吳培 陳天曄 袁嘉琦 黃恒 邢志鵬 胡雅杰,* 朱明 李德劍 劉國林 張洪程,*

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施氮量和直播密度互作對(duì)水稻產(chǎn)量形成特征的影響

吳培1陳天曄1袁嘉琦1黃恒1邢志鵬1胡雅杰1,*朱明1李德劍2劉國林2張洪程1,*

(1揚(yáng)州大學(xué) 江蘇省作物遺傳生理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 揚(yáng)州 225009；2江蘇省興化市農(nóng)業(yè)局，江蘇 興化 225700；*通訊聯(lián)系人, E-mail：huyajie@yzu.edu.cn; hczhang@yzu.edu.cn)

【目的】旨在闡明施氮量和直播密度互作對(duì)水稻產(chǎn)量形成特征的影響?！痉椒ā恳詢?yōu)質(zhì)食味粳稻南粳9108為試驗(yàn)材料，設(shè)置4個(gè)施氮量處理，即N1(0 kg/hm2)、N2(150 kg/hm2)、N3(225 kg/hm2)、N4(300 kg/hm2)，5個(gè)直播密度處理，即D1(90×104/hm2)、D2(180×104/hm2)、D3(270×104/hm2)、D4(360×104/hm2)、D5(450×104/hm2)?！窘Y(jié)果】隨施氮量增加，機(jī)直播稻產(chǎn)量增加。在N1、N2和N3施氮量下，機(jī)直播稻產(chǎn)量隨直播密度增加先增后降，分別在D4、D3和D2密度下獲得最高產(chǎn)量，其最高產(chǎn)量分別為6.74、7.78和8.93 t/hm2；在N4施氮量下，水稻產(chǎn)量隨直播密度增加而降低，在D1密度下獲得最高產(chǎn)量，為9.55 t/hm2。不同施氮量下采用適宜直播密度可以提高水稻產(chǎn)量，其中N4施氮量配套D1直播密度機(jī)直播稻產(chǎn)量最高，其有效穗數(shù)適宜，穗型較大，生育中后期LAI較大、光合勢(shì)高，生育后期群體生長(zhǎng)率、凈同化率和干物質(zhì)積累量等指標(biāo)均較優(yōu)?！窘Y(jié)論】機(jī)直播稻在300 kg/hm2的高氮水平下易取得高產(chǎn)，配套適宜直播密度可進(jìn)一步提高水稻產(chǎn)量，但從稻田綠色生產(chǎn)和節(jié)本增效角度考慮，機(jī)直播稻適當(dāng)降低施氮量至225 kg/hm2，配套180×104/hm2直播密度仍可獲得9 t/hm2左右的產(chǎn)量，也值得推廣。

水稻；機(jī)械直播；施氮量；直播密度；產(chǎn)量；光合物質(zhì)生產(chǎn)

水稻是我國重要的口糧作物之一，其穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)對(duì)保障我國糧食安全至關(guān)重要[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量農(nóng)村優(yōu)質(zhì)勞動(dòng)力向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，機(jī)械化、輕簡(jiǎn)化的水稻種植方式深受農(nóng)民青睞。目前，我國主要的水稻機(jī)械化種植方式包括機(jī)械移栽和機(jī)械直播兩種。與機(jī)械移栽相比，機(jī)械直播省去育秧、栽插等繁瑣環(huán)節(jié)，作業(yè)速度快、成本低、標(biāo)準(zhǔn)化程度高，便于規(guī)?；a(chǎn)，因其省工節(jié)本優(yōu)勢(shì)顯著在我國不同稻區(qū)迅速發(fā)展[2-8]。氮肥用量和種植密度是影響水稻產(chǎn)量形成和高效群體質(zhì)量構(gòu)成的重要栽培調(diào)控措施[9-11]，就目前生產(chǎn)來看，稻農(nóng)多采用撒直播、高肥高播量的生產(chǎn)方式，直播稻群體結(jié)構(gòu)差、病蟲害和倒伏易發(fā)，導(dǎo)致產(chǎn)量減少，既不利于糧食安全又增加了生產(chǎn)成本[12]。同時(shí)，過高的氮肥投入，氮肥流失多、利用效率低，不僅造成了浪費(fèi)還加劇了農(nóng)業(yè)面源污染，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[9]。因此，如何優(yōu)化創(chuàng)新直播稻栽培技術(shù)模式亟待科學(xué)地開展相關(guān)研究。前人大多在人工撒播條件下從品種、播期、密度、肥料、水漿管理等單因素進(jìn)行直播稻栽培技術(shù)相關(guān)研究[13-17]，而在機(jī)械化輕簡(jiǎn)化栽培越來越受到關(guān)注的新形勢(shì)下，如何通過密肥調(diào)控實(shí)現(xiàn)直播稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的研究相對(duì)較少，特別是近年來優(yōu)質(zhì)食味水稻推廣面積不斷擴(kuò)大，機(jī)直播條件下優(yōu)質(zhì)食味水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)形成的最佳氮密配套措施及其產(chǎn)量形成和光合物質(zhì)生產(chǎn)特征如何，更缺乏系統(tǒng)的比較研究。因此，本研究立足長(zhǎng)江中下游地區(qū)，以大面積推廣的優(yōu)質(zhì)食味粳稻品種南粳9108為材料，探討施氮量和直播密度互作對(duì)水稻產(chǎn)量形成特征的影響，明確機(jī)直播稻在各施氮量水平下的最佳直播密度及其產(chǎn)量形成規(guī)律，以期為直播稻大面積穩(wěn)產(chǎn)節(jié)本增效綠色生產(chǎn)提供理論支撐和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及供試材料

