干湿沉降. 环境科学, 2017, 38: 2264–2272. Wang J F, Zhu X, Shen J L, Zeng G J, Wang J, Wu J S, Li Y. Atmospheric ammonia/ammonium-nitrogen concentrations and wet and dry deposition rates in a double rice region in subtropical China., 2017, 38: 2264–2272 (in Chinese with English abstract).

[2] Wang J, Fu P, Wang F, Fahad S, Mohapatra P K, Chen Y T, Zhang C D, Peng S B, Cui K H, Nie L X, Huang J L. Optimizing nitrogen management to balance rice yield and environmental risk in the Yangtze River’s middle reaches., 2019, 26: 4901–4912.

[3] 朴钟泽, 韩龙植, 高熙宗. 水稻不同基因型氮素利用效率差异. 中国水稻科学, 2003, 17: 233–238. Piao Z Z, Han L Z, Koh H J. Variations of nitrogen use efficiency by rice genotype., 2003, 17: 233–238 (in Chinese with English abstract).

[4] 殷春渊, 张庆, 魏海燕, 张洪程, 戴其根, 霍中洋, 许轲, 马群, 杭杰, 张胜飞. 不同产量类型水稻基因型氮素吸收、利用效率的差异. 中国农业科学, 2010, 43: 39–50. Yin C Y, Zhang Q, Wei H Y, Zhang H C, Dai Q G, Huo Z Y, Xu K, Ma Q, Hang J, Zhang S F. Differences in nitrogen absorption and use efficiency in rice genotypes with different yield performance., 2010, 43: 39–50 (in Chinese with English abstract).

[5] 董桂春, 王熠, 于小凤, 周娟, 彭斌, 李进前, 田昊, 张燕, 袁秋梅, 王余龙. 不同生育期水稻品种氮素吸收利用的差异. 中国农业科学, 2011, 44: 4570–4582. Dong G C, Wang Y, Yu X F, Zhou J, Peng B, Li J Q, Tian H, Zhang Y, Yuan Q M, Wang Y L. Differences of nitrogen uptake and utilization of conventional rice varieties with different growth duration., 2011, 44: 4570–4582 (in Chinese with English abstract).

[6] 秦俭, 杨志远, 孙永健, 徐徽, 马均. 不同穗型杂交籼稻物质积累、氮素吸收利用和产量的差异比较. 中国水稻科学, 2014, 28: 514–522. Qin J, Yang Z Y, Sun Y J, Xu H, Ma J. Differential comparison of assimilation products accumulation, nitrogen uptake and utilization and grain yield of hybridrice cultivars with different panicle type., 2014, 28: 514–522 (in Chinese with English abstract).

[7] 郭小红, 王兴才, 孟田, 张惠君, 敖雪, 王海英, 谢甫绨. 中国辽宁省和美国俄亥俄州育成大豆品种形态、产量和品质性状的比较研究. 中国农业科学, 2015, 48: 4240–4253. Guo X H, Wang X C, Meng T, Zhang H J, Ao X, Wang H Y, Xie F T. Comparison on morphological, yield, and quality traits of soybean cultivars developed in different years from Liaoning and Ohio., 2015, 48: 4240–4253 (in Chinese with English abstract).

[8] Van Wart J, Kersebaum K C, Peng S B, Milner M, Cassman K G. Estimating crop yield potential at regional to national scales.,2013, 143: 34–43.

[9] 林洪鑫, 潘晓华, 石庆华, 彭春瑞, 吴建富. 栽插密度与施氮量对双季稻上部三叶叶长和叶角的影响. 作物学报, 2010, 36: 1743–1751. Lin H X, Pan X H, Shi Q H, Peng C R, Wu J F. Effects of nitrogen application amount and planting density on angle and length of top three leaves in double-cropping rice., 2010, 36: 1743–1751 (in Chinese with English abstract).

