“獨稈”栽培模式下全程氮肥在分蘗中后期施用對旱直播水稻產量和品質的影響

趙 杰 李紹平 程 爽 田晉鈺 邢志鵬 陶 鈺 周 磊 劉秋員 胡雅杰 郭保衛 高 輝 魏海燕 張洪程

“獨稈”栽培模式下全程氮肥在分蘗中后期施用對旱直播水稻產量和品質的影響

趙 杰 李紹平 程 爽 田晉鈺 邢志鵬*陶 鈺 周 磊 劉秋員 胡雅杰 郭保衛 高 輝 魏海燕 張洪程*

揚州大學江蘇省作物栽培生理重點實驗室 / 江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心 / 水稻產業工程技術研究院, 江蘇揚州 225009

稻麥兩熟地區, 旱直播水稻生產受前茬小麥收獲、全量麥秸稈還田及耕整地質量不高等因素的影響, 常采用遲播期、大播量、高基本苗和主莖成穗為主的“獨稈”栽培模式, 而配套該模式直播稻優質豐產的氮肥管理技術尚缺乏系統的研究。以優質食味粳稻南粳9108為材料, 采用機械旱直播方式, 基本苗為380×104hm–2, 設置不同葉齡期(六、七、八、九和十葉齡期)氮肥追施處理及氮肥追施用量(純氮180 kg hm–2和225 kg hm–2)處理, 以基本苗380×104hm–2和300×104hm–2的旱直播精確定量氮肥管理(純氮270 kg hm–2, 基肥︰分蘗肥︰穗肥=3.5︰3.5︰3.0)為對照, 系統比較研究“獨稈”栽培模式下, 全程氮肥在分蘗中后期施用對旱直播水稻產量和品質的影響。結果表明, 隨追施葉齡的延后, 水稻產量呈先增后降趨勢, 八葉期追施氮肥水稻產量顯著高于其他處理, 且追施量增加, 水稻產量進一步提高。與2組對照相比, 在純氮180 kg hm–2, 氮肥減量33.3%情況下, 不施氮素基肥配合八葉期一次性追施氮肥, 可顯著提高水稻產量5.10%和8.65%; 在純氮225 kg hm–2, 氮肥減量16.7%情況下, 不施氮素基肥配合八葉期及7 d后二次追肥可顯著提高水稻產量7.46%和11.09%。不施氮素基肥配合八葉期追施氮肥水稻產量提高的原因是, 保障較大穗型的基礎上增加有效穗數, 顯著提高群體穎花量, 同時保持較高水平的結實率和千粒重。隨追肥葉齡延后, 水稻整精米率呈增加趨勢, 堊白度呈增大趨勢, 蛋白質含量增加, 直鏈淀粉含量下降, 食味值呈降低趨勢。與2組對照相比, 不施氮素基肥配合八葉期追施氮肥的水稻, 加工品質提高, 整精米率提高0.67%~2.23%; 外觀品質變好, 堊白度降低3.6%~14.5%; 營養品質提升, 蛋白質含量增加3.03%~14.08%; 蒸煮食味品質呈變優趨勢, 直鏈淀粉含量下降4.23%~10.95%; 食味值無顯著差異。綜上所述, “獨稈”栽培模式下基肥不施氮肥配合全程氮肥在分蘗中后期適宜葉齡施用可實現稻麥兩熟地區旱直播稻遲播期、大播量和高基本苗生產方式的提質增產生產。

