孫 琴，彭 萍，易鎮(zhèn)邪，屠乃美

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙410128)

水稻是主要糧食作物之一，全世界超過50%的人口以大米為主食。大力發(fā)展超級稻，是緩解人口增長對環(huán)境和自然資源的壓力，確保糧食安全有效供給的重要途徑。我國1996年啟動“中國超級稻育種及栽培技術(shù)體系研究”［1，2］，已取得了顯著成就:我國農(nóng)業(yè)部已認(rèn)定108個(gè)超級稻品種(組合)，并已得到大面積推廣;同時(shí)，超級稻栽培研究也已取得重要進(jìn)展，其中以袁隆平院士的“超級稻種三產(chǎn)四示范工程”［3］和鄒應(yīng)斌的“超級稻三定栽培技術(shù)”［4］影響最大。

在施氮量對超級稻產(chǎn)量、品質(zhì)與氮利用效率等的影響上，前人已經(jīng)開展了一些研究。劉武等［5，6］研究認(rèn)為，增施氮肥顯著提高超級早稻產(chǎn)量，原因在于提高了葉面積與功能葉的光合能力，并能延緩葉片衰老，促進(jìn)了分蘗，增加了單株莖蘗數(shù)。劉淑艷等［7］研究了氮、磷、鉀配合施用對超級早稻株兩優(yōu)819生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)氮磷鉀合理配施，能使超級早稻株高、總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、有效穗、千粒重等得到改善，并提出了高肥力水平紅黃泥田條件下株兩優(yōu)819的最佳施肥量為:N222 kg/hm2，P31.5 kg/hm2，K69 kg/hm2。陳平平等［8］在以陸兩優(yōu) 996為材料研究氮肥運(yùn)籌方式對超級早稻產(chǎn)量形成與氮利用效率的影響后指出，適當(dāng)增大穗肥比例有利于改善超級早稻源庫關(guān)系，有利于提高產(chǎn)量、氮肥利用率與氮利用效率。

目前我國認(rèn)定的超級稻品種(組合)中，以中稻或晚稻為主，早稻品種(組合)很少。同時(shí)，超級稻的栽培研究雖已取得較大進(jìn)展，但是相對育種研究而言仍顯滯后，尤其是有關(guān)超級早稻的栽培研究還較少。為此，以湖南省兩個(gè)超級早稻組合株兩優(yōu)819和陸兩優(yōu)996為材料，開展了施氮量對超級早稻產(chǎn)量形成、品質(zhì)及氮利用效率的影響研究，以期進(jìn)一步了解超級早稻的高產(chǎn)機(jī)理，為超級早稻栽培技術(shù)體系的完善和品種的推廣應(yīng)用提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行。土壤基礎(chǔ)肥力:有機(jī)質(zhì)2.45%，全氮0.16%，有效磷28.32 mg/kg，速效鉀 103.35 mg/kg，pH6.6。

兩個(gè)超級雜交早稻組合:株兩優(yōu)819(由亞華種業(yè)公司提供)和陸兩優(yōu)996(由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所提供)。設(shè)3個(gè)施氮(N)水平:0、150、225 kg/hm2。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。試驗(yàn)處理及代號見表1。以尿素為氮源，以過磷酸鈣為磷源，以氯化鉀為鉀源。氮肥分4次施用，基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥 =4∶2∶3∶1。各處理施磷肥(P2O5)75 kg/hm2和鉀肥(K2O)150 kg/hm2作基肥。3月31播種，4月26日移栽。其他管理同于一般大田。

表1 試驗(yàn)處理及代號Table 1 Treatments and their codes in the experiment

1.2 測定項(xiàng)目與方法

葉面積和干物質(zhì)積累:于各關(guān)鍵生育期(孕穗、齊穗、灌漿中期和成熟期)，每小區(qū)取3穴，采用長×寬×0.75測定綠葉面積，之后分葉、莖、穗、根裝袋，以105℃殺青30 min后，在80℃下烘至恒重，稱重。

