嚴田蓉, 李旭毅, 李 娜, 蔣明金, 楊志遠, 何 艷, 王春雨, 王海月, 馬 均**

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氮肥運籌與栽植方式對雜交秈稻籽粒灌漿及產量的影響*

嚴田蓉1, 李旭毅2, 李 娜1, 蔣明金1, 楊志遠1, 何 艷1, 王春雨1, 王海月1, 馬 均1**

(1. 四川農業(yè)大學水稻研究所/農業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室 溫江 611130; 2. 四川省農業(yè)科學院作物研究所 成都 610066)

以雜交秈稻‘Ⅱ優(yōu)498’為材料, 在光溫條件差異較大的四川省漢源和溫江兩地研究氮肥運籌方式[(基蘗肥與穗肥配比分別為9∶1(N1)、7∶3(N2)和5∶5(N3)]與栽植方式[寬窄行栽培(C1)、三角形栽培(C2)、擴行減株栽培(C3)、拋秧栽培(C4)]對水稻庫容量、籽粒灌漿充實及產量的影響, 探明光溫特性、養(yǎng)分調控和栽植方式與水稻籽粒灌漿及產量形成的關系。結果表明: 1)光溫優(yōu)越的漢源地區(qū)水稻籽粒庫容量、充實度、結實率和千粒重均優(yōu)于溫江, 籽粒的最初生長勢較低, 達到灌漿峰值的日期推遲, 前、中期的灌漿強度較高, 歷時久, 生長量占比亦較大, 且灌漿活躍期較長, 更易獲得高產; 2)隨著氮肥后移程度的增加, 水稻最大庫容量呈減小趨勢, 但籽粒的充實率、充實指數、庫有效充實度、結實率和千粒重等均呈增加趨勢, 籽粒最初生長勢降低, 最大灌漿速率(max)和平均灌漿速率(mean)提高, 達到灌漿峰值的日期推遲、生長量占比增加, 灌漿歷時縮短, 總體以氮肥適度后移(N2)處理產量更高; 3)不同栽植方式在結實率和千粒重上的差異較小, 而在生物產量、最大庫容量、灌漿特征參數和充實指標上存在較大差異, 各栽植方式在獲得高產時存在相似的灌漿特性, 即庫容量較大, 籽粒最初生長勢較低, 達到灌漿峰值的日期延遲、生長量占比較大,max和mean較高, 寬窄行栽培、三角形栽培、擴行減株栽培和拋秧栽培分別在N1、N1、N2和N3條件下獲得高產, 其中三角形栽培產量最優(yōu); 4)相關分析表明, 隨著最大庫容量的增大, 籽粒的最初生長勢降低, 灌漿峰值期延后, 前、中期的灌漿歷時與灌漿強度增加, 達灌漿峰值期的生長量比例亦增加, 且在前、中期的灌漿強度和前期的灌漿貢獻率優(yōu)勢顯著時更易獲得高產。因此, 提高水稻產量應結合當地的生態(tài)條件并針對不同的栽植方式采取相應的氮肥運籌措施。

水稻; 生態(tài)條件; 氮肥運籌; 栽植方式; 灌漿特性; 庫容量; 產量

隨著全球極端氣候增多、自然資源減少且分布不均等問題日漸突出, 糧食安全正面臨著嚴峻挑戰(zhàn), 大力發(fā)展水稻()生產, 增加稻谷產量對確保糧食安全, 維護社會穩(wěn)定意義重大[1]。穗大粒多的庫容優(yōu)勢和較高的生物產量是水稻高產的必要條件, 且籽粒灌漿充實程度在一定程度上又制約著庫容優(yōu)勢和產量潛力的發(fā)揮[2-3]。目前育種家已通過基因改良培育出了高稈大穗型品種, 使水稻具備了“源”足“庫”大的先天優(yōu)勢, 但由于生態(tài)條件、栽植方式、肥料運籌等存在差異, 僅依靠品種改良依然難以實現水稻穩(wěn)定高產[4-5]。有研究表明, 適宜的溫光條件[6]、合理的水肥管理[7]以及因地制宜的栽植方式[8]等均能夠在一定程度上促進籽粒灌漿充實, 優(yōu)化產量因子構成, 從而增產。可見, 在“源”足“庫”大的基礎上, 保證“流”暢亦是水稻高產的重要條件。前人已從氮素調控[9]、水肥耦合[10]和溫光管理[11]等方面對水稻籽粒灌漿充實開展了大量研究, 但針對特定生態(tài)條件下, 不同氮肥管理與栽植方式對水稻籽粒灌漿充實的影響鮮有報道。

