衛(wèi)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(diào)控水稻群體發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要措施。本試驗(yàn)以常規(guī)粳稻南粳5718為材料，以常規(guī)施氮模式為對(duì)照，在減氮條件下設(shè)置6種不同的氮肥運(yùn)籌模式，研究減氮運(yùn)籌模式對(duì)常規(guī)粳稻群體發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響。結(jié)果表明，與常規(guī)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(shù)、干物質(zhì)積累量、群體葉面積指數(shù)，但在氮肥減施條件下通過(guò)增加穗肥用量，群體莖蘗成穗率、收獲指數(shù)、抽穗—成熟階段的干物質(zhì)積累比例、高效葉面積比例均呈顯著增加的趨勢(shì)，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(shì)，這使得減氮處理的結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量均呈顯著增加的趨勢(shì)。在6個(gè)減氮處理中，隨著穗肥用量的增加，產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，以T3處理最高，且與CK處理無(wú)顯著差異，而T1、T4、T5、T6處理產(chǎn)量均顯著低于CK。綜上，氮肥減施條件下通過(guò)調(diào)整氮肥運(yùn)籌方式，能夠?qū)崿F(xiàn)減氮不減產(chǎn)，本試驗(yàn)條件下以基蘗肥和穗肥比例為5 ∶5或6 ∶4為宜。

關(guān)鍵詞：減氮；氮肥運(yùn)籌；群體質(zhì)量；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S511.2+20.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：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(jù)報(bào)道，在人口增長(zhǎng)和耕地面積減少雙重壓力背景下，水稻產(chǎn)量須每年提高1.2%才能滿足糧食增長(zhǎng)需求［2］。氮素是影響水稻產(chǎn)量的重要養(yǎng)分因子。長(zhǎng)期以來(lái)，為了保障水稻產(chǎn)量，在水稻栽培中投入了大量的氮肥，由此帶來(lái)的一系列生態(tài)環(huán)境問題，如水體富營(yíng)養(yǎng)化日趨嚴(yán)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(biāo)（含量＞10 mg/L）等，正逐步成為限制水稻產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的重要障礙［3-4］。因此，如何在減少氮肥用量的基礎(chǔ)上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)水稻不減產(chǎn)甚至高產(chǎn)已成為當(dāng)前水稻生產(chǎn)亟待解決的關(guān)鍵問題之一。

關(guān)于水稻氮肥減施的研究，迄今已有不少相關(guān)的報(bào)道，但大多主要圍繞水稻密植減氮展開，并認(rèn)為通過(guò)密植能夠彌補(bǔ)因氮肥減施導(dǎo)致有效穗數(shù)不足的問題，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)甚至是增產(chǎn)［5-7］。國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的研究認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)和氮肥的高效利用，必須實(shí)現(xiàn)作物需求和環(huán)境養(yǎng)分供應(yīng)在時(shí)間空間和數(shù)量上的匹配［8-9］。關(guān)于水稻氮肥合理運(yùn)籌，一些研究認(rèn)為適當(dāng)降低基蘗肥用量，并保施穗肥，可有效抑制無(wú)效分蘗發(fā)生，提高產(chǎn)量［10］；但也有研究認(rèn)為，減施氮肥的同時(shí)，適當(dāng)增加基蘗肥用量，有利于促進(jìn)水稻分蘗的早發(fā)和分蘗成穗率的提高，增加水稻產(chǎn)量［11-12］。當(dāng)然也有研究認(rèn)為適當(dāng)減施穗肥，可以增加群體透光率，促進(jìn)光合物質(zhì)生產(chǎn)［13］。因此，仇景濤等認(rèn)為當(dāng)前生產(chǎn)水平下的減氮措施，應(yīng)避免某個(gè)時(shí)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(dá)到較好的效果［14］。杜祥備等在甘薯上的減氮試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)調(diào)整基肥和追肥的比例可減緩葉片早衰，延長(zhǎng)葉片功能期，有利于產(chǎn)量形成［15］。由此可見，在減氮的同時(shí)通過(guò)調(diào)整氮肥的運(yùn)籌方式，可能實(shí)現(xiàn)水稻減氮不減產(chǎn)甚至增產(chǎn)，但目前關(guān)于水稻減氮下的氮肥運(yùn)籌模式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響研究還較少。為此，本研究以常規(guī)高產(chǎn)栽培施氮水平及氮肥運(yùn)籌模式為對(duì)照，在減施氮肥條件下設(shè)置6種氮肥運(yùn)籌模式，旨在探討減氮條件下通過(guò)調(diào)整氮肥運(yùn)籌模式對(duì)產(chǎn)量形成的影響，以期為水稻高產(chǎn)栽培合理減氮提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試品種