試驗(yàn)于2016和2017年在揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院校外試驗(yàn)基地江蘇省興化市釣魚鎮(zhèn)進(jìn)行。該地位于江淮之間的江蘇里下河地區(qū)，屬北亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，年平均溫度15℃，年日照時(shí)數(shù)2305.6 h，年降水量1024.8 mm，無霜期227 d。土壤地力中等，為勤泥土，質(zhì)地黏性。0－20 cm土層含有機(jī)質(zhì)26.7 g/kg，全氮1.87 g/kg，速效磷13.4 mg/kg，速效鉀150.6 mg/kg。試驗(yàn)地前茬為小麥，產(chǎn)量6.58 t/hm2。

供試材料為優(yōu)質(zhì)食味粳稻南粳9108，由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以施氮量為主區(qū)，直播密度為裂區(qū)，設(shè)置4個(gè)施氮量處理，施氮量以純氮計(jì)，分別為0 kg/hm2(N1)、150 kg/hm2(N2)、225 kg/hm2(N3)、300 kg/hm2(N4)；在各施氮量下設(shè)置5個(gè)直播密度處理，目標(biāo)基本苗分別為90×104/hm2(D1)、180×104/hm2(D2)、270×104/hm2(D3)、360×104/hm2(D4)、450×104/hm2(D5)，重復(fù)3次，共60個(gè)小區(qū)，各小區(qū)面積為30 m2。主區(qū)間筑埂隔離，覆膜包埂，保證單獨(dú)排灌。根據(jù)當(dāng)?shù)負(fù)Q茬時(shí)間和水稻及時(shí)搶播搶種的要求，安排水稻適宜播種期，于6月12日人工模擬機(jī)械條播，行距25 cm，播后2葉1心進(jìn)行小區(qū)間苗。氮肥用尿素于翻耕前、分蘗始期、倒4葉和倒2葉施用，基肥∶分蘗肥∶促花肥∶保花肥=4∶3∶1.5∶1.5。各小區(qū)磷鉀肥統(tǒng)一用量，磷肥(以P2O5計(jì))120 kg/hm2全作基肥，鉀肥(以K2O計(jì))240 kg/hm2分基肥、促花肥等量施用。水分和病蟲草害管理按當(dāng)?shù)厮敬竺娣e生產(chǎn)的高產(chǎn)栽培要求統(tǒng)一實(shí)施。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 莖蘗數(shù)

每小區(qū)選取3個(gè)觀察點(diǎn)，每點(diǎn)確定2 m距離，分別于拔節(jié)期、抽穗期、成熟期記錄莖蘗數(shù)。

1.3.2 干物質(zhì)和葉面積

分別于上述時(shí)期，按照調(diào)查的平均莖蘗數(shù)各小區(qū)采用五點(diǎn)取樣，隨機(jī)取10株代表性樣本，分解為莖鞘、葉和穗(抽穗以后)，將各器官在105℃下殺青30 min，75℃下烘干至恒重后測(cè)定干物質(zhì)質(zhì)量；用比葉重法測(cè)定葉面積。

