薯—稻模式下穗肥用量对直播籼稻产量及群体质量的影响*

朱海平，刘玉文，王耀伟，李如会，田淑玲，欧阳怡平，杨 久，杨从党

(1.云南省农业科学院 粮食作物研究所，云南 昆明 650200；2.云南省临沧市农业科学研究所，云南 临沧 677099)

水稻作为中国第一大粮食作物的地位在短期内不会改变，稳定提高水稻总产是保障中国粮食安全的核心[1]。随着农村大量青壮劳动力向第二、三产业转移，造成农村劳动力短缺，加之水稻栽插环节用工比较集中，劳动强度大，为保证水稻高产的同时追求收益最大化，就迫切需要生产的轻简化，以减少生产投入[2-3]。水稻旱直播作为一种轻简栽培方式，与育秧移栽相比，劳动强度减小，便于水稻机械化和规模化操作，近年来有一定的播种面积[4-5]。氮素作为水稻需求量最大的矿质营养元素，其用量涉及水稻产量、投入成本、肥料利用效率[6]和环境保护等问题[7]。为了使水稻种植收益最大化，就迫切需要生产轻简化与氮肥高效利用有机结合。

冬马铃薯作为云南省特色优势产业之一，常年种植面积约20 万hm2[8]。在云南马铃薯生产中，单位面积氮肥、磷肥和钾肥的平均投入量为285.0、149.1 和111.9 kg/hm2[9]；由于冬马铃薯价优、畅销，许多种植户为了追求高产和高收益，盲目多施肥料的现象十分严重，这就给水稻的生产带来一定的影响。

云南独特的立体气候造就了丰富多样的水旱轮作模式，在云南省立体生态区温暖粳稻亚区[10]大蒜—水稻和烤烟—水稻轮作模式下，水稻季氮肥减量40%，不施基蘖肥，只施穗肥产量最高[11-12]；在籼粳交错亚区(粳稻)[10]油菜—水稻、小麦—水稻和蚕豆—水稻轮作模式下，连续2 年内水稻不施基蘖肥，只施穗肥能够实现减肥不减产的目标[13]。在前期研究基础上，本研究针对云南省湿热籼稻亚区[10]冬马铃薯—水稻轮作模式下，水稻前期生长快、分蘖增长迅速、高峰苗高、群体大、成穗率低和后期缺肥等特点，水稻基础产量高(8.0 t/hm2)，研究氮素穗肥用量对旱直播杂交籼稻产量和群体质量的影响，为云南湿热籼稻亚区冬马铃薯—水稻轮作区域水稻轻简化栽培和氮肥高效利用提供理论和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2019 年，试验在云南省临沧市双江县勐勐镇忙孝水稻专用合作社进行，试验地位于N23°36′，E99°53′，海拔1 100 m，前作为冬马铃薯，马铃薯季氮肥、磷肥和钾肥分别投入392.1、198.0 和395.1 kg/hm2，试验地连续薯—稻轮作9 年，冬马铃薯收获后，水稻播种前土壤主要理化特征为灰色沙壤土，0～20 cm 土壤pH 为5.1，有机质含量为24.8 g/kg，水解性氮含量为216.0 mg/kg，有效磷含量为32.0 mg/kg，速效钾含量为158.0 mg/kg。选用2017 和2018 年在合作社筛选出的适宜直播并且生育期相近的2 个品系进行试验，分别是：三系杂交籼稻F 优498 (超级稻)，生育期137 d，总叶片数15.4；两系杂交籼稻隆两优1206，生育期138 d，总叶片数14.0。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

采用大田试验，进行穗肥用量×品种2 因素裂区试验，其中穗肥用量为主区，品种为副区。设置前期不施基蘖肥，只施穗肥，穗肥均衡施用(促花肥和保花肥质量比1∶1)，设置4 个穗肥用量处理，分别为空白处理(N0)，全生育期不施任何氮肥；N1、N2和N3处理穗肥用量分别为纯氮60、90 和120 kg/hm2，不施基蘖肥，46.0%尿素作为氮素穗肥，穗肥按促花肥和保花肥质量比1∶1 施用，其中促花肥和保花肥分别于倒4 叶露尖和倒2 叶露尖时撒施。随机区组排列，3 次重复，共计24 个小区，小区面积15 m2，小区四周插入塑料隔水板以防止肥水渗漏，各小区间设置单独排水口，保证小区单排单灌。

