氮肥運籌對湘南雙季雜交稻產量與抗倒伏特性的影響

蘇雨婷 袁 帥 李永松 崔 璨 陳平平 王曉玉 易鎮(zhèn)邪

（湖南農業(yè)大學農學院/南方糧油作物協同創(chuàng)新中心，410128，湖南長沙）

水稻是我國最重要的糧食作物之一，其高產穩(wěn)產對國家糧食安全意義重大。倒伏是水稻高產、穩(wěn)產和優(yōu)質生產的主要限制因素之一。前人研究[1-4]表明，氮肥的不合理施用是引起水稻倒伏的重要原因；水稻莖稈的抗倒伏能力與節(jié)間長度、莖粗、莖壁厚度、莖重、莖稈充實度和重心高度等形態(tài)性狀，大維管束、小維管束數目和面積等莖稈解剖結構，以及抗折力、彎曲力矩和機械強度等力學特性密切相關[1,3,5-12]。莖稈中的木質素、纖維素、可溶性糖、淀粉、硅、鉀和鈣等化學成分含量對水稻莖稈抗倒伏能力也有影響[13-17]。

前人[1-3,7,13,18]對氮肥施用量與倒伏的關系進行了大量研究，發(fā)現隨著施氮量的增加，水稻倒伏指數增大，其原因是增施氮肥使莖稈基部節(jié)間長度增長，莖粗、莖壁厚度和莖稈中的淀粉、纖維素、木質素含量降低，莖稈抗折力降低。前人針對氮肥運籌與黑龍江寒地水稻倒伏的關系也進行了一些研究，陳書強等[19]認為增加水稻生育后期穗粒肥施用比例可提高莖稈抗折力，蘇東行等[20]發(fā)現隨著基蘗肥施用量的增加，水稻莖稈抗折力呈先增大后減小的變化趨勢。

總體來看，目前關于氮肥對水稻抗倒伏能力影響的研究大多著眼于施氮量，而從水稻各生育時期氮肥分配比例開展的研究較少。湘南稻區(qū)是湖南省乃至全國重要的雙季稻產區(qū)，但近年來該地區(qū)雙季稻產量徘徊不前，生產上時有倒伏現象發(fā)生。為此，很有必要針對湘南雙季稻區(qū)，開展氮肥運籌對雙季稻產量構成因素與抗倒伏特性的系統研究。本試驗以雜交秈稻為材料，在湖南省衡陽縣設置不同的氮肥運籌方式處理，進行了2年大田試驗，從倒伏指數、莖稈物理特性和節(jié)間力學性狀等角度系統分析了不同氮肥運籌方式對湘南雙季稻抗倒伏能力的影響及其機理，為湘南雙季稻抗倒高產栽培調控提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

早稻品種為陸兩優(yōu)996和株兩優(yōu)819，晚稻品種為H優(yōu)518和盛泰優(yōu)018。大田試驗于2019-2020年在湖南省衡陽市衡陽縣西渡鎮(zhèn)梅花村進行。試驗田土壤主要理化性狀為pH 6.22，有機質、全氮、全磷、全鉀含量分別為 25.20、1.50、0.64、19.30g/kg，堿解氮、有效磷、有效鉀含量分別為162.30、9.60、102.43mg/kg。

1.2 試驗設計

以尿素（含N 46%）作為氮源，施純氮150kg/hm2，分3次施入，第1次為基蘗肥（返青后施用），第2次為穗肥（插秧后35d施用），第3次為粒肥（齊穗期施用）。設計3種氮肥運籌方式，基蘗肥:穗肥:粒肥分別為 7:2:1（N1）、6:3:1（N2）和5:4:1（N3）。采用隨機區(qū)組設計，3個處理，重復3次，小區(qū)面積20m2。于3月20日左右播種早稻品種，4月20日左右移栽；于6月15日左右播種晚稻品種，7月15日左右移栽。人工插秧栽培，早稻行株距為20.0cm×16.5cm，晚稻為20cm×20cm。各處理磷肥與鉀肥施用量一致，全部作基蘗肥施用，施用量為：P2O575kg/hm2，K2O 120kg/hm2。其他管理按當地高產習慣進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產量及其構成因素 理論產量：成熟期每小區(qū)數取80穴有效穗數，以平均數作為各小區(qū)單穴有效穗數；按單穴有效穗數每小區(qū)取5穴水稻，帶回室內考察每穗總粒數、每穗實粒數、結實率和千粒重，計算理論產量。實際測產：成熟期每小區(qū)收割水稻80穴，脫粒后去除稻草及空粒，稱量谷重，用烘干法測含水率，折算含水量為13.5%的實際產量。

