西南稻區雜交中稻產量的地域差異及其高效施氮量研究

徐富賢，熊洪，張林，郭曉藝，朱永川，劉茂，周興兵

(四川省農業科學院水稻高粱研究所，四川瀘州646000)

近年來，我國各地水稻高產紀錄層出不窮，但施氮水平也顯著增加，高產與高效的統一性較差。同一水稻品種(組合)在不同生態區種植不僅產量差異較大［1－2］，而且對氮肥的吸收利用特點也截然不同［3］。因此，探明不同地區水稻高產現狀及高效施氮量十分重要。提高稻田氮肥利用率是國內外長期以來研究的熱點課題［4－5］。氮肥的精準施用包括計算機決策支持系統指導施肥和實地氮肥管理技術兩個方面。前者有水稻管理系統［6］、氮素管理模式［7］和實地施肥管理模式［8］3種，它們的共同持點是根據土壤養分供給狀況、氣候條件、施肥水平、目標產量及水稻不同生長時期的營養狀況等，通過計算機模擬為稻農提出更為經濟有效的施肥方案，雖然其具有較好的增產增收效果［9］，但受條件限制很難在水稻大面積生產上推廣應用。水稻實地氮肥管理技術是以氮肥管理為中心，多元素配合的水稻優質高產高效施肥模式。在東南亞應用該模式可以使水稻增產11%，同時可較大幅度地提高氮肥吸收利用效率［10－11］。劉立軍等［12－13］的研究證明，采用實地氮肥管理在不降低水稻產量的前提下，對氮、磷、鉀的吸收高峰均出現在穗分化至抽穗期，此階段氮、磷、鉀的吸收量約占最終總吸收量的比例均明顯高于農民習慣施肥方法。氮肥精準施用技術在不同地區應有不同的模式。西南地區包括四川、重慶、貴州、云南四省(市)的345個縣(區)，現有稻田面積467萬公頃以上。該區生態條件復雜，水稻以雜交一季中秈為主，三系雜交水稻種植面積比例大，全國較多水稻高產紀錄出自該區，但缺乏相應的水稻精準施肥系統［14］。為此，本文以2個雜交中稻品種為材料，在7個不同生態點，設統一的施氮處理和栽培密度，研究雜交中稻產量及其穗粒結構與試驗地點、土壤養分、施氮水平及其互作關系，以期為該生態區雜交中稻高產、氮肥高效利用栽培提供理論與實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2009年在西南稻區的四川、重慶、云南、貴州4省(市)的7個生態點進行(表1)，均采用相同的試驗方案。

以大面積推廣的雜交中稻高產品種Ⅱ優7號和高產優質新品種渝香優203為材料，按各地常年春季高產播種期播種，地膜濕潤育秧，中苗移栽，按30 cm×16.7 cm規格每穴栽雙株。試驗設4個施氮水平，即在施P2O575 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2作底肥的基礎上，分別設施氮N 0、90、150、210 kg/hm2(其中底肥占60%、蘗肥20%、穗肥20%)，分別表示為N0、N90、N150、N210。試驗采用裂區設計，以肥料為主處理，品種為副處理，共8個處理，3次重復。小區面積16.5 m2，區間走道53.3 cm，扎單埂，區組間走道86.6 cm，扎雙埂，均用地膜包覆。

表1 各試驗點的地理位置及土壤養分狀況Table 1 Geography position and nutrient status of soil for tested sites

1.2 測定項目與方法

用西安諾泰精密儀器有限公司生產的TZSIIW GPS定時定位土壤水分測定儀測定各點試驗田所處位置的經度、緯度，用北京首緯世紀科技有限公司生產的180 K海拔儀測海拔高度。在本田施肥前按梅花五點取樣法，采取稻田0—20 cm耕作層混合土樣2 kg并風干，各地樣品統一送四川省農業科學院分析測試中心，分析各試驗點土壤有機質，全氮，全磷，全鉀，pH，有效氮，有效磷，有效鉀含量。水稻分蘗期每小區定點10穴，調查分蘗動態;成熟期各處理每次重復均按小區平均有效莖數取樣5穴，在室內用常規方法考查穗部性狀，并實收小區產量(按13.5%的子粒含水量折合單產)。

1.3 統計分析

首先進行各處理間子粒實收產量和穗粒結構的方差分析，確定各試驗點的氮素高效施用量;然后開展產量穗粒結構(yi)對其產量(yy)的回歸與通徑分析，產量及其穗粒結構與試驗因子(后同)如經度(x1)、緯度(x2)、海拔(x3)、施氮量(x4)、土壤有機質(x5)、全氮(x6)、全磷(x7)、全鉀(x8)、pH(x9)、有效氮(x10)、有效磷(x11)、有效鉀(x12)(表1)間的偏相關分析，明確水稻高產主攻的穗粒結構目標和重要的環境影響因子，最后對氮素高效施用量(y)與試驗因子間進行偏相關、逐步回歸分析，建立氮高效施用量的預測模型。

