有序机抛技术下增密减肥对杂交稻肥料偏生产力的影响

2023-08-16卢建祥胡文瑞石楠杨伟清高志强

天津农业科学 2023年8期

卢建祥　胡文瑞　石楠　杨伟清　高志强

摘要：为研究有序机抛增密减肥效果，采用湖南省大面积种植的杂交稻品种‘晶两优华占设置3个密度水平，即低密M0（18 万穴·hm-2）、中密M1（22 万穴·hm-2）、高密M2（27 万穴·hm-2）。3个施肥量水平，低肥F0（450 kg·hm-2）、中肥F1（525 kg·hm-2）、高肥F2（675 kg·hm-2）测定了干物质质量、分蘖数、产量，以及产量构成因素、肥料偏生产力。结果表明：产量最高的是M2F2，比M0F2高7.56%，M2F1处理主要生育期地上部干物质質量最优，比M0F0高59.19%；M1F0的各肥料偏生产力最高，密度增加，有效穗增加，每穗总粒数和产量先减后增，施肥量减少产量下降，增密减肥对于千粒质量和结实率影响不大；密度增加各时期干物质质量增加，施肥量增加各时期干物质质量先增后减；密度增加F0、F1施肥量下各肥料偏生产力先减后增，F2施肥量下先增后减；肥料减少各肥料偏生产力增加，一定的增密减肥可以提高杂交稻产量、地上部干物质质量、肥料偏生产力等，高密高肥条件下产量最高。综上，有序机抛条件下的增密减肥对于水稻的产量、干物质质量、肥料偏生产力是有一定的促进作用。中密条件下的产量、干物质质量、分蘖数最高，肥料偏生产力最高为M1F0。

关键词：杂交稻；密度；肥料；肥料偏生产力；产量；干物质质量

中图分类号：S511 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2023.08.003

Effects of Increasing Density and Reducing Fertilizer on Fertilizer Partial Factor Productivity of Hybrid Rice under Ordered Tachine-throwing Technology

LU Jianxiang1， HU Wenrui1， SHI Nan1， YANG Weiqing2， GAO Zhiqiang1

（1.College of Agriculture， Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128， China; 2.Liuyang Agricultural and Rural Bureau， Liuyang， Hunan 430300， China）

Abstract： In order to study the effect of orderly machine throwing on increasing density and weight loss， three density levels， namely low-density M0 （180 000 holes·hm-2）， medium-density M1 （220 000 holes·hm-2） and high-density M2 （270 000 holes·hm-2）， were set using the hybrid rice variety 'Jingliangyouhuazhan'， which is planted in a large area in Hunan Province. Dry matter weight， tiller number， yield and yield components， and fertilizer bias productivity were determined at three fertilizer application levels， high F2 （675 kg·hm-2）， medium F1（525 kg·hm-2）， and low F0（450 kg·hm-2）.The results of the study showed that the highest yield was M2F2， which was 7.56% higher than M0F2. M2F1 treatment had the best above-ground dry matter mass at the main fertility stage of maturity， which was 59.19% higher than M0F0. M1F0 had the highest productivity of each fertilizer bias， the effective spike of hybrid rice increased with increasing density， the total number of grains per spike and yield decreased then increased， the yield decreased with decreasing fertilizer application， the effect of increasing density and weight loss on thousand grain weight and fruit set rate of hybrid rice was not significant; The dry matter weight increased in each period with increasing density， the dry matter weight increased then decreased with increasing fertilizer application; The productivity of each fertilizer bias decreased then increased with increasing density F0 and F1 fertilizer application， F2 was the first increase and then decrease under the fertilizer application. Fertilizer reduction increased the productivity of each fertilizer bias. Certain dense weight loss could improve hybrid rice yield， above-ground dry matter weight， and fertilizer bias productivity， with the highest yield under high dense and high fertilizer conditions. In conclusion， the dense weight loss under orderly machine tossing conditions is a certain boost to rice yield， dry matter weight， and fertilizer bias productivity. The highest yield， dry matter weight， tiller number and fertilizer bias productivity is M1F0 under medium-density condition.

Key words： Hybrid rice; density; fertilizer; fertilizer bias productivity; yield; dry matter weight.