1.3.2 抗倒伏性狀 齊穗后25d，根據單穴有效穗數每小區(qū)選取水稻5穴，在各穴中選取中等莖2個，共計10個單莖，測定以下抗倒伏性狀指標。

株高：測量地表到穗部頂端的長度。

莖粗：莖稈折斷后用刀將莖稈齊泥切下，用游標卡尺測定莖基部5cm高處的莖粗，如莖基5cm處為莖節(jié)，以上部節(jié)間的莖粗為準，莖粗包括長軸直徑和短軸直徑。

節(jié)間長度：分別測定倒3節(jié)間和倒4節(jié)間長度。

莖壁厚度：測定莖基部5cm高處的莖壁厚度，把節(jié)間從中部剪斷，用游標卡尺測量，當卡尺與內壁外壁接觸時的讀數為莖壁百度。

重心高度：將莖稈剪去地下部分后置于一個支點，左右方向移動莖稈，使其保持水平，支點到莖基部的長度為重心高度。

節(jié)間充實度=節(jié)間干重/節(jié)間長度。

單莖鮮重：用天平稱量單莖鮮重。

節(jié)間抗折力（BM，g）：用YYD-1莖稈強度測定儀測定BM。固定倒3、倒4節(jié)間2支點距離為5cm，將節(jié)間水平放置在2支點上，在節(jié)間中點施力使其折斷，力的大小即為該節(jié)間抗折力，若節(jié)間長度小于5cm則不測定。

彎曲力矩（BR）=節(jié)間基部至穗頂長度（cm）×該節(jié)間基部至穗頂鮮重（g）。

倒伏指數（LI）=彎曲力矩/抗折力×100。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進行數據初步處理與相關分析，采用Statistix 8.0軟件進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥運籌模式對水稻產量及其構成因素的影響

由表1可知，早稻品種陸兩優(yōu)996和株兩優(yōu)819產量均表現出N2＞N3＞N1的趨勢，N2和N3處理間差異不顯著，但均顯著高于N1處理。分析產量構成因素發(fā)現，2個品種有效穗數均表現出N1＞N2＞N3的趨勢，且N1處理顯著高于后兩者，說明基蘗肥比例較大有利于提高有效穗數。穗粒數表現與有效穗數相反，即一般以N2和N3處理穗粒數較多。2個品種結實率表現有差異，陸兩優(yōu)996以N2處理較高，而株兩優(yōu)819以N3處理較高。2個品種的千粒重一般以N1處理略低，但3個處理間的千粒重差異不顯著。

表1 氮肥運籌對水稻產量及其構成因素的影響（2019年）Table 1 Effects of nitrogen fertilizer management on yield and its components of rice(2019)

晚稻品種H優(yōu)518產量表現出N2＞N3＞N1的趨勢，N2顯著高于N1處理。盛泰優(yōu)018產量也表現出N2＞N3＞N1的趨勢，N2顯著高于N3和N1處理。分析產量構成因素發(fā)現，2個品種有效穗數均表現出N1＞N2＞N3的趨勢，與早稻一致，且N1顯著高于N3處理。穗粒數、結實率和千粒重表現也與早稻基本一致。

可見2019年氮肥運籌處理對早晚稻產量的影響基本一致，即以N2處理產量最高，N1處理產量最低。基蘗肥比例較大有利于提高有效穗數，但穗肥比例較大有利于提高穗粒數和結實率。

由表2可知，2020年，陸兩優(yōu)996和株兩優(yōu)819產量均表現出N2＞N3＞N1的趨勢，其中N2顯著高于N1處理。分析產量構成因素發(fā)現，2個品種有效穗數均表現出N2＞N3＞N1的趨勢，但處理差異顯著性因品種表現不同；除陸兩優(yōu)996的N3處理穗粒數顯著降低外，其他處理無顯著差異；除陸兩優(yōu)996的N1處理千粒重顯著降低外，其他處理間無顯著差異。

表2 氮肥運籌對水稻產量及其構成因素的影響（2020年）Table 2 Effects of nitrogen fertilizer management on yield and its components of rice(2020)

2個晚稻品種產量均表現出N2＞N3＞N1的趨勢，且N2顯著高于N1處理。分析產量構成因素發(fā)現，2個品種有效穗數均表現出N2＞N3＞N1的趨勢，與早稻一致，且N1顯著高于N3處理。2個品種各處理穗粒數無顯著差異，結實率除盛泰優(yōu)018的N1處理顯著降低外，其他均無顯著差異。2個品種各處理間千粒重無顯著差異。