“獨稈”栽培模式; 基肥不施氮肥; 分蘗中后期施氮肥; 氮肥管理模式; 直播稻; 產量; 品質

隨著城鎮化進程的推進, 農村優質勞動力轉移, 消耗人工人力少的機械化、輕簡化水稻種植方式越來越受到農民青睞[1-3]。相比較而言, 水稻旱直播是一種省工省力, 能夠降低勞動強度和成本的機械化、輕簡化種植方式[4-5]。特別是在水稻種植比較效益降低, 農民種稻積極性下降的背景下, 旱直播水稻在我國不同稻區迅速發展[6-8]。稻麥兩熟地區, 旱直播水稻生產具有如下特征, 旱直播水稻省去了育秧環節, 但受小麥讓茬時間的影響, 較機插水稻相比, 播期推遲, 全生育期縮短, 限制了水稻產量潛力, 并且接茬農耗時間緊, 較機插水稻相比, 耕整地質量不高、不平整, 特別是秸稈全量還田, 麥草還田深度較淺[9]。因此, 旱直播播種后, 稻種在多方面的土壤環境束縛而不利于出苗, 往往出現出苗成苗率低、出苗不勻、缺苗斷壟等問題, 不利于旱直播稻優質穩產高產生產。為解決上述問題, 生產中常采用遲播期、大播量、高基本苗, 以主莖成穗為主、多數植株無分蘗穗的“獨稈”栽培模式[10-11]。在該生產方式下, 采用傳統的氮肥管理, 較高的基、蘗肥會使水稻生育前期群體過大、氮素損失嚴重等, 導致水稻生育中后期群體結構較差、病蟲害多發和倒伏嚴重等現象, 同時氮素的大量流失還會引起水體富營養化等環境問題[12]。由此可見, 配套“獨稈”栽培模式的旱直播稻優質豐產氮肥管理新技術亟待科學地開展比較研究。針對生產上旱直播大播量、高基本苗, 以主莖成穗為主的“獨稈”栽培的生產模式, 瞄準減氮優質穩產高產輕簡化生產的目標, 筆者提出“基肥不施氮肥-全程氮肥在分蘗中后期施用”的配套氮肥管理方式, 并開展在氮肥減量16.7%和33.3%的情況下, 進行分蘗中后期不同葉齡期一次或二次追施氮肥的研究, 探索高基本苗的“獨稈”栽培模式下全程氮肥在分蘗中后期施用對旱直播水稻產量和品質形成的影響。前人從肥料、播期、播量、基本苗、水漿管理等單因素對旱直播水稻的生長特性、產量、品質進行了大量研究[13-16], 多數研究是基于傳統的多次性的氮肥管理模式, 而關于減少施氮量和減少氮肥施用次數對水稻產量和品質形成影響的研究相對較少, 特別是針對生產上高播量“獨稈”栽培水稻模式下是否能通過不施氮素基肥配套分蘗中后期簡次、減量追施氮肥實現水稻優質穩產生產及該模式下水稻產量與品質形成特征與差異的研究更缺乏系統的比較研究。本研究立足于長江中下游地區, 選用多功能一體化旱直播機械, 以大面積應用的優質食味粳稻南粳9108為材料, 研究高播量形成水稻田間高基本苗的條件下, 多種“基肥不施氮肥-全程氮肥在分蘗中后期施用”模式對水稻產量和品質形成的影響, 研明“獨稈”栽培模式下全程氮肥在分蘗中后期施用的最佳葉齡期以及適宜施用量, 以期為稻麥兩熟制地區秸稈全量還田條件下機械旱直播水稻減氮優質豐產高產輕簡化栽培技術更新提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

于2018—2019年在揚州大學農學院校外試驗基地(江蘇省姜堰區沈高鎮)進行, 水稻生長季節的日平均溫度和日照時數見圖1。土壤類型為潴育型水稻土, 質地黏性。0~20 cm土層有機質含量31.74 g kg–1, 全氮1.97 g kg–1、速效磷62.56 mg kg–1、速效鉀165.27 mg kg–1。試驗前茬為小麥, 產量7.16 t hm–2。

供試材料為南粳9108, 是當地大面積生產代表性優質食味水稻品種, 遲熟中粳。在直播栽培條件下該水稻品種總葉片數為15.3片, 伸長節間數為5.2個。

1.2 試驗設計和栽培管理

根據當地水稻換茬時間和及時搶播的要求, 于6月18日采用多功能一體化旱直播機(秸稈還田、施肥、耕整地、播種、鎮壓和開溝等多道工序一體化作業機)播種, 行距為25 cm, 播種量為195 kg hm–2, 播后進行小區規劃, 調查基本苗并定苗至380×104hm–2。

試驗采用裂區設計, 以施氮量(N)為主區, 追肥葉齡期(D)為裂區, 設置2個氮肥水平, 純氮分別為180 kg hm–2(N1)和225 kg hm–2(N2), 各氮肥水平下設置5個追肥葉齡期, 為六葉期(L6)、七葉期(L7)、八葉期(L8)、九葉期(L9)和十葉期(L10)。N1處理在各葉齡期一次性施用尿素150 kg hm–2和45%復合肥750 kg hm–2, N2處理在N1施肥的基礎上7 d后追施尿素98 kg hm–2。同時, 在上述主體試驗的基礎上增設當地直播代表性生產模式對照CK1和CK2, 基本苗分別為380×104hm–2和300×104hm–2, 總施氮量270 kg hm–2, 按基肥∶蘗肥∶穗肥=3.5∶3.5∶3.0比例施用, 穗肥按促花肥(倒四葉)、保花肥(倒二葉)等量施入; 磷肥一次性基施, 鉀肥分別于耕翻前, 促花肥等量施入。各小區基肥肥料于機械作業前撒施。具體氮、磷、鉀肥用量及方式詳見表1。