水稻作为种植历史悠久的一种作物，全球近一半的人以水稻为食。杂交稻是中国主要的粮食作物之一，实现水稻高产对保证国家粮食安全很重要[1]。近年来我国农业机械化发展迅速[2-3]，杂交稻有序抛秧以产量高、病虫害少等优点受到大面积推广[4-5]。机械种植方式下，肥料和密度对提高水稻高产具有重要作用[6-7]。肥料的使用可以促进水稻产量增加。若施肥过多会恶化土壤健康并污染环境[8]，若施肥量过低，会导致产量、有效穗数、实粒数、穗质量下降[9]。密度对于水稻的影响也同样重要。如果密度过大，可使水稻的糙米率、每穗粒数和结实率下降[10-11]；密度太低又会使水稻的有效穗数、基本苗等指标下降[12-13]；合适的密度可以提高水稻产量，达到节本增产的目的[14-15]，肥料偏生产力可以很好地反映土壤基础养分水平和化肥施用量综合效应的重要指标，可以很好地描述增密减肥对杂交稻氮、磷、钾，以及总肥料偏生产力的影响[16]。常规有序机抛栽培中肥料与密度的组合较随意，造成了肥料和耕地资源的浪费。因此，研究有序机抛条件下密度与施肥量组合是十分必要的。

本研究通过研究有序机抛条件下杂交稻‘晶两优华占增密减肥对产量、干物质质量和肥料偏生产力的影响，以期为有序机抛条件水稻优化肥料与密度组合提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与试验材料

1.1.1 试验区概况试验在湖南农业大学浏阳教学科研综合基地开展（28°30′N， 113°84′E），土壤是潴育性土壤。地形为丘陵小盆地，属亚热带季风湿润气候，年平均降水量1 551 mm，年平均气温 17.3 ℃ 。最高海拔1 607.9 m。

1.1.2 供试品种供试品种‘晶两优华占，该品种是由晶4155S×华占选育而成的杂交稻品种，全生育期138.5 d，结实率85.5%，千粒质量22.8 g。是湖南省水稻生产主推品种之一。

1.2 试验设计

试验设3个移栽机抛密度，分别为低密度（M0）18万穴·hm-2、中密度（M1）22万穴·hm-2、高密度（M2）27万穴·hm-2。设3个施肥水平，分别为低肥（F0）、中肥（F1）、高肥（F2）。因本研究为大面积机抛试验，为满足试验需求，对施肥措施进行改进。基肥：各小区按300 kg·hm-2标准统一施用复合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）；分蘖肥：低肥处理（F0）施用尿素75 kg·hm-2，中肥處理（F1）施用复合肥150 kg·hm-2以及尿素150 kg·hm-2，高肥处理（F2）施用复合肥300 kg·hm-2以及尿素225 kg·hm-2（养分含量为46%）；孕穗肥：各小区统一按75 kg·hm-2标准施用复合肥以及45 kg·hm-2标准施用钾肥（养分含量为60%）。

试验采用裂区设计，移栽密度为主区，施肥量为副区。试验区面积10 000 m2，试验设置9个处理，3次重复，每个小区面积180 m2，随机排列。试验于2021年5月14日浸种，5月16日播种，6月4日通过高速有序抛秧机 2ZP-13进行抛秧。为防止串肥，在施用分蘖肥之前做田埂，高为20 cm，田埂上覆膜后追肥。于2021年9月30日左右机械收获。旋耕前，施用300 kg·hm-2石灰调节土壤pH值以减少Cd吸收，田间水分管理及害虫、病原体和杂草均采用常规化学处理进行防治。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 分蘖数选择田间不靠近田边四周的具有代表性的2行连续10蔸，返青稳蔸开始每隔3 d进行1次田间调查，统计单穴茎蘖数，分蘖露尖时开始计数；孕穗开始后，由于分蘖数增长缓慢，所以每隔15 d左右进行田间调查，记录有效穗数。

