施氮量和密度对有序机抛早稻生长发育和产量的影响

郑志刚， 向丽， 刘功义， 徐彩， 覃斌， 王慰亲， 郑华斌， 唐启源

（湖南农业大学农学院，长沙 410128）

湖南省是中国的水稻大省，双季稻是湖南省主要的水稻种植制度，保障湖南省双季早稻高产稳产对我国粮食安全具有重要意义。但是，随着城镇化进程加快，农村劳动力减少和劳动力成本上升，制约了以劳动力限制型为主的传统农业栽培方式的发展。因此，省工、节本、高效的机械化种植方式是水稻生产发展的必然趋势[1‑2]。

机械有序抛秧是水稻机械化种植方式之一，其采用塑料软盘分穴分蔸育苗，通过有序抛秧机进行水稻分行分蔸有序抛栽，实现了水稻抛秧栽培机械化、精量化、有序化，具有带土移栽、缓苗期短、返青快、成行分蔸、均匀养分和光合作用以及有利于减少病虫害的优点，解决了传统抛秧栽培田间种植无序和作业效率低（秧苗在田间无序分布，抛秧密度不宜控制，给后续作业带来不便）等问题，是近年来湖南省大力推广的种植模式之一[3-6]。

合理的氮肥用量和适当密植是水稻高产栽培的重要措施。前人在机械插秧[7-12]、机械直播[13-15]、人工插秧[16-20]、人工抛秧[21‑22]等种植模式下对水稻适宜的施氮量和种植密度已经展开了大量研究，但在机械有序抛栽模式下的研究鲜见报道。李超等[23]研究表明，在135 kg·hm-2及以下施氮水平，抛秧早稻产量随密度的增加而增加，而超过该水平后，则表现为密度越高产量越低，早稻最佳的抛秧密度在36.0 万~48.0 万穴·hm-2。罗亢等[13]研究表明，增施氮肥和增密促进机直播早稻增产，增产原因是机直播早稻具有较高的抽穗后干物质量、叶面积指数及氮素积累量。陈佳娜等[12]发现，机插密度在19.0万~36.4万穴·hm-2范围内，早稻产量随栽插密度的增加而增加。徐新朋等[24]研究发现，氮肥用量及移栽密度对早稻产量具有显著影响，在手工插秧密度为21 万~39 万穴·hm-2范围内，早稻产量随着密度的增加而增加，在39 万穴·hm-2时达到最大，在施氮量为0~225 kg·hm-2范围内，早稻产量随施氮量的增加表现为先增后减，180 kg·hm-2处理产量达到最大。本研究在早稻大田生产中农民习惯的2 个氮肥施用量下，探究不同抛栽密度对有序机抛早稻生长发育和产量的影响，寻找有序机抛早稻适宜的抛栽密度，为湖南省有序机抛早稻大田生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试地点与材料

试验于2020—2021 年在湖南省益阳市大通湖区千山红镇(29°01´N，112°15´E)进行。该区属亚热带大陆性季风湿润气候，地形为典型的洞庭湖冲击平原，土壤成土母质为河湖沉积物，地势低洼平坦；年平均气温16.5 ℃，无霜期264 d，年均降水量1 240.8 mm，年均日照1 643.3 h。土壤基础地力情况：pH 8.02，有机质27.9 g·kg-1，碱解氮117.37 mg·kg-1，有效磷15.57 mg·kg-1，缓效钾335.3 mg·kg-1，速效钾111.07 mg·kg-1，前茬作物为油菜。

供试品种为当地普遍种植的常规早稻湘早籼24 号，来自湖南金色农丰种业有限公司。该品种具有生育期适中、分蘖力较强、株形松散适中、耐肥抗倒等特点，是湖南省目前主推的早籼品种。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，主区为施氮量，副区为密度。施氮量设2 个水平，分别为纯氮120（N1）、150 kg·hm-2（N2）；密度设5 个水平，分别为22.2（D1)、25.0(D2)、30.8(D3)、33.3(D4)、38.5 万穴·hm-2(D5），各处理重复3 次，共30 个小区，每小区面积为40 m2。

