徐一蘭，付愛斌，劉唐興，李益鋒，黃新杰，皮 俊

（湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長沙410127）

中國是世界上最大的氮肥生產(chǎn)國，中國的氮肥消費量占世界的30%，而這些氮肥的25%用于水稻生產(chǎn)［1］。氮肥的合理施用是水稻獲得高產(chǎn)的重要途徑之一，但在實際生產(chǎn)中由于農(nóng)民盲目認(rèn)為“高氮即高產(chǎn)”，造成氮肥嚴(yán)重浪費，氮肥通過農(nóng)田排水、地表徑流和硝化等方式進(jìn)入地表水體造成水體富營養(yǎng)化，給生態(tài)環(huán)境帶來極大危害［2～8］。

水稻生產(chǎn)過程中，水稻的生長發(fā)育和產(chǎn)量易受外界氣候、品種、種植制度、土壤、施肥等因素的影響，其中施氮量和移栽密度是影響水稻群體生物學(xué)特性及產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，合理的移栽密度和氮肥運籌可以協(xié)調(diào)群體與個體之間的關(guān)系，是水稻高產(chǎn)栽培的重要管理措施［9，10］。前人針對水稻高產(chǎn)栽培的移栽密度及移栽方式、氮肥施用［11，12］進(jìn)行了相應(yīng)的研究，建立了許多以施氮量和移栽密度為核心的高產(chǎn)技術(shù)模式。針對當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中存在的問題，為減少氮肥過度施用帶來的生態(tài)危害，能否將施氮量和水稻移栽密度相結(jié)合，既確保水稻高產(chǎn)，又能減少稻田氮肥施用量，針對這一問題前人提出了“增苗減氮”措施，并對“增苗減氮”條件下水稻病蟲害和產(chǎn)量等方面開展了部分研究［13～15］，但“增苗減氮”措施對雙季稻植株生物學(xué)特性和產(chǎn)量影響方面缺少系統(tǒng)的研究。因此，本研究針對“增苗減氮”措施條件下雙季稻植株生物學(xué)特性及產(chǎn)量變化特征進(jìn)行了研究，以明確雙季稻產(chǎn)量變化的物質(zhì)基礎(chǔ)，從而為雙季稻區(qū)水稻高產(chǎn)、資源高效和環(huán)境友好的稻作新模式篩選提供理論與技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

本研究在湖南省醴陵市均楚鎮(zhèn)（113°14′47″E，27°34′15″N）進(jìn)行，為典型的雙季稻主產(chǎn)區(qū)。試驗地屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年均氣溫16.0～18.0℃，年均降水量1200～1600 mm，≥10℃活動積溫5000～5800℃，無霜期260～310 d。試驗土壤為第四紀(jì)紅壤母質(zhì)發(fā)育的紅黃泥，試驗前耕層土壤（0～20 cm）基礎(chǔ)養(yǎng)分性狀為：有機(jī)質(zhì)58.4 g/kg，全氮3.48 g/kg，全磷 0.84 g/kg，全鉀 17.8 g/kg，堿解氮270.6 mg/kg，有效磷47.6 mg/kg，速效鉀88.5 mg/kg，pH值 5.21。

1.2 試驗設(shè)計及田間管理

針對早稻和晚稻氮肥施用量、移栽密度，設(shè)4個施肥和移栽密度處理：早稻季：（1）N 120.0 kg/hm2+拋栽密度 33.0萬蔸/hm2（E1M1）；（2）N 150.0 kg/hm2+拋栽密度 30.0萬蔸/hm2（E2M2）；（3）N 180.0 kg/hm2+拋栽密度27.0萬蔸/hm2（E3M3）；（4）N 210.0 kg/hm2+拋栽密度 24.0萬蔸/hm2（E4M4）。晚稻季：（1）N 150.0 kg/hm2+拋栽密度33.0萬蔸/hm2（L1M1）；（2）N 180.0 kg/hm2+拋栽密度30.0萬蔸/hm2（L2M2）；（3）N 210.0 kg/hm2+拋栽密度27.0萬蔸/hm2（L3M3）；（4）N 240.0 kg/hm2+拋栽密度24.0萬蔸/hm2（L4M4）。每個處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)之間起壟覆膜隔開，單灌單排。早稻各處理磷鉀肥用量為P2O575.0 kg/hm2和K2O 90.0 kg/hm2，晚稻各處理磷鉀肥用量為P2O560.0 kg/hm2和 K2O 120.0 kg/hm2；早稻和晚稻各處理的N和K2O作基肥和追肥2次施入，基肥在耕地時施入，追肥在移栽后7 d施用，基、追肥比例均為7∶3；P2O5均在耕地時作基肥一次性施入。采用前期淹水、中期烤田和后期干濕交替的水分管理模式；其他管理措施同常規(guī)大田生產(chǎn)。