試驗(yàn)于2021年在河南省信陽(yáng)市平橋區(qū)甘岸鎮(zhèn)二郎村進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤為沙壤土，前茬為冬閑田，土壤有機(jī)質(zhì)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(guī)粳稻品種南粳5718。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以常規(guī)施氮量（270 kg/hm2）為對(duì)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(yùn)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(tǒng)一施用過(guò)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(jié)期等量施入。于5月15日播種，6月5日移栽。栽插規(guī)格為每穴4苗，株行距為15 cm×25 cm。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理小區(qū)面積為12 m2，重復(fù)3次。小區(qū)間做埂隔離，并用塑料薄膜包埂防止養(yǎng)分側(cè)滲。水分管理及病蟲草害防治等相關(guān)栽培措施均按照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培技術(shù)要求進(jìn)行。

1.3 測(cè)定內(nèi)容與方法

1.3.1 莖蘗動(dòng)態(tài)調(diào)查

每個(gè)小區(qū)定點(diǎn)10穴，分別于拔節(jié)期、抽穗期和成熟期調(diào)查群體莖蘗數(shù)（成熟期為有效穗數(shù)），計(jì)算單位面積莖蘗數(shù)（單位面積莖蘗數(shù)=每穴平均莖蘗數(shù)×單位面積穴數(shù)）和成穗率（成穗率=成熟期群體有效穗數(shù)/拔節(jié)期群體莖蘗數(shù)×100%）。

1.3.2 干物質(zhì)積累

于拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，各處理按照平均莖蘗數(shù)選取代表性植株3穴，按照莖鞘、葉、穗進(jìn)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(zhì)量后，測(cè)定干物質(zhì)量，計(jì)算各生育時(shí)期單位面積干物質(zhì)積累量（莖鞘、葉、穗干物質(zhì)積累量之和）和各生育階段單位面積干物質(zhì)積累量（2個(gè)生育時(shí)期的干物質(zhì)積累量之差）和積累比例（2個(gè)生育時(shí)期的干物質(zhì)積累量之差占成熟期總干物質(zhì)積累量的比值）。

1.3.3 葉面積及高效葉片SPAD值

于拔節(jié)期、抽穗期、成熟期測(cè)定干物質(zhì)積累時(shí)，采用長(zhǎng)寬系數(shù)法測(cè)定各處理葉面積，其中抽穗期測(cè)定時(shí)分為總?cè)~面積和高效葉面積（頂三葉葉面積）。于齊穗期和成熟期每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10個(gè)單莖，采用SPAD-502葉綠素儀（日本柯尼卡美能達(dá)）測(cè)量倒1葉、倒2葉、倒3葉的SPAD值。每張葉片分別對(duì)其基部、中部、尖部進(jìn)行測(cè)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(chǎn)量及其構(gòu)成因素

成熟期各小區(qū)連續(xù)調(diào)査60穴的莖糵數(shù)，計(jì)算有效穗數(shù)。每個(gè)小區(qū)按照每穴平均有效穗數(shù)選取長(zhǎng)勢(shì)相近植株5穴，調(diào)查每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量。在每個(gè)小區(qū)中間割6 m2（2 m×3 m）進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)量測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016繪制圖表，采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)莖蘗數(shù)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(shù)呈顯著下降趨勢(shì)，且各減氮處理在拔節(jié)期、抽穗期以及成熟期的莖蘗數(shù)均顯著低于CK處理。6個(gè)減氮處理中，各時(shí)期的莖蘗數(shù)均是以T1處理最高，且拔節(jié)期顯著高于其他5個(gè)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(xiàn)為與莖蘗數(shù)相反的規(guī)律，呈現(xiàn)出隨穗肥用量增加而增加的趨勢(shì)，其中以T6處理最高，T1處理最低。

