石 楠 高志強(qiáng) 胡海燕 陳崇怡 文雙雅

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，410128，湖南長(zhǎng)沙）

我國(guó)是世界上最大的產(chǎn)稻國(guó)，同時(shí)水稻也是我國(guó)重要的糧食作物之一，其穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)一直是研究的熱點(diǎn)[1]。肥料施用量和移栽密度是影響水稻產(chǎn)量形成的重要調(diào)控因素[2]。近年來(lái)，肥料的大量施用雖然有效地提高了水稻產(chǎn)量，但同時(shí)也帶來(lái)肥料利用率低和環(huán)境污染等問(wèn)題[3]，所以合理施肥尤為重要。此外，相關(guān)研究[4-5]表明，水稻移栽密度過(guò)高或過(guò)低均可導(dǎo)致水稻產(chǎn)量降低，移栽密度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致水稻生長(zhǎng)后期爭(zhēng)奪光熱資源、滋生病害，移栽密度過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致基本苗不足，浪費(fèi)地力資源。因此只有合理的氮肥用量和移栽密度才能保證水稻正常的生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)有利于改善群體生長(zhǎng)環(huán)境，提高肥料利用率，增加產(chǎn)量[6-8]。

目前我國(guó)水稻主要栽培方式大體上可分為機(jī)插秧、直播和拋秧3種模式[9-10]。周兵[11]研究發(fā)現(xiàn)，與周年機(jī)插模式相比，周年拋栽模式可有效提高水稻生育過(guò)程中有效積溫的利用率，產(chǎn)量提高5.5%，拋秧又可分為有序拋秧與無(wú)序拋秧。張軍等[12]研究發(fā)現(xiàn)，與洗根手插相比，不同品種點(diǎn)拋和撒拋分別可以提高產(chǎn)量14.1%～18.3%和9.87%～13.2%，同時(shí)表明相比于無(wú)序拋秧，有序拋秧對(duì)水稻產(chǎn)量提升效果更加顯著。有序拋栽技術(shù)是湖南省2020年主推水稻栽培技術(shù)之一，與傳統(tǒng)拋栽技術(shù)相比，有序拋栽機(jī)械化程度更高，同時(shí)秧苗排列有序，可以充分利用溫光條件[13]。本研究探討在不同肥料水平、不同移栽密度條件下，精量有序機(jī)拋栽培對(duì)水稻產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力的影響，旨在為水稻高產(chǎn)、高效和節(jié)本栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于 2020年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)瀏陽(yáng)教學(xué)科研綜合基地（28°30′ N，113°84′ E）進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)面積0.5hm2，系丘陵小盆地，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年均氣溫17.3℃，1月平均氣溫5.4℃，7月平均氣溫 28.7℃，年均降水量 1358.6～1552.5mm。土壤為潴育性水稻土，有機(jī)質(zhì)29.1g/kg、全氮1.58g/kg、全磷0.49g/kg、全鉀14.62g/kg，pH 5.71。前茬作物為油菜。

1.2 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

供試品種是目前湖南省水稻生產(chǎn)主推品種晶兩優(yōu)華占。

設(shè)3個(gè)移栽密度：常規(guī)密度（D0：16萬(wàn)穴/hm2）、中密度（D1：19萬(wàn)穴/hm2）和高密度（D2：24萬(wàn)穴/hm2）。

設(shè)2個(gè)施肥水平：常規(guī)施肥處理（N0），即施用復(fù)合肥（N︰P︰K=15︰15︰15）600kg/hm2、尿素 255kg/hm2、氯化鉀 105kg/hm2；減量施肥處理（N1），即施用復(fù)合肥（N︰P︰K=15︰15︰15）450kg/hm2、尿素180kg/hm2、氯化鉀75kg/hm2。

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，移栽密度為主區(qū)，施肥量為副區(qū)。各小區(qū)面積260m2，3次重復(fù)，隨機(jī)排列。由于全程采用機(jī)械化作業(yè)，為滿足機(jī)械化作業(yè)條件，2種施肥處理均采用耕前施用復(fù)合肥450kg/hm2作基肥，剩余肥料作分蘗肥進(jìn)行追施?；静僮髁鞒虨橄仁┯没?，之后平整田地，并使用國(guó)內(nèi)第1臺(tái)由井關(guān)機(jī)頭牽引的高速有序拋秧機(jī)2ZP-13進(jìn)行有序拋秧，秧苗返青后進(jìn)行各小區(qū)起埂隔離，埂高20cm，埂上覆膜，實(shí)行單獨(dú)排灌，最后進(jìn)行追肥。一季稻有序拋秧栽培于2020年5月3日浸種，5月5日播種育秧，5月23日移栽，9月7日收獲。旋耕前施用20kg/hm2石灰調(diào)節(jié)土壤pH以減少Cd吸收，田間水分管理及病蟲(chóng)害防治按照當(dāng)?shù)匾患镜玖?xí)慣栽培法進(jìn)行統(tǒng)一管理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 產(chǎn)量構(gòu)成因素 于水稻完熟期收獲前按5點(diǎn)取樣法取樣，每小區(qū)取 10蔸統(tǒng)計(jì)有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和實(shí)粒數(shù)。