小區間筑埂隔離, 覆膜包埂, 保證每個小區單獨排灌, 避免串水串肥。小區面積25 m2, 重復3次。水分和病蟲草害的管理按照當地水稻生產的高產栽培要求統一進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產量及其構成因素 在收獲前各小區確定3個樣本點, 連續調查3行, 每行2 m, 計算有效穗數; 各小區選取長勢一致的連續20穴, 調查穗型結構和結實率; 以1000粒實粒樣本(干種子)稱重(誤差不超過0.05 g), 計算千粒重, 重復3次。成熟期各小區去除邊行確定7 m2, 收割測產, 以14.5%含水量折算實際產量。

表1 試驗肥料用量和施用時期

N1處理在各葉齡期一次性施用尿素150 kg hm–2和45%復合肥750 kg hm–2; N2處理在N1施肥的基礎上7 d后施用尿素98 kg hm–2。N1和N2處理基肥施用過磷酸鈣37 kg hm–2和氯化鉀179.5 kg hm–2。CK1和CK2施肥方式相同, 氮素以尿素施用, 磷鉀肥分別以過磷酸鈣和氯化鉀施用。

In the N1 treatment, 150 kg hm–2of urea and 45% compound fertilizer 750 kg hm–2were applied at each leaf age; in N2 treatment, 98 kg hm–2of urea was applied after 7 days on the basis of N1 fertilization. In the N1 and N2 treatments, 37 kg hm–2of superphosphate and 179.5 kg hm–2of potassium chloride were applied as the base fertilizer. CK1 and CK2 are applied in the same way, nitrogen is applied with urea, and phosphorus and potassium are applied with superphosphate and potassium chloride, respectively.

1.3.2 莖蘗數 各小區確定3個觀察點, 每個觀察點定點1 m距離, 每5 d調查記錄莖蘗數, 莖蘗成穗率(%) = 成熟期穗數/高峰苗×100。同時, 于六葉期、十葉期、拔節期、抽穗期和成熟期進行莖蘗數調查記錄。

1.3.3 稻米品質 參照中華人民共和國國家標準《GB/T 1354-2018 優質稻谷》測定加工品質、外觀品質、直鏈淀粉含量。采用Foss公司生產的近紅外谷物分析儀(Infrared 1241 grain analyzer)測定精米的蛋白質含量。采用稻米食味儀進行食味值、外觀、硬度和黏度指標的測定。

1.4 數據處理與分析

試驗中2年數據變化趨勢一致, 以2019年數據為主進行分析。采用Microsoft Excel 2013進行數據錄入和整理, 用SPSS 22.0進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 產量及產量構成因子

氮肥水平和追氮葉齡期對水稻產量的影響顯著,氮肥和追肥葉齡互作對產量影響不顯著(圖2)。隨著追肥葉齡期延后, N1和N2處理水稻產量均呈先增后降趨勢, 差異顯著, 以L8處理的產量最高。隨氮肥水平增加, 除L10處理外, N2處理L6~L9水稻實收產量較N1處理增產2.25%~4.03%, 差異顯著。與CK1相比, 除N1L6外其他處理產量增加2.71%~ 11.09%; 與CK2相比, 僅N1L8和N2L7、N2L8、N2L9水稻產量分別增加5.10%、2.51%、7.46%和3.03%。N1L8水稻產量較CK1和CK2分別顯著增產8.65%和5.10%, N2L8分別顯著增產11.09%和7.46%。因此, 基肥不施氮肥配合全程氮肥在L8葉齡期施用可顯著提高水稻產量, 且增加追施次數并提高追肥用量能進一步提高水稻產量。

