長江中下游稻區粳型超級稻高產形成及氮素利用的研究

葛夢婕, 王亞江, 顏希亭, 張洪程, 魏海燕, 戴其根, 霍中洋, 許 軻, 江 峰, 朱聰聰

(揚州大學農業部長江流域稻作技術創新中心，江蘇省作物遺傳生理國家重點實驗室，江蘇揚州 225009)

中國是世界上水稻生產和消費的主要國家之一，高產一直是我國水稻工作的永恒主題[1-2]。超級稻品種是通過理想株型塑造與雜種優勢利用相結合選育的單產大幅度提高、 品質優良的新型水稻品種組合，可能成為我國繼矮化育種和雜種優勢利用兩次突破后第三次育種革命[3]。我國水稻種植一直維持“北粳南秈”的格局，近年來由于粳稻產量、 品質、 效益方面的優勢明顯，粳稻種植面積逐漸擴大，特別是自“七五”、 “八五”以來，我國的“秈改粳”取得長足進步，生產上也相繼推出一些高產優質的常規粳型超級稻品種，這些品種主要集中分布在長江中下游稻區，至2013年我國審定通過的南方粳型常規超級稻品種達11個之多。

1 材料與方法

1.1 供試品種

1.2 試驗設計

試驗采用裂區設計，以施氮(N)水平為主區，設N 0、 150、 187.5、 225、 262.5、 300、 337.5 kg/hm27個水平。以品種為裂區，裂區面積為6 m2，重復3次。主區間做埂隔離，并用塑料薄膜覆蓋埂體，保證各主區單獨排灌。試驗采用機插軟盤育秧，于5月23日播種，6月11日移栽，栽插規格為11.7 cm×30.0 cm，每穴3苗。氮肥基蘗肥 ∶穗肥=6 ∶4，穗肥分別于倒四、 倒二葉各施50%；P、 K肥施用與高產田相同，施P2O5、 K2O 各150 kg/hm2，全部用作基肥。氮肥用尿素(含氮46.4%)，磷肥用過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥用氯化鉀(含K2O 60%)。其他管理措施按照常規高產栽培要求實施。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 莖蘗動態 在各處理小區定點20穴作為觀察點，于有效分蘗臨界期、 拔節期、 抽穗期、 成熟期觀察莖蘗消長動態。

1.3.2 葉面積和干物質測定 于拔節、 抽穗和成熟期取有代表性植株2穴，用Li-3000A型自動葉面積儀測量植株葉面積。105℃殺青，75℃烘干至恒重后稱其重量。

1.3.3 植株全氮測定 植物樣品粉碎后，用半微量凱氏定氮法測定全氮含量。

1.3.4 產量的測定 收獲前每小區收割50穴，脫粒，曬干，測定實際產量；每小區取10株成熟稻穗，自然風干用于測定產量構成因素。

1.4 數據計算與分析方法

光合勢=1/2(L1+L2)×(t1-t2)

式中： L1、 L2為前后兩次測定的葉面積(m2/hm2)； t1、 t2為前后兩次測定時間(d)。

氮肥表觀利用率(%)=(施氮區水稻吸氮量-氮空白區水稻吸氮量)/作物施氮量×100

農學利用率(kg/kg)=(施氮區水稻產量-氮空白區水稻產量)/施氮量

生理利用率(kg/kg)=(施氮區水稻產量-氮空白區水稻產量)/(施氮區水稻吸氮量-氮空白區水稻吸氮量)

使用Microsoft Excel 2003處理數據，唐啟義的DPS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥水平下不同類型水稻品種產量及其構成因素的差異

2.1.1 產量總體差異 對兩年內，兩類品種不同氮肥水平下的籽粒產量和氮素利用率進行方差分析可知(表1)，品種類型間、 氮肥水平間、 氮肥和品種類型互作都達到了顯著或極顯著水平；年度、 年度與氮肥、 年度與品種類型以及三因素互作間差異均未達到顯著水平，說明本試驗設計合理，具有一定的準確性和代表性，能真實反映兩類水稻品種在各氮肥水平下的差異。

表1 不同氮肥水平不同品種類型水稻籽粒產量和氮素利用的方差分析Table 1 Analysis of variance for grain yield and N recovery efficiency of different varieties under different nitrogen levels

由于2011、 2012年兩年不同處理間產量變化趨勢基本一致，本文僅以2012年的數據進行分析說明。

圖1 不同氮肥水平下不同類型品種水稻的籽粒產量Fig.1 Grain yield of different variety type rice under different N level[注(Note)： SJR—Super japonica rice; OJR— Ordinary japonica rice.]

2.1.2 產量構成因素的差異 由表2可見，隨施氮量的增加，各品種穗粒數逐漸增加，結實率和千粒重逐漸下降，總穎花量先增后降。超級粳稻有效穗數略低于普通粳稻，但差異不顯著，穗粒數、 總穎花量優勢明顯，平均每穗150粒，最高達到164粒，平均比普通粳稻高13.66%。與普通粳稻相比，超級粳稻千粒重略高，但結實率偏低，平均只有90.10%，尤其高氮條件下，結實率更低，最低只有88.37%。因此，生產中超級粳稻高產實現的途徑應在穩定適宜穗數基礎上培育大穗，提高群體總穎花量，減少穎花退化，保持相對穩定的結實率和千粒重。

