氮肥用量對雜交秈稻Y兩優886冠層結構和產量的影響

李俊周邵鵬陳星宋成偉彭廷趙全志*

（1河南農業大學河南糧食作物協同創新中心/河南省水稻生物學重點實驗室，鄭州450002；2光山縣農業局，河南光山465450；*通訊作者）

光能資源的質量和光能利用率是影響農作物產量的重要因素[1]。光能利用率與光能截獲量和光能轉化率直接相關，作物群體的大小決定了光能截獲量的多少，通過改善作物群體冠層結構可以提高群體光能截獲率和群體光能利用率[2]。氮素是影響作物群體大小的重要因素，氮素有助于增加葉面積指數和增強光合作用，從而促進作物生長[3]。但是過量施氮容易造成植株冠層下部透光率下降，加速冠層下部葉片的衰老，造成水稻減產，還容易引發病蟲害[4]。水稻不同生長階段冠層光合有效輻射（Photosynthetically active radiation，PAR）截獲率和利用率與產量呈顯著正相關，PAR轉化率與產量也呈正相關，保持較高PAR截獲率的基礎上提高冠層PAR轉化率，進而提高冠層PAR利用率，有利于水稻高產[5]。李艷大等[6]研究發現，隨施氮量的增加水稻PAR透光率出現遞減趨勢、PAR轉化率呈先增大后減小的趨勢；還發現群體光能截獲量達到最佳水平后，繼續提高群體光能截獲量，光能轉化率會出現下降的趨勢。葉面積指數是群體質量的重要指標，受氮素穗肥用量影響較大，表現為增加施氮量能夠增加水稻群體分蘗數，提高水稻群體光合葉面積[7－8]。氮素適宜的基肥及促花肥比例能調節水稻上3葉葉面積，上3葉葉面積適中、葉片角度好、群體葉面積適宜，水稻群體能獲得更多光照以進行光合作用，灌漿成熟期水稻群體光合物質積累量高；而如果后期氮素過量，劍葉面積大且披垂，會造成遮陰現象，倒2葉和倒3葉光合速率下降，水稻群體質量會變差[9]。歐陽杰等[10]研究表明，抽穗后15～20 d劍葉和倒2葉中葉綠素降解速率與單株產量都達到顯著相關。因此，確定合理的氮素穗肥運籌及合理的群體結構是水稻高產和穩產的重要手段。本研究通過設置不同氮素水平對水稻群體結構、葉面積指數、葉綠素、光合有效輻射利用等指標進行研究，明確雜交秈稻Y兩優886的合理群體結構和施氮方式，為品種的高產栽培提供技術途徑和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年在河南省信陽市光山縣羅陳鄉進行，品種為兩系雜交水稻品種Y兩優886，供試土壤為水稻土。土壤基礎養分狀況：全氮0．91 g/kg，速效磷14．4 mg/kg，速效鉀 12．88 mg/kg，有機質 28．47 g/kg。

1.2 試驗設計

試驗設6個氮素水平（純N用量）：0 kg/hm2、150 kg/hm2、210 kg/hm2、300 kg/hm2、390 kg/hm2和 450 kg/hm2，分別記為 N0、N150、N210、N300、N390、N450。

氮肥運籌方式為：基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶2∶4，其中基肥在移栽前1 d施用，分蘗肥于移栽后7 d和14 d施用，穗肥于倒4葉、倒2葉時等量施用。N∶P2O5∶K2O（質量比）=2∶1∶2，過磷酸鈣作基肥一次性施用，鉀肥 50%作基肥，50%于倒4葉時施用。4月19日采用機械軟盤育秧，5月19日移栽，秧齡31 d，葉齡4葉1心。機插秧，插秧規格 30．0 cm×16．5 cm；小區面積 3 m×5 m=15 m2，3次重復，小區隨機排列，管理方式同一般水稻大田。

表1 不同氮肥處理Y兩優886的PAR截獲率、截獲量、干物質凈積累量、轉化率和利用率

圖1 抽穗揚花期Y兩優886的葉面積指數

1.3 測定指標及方法

1．3．1 葉面積指數

運用比葉重法測定水稻葉面積指數。抽穗揚花期，調查各小區水稻平均分蘗數，每個小區取平均分蘗數代表樣3株，分無效葉、有效葉、高效葉3部分，用烘箱120℃殺青30 min，80℃烘干，稱重，計算水稻總葉面積指數。

1．3．2 葉綠素 SPAD 值

抽穗揚花期前1 d開始測定SPAD值，每7 d測定1次。測定儀器為葉綠素儀SPAD－502，測定部位為劍葉中部，每株測定2次（避開葉脈），每個小區測定5叢。

1．3．3 冠層PAR透過率、截獲率、PAR轉化率和PAR利用率

水稻灌漿初期、灌漿中期、灌漿后期及成熟期，利用光量子有效測量儀（Apogee MQ－200）測定地上部30 cm、60 cm和頂部的光照強度，每個小區隨機選取5叢進行測定。30 cm處光照強度與頂部光照強度的比值為下層透光率，60 cm處光照強度與頂部光照強度的比值為中層透光率。計算方法：In=1－透光率，PCE=DMA/IPAR，PUE=In×PCE。PCE 為 PAR 轉化率（g/MJ）；PUE 為 PAR 利用率（g/MJ）；DMA 為某生育階段的干物質凈積累量（g/m2）；IPAR為某生育階段的冠層PAR截獲量（MJ/m2）；In為冠層PAR截獲率。

