淮北地區機插超級粳稻產量形成及氮素吸收利用特征

梁健　李曉峰　舒鵬　張洪程　霍中洋戴其根　許軻　魏海燕　郭保衛（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重點實驗室，江蘇揚州225009；第一作者：365460342@qq.com；通訊作者：huozy69@163.com）

淮北地區機插超級粳稻產量形成及氮素吸收利用特征

梁健李曉峰舒鵬張洪程霍中洋*戴其根許軻魏海燕郭保衛
（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重點實驗室，江蘇揚州225009；第一作者：365460342@qq.com；通訊作者：huozy69@163.com）

為探究淮北地區不同氮肥水平下粳型超級稻產量形成及氮素吸收利用特征。在大田機插條件下，以常規中熟中粳超級稻和非超級稻（對照）為試材，設置3個氮肥水平即0、225、300 kg/hm2。從產量構成因素、干物質和氮素積累、莖蘗動態、葉面積指數等角度分析不同氮肥水平下粳型超級稻產量形成及氮素吸收利用特征。結果表明，隨著氮肥施用量的增加超級稻平均產量呈增加趨勢，對照產量則是先增加后減少。粳型超級稻最高產量平均值較對照最高產量平均值高10.98%。與對照相比，超級稻在3個氮肥水平下每穗粒數和群體穎花量高，結實率和千粒重與之相當；群體莖蘗移栽后早發快長，最終成穗率高；拔節前葉面積指數和光合勢比對照低，拔節后比對照高，超級稻粒葉比在3個氮肥處理下均高于對照；拔節前，超級稻干物質積累量比對照低，而拔節至抽穗、抽穗至成熟階段干物質積累量分別比對照高7.77%和6.96%；植株氮素階段積累量和植株階段吸收速率，移栽至拔節、拔節至抽穗、抽穗至成熟階段超級稻均比對照高?；幢钡貐^粳型超級稻籽粒產量在3個氮肥處理下均表現出明顯的增產優勢。超級稻移栽后葉面積指數、粒葉比和光合勢較高，最終莖蘗成穗率高；穗型大，群體總穎花量高，穗后干物質積累量多；生育期相近的中熟中粳超級稻產量高于對照與其較強的氮素吸收特性有關。

中熟中粳；超級稻；產量；氮素吸收

我國是人口大國，約有60%的人口以稻米為主食，因此水稻的高產栽培是我國水稻工作永恒的主題［1-2］。農業部1996年啟動“中國超級稻育種計劃”，2005年開始實施超級稻新品種選育與示范推廣項目，多年來取得了豐碩成果［3］。超級稻是通過理想株型創造與雜種優勢利用相結合選育的抗性強、品質優、單產高的新型水稻品種組合，有著巨大的增產潛力［4］?；幢钡緟^為江蘇省水稻生產的主要稻作區，但由于淮北地區地理位置的原因，使得淮北地區土壤地力分布不均，且當地普遍存在施肥不夠合理的情況。在稻麥兩熟種植制度下，淮北地區以種植中熟中粳水稻品種為主，但傳統的常規粳稻品種繁多，經濟效益不明顯。近幾年，隨著超級粳稻的培育和推廣，產量、品質、效益方面的優勢明顯，在淮北地區種植面積逐漸擴大。

在水稻生產上，氮肥投入是提高產量的主要栽培措施。但過量、盲目投入氮肥不僅不能帶來高產，而且會降低水稻的產量和品質，污染環境，降低氮肥利用率，造成經濟損失［5-6］，這與水稻生產“高產、優質、高效、生態、安全”的綜合目標背道而馳。所以，通過研究該地區水稻合理的施氮水平和栽培技術，既能保證水稻產量又能保護環境、節約成本和提高農民收益。由于機械化設備制造水平的不斷提高及農藝農機融合的進一步深入，機插稻已經成為我國稻作發展的主要方向［7］，淮北地區水稻機插水平和面積得到大幅度提高。科學運用機插技術并配套適宜的品種類型對實現氮素的高效吸收和利用具有重要意義［8］。因此，有必要研究該地區機插條件下超級粳稻產量形成特征及其對氮肥的響應，以期找到合理的施肥模式，為淮北地區機插水稻合理施氮提供理論依據和實踐指導。

