李俊周邵鵬陳星宋成偉彭廷趙全志*

（1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心/河南省水稻生物學(xué)重點實驗室，鄭州450002；2光山縣農(nóng)業(yè)局，河南光山465450；*通訊作者）

光能資源的質(zhì)量和光能利用率是影響農(nóng)作物產(chǎn)量的重要因素[1]。光能利用率與光能截獲量和光能轉(zhuǎn)化率直接相關(guān)，作物群體的大小決定了光能截獲量的多少，通過改善作物群體冠層結(jié)構(gòu)可以提高群體光能截獲率和群體光能利用率[2]。氮素是影響作物群體大小的重要因素，氮素有助于增加葉面積指數(shù)和增強光合作用，從而促進作物生長[3]。但是過量施氮容易造成植株冠層下部透光率下降，加速冠層下部葉片的衰老，造成水稻減產(chǎn)，還容易引發(fā)病蟲害[4]。水稻不同生長階段冠層光合有效輻射（Photosynthetically active radiation，PAR）截獲率和利用率與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，PAR轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)量也呈正相關(guān)，保持較高PAR截獲率的基礎(chǔ)上提高冠層PAR轉(zhuǎn)化率，進而提高冠層PAR利用率，有利于水稻高產(chǎn)[5]。李艷大等[6]研究發(fā)現(xiàn)，隨施氮量的增加水稻PAR透光率出現(xiàn)遞減趨勢、PAR轉(zhuǎn)化率呈先增大后減小的趨勢；還發(fā)現(xiàn)群體光能截獲量達到最佳水平后，繼續(xù)提高群體光能截獲量，光能轉(zhuǎn)化率會出現(xiàn)下降的趨勢。葉面積指數(shù)是群體質(zhì)量的重要指標(biāo)，受氮素穗肥用量影響較大，表現(xiàn)為增加施氮量能夠增加水稻群體分蘗數(shù)，提高水稻群體光合葉面積[7－8]。氮素適宜的基肥及促花肥比例能調(diào)節(jié)水稻上3葉葉面積，上3葉葉面積適中、葉片角度好、群體葉面積適宜，水稻群體能獲得更多光照以進行光合作用，灌漿成熟期水稻群體光合物質(zhì)積累量高；而如果后期氮素過量，劍葉面積大且披垂，會造成遮陰現(xiàn)象，倒2葉和倒3葉光合速率下降，水稻群體質(zhì)量會變差[9]。歐陽杰等[10]研究表明，抽穗后15～20 d劍葉和倒2葉中葉綠素降解速率與單株產(chǎn)量都達到顯著相關(guān)。因此，確定合理的氮素穗肥運籌及合理的群體結(jié)構(gòu)是水稻高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的重要手段。本研究通過設(shè)置不同氮素水平對水稻群體結(jié)構(gòu)、葉面積指數(shù)、葉綠素、光合有效輻射利用等指標(biāo)進行研究，明確雜交秈稻Y兩優(yōu)886的合理群體結(jié)構(gòu)和施氮方式，為品種的高產(chǎn)栽培提供技術(shù)途徑和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年在河南省信陽市光山縣羅陳鄉(xiāng)進行，品種為兩系雜交水稻品種Y兩優(yōu)886，供試土壤為水稻土。土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況：全氮0．91 g/kg，速效磷14．4 mg/kg，速效鉀 12．88 mg/kg，有機質(zhì) 28．47 g/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)6個氮素水平（純N用量）：0 kg/hm2、150 kg/hm2、210 kg/hm2、300 kg/hm2、390 kg/hm2和 450 kg/hm2，分別記為 N0、N150、N210、N300、N390、N450。