1.3.2 實(shí)際產(chǎn)量 于水稻收獲期各小區(qū)全部采用機(jī)械收獲，計(jì)算小區(qū)產(chǎn)量。

1.3.3 地上部干物質(zhì)積累 于分蘗中期、孕穗期、齊穗期、灌漿中期、成熟期取樣，每個(gè)小區(qū)取5穴，剪去根，按葉、莖+鞘、穗分開(kāi)，置于105℃恒溫下殺青30min，80℃鼓風(fēng)干燥箱烘干至恒重，冷卻至恒溫后稱重，計(jì)算地上部干物質(zhì)量。

1.3.4 分蘗成穗規(guī)律 返青穩(wěn)蔸開(kāi)始至抽穗期結(jié)束，每3d進(jìn)行一次田間調(diào)查，選擇具有代表性的2行連續(xù)10蔸，共20蔸，考察分蘗成穗情況，分蘗期記錄單穴莖蘗數(shù)（主莖+分蘗，分蘗露尖計(jì)數(shù)），孕穗后記錄有效穗數(shù)（含主莖）。

1.3.5 肥料偏生產(chǎn)力 肥料偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施肥后所獲得的作物產(chǎn)量/化肥純養(yǎng)分的投入量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 24.0和Microsoft Office Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 增密減肥互作效應(yīng)對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

由表1可知，增密減肥互作效應(yīng)對(duì)水稻產(chǎn)量影響顯著，D2N1處理產(chǎn)量最高，其次是D2N0處理，分別較D0N0處理高4.47%和1.05%，在相同施肥量條件下，各處理產(chǎn)量隨著種植密度的升高呈先降低再增加趨勢(shì)；在常規(guī)密度條件下，減肥會(huì)降低產(chǎn)量，在高密度條件下，減肥會(huì)增加產(chǎn)量。

表1 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響Table 1 Effects of different treatments on the yield and its components of rice

在不同施肥量處理下，以 N0處理產(chǎn)量最高（平均 8160.28kg/hm2），其次是 N1處理（平均8078.13kg/hm2）；在不同密度處理下，以D2處理產(chǎn)量最高（平均 8603.75kg/hm2），其次是 D0處理（平均8147.03kg/hm2），以D1處理產(chǎn)量最低（平均 7606.84kg/hm2）。

增密減肥處理對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響效應(yīng)有差異。增密減肥處理對(duì)千粒重影響差異未達(dá)到顯著水平，各處理中以D1N0千粒重最高，其次是D2N0處理，分別較D0N0處理高3.87%和1.39%；D0N0處理與其余各處理間有效穗數(shù)差異達(dá)到顯著水平，各處理有效穗數(shù)均低于D0N0處理，分別較D0N0低4.93%～19.90%；穗粒數(shù)以D0N1最高，與其余各處理間差異達(dá)顯著水平，其次是D1N1處理，在移栽密度相同條件下，減量施肥可以提高水稻穗粒數(shù)；各處理結(jié)實(shí)率以D1N0最高，達(dá)到86.54%，其次是D2N0處理，相同移栽密度條件下，減肥會(huì)導(dǎo)致水稻結(jié)實(shí)率下降。

以上分析表明，減少施肥會(huì)在一定程度上影響產(chǎn)量，但是通過(guò)增加移栽密度，可以達(dá)到減肥不減產(chǎn)的效果。表1顯示D2N1處理產(chǎn)量最高，但其產(chǎn)量構(gòu)成各因子均不是最優(yōu)的，這表明移栽密度與施肥量對(duì)水稻產(chǎn)量的影響是多因素共同決定的，而非由單一因素所主導(dǎo)。

2.2 增密減肥互作效應(yīng)對(duì)水稻肥料偏生產(chǎn)力的影響

由表2可知，增密減肥處理對(duì)氮肥偏生產(chǎn)力、磷肥偏生產(chǎn)力、鉀肥偏生產(chǎn)力以及肥料偏生產(chǎn)力影響差異均達(dá)到顯著水平，其均以D2N1處理最高，分別較D0N0處理高44.10%、39.30%、42.09%以及42.44%。

表2 不同處理對(duì)水稻肥料偏生產(chǎn)力的影響Table 2 Effects of different treatments on fertilizer partial productivity of rice kg/kg