早稻供試品種為‘株兩優(yōu)211’，于2017年3月27日播種育苗，4月25日大田耕地和施基肥、4月26日移栽，7月14日收獲。早稻收獲后，于同一試驗田開展晚稻試驗。晚稻供試品種為‘豐源優(yōu)299’，6月20日播種育苗，7月15日大田耕地和施基肥、7月16日移栽，10月22日收獲。

1.3 樣品采集與測定

（1）水稻分蘗動態(tài)。水稻移栽后，每小區(qū)定位選擇5穴，每隔6～8 d觀察記載單穴分蘗消長動態(tài)。

（2）水稻植株葉面積指數(shù)。分別在早稻和晚稻的苗期（移栽后10 d）、分蘗盛期、孕穗期、齊穗期和成熟期，每一小區(qū)隨機(jī)選擇5蔸水稻植株，用美國CID公司生產(chǎn)的CI-203便攜式激光葉面積儀測定單株葉面積，計算葉面積指數(shù)（Leaf area index，LAI）。

（3）干物質(zhì)積累量。每次取樣時，根據(jù)拋栽密度的不同，均以每穴植株為中心，選擇適宜的直徑范圍進(jìn)行取樣，保證所取植株根系的完整性。將根系先用清水沖洗干凈，注意避免丟失根量，用濾紙吸干附著水，然后將植株按根、莖、葉和穗部位裝袋，于105℃殺青30 min，80℃烘至恒重，測定各部位的干物質(zhì)量。

（4）產(chǎn)量與產(chǎn)量性狀。分別于早稻和晚稻成熟期，從每個小區(qū)選擇長勢均勻的水稻1個點（面積為1 m2），考察單位面積內(nèi)的有效穗數(shù)；從每小區(qū)中隨機(jī)選取5穴進(jìn)行考種，測定水稻植株的每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重等指標(biāo)，計算其平均值；同時，測定各小區(qū)的水稻實際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有數(shù)據(jù)均用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行處理，采用 DPS 3.11（Data Processing System for Practical Statistics）軟件進(jìn)行不同處理間各測定指標(biāo)的方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 分蘗動態(tài)

圖1表明，早稻的生長進(jìn)程中，從分蘗始期至最高分蘗期，早稻各處理植株的分蘗數(shù)不斷增加，其大小順序均表現(xiàn)為 E1M1＞E2M2＞E3M3＞E4M4。E1M1和E2M2處理的分蘗數(shù)在5月28日達(dá)到峰值，E3M3和E4M4處理的分蘗數(shù)在5月22日達(dá)到峰值，移栽密度高的處理水稻植株分蘗高峰比移栽密度低的處理推遲了分蘗高峰出現(xiàn)日期。此后，分蘗數(shù)均呈現(xiàn)不同程度的下降，其中E1M1和E2M2處理下降幅度較大，E3M3和E4M4下降平穩(wěn)。

各處理晚稻植株的分蘗動態(tài)變化與早稻相似。分蘗始期至最高分蘗期，晚稻各處理植株的分蘗數(shù)不斷增加，其大小順序均表現(xiàn)為L1M1＞L2M2＞L3M3＞L4M4。L1M1和L2M2處理的分蘗數(shù)在8月21日達(dá)到峰值，L3M3和L4M4處理的分蘗數(shù)在8月14日達(dá)到峰值，移栽密度高的處理水稻植株分蘗高峰比移栽密度低的處理推遲了分蘗高峰出現(xiàn)日期。此后，分蘗數(shù)均呈現(xiàn)不同程度的下降，其中L1M1和L2M2處理下降幅度較大，L3M3和L4M4下降平穩(wěn)。早稻和晚稻生育期，各處理植株分蘗數(shù)均表現(xiàn)為隨著移栽密度的增加而增加。

