不同肥密措施对南疆水稻抗倒伏及干物质生产特性和产量的影响

王振洋 王冀川* 袁杰 王奉斌

（1 塔里木大学农学院，新疆 阿拉尔 843300；2新疆农业科学院核技术生物技术研究所，乌鲁木齐 830091；3新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐 830091；第一作者：583775080@qq.com；*通信作者：wjcwzy@126.com）

南疆的叶尔羌河、塔里木河上游流域地区水资源充足，能够满足水稻生长所需[1]。但由于南疆土壤主要以沙壤土为主，养分含量低且盐碱重，为提高农作物单产，当地普遍提高施肥量，这导致了农产品品质下降和土壤酸化、盐碱化程度加剧。高施氮量虽促进了水稻穗部发育但也增大了植株倒伏的概率[2-4]。通过适当密植并减少施氮量的栽培手段能够协调水稻茎、叶、穗生长，实现高效抗倒群体构建[5]。高效高产是干物质积累与分配协同的结果[6]。根据南疆地区独特的生态环境，确定适宜当地水稻生长的施氮量和栽插密度，发挥二者耦合效应是保证水稻高效高产的关键。本研究以高产优质水稻品种新稻36 号为试验材料，研究了南疆地区水稻在不同施氮量与栽插密度下的茎秆倒伏特性、干物质积累与转运差异，明确当地水稻肥密调控的响应特征，以期为南疆水稻高产优质生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及材料

试验于2021 年在新疆农业科学院粮食作物研究所阿克苏地区温宿县水稻试验站进行。该试验区位于塔里木盆地西北边缘，海拔1 012.2 m，年平均气温10.8 ℃，年均降水量51.3 mm，年均蒸发量1 988.4 mm，年均相对湿度在55%以下。土壤质地为沙壤土，耕作层土壤pH 为8.06，含盐量2.40 g/kg，有机质20.56 g/kg，碱解氮119.40 mg/kg，速效磷88.10 mg/kg，速效钾320.00 mg/kg。

1.2 试验设计与田间管理

双因素裂区试验，主区为施氮量，设N0（CK，不施氮肥）、N1（低氮，纯氮120 kg/hm2）、N2（中氮，纯氮240 kg/hm2）和N3（高氮，纯氮360 kg/hm2）4 个水平；副区为栽插密度，设D1（30 cm×24 cm，13.89 万丛/hm2）、D2（30 cm×20 cm，16.67 万丛/hm2）、D3（30 cm×16 cm，20.83 万丛/hm2）、D4（30 cm×12 cm，27.78 万丛/hm2）和D5（30 cm×8 cm，41.67 万丛/hm2）5 个水平。试验共20 个组合处理，随机区组排列，每个组合处理3 次重复，小区面积64 m2。主区之间筑埂隔开，独立灌、排水，并覆塑料膜包裹埂体防止窜水窜肥。试验地于4 月下旬整地，翻地前撒施基肥，磷肥（重过磷酸钙）225 kg/hm2、钾肥（硫酸钾）75 kg/hm2于栽插前一次性施入，氮肥按基肥∶追肥=2∶8 的比例施用并按设计用量折算为尿素，生育期共追肥5 次，按照返青期∶分蘖初期∶分蘖盛期∶拔节期∶孕穗期=2∶3∶2∶2∶1 的比例施用。5 月8 日移栽，秧龄40 d，每丛栽2 株苗。水层与除草防虫管理均按当地常规栽培方式进行。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 株高

于水稻关键生育时期各小区定点测连续10 丛稻株的株高，抽穗前测定地面到叶尖的距离，抽穗后为地面到穗部顶端的距离，每丛以最高株为代表。

1.3.2 倒伏性状

于齐穗后选取长势较一致的3 丛稻株，从每丛中选取有代表性的3 个单茎，去除地下部分，洗净后测定以下指标：

单茎鲜物质量：在茎秆失水前测量单茎质量。

节间长度与鲜物质量：将稻株单茎按节间分开，近地面基部第1 节伸长节间记为I1，依次向上，第2、第3和第4 节间分别记为I2、I3 和I4，测量各节间长度并称量鲜物质量。