1.3.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

在收獲前各小區(qū)選取3個(gè)觀察點(diǎn)，連續(xù)調(diào)查5行，每行2 m，計(jì)算每公頃有效穗數(shù)；各小區(qū)按平均穗數(shù)取1 m2裝進(jìn)塑料窗紗口袋內(nèi)，風(fēng)干后，脫粒、去雜質(zhì)(不去空癟粒)，調(diào)查每穗穎花數(shù)和結(jié)實(shí)率；以1000粒實(shí)粒樣本(干種子)稱重，重復(fù)3次(誤差不超過0.05 g)，求千粒重。成熟期各小區(qū)連續(xù)選割5行(除去邊行)，每行5 m，測(cè)定籽粒含水量，去除雜質(zhì)，以14.5%含水量折算實(shí)產(chǎn)。

表1 氮密互作對(duì)機(jī)直播稻生育進(jìn)程的影響

N1, 0 kg/hm2; N2, 150 kg/hm2; N3, 225 kg/hm2; N4, 300 kg/hm2. D1, 90×104/hm2; D2, 180×104/hm2; D3, 270×104/hm2; D4, 360×104/hm2; D5, 450×104/hm2.

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析

莖蘗成穗率(%)=有效穗數(shù)/拔節(jié)期莖蘗數(shù)×100；

結(jié)實(shí)期葉面積衰減率(LAI/d)=|2?1| /(2?1)。式中，1和2為抽穗期和成熟期兩次測(cè)定的葉面積指數(shù)，1和2為前后兩次測(cè)定的時(shí)間；

光合勢(shì)(m2·d/m2)=(1+2)×(2?1)/2。式中，1和2為前后兩次測(cè)定的葉面積，1和2為前后兩次測(cè)定的時(shí)間；

群體生長(zhǎng)率[g/(m2·d)]＝(2?1)/(2?1)。式中，1和2為前后兩次測(cè)定的干物質(zhì)量，1和2為前后兩次測(cè)定的時(shí)間；

凈同化率[g/(m2·d)]=[(ln2?ln1)/(2?1)]×(2?1)/(2?1)。式中，1和2為前后兩次測(cè)定的干物質(zhì)量，1和2為前后兩次測(cè)定的時(shí)間，1和2為前后兩次測(cè)定的葉面積指數(shù)；

由于兩年數(shù)據(jù)基本一致，故以2017年數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入和整理，運(yùn)用DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生育進(jìn)程

機(jī)直播水稻各處理統(tǒng)一于6月12日播種(表1)，不同密度處理對(duì)生育進(jìn)程影響無明顯差異，隨氮肥施用量增加，水稻播種至拔節(jié)期生育進(jìn)程無明顯差異，抽穗期和成熟期相應(yīng)延遲，在N4施氮量下表現(xiàn)出貪青遲熟現(xiàn)象。N2、N3、N4各施氮處理總生育期較N1(無氮處理)延長(zhǎng)2~9 d。

2.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表2可知，施氮量和直播密度及二者互作效應(yīng)均對(duì)機(jī)直播稻產(chǎn)量影響達(dá)極顯著水平。隨施氮量增加，機(jī)直播稻產(chǎn)量增加，N2、N3、N4平均產(chǎn)量分別較N1增加17.92%、31.84%、39.20%。N1、N2、N3施氮量下，機(jī)直播稻產(chǎn)量隨直播密度增加呈先增后降趨勢(shì)，各施氮量下最高產(chǎn)量為6.74 t/hm2、7.78 t/hm2、8.93 t/hm2，分別在D4、D3、D2直播密度獲得；N4施氮量下，產(chǎn)量隨直播密度增加而降低，最高產(chǎn)量為9.55 t/hm2，在D1直播密度獲得。隨著施氮量增加達(dá)到最高產(chǎn)的直播密度降低，各施氮量下最高產(chǎn)量的排序?yàn)镹1D4