氮肥水平和追肥葉齡期對有效穗數和群體穎花量影響均顯著, 每穗粒數和結實率受追肥葉齡影響顯著(表2)。隨氮肥水平增加, 有效穗數和群體穎花量呈增加趨勢。N1和N2處理水稻群體穎花量隨追肥葉齡延后先增加后下降, 結實率先下降后增高, 千粒重沒有顯著差異。除L10外, N1和N2處理有效穗數、每穗粒數均隨追肥葉齡延后先增加后下降, L10水稻穗粒數最少, 但有效穗數較L9增加, 差異不顯著, 可能與L10處理下抽穗期高位分蘗多有關。N1L8和N2L8水稻有效穗數較CK1、CK2增加9.05%和14.41%、22.48%和28.49%; 穗粒數較CK1增加2.16%和3.73%, 較CK2下降10.52%和9.15%; 群體穎花量增加11.41%和18.67%、9.59%和16.74%; 結實率增加2.33%和2.05%、1.45%和1.17%。說明基肥不施氮肥配合全程氮肥在L8葉齡期施用水稻顯著提高的有效穗數和顯著增加的群體穎花量是其形成較高產量的途徑。

2.2 穗型結構

整穗特征值上, 追肥葉齡期對著粒密度、單穗重、一二次枝梗比和總粒數比、總粒數影響顯著, 其互作僅對一二次枝梗比影響顯著(表3)。N1和N2水稻著粒密度、單穗重和單穗總粒數均隨追肥葉齡延后先增后降; 一二次枝梗比和總粒數比呈先降后增的趨勢, 差異顯著; 穗長無顯著差異。一次枝梗和二次枝梗特征值上, 隨追肥葉齡延后, N1和N2一次枝梗數和總粒數呈顯著下降趨勢; 二次枝梗數、總粒數和單枝梗著粒數呈先增后降趨勢, 差異顯著。N1L8和N2L8水稻著粒密度較CK1增加4.08%和4.02%, 較CK2下降6.87%和6.93%; 單穗重較CK1增加6.22%和7.13%, 較CK2下降4.92%和4.10%; 單穗總粒數較CK1增加2.16%和3.73%, 較CK2降低10.52%和9.15%; 一二次枝梗比和總粒數比較CK1和CK2分別下降9.66%~16.32%和11.52%~21.63%。說明在N1L8和N2L8處理主要通過顯著增加二次枝梗數和總粒數使其較CK1保持相對較高的穗粒數和單穗重。

N1: 180 kg N hm–2; N2: 225 kg N hm–2; L6、L7、L8、L9、L10分別為六、七、八、九和十葉齡期5個追肥葉齡期。不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著(LSD法)。

N1: 180 kg N hm–2; N2: 225 kg N hm–2; L6, L7, L8, L9, and L10 are the five topdressing leaf ages of 6, 7, 8, 9, and 10, respectively. Different lowercase letters indicate significant differences at the 0.05 probability level by LSD test.

表2 “獨稈”栽培模式下全程氮肥在分蘗中后期施用對旱直播水稻產量構成因素的影響

處理和縮寫同圖2。同一列數據不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著(LSD法)。*和**分別表示在0.05和0.01水平差異顯著,NS表示差異不顯著。

Treatments and abbreviations are the same as those given in Fig. 2. Data followed by different lowercase letters in the same column indicate significant differences at the 0.05 probability level by LSD test.*and* *are significant differences at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively;“NS”is not significant difference.

2.3 主要生育期莖蘗數與成穗率

氮肥水平對拔節期及以后莖蘗數影響顯著, 追肥葉齡期則從十葉期開始對莖蘗數有顯著影響, 其互作對莖蘗數影響不顯著(表4)。N1和N2水稻高峰苗隨追肥葉齡延后呈下降趨勢, 其中N2處理L6、L7、L8的高峰苗高于N1處理。在6葉期取樣調查, N1和N2處理下不同追肥葉齡水稻莖蘗數無顯著差異, 但較CK1下降19.40%~20.65%, 較CK2增加23.29%~25.24%。十葉期, L6、L7、CK1和CK2處理的莖蘗迅速增加, 高于其他處理。拔節期, L7處理莖蘗數最高, L6~L10水稻莖蘗數均高于CK1和CK2。抽穗期, N1和N2水稻莖蘗數隨追肥葉齡延后呈先增后降的趨勢, 且除L6外, 其他葉齡追肥處理水稻莖蘗數顯著高于CK1和CK2。對L8處理的莖蘗數據分析發現, 與其他處理相比, 水稻生長前期莖蘗沒有優勢, 但在中后期莖蘗迅速平穩增加, 至成熟期能保持較高的有效穗數。