1　材料與方法

1.1供試品種

選用品種為淮北地區普遍種植、生育期基本一致的4個中熟中粳水稻品種：連粳7號（153 d）、寧粳4號（155 d）、連粳4號（154 d）、武運粳21號（152 d）。連粳7號、寧粳4號為超級稻，連粳4號和武運粳21號為非超級稻（CK）。

1.2試驗設計

試驗于2013年和2014年在揚州大學校外試驗基地江蘇省連云港市東?？h平明鎮，屬北亞熱帶溫濕氣候區，雨水充沛，日照充足。試驗土質為沙壤土，地力中等，前茬小麥。土壤含氮量為1.53 g/kg、堿解氮90.25mg/kg、速效磷含量34.5 mg/kg、速效鉀88.5 mg/kg。采用裂區設計，以施氮量（純N）水平為主區，設置3個施氮水平，0、225、300 kg/hm2（分別用N0、N225和N300表示）。品種為裂區，裂區面積為10 m2，品種隨機排列，3次重復，共36個小區。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，2年均于5月30日播種，6月20日移栽機插。栽插密度為28.5萬叢/hm（211.7 cm×30.0 cm），每叢4苗。氮肥按基肥∶蘗肥∶穗肥=3∶3∶4施用，其中穗肥分別于倒4葉和倒2葉葉齡期等量施入。此外，每個小區分別施P2O5和K2O各135 kg/hm2，磷肥于前作收獲后耕翻前基施，鉀肥于耕翻前、拔節期分2次等量施入。其他管理措施按照常規栽培要求實施。

表1　不同氮肥水平下不同類型品種水稻產量及其構成因素

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叢作為觀察點，于有效分蘗葉齡期、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

分別于拔節期、抽穗期、成熟期，每小區取代表性的植株2叢，用LI-3000A型自動葉面積儀測量植株葉面積。105℃下殺青30 min，80℃烘干72 h后稱質量，計算干物質量。

1.3.3植株全氮測定

將拔節期、抽穗期、成熟期取樣的2叢整株粉碎，采用H2SO4-H2O2消化，以半微量凱氏定氮法測定氮素含量。

1.3.4產量的測定

成熟期每小區連續成片收割60叢，重復3次，脫粒、曬干，測定實際產量。每處理隨機取20株成熟稻穗，自然風干用于測定產量構成因素，即每穗粒數、結實率和千粒重。

1.4數據處理

葉日積（m2·d）=1/2（L1+L2）×（t2-t1）。式中L1和L2為前后2次測定的單位土地面積葉面積（m2），t1和t2為前后測定的時間（d）

氮素吸收量（kg/hm2）=該時期地上部干物質量×含氮率

氮素總吸收量（kg/hm2）=成熟期地上部干物質量×含氮率

氮素階段吸收量（kg/hm2）=后一時期氮素吸收量-前一時期氮素吸收量

氮素階段吸收速率 ［kg/（hm2·d）］=氮素階段吸收量/前后兩時期間隔的天數

氮素吸收利用率（%）=（施氮區植株總吸氮量-無氮區植株總吸氮量）/氮肥施用量×100

百千克籽粒吸氮量（kg）=總吸氮量/稻谷產量× 100

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

2　結果與分析

2.1超級粳稻產量及構成因素

從表1可見，參試品種2014年產量較2013年稍高，2年產量變化趨勢一致，以2014年為例。2014年，2個超級粳稻品種均在N300水平達到最高產，平均為10.72 t/hm2，極顯著高于對照；而非超級粳稻品種在N225水平達到最高產，平均為9.66 t/hm2；N0水平下超級粳稻產量極顯著高于對照。超級粳稻最高產量較對照最高產量高10.98%，差異極顯著。說明超級粳稻增產潛力高，需氮量更大，非超級粳稻氮肥的過量投入并不能引起產量大幅度提高，甚至還會使產量降低。