四川地區(qū)地形條件特殊, 水稻栽培長期以來實行寬窄行栽培、三角形栽培、擴行減株栽培和拋秧栽培并存的方式, 氮肥管理對該地區(qū)水稻產量的影響亦較大。本試驗在當地高產施氮量(180 kg×hm-2)條件下, 分別在光溫條件差異較大的溫江和漢源兩地, 研究氮肥運籌與栽植方式對水稻籽粒灌漿特征和產量的影響, 探明不同生態(tài)條件下, 光溫特性、養(yǎng)分調控和栽植方式對水稻籽粒灌漿及產量形成的影響差異, 并探討差異產生的原因, 提出相應較優(yōu)的氮肥運籌和栽植方式, 為實現水稻高產高效栽培提供理論基礎和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2010年分別在光溫條件差異較大的四川省成都市溫江區(qū)四川農業(yè)大學水稻研究所試驗田(103.87°E, 30.71°N)和四川省漢源縣九襄鎮(zhèn)大莊村(102.63°E, 29.47°N)進行, 供試品種為雜交稻‘II優(yōu)498’。兩生態(tài)點前茬作物均為大蒜(), 土壤類型為砂壤土, 試驗地土壤基礎養(yǎng)分含量及水稻生育階段氣象數據見表1。

表1 溫江和漢源兩生態(tài)點土壤養(yǎng)分含量基本情況和水稻生育階段氣象數據

兩生態(tài)點試驗均采用兩因素裂區(qū)設計。以氮肥運籌方式為主區(qū), 栽植方式為副區(qū)。氮肥運籌方式在180 kg×hm-2施氮水平的基礎上, 設基蘗肥與穗肥比例分別為9∶1 (N1)、7∶3 (N2)和5∶5 (N3)。栽植方式分別為寬窄行栽培[C1, 栽植規(guī)格: (40+26.7) cm×16.7 cm]、三角形栽培(C2, 栽植規(guī)格: 40 cm×40 cm, 穴內按株距10 cm呈三角形栽3株)、擴行減株栽培(C3, 栽植規(guī)格: 33.3 cm×16.7 cm)和拋秧栽培(C4, 1.8×105株×hm-2), 4個處理密度基本一致(1.8×105株×hm-2)。小區(qū)面積為15.0 m2, 小區(qū)之間筑30 cm寬田埂并用地膜覆蓋以防止水肥流串, 3次重復。

1.2 田間管理

試驗中氮(N)、磷(P2O5)和鉀(K2O)用量分別為180 kg×hm-2、90 kg×hm-2和180 kg×hm-2。其中, 磷肥全做底肥, 鉀肥按基肥與穗肥配比2∶1進行, 氮肥施用按試驗設計進行。基肥和蘗肥分別于移栽前1 d和移栽后7 d施用, 穗肥則在拔節(jié)后15 d施用。溫江和漢源兩地分別在4月2日和3月25日旱育秧, 5月11日和5月9日移栽, 收獲日期分別為9月7日和9月16日。水分管理: C1、C3和C4從移栽到無效分蘗期田間一直保持2~3 cm水層到曬田, 穗分化時復3 cm水層, 而C2則從移栽后按照“1 cm水層—自然落干—1 cm 水層”反復進行至分蘗后期曬田, 之后控制1~2 cm水層至抽穗期。抽穗后所有處理均采用干濕交替灌溉至成熟前7 d排水, 4種栽培方式的用水量基本一致。此外, 其余田間管理措施各處理均保持一致。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 籽粒灌漿動態(tài)

于始穗期各處理選擇田間生長一致的稻株, 標記100~150個抽穗情況一致、穗型差異較小的稻穗。 在開花后每隔3~6 d各小區(qū)隨機取8個穗, 并隨機取穗中部籽粒200~300粒。經殺青、烘干后, 剔除未受精空粒, 其余粒去殼稱重, 計為。