進(jìn)一步分析施氮量和直播密度互作對(duì)機(jī)直播稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響。方差分析表明(表2)，施氮量和直播密度對(duì)有效穗數(shù)影響達(dá)極顯著水平，二者互作效應(yīng)對(duì)有效穗數(shù)影響不顯著；施氮量和直播密度及二者互作效應(yīng)對(duì)每穗穎花數(shù)和群體穎花量影響達(dá)極顯著水平；施氮量和直播密度及二者互作效應(yīng)對(duì)結(jié)實(shí)率、千粒重影響不顯著。隨施氮量增加，機(jī)直播稻有效穗數(shù)和每穗穎花數(shù)顯著增加，結(jié)實(shí)率和千粒重略有降低。與N1相比，N2、N3、N4平均穗數(shù)分別增加11.31%、16.57%、20.38%，平均每穗穎花數(shù)分別增加10.14%、20.07%、23.94%。隨直播密度增加，機(jī)直播稻穗數(shù)增加，每穗穎花數(shù)降低，結(jié)實(shí)率和千粒重?zé)o明顯差異。以N4為例，與D1處理相比，D2、D3、D4、D5處理穗數(shù)分別增加7.27%、11.16%、13.40%、14.96%，每穗穎花數(shù)分別下降9.76%、17.99%、24.91%、30.11%。相關(guān)分析表明(表3)，穗數(shù)與每穗穎花數(shù)呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，產(chǎn)量與群體穎花量呈極顯著正相關(guān)。有效穗數(shù)和每穗穎花數(shù)是群體穎花量的構(gòu)成因子，通徑分析表明(表3)，N1、N2施氮量下有效穗數(shù)對(duì)群體穎花量的貢獻(xiàn)量較大，N3、N4施氮量下每穗穎花數(shù)對(duì)群體穎花量的貢獻(xiàn)量較大。在不同的施氮量下，合理的直播密度可以協(xié)調(diào)有效穗數(shù)和每穗穎花數(shù)，從而獲得較高的群體穎花量，有利于水稻高產(chǎn)。.

表2 氮密互作對(duì)機(jī)直播稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

小寫字母表示差異達(dá)5%顯著水平；N－施氮量，D－直播密度，ns表示不顯著，*和**分別表示差異達(dá)到5%和1%顯著水平。下同。

Values within a column followed by different small letters are significantly different at 5% probability levels; N, Nitrogen application rate; D, Sowing density; ns indicates no significant difference; * and ** mean significant difference at the 5% and 1% levels, respectively. The same as follows．

表3 產(chǎn)量與其構(gòu)成因素之間的相關(guān)系數(shù)及直接通徑系數(shù)

*和**分別表示在5%和1%水平上顯著相關(guān)。

* and ** significantly correlated at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

表4 氮密互作對(duì)機(jī)直播稻莖蘗數(shù)和成穗率的影響

2.3 莖蘗數(shù)和成穗率

由表4可知，施氮量和直播密度對(duì)機(jī)直播稻各關(guān)鍵生育時(shí)期群體莖蘗數(shù)和最終莖蘗成穗率影響達(dá)顯著或極顯著水平，二者互作效應(yīng)無顯著影響。隨施氮量增加，機(jī)直播稻拔節(jié)期、抽穗期、成熟期群體莖蘗數(shù)均呈增加趨勢(shì)且增幅逐漸減?。浑S直播密度增加，各關(guān)鍵時(shí)期莖蘗數(shù)顯著上升，隨生育進(jìn)程增幅有減小趨勢(shì)。莖蘗成穗率方面，隨氮肥施用量增加機(jī)直播稻莖蘗成穗率先增后降，且都在N2水平下達(dá)最高；隨直播密度增加機(jī)直播稻莖蘗成穗率呈下降趨勢(shì)。說明在一定范圍內(nèi)增加施氮量可以增加水稻莖蘗成穗率，而后隨施氮量增加水稻莖蘗成穗率又會(huì)下降；增加直播密度加強(qiáng)了水稻群體內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)從而使其莖蘗成穗率降低。

2.4 葉面積指數(shù)及結(jié)實(shí)期葉面積衰減率

由表5可知，施氮量和直播密度對(duì)機(jī)直播稻各關(guān)鍵生育時(shí)期葉面積指數(shù)和結(jié)實(shí)期葉面積衰減率影響達(dá)極顯著水平，二者互作效應(yīng)對(duì)水稻抽穗期和成熟期葉面積指數(shù)影響達(dá)極顯著水平，對(duì)拔節(jié)期葉面積指數(shù)和結(jié)實(shí)期葉面積衰減率無顯著影響。隨施氮量增加，機(jī)直播稻拔節(jié)期、抽穗期、成熟期LAI均增加且增幅有減小趨勢(shì)。拔節(jié)期機(jī)直播稻LAI隨直播密度增加顯著增加，抽穗期、成熟期LAI在N1、N2、N3施氮量下隨直播密度增加先增后降，在N4施氮量下呈下降趨勢(shì)，分別在D4、D3、D2、D1直播密度下達(dá)到最大值且N1D4