N1和N2處理莖蘗成穗率隨追肥葉齡延后呈增加的趨勢, 差異顯著(圖3)。N2處理的莖蘗成穗率高于N1處理, 但同一葉齡處理下差異不顯著。N1L8、N2L8、N1L9、N2L9、N1L10和N2L10水稻成穗率較CK1增加17.76%、18.72%、22.35%、25.26%、25.57%和26.07%, 較CK2顯著增加8.48%、9.36%、12.71%、15.39%、15.67%和16.14%; N1L7和N2L7水稻成穗率稍高于CK1的61.76%, 但低于CK2的67.05%。對L9和L10處理進行田間觀測發現, L9、L10葉齡期追肥下水稻抽穗前后有高位分蘗發生, 顯著提高了莖蘗成穗率。

2.4 稻米品質

2.4.1 加工品質 N1和N2水稻精米率和整精米率隨追肥葉齡延后呈增加趨勢(表5), 差異不顯著; 同一追肥葉齡下, N2處理水稻精米率和整精米率較N1增加0.31%~1.32%和0.18%~0.94%。其中N1L8和N2L8水稻整精米率較CK1增加1.28%和2.23%, 較CK2增加0.67%和1.62%。說明與CK1和CK2相比, 基肥不施氮肥配合全程氮肥在L8葉齡期施用稻米加工品質有改善趨勢。

表4 “獨稈”栽培模式下全程氮肥在分蘗中后期施用對旱直播水稻莖蘗動態的影響

處理和縮寫同圖2。同一列數據不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著(LSD法)。*和**分別表示在0.05和0.01水平差異顯著,NS表示差異不顯著。

Treatments and abbreviations are the same as those given in Fig. 2. Data followed by different lowercase letters in the same column indicate significant differences at the 0.05 probability level by LSD test.*and* *are significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively;“NS”is not significant difference.

處理和縮寫同圖2。不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著(LSD法)。

Treatments and abbreviations are the same as those given in Fig. 2. Data followed by different lowercase letters indicate significant differences at the 0.05 probability level by LSD test.

2.4.2 外觀品質 追肥葉齡期對堊白度和堊白粒率影響顯著, 隨追肥葉齡延后, N1和N2處理的堊白度呈顯著增加趨勢(表5)。N2處理L6~L10水稻堊白度、堊白粒率較N1處理增加5.1%~8.4%和1.9%~5.4%。其中N1L8水稻堊白度較CK1和CK2下降14.5%和11.1%, N2L8較CK1和CK2下降7.3%和3.6%; N1L8堊白粒率較CK1增加4.8%, 較CK2下降0.7%, N2L8堊白粒率較CK1增加10.4%, 較CK2增加4.7%。水稻長寬比和透明度于處理間無顯著差異。說明基肥不施氮肥配合全程氮肥在L8葉齡期施用可較CK1和CK2顯著降低堊白度, 改善稻米的外觀品質。

2.4.3 蒸煮和食味品質 追肥葉齡期對水稻食味指標影響顯著, 直鏈淀粉含量則受到氮肥水平和追肥葉齡期顯著影響(表6)。隨追肥葉齡延后, N1和N2水稻直鏈淀粉含量和食味值呈顯著下降趨勢。N2處理水稻直鏈淀粉含量和食味值較N1處理下降2.58%~4.74%和0.85%~4.91%, 同一追肥葉齡下差異不顯著。其中N1L8和N2L8處理直鏈淀粉含量較CK1下降4.23%和8.77%, 較CK2下降6.52%和10.95%; 食味值較CK1增加2.68%和1.67%, 較CK2下降0.22%和1.21%; 黏度、外觀和硬度特征值與CK1和CK2差異較小, 說明與CK1和CK2相比, N1L8和N2L8處理蒸煮食味品質能保持較一致水平。

表5 “獨稈”栽培模式下全程氮肥在分蘗中后期施用對旱直播水稻加工品質和外觀品質的影響

處理和縮寫同圖2。同一列數據不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著(LSD法)。*和**分別表示在0.05和0.01水平差異顯著,NS表示差異不顯著。

Treatments and partial abbreviations are the same as those given in Fig. 2. BRR: brown rice rate; MRR: milled rice rate; HMR: head milled rice rate; LWR: length width rate; TD: transparent degree; CS: chalkiness size; CGR: chalkiness grain rate; CD: chalkiness degree. Data followed by different lowercase letters in the same column indicate significant differences at the 0.05 probability level by LSD test .*and* *are significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively;“NS”is not significant difference.