1.3 试验管理

2020 和2021 年试验播种期分别为3 月20 日、3月24 日，抛栽期分别为4 月17 日、4 月19 日。试验使用416 孔机抛专用软盘和中联重科2BP-780A 秧盘育秧播种机播种，每孔4～6 粒。播种后进行暗室出芽处理，以种子露出白尖为标准，之后将出芽种子摆放于秧厢上进行育秧。秧苗使用中联2ZPY-13A 水稻有序抛秧机抛栽。抛栽后修复试验小区田埂并覆膜，单排单灌。2 年肥料种类相同，用量均按以下方法施用，氮肥按基肥∶分蘖肥∶穗肥=5∶3∶2施用；各小区K2O和P2O5施用量一致，K2O 120 kg·hm-2按基肥∶穗肥=1∶1 施用；P2O560 kg·hm-2作为基肥一次性施用。病虫草害的防控与其他生产措施参照当地大田高产栽培管理。

1.4 测定项目与方法

1.4.1分蘖成穗率测定 抛栽返青后每小区选定连续的10 蔸水稻植株，每隔5 d 调查1 次分蘖数，直至分蘖数保持稳定或齐穗期结束，记录基本苗数（basic seeding numbers, BSN）、最高分蘖数（highest tiller numbers, HTN）、有效穗数（panicle,P），并计算分蘖率（tillering rate, TR）、分蘖成穗率（percentage of earbearing tiller, PET）。

1.4.2干物质积累量测定 于幼穗分化始期（panicle initiation, PI）、抽穗期（heading day, HD）、成熟期（mature stage, MS），每小区选取具有代表性水稻植株样品10蔸，将泥土洗净剪去根，按叶、茎鞘、穗分开，在105 ℃的恒温条件下杀青30 min，后置于80 ℃烘干至恒重，冷却至室温后称重，并计算群体生长率（population growth rate, PGR）和花后干物质积累量（dry matter accumulation after anthesis, DMAA）。

式中，W1、W2分别表示前后2 个生育时期的干物质积累量（g·m-2）；T1、T2分别表示前后2个生育时期的时间（d）；DMAMS（dry matter accumulation of mature stage）表示成熟期干物质积累量（g·m-2）；DMAHD（dry matter accumulation of heading day）表示抽穗期干物质积累量（g·m-2）。

1.4.3叶面积指数测定 于幼穗分化始期和抽穗期，每小区选择代表性水稻植株样品10 蔸，其中1 蔸手工测量绿叶面积，并单独烘干称重；其余9蔸叶子烘干称重，按比叶重法计算叶面积指数。

1.4.4叶片SPAD 值测定 采用SPAD-502plus型便携式叶绿素仪（柯尼卡美能达投资有限公司），于分蘖中期、幼穗分化始期、抽穗期、抽穗后15 d和成熟期测定叶片SPAD 值。每小区选择代表性水稻植株连续5 蔸，每蔸选择主茎最上部全展叶测定，每叶测3 点，3 个测量点分别为叶中部及其上下3 cm处。

1.4.5测产与考种 于成熟期在小区中心区域取长势均匀的6 m2区域测产，谷粒用风机筛选后晒干、称重。用自动数字水分仪（DMC-700，Seedburo，Chicago，IL，USA）测定稻谷籽粒含水量，统一换算成13.5%的标准含水量计算水稻产量。

成熟期在每小区的测产区域连续数计20 蔸的穗数作为有效穗数。按对角线取样法，每小区选取具有代表性水稻植株样品10 蔸（边3 行除外），数计穗数后人工脱粒，用水选法分离实粒和空秕粒，在105 ℃的恒温条件下杀青30 min，置于80 ℃烘干至恒重，数计称重并计算每穗粒数、结实率和千粒重。

1.5 数据统计与分析

使用Microsoft Excel 2019 和Statistix 9 等软件处理数据和进行统计分析，方差分析采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量和抛栽密度下产量与产量构成因素分析

由表1 可知，2020—2021 年施氮量和抛栽密度对有序机抛早稻产量的影响达极显著水平。2020年氮密互作效应达到极显著水平，但2021年氮密互作效应不显著。

表1 施氮量和密度对有序机抛早稻产量和产量构成因素的影响Table 1 Effect of nitrogen application rate and density on the yield and its components of orderly machine-thrown early rice

从施氮量看，2020 和2021 年N2 处理的产量分别比N1 处理显著增产5.33%、6.75%。从抛栽密度来看，D3、D4 和D5 处理的产量比D1 和D2 处理分别增产11.97%～15.05%、5.10%～7.99%。从氮密互作来看，在N1 处理下产量随着密度的增加呈上升趋势，当密度达到D3 时，继续增加密度增产效果不显著；在N2 处理下，产量随着密度的增加呈先增后减的趋势，2020和2021年分别在密度D3 和D4 处理时产量达到最大，继续增加密度会降低产量。由此可见，适当增施氮肥和适密抛栽均能有效提高有序机抛早稻产量。在不同的施氮条件下，有序机抛早稻适宜的抛栽密度略有差异。在N1 条件下，有序机抛早稻适宜的抛栽密度为30.8 万～38.5 万穴·hm-2，而在N2 条件下，有序机抛早稻适宜的抛栽密度为30.8 万～33.3万穴·hm-2。