1.3.2 考種與計產

成熟期各小區(qū)隨機調查30穴, 計算單位面積有效穗數。避開前期取樣點, 各處理按平均有效穗數取5株生長健壯且長勢一致的水稻, 去根后, 于105 ℃下殺青1 h, 75 ℃下烘干至恒重, 計算地上部干物質累積量。另取5株長勢一致的水稻考察每穗粒數、千粒重和結實率。各小區(qū)去邊行后, 全小區(qū)實收單曬, 按實收株數計產。

1.3.3 籽粒充實分析

在劉建豐等[12]方法的基礎上將1.3.2中考種后的水稻實粒用比重為1.1 g×mL-1的鹽水進行分級, 分為飽粒(比重>1.1)與半飽粒(比重<1.1)。受精粒以總實粒數計, 經鹽水分級烘干后測定飽粒千粒重, 同時根據1.3.2測得的實粒千粒重計算充實率和充實指數。

1.4 參數計算

按朱慶森等[13]的方法用Richards方程分析灌漿特征:

=/(1+e-)1/N(1)

式中:代表各時期受精粒烘干后的平均米粒質量(因變量);代表各取樣時間與開花當日間隔天數(自變量);、、和均為參數,表示預測可達到的最大生長量,表示初值參數,表示生長速率參數表示形狀參數; 同時以決定系數2來檢驗其配合程度。

對式(1)一階求導, 可得到單位時間內的籽粒生長量, 記為生長速率:

=e-/[(1+e-)(N+1)/N]或=(/)[1-(/)] (2)

對式(1)二階求導, 可得生長速率()隨時間()而變化的速率:

/=(2e-) (e--)/[2(1+e-)(2N+1)/N] (3)

灌漿特征指標包括: 最初生長勢(0); 最大生長速率(max)和獲得max的時間(max×), 將max×代入式(2)和式(1)中可分別求得最大生長速率max和此時的生長量(max×);,max×占生長終值量()的百分比; 整個生長過程中的平均生長速率(mean); 活躍灌漿期()。

0=/(4)

max×=(ln-ln)/(5)

mean=/(4+4) (6)

=2(+2)/(7)

根據/方程求得兩個時間拐點, 記為1、2, 代表灌漿過程中粒重曲線明顯變化的兩個時刻, 同時以達到最終粒重99%的天數為有效灌漿期, 記為3, 并以此3點記為籽粒灌漿的前、中、后3個時期終止點。用1、2、3分別表示籽粒前、中、后期的灌漿歷時,1、2、3分別表示籽粒在1、2、3時的粒重, 對應求得前、中、后期的平均灌漿速率MGR1、MGR2、MGR3, 分別為:

MGR1=1/1(8)

MGR2=(2-1)/2(9)

MGR3=(3-2)/3(10)

參照楊志遠等[14]方法計算前、中和后期時間段內灌漿物質對總灌漿物質的貢獻率RGC1、RGC2、RGC3, 分別為:

RGC1=1/×100% (11)

RGC2=(2-1)/×100% (12)

RGC3=(3-2)/×100% (13)

籽粒庫容及充實指標的計算公式如下:

庫容量(t×hm-2)=單位面積穗數(hm-2)×每穗粒數×飽粒千粒重(g)×106(14)

充實率=受精粒平均千粒重(g)/飽粒千粒重(g)×100% (15)

庫有效充實度(%)=籽粒產量(t×hm-2)/庫容量(t×hm-2) (16)

充實指數(%)=結實率×充實率 (17)

1.5 數據處理

用Microsoft Excel 2007軟件、DPS 6.55進行數據分析及表格繪制, 并用最小顯著差異法(least significant difference, LSD)檢驗處理間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 兩地不同氮肥運籌和栽植方式對水稻產量的影響