表5 氮密互作對(duì)機(jī)直播稻葉面積指數(shù)及結(jié)實(shí)期葉面積衰減率的影響

2.5 光合勢(shì)

由表6可知，施氮量和直播密度對(duì)機(jī)直播稻各生育階段光合勢(shì)影響達(dá)極顯著水平，二者互作效應(yīng)對(duì)水稻拔節(jié)至抽穗和抽穗至成熟階段光合勢(shì)影響達(dá)極顯著水平，對(duì)播種至拔節(jié)階段光合勢(shì)無顯著影響。隨施氮量增加，機(jī)直播稻各生育階段光合勢(shì)均呈增加趨勢(shì)，以抽穗至成熟階段為例，N2、N3、N4處理平均光合勢(shì)分別較N1處理高52.48%、8.39%、13.49%。播種至拔節(jié)期，由于直播密度不同導(dǎo)致群體起點(diǎn)差異，機(jī)直播稻光合勢(shì)表現(xiàn)為隨直播密度增加而增加的趨勢(shì)，各直播密度處理間差異顯著。拔節(jié)至抽穗期，N1、N2施氮量下光合勢(shì)隨直播密度增加而增加，N3、N4施氮量下不同直播密度處理光合勢(shì)差異較小。抽穗至成熟期光合勢(shì)在不同施氮量下差異較大，N1、N2、N3施氮量下光合勢(shì)隨直播密度增加先增后降，N4施氮量下隨密度增加光合勢(shì)降低，分別在D4、D3、D2、D1處理下達(dá)最大值，且N1D4

表6 氮密互作對(duì)機(jī)直播稻光合勢(shì)的影響

2.6 干物質(zhì)積累

由表7可知，施氮量和直播密度以及二者互作效應(yīng)對(duì)機(jī)直播稻各關(guān)鍵生育時(shí)期干物質(zhì)積累量影響達(dá)顯著或極顯著水平。增加施氮量可以顯著增加機(jī)直播稻干物質(zhì)量。拔節(jié)期由于群體起點(diǎn)差異，干物重呈現(xiàn)隨直播密度增加顯著增加的質(zhì)量勢(shì)。隨著水稻群體的生長(zhǎng)，抽穗期干物質(zhì)量差異在直播密度間有所縮小。成熟期不同施氮量處理下差異較大，N1、N2、N3施氮量下機(jī)直播稻干物質(zhì)量表現(xiàn)為隨直播密度增加先升后降，N4施氮量下表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，各氮肥水平下最高值N1D4

表7 氮密互作對(duì)機(jī)直播稻干物質(zhì)量的影響

2.7 階段物質(zhì)積累及其比例

由表8可知，施氮量和直播密度以及二者互作效應(yīng)對(duì)機(jī)直播稻各生育階段干物質(zhì)積累量影響達(dá)顯著或極顯著水平。隨施氮量增加，機(jī)直播稻各階段干物質(zhì)積累量增加。隨直播密度增加，機(jī)直播稻播種至拔節(jié)期群體干物質(zhì)積累量呈顯著增加趨勢(shì)；拔節(jié)至抽穗期水稻群體干物質(zhì)積累量隨直播密度增加呈顯著下降趨勢(shì)；N1、N2、N3水平下，抽穗至成熟期干物質(zhì)積累量隨直播密度增加先增后降，N4水平下積累量呈顯著下降趨勢(shì)。各階段積累比例和積累量變化規(guī)律一致。氮密互作方面，抽穗至成熟階干物質(zhì)積累量以N4D1、N4D2、N4D3等高氮處理最高，N3D2處理也能達(dá)到相應(yīng)較高水平。

2.8 群體生長(zhǎng)率和凈同化率

由表9可知，施氮量和直播密度對(duì)機(jī)直播稻各生育階段群體生長(zhǎng)率和凈同化率影響達(dá)顯著或極顯著水平，氮肥和直播密度二者互作效應(yīng)對(duì)播種至拔節(jié)期凈同化率無顯著影響，對(duì)其他生育階段群體生長(zhǎng)率和凈同化率影響達(dá)顯著或極顯著水平。各施氮量下，機(jī)直播稻群體生長(zhǎng)率均以拔節(jié)至抽穗期最高，抽穗至成熟期次之，播種至拔節(jié)階段最小?？傮w來看，機(jī)直播稻群體生長(zhǎng)率變化趨勢(shì)與前文干物質(zhì)積累變化規(guī)律一致。氮密互作方面，抽穗至成熟階段群體生長(zhǎng)率以N4D1、N4D2高氮處理最高，N3D2處理也能達(dá)到相應(yīng)較高水平。凈同化率方面，播種至拔節(jié)期表現(xiàn)為隨施氮量增加而增加。隨直播密度增加，機(jī)直播稻生育前期群體生長(zhǎng)率呈上升趨勢(shì)，生育中期呈下降趨勢(shì)。生育后期直播稻群體生長(zhǎng)率在N1、N2、N3水平下隨直播密度增加先增后降，在N4水平下隨直播密度增加呈下降趨勢(shì)。

