氮肥和栽植密度對超級稻生長特性和產量的影響

張 悅 ，鄒積祥，張 彬，伍龍梅，黃 慶，陸秀明，包曉哲，楊陶陶，陳青春

（1.廣東省農業科學院水稻研究所/ 廣東省水稻育種新技術重點實驗室/ 廣東省水稻工程實驗室/農業農村部華南優質稻遺傳育種重點實驗室，廣東 廣州 510640；2.仲愷農業工程學院農業與生物學院，廣東 廣州 510225）

【研究意義】氮素是水稻生長發育所須的關鍵營養元素［1-2］，種植密度是影響水稻生長發育的重要環境因素，二者作為水稻生產的主要栽培措施對水稻的生長發育及產量形成具有重要作用，因此一直都是研究的熱點。生產中科學運籌肥水、控制磷肥投入有利于氮高效型水稻品種發揮高產特性，獲得較優品質［3-4］。然而在生產上，常出現盲目投入氮肥而導致施用量大、利用效率低的問題［5］。目前我國稻田施氮量普遍超過180 kg/hm2，遠超過世界平均水平105 kg/hm2；氮肥利用率僅為34%，遠低于世界平均水平46%，這不但增加了生產的成本，且降低了稻米品質，加劇了環境污染，因此研究水稻減氮增產的栽培方法顯得尤為迫切［6-11］。同時，合理密植是實現水稻高產的重要栽培措施，自超級雜交稻問世以來，便不再盲目追求密植，合理密植成了發展趨勢［12-13］。密度能調節植株個體與群體間的矛盾，合理密植利于水稻植株個體發育，預防倒伏，提高產量［14］。研究施氮量及栽植密度對水稻植株生長發育和產量的影響以及不同品種對氮密互作的響應，有利于構建合理的群體結構，為確定合適的氮肥管理措施、保證水稻高產提供理論依據和技術支撐。【前人研究進展】石愛龍等研究發現，隨著施氮量和移栽密度的增加，產量均呈現先增后減的趨勢［15］；鄧中華等研究認為在低密度時水稻基本苗數低限制產量，在高密度時穴內競爭限制產量，群體結構受種植密度的影響較大，適宜的種植密度有利于水稻對資源的利用，可以根據土壤供氮能力選擇插植密度，供氮能力低時密植，供氮能力較強時稀植［16-17］。董士琦研究發現隨著施氮量的增加，直播雜交水稻產量表現為先增加后降低的趨勢，適度增加移栽密度，能夠提高水稻對自然資源的利用效率，保證個體生長發育，保證群體數量，提高有效穗數和每穗粒數，增加產量［18］。同時也有人根據各稻作區生態條件及品質特性確定了不同模式的栽培方式，如吳培等研究發現在常規田塊，施氮量為300 kg/hm2易獲得高產，但結合稻田綠色生產和節本高效，施氮量為225 kg/hm2、栽植密度為基本苗180×104株/hm2時效果最佳［19］；吳子帥等研究發現在常規田塊，施氮量為150 kg/hm2、栽植密度為30 萬蔸/hm2時稻米品質最佳［20］；董士琦發現在鹽堿灘涂地種植淮稻5 號施氮肥為300 kg/hm2、栽插密度為33.4 萬穴/hm2時水稻高產［18］。嚴凱研究發現在鹽堿地施氮量為300 kg/hm2、栽植密度為25 cm×12 cm 時有利于水稻高產的形成［21］。【本研究切入點】雖然氮密互作試驗前人已有研究，但在廣東省相關研究還相對較少，同時適宜的栽培措施還應根據不同品種特性及稻作區的生態條件具體分析。【擬解決的關鍵問題】本試驗結合品種特性，通過密度和氮肥施用量處理，研究不同栽插密度條件下施氮量對水稻生長發育特性及產量形成的影響，旨在為超極稻合理密植、降低氮肥施用量以及超級稻優質高產栽培提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015 年早晚稻在廣東省農業科學院水稻研究所白云基地進行，早稻于3 月5 日播種，4 月6 日插秧，7 月1 日收割；晚稻于7 月18 日播種，8 月4 日插秧，11 月7 日收割。供試品種為植株較高、穗大粒多、米質優、豐產性突出的雜交稻深優9516，株型適中、穗粒數多、結實率較高的雜交稻榮優225。試驗以尿素為氮源。