表2　不同氮肥水平下不同類型水稻品種莖蘗數及成穗率

圖1　不同氮肥水平下不同類型水稻品種各生育期的葉面積指數

3個氮肥水平下，超級粳稻單位面積穗數低于對照，在N0水平差異不顯著，在N300和N225水平達極顯著差異。隨著施氮量的增加，超級粳稻和對照的穗粒數和總穎花數均增多，但同一氮肥水平下超級粳稻比對照表現出明顯的優勢，說明提高穗粒數、總穎花量均能促進產量的提高。與對照相比，不同氮肥處理下超級粳稻千粒重略高，結實率略低，且均隨施氮量的增加而降低。因此，在生產上通過肥水管理、調控等措施，在穩定穗數的基礎上培育大穗提高穎花數，保持穩定的結實率和千粒重，是機插超級粳稻奪取高產的重要方法。

2.2超級粳稻的群體特征

2.2.1群體莖蘗動態特征

超級粳稻各生育時期的莖蘗數和最終穗數較普通粳稻少，拔節后超級粳稻莖蘗下降較平緩，最終有效穗數穩定，成穗率高（表2）。在N300水平，除有效分蘗臨界期外，其余各生育期超級粳稻與非超級粳稻莖蘗數差異極顯著，成熟期超級粳稻莖蘗數較對照平均低6.93%；在N225水平，拔節后超級粳稻與對照莖蘗數表現出顯著或極顯著差異；在N0水平，成熟期莖蘗數兩者差異不明顯。超級稻各氮肥處理的莖蘗成穗率均高于對照，最高莖蘗成穗率（N0水平下）相對對照最高成穗率（N0水平下）平均高5.01%，達極顯著水平。由此可以看出，超級粳稻群體在拔節期后分蘗更穩定，在獲得較高穗數的前提下是通過提高群體的莖蘗成穗率來獲得高產的。

2.2.2群體葉面積指數、葉面積率、粒葉比和光合勢

3個氮肥處理下，超級粳稻拔節期的葉面積指數比對照低，拔節后葉面積指數比對照高（圖1）。抽穗期4個水稻品種葉面積指數達到最大，但超級粳稻群體葉面積最大值（N300）較對照群體葉面積最大值（N300）高，增幅達4.10%。抽穗以后，超級粳稻和對照群體葉面積平緩降低，但超級粳稻葉面積至成熟期仍保持在較高水平，且極顯著高于對照。

超級粳稻在N300水平有效葉面積率和高效葉面積率達到最大值，分別為94.36%和78.11%，比對照高3.9%和8.11%，達極顯著水平；對照在N225水平略高于超級粳稻，但差異不顯著（表3）。本試驗用粒葉比表示庫源比。3個氮肥水平下，超級粳稻的穎花/葉、實粒/葉、粒重/葉均比對照高，達到顯著或極顯著水平，隨著施氮量的提高，超級粳稻的粒葉比增加，而對照粒葉比則表現出先增加后降低的趨勢，對照在N225水平最高，與產量規律一致。

表3　不同氮肥水平下不同類型水稻品種的葉面積率、粒葉比和各生育階段的光合勢

表4　不同氮肥水平下不同類型品種階段干物質積累量及比例

葉日積表現出與葉面積類似的規律。拔節前，對照的葉日積比超級粳稻高，拔節后超級粳稻較對照略高，在N0水平差異極顯著。抽穗至成熟階段，超級粳稻和對照的葉日積均在N300水平達到最大值，但前者比后者高9.28%，達極顯著水平。