氮肥運籌方式為：基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶2∶4，其中基肥在移栽前1 d施用，分蘗肥于移栽后7 d和14 d施用，穗肥于倒4葉、倒2葉時等量施用。N∶P2O5∶K2O（質(zhì)量比）=2∶1∶2，過磷酸鈣作基肥一次性施用，鉀肥 50%作基肥，50%于倒4葉時施用。4月19日采用機械軟盤育秧，5月19日移栽，秧齡31 d，葉齡4葉1心。機插秧，插秧規(guī)格 30．0 cm×16．5 cm；小區(qū)面積 3 m×5 m=15 m2，3次重復(fù)，小區(qū)隨機排列，管理方式同一般水稻大田。

表1 不同氮肥處理Y兩優(yōu)886的PAR截獲率、截獲量、干物質(zhì)凈積累量、轉(zhuǎn)化率和利用率

圖1 抽穗揚花期Y兩優(yōu)886的葉面積指數(shù)

1.3 測定指標(biāo)及方法

1．3．1 葉面積指數(shù)

運用比葉重法測定水稻葉面積指數(shù)。抽穗揚花期，調(diào)查各小區(qū)水稻平均分蘗數(shù)，每個小區(qū)取平均分蘗數(shù)代表樣3株，分無效葉、有效葉、高效葉3部分，用烘箱120℃殺青30 min，80℃烘干，稱重，計算水稻總?cè)~面積指數(shù)。

1．3．2 葉綠素 SPAD 值

抽穗揚花期前1 d開始測定SPAD值，每7 d測定1次。測定儀器為葉綠素儀SPAD－502，測定部位為劍葉中部，每株測定2次（避開葉脈），每個小區(qū)測定5叢。

1．3．3 冠層PAR透過率、截獲率、PAR轉(zhuǎn)化率和PAR利用率

水稻灌漿初期、灌漿中期、灌漿后期及成熟期，利用光量子有效測量儀（Apogee MQ－200）測定地上部30 cm、60 cm和頂部的光照強度，每個小區(qū)隨機選取5叢進行測定。30 cm處光照強度與頂部光照強度的比值為下層透光率，60 cm處光照強度與頂部光照強度的比值為中層透光率。計算方法：In=1－透光率，PCE=DMA/IPAR，PUE=In×PCE。PCE 為 PAR 轉(zhuǎn)化率（g/MJ）；PUE 為 PAR 利用率（g/MJ）；DMA 為某生育階段的干物質(zhì)凈積累量（g/m2）；IPAR為某生育階段的冠層PAR截獲量（MJ/m2）；In為冠層PAR截獲率。

1．3．4 產(chǎn)量

成熟期每個小區(qū)分別實收測產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 22．0和Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥處理對葉面積指數(shù)的影響

從圖1可以看出，抽穗揚花期葉面積指數(shù)隨著氮素水平的提高而提高。在6個氮肥處理中，N0的葉面積指數(shù)最低，N450的葉面積指數(shù)最高。N450處理的葉面積指數(shù)與N390處理相比差異不顯著，說明高氮水平下氮素對葉面積指數(shù)的影響減小。

2.2 氮肥處理對冠層PAR利用和轉(zhuǎn)化特性的影響

從表1可以看出，隨著氮肥用量的增加，灌漿初期－成熟期PAR截獲率、PAR截獲量、凈干物質(zhì)量、PAR轉(zhuǎn)化率和PAR利用率都表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，N0處理的各指標(biāo)都表現(xiàn)為最低，N390處理多數(shù)指標(biāo)達到最高值。與N390處理相比，N450處理的凈干物質(zhì)量、PAR轉(zhuǎn)化率和PAR利用率有下降的趨勢。

2.3 氮肥處理對抽穗揚花期-成熟期SPAD值的影響

從圖2可以看出，在水稻抽穗揚花期，隨著時間的推移，葉綠素SPAD值呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，花后28～35 d是葉綠素下降速度最快的階段?；ê? d葉綠素SPAD 值 N390≈N300≈N450﹥N210≈N150﹥N0，花后35 d葉綠素SPAD值表現(xiàn)為N450﹥N390﹥N300﹥N210﹥N150﹥N0。說明提高氮肥水平能延緩葉片葉綠素SPAD值的下降速率。