所有計算由DPS數據處理系統和Excel操作系統完成。

2 結果與分析

2.1 不同試驗地點不同施氮水平下稻谷產量及其穗粒結構

2.1.1 各試驗地點不同施氮水平下稻谷產量及其穗粒結構的差異 從試驗結果(表2)可見，相同地點各試驗處理間產量及其相關性狀有不同程度的差異。聯合方差分析結果(表3)顯示，產量在試驗地點間、供試品種間、施氮處理間及以上3因子間的互作均達顯著或極顯著差異，部分產量相關性狀的差異達顯著水平。表明在不同生態條件下，選擇品種和確定適宜的施氮量均是水稻高產、高效的重要途徑。

2.1.2 西南區水稻高產的重要穗粒結構目標 穗粒結構決定產量的高低，不同地區因生態條件及土壤條件的差異，水稻高產主攻的穗粒結構目標各異。從試驗結果(表4)可以看出，有效穗(y2)、穗粒數(y3)、結實率(y4)和千粒重(y5)對產量的偏相關系數達顯著或極顯著水平，表明這4個性狀對產量均具有重要貢獻。其中，有效穗(y2)和結實率(y4)的直接通徑系數明顯高于穗粒數(y3)和千粒重(y5)，兩個品種均表現一致。因此，增加有效穗和提高結實率是西南地區提高水稻產量的主攻目標。

2.1.3 影響產量及其穗粒結構的關鍵環境因子 從7個產量及穗粒結構性狀分別與試驗因子(表1)的偏相關分析結果(表5)可見，不同產量性狀間受環境影響的關鍵因子不同，品種間的響應也有一定差異。從參試的兩個品種同時受相同的環境因子影響看，最高苗分別與施氮水平(X4)和全氮(x6)呈正相關，有效穗只與施氮水平(X4)呈正相關，穗粒數在兩個品種間沒有相同響應因子;結實率分別與施氮水平(X4)、有效磷(x11)呈負相關，與有效氮(x10)呈正相關;千粒重與有機質(x5)和有效磷(x11)呈正相關，與有效氮(x10)呈負相關;產量與施氮水平(X4)呈正相關。據此，增施有機肥，適當提高氮肥施用量(過高會降低結實率)，是西南區水稻高產的普遍措施。其他響應因子在品種間表現不盡相同，說明因種施肥是十分必要的。

2.2 西南區水稻氮素高效施用量的預測

方差分析結果(表6)表明，II優7號和渝香優203兩個品種產量分別在7個地點的施氮水平間差異達顯著或極顯著水平。根據同一個地點不同施氮量間產量的多重比較結果，確定兩個品種分別在7個地點的高效施氮量，方法是在同一個地點不同施氮量間，在較高產的同一檔次的施氮處理中，將施氮量較低處理的施氮量確定為高效施氮量。以II優7號在四川瀘縣點為例，N90、N150、N210 3個施氮水平間的產量差異不顯著，但均分別比N0處理顯著增產，則將在該地點的高效施氮量確定為90 kg/hm2，以此類推。

將表6中確定的高效施氮量與試驗因子(表1)進行回歸分析，從表7可以看出，II優7號的高效施氮量由緯度(x2)、全鉀(x8)、有效氮(x10)、有效磷(x11)4個因子決定;渝香優203則由經度(x1)、海拔(x3)、全氮(x6)、pH(x9)、有效鉀(x12)5個因子決定。兩個品種的預測高效施氮量回歸方程的決定系數均高達近100%(表7)。因此，利用該回歸方程預測兩個品種在不同地區種植的高效施氮量具有較高的可靠性。

表2 不同地點和施氮量下的產量及其穗粒結構Table 2 Yield and panicle-grain structure under the condition of different N fertilizer rates in the tested sites

續表2 Table 2 continued

3 討論

3.1 雜交中稻的高產栽培策略

不同稻區因生態條件的差異，其高產栽培策略有所不同。鄒應斌［15］指出，水稻進一步高產或超高產栽培的技術策略應是選用分蘗能力中等、株高中桿或偏矮桿(90～100cm)，大穗型(120～170粒)品種，采用壯桿重穗栽培法，運用“穩前攻中促后”的水肥運籌原則，以壯桿大穗和高結實率而獲得高產，是今后水稻超高產栽培的一條可能途徑。徐富賢等［16］根據川東南冬水田地區日照條件差的生態特點，認為應采用稀植足肥促進擴“庫”增“源”的高產栽培策略。周開達等［17］和袁隆平［18］認為重穗秈型雜交稻育種是我國水稻超高產育種的一條重要途徑。鄭家國等［14］指出川西平源雜交中稻的高產栽培策略是在適宜有效穗數的基礎上增加穗粒數。以上研究結論均為局部地區的局部試驗結果，難以據此推斷某一個大的生態區的高產栽培策略。本研究以兩個不同類型的雜交中稻品種為材料，在西南稻區的7個生態點采用相同的試驗處理，通過聯合方差分析與逐步回歸分析，解析了該區雜交中稻高產的影響因子與主攻策略。結果表明，選擇品種和確定適宜的施氮量均是水稻高產、高效的重要途徑，增施有機肥和提高土壤有效氮含量，是西南區水稻高產的共性措施;在產量構成因素中的有效穗數、穗粒數、結實率和千粒重均不同程度地對產量有顯著貢獻，但增加有效穗和提高結實率的直接作用較大，應是西南地區提高水稻產量的主攻目標。