[10] 李艳大, 汤亮, 张玉屏, 刘蕾蕾, 曹卫星, 朱艳. 水稻冠层光合有效辐射的时空分布特征. 应用生态学报, 2010, 21: 952–958. Li Y D, Tang L, Zhang Y P, Liu L L, Cao W X, Zhu Y. Spatiotemporal distribution of photosynthetically active radiation in rice canopy., 2010, 21: 952–958 (in Chinese with English abstract).

[11] 申广荣, 王人潮, 李云梅, 王秀珍, 沈掌泉. 水稻群丛结构和辐射传输分析. 作物学报, 2001, 27: 769–775. Shen G R, Wang R C, Li Y M, Wang X Z, Shen Z Q. Study on rice cluster architecture and radiation transfer,, 2001, 27: 769–775 (in Chinese with English abstract).

[12] Huang M, Jiang L, Xia B, Zou Y B, Jiang P, Ao H. Yield gap analysis of super hybrid rice between two subtropical environments., 2013, 7: 600–608.

[13] Huang M, Zou Y B, Jiang, P, Xia B, Md I, Ao H J. Relationship between grain yield and yield components in super hybrid rice.,2011, 10: 1537–1544.

[14] 杨志远, 李娜, 马鹏, 严田蓉, 何艳, 蒋明金, 吕腾飞, 李郁, 郭翔, 胡蓉, 郭长春, 孙永健, 马均. 水肥“三匀”技术对水稻水、氮利用效率的影响. 作物学报, 2020, 46: 408–422.Yang Z Y, Li N, Ma P,Yan T R, He Y, Jiang M J, Lyu T F, Li Y, Guo X, Hu R, Guo C C, Sun Y J, Ma J. Effects of methodical nitrogen-water distribution management on water and nitrogen use efficiency of rice., 2020, 46: 408–422 (in Chinese with English abstract).

[15] 凌启鸿,苏祖芳,张海泉.水稻成穗率与群体质量的关系及其影响因素的研究.作物学报,1995, 21:463–469.Ling Q H, Su Z F, Zhang H Q. Relationship between ear bearing tiller percentage and population quality and its influential factors in rice., 1995, 21: 463–469 (in Chinese with English abstract).

[16] 蒋彭炎,洪晓富,冯来定,马跃芳,史济林,倪竹如,刘智宏.水稻中期群体成穗率与后期群体光合效率的关系.中国农业科学,1994, 27: 8–14.Jiang P Y, Hong X F, Feng D L, Ma Y F, Shi J L, Ni Z R, Liu Z H. Relation between percentage of ear-bearing of colony in the middle phase and photosynthesis efficiency in the late in rice.,1994, 27: 8–14 (in Chinese with English abstract).

[17] Horie T, Lubis I, Takai T, Ohsumi A, Kuwasaki K, Katsura K, Nii A.Physiologicaltraitsassociatedwithhighyieldpotentialinrice.In:RiceScience:Innovations and Impacts for Livelihood. Manila, Philippines: International Rice Research Institute, 2003. pp 117–146.

[18] 杨长明, 杨林章, 韦朝领, 丁超尘. 不同品种水稻群体冠层光谱特征比较研究. 应用生态学报, 2002, 13: 689–692. Yang C M, Yang L Z, Wei C L, Ding C C. Canopy spectral characteristics of different rice varieties., 2002, 13: 689–692 (in Chinese with English abstract).

[19] 李艳大, 黄俊宝, 叶春, 舒时富, 孙滨峰, 陈立才, 王康军, 曹中盛. 不同氮素水平下双季稻株型与冠层内光截获特征研究. 作物学报, 2019, 45: 1375–1385. Li Y D, Huang J B, Ye C, Shi S F, Sun B F, Chen L C, Wang K J, Cao Z S. Plant type and canopy light interception characteristics in double cropping rice canopy under different nitrogen rates., 2019, 45: 1375–1385 (in Chinese with English abstract).