可見2020年氮肥運籌處理對早晚稻產量的影響基本一致，即以N2處理產量最高，N1處理產量最低。有效穗數以N2處理較多，但處理間其他產量構成因素差異不大。各處理對產量構成因素的影響與2019年不一致。

綜合2年結果，氮肥運籌方式對雙季稻產量有顯著影響，以基蘗肥:穗肥:粒肥=6:3:1處理對產量構成因素協調效果最好，產量最高。

2.2 不同氮肥運籌模式對水稻抗倒伏能力的影響

由表3可知，氮肥運籌對莖稈倒3和倒4節(jié)間的抗折力、彎曲力矩和倒伏指數有明顯影響。陸兩優(yōu)996倒3節(jié)間抗折力表現出N2＞N3＞N1趨勢，且N1顯著低于N2和N3處理，處理間彎曲力矩無顯著差異，倒伏指數以N2處理最小，N1處理最大，差異顯著；倒4節(jié)間抗折力和彎曲力矩均以N2處理較大，但無顯著差異，倒伏指數以N2處理最小，N1處理最大，但差異不顯著。株兩優(yōu)819倒3節(jié)間抗折力表現出N2＞N3＞N1趨勢，且3個處理間均有顯著差異，處理間彎曲力矩無顯著差異，倒伏指數以N2處理最小，N2、N3顯著低于N1處理。倒4節(jié)間抗折力以N2處理最大，顯著高于N1和N3處理，彎曲力矩無顯著差異，倒伏指數以N2處理最小，N1處理最大，差異顯著。

表3 不同氮肥運籌方式下水稻節(jié)間抗折力、彎曲力矩和倒伏指數（2019年）Table 3 Bending resistance,bending moment of force and lodging indexes of rice internodes under different nitrogen fertilizer management modes(2019)

H優(yōu)518的倒3節(jié)間抗折力表現出N2＞N3＞N1處理趨勢，且N1顯著低于N2和N3處理，彎曲力矩表現出N2＞N3＞N1處理趨勢，N2處理顯著高于另外2個處理，倒伏指數表現出N1＞N2＞N3處理趨勢，N1顯著高于N3處理。倒4節(jié)間抗折力和彎曲力矩均以N2處理最大，顯著高于N1處理，倒伏指數以N2最小，顯著低于N1處理。盛泰優(yōu)018的倒3節(jié)間抗折力表現出N3＞N2＞N1處理趨勢，N3處理顯著較高，彎曲力矩表現出N1＞N3＞N2處理趨勢，N2處理顯著低于N1處理，倒伏指數表現出N1＞N2＞N3處理趨勢，N1處理顯著高于N3處理。倒4節(jié)間抗折力和彎曲力矩均以N2處理最小，顯著低于N1處理，倒伏指數以N3最小，顯著低于N1和N2處理。

綜上所述，盛泰優(yōu)018倒3和倒4節(jié)間抗折力以N3處理最大，倒伏指數以N3處理最小，并與N1和N2處理差異顯著。另外3個品種倒3和倒4節(jié)間的抗折力均表現為N2＞N3＞N1的趨勢，倒伏指數呈相反趨勢。整體來看，各品種抗倒性在基蘗肥比例50%～60%條件下較好。

由表4可知，2020年各品種倒3節(jié)間的抗折力以N2處理最大，倒伏指數以N2處理最小。各品種倒4節(jié)間的抗折力也以N2處理最大，倒伏指數在各個品種間表現不同，陸兩優(yōu)996以N1處理倒伏指數最低，且顯著低于N3處理，株兩優(yōu)819、H優(yōu)518和盛泰優(yōu)018均以N2處理倒伏指數最低，顯著低于N1或N3處理。

表4 不同氮肥運籌方式下水稻節(jié)間抗折力、彎曲力矩和倒伏指數（2020年）Table 4 Bending resistance,bending moment of force and lodging indexes of rice internodes under different nitrogen fertilizer management modes(2020)

綜合2年結果，陸兩優(yōu)996、株兩優(yōu)819和H優(yōu)518倒3和倒4節(jié)間的抗折力均以N2處理最大，倒伏指數均以N2處理最小；而盛泰優(yōu)018倒3和倒4節(jié)間抗折力與倒伏指數在2年間表現不同，2019年以N3處理抗倒性最好，而2020年以N2處理抗倒性最好。可見，個別品種表現有年際間差異，但整體來看，各品種的抗倒性在基蘗肥比例為50%～60%條件下較好。

