彭 廷，韓雨恩，張 靜，杜彥修，李俊周，孫紅正，趙全志

(河南農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院/河南省糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心/河南省水稻生物學重點實驗室,河南 鄭州 450002)

不同時期施氮比例與種植方式對豫南稻區(qū)粳稻產(chǎn)量性狀和氮素利用效率的影響

彭 廷，韓雨恩，張 靜，杜彥修，李俊周，孫紅正，趙全志*

(河南農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院/河南省糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心/河南省水稻生物學重點實驗室,河南 鄭州 450002)

采用裂區(qū)設(shè)計，在豫南地區(qū)研究了不同時期施氮比例和種植方式(手插秧、機插秧)對水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響，為指導豫南稻區(qū)水稻生產(chǎn)提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，手插秧、機插秧2種種植方式下，與不施氮肥處理相比，不同氮素配比(基蘗肥與穗肥比例分別為4∶6、5∶5、6∶4、7∶3)均可提高水稻的穗粒數(shù)和產(chǎn)量，手插秧條件下以氮素配比為6∶4產(chǎn)量最高，增幅達27.65%；機插秧條件下以氮素配比為7∶3產(chǎn)量最高，增幅達115.55%；且機插秧產(chǎn)量高于手插秧，但差異未達到顯著水平。手插秧在6∶4處理條件下有效穗數(shù)和穗粒數(shù)高于其他處理；機插秧在5∶5處理條件下有效穗數(shù)最高，在7∶3處理條件下穗粒數(shù)最高；手插秧和機插秧對照的結(jié)實率和千粒質(zhì)量最高。手插秧成熟期干物質(zhì)積累在氮素配比為6∶4達最大；抽穗開花期，手插秧與機插秧在氮素配比6∶4與7∶3處理條件下葉片、莖鞘、植株氮素含量較高；氮素生理利用率，在不同氮素配比條件下機插秧均高于手插秧，且2種種植方式均以氮素配比7∶3為最高；氮素偏生產(chǎn)力，手插秧條件下以氮素配比6∶4為最高，機插秧條件下以氮素配比7∶3最高；而百千克籽粒需氮量，手插秧條件下以氮素配比5∶5與6∶4最高，機插秧條件下以氮素配比6∶4最高。因此，種植方式對氮素配比的響應(yīng)存在明顯差異，手插秧和機插秧的最佳施氮配比分別為6∶4和7∶3，此時產(chǎn)量和氮素利用效率最高。

水稻； 手插秧； 機插秧； 氮肥運籌； 氮肥利用率； 產(chǎn)量性狀

水稻是我國主要的糧食作物，其種植面積占糧食作物的1/3以上，產(chǎn)量約占糧食總產(chǎn)量的40%，我國有近2/3的人口以稻米為主食。因此，水稻在我國糧食安全中占有極其重要的地位[1]。水稻精確定量栽培包括高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)群體生長發(fā)展動態(tài)指標的精確定量和栽培技術(shù)的精確定量[2]。精確定量栽培是水稻栽培科學技術(shù)新的發(fā)展方向[1]，能實現(xiàn)水稻栽培學科對“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全”的要求[3]。戴平安等[4]研究表明，70%作基肥、30%作穗肥稻谷產(chǎn)量最高，且在此氮素配比下，氮肥利用率和農(nóng)學效率均較高。朱兆良等[5]總結(jié)的國內(nèi)782個田間試驗結(jié)果表明，我國主要農(nóng)作物水稻及麥類對氮肥的利用率平均只有28%～41%。Wang等[6]指出，較高的籽粒產(chǎn)量來自于較高的氮素利用率和氮素再分配率。趙志鵬等[7]研究表明，氮肥處理對水稻葉面積指數(shù)、群體干物質(zhì)質(zhì)量及產(chǎn)量有明顯影響。前人對施氮量進行了廣泛研究，其成果對水稻增產(chǎn)起到十分重要的作用。張洪程等[8]對機插精確定量栽培高產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)及每項技術(shù)關(guān)鍵點進行了闡述。關(guān)于氮肥施用量和追肥時期對水稻產(chǎn)量的影響已開展了大量的研究，一致的結(jié)論是適量的氮肥及其在各時期進行合理的分配可以獲得較高的產(chǎn)量和氮肥利用率[9]。鄭克武等[10]研究指出，過高的施氮量不利于產(chǎn)量和稻米品質(zhì)提高。吳文革等[11]研究表明，在適宜的施氮水平下，協(xié)調(diào)好產(chǎn)量構(gòu)成的重要因素，有利于高產(chǎn)，但不同生態(tài)類型對水稻溫光利用等影響差別很大[12-13]。豫南稻區(qū)(北緯31°46′～31°52′)是河南省最主要的水稻種植區(qū)，在豫南稻區(qū)發(fā)展粳稻生產(chǎn)具有重要意義，但有關(guān)不同種植方式下不同時期施氮比例對豫南粳稻產(chǎn)量和氮肥利用率影響的研究較少。因此，開展豫南粳稻高產(chǎn)栽培技術(shù)研究，明確前后期(基蘗期、孕穗期)氮素配比對豫南粳稻產(chǎn)量和氮素利用效率的影響，對于指導豫南粳稻發(fā)展具有重要的理論和實踐意義。