圖1 增苗減氮措施條件下水稻植株的分蘗動態(tài)變化Fig.1 Dynam ic change of tiller numbers of rice under different seed ling-increase and nitrogen-reduction measures

2.2 葉面積指數(shù)

各處理早稻葉面積指數(shù)（LAI）變化規(guī)律如圖2中所示。各處理水稻LAI均隨著生育期的推進(jìn)不斷增加，在齊穗期達(dá)最大值；E1M1、E2M2、E3M3和E4M4處理水稻LAI分別為3.12、2.80、2.70和2.57。早稻的苗期至齊穗期，各處理水稻LAI大小順序均表現(xiàn)為E1M1＞E2M2＞E3M3＞E4M4；成熟期，其大小順序表現(xiàn)為E2M2＞E3M3＞E1M1＞E4M4。

各處理晚稻LAI均在孕穗期達(dá)到高峰，其葉面積指數(shù)分別為4.86、4.58、4.21和3.93。苗期至孕穗期，各處理水稻LAI大小順序均表現(xiàn)為L1M1＞L2M2＞L3M3＞L4M4，L1M1處理水稻LAI均顯著高于L4M4處理（p＜0.05）；齊穗期和成熟期，L1M1和L2M2處理水稻LAI均顯著高于L3M3和L4M4處理（p＜0.05），其大小順序表現(xiàn)為L2M2＞L1M1＞L3M3＞L4M4。

圖2 增苗減氮措施條件下水稻植株葉面積指數(shù)的動態(tài)變化Fig.2 Dynam ic change of leaf area index of rice under different seed ling-increase and nitrogen-reduction measures

2.3 干物質(zhì)積累特性

2.3.1 早稻干物質(zhì)積累特性

不同增苗減氮措施條件下，早稻植株各部位干物質(zhì)積累變化特性如表1所示。早稻分蘗期至成熟期，E4M4和E3M3處理水稻植株的根系干重均高于E1M1處理，與 E1M1處理均達(dá)顯著性差異（p＜0.05）；各處理水稻植株的根系干重大小順序均表現(xiàn)為E4M4＞E3M3＞E2M2＞E1M1。各處理水稻植株的莖、葉干重大小順序均表現(xiàn)為E4M4＞E3M3＞E2M2＞E1M1，E4M4處理水稻植株的莖、葉干重均顯著高于E1M1處理（p＜0.05）。齊穗期，E4M4處理的穗干重為最高，均顯著高于其他處理（p＜0.05）；成熟期，各處理間穗干重均無顯著性差異。

表1 各處理早稻單穴干物質(zhì)積累動態(tài)（g/穴）Table 1 Dynam ics of biomass accumulation per hill of early rice under different treatments

2.3.2 晚稻干物質(zhì)積累特性

各處理對晚稻植株各部位干物質(zhì)積累的影響如表2所示。晚稻分蘗期至成熟期，L4M4和L3M3處理水稻植株的根系干重均高于L1M1處理，與L1M1處理均達(dá)顯著性差異（p＜0.05）；各處理水稻植株的根系干重大小順序均表現(xiàn)為L4M4＞L3M3＞L2M2＞L1M1。各處理水稻植株的莖、葉干重大小順序均表現(xiàn)為 L4M4＞L3M3＞L2M2＞L1M1，L4M4處理水稻植株的莖、葉干重均顯著高于L1M1處理（p＜0.05）。齊穗期和成熟期，均以L4M4處理的穗干重為最高，均顯著高于L1M1處理（p＜0.05）；其大小順序均表現(xiàn)為L4M4＞L3M3＞L2M2＞L1M1。

表2 各處理晚稻單穴干物質(zhì)積累動態(tài)（g/穴）Table 2 Dynam ics of biomass accumulation per hill of late rice under different treatments

2.4 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

各處理早稻產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量結(jié)果列于表3。各處理間早稻的有效穗數(shù)均無顯著性差異，以E1M1處理最高，分別比E2M2、E3M3、E4M4處理增加16.0萬、22.3萬和34.5萬/hm2；E3M3和 E4M4處理的每穗總粒數(shù)較高，均顯著高于E1M1處理（p＜0.05），分別比E1M1處理增加8.2和9.8粒/穗；各處理間植株的結(jié)實率和千粒重均無顯著性差異；各處理間的早稻產(chǎn)量均無顯著性差異，E1M1、E2M2、E3M3和 E4M4處理的早稻產(chǎn)量分別為6019.5、6237.0、6064.5和 5815.5 kg/hm2。

