播期和施氮量组合对水稻南粳9108产量和氮素利用的影响

叶 迎，赵考诚，马 军，祝 轲，庄恒扬

(扬州大学 江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育建设点，粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏 扬州225009)

水稻是我国的主要粮食作物，提高水稻产量对于保障国家粮食安全和维护社会稳定来说至关重要。

水稻产量极易受到气候因子的影响，如温度过高或过低都会导致水稻结实率和千粒重下降，使水稻产量显著降低。分期播种是探索气候因子与水稻产量间关系的常用方式。前人研究表明，日照时数是影响水稻产量的首要气候因子，全生育期太阳辐射积累量与水稻产量呈显著正相关关系，水稻生殖生长和灌浆结实期的日均辐射量与水稻产量呈极显著正相关。因此，确定适宜的播期，使水稻结实期处于较佳光温状态是栽培管理中的关键技术，是保证水稻高产、优质的基础。

氮素是保证水稻高产稳产的重要营养元素。一般来说，增施氮肥可促进植株对氮素的吸收，显著提高水稻产量；但过量施用氮肥亦会导致水稻贪青，进而延缓其生育进程，不利于营养器官中碳水化合物和氮素向籽粒的转运，最终造成减产。同时，过量施氮也会导致水稻氮肥利用率较低，从而引发严重的农业面源污染问题。

许多学者已就水稻播期和氮肥运筹等进行了大量研究，但这些研究多集中于单一因素上，关于这两种因素互作的研究还相对较少。本试验以水稻品种南粳9108为材料，探讨其在不同播期和氮肥用量下产量构成因素和氮素利用的变化，以期为因时因量制宜下的水稻稳产与高产提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

试验于2018年5—11月在扬州大学文汇路校区农学院试验农牧场大田(119°25′E，32°23′N)进行，水稻品种为南粳9108(迟熟中粳型)。试验地块长7.8 m，宽6.6 m，面积51.4 m。试验田前茬作物为小麦，土壤类型为砂壤土，耕层(0～20 cm)土壤基本理化性状：有机质18.76 g·kg，全氮1.26 g·kg，碱解氮81.76 mg·kg，速效磷29.26 mg·kg，速效钾87.95 mg·kg。

1.2 试验设计

试验采用二因素(播期和施氮量)随机区组试验。共设3个水稻播种期(5月23日、6月2日、6月12日，分别用B1、B2、B3表示)和4个施氮水平(折纯，以N计，分别为0、180、270、360 kg·hm，分别用N0、N1、N2、N3表示)，每个处理设置2次重复。播种前，每小区施过磷酸钙(PO≥12%，江苏美乐肥料有限公司)450 kg·hm，氯化钾(KO≥60%，中国农业生产资料集团公司自俄罗斯进口)150 kg·hm，全部用作基肥。供试氮肥为尿素(N≥46%，河南晋开化工投资控股集团有限责任公司)，分5次施用(基肥、第一次分蘖肥、第二次分蘖肥、促花肥、保花肥，施用比例为6∶3∶3∶5∶3)，其中，基肥于移栽前1 d施用，第一次分蘖肥和第二次分蘖肥分别于移栽后7、14 d施用，促花肥、保花肥分别于抽穗前30、18 d施用。

水稻移栽时，叶龄3.4～3.8叶，栽插行株距为30 cm×13 cm，每穴4苗。整个试验过程控制好田间水量，非特殊情况，不刻意排水或灌水。其余措施同一般大田管理。

1.3 测定方法

至水稻成熟期，每小区选取60穴，考查有效穗数、总粒数、空秕粒数、千粒重和产量。另取4穴代表性水稻，将植株的茎、叶片、穗分开，105 ℃杀青30 min后，80 ℃烘至恒重，在干燥环境中冷却至室温后，将穗脱粒，得到籽粒，分别测定茎、叶片、籽粒的干重。

将干燥的茎、叶片、籽粒分别粉碎、过100目筛，各取0.25 g样品，经HSO-HO联合消煮，采用半微量凯氏定氮法测定其全氮含量。

1.4 数据分析

分别测算各处理的氮素累积吸收量、氮素偏生产力、氮素农学效率、氮素生理效率、氮素吸收利用率和氮素籽粒生产效率，其计算方法如下：

氮素累积吸收量(kg·hm)=成熟期植株茎氮含量×成熟期茎干重+成熟期植株叶氮含量×成熟期叶干重+成熟期植株籽粒氮含量×成熟期籽粒干重；

氮素偏生产力(kg·kg)=单位面积产量/单位面积施氮量；

氮素农学效率(kg·kg)=(施氮处理的单位面积产量-不施氮处理的单位面积产量)/施氮量；

氮素生理效率(kg·kg)=(施氮处理的单位面积产量-不施氮处理的单位面积产量)/(施氮处理的氮素累积吸收量-不施氮处理的氮素累积吸收量)；

氮素吸收利用率(%)=(施氮处理的氮素累积吸收量-不施氮处理的氮素累积吸收量)/施氮量×100；

氮素籽粒生产效率(kg·kg)=单位面积产量/氮素累积吸收量。

使用Microsoft Excel 2016软件整理数据，利用IBM SPSS Statistics 23.0软件进行方差分析，对有显著(<0.05)差异的，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 对水稻产量及其构成因素的影响

