施氮量對‘滬旱106’產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀的影響

譚金松,畢慶宇,魏 源,張康康,侯丹平,畢俊國

(上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心,上海 201106)

氮素是水稻生長必需的營養(yǎng)元素,參與合成植株體內(nèi)多種有機化合物,對水稻的增產(chǎn)有重要作用[1]。合理的氮肥施用可以促使水稻形成良好的植株結(jié)構(gòu),防止早衰或貪青晚熟,不合理的氮肥施用會導(dǎo)致水稻無效分蘗增加,不僅會使高峰苗過高、個體生長環(huán)境惡化、群體生長質(zhì)量降低[2],還會造成水稻徒長、重心上移、基部節(jié)間變長和抗倒伏能力下降等問題[3]。近年來,為了緩解人口增長帶來的水稻高產(chǎn)壓力,農(nóng)戶多采用重施氮肥的措施。據(jù)統(tǒng)計,我國單季水稻氮肥施用量比世界平均用量高出75%,但是單位面積產(chǎn)谷量和氮肥利用效率較低[4]。有研究表明,在一定施氮范圍內(nèi),水稻產(chǎn)量與施氮量呈正相關(guān)關(guān)系,超過一定限度之后,產(chǎn)量會明顯下降[5],并且氮肥施用量過多,還會造成嚴重的農(nóng)業(yè)污染。

上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心培育的節(jié)水抗旱稻具有抗旱、高產(chǎn)等特點,在安徽、江西的缺水地區(qū)廣泛種植,已形成較大的推廣面積[6-7]。本試驗以節(jié)水抗旱稻‘旱優(yōu)106’為試驗材料,研究不同施氮量對其產(chǎn)量構(gòu)成及農(nóng)藝性狀的影響,分析不同氮肥施用量條件下的差異,以確定水直播旱管條件下‘滬旱106’的最佳施氮量。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及供試品種

試驗于2020年在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合試驗站(30°53＇N,121°23＇E)進行,試驗品種為節(jié)水抗旱稻常規(guī)粳稻‘滬旱106’。采用水直播旱管模式進行人工穴播,5月25日播種,每穴3—4粒,穴距為20 cm×23 cm,待出苗后人工間苗,每穴留1株。

1.2 試驗設(shè)計

設(shè)置4個氮肥處理(以尿素形式作基肥一次性施入):零氮(0 N)、低氮(120 N kg∕hm2)、中氮(240 N kg∕hm2)和高氮(360 N kg∕hm2)。每個小區(qū)面積為20 m2,過磷酸鈣(含13.5% P2O5)75 kg∕hm2、氯化鉀(含62.5% K2O)120 kg∕hm2均作基肥一次性施用。每個處理3次重復(fù),共12個小區(qū)。田間灌溉方式為:2葉期前灌平溝水,濕潤管理,3葉期灌“跑馬水”,擱田控苗,控制無效分蘗,穗分化期進行適當(dāng)濕潤灌溉。按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培措施進行病蟲草害防治等。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 莖蘗動態(tài)

每個小區(qū)定點選取10株,分別于分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期測定莖蘗動態(tài),并計算莖蘗成穗率。

1.3.2 SPAD值

水稻播種后第5周開始,每7天用葉綠素儀測量不同處理最上部完全展開葉的SPAD值。每小區(qū)定點測定10片葉片,每片測定上、中、下部三點,取平均值。

1.3.3 干物質(zhì)質(zhì)量及葉面積指數(shù)

在各主要生育期內(nèi),每個小區(qū)取長勢一致的植株5穴,分解為葉、莖鞘和穗(抽穗以后)。用Li-Cor 3050葉面積儀(LI-COR,USA)測定葉面積后將各樣品放入烘箱中,105℃殺青30 min,于75℃下烘至恒重后稱重。