表3 各處理早稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素Table 3 Dynam ic change of yield and yield components of early rice under different seed ling-increase and nitrogen-reduction measures

各處理晚稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素如表4所示。各處理間晚稻的有效穗數(shù)均無顯著性差異，以L1M1處理最高，分別比L2M2、L3M3、L4M4處理增加2.9萬、10.4萬和20.6萬/hm2；各處理間的每穗總粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重均無顯著性差異，其中以L4M4處理的每穗總粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重最高；各處理間植株的晚稻產(chǎn)量均無顯著性差異，L1M1、L2M2、L3M3和 L4M4處理的晚稻產(chǎn)量分別為6658.5、6760.5、6408.0和 6192.0 kg/hm2。

表4 各處理晚稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素Table 4 Dynam ic change of yield and yield com ponents of late rice under different seedling-increase and nitrogen-reduction measures

各處理周年水稻產(chǎn)量均無顯著性差異，其中以E2M2+L2M2處理最高，達(dá)12 997.5 kg/hm2，其次是E1M1+L1M1和E3M3+L3M3處理，其產(chǎn)量分別為12 678.0和12 472.5 kg/hm2，E4M4+L4M4處理周年產(chǎn)量最低，為12 007.5 kg/hm2。

3 討論

3.1 氮肥和移栽密度對水稻干物質(zhì)生產(chǎn)、分配的影響

氮肥和移栽密度對水稻的影響主要在于群體內(nèi)部相互競爭環(huán)境資源，施氮量、密度太高或太低均加劇了群體和個體間的矛盾，限制了個體和群體生長優(yōu)勢的發(fā)揮［16，17］。干物質(zhì)積累、作物生長率、葉面積指數(shù)、葉面積衰減率和光合勢等均是評價水稻群體質(zhì)量的主要指標(biāo)。前人關(guān)于氮肥、移栽密度對水稻群體質(zhì)量的影響進(jìn)行了大量研究。孫永健等認(rèn)為強(qiáng)化栽培下氮肥水平和栽插密度對葉片著生狀態(tài)及群體透光率的影響存在一定的互作效應(yīng)［18］。武彪等認(rèn)為，隨著施氮量的增加，水稻的最高分蘗數(shù)、葉面積指數(shù)、有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、總穎花量、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量均呈增加的變化趨勢；隨著移栽密度的降低，穗前干物質(zhì)積累量、總干物質(zhì)積累量、莖鞘物質(zhì)輸出率與轉(zhuǎn)換率和產(chǎn)量均呈增加的趨勢［19］。本研究結(jié)果表明，從葉面積和干物質(zhì)生產(chǎn)的角度分析，增苗減氮措施下，水稻成熟期各處理的根、莖、葉、穗干物質(zhì)量均隨著移栽密度的減少、氮肥施用量的增加而增加，這表明合理增加每穴苗數(shù)、減少氮肥施用量能獲得較高的LAI，提高水稻有效光合面積，繼而大大地改善群體質(zhì)量，有利于增加植株干物質(zhì)的積累［20］。在本研究中，增苗減氮栽培措施是以構(gòu)建大群體為主攻目標(biāo)，以大群體來彌補(bǔ)因個體小而造成的產(chǎn)量損失。與常規(guī)栽培相比，適當(dāng)?shù)卦黾踊久鐢?shù)能增加減氮組合的群體分蘗數(shù)、LAI以及生物產(chǎn)量，從而確保了水稻足夠的群體大?。煌瑫r，合理的減氮措施能增加移栽密度條件下水稻植株的最高分蘗數(shù)，提高了成穗率，優(yōu)化了群體結(jié)構(gòu)；但是增苗減氮的幅度也不能過大，水稻移栽后高產(chǎn)群體的各項指標(biāo)均應(yīng)在適中范圍內(nèi)，太高或太低均不利于獲得水稻高產(chǎn)。