2.2 對(duì)干物質(zhì)積累與分配的影響

2.2.1 對(duì)關(guān)鍵生育期干物質(zhì)積累量與收獲指數(shù)的影響

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

2.2.2 對(duì)階段干物質(zhì)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(zhì)積累量總體表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。從不同生育階段群體干物質(zhì)積累比例來(lái)看，播種—拔節(jié)階段的群體干物質(zhì)積累比例隨著基蘗肥用量的減少呈降低趨勢(shì)，而在拔節(jié)期—抽穗期和抽穗期—成熟期均表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)，說(shuō)明增施穗肥，有利于促進(jìn)中后期干物質(zhì)的積累。

2.2.3 對(duì)莖葉干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

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

2.3 對(duì)葉面積指數(shù)及高效葉片形態(tài)的影響

2.3.1 對(duì)葉面積指數(shù)的影響

從表6可以看出，隨著基蘗肥用量的降低，拔節(jié)期葉面積指數(shù)呈顯著下降趨勢(shì)，表現(xiàn)為CK＞T1＞T2＞T3＞T4＞T5＞T6處理，抽穗期總?cè)~面積指數(shù)大小順序基本與拔節(jié)期一致，表現(xiàn)為CK＞T1＞T3＞T2＞T4＞T5＞T6處理，高效葉面積指數(shù)表現(xiàn)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(shù)大小順序?yàn)镃K＞T3＞T2＞T4＞T5＞T6＞T1處理，而葉面積衰減率大小順序?yàn)镃K＞T1＞T3＞T2＞T4＞T5＞T6處理。說(shuō)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(duì)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(gè)減氮處理中除了T1處理外，其余5個(gè)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(shì)，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(xiàn)出增加的趨勢(shì)，而SPAD值衰減率表現(xiàn)出逐漸降低的規(guī)律。

2.4 對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表8可知，CK產(chǎn)量最高，6個(gè)減氮處理的產(chǎn)量表現(xiàn)出先升高后降低的規(guī)律，以T3處理最高，其次為T2處理，且與CK無(wú)顯著差異。產(chǎn)量構(gòu)成因素方面，隨著基蘗肥用量的降低，有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)均呈逐漸降低趨勢(shì)，而結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量則大體表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。

3 討論與結(jié)論

水稻產(chǎn)量由單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量共同決定，其中在生育前期形成旺盛穩(wěn)健的分蘗勢(shì)，促進(jìn)有效分蘗的發(fā)生，是形成高產(chǎn)群體的基礎(chǔ)。此前研究表明，水稻基蘗肥用量過(guò)高，容易導(dǎo)致無(wú)效分蘗增加，降低成穗率；基蘗肥過(guò)少，盡管可以減少無(wú)效分蘗，提高成穗率，但有效穗數(shù)也顯著減少［14，16］。氮肥減施導(dǎo)致水稻減產(chǎn)的重要原因可能是由于基蘗肥用量降低導(dǎo)致有效穗數(shù)降低［17-18］。本試驗(yàn)研究結(jié)果也表明，各減氮處理在各生育期的莖蘗數(shù)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(shù)呈顯著下降趨勢(shì)。說(shuō)明有效穗數(shù)降低可能是導(dǎo)致本試驗(yàn)減氮處理產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)的一個(gè)重要因素，這也可能是生產(chǎn)上常常采用較高密度，以密補(bǔ)肥的栽培措施原因［7］。李超等認(rèn)為在減氮條件下通過(guò)增施穗肥，可顯著提高成穗率和結(jié)實(shí)率［6］。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，6個(gè)減氮處理隨著穗肥用量的增加，成穗率、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量均顯著增加，這可能是減氮處理T2、T3與CK產(chǎn)量差異不顯著的重要因素。減氮處理T4、T5、T6的產(chǎn)量顯著低于其他處理，說(shuō)明前期基蘗肥用量如果減少過(guò)多，即使后期較高的穗肥用量也很難彌補(bǔ)產(chǎn)量虧缺。