粒葉比:以穎花/葉、實(shí)粒/葉、粒重/葉等指標(biāo)表征粒葉比。

產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素:成熟期每小區(qū)收割2 m2，作為實(shí)際產(chǎn)量。每小區(qū)調(diào)查連續(xù)的50穴，以平均數(shù)作為該小區(qū)單穴有效穗數(shù);按平均有效穗數(shù)每小區(qū)取樣5穴，帶回室內(nèi)考察穗粒數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率。

全氮含量:將各關(guān)鍵生育時(shí)期(孕穗、齊穗、灌漿中期和成熟期)烘干后的植株樣品粉碎過篩后，用元素分析儀測定葉、莖、穗等部位的氮含量。

氮素積累量(kg/hm2)=氮含量×干物重;

氮肥利用率(%)=(施氮處理作物吸氮量－不施氮處理作物吸氮量)/施氮量×100;

氮素吸收效率(kg/kg)=植株地上部氮素積累量/施氮量;

氮肥效率(kg/kg)=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量/當(dāng)季施氮量;

氮素利用效率(kg/kg)=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量/植株氮素累積量;

氮生理效率(kg/kg)=生物量/植物氮素累積量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel2003與SAS9.0進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對超級早稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

2.1.1 施氮對超級早稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

與不施氮處理相比，兩組合施氮處理有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、實(shí)際產(chǎn)量均顯著增加，結(jié)實(shí)率顯著下降，千粒重變化趨勢在兩組合間存在一定差異，陸兩優(yōu)996千粒重增幅更明顯(表2)。相關(guān)分析表明，株兩優(yōu)819的實(shí)際產(chǎn)量與有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率的相關(guān)系數(shù)分別為0.7660、0.9173*、0.4561、－0.7416;陸兩優(yōu)996的實(shí)際產(chǎn)量與有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率的相關(guān)系數(shù)分別為0.8585、0.9882＊＊、0.9241*、－ 0.8480?？梢?，兩組合施氮后增產(chǎn)的原因略有不同，株兩優(yōu)819增產(chǎn)的原因是提高了每穗粒數(shù)，而陸兩優(yōu)996增產(chǎn)的原因是提高了每穗粒數(shù)和千粒重。

2.1.2 施氮量對超級早稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

兩個(gè)施氮量處理相比，施N150 kg/hm2產(chǎn)量顯著高于施N225 kg/hm2，兩組合表現(xiàn)一致?？梢姡驹囼?yàn)條件下，超級早稻的適宜施 N量為150 kg/hm2。

對兩個(gè)施氮處理間的產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)施N150 kg/hm2處理有效穗數(shù)略低于施N225 kg/hm2處理，兩處理的穗粒數(shù)相當(dāng)，而千粒重和結(jié)實(shí)率均表現(xiàn)施N150 kg/hm2處理明顯高于施N225 kg/hm2處理?？梢姡㎞150 kg/hm2處理產(chǎn)量較施N225 kg/hm2處理顯著增產(chǎn)的原因主要是提高了千粒重和結(jié)實(shí)率。

表2 各處理的超級早稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成Table 2 Effect of nitrogen rate on yield and its components of super early rice

2.1.3 施氮量對超級早稻米質(zhì)的影響

蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量是衡量稻米品質(zhì)的重要指標(biāo)。由表3可知，株兩優(yōu)819稻米蛋白質(zhì)含量隨施氮量增大而顯著提高，陸兩優(yōu)996稻米蛋白質(zhì)含量也隨施氮量增大而提高，但L150和L225處理間差異不顯著。施氮使兩個(gè)組合的稻米直鏈淀粉含量顯著下降，兩組合表現(xiàn)一致;兩個(gè)施氮處理間比較，株兩優(yōu)819表現(xiàn)無顯著差異，而陸兩優(yōu)996表現(xiàn)隨施氮量增大呈持續(xù)下降趨勢。