施氮量和密度对有序机抛早稻有效穗数、每穗粒数、群体颖花数的影响达到了极显著水平。施氮量对结实率和千粒重的影响也达到了显著或极显著水平（2020 年结实率除外）。抛栽密度对结实率和千粒重的影响均不显著。氮密互作仅在2020年对有效穗数的影响达到极显著水平。

从施氮量看，N2 处理的有效穗数、每穗粒数及总颖花数显著高于N1 处理。除2020 年结实率外，N2 处理的结实率和千粒重显著低于N1 处理。从密度上看，随着抛栽密度的增加，有效穗数逐渐增加，而每穗粒数逐渐降低，总颖花数呈现出先增后减的趋势（2021 年N1 处理除外）。D3、D4 和D5处理的有效穗数和总颖花数均明显高于D1 和D2处理，其中D3、D4、D5处理的有效穗数和总颖花数比D1处理分别提高了11.67%～17.76%和5.29%～6.23%；D1 和D2 处理的每穗粒数高于D4 和D5 处理，其中D1 处理的每穗粒数比D3、D4 和D5 处理提高了6.04%～11.55%。由此可见，适当增施氮肥增产的主要原因为显著增加了单位面积有效穗数和每穗粒数，进而显著增加了单位面积总颖花数；适密抛栽增产的主要原因是单位面积有效穗数的增幅明显大于每穗粒数的降幅，进而促进了单位面积总颖花数的增加。

2.2 不同施氮量和抛栽密度下分蘖成穗率分析

由表2 可知，施氮量和密度对有序机抛早稻最高分蘖数、分蘖率、分蘖成穗率的影响均达到了显著或极显著水平，氮密互作效应不显著。

表2 施氮量和密度对有序机抛早稻分蘖成穗率的影响Table 2 Effect of nitrogen application rate and density on the tillering rate and the rate of productive tillers of orderly machine-thrown early rice

从施氮量看，N2处理的最高分蘖数和分蘖率显著高于N1 处理，其分蘖成穗率显著低于N1 处理。从抛栽密度上看，基本苗数、最高分蘖数（2020 年N2 处理下除外）和分蘖成穗率随着抛栽密度的增加而增加，分蘖率随着抛栽密度的增加而降低。D3、D4和D5处理的基本苗数、最高分蘖数和分蘖成穗率高于D1 和D2 处理。D1 和D2 处理的分蘖率高于D3、D4和D5处理。由此可见，适当增施氮肥显著提高了单位面积有效穗数，主要是通过显著提高最高分蘖数和分蘖率来实现；而适密抛栽提高了单位面积有效穗数，主要通过提高最高分蘖数和分蘖成穗率来实现。

2.3 不同施氮量和抛栽密度下干物质积累分析

由表3 可知，施氮量和密度对有序机抛早稻幼穗分化始期、抽穗期和成熟期的地上部生物量，幼穗分化始期至抽穗期和抽穗期至成熟期的群体生长率及花后干物质积累的影响达显著或极显著水平（2021 年施氮量对抽穗期至成熟期的群体生长率和花后干物质积累的影响除外），氮密互作效应仅在2020 年对抽穗期的地上部生物量的影响达显著水平。

表3 施氮量和密度对有序机抛早稻干物质积累的影响Table 3 Effect of nitrogen application rate and density on dry matter accumulation of orderly machine-thrown early rice