物質(zhì)生產(chǎn)是水稻產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。前人總結(jié)研究認(rèn)為，生物量大是水稻高產(chǎn)的重要特征之一，且高產(chǎn)水稻的干物質(zhì)積累特征為前小、中高、后強(qiáng)［19-21］。也有學(xué)者認(rèn)為在一定生物量的基礎(chǔ)上，保持較高的收獲指數(shù)是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的重要途徑［22］。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，盡管減氮處理各生育期的干物質(zhì)積累量均要低于CK處理，但他們收獲指數(shù)呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，這可能是減氮條件下T2和T3處理產(chǎn)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(zhì)80%以上來(lái)自抽穗后的光合生產(chǎn)［23］。因此，提高水稻抽穗后干物質(zhì)生產(chǎn)與積累，是水稻實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的重要途徑［24-25］，而適當(dāng)施用穗肥，增加后期氮素供應(yīng)量，可以提高葉片葉綠素含量，延緩葉片衰老，促進(jìn)光合作用，從而形成更多的光合產(chǎn)物［26-28］。本研究結(jié)果表明，與CK相比，減氮條件下通過(guò)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(zhì)積累量與CK并無(wú)顯著差異。而T5、T6處理顯著低于CK，可能與其前期生長(zhǎng)量過(guò)小，總體葉面積指數(shù)不大有關(guān)［29］。促進(jìn)抽穗前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏的物質(zhì)向穗部轉(zhuǎn)運(yùn)，也是增加水稻產(chǎn)量的重要途徑。本研究結(jié)果表明，CK的葉干物質(zhì)表觀轉(zhuǎn)移量和表觀轉(zhuǎn)移率稍低于T1、T2、T3處理，但均顯著高于T4、T5、T6處理，說(shuō)明適當(dāng)?shù)脑黾铀敕视昧坑欣诖龠M(jìn)莖葉干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。盡管水稻整個(gè)生育期可以分為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)期，但良好的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段是生殖生長(zhǎng)健康發(fā)展的基礎(chǔ)。綜合本試驗(yàn)研究結(jié)果來(lái)看，基蘗肥大量減少的處理（如T5、T6），導(dǎo)致分蘗數(shù)量減少，前期生長(zhǎng)量嚴(yán)重不足，即使后期配以較高的穗肥施用量，也未能有效補(bǔ)足群體的生長(zhǎng)發(fā)育，從而導(dǎo)致產(chǎn)量的降低。因此，在氮肥減施的同時(shí)，還應(yīng)注意調(diào)整氮肥基蘗肥與穗肥之間的合理比例，才能實(shí)現(xiàn)減氮不減產(chǎn)的目標(biāo)。

綜上分析，減氮條件下通過(guò)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(zhì)生產(chǎn)，促進(jìn)莖葉干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，從而提高結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量，對(duì)因基蘗肥用量降低引起有效穗數(shù)和穗粒數(shù)降低導(dǎo)致的產(chǎn)量降低具有一定的補(bǔ)償效應(yīng)。本試驗(yàn)條件下，這種產(chǎn)量補(bǔ)償效應(yīng)以基蘗肥和穗肥比例為5 ∶5或6 ∶4時(shí)最大，其產(chǎn)量與CK處理均無(wú)顯著差異，能夠?qū)崿F(xiàn)減氮不減產(chǎn)。因此，建議減氮的同時(shí)通過(guò)適當(dāng)調(diào)整氮肥運(yùn)籌模式，以實(shí)現(xiàn)減氮不減產(chǎn)甚至增產(chǎn)，但是否還存在減氮空間以及該氮肥運(yùn)籌模式是否適合須進(jìn)一步研究。

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收稿日期：2022-05-09

基金項(xiàng)目：河南省科技攻關(guān)計(jì)劃（編號(hào)：222102110129）；信陽(yáng)市創(chuàng)新應(yīng)用專項(xiàng)（編號(hào)：20210006）；信陽(yáng)農(nóng)林學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（編號(hào)：KJCXTD-202006）。

作者簡(jiǎn)介：衛(wèi)云飛（1977—），男，山西沁縣人，碩士，講師，研究方向?yàn)樽魑锷砩鷳B(tài)。E-mail：feige9802@126.com。

通信作者：劉秋員，博士，副教授，研究方向?yàn)樗緝?yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效栽培技術(shù)研究與應(yīng)用。E-mail：joss85@163.com。