1.2.2 田间管理

播种前晒种，药剂浸种催芽至90%种子露白，将种子阴干，以手抓种子不沾手为宜。大田整平后播种，采用人工旱穴播，株行距13.3 cm×30 cm，4 叶期及时定苗，每穴留1 苗，基本苗为25.05×104/hm2。4 月11 日播种，播种至2 叶1 心前田间保持湿润，2 叶1 心后田间保持水层，5 月5 日定苗，5 月20 日—23 日第1 次晒田，复水后5 月24 日—28 日第2 次晒田，复水后5 月29 日—6 月4 日第3 次晒田。6 月4 日干施促花肥后上薄水，6 月18 日施保花肥。病虫草害防控和田间灌溉按照当地高产栽培进行生产管理。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 叶龄及茎蘖动态观察

每小区2 个品种各定点10 株，每7 d 调查1 次叶龄及茎蘖动态，茎蘖数标准为高峰期前数所有分蘖，高峰苗期到抽穗期数带2 叶(包括2 叶)分蘖，齐穗后计数超过20 粒(包括20 粒)穗子。

1.3.2 SPAD 值测定

倒4 叶期(施促花肥前1 d)、倒1 叶期每小区用SPAD-502 型叶绿素计测定植株顶部展开叶顶3 叶和顶4 叶叶上部1/3 处SPAD 值，齐穗期测定植株倒1 叶、倒2 叶、倒3 叶和倒4 叶叶上部1/3 处SPAD 值，每个叶位测定长势相近的20 片叶，取平均值代表该叶位的SPAD 值，并计算顶4 叶与顶3 叶的相对色差(RSPAD)。

1.3.3 叶面积测定

齐穗期按小区平均茎蘖数取3 丛植株用LI-3100 叶面积仪测定高效叶面积和低效叶面积。高效叶面积为植株最上部3 片叶片叶面积，低效叶面积为除最上部3 片叶片外植株所有绿叶叶面积。

1.3.4 叶片光合特性测定

齐穗期于晴朗无风的上午9：00—11：30 使用便携式光合测定系统LI-6400 测定剑叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间二氧化碳浓度 (Ci)[14]。采用开放气路，叶室CO2含量为380 μmol/mol，使用红蓝光源，光量子通量密度为1 400 μmol/(m2·s)，叶室温度为30 ℃，各处理随机选取生长一致的剑叶中部测定，测定过程中保持叶面原始状态，每小区测定5 片叶。

1.3.5 干物质量测定

将齐穗期和成熟期样品的茎鞘、叶片和穗子单独分开，样品105 ℃杀青30 min 后85 ℃烘干至恒质量时称质量。

1.3.6 考种与测产

成熟时各小区随机调查6 个点，每个点调查10 穴有效穗数，按平均有效穗数随机取5 穴进行考种，测定每穗粒数、实粒数、结实率和千粒质量。各小区按实际穴数收获后按标准含水量折算产量。

1.3.7 相关参数计算公式

氮肥农学利用率(kg/kg)=(施氮区水稻产量-无氮区水稻产量)/总施氮量；

RSPAD=(顶3 叶SPAD 值-顶4 叶SPAD 值)/顶3 叶SPAD 值×100；

齐穗后干物质积累量(t/hm2)=成熟期干物质量-齐穗期干物质量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 和 SPSS 19.0 对数据进行统计分析，用最小显著差数法(LSD)分析不同处理在P＜0.05 水平的差异显著性，采用SigmaPlot 14.0 软件作图。

2 结果与分析

2.1 穗肥用量对茎蘖动态及成穗率的影响

由图1 所示：施保花肥前2 个品种不同处理之间茎蘖数差异不明显。2 个品种施用保花肥后，施肥处理(N1、N2和N3)茎蘖数出现1 个小的增长峰值，不施肥处理(N0)未出现增长峰值。2 个品种施肥处理成穗率显著高于不施肥处理，F 优498 成穗率随穗肥用量的增加而升高，而隆两优1206 呈先增后减的趋势，其中N2成穗率最高。

图1 不同穗肥用量下茎蘖动态变化及成穗率)Fig.1 Dynamic changes of stem-tiller and productive tiller rate under different panicle fertilizer amounts