表3 各處理超級早稻稻米蛋白質(zhì)與直鏈淀粉含量Table 3 Effect of nitrogen rate on protein and amylase content of super early rice

2.2 施氮量對超級早稻葉面積與干物質(zhì)積累的影響

超級早稻葉面積指數(shù)(LAI)自孕穗期以后即呈下降趨勢，兩組合表現(xiàn)一致。施氮量對超級早稻LAI影響顯著，兩組合各時(shí)期均表現(xiàn)隨施氮量增大而顯著增大的趨勢(表4)。

干物質(zhì)積累量隨水稻生育進(jìn)程推進(jìn)表現(xiàn)持續(xù)增大的趨勢，不同施氮量處理間干物質(zhì)積累量差異顯著，兩組合各時(shí)期均表現(xiàn)隨施氮量增大而顯著提高的趨勢(表5)。

2.3 施氮量對超級早稻源庫關(guān)系的影響

粒葉比是表征源庫關(guān)系的指標(biāo)之一，本研究以穎花/葉、實(shí)粒/葉、粒重/葉等反應(yīng)粒葉比。處理間穎花/葉差異顯著，陸兩優(yōu)996表現(xiàn)隨施氮量增大顯著下降，而株兩優(yōu)819以施N150 kg/hm2處理最高，施N225 kg/hm2處理最低;處理間實(shí)粒/葉差異顯著，陸兩優(yōu)996表現(xiàn)隨施氮量增大顯著下降，株兩優(yōu)819也表現(xiàn)隨施氮量增大而下降，但施N150 kg/hm2處理與不施氮處理差異不顯著;粒重/葉變化趨勢與實(shí)粒/葉一致(表6)。可見，陸兩優(yōu)996粒葉比隨施氮量增大而下降的趨勢較株兩優(yōu)819明顯。

相關(guān)分析結(jié)果表明，超級早稻產(chǎn)量與各時(shí)期葉面積指數(shù)均呈正相關(guān)，孕穗期、齊穗期、灌漿中期、成熟期的相關(guān)系數(shù)分別為0.8995、0.9086、0.7952和0.6729;超級早稻產(chǎn)量與干物質(zhì)積累量呈正相關(guān)，孕穗期、齊穗期、灌漿中期、成熟期的相關(guān)系數(shù)分別為0.5802、0.7320、0.7925 和 0.7713;超級早稻產(chǎn)量與穎花/葉、實(shí)粒/葉和粒重/葉均呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為－0.2641、－0.5375和－0.3990。

表4 各處理超級早稻的葉面積指數(shù)Table 4 Effect of nitrogen rate on leaf area index of super early rice

表5 各處理超級早稻的干物質(zhì)積累量(g)Table 5 Effect of nitrogen rate on dry matter accumulation of super early rice(g)

表6 各處理超級早稻的源庫關(guān)系Table 6 Effect of nitrogen rate on source－sink correlation of super early rice

2.4 施氮量對超級早稻氮利用效率的影響

2.4.1 施氮量對超級早稻氮肥利用率與氮肥效率的影響

由表7可知，施氮量增大，超級早稻氮素累積量顯著增加，株兩優(yōu)819與陸兩優(yōu)996表現(xiàn)一致，但兩個(gè)品種增加幅度不同，株兩優(yōu)819在施氮量150 kg/hm2和225 kg/hm2條件下氮素累積量較不施氮處理分別增加59.4%、79.25%，陸兩優(yōu)996則分別增加66.7%、72.1%。兩個(gè)品種比較發(fā)現(xiàn)，陸兩優(yōu)996氮素累積量的總體水平高于株兩優(yōu)819。

與施N 150 kg/hm2比較，超級早稻施N 225 kg/hm2條件下氮肥利用率顯著降低，兩個(gè)組合表現(xiàn)一致，株兩優(yōu)819下降4.9個(gè)百分點(diǎn)，而陸兩優(yōu)996則下降6.4個(gè)百分點(diǎn)。比較兩個(gè)組合發(fā)現(xiàn)，株兩優(yōu)819在施N 150 kg/hm2條件下氮肥利用率比陸兩優(yōu)996低0.16個(gè)百分點(diǎn)，在施N 225 kg/hm2條件下高1.34個(gè)百分點(diǎn)。