1.2 試驗方法

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生長指標 株高的測定：分別于分蘗期（早稻4 月2 日，晚稻8 月10 日）、幼穗分化期（早稻4 月29 日，晚稻9 月2 日）、齊穗期（早稻6 月24 日，晚稻10 月26 日）測量。其中分蘗期、幼穗分化期測量至葉尖，齊穗期測量至穗頂。

葉面積和干物質積累量的測定：測定時期為分蘗期、幼穗分化期、齊穗期。各時期每小區根據平均莖蘗數取代表性植株5 穴，分莖鞘、葉、穗（抽穗后），測定葉面積，計算葉面積指數，然后105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重，稱重，計算干物質積累量。

1.3.2 產量及其構成因子 成熟期每小區取代表性植株5 穴，測定有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒重，計算理論產量。

試驗數據采用Excel 進行處理，使用IBM SPSS Statistics 26 進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 氮肥和栽植密度對水稻植株生長特性的影響

2.1.1 氮肥和栽植密度對水稻株高的影響 不同施氮量和栽植密度處理水稻株高指標如圖1 所示。深優9516 株高早稻分蘗期、幼穗分化期、齊穗期分別在N3D3、N3D3、N1D1 處理，晚稻分別在N3D2、N3D3、N2D1 處理最高；榮優225 株高早稻分別在N2D3、N3D3、N2D1 處理，晚稻分別在N3D3、N2D3、N3D2 處理最高。深優9516 株高大于榮優225，其中在齊穗期差值最大。

從施氮水平看，水稻株高在分蘗期、幼穗分化期、齊穗期呈N3＞N2＞N1＞N0 的趨勢（除深優9516 在分蘗期呈N2＞N3＞N1＞N0 趨勢外）。施氮處理對關鍵生育時期株高的影響均達極顯著水平，且施氮水平與株高呈正相關關系，說明株高隨著施氮量的增加而增加，增施氮肥能顯著增加水稻株高。從栽植密度來看，密度處理對各個時期株高的影響均不顯著，說明本試驗中栽植密度對水稻株高的影響不大（表1）。

從氮肥與密度的互作效應看，氮密互作對關鍵生育時期的株高均存在極顯著的交互效應。通過比較氮密互作（N×D）的F值，可知各個時期不同處理對水稻株高的影響程度為齊穗期＞分蘗期＞幼穗分化期（FN×D=0.176＞0.075＞0.027），說明交互作用對水稻株高的影響在生育后期較大。

為本課題自主開發的軟件還能夠分析長期從事該領域研究的專家之貢獻度、各類期刊對該領域的關注度，這些數據可以幫助科研人員迅速了解和掌握行業研究現狀，具有高效性。如今，知識數據庫還有很多數據不能被批量下載，故還有很多數據分析設想尚未實現。大數據分析方法的應用依賴數據來源的開放性，在2017年12月8日習近平主席提出“實施國家大數據戰略加快建設數字中國”重要方針之后，整個社會數據平臺的對接應會更加順暢，進而能為科研工作的數據化提供更加豐富的土壤。

2.1.2 氮肥和栽植密度對水稻葉面積指數的影響 不同施氮量和栽植密度處理LAI 指標如圖2所示。深優9516 LAI 早稻分蘗期、幼穗分化期、齊穗期分別在N2D3、N3D3、N3D3 處理，晚稻分別在N1D3、N3D2、N3D3 處理最高；榮優225 LAI 早稻分別在N3D3、N1D3、N3D2 處理，晚稻分別在N2D3、N3D3、N3D3 處理最高。

從施氮水平看，水稻LAI 在分蘗期、幼穗分化期、齊穗期呈N3＞N2＞N1＞N0 的趨勢（除早稻在分蘗期、齊穗期呈N2＞N3＞N1＞N0 趨勢外）。施氮處理對關鍵生育時期LAI 的影響均達極顯著水平，且施氮水平與LAI 呈正相關關系，說明增加施氮量能顯著提高水稻LAI（表1）。

表1 早晚稻不同處理水稻各性狀的相關性分析Table 1 Correlation analysis of rice characteristics under different treatments in early and late rice

從栽植密度來看，水稻LAI 在關鍵生育時期呈D3＞D2＞D1 的趨勢，且密度與LAI 呈顯著正相關關系(除早稻齊穗期、晚稻幼穗分化期不顯著外），說明栽植密度對水稻LAI 有顯著影響（表1）。