2.2.3群體干物質積累及比例

拔節前，N0和N225處理下超級粳稻和對照干物質積累量差異不明顯，在N300處理下對照干物質積累量極顯著高于超級粳稻，增幅達10.27%（表4）。3個氮肥水平下，對照干物質積累比例均顯著或極顯著高于超級粳稻。拔節至抽穗期階段，超級粳稻和對照干物質積累量均有增加，在N300水平達最大值，且超級粳稻群體的干物質積累速度更快。超級粳稻在N0、N225、N300處理下較對照分別高4.66%、3.05%、4.28%，平均高4.00%，達顯著水平。抽穗至成熟階段，隨著施氮量的增加，超級粳稻干物質積累比例增加，而對照呈先增加后降低的趨勢。N300水平下，對照群體平均干物質積累量達6.72 t/hm2，超級粳稻群體平均干物質積累量達7.18 t/hm2，比對照平均高7.96%，差異達極顯著水平。超級粳稻總干質量較對照高3.35%～4.26%，平均高出3.81%，達顯著水平。這說明超級粳稻群體在拔節前干物質積累量較低，而生育中后期干物質積累量優勢明顯，且高氮條件下更利于干物質積累。

2.3超級粳稻氮素積累特征

2.3.1氮素階段積累量及比例

由表5可以看出，3種氮肥水平下超級粳稻總吸氮量均明顯高于對照，3個氮肥處理下平均高13.16%。移栽至拔節期，在N0水平超級粳稻氮素積累量低于對照，而在N225和N300水平高于對照。拔節至抽穗階段超級粳稻施氮區氮素積累量迅速增加，而對照則增加不明顯或下降，說明拔節后超級粳稻的吸氮量明顯高于非超級粳稻。抽穗至成熟階段超級粳稻氮素積累量仍高于對照，在N300水平差異尤其明顯，平均高20.6%。

不同類型品種間，拔節前超級粳稻吸氮比例較對照低，拔節后超級粳稻吸氮量比對照高。隨著施氮量的增加，移栽至拔節階段超級粳稻和對照氮素積累比例均表現為下降趨勢；拔節至抽穗階段則表現為增加趨勢；抽穗至成熟階段表現為減少的趨勢。從表5還可看出，不同品種水稻氮吸收比例均以抽穗至成熟期最小，而拔節至抽穗期的氮肥積累量及比例與籽粒產量有關。

表5　不同氮肥水平下不同類型品種水稻階段氮素積累量及比例

圖2　不同氮肥水平下不同類型品種水稻氮素階段吸收速率差異

2.3.2氮素階段性吸收速率的差異

從圖2可以看出，N0和N300處理下3個生育階段水稻氮素吸收速率均表現為超級粳稻高于對照。在N225處理下，移栽至拔節期，抽穗至成熟期氮素吸收率兩者差異不明顯，而拔節至抽穗期超級粳稻顯著高于對照。氮素吸收速率以拔節至抽穗期最大，對照平均為1.70 kg/（hm2·d），超級粳稻平均為2.19 kg/（hm2·d），比對照高28.66%。抽穗至成熟期氮素吸收速率最小，超級粳稻平均比對照高22.50%，達極顯著水平。

3　討論

3.1超級粳稻在不同施氮水平下產量構成因素的協同關系

本試驗研究表明，隨著施氮量的增加超級粳稻產量顯著增加。大量研究顯示，穎花數與產量呈正相關［9-11］。本試驗對3個氮肥水平下的穎花數進行比較分析，得到的結論和其他學者的研究結果一致，且在N300條件下超級粳稻的穎花數達4.80×108/hm2，達到楊建昌等［12］提出的超高產水稻的穎花量需要超過4.50×108/ hm2的要求。水稻產量由單位面積穎花數（單位面積穗數×每穗粒數）、結實率和千粒重組成，即庫容和充實度決定。張軍等［13］對淮北地區超級稻產量形成的研究表明，在地力中等條件下，隨著施氮量的增加（0～300 kg/ hm2），單位面積穗數和每穗粒數均增加。葛夢婕等［14］的研究也表明，當施氮量在0～300 kg/hm2之間時，隨著施氮量的增加單位面積穗數和每穗粒數增加。本研究表明，施氮量從0到300 kg/hm2，超級粳稻的單位面積穗數增加，每穗粒數增加，與前人研究結果一致。關于水稻在不同施氮水平下的千粒重和結實率規律，前人研究結果不一，且變化往往較小［15-16］，因此在水稻生產中常常將其忽略。但是從以往超級稻高產栽培的實踐來看，保持庫容與充實的協調，尤其是穗粒數與千粒重的關系，仍有一定的產量潛力可挖掘。吳文革等［11］通過對5個秈型超級稻品種籽粒庫容特征的分析提出“培育大穗是超級稻擴大庫容的主要途徑”。本試驗研究表明，淮北地區超級稻施氮量從0到300 kg/hm2，結實率下降，千粒重上升。由此可見，高氮水平下的超級粳稻較之低氮水平有相對更大的庫容從而獲得更高的充實量，因此千粒重和結實率對產量的作用也不容忽視。