2.4.4 營養品質 氮肥水平和追肥葉齡期對水稻蛋白質含量影響顯著(表6)。N1和N2水稻蛋白質含量隨追肥葉齡延后呈顯著增加趨勢; N2處理L8~L10的蛋白質含量較N1處理顯著增加8.61%~10.26%, L6和L7差異不顯著。N1L8處理的蛋白質含量較CK1增加3.03%, 較CK2增加5.03%; N2L8處理蛋白質含量較CK1增加11.90%, 較CK2增加14.08%。說明, 全程氮肥在L8葉齡期施用可較對照提高蛋白質含量, 改善營養品質。

表6 “獨稈”栽培模式下全程氮肥在分蘗中后期施用對旱直播水稻蒸煮食味品質和營養品質的影響

處理和縮寫同圖2。同一列數據不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著(LSD法)。*和**分別表示在0.05和0.01水平差異顯著,NS表示差異不顯著。

Treatments and abbreviations are the same as those given in Fig. 2. PC: protein content; AC: amylose content. Data followed by different lowercase letters in the same column indicate significant differences at the 0.05 probability level by LSD test.*and* *are significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively;“NS”is not significant difference.

3 討論

3.1 “獨稈”栽培模式全程氮肥在分蘗中后期施用對旱直播稻產量及構成因素的影響

前人研究發現水稻生育前期過量施肥是導致氮素利用率低的原因之一, 通過減少基肥用量而適當增加中后期氮肥施用量, 不僅有助于提高水稻產量, 還能提高氮肥利用率[17-20]。郭俊杰等[21]研究認為江蘇省水稻氮肥減量可行, 基肥和分蘗肥為主要減量方向, 配合優化管理, 能實現水稻增產增效。肖小平等[22]表明在稻草還田下通過減氮增密(基肥減施20%, 增密27.3%)可顯著提高氮素利用率, 進而提高作物產量。本研究在“獨稈”栽培條件下基肥不施氮肥配合全程氮肥在分蘗中后期施用的N1和N2兩個處理水稻產量隨著追肥葉齡期延后均以L8葉齡期施肥最高, 達10.11 t hm–2和10.34 t hm–2, 較CK1顯著增產8.65%和11.09%, 較CK2顯著增產5.10%和7.46%; 若進行二次施肥管理N2處理L6~L9的水稻產量較N1可顯著增產2.25%~4.03%。其高產原因在于保持較高水平結實率和千粒重的基礎上, 顯著提高了群體穎花量, 這與前人研究結果一致[23-27]。本試驗氮肥處理對千粒重影響差異不顯著, 可能與“獨稈”栽培模式高基本苗條件下基肥不施氮肥全程氮肥在分蘗中后期施用能保持較高的群體穎花量, 顯著提高粒葉比, 充分發揮庫對源的促進作用, 使粒重達到某種限度有關[28]。另外, 本試驗也發現在“獨稈”栽培模式下, 保證適宜結實率和千粒重的基礎上, 通過顯著增加群體有效穗數和穗粒數是增加群體穎花量的關鍵, 這與前人研究認為“在保證適宜穗數基礎上主攻大穗是水稻高產甚至超高產的主要途徑”存在差異[29-32], 究其原因可能是因為“獨稈”栽培條件下, 在較高群體密度基礎上, 通過確定適宜葉齡期追肥能夠顯著降低一二次枝梗比、總粒數比, 顯著提高二次枝梗數、總粒數和單枝梗粒數, 充分發揮二次枝梗對水稻穗型和產量增加方面的重要作用[33-34], 從而調控有效穗數和穗粒數之間的矛盾, 使有效穗數和穗粒數協同增加。同時, 隨追肥葉齡期延后, N1和N2處理的群體高峰苗呈下降趨勢, 有效穗數整體呈先升后降趨勢, 莖蘗成穗率則呈顯著上升趨勢。因此, 本研究認為在高基礎地力高基本苗條件下, 基肥不施氮肥, 水稻生育前期依靠土壤背景氮素配合全程氮肥在分蘗中后期適宜葉齡追施可通過保障較大穗型的基礎上顯著增加有效穗數, 提高莖蘗成穗率, 提高群體穎花量, 同時保持較高水平的結實率和千粒重, 從而實現旱直播水稻的增產增效。