從氮肥與密度的互作效應看，氮密互作對關鍵生育時期LAI 均存在極顯著的交互效應。通過氮密互作（N×D）的F值比較，可知不同處理對水稻LAI 的影響程度為分蘗期＞幼穗分化期＞齊穗期（FN×D=0.268＞0.197＞0.194），說明交互作用對水稻LAI 的影響在生育前期較大。

2.1.3 氮肥和栽植密度對水稻干物質積累量的影響 不同施氮量和栽植密度處理下的水稻干物質積累量指標如圖3 所示。深優9516 干物質積累量早稻分蘗期、幼穗分化期、齊穗期分別在N2D3、N3D3、N2D3 處理下，晚稻分別在N3D2、N3D3、N3D3 處理下最高；榮優225 干物質積累量早稻分別在N3D3、N1D3、N2D3 處理下，晚稻分別在N3D2、N2D3、N3D3 處理下最高。

從施氮水平看，水稻干物質積累量在分蘗期、幼穗分化期、齊穗期呈N3＞N2＞N1＞N0 的趨勢（除早稻在分蘗期呈N2＞N3＞N1＞N0 趨勢外），施氮處理對各個關鍵生育時期干物質積累量的影響均達極顯著水平，且施氮水平與干物質積累量呈正相關關系，說明增施氮肥能顯著增加水稻干物質積累量（表1）。

從栽植密度來看，水稻干物質積累量在關鍵生育時期呈D3＞D2＞D1 的趨勢，各個時期栽植密度與干物質積累量呈顯著正相關關系(除早稻齊穗期、晚稻幼穗分化期不顯著外），說明栽植密度對水稻干物質積累有顯著影響（表1）。

從氮肥與密度的互作效應看，氮密互作對關鍵生育時期干物質積累量均存在極顯著的交互效應。通過氮密互作（N×D）的F值比較，可知不同處理對水稻干物質積累量的影響程度為分蘗期＞齊穗期＞幼穗分化期（FN×D=0.220＞0.131＞0.072），說明交互作用對水稻干物質積累量的影響在生育前期較大。

2.2 氮肥和栽植密度對水稻產量及其構成因子的影響

增施氮肥和合理密植是水稻高產栽培的調控措施，試驗結果（表2、表3、表4）表明，氮肥施用量及栽植密度對水稻產量有顯著影響。

表2 氮肥和密度處理對早稻產量及其構成因子的影響Table 2 Effects of nitrogen fertilizer and density on yield and its components of early rice

表3 氮肥和密度處理對晚稻產量及其構成因子的影響Table 3 Effects of nitrogen fertilizer and density on yield and its components of late rice

表4 早晚稻不同處理對水稻產量及其構成因子的相關性分析Table 4 Correlation analysis of different treatments on rice yield and its components

早稻以深優9516 經N1D3 處理及榮優225 經N3D3 處理產量最高，分別為8 053.3、7 833.3 kg/hm2；晚稻以深優9516 經N3D1 處理及榮優225 經N2D3 處理產量最高，分別為7 730.0、8 336.7 kg/hm2。不同品種在不同時期對氮的需求及栽培密度的選擇存在顯著差異。單從施氮水平分析，早稻以深優9516 施120 kg/hm2、榮 優225 施180 kg/hm2，晚稻以深優9516 施180 kg/hm2、榮優225 施150 kg/hm2產量最高，均顯著高于N0 處理。且分析兩個品種在早、晚稻的氮肥處理，發現產量與氮肥施用量呈正相關或顯著正相關。

從栽植密度分析，早稻以深優9516 經D3 處理及榮優225 經D3 處理產量最高，晚稻以深優9516 經D1 處理及榮優225 經D3 處理產量最高。在一定氮水平下深優9516 產量隨密度增加而增加，榮優225 產量隨密度增加而降低，但總體分析密度處理對兩個品種在早、晚稻的產量影響不顯著。