1 材料和方法

1.1 試驗地點及供試品種

試驗于2013年4—10月在河南農(nóng)業(yè)大學信陽市平橋區(qū)甘岸鎮(zhèn)二郎村實習基地進行。前茬為空白地，土壤類型為水稻土，pH值6.5～7.5，土壤基礎(chǔ)肥力為有機質(zhì)28.6～42.1 g/kg，全氮2.46 g/kg，有效磷6.8 mg/kg，速效鉀169 mg/kg。供試材料為常規(guī)粳稻豫農(nóng)粳8號。

1.2 試驗設(shè)計

水稻于4月21日播種，5月11日移栽，秧齡20 d。8月21—25日齊穗，10月20日收割。機插秧選用洋馬農(nóng)機(中國)有限公司生產(chǎn)的洋馬VP6水稻插秧機，株行距為16 cm×30 cm，栽插基本苗62.5萬苗/hm2；手插秧采用人工插秧，株行距為21 cm×30 cm，栽插基本苗47.6萬苗/hm2。以9.75 t/hm2為目標產(chǎn)量，100 kg稻谷需氮量按2.18 kg，目標產(chǎn)量需N量212.55 kg/hm2，無氮區(qū)產(chǎn)量按6 t/hm2，土壤供氮94.2 kg/hm2，氮肥當季利用率按34.5%(2012年測定值)，根據(jù)斯坦福方程計算得總施氮量277.5 kg/hm2[14]。氮磷鉀元素(N∶P2O5∶K2O)施用比例為1∶0.5∶1.2，即施用過磷酸鈣(P2O5含量12%)1 156.3 kg/hm2，硫酸鉀(K2O含量50%)666 kg/hm2，其中磷鉀肥全部作基肥一次性施用。試驗設(shè)5個氮肥配比處理和2種種植方式，5個氮肥處理為：基蘗肥與穗肥比分別為4∶6、5∶5、6∶4、7∶3，用T1、T2、T3、T4表示，以不施氮肥作對照(CK)；2種種植方式分別為手插秧和機插秧。試驗采用隨機區(qū)組排列，重復(fù)3次，每小區(qū)面積150 m2，為防止串水串肥，各小區(qū)間用聚乙烯擋板進行隔離，各小區(qū)單排單灌，四周設(shè)保護行。其他田間管理同高產(chǎn)栽培管理。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子 成熟期選取固定面積的植株分析籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素，收獲時按照常規(guī)方法進行考種，考查每穗粒數(shù)、有效穗數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量。各小區(qū)按實收穴數(shù)計產(chǎn)。

1.3.2 干物質(zhì)積累 干物質(zhì)的測定參照刁操銓等[15]的試驗方法進行。分別于水稻的關(guān)鍵時期，按每小區(qū)莖蘗數(shù)的平均數(shù)取代表性的植株3穴，105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘干至恒質(zhì)量后稱質(zhì)量，并折算成每公頃干質(zhì)量。

1.3.3 氮素含量及氮素利用效率指標 用凱氏定氮法測定植株和稻谷的含氮率[16-17]。

氮素生理利用率(kg/kg)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-無氮區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)植株總吸氮量-無氮區(qū)植株總吸氮量)，

氮素吸收利用率=(施氮區(qū)植株總吸氮量-無氮區(qū)植株總吸氮量)/氮肥施用量×100%，

氮素偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施用量，

氮素農(nóng)學利用效率(kg/kg)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-無氮區(qū)產(chǎn)量)/氮肥施用量，