3.2 氮肥和移栽密度對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

施氮量和移栽密度作為水稻高產(chǎn)栽培的關(guān)鍵調(diào)控技術(shù)，是水稻生產(chǎn)中不可忽視的因素，合理密植及氮肥科學(xué)運籌是保障水稻高產(chǎn)的重要手段［21，22］。趙榮德認(rèn)為高氮肥、低密度有利于超高產(chǎn)雜交早稻獲得高產(chǎn)［23］；蔣梅巧等認(rèn)為在適量氮肥和適量密度互作下有利于超級雜交稻‘Y兩優(yōu)2號’獲得高產(chǎn)［24］。但前人均是在常規(guī)施氮或者高氮肥的基礎(chǔ)上開展氮肥、密度互作研究，節(jié)氮條件下高產(chǎn)群體的種植密度應(yīng)該處于何種水平尚不清楚。本研究結(jié)果表明，通過適當(dāng)增加拋栽密度，增加基本苗、減少氮肥施用量，能夠很好地彌補(bǔ)減少氮肥用量所帶來的產(chǎn)量損失，水稻產(chǎn)量與常規(guī)施肥無明顯差異，這說明在該種措施下能協(xié)調(diào)好水稻植株的個體與群體間的關(guān)系，水稻植株具有較高的葉面積指數(shù)和光合面積，為水稻后期干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的提高奠定生理基礎(chǔ)，且促進(jìn)了地上部光合作用積累的干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運，具有良好的源與庫關(guān)系，這與蔡燦然等人［14］和李超等人［15］的研究結(jié)果相一致。因此，在增苗減氮條件下，早稻采取施氮量150.0 kg/hm2、拋栽密度30.0萬蔸/hm2，晚稻采取施氮量180.0 kg/hm2、拋栽密度30.0萬蔸/hm2的條件下均有利于獲得較高的早稻、晚稻及周年水稻產(chǎn)量。

群體與個體間的矛盾是影響水稻產(chǎn)量的重要問題，而氮肥和密度合理搭配是協(xié)調(diào)群體和個體之間矛盾的關(guān)鍵措施［25］。在實際生產(chǎn)中，農(nóng)民習(xí)慣采用增加氮肥來促進(jìn)水稻分蘗、增加群體，但氮肥利用率低；增加水稻移栽密度也是提高群體、增加產(chǎn)量的重要途徑，但前人研究表明高氮肥、高密度并不能提高水稻產(chǎn)量，反而會造成減產(chǎn)及氮肥的嚴(yán)重浪費［26，27］。本研究結(jié)果表明，在雙季稻生產(chǎn)過程中，可以在節(jié)氮條件下，增加水稻移栽密度，以提高基本苗數(shù)，通過增加基本苗數(shù)彌補(bǔ)節(jié)氮所帶來的產(chǎn)量損失，在節(jié)氮條件下增加移栽密度與常規(guī)栽培水稻產(chǎn)量無明顯差異，證明增苗減氮是一種有效的栽培技術(shù)。

4 小結(jié)

早稻和晚稻各生育期，各處理水稻植株表現(xiàn)為分蘗數(shù)隨著移栽密度的增加而增加。早稻和晚稻的苗期至孕穗期，各處理植株葉面積指數(shù)大小順序分別表現(xiàn)為E1M1＞E2M2＞E3M3＞E4M4和L1M1＞L2M2＞L3M3＞L4M4；成熟期，分別以 E2M2和L2M2處理為最大。早稻和晚稻植株的根、莖、葉、穗干物質(zhì)重量均隨著移栽密度減少、氮肥施用量增加而增加。早稻、晚稻及雙季水稻總產(chǎn)量分別以E2M2、L2M2以及E2M2+L2M2處理為最高，即早稻采取施氮量150.0 kg/hm2、拋栽密度30.0萬蔸/hm2，晚稻采取施氮量180.0 kg/hm2、拋栽密度30.0萬蔸/hm2條件下，有利于獲得較高的水稻產(chǎn)量。因此，本研究結(jié)果認(rèn)為，在適當(dāng)減少氮肥投入、增加水稻拋栽密度條件下，可充分發(fā)揮水稻增加密度的增產(chǎn)作用，并達(dá)到減緩氮肥過量施用所帶來的環(huán)境污染的目的。