1.3.2 干物质质量于分蘖期到成熟期共取样7次称取干物质质量，每个小区齐泥面割取6穴（单穴茎蘖数按平均水平取样），按叶、茎、鞘、穗分开（始穗期、齐穗期、灌浆期、成熟期，按叶、茎鞘、穗分开），将烘箱调至105 ℃杀青0.5 h，再在80 ℃下烘干至恒质量，冷却至室温后称质量，计算各部位干物质质量。

1.3.3 产量及产量构成因素在完熟期按5 点取样法取样，每个处理的小区取10 蔸统计供试材料的实粒数、千粒质量、有效穗数和结实率等。各小区于收获期全部采用机械收获，统计小区产量。

1.3.4 肥料偏生产力肥料偏生产力（kg·kg-1）=施肥后所获得的作物产量/化肥纯养分的投入量。

1.3.5 统计分析采用DPS和Microsoft Office Excel 进行数据处理，绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同处理对杂交稻产量和产量构成因素的影响

由表1 可知，减少施肥量和增加密度以及两者的互作效应对杂交稻产量影响极显著，产量最高为M2F2处理，其次是M2F1处理，分别较常规处理M0F2增产7.56%和4.69%，从施肥量角度来看以F2处理产量最高，F1处理次之；在高肥、中肥施肥量条件下，与常规处理相比，中密条件下减产15.81%和7.69%，高密条件下增产7.03%和4.53%；在F0施肥量条件下，与常规处理相比，中密增产，高密减产；在不同密度下，M2处理的产量最高，M0处理次之，M1处理产量最低。在高密、低密度条件下，减肥会减产12.18%和7.91%，在中密条件下，产量最高。

减少施肥量和增加密度以及两者的互作效应对杂交稻产量构成因子的影响是不同的。对千粒质量影响差异未达到显著水平，各处理中以 M1F0 的千粒质量最高，较M0F2处理高4.43%；中密条件下，杂交稻千粒质量与常规处理相比增加0.79%，但高密和低密条件下的杂交稻千粒质量是随着施肥量减少而减产0.04%、3.20%；3个水平的施肥量中，F2处理下的杂交稻千粒质量随密度增加而减少4.11%， F0、F1处理下的杂交稻千粒质量在中密条件下最高。

各处理有效穗数均高于M0F2 处理，分别较常规处理高8.04%～33.22%，在M2条件下，随着施肥量减少，杂交稻有效穗数减少18.90%，M0条件下增加，M1条件下中肥最高，较常规处理高4.82%； F1、 F2施肥量下，随着密度的增加，杂交稻有效穗数增加了33.06%，但是F0处理下的杂交稻有效穗数随密度增加减少了7.80%。

各处理穗粒数以M2F1 最高，其次是 M2F0 处理，在相同移栽密度条件下，减肥可以提高杂交稻穗粒数，在相同施肥量条件下，杂交稻穗粒数在中密条件下降低，而在高密条件下增加；各处理的结实率以M1F1最高，达到了87%，其次是M1F2处理，达到了86.33%，相同移栽密度条件下，减肥会导致杂交稻结实率下降，与高肥处理相比，分别降低了20.48%、5.70%、14.93%。在相同施肥量条件下，杂交稻结实率在中密条件下最高。结果表明，增密减肥后，适宜的施肥量配合一定的密度可以达到增产节本的目的。

2.2 不同处理对杂交稻干物质质量的影响

由表2可知，减少施肥量和增加密度对杂交稻各关键生育时期干物质积累量影响达显著或极显著水平，而两者的互作效应只对拔节期、灌浆期、成熟期干物质质量有影响。在相同移栽密度条件下，随着施肥量的减少，干物质质量先增加后减少，但是M2处理下的杂交稻齐穗期、M1处理下的杂交稻分蘖期和孕穗期分别减少15.06%、8.20%、18.15%，而在M2处理下的杂交稻灌浆期、M0处理下的杂交稻始穗期的干物质质量比高肥处理要高7.17%、16.03%。相同施肥量条件下，杂交稻各时期干物质质量表现为随密度增加而增大，但是各处理的始穗期干物质质量随密度增加而降低；在相同移栽施肥量条件下，3个水平的施肥量处理中，F2施肥效果最好。F0、F1和F2水平下的最高值从高到低依次为：M2F1>M0F2>M0F2。结果表明，增加一定的密度配合减少一定肥料能够增加杂交稻的地上部干物质质量，移栽密度过低导致群体生物量不足从而使地上部干物质质量不足，密度过高群体中个体数量多但一定个体所得养分较少，从而使干物质质量下降。