漢源生態(tài)點水稻產量、結實率、千粒重及生物產量均高于溫江生態(tài)點(表2)。就不同氮肥運籌方式而言, 隨穗肥施用比例的增加, 兩生態(tài)點結實率和千粒重均呈增加趨勢, 而生物產量和籽粒產量的表現不盡相同, 但綜合而言, 以N2處理對提高水稻籽粒產量及生物產量更為有利。栽植方式對兩生態(tài)點各施氮處理水稻結實率和千粒重影響均較小, 但對籽粒產量和生物產量的影響易因穗肥施用比例的不同而表現出一定差異。在N1條件下, C1和C2處理產量和生物產量均最高, 尤其是C2處理, 其籽粒產量和生物產量均顯著高于C3、C4; 在N2條件下, 不同栽植方式間籽粒產量表現為C3>C4>C2>C1, 而生物產量則表現為C4>C3>C2>C1, 且C3處理顯著高于C1處理; N3條件下, 栽植方式對兩生態(tài)點籽粒產量影響趨勢存在一定差異, 但均以C4方式下水稻籽粒產量和生物產量更高。可見, 無論何種栽植方式, 均需與其最適氮肥配比組合才能獲得產量優(yōu)勢。

2.2 兩地不同氮肥運籌和栽植方式對水稻籽粒庫容及其充實指標的影響

漢源生態(tài)點水稻籽粒庫容量、充實率、充實指數和庫有效充實度較溫江點分別平均高2.06 t·hm-2、0.03、5.29%和7.93%(表3)。氮肥管理對各指標亦產生了較大影響, 隨穗肥后移程度的增加, 兩生態(tài)點庫容量均呈減少趨勢, 充實率、充實指數和庫有效充實度則呈增加趨勢, 其中漢源點充實率均高達0.98以上。此外, 各栽植方式在不同氮肥運籌下的庫容量和充實指標表現各不相同: 在N1條件下, 生態(tài)點間的差異明顯, 溫江點C1和C2處理的各項指標都顯著高于C3、C4, 漢源點除充實率外, 各項指標均在C2下尤為突出; 在N2和N3條件下, 分別以C3和C4處理的庫容優(yōu)勢顯著, 而對各充實指標的影響差異較小。表明不同氮肥運籌方式對不同栽植處理的庫容量產生了較大的影響。

2.3 兩地不同氮肥運籌和栽植方式對水稻籽粒灌漿特性的影響

用Richards方程將試驗各處理的籽粒灌漿特征進行擬合, 各方程的決定系數2均在0.975以上, 說明用此方程對籽粒灌漿進行描述的可行性高(表4)。生態(tài)條件對各參數產生了不同的影響, 在漢源各處理的最初生長勢(0)、最大灌漿速率(max)總體低于溫江點, 灌漿峰值期(max·G)推遲, 達到max時的生長量比例()有所增加, 活躍灌漿期()較長, 籽粒最大生長量()漢源點高于溫江點, 表明溫光條件的改善, 庫容量的增大均能夠使灌漿起始勢降低, 灌漿峰值期延后, 前、中期的灌漿歷時及強度明顯增加, 灌漿活躍期延長, 最終單位籽粒接受的灌漿物質更多。隨著氮肥后移程度的增加, 各參數總體的變化趨勢為:0降低,、max和mean增加,max·G延后,縮短,提高。在不同栽植處理下, 對應不同的氮肥運籌方式各參數的變化存在相似之處, 表現為: C2、C3和C4處理分別在N1、N2和N3條件下,0最低,max·G最遲,最大,max和mean較高。

表2 不同生態(tài)條件下氮肥運籌和栽植方式對水稻產量及結實的影響

C1: 寬窄行栽培; C2: 三角形栽培; C3: 擴行減株栽培; C4: 拋秧栽培; N1: 基蘗肥∶穗肥=9∶1; N2: 基蘗肥∶穗肥=7∶3; N3: 基蘗肥∶穗肥=5∶5。同列不同字母表示不同氮肥運籌方式和不同栽植方式間在0.05水平差異顯著。C1: wide and narrow row cultivation; C2: triangle cultivation; C3: wide row and narrow space cultivation; C4: seedling-throwing cultivation; N1: the ratio oftransplant-tiller to panicle N-fertilizer was 9∶1; N2: the ratio of transplant-tiller to panicle N-fertilizer was 7∶3; N3: the ratio of transplant-tiller to panicle N-fertilizer was 5∶5. Data of different nitrogen fertilizer managements and different cultivation methods in the same column followed by different letters are significantly different at 0.05 level.