2.2 穗肥用量对产量及其构成因素的影响

穗肥用量对实际产量、有效穗数、每穗粒数、总颖花量和千粒质量的影响达极显著水平，对结实率的影响达显著水平。F 优498 有效穗数和总颖花量随施肥量的增加而增加，并且显著高于不施肥处理；F 优498 实际产量、每穗粒数和隆两优1206 实际产量、有效穗数、每穗粒数和总颖花量随穗肥用量的增加呈先增后减，并且高于显著高于不施肥处理。除隆两优1206 的N2处理外，2 个品种施肥处理千粒质量均显著小于不施肥处理；F 优498 不同处理之间结实率差异不显著，而隆两优1206 N3处理结实率显著小于其他处理。N2处理为本研究最优穗肥用量，该处理最高产量的实现是通过增加有效穗和每穗粒数，获得高颖花量的同时维持较高结实率和千粒质量。F 优498 和隆两优1206 氮肥农学利用率也随着穗肥用量的增加先增后减，其中N2处理最高，分别达到18.65 和17.15 kg/kg (表1)。

表1 穗肥用量对产量及其构成因素的影响Tab.1 Effects of different panicle fertilizer amounts on the grain yield and its components

2.3 不同时期RSPAD 比较

2 个品种倒4 叶期(施促花肥前)不同处理之间RSPAD 差异不显著，施入促花肥和保花肥后，直至齐穗期2 个品种施肥处理RSPAD 逐渐减小，并且随着施肥量的增加RSPAD 减小幅度增大。2 个品种不施肥处理随着生育进程的推进RSPAD 逐渐增大，其中F 优498 增幅小，隆两优1206 增幅大(表2)。除F 优498 的倒1 叶外，2 个品种齐穗期不同叶位施肥处理SPAD 值显著高于不施肥处理；除隆两优1206 的倒2 叶外，施肥处理之间SPAD 值差异不显著；不施肥处理从倒1 叶至倒4 叶SPAD 值依次降低(图2)。

图2 齐穗期不同叶位SPAD 值比较)Fig.2 Comparison of SPAD values of different leaf positions in full heading stage

表2 不同时期RSPAD 比较Tab.2 Comparison of relative SPAD value in different periods

2.4 穗肥用量对齐穗期叶面积指数的影响

2 个品种施肥处理高效叶面积指数(high efficient leaf area index，HLAI)、低效叶面积指数(low efficient leaf area index，LLAI)和总叶面积指数(total leaf area index，TLAI)显著高于不施肥处理，HLAI 随着穗肥用量的增加而增大；F 优498 LLAI 和TLAI 随着穗肥用量的增加先增后减，而隆两优1206 LLAI 和TLAI 随着穗肥用量的增加而增大。相对于不施肥处理，2 个品种施肥处理HLAI 分别增长至1.60～1.76 倍和1.75～2.16倍，LLAI 分别增长至1.84～2.39 倍和2.02～2.40倍，由于HLAI 增长幅度小于LLAI，造成2 个品种施肥处理的高效叶面积率(high effective leaf area ratio，HELAR)小于不施肥处理，并且随着施肥量的增加呈先减后增的趋势(表3)。

表3 穗肥用量对齐穗期叶面积指数的影响Tab.3 Effects of different panicle fertilizer amounts on the leaf area indexes in full heading stage

2.5 穗肥用量对不同时期干物质积累量的影响

与不施肥处理相比，施肥处理可提高或显著提高齐穗期干物质量、成熟期干物质量和齐穗后干物质积累量。F 优498 施肥处理齐穗期和成熟期干物质量随穗肥用量的增加而增加，而隆两优1206 呈先增后减的趋势。2 个品种齐穗后干物质积累量均随着穗肥用量的增加先增后减，其中N2处理齐穗后干物质积累量最高，这也是N2处理产量高的生理基础(表4)。

表4 穗肥用量对不同时期干物质积累量的影响Tab.4 Effects of different panicle fertilizer amounts on the dry matter accumulation of different stages t/hm2

2.6 穗肥用量对剑叶光合特性的影响

总体上看，2 个品种施肥处理Pn、Gs、Ci和Tr高于或显著高于不施肥处理，随穗肥用量的增加Pn逐渐升高，而Gs、Ci和Tr随穗肥用量的增加先增后减，其中F 优498 N2处理Gs和Ci最高，隆两优1206 N2处理Gs、Ci和Tr最高 (表5)。

表5 不同穗肥对剑叶光合特性的影响Tab.5 Effects of different panicle fertilizer amounts on the photosynthetic characteristics in rice cultivars

