減氮運籌模式對常規粳稻群體發育及產量的影響

衛云飛　李猛　喬宏梁　季新　劉娟　魯偉林　劉秋員

摘要：氮肥的合理施用是調控水稻群體發育和產量形成的重要措施。本試驗以常規粳稻南粳5718為材料，以常規施氮模式為對照，在減氮條件下設置6種不同的氮肥運籌模式，研究減氮運籌模式對常規粳稻群體發育和產量形成的影響。結果表明，與常規施氮模式相比，減施氮肥和在氮肥減施下降低基蘗肥用量，均顯著降低了各生育期的群體莖蘗數、干物質積累量、群體葉面積指數，但在氮肥減施條件下通過增加穗肥用量，群體莖蘗成穗率、收獲指數、抽穗—成熟階段的干物質積累比例、高效葉面積比例均呈顯著增加的趨勢，且葉面積衰減率和高效葉片SPAD值衰減率均呈顯著下降趨勢，這使得減氮處理的結實率和千粒質量均呈顯著增加的趨勢。在6個減氮處理中，隨著穗肥用量的增加，產量呈現先增加后降低的趨勢，以T3處理最高，且與CK處理無顯著差異，而T1、T4、T5、T6處理產量均顯著低于CK。綜上，氮肥減施條件下通過調整氮肥運籌方式，能夠實現減氮不減產，本試驗條件下以基蘗肥和穗肥比例為5 ∶5或6 ∶4為宜。

關鍵詞：減氮；氮肥運籌；群體質量；產量

中圖分類號：S511.2+20.6文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）05-0116-06

水稻是世界上最重要的糧食作物之一，全球約有50%的人口以大米作為主食［1］。據報道，在人口增長和耕地面積減少雙重壓力背景下，水稻產量須每年提高1.2%才能滿足糧食增長需求［2］。氮素是影響水稻產量的重要養分因子。長期以來，為了保障水稻產量，在水稻栽培中投入了大量的氮肥，由此帶來的一系列生態環境問題，如水體富營養化日趨嚴重、氧化亞氮（N2O）溫室氣體排放量增加以及飲用水硝酸鹽含量超標（含量＞10 mg/L）等，正逐步成為限制水稻產業持續健康發展的重要障礙［3-4］。因此，如何在減少氮肥用量的基礎上，同時實現水稻不減產甚至高產已成為當前水稻生產亟待解決的關鍵問題之一。

關于水稻氮肥減施的研究，迄今已有不少相關的報道，但大多主要圍繞水稻密植減氮展開，并認為通過密植能夠彌補因氮肥減施導致有效穗數不足的問題，從而實現穩產甚至是增產［5-7］。國內外越來越多的研究認為，要實現作物高產和氮肥的高效利用，必須實現作物需求和環境養分供應在時間空間和數量上的匹配［8-9］。關于水稻氮肥合理運籌，一些研究認為適當降低基蘗肥用量，并保施穗肥，可有效抑制無效分蘗發生，提高產量［10］；但也有研究認為，減施氮肥的同時，適當增加基蘗肥用量，有利于促進水稻分蘗的早發和分蘗成穗率的提高，增加水稻產量［11-12］。當然也有研究認為適當減施穗肥，可以增加群體透光率，促進光合物質生產［13］。因此，仇景濤等認為當前生產水平下的減氮措施，應避免某個時期的單一減氮操作，貫穿于全局的全生育期減氮施肥策略才能達到較好的效果［14］。杜祥備等在甘薯上的減氮試驗結果表明，通過調整基肥和追肥的比例可減緩葉片早衰，延長葉片功能期，有利于產量形成［15］。由此可見，在減氮的同時通過調整氮肥的運籌方式，可能實現水稻減氮不減產甚至增產，但目前關于水稻減氮下的氮肥運籌模式對水稻產量的影響研究還較少。為此，本研究以常規高產栽培施氮水平及氮肥運籌模式為對照，在減施氮肥條件下設置6種氮肥運籌模式，旨在探討減氮條件下通過調整氮肥運籌模式對產量形成的影響，以期為水稻高產栽培合理減氮提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試品種