抗折力：使用托普云农YYD-1 型茎秆强度仪测定，将茎秆放置于间隔2 cm 的支点上，在节间中点处施加作用力使其折断，记录折断时作用力的大小（kg），计算弯曲力矩[弯曲力矩=节间基部至穗顶的鲜物质量（g）×节间基部至穗顶的长度（cm）]与倒伏指数[倒伏指数=弯曲力矩（g/cm）/抗折力（g）×100]。

1.3.3 地上部干物质积累量

于各生育时期在各小区取5 丛具有代表性的稻株，分器官在105 ℃下杀青30 min，然后85 ℃条件下烘干至恒质量后称量。

花前干物质积累量（t/hm2）=开花期干物质量；

花后干物质积累量（t/hm2）=成熟期干物质积累量-开花期干物质积累量；

花前干物质积累率（%）=开花期干物质积累量/成熟期干物质积累量×100；

花后干物质积累率（%）=花后干物质积累量/成熟期干物质积累量×100；

营养器官干物质转运量（t/hm2）=开花期干物质积累量-成熟期营养器官干物质积累量；

营养器官干物质转运率（%）=干物质转运量/开花期干物质积累量×100；

干物质转运量对籽粒贡献率（%）=营养器官干物质转运量/成熟期籽粒干物质量×100；花后干物质积累量对籽粒贡献率（%）=花后干物质积累量/成熟期籽粒干物质量×100。

1.4 数据处理

用Microsoft Excel 2013 和DPS V9. 50 统计软件分析数据，使用Origin 9.0 软件作图，采用LSD 法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 施氮量与栽插密度对水稻植株形态的影响

由图1 可知，同等密度下随施氮量的增加植株重心高度随之升高，各施氮处理间差异均达极显著水平。N3 处理最高，平均达52.04 cm；N0 处理最低，平均为39.40 cm。同等施氮条件下则表现出随栽插密度增大植株重心高度降低，D4 和D5 处理之间差异不显著但显著低于D3 处理，D2、D1 之间差异不显著但显著高于其他处理。D5、D4 处理相较于D3 处理重心高度下降了5.64%～6.75%，相较于D1、D2 处理下降了9.89%～13.57%。重心高度的变异系数在不同施氮量与不同密度处理下分别为11.96%与6.36%，说明施氮量对植株高度的影响更大。

图1 施氮量与栽插密度对水稻植株形态特征的影响

I1 长度随施氮量的增加而增加，N3 处理显著高于其他处理。I2 长度施氮处理与不施氮处理差异极显著，其中，N1、N2 处理间差异不显著，N3 处理较N0、N1 和N2 处理分别显著提高35.91%、15.80%和11.50%。I3 长度仅在施氮处理与不施氮处理间存在极显著差异。I4长度各施氮处理间差异较小。各节间长度与种植密度呈负相关关系，即随密度的增加节间长度下降且低位节间趋势更为明显。I1 长度表现为D5＜D4＜D3＜D2＜D1，各处理间差异显著；I2 长度表现与I1 长度大致相同，其中D3 处理略低于D4 处理，二者无显著差异。I3长度D1、D2 处理间以及D3、D4 处理间无显著差异，栽插密度越大节间长度越短。I4 长度不同处理间差异不大，D1、D2 处理略高于D3、D4 和D5 处理。

同等密度条件下，株高与施氮量呈正相关关系，N3处理较N0、N1 和N2 处理分别显著增加20.51%、9.18%和3.42%。在同等施氮量条件下，随栽插密度增加株高呈递减趋势，D5 处理株高较D1、D2、D3 和D4 处理分别显著降低11.62%、10.48%、6.03%和2.69%。不同施氮量与密度处理下株高的变异系数分别为7.99%和5.28%，说明增加栽插密度有利于控制株高。