1.3.4 考種與產(chǎn)量

成熟期各小區(qū)調(diào)查30穴計算出平均穗數(shù),每小區(qū)按照平均穗數(shù)取10穴進行手工脫粒,考察各處理的單位面積穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重。

籽粒烘干稱重后含水量為4%。一般而言,理論產(chǎn)量為水稻含水量為14%時的產(chǎn)量,因此,理論。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013軟件處理數(shù)據(jù),SPSS軟件進行方差分析,Sigmaplot 10.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

與零氮處理相比,‘滬旱106’在低氮、中氮、高氮處理下的理論產(chǎn)量和實際產(chǎn)量均顯著增加,其中中氮處理下的最高,其實際產(chǎn)量分別比零氮、低氮、高氮處理高27.2%、11.1%、6.6%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看,與零氮相比,施用氮肥處理的每穗粒數(shù)、結(jié)實率增加,穗數(shù)顯著增加,其中中氮處理下‘滬旱106’的穗數(shù)比零氮、低氮、高氮處理分別增加了31.4%、15.3%、6.4%。‘滬旱106’在不同氮肥處理下的經(jīng)濟系數(shù)無顯著性差異(表1)。

表1 施氮量對‘滬旱106’產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 1 Effects of nitrogen application rates on yield and its components of‘Huhan 106’

2.2 莖蘗動態(tài)

在‘滬旱106’整個生育時期,拔節(jié)期的分蘗數(shù)最高,零氮、低氮、中氮和高氮處理下的分蘗數(shù)分別為234.4萬株∕hm2、274.8萬株∕hm2、318.0萬株∕hm2、302.7萬株∕hm2,拔節(jié)期至抽穗期分蘗數(shù)顯著減少,抽穗期至成熟期時分蘗數(shù)相對穩(wěn)定。與零氮處理相比,施用氮肥的處理在主要生育期時的分蘗數(shù)顯著增加,莖蘗成穗率減小,施用氮肥的三個處理之間莖蘗成穗率無顯著性差異(表2)。

表2 施氮量對‘滬旱106’莖蘗動態(tài)的影響Table 2 Effects of nitrogen application rates on stem and tiller dynamics of‘Huhan 106’

2.3 葉片SPAD值

隨著生育進程的推進,‘滬旱106’最上部完全展開葉的SPAD值呈先增加后減小趨勢,播種后35 d到50 d為上升趨勢,播種后55 d到75 d為下降趨勢。與零氮處理相比,施用氮肥處理的葉片SPAD值顯著提高,但在整個生育期內(nèi),低氮、中氮、高氮處理之間葉片SPAD值無顯著差異(圖1)。

圖1 施氮量對‘滬旱106’葉片SPAD值的影響Fig.1 Effects of nitrogen application rates on SPAD value of leaves of‘Huhan 106’

2.4 干物質(zhì)重

施氮對‘滬旱106’莖、葉、穗的干物質(zhì)重具有促進作用。在同一生育期內(nèi),莖、葉干物質(zhì)重在高氮處理下最大,穗干重在中氮處理下最大。隨著生育期的推進,‘滬旱106’莖部干物質(zhì)重呈逐漸增加的趨勢,高氮處理在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期的莖干重分別為2.88 t∕hm2、4.96 t∕hm2、6.07 t∕hm2、6.15 t∕hm2。高氮處理的葉干重呈先增加后減小的趨勢,在抽穗期最大,為3.31 t∕hm2。抽穗期、成熟期時‘滬旱106’在施用氮肥處理下的穗部干物質(zhì)重顯著大于零氮處理(表3)。

表3 施氮量對‘滬旱106’干物質(zhì)重的影響Table 3 Effects of nitrogen application rates on dry matter weight of‘Huhan 106’ t·hm-2

2.5 葉面積指數(shù)