施氮量增大，超級早稻的氮肥效率顯著下降。在施N 150 kg/hm2條件下，超級早稻氮肥效率在50 kg/kg左右，而施N 225 kg/hm2條件下，僅略高于30 kg/kg，兩組合表現(xiàn)基本一致。

表7 各處理超級早稻氮素累積量、氮肥利用率與氮肥效率Table 7 Effect of nitrogen rate on nitrogen accumulation，nitrogen use efficiency and nitrogen fertilizer efficiency of super early rice

2.4.2 施氮量對超級早稻氮素吸收與利用效率的影響

由表8可知，超級早稻的氮素吸收效率隨施氮量增大而顯著下降。在施N 150 kg/hm2條件下，超級早稻氮素吸收效率1.2 kg/kg左右，而施N 225 kg/hm2條件下，僅為0.9 kg/kg左右，兩組合表現(xiàn)基本一致。兩個(gè)組合比較，陸兩優(yōu)996氮素吸收效率略高于株兩優(yōu)819。

表8 各處理超級早稻氮利用效率Table 8 Effect of nitrogen rate on nitrogen utilization efficiency of super early rice

超級早稻的氮生理效率因施氮而顯著下降:不施氮處理氮生理效率在110～113 kg/kg之間，而施氮處理氮生理效率在83～85 kg/kg之間，不同施氮量處理與不同組合間差異不大。

氮素利用效率均隨施氮量的增加而下降，但僅施N 225 kg/hm2處理顯著下降，而施N 150 kg/hm2與不施氮處理間差異不顯著，兩組合表現(xiàn)一致。比較兩組合的氮素利用效率發(fā)現(xiàn)，各施氮條件下均表現(xiàn)株兩優(yōu)819略高于陸兩優(yōu)996的趨勢。

3 小結(jié)與討論

3.1 關(guān)于超級早稻氮利用效率

氮素是土壤中最活躍的肥力因素，施氮是影響作物產(chǎn)量及作物氮素吸收的重要栽培措施［9］。氮素對植物生命活動及作物產(chǎn)量和品質(zhì)均有極其重要的作用，合理施用氮肥是作物獲得高產(chǎn)的重要途徑［10］。魯艷紅等研究表明，增加氮肥施用量有利于提高單位面積水稻有效穗數(shù)、籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量、籽粒和稻草N含量以及氮素積累量，但施氮量達(dá)到一定水平后，隨施氮量的增加而降低［9］。本試驗(yàn)結(jié)果與其一致，在施N150 kg/hm2條件下，超級早稻產(chǎn)量顯著增加，但施氮量繼續(xù)增大至225 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量反而顯著降低，說明施氮過多不利于超級早稻產(chǎn)量的提高。本研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，兩組合因施氮而增產(chǎn)的原因是不一樣的，株兩優(yōu)819是因?yàn)樘岣吡嗣克肓?shù)，而陸兩優(yōu)996是因?yàn)樘岣吡嗣克肓?shù)和千粒重。

稻米的品質(zhì)除受基因型控制外，還受氣候、營養(yǎng)、水分等環(huán)境因素的影響，在各栽培要素中，氮肥是影響稻米品質(zhì)的主要原因之一［11］。施氮量對稻米品質(zhì)的影響，前人研究得出的結(jié)論不一。張俊國等認(rèn)為大多數(shù)品種隨施氮量的增加，稻米蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量上升，且前者上升的幅度大于后者［12］。張軍等指出，隨施氮量的增加，稻米的蛋白質(zhì)含量增加，達(dá)到一定水平后，隨施氮量的增加則降低;直鏈淀粉含量則呈下降趨勢［13］。本試驗(yàn)中，兩個(gè)超級早稻組合稻米蛋白質(zhì)含量隨施氮量的增加而增加，直鏈淀粉含量則隨之遞減，與前人的結(jié)論不一致，值得進(jìn)一步研究。