从施氮量看，除2021 年抽穗期至成熟期的群体生长率和花后干物质积累外，N2处理的各主要生育时期地上部生物量和群体生长率及花后干物质积累均显著高于N1处理。从密度上看，幼穗分化始期和抽穗期的地上部生物量和幼穗分化始期至抽穗期的群体生长率随抛栽密度的增加而增加。D3、D4 和D5 处理的幼穗分化始期和抽穗期的地上部生物量和幼穗分化始期至抽穗期的群体生长率高于D1和D2处理。成熟期的地上部生物量、抽穗期至成熟期的群体生长率和花后干物质积累随抛栽密度的增加表现为先增加后略有降低。2020 和2021 年均在抛栽密度为D3 或D4 处理时成熟期地上部生物量、抽穗期至成熟期的群体生长率和花后干物质积累达到最大值，继续增加抛栽密度，成熟期的地上部生物量、抽穗期至成熟期的群体生长率和花后干物质积累均有所降低。D3、D4 和D5 处理成熟期地上部生物量显著高于D1 和D2 处理。D3、D4 和D5 处理抽穗期至成熟期的群体生长率和花后干物质积累显著高于D1 处理（2021 年D5 处理除外）。由此可见，适当增施氮肥能显著促进有序机抛早稻群体各生育时期地上部干物质积累，进而促进产量的提高；适密抛栽能明显加快有序机抛早稻群体营养生长期和并进期干物质积累速度，使其在灌浆结实期也有较强的干物质积累能力。

2.4 不同施氮量和抛栽密度下叶面积指数分析

由表4 可知，施氮量和密度对有序机抛早稻幼穗分化始期和抽穗期的叶面积指数的影响达到了极显著水平，氮密互作对叶面积指数无显著影响。

表4 施氮量和密度对有序机抛早稻叶面积指数的影响Table 4 Effect of nitrogen application rate and density on the leaf area index of orderly machine-thrown early rice

从施氮量看，N2处理幼穗分化始期和抽穗期的叶面积指数显著高于N1处理。从密度上看，幼穗分化始期的叶面积指数随着抛栽密度的增加而增加。2020 年各密度处理间幼穗分化始期的叶面积指数差异显著，2021 年D3、D4 和D5 处理幼穗分化始期的叶面积指数高于D1和D2处理。抽穗期的叶面积指数随抛栽密度的增加先增加后略有降低，D3、D4和D5处理抽穗期的叶面积指数明显高于D1 和D2 处理。由此可见，适当增施氮肥和适密抛栽均能显著提高有序机抛早稻幼穗分化始期和抽穗期的叶面积指数。

2.5 不同施氮量和抛栽密度下叶片SPAD 值的变化

由表5 可知，施氮量对幼穗分化始期、抽穗期、抽穗后15 d 和成熟期的叶片SPAD 值的影响达极显著水平，抛栽密度对抽穗期、抽穗后15 d和成熟期的叶片SPAD 值的影响达显著或极显著水平，氮密互作效应仅在抽穗期对叶片SPAD 值的影响达显著水平。

表5 不同生育时期叶片SPAD值方差分析（2021）Table 5 Variance analysis of leaf SPAD values at different growth periods （2021）

由图1 可知，在各生育时期，SPAD 值均表现为N2>N1、D1>D2>D3>D4>D5。结合表5可知，N2处理在幼穗分化始期、抽穗期、抽穗后15 d和成熟期的叶片SPAD 值显著高于N1 处理；从密度上看，D4 和D5 处理在抽穗期至成熟期的剑叶SPAD值均明显较D1、D2和D3处理低。由此可见，增施氮肥能显著提高叶片SPAD 值，提高水稻光合生产能力，促进产量的提高；而增加抛栽密度会明显降低水稻叶片SPAD 值，这可能是密度达到一定值后，继续增加密度并不能显著增产甚至有可能降低产量的原因。

图1 不同施氮量下各密度处理对有序机抛早稻叶片SPAD值的影响（2021）Fig. 1 Effects of various density treatments on the SPAD value of orderly machine-thrown early rice leaves under different nitrogen application rates （2021）