表3 不同生態(tài)條件下氮肥運籌和栽植方式對水稻最大庫容及其充實的影響

C1: 寬窄行栽培; C2: 三角形栽培; C3: 擴行減株栽培; C4: 拋秧栽培; N1: 基蘗肥∶穗肥=9∶1; N2: 基蘗肥∶穗肥=7∶3; N3: 基蘗肥∶穗肥=5∶5。同列不同字母表示不同氮肥運籌方式和不同栽植方式間在0.05水平差異顯著。C1: wide and narrow row cultivation; C2: triangle cultivation; C3: wide row and narrow space cultivation; C4: seedling-throwing cultivation; N1: the ratio oftransplant-tiller to panicle N-fertilizer was 9∶1; N2: the ratio of transplant-tiller to panicle N-fertilizer was 7∶3; N3: the ratio of transplant-tiller to panicle N-fertilizer was 5∶5. Data of different nitrogen fertilizer managements and different cultivation methods in the same column followed by different letters are significantly different at 0.05 level.

表4 不同生態(tài)條件下氮肥運籌和栽植方式對水稻灌漿過程的Richards方程參數估計和灌漿特征參數的影響

: 籽粒最終生長量;、、: Richards方程參數;2: 方程的決定系數;0: 最初生長勢;max·G: 達到最大灌漿速率的時間;max: 籽粒最大灌漿速率;: 達到最大灌漿速率時生長量比例;mean: 籽粒平均灌漿速率;: 活躍灌漿期(籽粒重量5%~95%)。C1: 寬窄行栽培; C2: 三角形栽培; C3: 擴行減株栽培; C4: 拋秧栽培; N1: 基蘗肥∶穗肥=9∶1; N2: 基蘗肥∶穗肥=7∶3; N3: 基蘗肥∶穗肥=5∶5。: growth capacity of a kernel;,,: parameters of the Richards equation;2: determination coefficient of the regression equation;0: the initial grain-filling power;max·G: the time reaching the maximum grain-filling rate;max: the maximum grain-filling rate of a kernel;: percentage ofmaxto;mean: the mean grain-filling rate of a kernel;: active grain-filling period (from 5% to 95% of a kernel weight). C1: wide and narrow row cultivation; C2: triangle cultivation; C3: wide row and narrow space cultivation; C4: seedling-throwing cultivation; N1: the ratio oftransplant-tiller to panicle N-fertilizer was 9∶1; N2: the ratio of transplant-tiller to panicle N-fertilizer was 7∶3; N3: the ratio of transplant-tiller to panicle N-fertilizer was 5∶5.

由表5可知, 就兩生態(tài)點而言, 漢源點各時期的灌漿歷時和平均灌漿速率(MGR)均大于溫江點, 灌漿歷時在中、后期差異較大, 而MGR在前期差異較大。灌漿貢獻率(RGC)在前期漢源點高于溫江點, 中期相近, 后期低于溫江點。

就不同氮肥管理而言, 隨著穗肥施用比例的增加, MGR在前期呈減小趨勢, 中、后期在溫江先增后減, 在漢源呈增加趨勢, 但差異均較小; 灌漿歷時則表現為前期增加, 中、后期及總歷時縮短, RGC的變化趨勢與灌漿歷時一致, 且在中期灌漿貢獻率最高, 均在59%以上?？梢钥闯鏊敕适┯帽壤脑黾訉GR影響較小, 對灌漿歷時和RGC則具有明顯的影響效應。

就不同栽植方式而言, RGC在中期差異較小, 在前期和后期差異較大, 且因氮肥運籌的不同二者呈現出相反趨勢。在N1處理下, C1在前期的MGR最大, C2在前期的灌漿歷時優(yōu)勢明顯, RGC在前期均較高; 在N2、N3處理下, 則分別以C3和C4灌漿進程中各特征參數綜合優(yōu)勢更大。