試驗于2021年在河南省信陽市平橋區甘岸鎮二郎村進行。試驗地土壤為沙壤土，前茬為冬閑田，土壤有機質含量為15.3 g/kg，全氮含量為 0.28 g/kg，速效磷含量為20.3 mg/kg，速效鉀含量為56.7 mg/kg。供試品種為常規粳稻品種南粳5718。

1.2 試驗設計

試驗以常規施氮量（270 kg/hm2）為對照，氮肥減施處理氮肥用量為225 kg/hm2，2種施氮量下的氮肥運籌模式見表1，其中基肥于移栽前1 d施入，分蘗肥于移栽后7 d左右施入，穗肥于倒四葉期施入。各處理統一施用過磷酸鈣（含P2O5 13.5%）900 kg/hm2和氯化鉀（含K2O 52%）450 kg/hm2，磷肥一次性基施，鉀肥分別于耕翻前、拔節期等量施入。于5月15日播種，6月5日移栽。栽插規格為每穴4苗，株行距為15 cm×25 cm。試驗采用隨機區組設計，每個處理小區面積為12 m2，重復3次。小區間做埂隔離，并用塑料薄膜包埂防止養分側滲。水分管理及病蟲草害防治等相關栽培措施均按照當地高產栽培技術要求進行。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 莖蘗動態調查

每個小區定點10穴，分別于拔節期、抽穗期和成熟期調查群體莖蘗數（成熟期為有效穗數），計算單位面積莖蘗數（單位面積莖蘗數=每穴平均莖蘗數×單位面積穴數）和成穗率（成穗率=成熟期群體有效穗數/拔節期群體莖蘗數×100%）。

1.3.2 干物質積累

于拔節期、抽穗期和成熟期，各處理按照平均莖蘗數選取代表性植株3穴，按照莖鞘、葉、穗進行分樣，將以上所有樣品在105 ℃下殺青30 min，之后于80 ℃烘至恒質量后，測定干物質量，計算各生育時期單位面積干物質積累量（莖鞘、葉、穗干物質積累量之和）和各生育階段單位面積干物質積累量（2個生育時期的干物質積累量之差）和積累比例（2個生育時期的干物質積累量之差占成熟期總干物質積累量的比值）。

1.3.3 葉面積及高效葉片SPAD值

于拔節期、抽穗期、成熟期測定干物質積累時，采用長寬系數法測定各處理葉面積，其中抽穗期測定時分為總葉面積和高效葉面積（頂三葉葉面積）。于齊穗期和成熟期每個小區隨機選取10個單莖，采用SPAD-502葉綠素儀（日本柯尼卡美能達）測量倒1葉、倒2葉、倒3葉的SPAD值。每張葉片分別對其基部、中部、尖部進行測量，并取平均值。SPAD值衰減率=（齊穗期SPAD值－成熟期SPAD值）/齊穗期SPAD值×100%。

1.3.4 產量及其構成因素

成熟期各小區連續調査60穴的莖糵數，計算有效穗數。每個小區按照每穴平均有效穗數選取長勢相近植株5穴，調查每穗粒數、結實率和千粒質量。在每個小區中間割6 m2（2 m×3 m）進行實際產量測定。

1.4 數據計算與統計分析

試驗數據采用Excel 2016繪制圖表，采用SPSS 22.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 對莖蘗數和成穗率的影響

從表2可以看出，隨著基蘗肥用量的降低，莖蘗數呈顯著下降趨勢，且各減氮處理在拔節期、抽穗期以及成熟期的莖蘗數均顯著低于CK處理。6個減氮處理中，各時期的莖蘗數均是以T1處理最高，且拔節期顯著高于其他5個處理，在抽穗期和成熟期T1處理與T2、T3處理之間差異不顯著，但均顯著高于T4、T5、T6處理。莖蘗成穗率表現為與莖蘗數相反的規律，呈現出隨穗肥用量增加而增加的趨勢，其中以T6處理最高，T1處理最低。