表8 氮密互作對(duì)機(jī)直播稻不同階段干物質(zhì)積累量及其比例的影響

表9 氮密互作對(duì)機(jī)直播稻不同階段群體生長(zhǎng)率和凈同化率的影響

3 討論

3.1 不同施氮量和直播密度下機(jī)直播稻產(chǎn)量及其構(gòu)成

穗數(shù)、每穗穎花數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重是產(chǎn)量構(gòu)成四因素，前人較為一致地認(rèn)為在穩(wěn)定結(jié)實(shí)率和千粒重的基礎(chǔ)上，提高群體穎花量(穗數(shù)×每穗穎花數(shù))是水稻增產(chǎn)的關(guān)鍵[1,18-19]，即穩(wěn)充實(shí)，擴(kuò)庫容。有關(guān)施氮量對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響，前人普遍認(rèn)為隨氮肥用量增加，產(chǎn)量先增后降，結(jié)實(shí)率和千粒重略有降低。而有關(guān)穗數(shù)和每穗穎花數(shù)對(duì)施氮量的響應(yīng)，郭保衛(wèi)等[20]研究表明，在0~405.0 kg/hm2氮肥水平內(nèi)隨施氮量增加穗數(shù)顯著增加，每穗穎花數(shù)先增后降。魏海燕等[21]認(rèn)為在0~337.5 kg/hm2氮肥水平范圍內(nèi)，隨施氮量提高穗數(shù)先增后降，每穗穎花數(shù)增加。本研究中，施氮量在0~300 kg/hm2范圍內(nèi)機(jī)直播稻產(chǎn)量隨施氮量增加而增加，氮肥對(duì)結(jié)實(shí)率和千粒重的影響較小，增施氮肥使穗數(shù)和每穗穎花數(shù)協(xié)同增加而提高群體穎花量是水稻增產(chǎn)的主要原因。關(guān)于水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成對(duì)栽培密度響應(yīng)研究方面，前人研究表明隨密度增加產(chǎn)量先增后降，每穗穎花數(shù)和結(jié)實(shí)率降低，千粒重變化較小[10,22]。氮肥和密度顯著影響水稻穗數(shù)，增氮通過促進(jìn)分蘗發(fā)生提高有效穗，增密通過提高群體起點(diǎn)增加有效穗數(shù)，而穗數(shù)的增加又制約著每穗穎花數(shù)提高[23]。本研究條件下，隨直播密度增加直播稻有效穗數(shù)呈增加趨勢(shì)，每穗穎花數(shù)呈下降趨勢(shì)，在各施氮量下達(dá)到最高產(chǎn)的直播密度不一。低氮低密條件下基本苗少且分蘗能力弱，導(dǎo)致最終穗數(shù)不足，產(chǎn)量下降；高氮條件下，水稻分蘗旺盛，密度過高往往導(dǎo)致田間蔭蔽、群體質(zhì)量差，個(gè)體弱，易誘發(fā)病蟲害和倒伏發(fā)生，致使產(chǎn)量下降。因此，適宜的施氮量配套合理的直播密度，能充分協(xié)調(diào)稻株穗粒結(jié)構(gòu)矛盾，滿足個(gè)體發(fā)育與群體生長(zhǎng)需求，充分利用養(yǎng)分以及光、溫、土、氣等生態(tài)因子從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)[24]。林洪鑫等[25]研究認(rèn)為，氮肥用量是生產(chǎn)中水稻高產(chǎn)獲得的基本保證，增密減氮獲取超高產(chǎn)的可行性較小，而在高氮條件下適當(dāng)降密可以達(dá)到超高產(chǎn)的目的。本研究中，機(jī)直播稻在300 kg/hm2的高氮水平下易取得高產(chǎn)，配合90×104/hm2~180×104/hm2低直播密度可進(jìn)一步提高水稻產(chǎn)量。當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨資源短缺、生產(chǎn)成本高和面源污染重等問題，在農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展新形勢(shì)下，周江明[26]提出密植減氮能促進(jìn)水稻穩(wěn)定高效生產(chǎn)，是值得推廣的水稻栽培技術(shù)。因此，直播稻生產(chǎn)不能僅從高產(chǎn)目標(biāo)出發(fā)，還應(yīng)從綠色生產(chǎn)和節(jié)本增效的角度綜合考慮。本研究中，適當(dāng)減氮至225 kg/hm2(與常規(guī)高施氮量300 kg/hm2相比減氮25%)，配套180×104/hm2的直播密度，產(chǎn)量仍能達(dá)到9 t/hm2左右的較高水平，適當(dāng)降低施氮量減少了化肥污染，用較低的氮肥投入成本彌補(bǔ)了產(chǎn)值的缺失，仍能保持較高的經(jīng)濟(jì)效益，具有良好的推廣前景。