施氮量是影響水稻氮素吸收利用的重要因素。魯艷紅等認(rèn)為，氮肥用量對氮素吸收利用效率影響明顯，隨施氮量的增加，氮素利用效率、氮素收獲指數(shù)、氮素農(nóng)學(xué)效率等指標(biāo)都有所下降［9］。本研究結(jié)果與之一致。本研究中，兩個(gè)超級早稻組合的氮素積累量隨施氮量的增加而顯著增加，氮素吸收效率、氮肥利用率、氮素利用效率則顯著降低，說明降低氮肥施用量是提高水稻氮肥利用效率的途徑之一，但是施氮量低，水稻產(chǎn)量也低，且稻米品質(zhì)也受到影響。綜合考慮超級早稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、氮肥高效利用，在本試驗(yàn)條件下，施氮量150 kg/hm2是比較適宜的。

3.2 關(guān)于超級早稻的增產(chǎn)途徑

產(chǎn)量構(gòu)成因素是影響產(chǎn)量最直接的因素，如何協(xié)調(diào)各產(chǎn)量構(gòu)成因素間的關(guān)系，對于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)是十分重要的。有研究指出，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重4個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因素對產(chǎn)量的直接影響均為正值，即增加這些因素，都有利于提高產(chǎn)量，其影響力的順序是:結(jié)實(shí)率＞有效穗數(shù)＞千粒重＞穗粒數(shù)［14］。本研究表明，超級早稻產(chǎn)量與結(jié)實(shí)率呈負(fù)相關(guān)，與有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重呈正相關(guān)?？梢姡a(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量間的關(guān)系受很多因素的影響，如品種、生態(tài)環(huán)境、栽培條件等。

水稻產(chǎn)量與各產(chǎn)量因子間存在著復(fù)雜的關(guān)系，理論上來說，產(chǎn)量構(gòu)成因素中任何一個(gè)因素的增大都能增加產(chǎn)量。但實(shí)際上，各個(gè)產(chǎn)量因素很難同步增長，它們之間有一定的制約和補(bǔ)償關(guān)系。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，權(quán)衡好這些關(guān)系對于提高水稻產(chǎn)量具有重要的理論與實(shí)踐意義。

本研究通過相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)超級早稻組合施氮后顯著增產(chǎn)的主要原因不同，株兩優(yōu)819主要依靠提高每穗粒數(shù)來增產(chǎn)，而陸兩優(yōu)996主要依靠提高每穗粒數(shù)和千粒重實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)?？梢姡鞴ツ囊粋€(gè)或兩個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因素來提高產(chǎn)量，應(yīng)根據(jù)品種的不同來具體分析。同時(shí)，各產(chǎn)量構(gòu)成因素的決定時(shí)期是不同的，如有效穗數(shù)決定于分蘗期，穗粒數(shù)決定于幼穗分化期，而千粒重和結(jié)實(shí)率決定于開花結(jié)實(shí)期，而每一個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因素的形成都與氮肥的施用有著密切的關(guān)系。因此，從氮肥施用角度來看，在制定超級早稻增產(chǎn)方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)該品種與產(chǎn)量構(gòu)成因素的關(guān)系來確定主攻方向，從而確定各時(shí)期的氮肥用量與比例。

關(guān)于水稻增產(chǎn)的途徑，馬均等認(rèn)為，適當(dāng)降低有效穗數(shù)，依靠提高單穗重來增產(chǎn)的潛力更大［15］。依此理論，水稻增產(chǎn)似應(yīng)以主攻穗分化為主。有關(guān)此理論在某一具體超級早稻品種的適用性上，還有待通過氮肥運(yùn)籌試驗(yàn)(如適當(dāng)控制分蘗期施氮量、適當(dāng)增大穗分化期施氮量)來驗(yàn)證。

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