2.3 不同氮肥運籌模式對水稻莖稈形態(tài)性狀的影響

由表5可知，2019年早、晚稻4個品種的株高均表現為N1處理顯著高于N2和N3處理，N2和N3處理之間無顯著性差異。重心高度均表現N1＞N2＞N3的趨勢，但各品種處理間差異顯著性有所不同，除陸兩優(yōu)996外，N3處理均顯著小于N1處理；單莖鮮重除H優(yōu)518表現N2顯著大于N1處理外，其他品種各處理間差異不顯著；處理間莖稈粗度無顯著差異，各品種表現一致；莖壁厚度，株兩優(yōu)819各處理間無顯著差異，另3個品種表現N2和N3處理顯著高于N1處理的趨勢；倒3和倒4節(jié)間的長度均表現為N1高于N2和N3處理的趨勢；節(jié)間充實度均以N1處理最低，但處理間差異顯著性表現有品種差異。

表5 不同氮肥運籌條件下水稻莖稈物理性狀（2019年）Table 5 Physical properties of rice stems under different nitrogen fertilizer management modes(2019)

由表6可知，2020年早、晚稻4個品種的株高均以N1處理最高，其中株兩優(yōu)819和H優(yōu)518的N1處理顯著高于N2和N3處理；重心高度一般以N1處理略高，但無顯著性差異。除株兩優(yōu)819外，處理間單莖鮮重無顯著差異；莖稈粗度，2個早稻品種各處理間無顯著差異，2個晚稻品種以N2處理顯著較高；莖壁厚度均以N1處理最小；倒3和倒4節(jié)間的長度一般以N3處理最小，N1處理最大，但不具有顯著差異；節(jié)間充實度均以N1處理最低，且多數情況下N2處理顯著高于N1處理。

表6 不同氮肥運籌條件下水稻莖稈物理性狀（2020年）Table 6 Physical properties of rice stems under different nitrogen fertilizer management modes(2020)

綜合2年結果，與N1處理相比，N2和N3處理株高較矮、重心較低、莖壁較厚、節(jié)間較短、節(jié)間充實度較高，抗倒伏能力較強，但N2和N3處理間差異不顯著。同時，4個品種的抗倒能力有一定差異，早稻品種株兩優(yōu)819和晚稻品種盛泰優(yōu)018的株高和重心高度較低，單莖鮮重較小，倒3、倒4節(jié)間長度較小，節(jié)間充實度較高，因此其抗倒能力分別優(yōu)于陸兩優(yōu)996和H優(yōu)518。

2.4 莖稈性狀與莖稈抗折力、彎曲力矩及倒伏指數的相關性分析

不同氮肥運籌方式下水稻莖稈性狀與莖稈抗折力、彎曲力矩及倒伏指數間的相關性分析（表7）表明，水稻節(jié)間的抗倒伏特性與莖稈物理性狀關系密切。倒3節(jié)間的抗折力與株高、重心高度、節(jié)間長度和節(jié)間充實度呈負相關，與單莖鮮重、莖稈粗度和莖壁厚度呈正相關，但均未達到顯著水平；倒4節(jié)間的抗折力與單莖鮮重呈正相關，但未達顯著水平，與莖稈粗度、莖壁厚度和節(jié)間充實度呈顯著或極顯著正相關，與株高、重心高度和節(jié)間長度相關性不顯著。倒3和倒4節(jié)間的彎曲力矩與株高、重心高度、單莖鮮重、莖稈粗度和節(jié)間長度呈極顯著正相關。倒3和倒4節(jié)間的倒伏指數與株高、重心高度和單莖鮮重呈極顯著正相關。

表7 莖稈性狀與莖稈抗折力、彎曲力矩及倒伏指數的相關系數Table 7 Correlation coefficients between stem traits and stem bending resistance,bending moment of force and lodging indexes

由此說明，水稻莖稈的抗折力、彎曲力矩和倒伏指數受多種因素影響，且不同節(jié)間的性狀對其抗倒伏能力影響的程度不同，降低株高與重心高度、提高倒4節(jié)間莖稈粗度和充實度，可有效提高莖稈抗倒伏能力。

3 討論

施氮是影響水稻產量和抗倒伏能力的重要因素之一。本研究中，適當的氮肥后移提高了穗粒數和結實率，實現水稻高產需要具備較高的穎花量和較多的穗粒數，與陳平平等[21]研究認為的增大穗肥比例有利于水稻高產的結果一致。但是，大穗使莖稈承受的載荷（彎曲力矩）增加，倒伏的風險增大，因此高產與抗倒伏存在一定的矛盾。