2.3 不同处理对杂交稻肥料偏生产力的影响

由表3可知，施肥量对4种肥料偏生产力的影响达到极显著水平，密度对杂交稻肥料偏生产力影响未达到显著水平，两者的互作效应对氮肥偏生产力无显著影响。氮肥、磷肥、钾肥偏生产力，以及总肥料偏生产力均以M1F0处理最高，分别较常规处理M0F2高94.01%、15.25%、44.98%、58.97%。在相同施肥量条件下，4种肥料偏生产力中， F0中密最高，比低密处理高4.95%，F1、F2高密處理最高，比低密处理高4.74%、7.57%。在移栽密度相同的条件下，随着施肥量减少，4种偏生产力均高于不减肥处理。结果表明，减肥增密处理可以提高杂交稻氮、磷、钾的肥料偏生产力，以及总肥料偏生产力，但是要适宜的密度和施肥量组合。增密后水稻产量、地上部干物质增加幅度较少；减肥后水稻产量减少，地上部干物质在高密、低密条件下先增后减，中密下持续减少。

2.4 不同处理对杂交稻分蘖的影响

由图1可知，在有序机抛条件下，不同增密减肥处理下的杂交稻整体分蘖数趋势均呈先上升后下降，整体分蘖数大致在移栽后12 d（6月16日）达到了快速分蘖盛期，在移栽后27 d（7月1日）达到分蘖高峰，之后分蘖数呈下降趋势，于移栽后48 d（7月22日）后增长趋势大幅度减少。各处理中，最高分蘖数是M1F1为43个·穴-1，其他8个施肥处理高峰苗为35.6～ 41.1个·穴-1；在分蘖盛期前，同一密度条件下，减少施肥量可以增加杂交稻分蘖数，但是在同一施肥量下变化规律不明显。结果表明，不同增密减肥处理对杂交稻分蘖有一定的影响，密度与施肥量的最佳组合可以增加杂交稻的基础分蘖数，并以此提高其分蘖数。

2.5 增密减肥互作效应下施肥量、移栽密度、产量、肥料偏生产力的相关性分析

由表4可知，水稻产量与移栽密度显著相关（r=0.385*），但与施肥量相关性未达到显著水平，说明在施肥量减少时增加适合密度可以提高产量，肥料偏生产力与施肥量呈极显著负相关关系（r=

-0.974**），与移栽密度之间相关性未达到显著水平，肥料偏生产力与产量负相关（r=-0.130）。以上结果表明，在增加密度时减少施肥量可以提高肥料偏生产力。

3 结论与讨论

3.1 施肥量、移栽密度对杂交稻产量和产量构成因子的影响

本研究表明，施肥量和移栽密度对于杂交稻产量和杂交稻产量构成因子都有影响。董士琦等[17]研究发现，随着施肥量的增加杂交稻产量呈现先增后减的趋势。本研究中，产量的变化规律随密度和肥料条件不同而改变，原因可能是施肥量和密度不同。而武浩等[18]研究发现，增密减肥对于杂交稻产量的提高效果不明显，与本研究结果相反，原因可能是品种不同。刘江红等[19]研究发现，当移栽密度较低时，产量与氮肥量正相关，但移栽密度过高时两者负相关。本研究中，移栽密度不同导致随施肥量减少产量变化一致，在中密条件下随施肥量减少产量先增后减，但在低密和高密条件下产量与施肥量是正相关。有研究发现[20-21]，增肥后杂交稻的结实率和千粒质量有所下降，每穗粒数先增后减，但本研究中只有M1条件下增加施肥量结实率和千粒质量减少，M0和M2密度下是增加的，原因可能是密度不同，本研究中每穗粒数是先增后减。郭保卫等[22]研究表明，增肥后杂交稻的穗数增加，但在本研究中增肥后只有M2条件下杂交稻穗数增加，M0和M1是减少的。有研究发现，随着密度增加，杂交稻产量及其产量构成因子先增后降，千粒质量变化较小，但结实率下降[23-24]。本研究中，笔者不同施肥量下随着密度增加，产量及产量构成因子变化不同，F1、F2施肥水平的杂交稻产量先减后增，F0施肥量下则是先增后减。本研究中，笔者发现随着密度的增加，促进了有效穗数增加，但在F0条件下随密度增加，有效穗数减少。随着密度增加，千粒质量减少，每穗总粒数先增后减，结实率下降，产量最高的是M2F2。