3.2 不同施氮量和直播密度下機(jī)直播稻光合物質(zhì)生產(chǎn)

葉面積指數(shù)能夠較好地反映作物群體大小，足夠的葉面積是水稻產(chǎn)量的保證，較大的 LAI有利于抽穗前的物質(zhì)生產(chǎn)和抽穗后光合勢(shì)的提高[27]。水稻產(chǎn)量源自光合物質(zhì)生產(chǎn)，程建平[28]認(rèn)為群體和個(gè)體的恰當(dāng)結(jié)合點(diǎn)有助于水稻群體獲得較強(qiáng)的光合能力，合理的直播密度能夠調(diào)節(jié)水稻群體結(jié)構(gòu)，高效利用光能，充分發(fā)揮土壤生產(chǎn)潛力，緩解個(gè)體發(fā)育和群體生長(zhǎng)的矛盾，進(jìn)而獲得高產(chǎn)。本研究表明，增施氮肥能夠增加機(jī)直播稻LAI、光合勢(shì)，在不同氮肥條件下采用適宜直播密度能夠使機(jī)直播稻群體在生育中后期獲得較大的LAI，增加抽穗后光合勢(shì)。氮密互作條件下，生育中后期LAI和光合勢(shì)N4D1、N4D2、N4D3等高氮處理最高，N3D2處理也能達(dá)到較高水平，說明高施氮量是機(jī)直播稻高光效群體建成的保證，適當(dāng)減氮增密協(xié)調(diào)改善水稻群體結(jié)構(gòu)也可以達(dá)到較高水平。水稻產(chǎn)量很大程度上取決于物質(zhì)生產(chǎn)量，氮肥和密度二因子是水稻高產(chǎn)最為重要的兩大栽培措施[29]。鄧安鳳等[30]研究表明直播稻抽穗至成熟期總干物質(zhì)積累量隨施氮量的增加而提高，朱聰聰、龍旭等[31-32]研究表明水稻群體干物質(zhì)積累量隨密度增加而增加。本研究中，生育前期由于群體起點(diǎn)差異水稻群體干物質(zhì)量隨直播密度增加而增加，但生育中后期在不同氮肥水平下呈現(xiàn)不同表現(xiàn)，這可能是由于不同氮肥施用量導(dǎo)致水稻中后期群體內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)變化所致。氮密互作條件下，機(jī)直播稻生育前期干物質(zhì)量均以高氮高密組合最高，最終干物質(zhì)量最高的是N4D1、N4D2、N4D3等高氮低密組合，適當(dāng)減氮增密的N3D2也能達(dá)到較高水平，說明要實(shí)現(xiàn)機(jī)直播稻總干物質(zhì)量的提高不能盲目依靠增氮增密，高氮是高物質(zhì)積累量的保證，配合較低密度可以協(xié)調(diào)好全生育期的群體結(jié)構(gòu)，維持中期物質(zhì)生產(chǎn)，增加生育后期物質(zhì)生產(chǎn)，最終達(dá)到群體指標(biāo)最優(yōu)。凌啟鴻等[33]研究發(fā)現(xiàn)抽穗至成熟期的干物質(zhì)積累量是衡量水稻群體質(zhì)量的核心指標(biāo)，與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，鄒應(yīng)斌等[34]研究指出各關(guān)鍵生育階段物質(zhì)積累量合理、積累比例協(xié)調(diào)是水稻高產(chǎn)的前提，胡雅杰等[35]研究表明生育后期群體生長(zhǎng)率和凈同化率高有利于水稻高產(chǎn)形成。本研究結(jié)果與前人觀點(diǎn)基本一致，成熟期高的干物質(zhì)量以及抽穗至成熟期的高物質(zhì)積累量和積累比例是直播稻高產(chǎn)的基礎(chǔ)，依據(jù)相應(yīng)氮肥水平選用適宜直播密度能增加直播稻抽穗至成熟期的干物質(zhì)積累以及提高生育后期的群體生長(zhǎng)率和凈同化率，有利于水稻高產(chǎn)。