3.2淮北地區超級粳稻N300水平下的群體生長特征

關于不同生育類型水稻品種氮肥高效高產和群體特征的研究前人已經做過很多［17］。魏海燕等［18］對早熟晚粳超級稻的研究表明，早熟晚粳稻施氮量在300 kg/ hm2條件下能獲得最高產。孟天瑤等［19］研究表明，雜交秈稻群體最高生產力對應的施氮量集中在225～262 kg/hm2，常規粳稻在300 kg/hm2左右，雜交粳稻和秈粳雜交稻在262～300 kg/hm2。在本研究中，超級粳稻在施氮量為300 kg/hm2時產量最高，達到10.72 t/hm2以上。

本試驗研究表明，N300水平下，超級粳稻生育前期分蘗低于非超級粳稻，雖干物質生產量較低，但有效控制了無效分蘗的增長。拔節后無效分蘗逐漸消亡，群體生長環境適宜，有效分蘗趨于穩定。表現在葉面積指數、葉日積、干物質積累、粒葉比等顯著高于非超級粳稻。超級粳稻成熟期干物質量及抽穗至成熟階段干物質積累量顯著增加，與凌啟鴻等［20］認為的“要提高產量，關鍵是提高抽穗至成熟期的干物質積累”吻合，這也是現代超級稻品種奪取高產的重要原因。莖蘗成穗率作為衡量水稻群體質量的綜合指標，成熟期超級粳稻的莖蘗成穗率較非超級粳稻高，可顯著提高產量［21-23］。因此，在N300水平下，超級粳稻有利于協調水稻群體各指標，具有極大的增產潛力。此外，還需配套相應更優化的栽培技術，著眼于結實期的高光效和光積累，盡可能的壓縮群體的起點和前期的總生長量，為經濟器官分化形成期各器官的健壯發展讓出空間。通過壯個體去發展群體，最后達到高產群體所具備的各項質量指標要求。

3.3淮北地區超級粳稻與非超級粳稻氮素吸收利用差異及超級粳稻經濟最佳施氮量

有關水稻品種群體間氮素吸收利用差異的研究已經有很多［24-28］。殷春淵等［29］認為，僅依靠成熟期的氮素利用指標來反映水稻自身的氮素吸收特性具有一定的局限性，需研究其具體生育期的吸氮特性，才能全面評價水稻品種間氮素吸收差異。本試驗中超級粳稻各生育時期氮素積累量及氮素吸收速率均高于非超級粳稻，說明超級粳稻有更強的氮素吸收能力。相關研究表明，無論粳稻還是秈稻，植株階段吸氮量和產量呈正相關關系。李敏等［30］研究表明，非超級粳稻在N262時產量最高，在N300水平下由于吸氮量過多，會導致無效分蘗過多或倒伏，反而造成產量降低。超級粳稻由于較高的吸氮量和氮肥利用率，在N300時產量更高。本試驗表明，非超級粳稻在N225時更易獲得高產，而對于超級粳稻，N225至N300時產量并未出現拐點，仍呈上升態勢，適當再增加氮肥的用量產量也更高。這進一步說明超級稻較強的氮素吸收能力是其高產潛力大的生理基礎。