稻谷收獲指數(shù)=單位面積上稻谷的質(zhì)量/單位面積全部水稻地上部干物質(zhì)的質(zhì)量×100%。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析 采用Microsoft Excel 2003進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，利用SPSS 17.0進行數(shù)據(jù)的方差分析處理和Duncan’s新復(fù)極差檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 基蘗肥與穗肥配比對不同種植方式下豫南稻區(qū)粳稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可知，手插秧T3處理有效穗數(shù)和穗粒數(shù)高于其他處理；機插秧T2處理有效穗數(shù)最高，而穗粒數(shù)T4最高；手插秧和機插秧CK在結(jié)實率和千粒質(zhì)量上均比其他處理高。在純氮用量為277.5 kg/hm2時，機插秧T4處理產(chǎn)量最高，機插秧CK產(chǎn)量最低。手插秧不同時期施氮比例的實際產(chǎn)量在8.061～8.413 t/hm2，分別比CK增產(chǎn)22.31%～27.65%。機插秧不同時期施氮比例的實際產(chǎn)量在6.395～8.539 t/hm2，分別比CK增產(chǎn)61.4%～115.5%。手插秧實際產(chǎn)量中，T3最高，其次為T1，T4產(chǎn)量最低；機插秧實際產(chǎn)量中，T4最高，其次為T2，T3最低。手插秧T1、T2、T3、T4與機插秧T1、T2、T4實際產(chǎn)量差異不顯著，但均與機插秧T3差異顯著。因此，水稻不同栽培方式下，不同時期施氮比例對產(chǎn)量存在明顯影響，手插秧最佳施氮比例為6∶4，比對照高27.65%；機插秧最佳施氮比例為7∶3，比對照高115.55%。進一步分析不同處理的產(chǎn)量構(gòu)成因子，手插秧T1、T2、T3處理的有效穗數(shù)均高于T4處理，T3處理主要通過有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)的增加來提高水稻產(chǎn)量；機插秧T4、T2、T1處理的有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)均高于T3處理，且機插秧T4處理主要通過每穗粒數(shù)的增加來提高水稻產(chǎn)量。

表1 不同時期氮肥配施下水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異達到0.05顯著水平，下同。

2.2 基蘗肥與穗肥配比對不同種植方式下豫南稻區(qū)粳稻干物質(zhì)積累的影響

由表2可知，手插秧不同處理的群體干物質(zhì)質(zhì)量隨生育時期延長總體呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢，在灌漿期T1、T3處理達到最高，而T2、T4處理在成熟期達到最高。在成熟期，T3處理的生物量最高，T1、T2、T3、T4分別比CK高18.78%、18.78%、24.13%、5.86%。機插秧不同處理的群體干物質(zhì)質(zhì)量隨生育時期延長總體也是呈現(xiàn)波動式增加的變化趨勢，在灌漿期，T3處理達到最高，而T1、T2、T4處理在成熟期達到最高。在成熟期，T2生物量最大，T1、T3其次，T4處理的生物量最低，4種氮肥配比的生物量均高于CK，分別比CK高23.35%、47.58%、15.07%、3.16%。

表2 不同時期氮肥配施下水稻干物質(zhì)積累的變化 t/m2

2.3 基蘗肥與穗肥配比對不同種植方式下豫南稻區(qū)粳稻各部位全氮含量的影響

由表3可知，抽穗期葉片中氮含量高于莖鞘，而成熟期籽粒中氮素含量高于葉片，莖鞘中氮素含量最低。抽穗期和成熟期，同一氮肥處理條件下機插秧處理葉片、莖鞘和植株中的氮含量總體上高于手插秧處理，而成熟期手插秧籽粒中氮含量總體上高于機插秧處理。抽穗期，手插秧處理葉片和植株氮含量均以T4為最高，顯著高于CK，但與其他氮素配比處理差異不顯著，而莖鞘中氮含量以T3為最高，達4.21 mg/g，顯著高于CK；機插秧T3處理葉片和植株氮含量最高，顯著高于T1、T2處理，但與T4和CK差異不顯著，莖鞘中氮含量T3處理最高，達4.34 mg/g，顯著高于T1，但與其他氮素處理差異不顯著。成熟期，手插秧處理葉片、莖鞘和植株中氮含量均以T3為最高，且顯著高于CK，而籽粒中氮素含量以T1處理為最高，顯著高于CK，但與其他氮素處理差異不顯著；機插秧處理葉片、莖鞘和植株中氮素含量以T1處理為最高，且葉片中氮素含量顯著高于其他處理，而籽粒中氮素含量以T3處理為最高，達15.26 mg/g，顯著高于T4和CK。