2.2 對干物質積累與分配的影響

2.2.1 對關鍵生育期干物質積累量與收獲指數的影響

從表3可以看出，拔節期、抽穗期、成熟期的群體干物質積累量均是隨著基蘗肥用量的降低呈下降趨勢，以CK處理最高，其中在拔節期和成熟期均顯著高于6個減氮處理。收獲指數則表現為隨穗肥用量的增加呈升高的趨勢，以T6處理最高，CK和T1處理最低。

2.2.2 對階段干物質積累量及其積累比例的影響

由表4可知，隨著基蘗肥用量的降低，不同生育階段的群體干物質積累量總體表現出降低的趨勢。從不同生育階段群體干物質積累比例來看，播種—拔節階段的群體干物質積累比例隨著基蘗肥用量的減少呈降低趨勢，而在拔節期—抽穗期和抽穗期—成熟期均表現出升高的趨勢，說明增施穗肥，有利于促進中后期干物質的積累。

2.2.3 對莖葉干物質轉運的影響

由表5可知，莖、葉干物質表觀轉移量及表觀轉移率在CK和T1這2個處理之間并無顯著差異，但隨著減氮處理穗肥用量的增加，莖、葉干物質表觀轉移量及表觀轉移率均呈現出降低的趨勢，其中T4、T5、T6處理的莖、葉干物質表觀轉移量及表觀轉移率均要顯著低于CK處理。

2.3 對葉面積指數及高效葉片形態的影響

2.3.1 對葉面積指數的影響

從表6可以看出，隨著基蘗肥用量的降低，拔節期葉面積指數呈顯著下降趨勢，表現為CK＞T1＞T2＞T3＞T4＞T5＞T6處理，抽穗期總葉面積指數大小順序基本與拔節期一致，表現為CK＞T1＞T3＞T2＞T4＞T5＞T6處理，高效葉面積指數表現為CK＞T3＞T1＞T4＞T2＞T5＞T6處理，高效葉面積比例大小則是T5＞T6＞T4＞T3＞T2＞CK＞T1處理。成熟期葉面積指數大小順序為CK＞T3＞T2＞T4＞T5＞T6＞T1處理，而葉面積衰減率大小順序為CK＞T1＞T3＞T2＞T4＞T5＞T6處理。說明增施穗肥，不僅有利于增加高效葉面積的比例，而且還有利于延緩葉片衰老。

2.3.2 對高效葉片SPAD值及其衰減率的影響

從表7可以看出，齊穗期，6個減氮處理中除了T1處理外，其余5個處理倒1葉的SPAD值均顯著高于CK，且有隨著穗肥用量增加整體呈升高的趨勢，而倒2葉、倒3葉齊穗期的SPAD值在各處理之間差異不顯著。成熟期，隨著穗肥用量的增加，高效葉片的SPAD值均呈現出增加的趨勢，而SPAD值衰減率表現出逐漸降低的規律。

2.4 對產量及其構成因素的影響

由表8可知，CK產量最高，6個減氮處理的產量表現出先升高后降低的規律，以T3處理最高，其次為T2處理，且與CK無顯著差異。產量構成因素方面，隨著基蘗肥用量的降低，有效穗數和每穗粒數均呈逐漸降低趨勢，而結實率和千粒質量則大體表現出升高的趨勢。

3 討論與結論

水稻產量由單位面積有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒質量共同決定，其中在生育前期形成旺盛穩健的分蘗勢，促進有效分蘗的發生，是形成高產群體的基礎。此前研究表明，水稻基蘗肥用量過高，容易導致無效分蘗增加，降低成穗率；基蘗肥過少，盡管可以減少無效分蘗，提高成穗率，但有效穗數也顯著減少［14，16］。氮肥減施導致水稻減產的重要原因可能是由于基蘗肥用量降低導致有效穗數降低［17-18］。本試驗研究結果也表明，各減氮處理在各生育期的莖蘗數均要顯著低于CK處理，而且在減氮處理中隨著基蘗肥用量的降低，莖蘗數呈顯著下降趨勢。說明有效穗數降低可能是導致本試驗減氮處理產量呈下降趨勢的一個重要因素，這也可能是生產上常常采用較高密度，以密補肥的栽培措施原因［7］。李超等認為在減氮條件下通過增施穗肥，可顯著提高成穗率和結實率［6］。本試驗發現，6個減氮處理隨著穗肥用量的增加，成穗率、結實率和千粒質量均顯著增加，這可能是減氮處理T2、T3與CK產量差異不顯著的重要因素。減氮處理T4、T5、T6的產量顯著低于其他處理，說明前期基蘗肥用量如果減少過多，即使后期較高的穗肥用量也很難彌補產量虧缺。