2.4 水稻籽粒灌漿、充實及產量間的相關性

籽粒灌漿、充實及產量之間的相關分析見表6, 最大庫容及其充實相關指標與產量及結實相關指標均極顯著正相關。結實率和千粒重與前、中期灌漿歷時均呈正相關, 前期達極顯著, 與后期灌漿歷時呈負相關, 與各時期的MGR均呈顯著或極顯著正相關。產量和生物產量與各期的灌漿歷時均呈正相關, 中期達極顯著水平, 與MGR呈正相關, 前期極顯著, 中期顯著, 后期未達顯著水平。而4個產量指標與RGC在灌漿前期均呈正相關, 中、后期均呈負相關, 結實率、千粒重及產量均達極顯著水平, 生物產量達顯著水平。表明各灌漿時期的歷時和MGR均以不同程度促進著產量形成, 但相對較高的前期籽粒積累更利于高產形成。

表5 不同生態(tài)條件下氮肥運籌和栽植方式對水稻籽粒灌漿前、中、后期持續(xù)天數、平均速率及貢獻率的影響

C1: 寬窄行栽培; C2: 三角形栽培; C3: 擴行減株栽培; C4: 拋秧栽培; N1: 基蘗肥∶穗肥=9∶1; N2: 基蘗肥∶穗肥=7∶3; N3: 基蘗肥∶穗肥=5∶5。C1: wide and narrow row cultivation; C2: triangle cultivation; C3: wide row and narrow space cultivation; C4: seedling-throwing cultivation; N1: the ratio oftransplant-tiller to panicle N-fertilizer was 9∶1; N2: the ratio of transplant-tiller to panicle N-fertilizer was 7∶3; N3: the ratio of transplant-tiller to panicle N-fertilizer was 5∶5. MGR: mean grain-filling rate; RGC: ratio of the grain-filling contributed to the final grain weight.

表6 水稻籽粒庫容量及其充實指標、灌漿時間及平均速率與籽粒充實及產量的相關性

*表示在0.05水平上顯著相關; **表示在0.01水平上顯著相關。* indicates significant differences at 0.05 level, ** indicates significant diffrences at 0.01 level.

從表7可知, 庫容量和充實率與、max·G和均顯著或極顯著正相關, 與0呈顯著負相關, 與呈正相關, 充實率達極顯著水平, 庫容量與灌漿速率(max和mean)呈負相關, 而充實率與之呈正相關, 均未達顯著水平。這表明庫容量對籽粒灌漿產生了較大影響, 在庫容量增大的情況下, 最初生長勢降低, 灌漿峰值推遲(即前、中期的灌漿時間延長, 強度增加) , 灌漿活躍期延長, 籽粒最大生長量增加, 從而提高結實率、千粒重和產量。但庫容量與灌漿速率(max和mean)呈負相關性, 說明通過一定的措施進一步協(xié)調庫容與籽粒灌漿的關系, 對增產具有重要意義。

表7 水稻灌漿特征參數與庫容量及充實率的相關性

*表示在0.05水平上顯著相關; **表示在0.01水平上顯著相關。* indicated significant differences at 0.05 level, ** indicated significant differences at 0.01 level.

3 討論

3.1 生態(tài)條件對水稻籽粒灌漿充實及產量的影響

植株進行物質積累的基礎是光合作用, 光照強度[15]、光照時間[16]及溫度[17]等因素都可能對植株光合作用產生較大影響。水稻在光照較弱時, 籽粒灌漿速率會不同程度地降低, 空秕粒率大幅增加[11]; 在日照時數不足時, 光合作用制造的養(yǎng)分不能滿足小穗的發(fā)育, 半秕粒率增加[18]; 光照強度和時間的不足造成的籽粒灌漿充實度差導致水稻產量較大幅度降低[18-19]。本研究結果表明, 從總體上看, 漢源生態(tài)點水稻籽粒庫容量、籽粒充實度、結實率和千粒重均優(yōu)于溫江生態(tài)點, 最終獲得了較高產量。通過氣象資料對比, 漢源生態(tài)點太陽總輻射量更高, 總光照時數更長, 且水稻總生育時期比溫江生態(tài)點長近400 h, 這就對物質的積累和籽粒的灌漿充實等提供了足夠的物質基礎和時間保障。同時漢源生態(tài)點的灌漿活躍期更長, 達到灌漿峰值的日期推遲, 前、中期的灌漿強度更高、歷時更久, 生長量占比也更大, 而前、中期的灌漿強度對籽粒充實率、結實率、千粒重和產量等指標都有顯著影響, 故而灌漿強度的改善為高產的形成提供了更為有利的條件。