方差分析结果显示：播期对水稻千粒重和产量有极显著(<0.01)影响；施氮量对水稻穗数、每穗粒数、结实率和产量有极显著(<0.01)影响；两者的交互作用对水稻穗数、结实率和产量有极显著(<0.01)影响，对每穗粒数和千粒重有显著(<0.05)影响。

总的来看，随着播期推迟，水稻的千粒重和产量增加。在各播期下，随着施氮量增加，水稻穗数均呈上升趋势，N1～N3处理的每穗粒数间虽无显著差异，但均显著(<0.05)高于N0处理。不同播期上，施氮量对水稻结实率和产量的影响不尽相同：B1播期下，N0和N1处理的结实率显著(<0.05)大于其他处理，N1～N3处理的水稻产量无显著差异，但均显著(<0.05)高于N0处理；B2播期下，N3处理的结实率最低，N1处理的结实率最高， N2处理的产量最高，N0处理的产量最低，且其均与其他处理差异显著(<0.05)；B3播期下，N0处理的结实率最高，但产量最低，N3处理的产量最高，但结实率最低。

2.2 不同处理对水稻氮素分配和利用的影响

2.2.1 氮素分配

各播期下，籽粒氮素分配比率均在N1处理下最大，且在B3播期下获得最高值73.88%。相同施氮量下，随着播期推迟：籽粒氮素分配比例，在N0、N1处理下表现为先降后升的趋势，在N2、N3处理下表现为上升趋势；叶氮素分配比例，均在B1播期下最大，相同施氮量下，随播期推迟，在N0处理下呈先降后升的趋势，在N1～N3处理下呈下降趋势；茎氮素分配比率，相同施氮量下，随播期推迟，在N0～N2处理下呈先升后降的趋势，在N3处理下呈下降趋势。

表1 不同处理对水稻产量及其构成因素的影响

2.2.2 氮素利用

方差分析结果显示：施氮量对水稻的氮素偏生产力、氮素农学效率、氮素生理效率、氮素吸收利用率和氮素籽粒生产效率均有极显著(<0.01)影响；播期及其同施氮量的交互作用对水稻的氮素偏生产力、氮素农学效率、氮素生理效率和氮素籽粒生产效率有极显著(<0.01)影响。

整体来看，随着播期推迟，水稻的氮素偏生产力、氮素籽粒生产效率相应增加，氮素农学效率、氮素生理效率先降后升。相同播期下：随着施氮量增加，水稻的氮素偏生产力、氮素农学效率、氮素吸收利用率和氮素籽粒生产效率均总体呈下降趋势，而氮素生理效率先升后降。

所有处理中，B1N1处理的氮素生理效率最高(61.47 kg·kg)，B1N2处理的氮素吸收利用率最高(46.87%)。

图1 不同处理下水稻成熟期的氮素分配比率

表2 不同处理对水稻氮素利用的影响

3 讨论

不同研究中，播期对水稻产量及其产量构成因素的影响不尽相同。朱镇等研究显示，水稻的每穗粒数、千粒重和产量随着播期的推迟呈下降趋势。蒋东等研究发现，随着播期推迟，南粳9108的每穗实粒数和理论产量呈先升后降的趋势，但千粒重无显著差异。本试验结果显示，随着播期推迟，水稻的千粒重和产量增加，但对每穗粒数无显著影响。

大量研究发现，随着施氮量增加，水稻的产量呈现先上升后缓慢下降的趋势。本试验中，随着施氮量增加(N1～N3)，B1播期下各处理的水稻产量无显著差异，B2播期下各处理的水稻产量先升后降，B3播期下则表现为上升趋势。这可能是因为，水稻喜温，其生长发育会随外界温度的改变而改变，B3处理下播期较迟，环境温度较高，更有利于水稻生长，因而对氮素的需求量也更大。

霍中洋等发现，不同播期下，不同品种水稻的氮素偏生产力和农学效率基本相当，但随着播期推迟，水稻的氮素生理效率逐渐提高，而氮素吸收利用率却逐渐降低。本试验表明，随着播期延迟，氮素偏生产力呈上升趋势，而氮素农学效率、氮素生理效率呈先降后升的趋势，与前人研究结果有所差异。这可能是由于不同试验选用的水稻品种不同，其自身遗传特性和生育期不同所致。

前人研究证实，施氮量会显著影响水稻对氮素的利用效率，但不同研究的结果并不一致。孙志广等、李楠等发现，随着施氮量增加，水稻的氮肥农学效率先增后降；曹彦圣等发现，随着施氮量增加，水稻的氮肥农学效率不断降低；陶伟等发现，氮素偏生产力和氮素籽粒生产效率随施氮量升高而下降。本研究中，随着施氮量增加，氮素偏生产力和氮素农学效率总体呈下降趋势，氮素生理利用率先升后降。这与前人研究有所差异，原因可能在于水稻品种、播期和施氮量差别的影响。例如，某些水稻品种在低氮的情况下依然能获得较高的氮素利用率和产量，而另一些品种可能需要较高的施氮量才能满足高产高效的目标。本试验所采用的研究材料是迟熟中粳稻，总的来看，在试验设定的条件下，播期推迟、适量氮肥更有利于获得高产，综合考虑水稻产量与氮素利用，B2N2或B3N2处理较为适宜。