本研究中，适当增大植株密度，减少施肥施用量对水稻的产量构成因子和产量是具有一定的促进作用。千粒质量最高的为M1F0，每穗总粒数最高为M2F1，结实率最高的为M2F1，有效穗数、产量最高为M2F2，但是M2F2条件下肥料投入量是较高的。在M2密度条件下，F1比F0产量高10.83%，每公顷化肥使用量高16%， F2产量比F0高13.87%，每公顷化肥使用量高50%。因此，M2F1更加适合达到节本增产的目的。

3.2 施肥量、移栽密度对杂交稻肥料偏生产力的影响

本研究计算了氮、磷、钾偏生产力，以及3种肥料总肥料偏生产力，与张福锁等[25]所提出的我国杂交稻氮、磷、钾肥的肥料偏生产力大致在 54.2、98.9、98.5 kg·kg-1相比，本研究中氮肥和钾肥的偏生产力大多高于全国平均水平，但是磷肥偏生产力有5个处理未超过全国磷肥偏生产力平均水平。原因可能是施肥量和密度不同。本研究中在移栽密度相同的条件下，随着施肥量减少，4种偏生产力均高于不减肥处理，与冯洋等[26]研究相同。但是，在相同施肥量条件下，4种肥料偏生产力 F0中密最高，比低密处理高4.95%， F1、F2高密最高，但F1的氮肥偏生产力是M0条件下最高，造成这种差异的原因可能是肥料种类、品种等差异。陈海飞等[24]研究发现，同一施肥水平下，随着密度提高，肥料偏生产力提高，F1和F2施肥量下，4种肥料偏生产力先减后增，F0施肥量下，4种肥料偏生产力先增后减，说明不同的施肥量配合适当的密度才能提高杂交稻肥料偏生产力。本研究中，M1F0条件下氮、磷、钾和总的肥料偏生产力都是最高的，但是产量相比其他处理较低，原因可能是中密条件下，每穗总粒数减少。在相同施肥量條件下，M1F2条件下4种肥料偏生产力低于常规处理M0F2。

施氮量与移栽密度对产量有显著影响，且存在交互作用。产量、有效穗数最高的是M2F2，每穗总粒数最高的为M2F1，M1F1条件下结实率最高，M2F1的成熟期干物质质量最高，增密减肥使千粒质量减少，M1F0的肥料偏生产力最高。本研究对杂交稻进行增密减肥处理可以通过提高有效穗数来增加产量，也可增加杂交稻各个时期的地上部干物质质量、肥料偏生产力。在不考虑支出情况下，以高产为目标，有序机抛推荐采用675 kg·hm-2，施肥量配合27 万穴·hm-2密度比低密高肥处理（M0F2）增产7.56%。

参考文献：

[1] 杨建昌，杜永，吴长付，等. 超高产粳型水稻生长发育特性的研究[J]. 中国农业科学， 2006， 39（7）： 1336-1345.

[2] 金千瑜. 我国水稻抛秧栽培技术的应用与发展[J]. 中国稻米， 1996（1）： 10-13.

[3] 孙红英，韩忠，陈琳. 玉山县水稻抛秧技术操作规程[J]. 现代农业， 2020（9）： 33.

[4] 匡莉，郭栋梁. 水稻高速有序抛秧技术的推广前景分析[J]. 时代农机， 2018， 45（6）： 186.

[5] 胡雅杰，张洪程，龚金龙，等. 不同栽培方式对水稻产量和物质生产特征影响[J]. 中国稻米， 2012， 18（5）： 15-19.