3.2 氮肥運籌對水稻籽粒灌漿充實及產量的影響

氮素是水稻生長發(fā)育所需的最重要的營養(yǎng)元素[20], 水稻各生育期對肥料的需求不同, 合理的肥料運籌不僅能滿足水稻生長發(fā)育的需求, 為高產提供物質保障, 同時還能提高肥料利用效率達到節(jié)肥效果。前人研究表明, 不同時期施用的氮肥中以穗肥對水稻氮素吸收積累量的貢獻最大[21], 相同施氮量下, 增加穗肥施用比例, 可以提高籽粒灌漿速率(max和mean)[9], 有效促進稻穗發(fā)育[22], 增加粒重。針對不同的試驗處理, 氮肥后移程度不盡相同, 研究表明基蘗肥與穗肥比例在7.5∶2.5[23]、6∶4[24]、5∶5[25]、4∶6[26]等運籌模式下均可能獲得高產。本研究結果顯示, 隨著氮肥后移程度的增加, 水稻最大庫容量有減小趨勢, 但籽粒充實指標、結實率和千粒重等均有增加的趨勢, 適當的氮肥后移處理(N2, 基蘗肥∶穗肥=7∶3)可獲得較高的籽粒產量。就本研究而言, 增產的原因在于各灌漿特征參數在氮素穗肥施用量適當增加的條件下, 均向著更利于籽粒充實和產量形成的方向發(fā)展, 即最初生長勢適當降低, 灌漿速率(max和mean)提高, 灌漿峰值期延后, 前、中期的灌漿歷時和灌漿強度增加, 最終有效提高了達灌漿峰值期的生長量比例。

3.3 氮肥運籌與最適栽植方式

栽植方式的改良可為水稻提供更好的生長發(fā)育條件, 為獲得高產提供可能[27-29]。本研究結果表明, 同一氮肥運籌下各栽植方式在結實率和千粒重上的差異較小, 而在生物產量、最大庫容量、灌漿特征參數和充實指標上的差異較大, 最終帶來產量上的差異。寬窄行栽培和三角形栽培因其獨特的株行配置形成有受光優(yōu)勢的田間群體結構[30], 更易在前期得到優(yōu)勢群體。在重施基蘗肥(N1)條件下, 寬窄行栽培和三角形栽培方式下生物產量增加, 庫容量擴大, 為高產形成“源”足“庫”大的基礎; 同時三角形栽培灌漿參數和充實指標優(yōu)勢明顯, 產量在所有處理中最高。隨著氮肥后移程度的增加, 寬窄行栽培和三角形栽培的優(yōu)勢逐漸減弱。前人也有研究表明水稻在適當擴大行距時, 可改善植株形態(tài)特征, 使中后期的生產優(yōu)勢得到充分發(fā)揮[31-32]。凌啟鴻[33]研究認為擴行與重施穗肥配套, 利于穩(wěn)定穗數, 形成大穗, 得到優(yōu)勢群體。本研究表明, 相比其他栽培方式, 擴行減株栽培在30%的穗肥條件下各項產量形成指標基本都處于最優(yōu)狀態(tài), 產量優(yōu)勢明顯。拋秧栽培因其不規(guī)則的栽培方式, 前期生長起步快、群體大[34], 植株后期易互相遮蔽, 導致通風透光性差[35]。本研究顯示, 與其他栽植方式相比, 拋秧栽培在氮肥后移較多(N3)條件下有利于其生物產量、庫容量和籽粒灌漿充實等指標的優(yōu)化, 產量優(yōu)勢亦明顯, 且可防止前期群體過度生長, 這與前人研究結果相近。

4 結論

光溫條件較好的漢源生態(tài)點和氮肥適當后移處理下, 水稻“源”足“庫”大(生物產量高、庫容量大), 且灌漿優(yōu)勢明顯(灌漿速率高、前中期灌漿強度大及灌漿活躍期長等), 更利于形成高產。不同的氮肥運籌對不同栽植方式下籽粒灌漿充實及產量形成有較大影響。在重施基蘗肥(基蘗肥∶穗肥=9∶1)條件下, 寬窄行栽培和三角形栽培更具庫容優(yōu)勢, 且籽粒灌漿充實更好, 產量優(yōu)勢明顯; 在氮肥適當后移(基蘗肥∶穗肥=7∶3)處理下, 擴行減株栽培各項指標整體更優(yōu), 產量潛力激發(fā)更勝; 而在重施穗肥(基蘗肥∶穗肥=5∶5)處理下, 拋秧栽培更能突出產量優(yōu)勢。