3 讨论

合理的氮肥用量和适当密植是水稻高产栽培的重要措施。刘艳红等[25]和林洪鑫等[26]研究表明，水稻产量随着氮肥用量和移栽密度的增加而增加，但超过适宜氮肥用量或适宜移栽密度后下降。陈佳娜等[12]研究发现，在机插条件下，增施氮肥能显著提高早稻产量，机插密度在19.0 万～36.4 万穴·hm-2范围内，早稻产量随栽插密度的增加而增加。李超等[27]研究表明，机插条件下在同一密度下增施氮肥能有效增加早稻产量，且在较低密度条件下表现更加明显；在同一施氮量下增密能增加早稻产量，且在较低施氮量下表现更明显。本研究表明，适当增氮和适密抛栽均能显著提高有序机抛早稻的产量。N2 处理比N1 处理平均增产5.33%～6.75%，D3、D4、D5 处理比D1 处理显著增产11.97%～15.05%。在不同的施氮条件下，抛栽密度对有序机抛早稻产量的影响略有差异。在N1处理下，产量随着密度的增加呈上升趋势，当密度达到D3 时，继续增加密度增产效果不显著。在N2处理下，产量随着密度的增加呈先增后减的趋势，抛栽密度在D3 或D4 处理时产量达到最大，继续增加密度到D5 时会显著降低产量。N1 处理下机抛密度对产量的影响与前人在机插条件下氮密对产量的影响结果相似。N2处理下，机抛密度达到38.5万穴·hm-2时会显著降低产量。这可能是由于机抛秧的秧苗素质较好，抛栽后缓苗期短，前期生长快，分蘖发生快，密度过大反而不利于其后期光合物质积累。而机插秧由于前期缓苗期长，前期生长较慢，分蘖发生慢且较少，高密能弥补其茎蘖数和穗数。杨丞等[28]研究表明，增施氮肥能显著增加有效穗数和每穗粒数，但千粒重和结实率会降低。蒋明金等[29]研究发现，随着移栽密度的增加，有效穗数显著增加，但每穗粒数和结实率逐渐降低，移栽密度对千粒重无显著影响。本研究发现，适当增氮和适密抛栽增产的主要原因是增加了有效穗数和总颖花数。增氮可能会降低千粒重和结实率，但是增氮增加有效穗数、每穗粒数和总颖花数对产量的贡献远大于增氮降低千粒重和结实率对产量的削弱。适密抛栽虽然显著降低了每穗粒数，但同时也显著增加了有效穗数。由于有效穗数相比于每穗粒数对产量的贡献更大，使得适密抛栽的总颖花数显著增加，适密抛栽对结实率和千粒重的影响不大。最终，适密抛栽获得较高产量。

增施氮肥有利于促进水稻在各个生育时期的群体发育，增加植株茎蘖数，提高干物质积累与转运。适宜的施氮量能保证水稻冠层群体达到较高的叶面积指数，在抽穗期维持较高叶面干物质分配比例，有利于后期植株光合能力提高和光合产物积累，进而促进产量提高[25,30]。吴宗钊等[31]研究表明，合理增施氮肥能显著提高水稻分蘖数和叶片SPAD值，显著促进水稻关键生育阶段干物质积累、增加叶面积，从而提高光合能力。合理密植既能充分发挥水稻较强的分蘖与群体自身调节能力的特性，减少水稻群体内行间、株间生长竞争，避免前期生长过于繁茂，达到单位面积理想穗数，同时又保证稻田能充分利用光能，进行光合作用，积累较多的有机物，从而提高水稻产量[26]。欧阳裕元等[32]研究表明，随着栽插密度的增加，苗期至拔节期水稻分蘖数明显增加，最高苗峰值显著提高，无效分蘖增加，成穗率降低；增加栽插密度可显著提高拔节期、齐穗期和成熟期的干物质积累量，提高茎鞘输出量，增加转运贡献，从而提高产量。

本研究发现，适当增施氮肥能促进水稻生育前期的分蘖能力，获得更多的有效分蘖，形成较多的有效穗数，穗肥的增施有利于促进颖花分化和减少颖花退化，从而形成较多的每穗粒数。而适当密植使水稻生育前期有较大的群体基数，促进了分蘖速率和成穗率，形成较多的有效穗数。另一方面，适当增氮和密植使有序机抛早稻各生育期有较高的干物质积累量和较高的叶面积指数，从而有较快的群体生长率。增施氮肥能显著提高水稻叶片SPAD 值，使其在灌浆结实期有较强的光合能力，促进花后干物质的生产和积累。随着抛栽密度的增加，水稻SPAD 值显著降低，过密会增加花后叶片衰老速率，不利于灌浆结实期光合产物的生产和积累，这可能是本研究N1处理下密度高于D3 后并不能显著增产和N2 处理下D5 处理的产量显著低于D3 处理（2020 年）或D4 处理（2021 年）的原因。而适密抛栽既能保证抽穗期有较高的叶面积指数，也能保证叶片叶绿素相对含量相对较高，促进水稻灌浆结实期有较高的光合生产能力，促进花后干物质生产积累能力。

本研究仅对农民习惯的2 个施氮量进行试验，并不能确定有序机抛早稻适宜的施氮量范围，只能探究在湖南省湘北地区早稻大田生产中农民习惯的2 个施氮量下更具有增产优势的施氮水平和它们各自适宜的抛栽密度，对于有序机抛早稻适宜的施氮量和氮肥利用效率，有待进一步研究。