2.2 不同氮肥水平下不同類型品種水稻的群體特征

表2 不同氮肥水平下不同類型品種水稻產量及其構成因素Table 2 Yield and its components in different variety type rice under different N levels

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

表3 不同氮肥水平下不同類型水稻品種莖蘗數及成穗率Table 3 Number of stems and tillers and percentage of productive tillers in different variety type rice under different N levels

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

各階段的干物質積累比例變化趨勢(表7)，隨施氮量的增加，拔節前干物質積累比例表現為先降后增的趨勢，拔節后與干物質積累量變化趨勢一致。施氮量過高時，干物質積累比例在生育前期較大，容易造成群體蔭庇，從而生育后期干物質積累比例相對減少。與普通粳稻相比，超級粳稻在拔節前干物質積累比例較低，拔節后尤其是抽穗至成熟階段干物質積累比例較高，兩者差異極顯著。

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

表6 不同氮肥水平下不同類型品種階段干物質積累量(kg/hm2)Table 6 Dry matter accumulation at each growth stage in different variety type rice under different N levels

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

表7 不同氮肥水平下不同類型品種階段干物質積累比例(%)Table 7 Dry matter accumulation ratio at each growth stage in different variety type rice under different N levels

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

2.3 不同類型品種水稻氮素積累特性

對各生育階段氮素積累比例進行分析(表9)，隨施氮量的增加，各水稻品種移栽-拔節期氮素積累比例表現為減小的趨勢，拔節-抽穗期表現為增加的趨勢，而抽穗-成熟期表現為先增后降的趨勢。不同品種類型間相比較，拔節前，普通粳稻氮素積累比例較超級粳稻高，而拔節后尤其是抽穗-成熟期超級粳稻的氮素積累比例更高。

表8 不同氮肥水平下不同類型品種水稻階段氮素積累量(kg/hm2)Table 8 N accumulation at each growth stage in different variety type rice under different N levels

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

表9 不同氮肥水平下不同品種類型水稻階段氮素積累比例(%)Table 9 N accumulation ratio at each growth stage in different variety type rice under different N levels

注(Note): SJR—Superjaponicarice; OJR— Ordinaryjaponicarice. 不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen levels at the 1% and 5% levels, respectively; ** 表示不同品種類型平均值之間差異達1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at the 1% level.

表10 不同氮肥水平下不同品種類型水稻氮素利用率Table 10 N utilization efficiencies in different variety type rice under different N levels

注(Note): RE— Recovery efficiency; AE—Agronomic efficiency; PE—Physiological efficiency.不同大小寫字母表示氮肥水平間差異達1%和5%顯著水平 The different capital and small letters represent significant difference between nitrogen level was significant at the 1% and 5% levels, respectively; *、 **表示不同品種類型平均值之間差異達5%和1%顯著水平 Indicate the average value between different varieties were significantly different at 5% and 1% levels, respectively.

3 討論

3.1 粳型超級稻高產形成及氮素利用的分析

3.2 粳型超級稻高產栽培途徑的探討

當前超級粳稻生產中依舊沿用人們所習慣的普通粳稻栽培管理模式，限制了超級粳稻品種高產和超高產潛力的發揮[17]，只有良種良法配套才能實現水稻增產。超級粳稻主要依靠健壯的個體來提高群體質量，大田機械化生產中通過培育壯秧、 插足基本苗數來建立合理的群體高光效結構，保證有效穗數提高成穗率。超級稻的適宜施肥量因品種、 地力、 栽培管理方式等不同而存在差異[7,9,10]。本研究中，超級粳稻在施氮量300 kg/hm2水平下產量最高，產量能夠達到10.5 t/hm2以上，表明超級粳稻適宜用作機插。相對于普通粳稻，超級粳稻獲得高產所需的氮肥量大，而且在高氮條件下有高的生物量和氮素積累，因此在生產中須保證氮肥的足量投入。除此之外，超級粳稻由于穗型較普通粳稻大，應針對其干物質和氮素積累特點，嚴格控制基肥和分蘗肥施用時間和用量，保證超級粳稻生育前期氮素適度積累[18]，控制群體穩步增長；將穗肥施用時期提前，施肥比例增加，能協調拔節至抽穗階段營養生長和生殖生長，培育粗壯的莖稈和挺拔的株型，提高光合物質生產，從而保證在抽穗后能有更多的同化物輸出，而且在生育后期能維持葉片不早衰，進一步提高光合產物積累促進大穗形成；同時通過施用鉀肥增加莖稈強度[19]，為大穗提供強有力的支撐，提高抗倒能力。超級粳稻地上部分生長優勢與根系發育密切相關[20,21]，利用輕擱田與結實期干濕交替灌溉技術能有效提高根系活力[22]，增強生育后期根系吸氮能力，提高水稻氮素利用效率。保證氮肥投入是增產的有效措施，氮肥過量施用會降低肥料利用率，目前生產上選用的緩釋氮肥以及采用實地氮肥管理技術(SSNM)、 水稻精確施肥技術[23,24]并結合水分管理，均能在提高超級粳稻產量的同時提高氮素利用效率。

4 結論

與常規普通粳稻相比，超級粳稻產量構成表現為穗數穩、 粒數多、 總穎花量高；群體特征表現為莖蘗消長平穩，葉面積指數和光合勢較高，拔節后干物質積累量和積累比例較高；氮素吸收和利用表現為拔節后氮素積累量和積累比例高，氮素利用效率較高，且在高氮條件下比普通粳稻更能發揮優勢。

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