3 讨论

3.1 穗肥优化水稻群体质量、提高产量

水稻群体优化调控是在合理基本苗的基础上，通过调控施用合理基蘖肥，结合晒田控制无效分蘖生长，使最高茎蘖数控制在有效穗的1.2～1.3 倍，让叶色落黄，为穗肥的施用打下基础[15]。本研究2 个品种在每穴保留1 棵种子苗，基本苗为25.05×104/hm2的基础上，不施基蘖肥，3 次晒田后叶色落黄，施促花肥前茎蘖数分别增长为有效穗的1.85 倍和1.89 倍(施促花肥前茎蘖数与有效穗的比值)，说明前作种植冬马铃薯的高基础地力田块，为了有效控制无效分蘖的爆发式生长，前期可以不施基蘖肥，晒田要适当提前，而且要重晒田，晒田后，叶色落黄为穗肥施用的诊断标准。

施用穗肥可以促进部分动摇分蘖转化为有效分蘖并最终成穗[16]，提高茎蘖成穗率[17]。本研究在群体叶色落黄(顶3 叶SPAD＞顶4 叶SPAD)时准确施入穗肥，施入保花肥后减缓分蘖的消亡速率，从而提高了成穗率和有效穗。

优化调控成穗率、有效穗、总颖花量、叶面积指数、抽穗后群体光合效率和齐穗后干物质积累量等因素是构建水稻高质量群体获得高产的关键[15]。本研究在前期不施基蘖肥的基础上，通过施用穗肥显著提高有效穗、每穗粒数和总颖花量，这一研究结果与前人一致[18-20]。每穗粒数随着穗肥施用量的增加先增后减，说明大穗的形成需要一个适宜的氮水平[21]。高的成穗率和有效穗增加水稻齐穗期叶面积指数，形成较高且适宜的叶面积指数[22-23]。施用穗肥后倒3 叶和倒4 叶之间叶色差逐渐减小，使植株维持较高的含氮量[24]，进而提高叶片光合效率[25]。水稻高光效群体的构建促进齐穗后干物质积累[26]，满足较大颖花量对灌浆物质的需求，最终促成水稻产量增加。本研究中氮素穗肥对提高成穗率、增加有效穗和总颖花量以及促进干物质积累的最适施氮量是促花肥和保花肥分别施用45 kg/hm2纯氮。

3.2 穗肥提高肥料利用效率

肥料吸收利用效率与肥料用量、运筹比例和肥料类型密切相关，合理减少氮肥投入可有效提高氮肥利用效率。张福锁等[27]通过全国大尺度范围的研究发现：中国水稻氮肥农学利用率为10.4 kg/kg，通常因为土壤原有养分多、施肥过量、养分损失未控制或者未充分利用土壤和环境养分等因素造成肥料利用效率低。通过水稻前氮后移增施穗肥，能为水稻整个生育期提供比较平衡的氮素供应，可促进氮素的吸收，提高氮肥当季利用效率[28-29]。张洪程等[23]通过水稻氮肥精确后移模式能够将水稻氮肥农学利用效率显著提高到18.5 kg/kg 以上。课题组前期在云南大范围的研究表明：基础地力较高的田块，不施基蘖肥，只施穗肥的氮肥减量后移技术能够实现水稻增产，同时显著提高氮肥农学利用效率；其中杨从党等[30]研究表明：就云南全省而言，总氮减少10%～20%，40%～50%的总氮用作穗肥实现减肥增效，而基础地力较高的田块，可以减肥40%，不施基蘖肥，只施穗肥实现增产，这一氮肥减量后移技术能够将籼稻氮肥农学利用效率从7.11 kg/kg提高到11.35 kg/kg，粳稻从10.10 kg/kg 提高到19.59 kg/kg；夏琼梅等[12]研究表明：随着氮肥减量后移比例的增加，水稻产量和氮肥农学利用效率逐渐增加，当纯氮最少且全部移至穗肥施用时产量和氮肥农学利用效率最高，氮肥农学利用效率从6.6 kg/kg 提高到28.9 kg/kg。本研究结果表明：不施基蘖肥，将全部氮肥移作穗肥后，氮肥农学利用效率随穗肥用量的增加先增后减，并且将氮肥农学利用效率分别提高到12.54～18.65 kg/kg 和5.24～17.15 kg/kg；前作种植冬马铃薯的田块，不施基蘖肥，适宜穗肥用量促使增产的同时提高肥料利用效率。

4 结论

在云南湿热籼稻亚区前作种植冬马铃薯的田块，由于基础地力高(8.0 t/hm2)，为优化水稻群体结构，采取不施基蘖肥，结合晒田控制水稻高峰苗过大，促使无效分蘖期叶色落黄，在倒4 叶和倒2 叶露尖时分别施用45 kg/hm2纯氮作穗肥，可以减缓分蘖消亡速率，提高成穗率，增加有效穗数，促进大穗的形成，提升穗期光合生产力和干物质积累量，进而实现高产和高效。