在移栽密度相同的條件下，減肥處理的氮肥偏生產(chǎn)力、磷肥偏生產(chǎn)力、鉀肥偏生產(chǎn)力以及肥料偏生產(chǎn)力均高于不減肥處理。在相同施肥量條件下，在一定范圍內(nèi)增加移栽密度可以有效地提高氮肥、磷肥、鉀肥以及總的肥料偏生產(chǎn)力。

2.3 增密減肥互作效應(yīng)對(duì)水稻分蘗動(dòng)態(tài)的影響

由圖1可知，不同施肥量與移栽密度處理對(duì)水稻分蘗發(fā)生特性影響不同。從移栽密度對(duì)水稻單穴分蘗數(shù)影響來(lái)看，常規(guī)密度處理（D0）單穴分蘗數(shù)多于同時(shí)期增密處理（D1、D2），這可能是由于密植后加劇了植株對(duì)生長(zhǎng)空間的競(jìng)爭(zhēng)，限制了水稻分蘗數(shù)的增加；而不同施肥量處理對(duì)水稻單穴分蘗數(shù)影響程度不同，在常規(guī)移栽密度（D0）下，減肥處理（N1）單穴分蘗數(shù)高于不減肥處理（N0），但是在增密處理（D1、D2）中，減肥處理（N1）單穴分蘗數(shù)均低于不減肥處理（N0）。

圖1 不同處理對(duì)水稻分蘗動(dòng)態(tài)影響Fig.1 Effects of different treatments on tillering dynamics of rice

2.4 增密減肥互作效應(yīng)對(duì)不同時(shí)期水稻地上部干物質(zhì)積累的影響

由表3可知，增密減肥互作效應(yīng)對(duì)水稻各生育期地上部干物質(zhì)量影響效應(yīng)不同。水稻分蘗中期，D0N0處理地上部干物質(zhì)量最低，其他處理分別較D0N0處理高 7.90%～65.64%，且相同施肥量條件下，D0與 D2處理間差異達(dá)顯著水平；水稻孕穗期，地上部干物質(zhì)量仍以D0N0處理最低，其余各處理較D0N0處理高0.13%～36.92%；水稻齊穗期，地上部干物質(zhì)量以 D0N0最高，較其他處理高3.40%～29.51%；水稻灌漿中期，以D2N1處理地上部干物質(zhì)量最大，較D0N0處理高6.01%；水稻成熟期，以D2N1處理地上部干物質(zhì)量最大，其次是D2N0處理。

表3 不同處理對(duì)水稻各時(shí)期地上部干物質(zhì)量Table 3 Dry matter weight of the aerial parts in different growth stages of rice under different treatments t/hm2

以上分析表明，在水稻發(fā)育前期，增加移栽密度可以有效提高單位面積水稻的地上部干物質(zhì)量；在水稻發(fā)育后期，高密度條件下不減肥導(dǎo)致水稻個(gè)體間資源競(jìng)爭(zhēng)加劇，制約水稻地上部干物質(zhì)量的增加。

2.5 增密減肥互作效應(yīng)下施肥量、移栽密度、產(chǎn)量及肥料偏生產(chǎn)力的相關(guān)性分析

由表 4可知，水稻產(chǎn)量與移栽密度顯著相關(guān)（r=0.53*），但與施肥量和肥料偏生產(chǎn)力之間相關(guān)性未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明在肥料減少量較大時(shí)，移栽密度的大小對(duì)產(chǎn)量影響作用較大。肥料偏生產(chǎn)力與施肥量呈極顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.93**），與移栽密度相關(guān)性未達(dá)到顯著水平，移栽密度與施肥量相關(guān)性不顯著，進(jìn)一步表明肥料減少后有助于提高肥料偏生產(chǎn)力。

表4 施肥量、移栽密度、產(chǎn)量及肥料偏生產(chǎn)力的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between fertilizer application rate,transplanting density, yield and fertilizer partial productivity

3 討論

3.1 施肥量、移栽密度與水稻產(chǎn)量的關(guān)系

施肥量和移栽密度均是影響水稻產(chǎn)量的重要因素，研究[14-15]表明，通過(guò)優(yōu)化肥料管理以及合理密植可達(dá)到節(jié)本增效的目的。本研究表明，與常規(guī)栽培措施相比，減肥后移栽密度24萬(wàn)穴/hm2處理可顯著提高水稻產(chǎn)量。而楊志長(zhǎng)等[16]和陳佳娜等[17]研究發(fā)現(xiàn)，低氮高密增產(chǎn)效果不明顯，這可能是由于土壤基礎(chǔ)肥力、減施肥量和增加種植密度比例差異造成的。施肥量與移栽密度互作效應(yīng)是影響水稻產(chǎn)量增減的重要因素，李超等[18]研究結(jié)果表明，基肥減施總氮量的20%，增密27.3%，可達(dá)到增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的，本研究結(jié)果表明，與D0N0相比，D2N1增產(chǎn)最大，D1N1產(chǎn)量最低。