3.2 “獨稈”栽培模式全程氮肥在分蘗中后期施用對旱直播稻米品質的影響

稻米品質是稻米在商品流通中所必須具有的基本特征, 包括加工品質、外觀品質、蒸煮食味品質和營養品質4個方面[35]。李廣宇等[36]研究表明, 延后追肥葉齡期可以降低堊白率, 前氮后移沒有降低稻米的加工品質和外觀品質。劉夢紅等[37]研究認為, 隨著減氮施肥和前氮后移施肥稻米的堊白粒率和堊白度呈下降趨勢, 加工品質差異不顯著。殷春淵等[38]研究認為, 增加氮肥施用量使水稻堊白粒率和堊白度呈增加趨勢, 直鏈淀粉和蛋白質含量也基本表現增加趨勢。萬靚軍等[39]研究表明, 增施氮肥顯著改善稻米外觀品質, 增加稻米蛋白質含量, 降低直鏈淀粉含量, 改善稻米營養品質。本研究認為, 在“獨稈”栽培模式中旱直播水稻采用不施氮素基肥, 全程氮肥在分蘗中后期不同葉齡追施的氮肥管理模式對稻米加工品質沒有顯著影響, 其中N1L8和N2L8處理的整精米率較2組對照增加0.67%~2.23%; 外觀品質中堊白度隨著氮肥水平的增加和追肥葉齡期的延后呈顯著上升趨勢, 其中N1L8和N2L8處理的堊白度較2組對照下降3.6%~14.5%。這可能是因為在較高密度群體基礎上, 依靠土壤背景氮加上全程氮肥在分蘗中后期適宜葉齡施用, 能夠改善群體和個體生長矛盾, 粒葉比協調, 促進籽粒灌漿充實, 提高了稻米的加工品質和外觀品質。本研究中稻米的食味值、直鏈淀粉含量、外觀和黏度均隨氮肥水平的增加和追肥葉齡期的延后呈顯著下降趨勢, 而稻米的硬度、蛋白質含量則呈顯著增加趨勢, 其中N1L8和N2L8處理的食味值與2組對照相比沒有顯著差異, 蛋白質含量較2組對照增加3.03%~14.08%, 直鏈淀粉含量較2組對照下降4.23%~10.95%。張洪程等[40]研究認為, 適當增施氮肥有利于營養品質、加工品質、蒸煮食味品質的提高, 而高肥則不利于外觀品質的提高。可見, “獨稈”栽培模式不施氮素基肥配合全程氮肥在L8葉齡期追施可以改善旱直播稻米的加工品質和外觀品質, 提高蛋白質含量, 降低直鏈淀粉含量, 同時實現稻米的食味值與對照無顯著差異。

4 結論

本試驗中, 與對照相比, 秸稈全量還田“獨稈”栽培模式下基肥不施氮肥配合全程氮肥在L8葉齡期施用, 可使水稻顯著增產5.10%和8.65%, 同時可減施氮肥33.3%; 若7 d后二次追氮肥可顯著增產7.46%和11.09%, 同時可減施氮肥16.7%。該模式能在維持較大穗型的基礎上, 顯著增加有效穗數顯著增加群體穎花量, 并且保持較高的結實率和千粒重有關。在稻米品質方面, 與對照相比, 基肥不施氮肥配合全程氮肥在L8葉齡期施用水稻整精米率有提高, 堊白度顯著下降, 蛋白質含量顯著增加, 直鏈淀粉含量顯著下降, 食味值無顯著差異。綜上, 稻麥兩熟地區秸稈全量還田條件下, “獨稈”栽培水稻可采用基肥不施氮肥配合全程氮肥在L8葉齡施用實現產量和品質的協同提升, 可為更新遲播期、大播量、高基本苗旱直播水稻減氮優質穩產增效栽培技術提供參考依據。本試驗中土壤類型為黏壤土, 地力中等偏上, 而“獨稈”栽培模式下全程氮肥在分蘗中后期施用的氮肥管理模式能否適合不同生育類型水稻品種、不同類型土壤、不同地力水平土壤等還有待開展對比研究。

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ZHAO Jie, LI Shao-Ping, CHENG Shuang, TIAN Jin-Yu, XING Zhi-Peng*, TAO Yu, ZHOU Lei, LIU Qiu-Yuan,HU Ya-Jie, GUO Bao-Wei, GAO Hui, WEI Hai-Yan, and ZHANG Hong-Cheng*