2.2 施氮量与栽插密度对水稻抗倒伏特性的影响

由表1 可知，节间抗折力与弯曲力矩均随着节位的升高而下降，倒伏指数则表现为不断升高。同等密度条件下，各节间抗折力随施氮量的增加呈先增后降的趋势，N2 处理下I1～I4 的抗折力较N0、N1 和N3 处理分别提高2.26%～32.12%、12.30%～26.85%、10.11%～25.64%和18.33%～42.00%。在同一施氮量处理下，随栽插密度升高，抗折力也呈先增后降的趋势，D4 处理下I1～I4 的抗折力较D1、D2、D3、D5 处理分别提高9.40%～23.05%、4.89%～25.23%、9.22%～27.78%和10.98%～42.19%。组合处理中以N2D4、N1D4、N1D5 处理I1 抗折力较强，根据F值可以看出施氮量、栽插密度以及二者的组合处理均能够对节间抗折力产生显著或极显著的影响。

表1 不同施氮量和栽插密度下水稻基部节间抗倒伏特性

弯曲力矩在同等栽插密度条件下与施氮量呈正相关关系，以N3 处理最高。N3 处理下I1～I4 的弯曲力矩较N0、N1 和N2 处理分别提高11.46%～41.93%、18.94%～59.72%、18.62%～34.87%和25.61%～58.84%。在同一施氮量处理下，弯曲力矩与栽插密度呈负相关关系，D5 处理下I1～I4 的弯曲力矩较D2、D2、D3 和D4处理分别降低5.57%～25.72%、9.28%～25.26%、4.45%～25.03%和14.25%～41.04%。

在同等密度条件下N0、N1、N2 处理倒伏指数差异较小，而N3 处理显著增高。N3 处理下I1～I4 的倒伏指数较N0、N1 和N2 处理分别提高43.76%～54.02%、44.74%～51.80%、40.09%～48.91%和60.81%～83.68%。在同一施氮量处理下，倒伏指数与栽插密度呈负相关关系，D1、D2 处理显著高于D3、D4 和D5 处理。D1 处理下I1～I4 的倒伏指数较D3、D4、D5 处理分别增加35.23%～58.73%、40.10%～53.24%、38.23%～63.96%和74.46%～113.16%；D2 处理下I1～I4 的倒伏指数较D3、D4、D5 处理分别增加22.72%～44.05%、23.68%～35.27%、18.45%～40.50%和31.03%～58.29%。

2.3 施氮量与栽插密度对水稻干物质积累的影响

由图2 可见，随生育进程的推进，水稻营养器官的干物质积累量先增后降，在穗期达到峰值；穗部干物质积累量则持续呈上升趋势。叶片、茎鞘、穗部干物质积累量占总干物质量比重拔节期分别为32.95%～40.95%、65.94%～74.29%、0；穗期分别为23.61%～28.30%、52.78%～63.90%、8.26%～23.33%；成熟期分别为10.16%～13.35%、24.33%～38.80%、48.01%～64.92%。可见，茎鞘干物质积累量均高于叶片。自抽穗后，茎鞘与叶片干物质积累量开始下降，至完熟期平均下降33.61%、42.59%，穗部则增加438.51%。在栽插密度相同的情况下，叶片与茎鞘的干物质积累量随施氮量的增加而增加，二者干物质积累量在整株中的占比也增加，且不同施氮处理间差异显著，其中，在成熟期N3 处理的茎鞘、叶片干物质积累量占稻株总干物质积累量的比例达49.00%，较N0、N1 和N2 处理增加28.59%、36.86%和15.42%。在施氮量相同的情况下，随着栽插密度的增加，茎鞘、叶片和穗部干物质积累量先增后降，以D4 处理最大，其中茎、叶干物质积累量占整株干物质积累量比例差异较小。组合处理中N3D4、N3D5 营养器官干物质积累量最大，而N2D4 处理穗部干物质积累量最高，可见，240 kg/hm2施氮量时配合27.78 万丛/hm2的处理组合有利于各器官干物质积累。