表3 不同處理對粳稻各部位全氮含量的影響 mg/g

2.4 基蘗肥與穗肥配比對不同種植方式下豫南稻區(qū)稻谷全氮含量和收獲指數(shù)的影響

由表4可知，隨氮肥后移，手插秧、機插秧百千克籽粒需氮量均呈先升高后降低的變化趨勢。機插秧T4處理的百千克籽粒需氮量最低，T3處理最高，顯著高于手插秧的4種氮肥配比處理。手插秧4種氮肥配比處理間差異不顯著，但T2、T3處理百千克籽粒需氮量較高；機插秧T1、T2、T3處理間差異也不顯著。氮肥配比對不同種植方式下稻谷全氮含量的影響不顯著。手插秧T1的稻谷收獲指數(shù)最高，達40.38%，機插秧T2處理最低，手插秧T1處理和T3處理、機插秧T4處理的稻谷收獲指數(shù)顯著高于機插秧T2、T3處理，且手插秧整體的稻谷收獲指數(shù)高于機插秧。

表4 不同處理對百千克籽粒需氮量、稻谷全氮含量及收獲指數(shù)的影響

2.5 基蘗肥與穗肥配比對不同種植方式下豫南粳稻氮素利用率的影響

不同種植方式及氮肥配比處理的水稻總吸氮量和氮素利用率如表5所示，機插秧各處理的氮素農(nóng)學利用率和氮素生理利用率均普遍高于手插秧各氮肥配比。手插秧不同氮素配比處理間氮素吸收利用率、氮素農(nóng)學利用率、氮素生理利用率、氮素偏生產(chǎn)力和總吸氮量的差異均未達到顯著水平，T3處理總吸氮量最高，達到192.27 kg/hm2，分別比T1、T2、T4處理高5.65%、3.21%、7.10%；且T3處理的氮素吸收利用率、氮素偏生產(chǎn)力均高于T1、T2、T4處理，氮素農(nóng)學利用率和氮素生理利用率雖然不是最高，但與其他氮素處理差異均未達到顯著水平，表明手插秧基蘗肥與穗肥配比為6∶4(T3)時，氮素利用率最高。機插秧T4處理的氮素農(nóng)學利用率、氮素生理利用率和氮素偏生產(chǎn)力均高于其他氮肥處理，且T4的氮素生理利用率顯著高于其他氮肥配比，氮素農(nóng)學利用率顯著高于T3處理，氮素偏生產(chǎn)力顯著高于T3處理，說明機插秧基蘗肥與穗肥配比為7∶3(T4)時，氮素利用率最高。

表5 不同處理對粳稻吸氮量及氮素利用率的影響

3 結(jié)論與討論

氮素是影響水稻生長和產(chǎn)量形成的重要因素。氮素利用效率通用指標有氮素吸收利用率、農(nóng)學利用率、生理利用率和偏生產(chǎn)力，這些指標從不同側(cè)面描述了作物對氮素的利用情況[18-20]。本研究結(jié)果表明，豫南稻區(qū)手插秧種植條件下基蘗肥∶穗肥=6∶4的氮素吸收利用率、氮素偏生產(chǎn)力和總吸氮量均高于其他氮素配比處理；機插秧基蘗肥∶穗肥=7∶3的氮素農(nóng)學利用率、氮素生理利用率、氮素偏生產(chǎn)力均高于其他氮肥配比處理；手插秧種植條件下基蘗肥∶穗肥=6∶4的理論產(chǎn)量和實際產(chǎn)量最高，其產(chǎn)量提高主要通過有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)的增加；機插秧種植條件下蘗肥∶穗肥=7∶3的理論產(chǎn)量和實際產(chǎn)量最高，其產(chǎn)量提高主要通過每穗粒數(shù)的增加。

水稻地上部分干物質(zhì)積累量反映了營養(yǎng)物質(zhì)的含量，手插秧與機插秧的4個處理在成熟期干物質(zhì)積累量均高于對照，且手插秧在基蘗肥∶穗肥=6∶4時達最大，各部位氮素含量中，抽穗期和成熟期同一氮肥處理條件下機插秧處理葉片、莖鞘和植株中的氮含量總體上高于手插秧處理，而成熟期手插秧籽粒中氮含量總體上高于機插秧處理，說明手插秧氮素更多被轉(zhuǎn)運到籽粒中。抽穗開花期，手插與機插在氮素配比為6∶4與7∶3時葉片、莖鞘和植株氮素含量較高，而葉綠素合成與氮素密切相關(guān)，適當增加前期施氮比例有利于光合作用的提高，進而提高產(chǎn)量[21]。百千克籽粒需氮量，手插秧條件下以氮素配比5∶5與6∶4最高，機插秧條件下以氮素配比6∶4最高。手插秧整體的稻谷收獲指數(shù)高于機插秧。因此，在水稻不同種植方式下，不同時期氮素施用配比對氮素利用效率和產(chǎn)量存在明顯影響，豫南稻區(qū)手插秧和機插秧氮素利用效率和高產(chǎn)的最佳基蘗肥和穗肥配比分別為6∶4和7∶3。