物質生產是水稻產量形成的基礎。前人總結研究認為，生物量大是水稻高產的重要特征之一，且高產水稻的干物質積累特征為前小、中高、后強［19-21］。也有學者認為在一定生物量的基礎上，保持較高的收獲指數是實現高產的重要途徑［22］。本試驗研究結果表明，盡管減氮處理各生育期的干物質積累量均要低于CK處理，但他們收獲指數呈現出增加的趨勢，這可能是減氮條件下T2和T3處理產量與CK處理差異不顯著的重要原因之一。水稻籽粒灌漿所需的物質80%以上來自抽穗后的光合生產［23］。因此，提高水稻抽穗后干物質生產與積累，是水稻實現增產的重要途徑［24-25］，而適當施用穗肥，增加后期氮素供應量，可以提高葉片葉綠素含量，延緩葉片衰老，促進光合作用，從而形成更多的光合產物［26-28］。本研究結果表明，與CK相比，減氮條件下通過增加穗肥用量，均顯著提高了高效葉面積的比例，并降低了葉面積衰減率和高效葉片SPAD值的衰減率，這使得減氮條件下的T1、T2、T3、T4處理在抽穗—成熟階段的干物質積累量與CK并無顯著差異。而T5、T6處理顯著低于CK，可能與其前期生長量過小，總體葉面積指數不大有關［29］。促進抽穗前營養器官貯藏的物質向穗部轉運，也是增加水稻產量的重要途徑。本研究結果表明，CK的葉干物質表觀轉移量和表觀轉移率稍低于T1、T2、T3處理，但均顯著高于T4、T5、T6處理，說明適當的增加穗肥用量有利于促進莖葉干物質的轉運。盡管水稻整個生育期可以分為營養生長期和生殖生長期，但良好的營養生長階段是生殖生長健康發展的基礎。綜合本試驗研究結果來看，基蘗肥大量減少的處理（如T5、T6），導致分蘗數量減少，前期生長量嚴重不足，即使后期配以較高的穗肥施用量，也未能有效補足群體的生長發育，從而導致產量的降低。因此，在氮肥減施的同時，還應注意調整氮肥基蘗肥與穗肥之間的合理比例，才能實現減氮不減產的目標。

綜上分析，減氮條件下通過增加穗肥用量，能夠提高高效葉面積比例，延緩葉片衰老，增加抽穗—成熟階段的物質生產，促進莖葉干物質轉運，從而提高結實率和千粒質量，對因基蘗肥用量降低引起有效穗數和穗粒數降低導致的產量降低具有一定的補償效應。本試驗條件下，這種產量補償效應以基蘗肥和穗肥比例為5 ∶5或6 ∶4時最大，其產量與CK處理均無顯著差異，能夠實現減氮不減產。因此，建議減氮的同時通過適當調整氮肥運籌模式，以實現減氮不減產甚至增產，但是否還存在減氮空間以及該氮肥運籌模式是否適合須進一步研究。

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收稿日期：2022-05-09

基金項目：河南省科技攻關計劃（編號：222102110129）；信陽市創新應用專項（編號：20210006）；信陽農林學院科技創新團隊（編號：KJCXTD-202006）。

作者簡介：衛云飛（1977—），男，山西沁縣人，碩士，講師，研究方向為作物生理生態。E-mail：feige9802@126.com。

通信作者：劉秋員，博士，副教授，研究方向為水稻優質高產高效栽培技術研究與應用。E-mail：joss85@163.com。