图2 施氮量与栽插密度对南疆水稻干物质积累的影响

根据施氮量（N）、栽插密度（D）组合的产量数据，进行多次二项式逐步回归，得到拟合方程：

Y=-0.081139+0.028487N+0.528057D-0.000054N2-0.009423D2+0.000126ND（R2=0.9057**）

对方程求极值得到产量最高为12.08 t/hm2（图3）时，施氮量为297.19 kg/hm2、栽插密度为30.01 万丛/hm2，与N2D4 处理最为接近。

图3 施氮量与栽插密度对水稻产量的影响曲面图

2.4 施氮量与栽插密度对水稻干物质转运的影响

由表2 可以看出，花前干物质积累量与积累率显著高于花后。在同一密度水平下，花前干物质积累量随着施氮量的提高而增加，各施氮处理间差异显著；花前干物质积累率则随着施氮量的提高先降后增，N0 和N3 处理较高。同一施氮水平下，花前干物质积累量与栽插密度呈正相关关系，随栽插密度的增加而增加，花前干物质积累率则表现为D1＜D2、D3、D4＜D5，其中D2、D3、D4 处理间差异不显著。花后干物质积累量与积累率在同等栽插密度条件下随施氮量的增加先增后降，在N2 处理时达到峰值，N2 处理的花后干物质积累量与积累率较N0、N1、N3 处理分别增加106.99%、46.16%、9.81%和26.61%、9.39%、18.21%；同等施氮量条件下花后干物质积累量随栽插密度的提高呈单峰变化趋势，峰值出现在D4 处理，D4 处理较其他处理提高18.06%～30.22%；组合处理中N2D4 处理花后干物质积累量较其他处理显著提高，达到6.92 t/hm2。可见，适合的肥密调控可以促进花后干物质积累量且对花后干物质积累率无极显著影响。

表2 不同施氮量和栽插密度下水稻干物质转运情况

从对籽粒的贡献来看，营养器官转运在各处理下对籽粒的贡献均要小于花后干物质积累对籽粒的贡献，随着施氮量的增加，花后干物质积累量对籽粒的贡献率呈递增趋势，施氮与不施氮处理间差异显著，说明增施氮肥有利于花后同化物在籽粒中的积累，N3 处理最高但与N2 处理差异较小。营养器官转运干物质对籽粒的贡献随施氮量的增加而降低，施氮处理与不施氮处理差异极显著，其中N1 与N2 处理差异较小。在各栽插密度处理下干物质转运量及花后干物质积累对籽粒的贡献均无明显规律但各处理间无较大差异。各施氮处理下干物质转运对籽粒的贡献与花后干物质积累对籽粒的贡献变异系数分别为13.69%和8.00%，不同栽插密度处理下则分别为5.06%和2.96%，可以看出，施氮处理的影响更大。

3 讨论与结论

3.1 施氮量与栽插密度对水稻抗倒伏特性的影响

倒伏指数是衡量水稻抗倒伏能力的重要指标，倒伏指数越大，稻株倒伏的可能性越高[7]。弯曲力矩以及抗折力显著影响倒伏指数，弯曲力矩与抗折力又受到栽培措施的调控[8]。范存留等[9]研究表明，增加氮肥用量会使水稻株高变高，抗折力降低。本试验结果表明，增施氮肥使各节间长度显著增加，导致株高变高，各节间抗折力与弯曲力矩均有显著差异，不同的是抗折力随施氮量的增加先增后降，可能是因为南疆地区土壤养分含量本身较低，不施氮或低氮导致茎秆细弱，进而抗折力低，施用过量氮肥后又会导致基部节间长度增大，导致抗折力降低。这与张祖建等[10]研究结果中适量的氮肥能提高水稻抗倒伏能力的效应一致。史占忠等[11]研究发现，抗倒伏能力较强的品种株高大约在70～90 cm，高于90 cm 便会增大倒伏的可能性，且高施氮量处理的水稻田块倒伏的可能要大于中等施氮量处理，低施氮田块一般不发生倒伏。本试验发现，施氮量0～240 kg/hm2的处理株高在79.32～102.3 cm 之间，且均未发生倒伏现象，这与南疆日照时间长，茎秆干物质积累量多，恶劣天气少，无外力致使倒伏有关。另外，本研究发现，基部节间倒伏指数随施氮量的提高先增后降，这与徐文波等[12]研究发现相符。