表2 PAR利用轉(zhuǎn)化、葉綠素、葉面積指數(shù)與產(chǎn)量間的相關(guān)系數(shù)

圖2 不同氮肥處理Y兩優(yōu)886花后不同時期的SPAD值變化

圖3 不同氮肥處理下Y兩優(yōu)886的產(chǎn)量

2.4 不同氮肥水平的水稻產(chǎn)量

從圖3可以看出，隨著氮素水平的不斷提高，Y兩優(yōu)886的產(chǎn)量呈先上升后下降的趨勢。N0處理的產(chǎn)量最低，N390 處理的產(chǎn)量最高，N150、N210、N300、N390、N450 的產(chǎn)量分別比 N0 提高了 1．41 t/hm2、2．15 t/hm2、2．65 t/hm2、3．45 t/hm2和 3．03 t/hm2。

2.5 不同氮肥處理下葉綠素、葉面積指數(shù)、PAR與產(chǎn)量的關(guān)系

從表2可以看出，產(chǎn)量與灌漿－成熟期PAR轉(zhuǎn)化率、利用率、干物質(zhì)凈積累量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與PAR截獲率顯著相關(guān)；產(chǎn)量與花后28 d和35 d的SPAD值呈極顯著正相關(guān)；產(chǎn)量與水稻抽穗揚花期葉面積指數(shù)呈極顯著正相關(guān)。各指標(biāo)中，產(chǎn)量與抽穗揚花期葉面積指數(shù)的相關(guān)性最高。

3 討論與結(jié)論

隨施氮量的增加，水稻籽粒產(chǎn)量會出現(xiàn)增加的趨勢。但是，過量施氮也會延緩植株的成熟，造成非結(jié)構(gòu)性碳水化合物貯存在莖稈中不轉(zhuǎn)運出去，導(dǎo)致水稻產(chǎn)量下降。因此，只有在適宜的范圍內(nèi)，增施氮肥才可以有效的增加水稻產(chǎn)量[11－13]。葉面積的大小和動態(tài)直接影響作物群體冠層光截獲量，通過科學(xué)施肥和合理密植塑造適宜的葉面積動態(tài)是作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)[14]。增加苗期施氮量和栽插密度可以顯著提高水稻冠層葉面積和光合勢，進而減少了生育前期漏光和反射光損失，從而提高冠層PAR截獲率；適當(dāng)增加中后期施氮量可延緩抽穗后水稻葉片的衰老，維持較大的光合勢，進而保持抽穗后較高的干物質(zhì)生產(chǎn)能力[5]。本試驗結(jié)果表明，隨著氮肥水平的提高，產(chǎn)量呈先上升后下降的趨勢，N0處理最低，N390處理最高；水稻抽穗揚花期的葉面積指數(shù)、PAR截獲率、PAR截獲量、干物質(zhì)凈積累量、灌漿－成熟期的PAR轉(zhuǎn)化率和PAR利用率隨著氮肥用量的增加不斷增加，N390處理達到最大值，然后N450處理的干物質(zhì)凈積累量、灌漿－成熟期的PAR轉(zhuǎn)化率和PAR利用率又出現(xiàn)降低的趨勢，這與前人的研究結(jié)果相符[13－14]。本研究發(fā)現(xiàn)，水稻揚花后葉綠素含量隨著時間的推移呈不斷下降的趨勢，且隨著氮肥處理水平的提高，葉綠素含量下降越緩慢，水稻葉片衰老越慢，這與李剛?cè)A等[15]的結(jié)果相符。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，花后0～35 d葉綠素SPAD值與水稻的產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，這與王旭等[3]的研究結(jié)果相符。說明適宜的施氮量能夠塑造合理的群體結(jié)構(gòu)，增加水稻的葉面積，改善水稻的群體光照，從而提高水稻產(chǎn)量。因此，純N用量為 390 kg/hm2、基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶2∶4 的處理是 Y兩優(yōu)886較合理的氮肥施用方式，可以獲得理想的群體冠層結(jié)構(gòu)，有利于高產(chǎn)高效。