Jiangsu Provincial Key Laboratory of Crop Cultivation and Physiology, Yangzhou University / Jiangsu Collaborative Innovation Center of Modern Industrial Technology for Grain Crops / Rice Industry Engineering Technology Research Institute, Yangzhou 225009, Jiangsu, China

In a rice–wheat cropping system, dry direct seeding rice growth was directly affected by harvest dates of the previous crop of wheat, the return of full wheat straw to the field, and the poor quality of tillage and land preparation. A “solo-stalk” cultivation mode with main stem panicles by late sowing dates, large sowing rates and high basic seedlings was commonly used in dry direct seeding. However, the nitrogen fertilizer management of high-quality and high-yield dry direct-seeding rice for the “solo-stalk” cultivation mode was still lacking in systematic research. With high-qualityrice Nanjing 9108, 380×104hm–2basic seedlings were realized by mechanical dry direct seeding method. The leaf age treatments of 6, 7, 8, 9, and 10 leaf age and nitrogen application amount treatments of 180 and 225 kg hm–2were designed with accurate quantitative nitrogen management (total nitrogen was 270 kg hm–2, base fertilizer:tiller fertilizer:spike fertilizer = 3.5:3.5:3.0) at basic seedlings of 380×104and 300×104hm–2as the control. Then dry direct seeding rice yield and quality were systematically determined and compared with the control and “solo-stalk” cultural method with nitrogen fertilizer in whole growth duration applied in middle and late tillering stage. The results showed that rice yield showed a trend of first increased and then decreased with nitrogen application at bigger leaf age. Rice yield was significantly higher than other treatments when applying nitrogen fertilizer at the 8-leaf stage, and the yield was further improved with the increase of nitrogen application amount. Compare with the controls, nitrogen fertilizer in whole growth duration of 180 kg N hm–2applied one time at 8-leaf stage could significantly increase rice yield by 5.10% and 8.65%, and reduced nitrogen fertilizer by 33.3%, whereas nitrogen fertilizer in whole growth duration of 225 kg N hm–2applied two time at 8-leaf stage and 7 days later could significantly increase rice yield by 7.46% and 11.09%, and reduced the nitrogen by 16.7%. The reason was that, compared with the control, seed setting rate and 1000-grain weight, effective panicle number was significantly increased resulting in the increasing total spikelet amount per hectare and yield on the basis of maintaining larger panicle type. With nitrogen applied at bigger leaf age, the head rice rate, chalkiness and protein content of rice revealed an increasing trend, but the amylose content and taste value of rice showed a decreasing trend. Compare to the two controls, the processing quality of rice with the head rice rate was increased by 0.67%–2.23% with nitrogen fertilizer in whole growth duration applied at 8-leaf age; the appearance quality was improved with the chalkiness decreased by 3.6%–14.5%; the nutrition quality was better with protein content increased by 3.03%–14.08%; the cooking and eating quality showed a tendency of getting better with amylose content decreased by 4.23%–10.95%; and there was no insignificant difference in taste value. In conclusion, nitrogen fertilizer in whole growth duration applied at suitable leaf age in the middle and late tillering stage could improve the quality and increase the yield of dry direct seeding rice under “solo-stalk” cultural method caused by late sowing dates, large sowing rate, and high basic seedlings in a rice-wheat cropping system.

“solo-stalk” cultivation mode; base fertilizer without nitrogen fertilizer; nitrogen fertilizer in middle and late tillering stage; nitrogen fertilizer management mode; direct seeding rice; yield; quality

10.3724/SP.J.1006.2021.02052

本研究由江蘇省農業科技創新與推廣項目, 國家現代農業產業技術體系建設專項(CARS-01-27), 江蘇省現代農業產業技術體系建設專項[JATS(2019)444], 江蘇省農業科技自主創新資金[(CX(20)1012)]和江蘇省高校優勢學科建設工程項目資助。

This study was supported by the Agricultural Science and Technology Innovation and Extension Project of Jiangsu Province, the China Agriculture Research System (CARS-01-27), the earmarked fund for Jiangsu Agricultural Industry Technology System (JATS[2019]444), the Agricultural Technology Independent Innovation Fund of Jiangsu Province [(CX(20)1012)], and the Project Funded by the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD).

張洪程, E-mail: hczhang@yzu.edu.cn; 邢志鵬, E-mail: zpxing@yzu.edu.cn

E-mail: 704428205@qq.com

2020-07-29;

2020-12-01;

2021-01-06.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210106.1623.004.html