栽插密度也会对稻株的抗倒伏能力产生极显著影响。郭保卫等[13]研究表明，过高的栽插密度会增强水稻群体对资源的竞争力，从而使群体过旺生长，导致个体发育失衡，茎秆细弱而诱发倒伏造成减产。本研究与前人研究结果相符，在D5 处理下各节间倒伏指数增大，抗折力显著降低。肖立等[14]研究表明，适当稀植，降低栽插密度有利于改善稻株形态特征，有效降低倒伏发生的可能性，有助于发挥稻株的产量潜力。本研究发现，栽插密度为20.83～27.78 万丛/hm2时茎秆抗折力较强，当密度在13.89～16.67 万丛/hm2时抗折力较弱，可能是因为低密度促进了稻株个体发育，导致基部节间变长，从而不利于稻株抗倒。

水稻茎秆的抗折力与抗倒伏指数是多个因素影响下的综合结果，如穗长、穗质量、节间长度与充实度等[15]。株高是影响倒伏的直接因素，抗倒伏能力强的稻株株高矮、低位节间长度短、重心较低，但过度降低株高会导致生物量减少，不利于高产[16]。因此，挖掘株高外其他抗倒伏因素，协调产量与倒伏问题还需要深度研究。本研究发现，在240 kg/hm2施氮量时配合20.83～27.78 万丛/hm2栽插密度能够使南疆水稻获得较高产量且未发生倒伏现象。

3.2 施氮量与栽插密度对水稻干物质积累与转运的影响

干物质的积累、转运与分配与籽粒灌浆的优劣密切相关，适宜的干物质量是高产形成的基础。谢力等[17]研究表明，增加施氮量与栽插密度能够提高群体干物质积累量，但碳水化合物在高氮条件下多作用于营养器官，且高密度下过大的群体会导致结实率降低、经济系数变小、倒伏等问题，使产量降低，这与本研究高氮量高密度处理N3 与D5 出现减产情况相似。花后干物质分配及向籽粒转运的比例对产量及品质的高低有显著影响，研究表明，花前同化物大约有30%左右转运至籽粒中[18]。本研究发现，花前同化物转运对籽粒的贡献为23.86%～48.31%，与前人研究结果相符。马东辉等[19]研究发现，稻麦类作物干物质转运量会随着氮肥施用量的增加而增加，而当施氮量达到300 kg/hm2时会对干物质转运产生不利影响。本试验结果发现，施氮量在0～240 kg/hm2时水稻干物质转运量与之呈正相关关系，在360 kg/hm2时，转运量相较240 kg/hm2时下降19.55%。马冬云等[20]研究发现，高施氮量花前同化物多用于营养器官建成，对籽粒的贡献就会下降，不施氮时茎叶中的氮、糖加速运出，转运了较多贮藏物来充实籽粒。本研究结果表明，花前干物质转运量对籽粒的贡献率随施氮量的提高而降低，与前人研究结果基本相符，同时还发现花后干物质积累量在N3 处理下显著降低，可能是因为叶片相互荫蔽影响了籽粒灌浆。本研究发现，可以减少施氮量并适当密植，主攻构建大群体达到以大群体弥补小个体可能造成的减产，240 kg/hm2施氮量配合27.78 万丛/hm2栽插密度显著改善了南疆水稻地上部分干物质的比例及干物质分配，有利于提高产量。