[20] Hu N, Lu C G, Yao K M, Zou J S. Simulation on distribution of photosyn-thetically active radiation in canopy and optimum leaf rolling index in rice with rolling leaves.,2009, 16: 217–225.

[21] 汤亮, 朱相成, 曹梦莹, 曹卫星, 朱艳. 水稻冠层光截获、光能利用与产量的关系. 应用生态学报, 2012, 23: 1269–1276. Tang L, Zhu X C, Cao M Y, Cao W X, Zhu Y. Relationships of rice canopy PAR interception and light use efficiency to grain yield., 2012, 23: 1269–1276 (in Chinese with English abstract).

[22] Zhang Y B, Tang Q Y, Zou Y B, Li D Q, Qin J Q, Yang S H, Chen L J, Xia B, Peng S B. Yield potential and radiation use efficiency of “super” hybrid rice grown under subtropical conditions., 2009, 114: 91–98.

Comparison of tolerances to nitrogen fertilizer between compact and loose hybridrice varieties

YANG Zhi-Yuan1, SHU Chuan-Hai1, ZHANG Rong-Ping2, YANG Guo-Tao2, WANG Ming-Tian3, QIN Jian4, SUN Yong-Jian1, MA Jun1, and LI Na1,*

1Rice Research Institute, Sichuan Agricultural University / Crop Ecophysiology and Cultivation Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 611130, Sichuan, China;2School of Life Science and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 611000, Sichuan, China;3Sichuan Provincial Meteorological Service, Chengdu 610072, Sichuan, China;4Institute of Rice and Sorghum, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Deyang 618000, Sichuan, China

To explore the tolerances of compact hybrid rice (CHR) and loose hybrid rice (LHR) varieties to nitrogen fertilizer, three split-plot designed experiments were applied with main plot of four rice varieties (Longliangyou 1206, CHR; Y Liangyou 1, CHR; Yixiangyou 2115, LHR; and Fyou 498, LHR), and the sub-plot contained four N application rates (0 kg hm–2, N0; 90 kg hm–2, N90; 150 kg hm–2, N150; and 210 kg hm–2, N210). The results revealed that CHR was more tolerant to high nitrogen than LHR, and when the applied nitrogen was not higher than 150 kg hm–2, the yields of LHR were higher than those of CHR. When the applied nitrogen reached 210 kg hm–2, the single panicle weight advantage of CHR increased to 14.46%, while the effective panicle disadvantage decreased to 12.46%, then the yield of CHRwas 1.43% higher than that of LHR. Partial least squares regression analysis showed that peak seedlings, growth rate from elongation to heading stage, leaf area index (LAI) and extinction coefficient (value) which characterized the degree of leaf stretching were positive contributions to CHR and LHR. The effective panicle rate at elongation and heading stages contributed negatively to the yield, but had the opposite effect on the agronomic efficiency of nitrogen fertilizer. Exceptvalue, the other indicators contributed similarly to yield, as did the agronomic efficiency of nitrogen fertilizer. Under N0 and N90, LAI andvalues of CHR were smaller than LHR, and the radiation interception rate was also lower than LHR. When nitrogen applied increased from 150 kg hm–2to 210 kg hm–2, thevalue of CHR increased significantly, while LHR almost unchanged, resulting in the higher radiation interception rate at heading stage of CHR than LHR, indicating that the leaf stretching of CHR was sensitive to high nitrogen.

rice; compact hybrid rice; loose hybrid rice; nitrogen application rate; nitrogen tolerance

10.3724/SP.J.1006.2021.02036

本研究由国家重点研发计划项目(2017YFD0301706, 2017YFD0301701)和四川省教育厅重点项目(18ZA0390)资助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2017YFD0301706, 2017YFD0301701)and the Scientific Research Fund of Sichuan Provincial Education Department (18ZA0390).

李娜, E-mail: lina1409bs@163.com

E-mail: dreamislasting@163.com

2020-05-23;

2021-01-11;

2021-02-23.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210223.1459.002.html