[6] 马波. 肥料和密度对寒地早熟粳稻产量及品质的影响[J]. 黑龙江农业科学， 2021（3）： 1-6.

[7] 蔡威威，艾天成，李然，等. 控释肥及尿素添加剂对双季稻光合特性及产量的影响[J]. 中国土壤与肥料， 2018（3）： 54-60.

[8] NAHER U A， AHMED M N， SARKAR M I U， et al. Chapter 8-Fertilizer management strategies for sustainable rice production[M]//CHANDRAN S， UNNI M R， THOMAS S. Organic Farming： Global Perspectives and Methods. Duxford： Woodhead Publishing， 2019： 251-267.

[9] 段转宁. 减量施肥对麦茬直播杂交稻生长、产量及氮磷钾效率的影响[D]. 绵阳：西南科技大学， 2018.

[10] 董士琦，葛佳琳，韦还和，等. 施氮量和密度对盐碱滩涂水稻产量和品质的影响[J]. 核农学报， 2022， 36（4）： 820-828.

[11] 蒋鹏，徐富贤，张林，等. 高温高湿区增密减氮对杂交稻 “内6优107” 产量形成和氮肥利用率的影响[J]. 中国生态农业学报（中英文）， 2021， 29（10）： 1679-1691.

[12] 郎有忠，王美娥，吕川根，等. 水稻叶片形态、群体结构和产量对种植密度的响应[J]. 江苏农业学报， 2012， 28（1）： 7-11.

[13] 苏祖芳，霍中洋. 水稻合理密植研究进展[J]. 耕作与栽培， 2006（5）： 6-9.

[14] 石楠，高志强，胡海燕，等. 杂交稻有序机抛增密减肥处理对产量及肥料偏生产力的影响[J]. 作物杂志， 2021（5）： 128-133.

[15] 石楠，高志强，陈崇怡，等. 基于Logistic模型水稻地上部干物质与叶面积指数模拟与分析[J]. 东北农业大学学报， 2022， 53（3）： 10-18.

[16] CASSMAN K G， PINGALI P L. Extrapolating trends from long-term experiments to farmers field. The case of irrigated rice system in Asia[C]//Agricultural Sustainability： Economics， Environmental and Statistical Considerations. New York： John Wiley and Sons， 1995： 63-84.

[17] 董士琦. 施氮量和移栽密度对滩涂中度盐碱地水稻产量和品质的影响[D]. 扬州：扬州大学， 2022.

[18] 武浩. 种植密度及氮肥投入量对水稻氮素利用效率的协同效应研究[J]. 种子科技， 2022， 40（6）： 8-10.

[19] 刘红江，郭智，张岳芳，等. 移栽密度及氮肥投入量对水稻氮素利用效率的协同效应[J]. 生态学杂志， 2021， 40（12）： 3952-3960.

[20] 吴培，陈天晔，袁嘉琦，等. 施氮量和直播密度互作对水稻产量形成特征的影响[J]. 中国水稻科学， 2019， 33（3）： 269-281.

[21] 钱银飞，张洪程，李杰，等. 施氮量对机插杂交粳稻徐优403产量和品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2009， 15（3）： 522-528.

[22] 郭保卫，胡雅杰，钱海军，等. 秸秆还田下适宜施氮量提高机插稻南粳9108产量和群体质量[J]. 中国水稻科学， 2015， 29（5）： 511-518.

[23] 赵黎明，李明，郑殿峰，等. 灌溉方式与种植密度对寒地水稻产量及光合物质生产特性的影响[J]. 农业工程学报， 2015， 31（6）： 159-169.

[24] 陈海飞，冯洋，蔡红梅，等. 氮肥与移栽密度互作对低产田水稻群体结构及产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2014， 20（6）： 1319-1328.

[25] 張福锁，王激清，张卫峰，等. 中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J]. 土壤学报， 2008， 45（5）： 915-924.

[26] 冯洋，陈海飞，胡孝明，等. 高、中、低产田水稻适宜施氮量和氮肥利用率的研究[J]. 植物营养与肥料学报， 2014， 20（1）： 7-16.

收稿日期：2023-01-14

基金项目：国家重点研发计划（2017YFD0301506）