淮北地區地理條件獨特，農民在對氮肥的使用上往往要比其他地區更多。有研究表明，江蘇省淮北地區平均施氮量為266.4 kg/hm2，蘇南地區平均施氮量為230.1 kg/hm2，淮北地區比蘇南地區高出15.8%［31］。但是在實際的水稻生產中，獲得最高產量的施氮量，并不一定能使農戶獲得最高的經濟收益。筆者在江蘇省淮北地區幾個市、縣的走訪調查得到的數據，常規50 kg規格的尿素（氮素含量為46.3%）平均價格在95元。2015年江蘇省水稻最低收購價格為每kg 3.10元。結合尿素平均價格、水稻最低收購價格及2015年超級稻實產平均值，對淮北地區超級稻在N225和N300時的經濟效益進行分析，N300時超級稻總收入33 220.0元/hm2，N225時為30 743.7元/hm2。減去多施氮肥的成本，N300水平比N225水平每hm2多收入1 860.7元，效果明顯。由此可見，淮北地區超級粳稻的經濟最佳施氮量應維持在300 kg/hm2左右。

4　結論

淮北超級粳稻籽粒產量在3個氮肥處理下均較非超級粳稻表現出明顯的增產優勢。超級粳稻穗型大，群體總穎花量高，移栽后早發快長，葉面積指數、粒葉比和葉日積較高，花后干物質積累量多。超級粳稻較強的氮素吸收積累能力是其高產形成的重要營養學基礎。

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The Yield Formation，Nitrogen Absorption and Utilization of Mechanical Transplanting Super Japonica Rice in Huaibei Area

LIANG Jian,LI Xiaofeng,SHU Peng,ZHANG HongCheng,HUO ZhongYang*,DAI QiGen,XU Ke,WEI HaiYan,GUO BaoWei
（Innovation Center of Rice Cultivation Technology in Yangtze River Valley,Ministry of Agriculture/Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province,Yangzhou University,Yangzhou,Jiangsu 225009,China；1st author:365460342@qq.com；*Corresponding author:huozy69@163.com）

The aim for this study was to research the yield formation and characteristics of nitrogen utilization about super japonica rice in Huaibei Area.A field experiment was conducted using medium-maturing medium super japonica rice and non-super japonica rice cultivars（contrast）as materials,investigating the effects of different nitrogen application levels（0,225,300 kg/hm2）.The results showed that,with the increase of N application amount,the grain yield of super japonica rice increased continuously.The highest average grain yield of the super japonica rice cultivars was 10.98%higher than that of the contrast.Compared with the contrast,more grains per panicle and population spikelets（4.8×108/hm2）were observed in super japonica rice，with the same level of seed setting rate and thousand seed weight.The numbers of stems and tillers of super japonica rice grow earlier and faster,and the percentage of productive tillers was higher.The leaf area index and photosynthetic potential of super japonica rice was relatively low before jointing stage,and increased significantly after jointing stage.Compared with the contrast,the grain-leaf ratio of super japonica rice was higher in 3 nitrogen application levels.Compared with the contrast,the dry matter accumulation of super japonica rice was relatively lower before jointing stage,but 7.77%higher at jointing-heading stage,6.96%higher at heading-maturity stage respectively.The N accumulations and N uptake rates of super japonica rice were higher than the contrast at every stage.This study showed that,in 3 nitrogen application levels,the super japonica rice showed obvious advantage to production in Huaibei Area.Compared with the non-super japonica rice,super japonica rice has more grains per panicle and population spikelets.And the leaf area index,photosynthetic potential,grain-leaf ratio,total dry matter accumulation and percentage of productive tillers were high.The reason why the yield of medium-maturing medium super japonica rice is higher than the contrast with similar growth period related to its strong characteristics of nitrogen absorption.

medium-maturing medium japonica；super japonica rice；yield；N uptake

S511.2+2

A

1006-8082（2016）04-0046-07

2016-04-04

國家糧食豐產科技工程項目（2011BAD 16B03）；揚州大學科技創新基金（2015CXJ042）