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Effect of nitrogen management and cultivation method on grain-filling characteristics and grain yield ofhybrid rice*

YAN Tianrong1, LI Xuyi2, LI Na1, JIANG Mingjin1, YANG Zhiyuan1, HE Yan1, WANG Chunyu1, WANG Haiyue1, MA Jun1**

(1. Rice Research Institute, Sichuan Agricultural University / Key Laboratory of Southwest Crop Physiology, Ecology and Cultivation, Ministry of Agriculture, Wenjiang 611130, China; 2. Crop Research Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066, China)

The effects of nitrogen management [ratios of transplant-tiller to panicle of N-fertilizer were 9∶1 (N1), 7∶3 (N2) and 5∶5 (N3)] and cultivation method (C1, wide and narrow row cultivation; C2, triangular cultivation; C3, wide row and narrow space cultivation; and C4, seedling-throwing cultivation) on sink potential, grain-filling properties and grain yield were studied in two widely variable ecological conditions (Wenjiang and Hanyuan in Sichuan Province) usinghybrid rice ‘II-you-498’. The aim of the study was to clarify the correlation among ecological conditions, nitrogen management and cultivation method with grain-filling properties and grain yield formation. The results were as follows: 1) Grain sink potential, grain plumpness, seed setting rate and 1000-grain weight in Hanyuan were better than those in Wenjiang. Furthermore, it was easy to have high yield with low initial growth vigor due to delayed date for peak grain-filling rate, high grain-filling rate and long grain-filling duration at early and middle stages and long active grain-filling period in Hanyuan. 2) With increasing nitrogen application ratio at the late stage, the maximum sink potential decreased while grain-filling indexes, seed setting rate and 1000-grain weight increased. The initial growth vigor reduced at grain-filling, and the maximum and mean grain-filling rates (maxandmean) increased. Also, the time to reach peak grain-filling delayed with higher proportion of growth while the duration of grain-filling shortened. The highest yield was under N2. 3) There were little differences in seed-setting rate and 1000-grain weight but significant differences in biomass yield, sink potential and grain-filling characteristics among different cultivation methods. For the highest yield performance under different cultivation methods, there were similar grain-filling characteristics, such as larger sink potential, lower initial growth vigor at grain-filling, delayed time to reach maximum grain-filling and highermaxandmean. The wide and narrow row cultivation, triangule cultivation, wide row and narrow space cultivation and seedling-throwing cultivation had the highest yield when the ratio of transplant-tiller and panicle N-fertilizer was 9∶1, 9∶1, 7∶3 and 5∶5, respectively. Triangular cultivation had the highest yield among the four cultivation methods. 4) Correlation analysis showed that with increasing maximum sink potential, initial growth vigor at grain-filling and delayed time to reach maximum grain-filling rate decrease. The high grain yield obtained was attributed to increasing duration of grain-filling, grain-filling rate and growth increment, especially in the early and middle stages. Thus any further improvement in rice yield depended on local ecological conditions and cultivation methods, combined with optimized nitrogen management.

Rice; Ecological condition; Nitrogen management; Cultivation method; Grain-filling characteristics; Sink potential; Grain yield

Apr. 20, 2017; accepted May 24, 2017

10.13930/j.cnki.cjea.170337

S511

A

1671-3990(2017)10-1485-10

2017-04-20

2017-05-24

* 國家糧食豐產科技工程(2006BAD02A05)和四川省農業(yè)產業(yè)體系建設項目資助

* This study was supported by the National Food Science and Technology Project of China (2006BAD02A05) and the Agricultural Industrial System Construction Project of Sichuan Province.

** Corresponding author, E-mail: majunp2002@163.com

**通訊作者:馬均, 主要研究水稻高產高效優(yōu)質栽培。E-mail: majunp2002@163.com 嚴田蓉, 主要研究水稻高產高效優(yōu)質栽培。E-mail: ytr0724@163.com