隨著生育期的推進,不同氮肥處理的葉面積指數(shù)均呈先上升后下降的趨勢,且均在抽穗期時最大。在拔節(jié)期、抽穗期、成熟期時,隨著氮肥施用量的增加,‘滬旱106’的葉面積指數(shù)呈現(xiàn)出遞增趨勢。拔節(jié)期時,施用氮肥的處理葉面積指數(shù)顯著大于零氮處理,抽穗期和成熟期時,中氮、高氮處理的葉面積指數(shù)顯著大于低氮、零氮處理(表4)。

表4 施氮量對‘滬旱106’葉面積指數(shù)的影響Table 4 Effects of nitrogen application rates on leaf area index of‘Huhan 106’

3 結(jié)論與討論

氮是影響作物生長和谷物產(chǎn)量潛力的關(guān)鍵元素之一[8-9]。隨著氮肥用量的增加,‘滬旱106’的產(chǎn)量呈先升后降的變化趨勢,且于中氮處理下產(chǎn)量最高,單位面積穗數(shù)的顯著增加是其產(chǎn)量增加的主要原因。低氮、高氮處理下的產(chǎn)量(理論產(chǎn)量和實際產(chǎn)量)無顯著差異,說明氮肥施用量過多,對‘滬旱106’產(chǎn)量無顯著增加作用。

控制水稻群體的無效分蘗,提高莖蘗成穗率,是提高水稻群體質(zhì)量的最直接措施[10]。隨著氮肥用量的增加,‘滬旱106’于拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的莖蘗數(shù)均呈先升后降的趨勢,而莖蘗成穗率逐漸降低,說明氮肥施用過多在一定程度上會造成無效生長,影響最終穗數(shù)和產(chǎn)量的形成。但也有研究指出,在中高氮水平下,適當(dāng)增加穗粒肥施入比例有利于提高少蘗大穗型超級稻品種群體有效分蘗率和成穗率[11]。

葉綠素含量是反映水稻光合速率與生長狀況的重要指標,對指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和實現(xiàn)水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)起著關(guān)鍵作用[12]。作為葉綠素含量的相對值,SPAD值已成為評價作物長勢的重要指標[13]。研究表明,SPAD與葉片光合速率呈正相關(guān)關(guān)系[14],本研究表明,與零氮處理相比,氮肥處理的葉片SPAD值顯著提高,但低氮、中氮、高氮處理間無顯著差異,說明在中低氮水平下水稻光合能力也較高。

葉面積的大小直接影響作物群體內(nèi)部受光量,是判斷作物群體結(jié)構(gòu)是否合理的的重要指標之一。適宜的葉面積指數(shù)是作物充分利用光能、獲得高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ),而水稻群體不同生育階段最適葉面積指數(shù)不同[15]。對傳統(tǒng)高產(chǎn)水稻來說,適宜葉面積指數(shù)隨著生育期的推進呈先升后降的趨勢,在孕穗期至抽穗期最高,成熟期顯著下降[16]。節(jié)水抗旱稻‘滬旱106’葉面積指數(shù)中氮處理下分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期適宜的葉面積指數(shù)分別為0.12、2.9、6.9、5.3。與其他3種氮肥處理相比,‘滬旱106’在中氮水平可以獲得合理的群體葉面積,構(gòu)建健康冠層,進而提高群體光合生產(chǎn)能力。

水稻產(chǎn)量形成實質(zhì)是植株生長過程中干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運和分配的結(jié)果[17]。Wei等[18]研究指出,甬優(yōu)秈粳雜交稻較高的干物質(zhì)積累被認為是影響籽粒庫容和高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。也有研究認為,水稻干物質(zhì)過大會造成無效消耗,不利于產(chǎn)量提升[19]。本研究表明,‘滬旱106’在不同氮肥處理下抽穗期、成熟期的干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量呈現(xiàn)相同的趨勢,在中氮處理下各個指標的表現(xiàn)最優(yōu),說明大田施氮量為240 kg∕hm2時有利于干物質(zhì)的積累,可獲得較高產(chǎn)量。