本研究通過調節(jié)基蘗肥、穗肥和粒肥比例，設置了3種氮肥運籌方式（7:2:1、6:3:1和5:4:1），比較研究了水稻的產量性狀與抗倒伏能力，發(fā)現氮肥運籌方式對雙季稻產量有顯著影響，以6:3:1處理對產量構成因素協調效果最好，產量最高；抗倒伏能力方面，個別品種表現有年際間差異，但整體上來看，各品種抗倒性在基蘗肥比例50%～60%條件下較好。因此，本研究認為，基蘗肥:穗肥:粒肥=6:3:1處理能夠較好地協調水稻的產量性狀與抗倒伏能力，達到高產、抗倒的目的。

本研究分析了水稻莖稈的力學指標，發(fā)現陸兩優(yōu)996、株兩優(yōu)819和H優(yōu)518的倒3、倒4節(jié)間抗折力均以N2處理最大，倒伏指數均以N2處理最小；而盛泰優(yōu)018倒3、倒4節(jié)間抗折力與倒伏指數在2年間表現不同，2019年以N3處理抗倒性最好，而2020年以N2處理抗倒性最好；N1處理抗折力較低，主要原因是前期基蘗肥比例的增大，水稻株高增加，倒3、倒4節(jié)間長度增大，節(jié)間充實度降低。本研究同時發(fā)現，處理間抗折力表現規(guī)律較明顯，而彎曲力矩在各品種間表現不一致，但最終的倒伏指數均表現為N2＜N1，可見莖稈抗折力是決定水稻倒伏指數的主要因素，彎曲力矩對水稻抗倒伏性影響較小，可以通過選育莖稈機械強度高的品種，來協調高產與倒伏的矛盾。

水稻莖稈物理性狀與抗倒伏性關系密切。許多學者認為，不同水稻品種株高、重心高度和基部節(jié)間長度對水稻抗倒性有較大負效應[19,22]。李杰等[23]研究認為，水稻節(jié)間的抗折力與株高、重心高度、莖稈粗度和莖壁厚度呈顯著或極顯著正相關，與節(jié)間長度呈顯著或極顯著負相關。胡江等[11]研究認為，抗折力與株高、重心高度呈極顯著正相關。本試驗結果表明，與N1處理相比，N2和N3處理株高較矮、重心較低、莖壁較厚、節(jié)間較短、節(jié)間充實度較高、抗倒伏能力較強，但N2和N3處理間差異不顯著。通過莖稈性狀與莖稈抗折力、彎曲力矩及倒伏指數的相關性分析后發(fā)現，降低株高與重心高度、提高倒4節(jié)間莖稈粗度和充實度，是提高莖稈抗倒伏能力的關鍵。

需要指出的是，本研究所測定的莖稈倒伏性狀（包括力學指標和物理指標）都是單莖指標，而非單株（穴）指標。目前，有關水稻抗倒伏性狀指標（抗折力和倒伏指數等）的測定，一般是以單莖為測定對象[24-25]，但也有少數研究以整株水稻為測定對象[26]。關于2種方法測定結果的可靠性、單莖指標與整株指標的相關性及其差異，值得深入研究。

本研究還發(fā)現，4個品種的抗倒伏能力有一定差異，早稻品種以株兩優(yōu)819較強，晚稻品種以盛泰優(yōu)018較強，主要原因是其株高和重心高度較低，單莖鮮重較小，倒3、倒4節(jié)間長度較小，節(jié)間充實度較高。有研究[27]認為，株兩優(yōu)819抗倒伏能力比陸兩優(yōu)996要低，與本研究結果不一致，這可能與試驗中的施肥水平不同有關，本試驗各處理僅施純氮150kg/hm2，這也說明水稻抗倒伏能力影響因素眾多，氮肥運籌方式對水稻抗倒伏能力的影響還需要結合施氮量開展系統研究。

4 結論

湘南地區(qū)水稻種植區(qū)域，適宜的基蘗肥與穗肥施用比例能夠在保證水稻產量的情況下，縮短倒3和倒4節(jié)間長度，降低株高和重心高度，增加節(jié)間充實度，改善莖稈物理性狀，提高水稻抗倒伏能力。綜合各品種倒伏指數和產量性狀，基蘗肥:穗肥:粒肥為6:3:1時處理能夠較好地協調水稻的產量性狀與抗倒伏能力，達到高產、抗倒的目的。