劉建等[22]研究表明，手插秧在基肥40%前提下，蘗肥20%時產(chǎn)量最高；嚴奉君等[23]認為，不同土壤肥力下麥稈覆蓋處理，均以基肥∶蘗肥∶穗肥為3∶3∶4的氮肥運籌模式最優(yōu)，均能有效調(diào)節(jié)水稻灌漿結(jié)實期葉片SPAD值，提高稻谷產(chǎn)量，這與本試驗手插秧基蘗肥∶穗肥=6∶4條件下的產(chǎn)量最高研究結(jié)果一致。彭長青等[24]研究指出，提高基蘗肥的施用量和施用比例可以顯著增大機插水稻單位面積穗數(shù)。張洪程[25]和孫雄彪等[26]研究認為，機插秧的基蘗肥與穗肥施用比例以6∶4為宜。本研究結(jié)果表明，機插秧高產(chǎn)的最佳基蘗肥∶穗肥為7∶3，與張洪程[25]、孫雄彪等[26]的研究結(jié)果不一致，這可能由于生態(tài)類型和品種的差異所致，其機制有待進一步深入研究。

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Effects of Nitrogen Application Rate at Different Stages and Planting Pattern on Japonica Rice Yield Characters and Nitrogen Use Efficiency in Paddy Field of Southern Henan Province

PENG Ting,HAN Yuen,ZHANG Jing,DU Yanxiu,LI Junzhou,SUN Hongzheng,ZHAO Quanzhi*

(College of Agronomy,Henan Agricultural University/Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops/Key Laboratory of Rice Biology in Henan Province,Zhengzhou 450002,China)

The effects of nitrogen application rate at different stages and planting pattern[artificial transplanting(AT)and mechanical transplanting(MT)] on rice yield and nitrogen use efficiency were studied under the precise and quantitative cultivation with the split plot experiment design in paddy field in southern Henan province.This study could provide a certain theoretical foundation for rice production in paddy field in southern Henan province.The results indicated that under the two different planting patterns,different nitrogen ratios(the ratios of base tillering fertilizer to panicle fertilizer were 4∶6,5∶5,6∶4,and 7∶3) could significantly improve the grain number per spikelet and grain yield of rice.In the AT way,the nitrogen proportion of 6∶4 had the highest yield,which increased by 27.65% compared with the control without nitrogen fertilizer,while the nitrogen proportion of 7∶3 in the MT way had the highest yield,which increased by 115.55% compared with the control.In addition,the production of MT was higher than that of AT,but the difference did not reach the significant level.In case of AT,effective panicles and grain number in 6∶4 were higher than those of other treatments;while in MT,effective panicles were highest in 5∶5,and grain number was highest in 7∶3;and the seed setting rate and 1 000 grain weight were highest in control under AT and MT.The dry matter accumulation at the mature stage in AT reached the maximum at the nitrogen ratio of 6∶4.At the heading and flowering stage,the nitrogen content in leaves and stems was higher with nitrogen ratios of 6∶4 and 7∶3 under AT and MT,respectively.The MT had a higher level than AT in the nitrogen use physiological efficiency under different nitrogen ratios,and the best nitrogen ratio was 7∶3 for the two planting methods.The AT had the highest partial factor productivity at the nitrogen ratio of 6∶4,but the MT was 7∶3.The highest nitrogen use for 100 kg grain was 5∶5 and 6∶4 in AT,while 6∶4 in MT.Therefore,there was a significant effect on yield with different nitrogen proportions under different cultivation ways.The best nitrogen ratios for AT and MT were 6∶4 and 7∶3 respectively,under which AT and MT had the highest yield and nitrogen use efficiency.

rice; artificial transplanting; mechanical transplanting; nitrogen management; nitrogen use efficiency; yield characters

S147.5

A

1004-3268(2017)11-0019-06

2017-07-15

國家自然科學基金項目(31271651)；河南省水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(S2012-04-02)

彭 廷(1985-)，男，河南桐柏人，講師，博士，主要從事水稻分子生理研究。E-mail:lypengting@163.com

*通訊作者：趙全志(1968-)，男，河南平輿人，教授，博士，主要從事水稻生理生態(tài)研究。E-mail:qzzhaoh@126.com