1．3．4 產量

成熟期每個小區分別實收測產。

1.4 數據分析

用SPSS 22．0和Excel 2010軟件進行數據處理與分析。

2 結果與分析

2.1 氮肥處理對葉面積指數的影響

從圖1可以看出，抽穗揚花期葉面積指數隨著氮素水平的提高而提高。在6個氮肥處理中，N0的葉面積指數最低，N450的葉面積指數最高。N450處理的葉面積指數與N390處理相比差異不顯著，說明高氮水平下氮素對葉面積指數的影響減小。

2.2 氮肥處理對冠層PAR利用和轉化特性的影響

從表1可以看出，隨著氮肥用量的增加，灌漿初期－成熟期PAR截獲率、PAR截獲量、凈干物質量、PAR轉化率和PAR利用率都表現為先增加后降低的趨勢，N0處理的各指標都表現為最低，N390處理多數指標達到最高值。與N390處理相比，N450處理的凈干物質量、PAR轉化率和PAR利用率有下降的趨勢。

2.3 氮肥處理對抽穗揚花期-成熟期SPAD值的影響

從圖2可以看出，在水稻抽穗揚花期，隨著時間的推移，葉綠素SPAD值呈現不斷下降的趨勢，花后28～35 d是葉綠素下降速度最快的階段。花后0 d葉綠素SPAD 值 N390≈N300≈N450﹥N210≈N150﹥N0，花后35 d葉綠素SPAD值表現為N450﹥N390﹥N300﹥N210﹥N150﹥N0。說明提高氮肥水平能延緩葉片葉綠素SPAD值的下降速率。

表2 PAR利用轉化、葉綠素、葉面積指數與產量間的相關系數

圖2 不同氮肥處理Y兩優886花后不同時期的SPAD值變化

圖3 不同氮肥處理下Y兩優886的產量

2.4 不同氮肥水平的水稻產量

從圖3可以看出，隨著氮素水平的不斷提高，Y兩優886的產量呈先上升后下降的趨勢。N0處理的產量最低，N390 處理的產量最高，N150、N210、N300、N390、N450 的產量分別比 N0 提高了 1．41 t/hm2、2．15 t/hm2、2．65 t/hm2、3．45 t/hm2和 3．03 t/hm2。

2.5 不同氮肥處理下葉綠素、葉面積指數、PAR與產量的關系

從表2可以看出，產量與灌漿－成熟期PAR轉化率、利用率、干物質凈積累量呈極顯著正相關關系，與PAR截獲率顯著相關；產量與花后28 d和35 d的SPAD值呈極顯著正相關；產量與水稻抽穗揚花期葉面積指數呈極顯著正相關。各指標中，產量與抽穗揚花期葉面積指數的相關性最高。

3 討論與結論

隨施氮量的增加，水稻籽粒產量會出現增加的趨勢。但是，過量施氮也會延緩植株的成熟，造成非結構性碳水化合物貯存在莖稈中不轉運出去，導致水稻產量下降。因此，只有在適宜的范圍內，增施氮肥才可以有效的增加水稻產量[11－13]。葉面積的大小和動態直接影響作物群體冠層光截獲量，通過科學施肥和合理密植塑造適宜的葉面積動態是作物高產穩產的基礎[14]。增加苗期施氮量和栽插密度可以顯著提高水稻冠層葉面積和光合勢，進而減少了生育前期漏光和反射光損失，從而提高冠層PAR截獲率；適當增加中后期施氮量可延緩抽穗后水稻葉片的衰老，維持較大的光合勢，進而保持抽穗后較高的干物質生產能力[5]。本試驗結果表明，隨著氮肥水平的提高，產量呈先上升后下降的趨勢，N0處理最低，N390處理最高；水稻抽穗揚花期的葉面積指數、PAR截獲率、PAR截獲量、干物質凈積累量、灌漿－成熟期的PAR轉化率和PAR利用率隨著氮肥用量的增加不斷增加，N390處理達到最大值，然后N450處理的干物質凈積累量、灌漿－成熟期的PAR轉化率和PAR利用率又出現降低的趨勢，這與前人的研究結果相符[13－14]。本研究發現，水稻揚花后葉綠素含量隨著時間的推移呈不斷下降的趨勢，且隨著氮肥處理水平的提高，葉綠素含量下降越緩慢，水稻葉片衰老越慢，這與李剛華等[15]的結果相符。此外，本研究還發現，花后0～35 d葉綠素SPAD值與水稻的產量呈極顯著正相關，這與王旭等[3]的研究結果相符。說明適宜的施氮量能夠塑造合理的群體結構，增加水稻的葉面積，改善水稻的群體光照，從而提高水稻產量。因此，純N用量為 390 kg/hm2、基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶2∶4 的處理是 Y兩優886較合理的氮肥施用方式，可以獲得理想的群體冠層結構，有利于高產高效。