在一定氮水平下，深優9516 產量隨密度增加而增加，榮優225 產量隨密度增加而降低，但密度處理對兩個品種早、晚稻的產量影響不顯著。分析氮密互作對產量的影響，發現均呈顯著正相關。施氮量與有效穗數呈顯著正相關關系，且兩個品種在不同時期表現一致，同樣氮密互作與有效穗數呈顯著正相關，說明氮肥用量增加會增加水稻有效穗數，結合密度處理構建合理的群體結構利于提高產量。結實率與施氮量呈負相關關系，且與氮密互作呈負相關，說明結實率隨氮肥用量的增加有下降的趨勢。比較其他產量構成因子，深優9516 早、晚稻千粒重與氮處理、氮密互作呈

顯著正相關，榮優225 早、晚稻每穗粒數、結實率、千粒重與氮處理、密度處理、氮密互作無顯著相關，說明不同品種的產量及其構成因子對氮肥和密度的響應不同。

3 討論

3.1 氮肥、栽植密度與水稻生長特性的關系

氮肥施用量不同會影響水稻的生長發育，進而影響產量；密度通過影響光照分布改變植物體內激素的活性和分布，進而調控植物生長發育［22］。株型是重要的農藝性狀，對作物栽培的適應性、產量及經濟效益有巨大的影響，株高、葉面積指數和干物質積累量是衡量水稻生長發育的關鍵指標［23-24］。本試驗主要從株高、葉面積指數和干物質積累量三方面研究氮肥、栽植密度對水稻生長特性的影響。

試驗結果顯示，氮密互作對水稻株高的影響呈正效應，一定密度處理下增施氮肥會增加植株株高，結合密度處理可以降低株高的相關系數。選擇適宜的栽植密度可以在保證水稻植株生長發育最優的情況下改善群體基部的光照條件［25］，有利于提高水稻的抗倒伏能力，進而保證產量。同時氮密互作對水稻葉面積指數及干物質量積累量的影響呈正效應，因為氮是植物體內氨基酸、蛋白質、核酸、輔酶及光合色素分子等的組成成分，因此氮影響葉片生理過程［26-27］。通過適宜的氮肥和密度組合能增強水稻群體的光合能力，發揮土壤生產潛力，緩解個體生長與群體生長的矛盾，進而達到高產［28］。結合株高、葉面積指數、干物質積累量綜合考量，深優9516 采用施氮量180 kg/hm2(N3)、密度30×104穴/hm2(D3)組合，榮優225 采用施氮量180 kg/hm2(N3)、密度30×104穴/hm2(D3)組合生長特性表現最優。

3.2 氮肥、栽植密度與水稻產量及其構成因子的關系

氮肥及密度均是重要的水稻栽培調控因子，氮肥施用量、栽植密度及氮密互作對水稻生長發育及產量形成有重要的調控作用。前人研究發現，在高肥條件下氮肥增產效應呈遞減趨勢，當氮肥用量過高時甚至會降低產量，研究發現是植株營養生長過剩，無效分蘗過多導致水稻病蟲害及倒伏情況頻發所致［1］。周江明等研究發現，降低氮肥施用量，增加水稻種植密度可以在保證足穗的情況下增加每穗粒數與千粒重，進而在提高氮素利用率的情況下達到高產［12］。本試驗發現產量與氮肥施用量呈正相關或顯著正相關，但密度處理對兩個品種早晚稻的產量影響并不顯著。氮密互作對產量的影響均達顯著正相關，適宜的氮肥用量結合適宜的栽植密度有利于水稻高產。

綜合分析氮密互作處理對產量構成因子的影響，發現氮密處理對水稻產量構成因子的影響效應最大的是有效穗數。增加氮肥施用量可以增加水稻的分蘗數，合理的密度有利于莖蘗的生長，因此促進了有效穗數的增加。同樣千粒重隨著施氮量的增加而增加，但單個籽粒過分生長不利于群體的協調生長，因此結實率隨施氮量的增加而下降。深優9516 的產量采用施氮量180 kg/hm2(N3)、密度27×104穴/hm2(D2)處理，榮優225采用施氮量180 kg/hm2(N3)、密度30×104穴/hm2(D3)處理表現最優。

4 結論

要提高水稻產量，需要結合各個產量構成因子綜合考量，特別是要綜合株高、葉面積指數、干物質積累量這些生長指標。綜合產量因素及生長特性選擇高產處理為：深優9516 采用施氮量180 kg/hm2、密度27×104穴/hm2處理，榮優225采用施氮量180 kg/hm2、密度30×104穴/hm2處理，在產量構成因子方面表現突出，且擁有較高的生產潛力，產量表現穩定。