從產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看，不同的施肥量與密度組合對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素影響不盡相同，施肥量過(guò)低會(huì)降低水稻有效分蘗數(shù)，導(dǎo)致結(jié)實(shí)率降低，過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致水稻貪青晚熟，易倒伏[19-20]。增密減肥模式與常規(guī)肥密模式相比，可以獲得相當(dāng)甚至更高的產(chǎn)量，主要是由于增加移栽密度可以解決由于減肥所造成分蘗數(shù)不足的問(wèn)題，有利于減少無(wú)效分蘗，保證群體生長(zhǎng)量[21]。本研究結(jié)果表明，在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上減肥26.56%，中密度（D1）與常規(guī)密度（D0）相比，千粒重、和穗粒數(shù)呈下降趨勢(shì)，有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率呈上升趨勢(shì)，但產(chǎn)量構(gòu)成因素中僅穗粒數(shù)差異達(dá)顯著水平，說(shuō)明此階段施肥量主要是通過(guò)影響穗粒數(shù)進(jìn)而影響產(chǎn)量。而在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上減肥26.56%，高密度（D2）與常規(guī)密度（D0）相比，千粒重、有效穗數(shù)以及結(jié)實(shí)率均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，穗粒數(shù)呈下降趨勢(shì)，這與前人研究[22-23]結(jié)果有差異，可能是施肥量與移栽密度互作效應(yīng)造成的，具體原因有待進(jìn)一步研究。

3.2 施肥量、移栽密度與肥料偏生產(chǎn)力的關(guān)系

美國(guó)、日本等國(guó)家稻田氮肥利用率一般為40%以上，而我國(guó)稻田氮肥利用率一般僅為30%左右，學(xué)者[24]提出通過(guò)少量多次施肥等方式提升肥料利用率。本研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)最高種植密度的減肥處理（D2N1）并未造成水稻產(chǎn)量的降低，甚至高于常規(guī)密度下的常規(guī)施肥處理（D0N0），因此提升了氮肥、磷肥、鉀肥以及總的肥料偏生產(chǎn)力。與 D0N0相比，各減肥增密處理肥料偏生產(chǎn)力提高了 23.23%～42.44%，其中提高氮肥偏生產(chǎn)力24.63%～44.10%、磷肥偏生產(chǎn)力 20.45%～39.30%、鉀肥偏生產(chǎn)力22.90%～42.09%。說(shuō)明增加移栽密度、減施肥料可以提高水稻肥料利用效率，該結(jié)論與前人[15,17,21]研究結(jié)果一致。

3.3 水稻高產(chǎn)高效節(jié)氮栽培技術(shù)

拋秧栽培主要有手工拋栽和機(jī)械拋栽 2種模式，與機(jī)插相比，拋秧具有產(chǎn)量高、返青期短、根系損傷輕和根系發(fā)達(dá)的優(yōu)點(diǎn)[25-26]，但是手工拋秧造成水稻種植無(wú)序化，導(dǎo)致水稻生長(zhǎng)后期田間通透性差、病蟲(chóng)害滋生、易倒伏、種植密度難以掌控、秧苗分布格局不整齊和不利于灌漿等問(wèn)題[27]。本研究以國(guó)內(nèi)第 1臺(tái)由井關(guān)機(jī)頭牽引的高速有序拋秧機(jī)2ZP-13實(shí)現(xiàn)水稻有序拋秧，既可以有效解決傳統(tǒng)手工拋秧的不足之處，又可以提高拋秧效率，降低了勞動(dòng)力成本。本研究結(jié)果表明，施肥量為復(fù)合肥450kg/hm2、尿素180kg/hm2、氯化鉀75kg/hm2，移栽密度為24萬(wàn)穴/hm2條件下，水稻產(chǎn)量最高。

4 結(jié)論

與常規(guī)栽培措施相比，采用減施肥料、增加移栽密度相配套的栽培措施，可提高水稻群體分蘗數(shù)和主要生育期地上部干物質(zhì)積累量；同時(shí)，適當(dāng)減肥增密可提高水稻產(chǎn)量，還可提高氮肥偏生產(chǎn)力、磷肥偏生產(chǎn)力、鉀肥偏生產(chǎn)力以及總的肥料偏生產(chǎn)力，達(dá)到節(jié)本高效、綠色安全的發(fā)展目標(biāo)。有序機(jī)拋低肥密植栽培技術(shù)在移栽密度為 24萬(wàn)穴/hm2，減肥26.56%條件下可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，促進(jìn)肥料高效利用。