3.2 水稻精準施氮量的預測

精準施氮是提高稻田氮肥利用效率的重要途徑，如何確定目標稻田的高效施氮量是基礎。先期研究形成的水稻管理系統［6］、氮素管理模式［7］和實地施肥管理模式［8］均具較好的節肥增產效果，但應同時滿足的已知條件太多，如水稻品種只考慮到品種的秈、粳之分，種植季節之分，生育期長短之分，而實際上即使是生育期相同的同類型品種，因品種間氮素的吸收利用率存在較大差異［5］，相同目標產量的氮素需求量也有所不同。

近年較多學者就水稻肥料高效利用途經進行了探索。鄭圣先等［19］研究了不同生產力水稻土的有機質和養分含量狀況，認為低產田與水稻土的結構差、養分缺乏有關。張秀芝等［20］模擬了潛江地區水稻產量(y)和施氮量(x)擬合得出一元二次關系式:y= － 0.0728x2+22.335x+6811.5，R2=0.9442。楊梢娜等［21］指出，在施N 150 kg/hm2基礎上，配施適量有機肥有助于提高氮素利用率和產量。王偉妮等［22］研究表明，目前湖北省水稻平衡施用氮、磷、鉀肥的增產與增收效果顯著。

以上研究成果對指導局部地區水稻高效施肥有較大作用。由于氣候條件一般縣級以上才有觀測數據，但在水稻生產實踐中的生態條件較為復雜，同一個縣不同鎮、村、社因所處地理位置不同，其生態小氣候差異極大［23］;土壤養分供給狀況在同一地區不同田塊間更是千差萬別，而且測試項目較多。這些因素嚴重制約了先期成果的應用效果與規模。因此，本研究通過不同生態區的施氮量試驗，根據地理位置和土壤養分狀況，建立了II優7號和渝香優203兩個品種的高效施氮量的預測模型，與先期同類研究相比具有三方面特點:一是因為經度、緯度和海拔與氣候條件關系密切［23］，利用目標稻田所處地理位置的經度、緯度和海拔取代氣候條件，較好地解決了很多地區沒有氣候資料的問題，而且可精確到具體的每一塊目標稻田，取得經度、緯度和海拔數據方便快速;二是只需選擇部分土壤養分指標，有利于提高工作效率;三是因水稻品種而建立了相應的氮高效施用量預測模型，能較好地反映出品種對溫光及肥料的反應特性，具有更強的生態適應性。

表3 試驗地點、品種及施肥水平間產量和穗粒結構的差異比較Table 3 Comparison on yield and panicle-grain structure under different experiment sites，cultivars and N application rates

表4 穗粒結構(Yi)對其產量(yy)的回歸與通徑分析Table 4 Regression and path analysis of pencile-grain structure on grain yield

表5 產量及其穗粒結構與試驗因子間的偏相關分析Table 5 Significance test for partial correlation coefficients of experiment factors on yield and panicle-grain structure

表6 不同地點和施氮量下的收獲產量Table 6 The harvest grain yield under the condition of different N application rates and tested sites

3.3 氮高效施用量預測模型的應用

本文建立了目前已大面積推廣的II優7號和新品種渝香優203的高效氮施用量預測模型。利用該模型，需用GPS定位儀和海拔儀測定目標田的經度、緯度和海拔，土壤養分查各縣區測土配方施肥項目的田間檔案，即可預測出相應的氮高效施用量，從而提高II優7號在大面積推廣中的增產、節肥效益，加快新品種渝香優203的推廣進程。從本研究結果看，由于參試的兩個品種對溫光、土壤肥力反應各異，氮高效施用量的預測模型也不同。而目前全國每年有大量的新品種通過審定后投入大面積生產，建議選擇各生態區重點推廣的新品種，通過類似本文的栽培試驗建立相應的預測模型。對同類型的品種若采用本預測模型，可能具有一定的高產節肥效果，但不能發揮到最佳水平。因此，尚需通過多個品種的類似研究，進一步根據品種的某些特征，對模型進行修訂，以提高該氮高效施用量預測模型的普適性。

表7 氮素高效施用量(y)與試驗點的地理位置、土壤養分和施氮水平(x)的回歸分析Table 7 Regression analysis between optimal N fertilizer application(y)and geographic sites，soil nutrients for the tested sites and N application lever(x)

致謝:馬均、鄭家國、涂士華、李經勇、周維佳、楊叢黨、秦魚生等專家參加了部分試驗工作，特此深表謝意!

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