4 結(jié)論

目前，勞動(dòng)力的日益短缺以及生產(chǎn)成本的提高使得水稻直播栽培在長(zhǎng)江中下游稻區(qū)不推自廣且有較大種植面積。本研究中水稻產(chǎn)量隨施氮量增加而上升，0、150、225、300 kg/hm2氮肥水平下機(jī)直播稻分別配套360×104、270×104、180×104、90×104/hm2直播密度易獲得高產(chǎn)。本研究認(rèn)為高氮低密以及適當(dāng)減氮增密能夠促進(jìn)機(jī)直播稻光合物質(zhì)生產(chǎn)、協(xié)調(diào)穗粒產(chǎn)量結(jié)構(gòu)從而獲得高產(chǎn)。若以高產(chǎn)為目標(biāo)，機(jī)直播稻推薦采用300 kg/hm2施氮量配合90×104~180×104/hm2直播密度，但從稻田綠色生產(chǎn)和節(jié)本增效的的角度綜合考慮，225 kg/hm2施氮量配套180×104/hm2直播密度具有較好的推廣前景。

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Effects of Interaction Between Nitrogen Application Rate and Direct-sowing Density on Yield Formation Characteristics of Rice

WU Pei1, CHEN Tianye1, YUAN Jiaqi1, HUANG Heng1, XING Zhipeng1, HU Yajie1,*, ZHU Ming1, LI Dejian2, LIU Guolin2, ZHANG Hongcheng1,*

(Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology,,,,; Bureau of Agriculture of Xinghua County of Jiangsu Province,,; Corresponding author,:;)

【Objective】To reveal the effects of interaction between nitrogen application rate and direct-sowing density on yield formation characteristics of rice, 【Method】 Nanjing 9108, acultivar with good taste, was used as the experimental material. We designed four nitrogen application rates, namely N1(0 kg/hm2), N2(150 kg/hm2), N3(225 kg/hm2), N4(300 kg/hm2), and five direct-sowing densities, namely D1(90×104/hm2), D2(180×104/hm2), D3(270×104/hm2), D4(360×104/hm2), D5(450×104/hm2). 【Result】The rice yield increased with the increase of nitrogen rate. Under the nitrogen application rate of N1, N2, N3, the grain yield of rice was first increased and then decreased with the increase of direct-sowing density. Under these nitrogen application rates, the highest yield was 6.74 t/hm2, 7.78 t/hm2, 8.93 t/hm2, respectively, which was obtained at the direct-sowing densities of D4, D3, D2. Under the nitrogen rate of N4, the yield decreased with the increase of direct-sowing density, and the highest yield was 9.55 t/hm2, which was obtained at the direct-sowing density of D1. Appropriate direct-sowing densities under different nitrogen application rates can improve rice yield, among which the yield of N4D1was the highest, due to its moderate number of stems and tillers, large panicle type and LAI in the mid- and late-growth stages, high photosynthetic potential and crop growth rate, superior net assimilation rate and dry matter weight in the later growth. 【Conclusion】Under the high nitrogen rate of 300 kg/hm2, mechanical direct-sowing rice can easily achieve high yield, and appropriate direct-sowing density can further improve rice yield. However, given green production and cost saving and efficiency increasing, to reduce the nitrogen rate to 225 kg/hm2, and the direct-sowing density to 180×104/hm2can still obtain yield around 9 t/hm2, which is also worthy of promotion.

rice; mechanical direct-sowing; nitrogen application rate; direct-sowing density; yield; photosynthesis and matter production

S143.1; S511.01; S511.048

A

1001-7216(2019)03-0269-13

10.16819/j.1001-7216.2019.8112

2018-10-15;

2018-11-18。

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2016YFD0300503)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31601246)；江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(CX[15]1002)；江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(BE2018355)。