張錦文，鄧 偉，呂永剛，呂 瑩，徐雨然，谷安宇，年 偉，安 華，董 維，李小林

（云南省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所，昆明 650200）

0 引言

水稻是重要的糧食作物之一，全世界50%以上人口以水稻為主食[1]。丁穎[2]根據(jù)水稻親緣關系將水稻分為秈稻和粳稻，根據(jù)米粒和淀粉結構不同將水稻分為非糯稻和糯稻，糯稻中又有粳糯和秈糯。云南在地里位置上屬于高原低緯地區(qū)，因特殊的地里位置和豐富的光溫條件，粳稻種植面積有50余萬hm2，約占全省水稻種植面積的56.7%，占云貴高原粳稻區(qū)種植面積的80%，是國內西南地區(qū)粳稻主要推廣地區(qū)。在云南多樣的生態(tài)條件下，少數(shù)民族眾多，多種民族文化經(jīng)過多年的交融，形成了喜食糯米和以糯米為原料制作食品的生活習俗。因此，如何科學種植云南高原粳稻是提高糧食生產(chǎn)能力的重要途徑。氮素是水稻生長必需的營養(yǎng)元素之一，可直接影響水稻的生理特性、群體構建及產(chǎn)量的形成。水稻生產(chǎn)過程中，合理的施用氮肥不僅能增加產(chǎn)量，還能提高水稻對氮素的吸收利用，實現(xiàn)品種高產(chǎn)與肥料的高效利用。關于氮肥的使用量對水稻品種的影響，前人做了大量研究[3-11]。董明輝等[9]對江蘇具有代表性的17個粳稻品種進行氮素吸收利用特點的研究，表明不同粳稻品種不同施肥水平下水稻植株含氮率、吸氮量、氮經(jīng)濟產(chǎn)量生產(chǎn)力及其構成因子間具有較大差異。殷春淵等[10]研究表明，熟期相近的中熟中秈和中熟中粳，隨著氮肥用量的增加平均產(chǎn)量增加，植株吸氮量和階段吸氮量中熟中秈比中熟中粳高。孫永健等[11]研究了不同施肥水平下2個水稻品種產(chǎn)量差異與氮素吸收和利用的關系，表明品種與施肥水平對雜交稻生育期及各階段氮素的吸收利用特征和產(chǎn)量均有顯著影響。這些研究對不同水稻品種合理施用氮肥，促進高產(chǎn)和高效栽培起到一定的指導作用。目前，關于云南高原非糯粳稻和糯型粳稻品種之間氮素的吸收利用較少報道，研究氮肥管理模式，提高氮肥利用率，利用科學的種植技術提高粳稻品種產(chǎn)量有較大發(fā)展前景。筆者主要研究不同氮肥用量下云南非糯粳稻和糯型粳稻的氮肥利用及產(chǎn)量的變化情況，以明確云南低緯高原粳稻區(qū)粳稻產(chǎn)量形成過程與氮素營養(yǎng)的關系，為高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗于2018年和2019年在云南省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所富民試驗基地進行。試驗田為多年水旱輪作田，前茬沒有種植任何作物。2018年土壤pH 7.36，有機質含量37.88 g/kg，全氮含量 2.49 g/kg，全磷含量1.24 g/kg，全鉀含量22.7 g/kg，有效磷含量41.8 mg/kg，速效鉀含量128 mg/kg；2019年土壤pH 7.2，有機質含量36.74 g/kg，全氮含量2.72 g/kg，全磷含量2.11 g/kg，全鉀含量21.58 g/kg，有效磷含量43.8 mg/kg，速效鉀含量134 mg/kg。

供試材料為云南高原非糯粳稻‘楚粳28’和糯型粳稻‘云科粳1號’，品種來源于云南省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所。

1.2 試驗方法

采用大田試驗，試驗設置5個氮肥處理，分別為0、75、150、225、300 kg/hm2，氮肥使用純氮，試驗按隨機區(qū)組排列，重復3次，共15個小區(qū)，小區(qū)面積22.5 m2。氮肥按基肥:分蘗肥:穗肥=4:3:3施用（氮肥使用方案見表1），磷肥用過磷酸鈣（含P2O5），施用量為75 kg/hm2；鉀肥用氯化鉀（含K2O），施用量為180 kg/hm2；磷肥和鉀肥均作基肥一次施入。試驗小區(qū)之間用塑料隔水板作埂隔開，試驗材料采用單本移栽，株行距為15 cm×25 cm，按當?shù)馗弋a(chǎn)方案進行管理。

表1 氮肥用量方案 kg/hm2

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉齡、莖蘗動態(tài)調查 移栽后各小區(qū)不同品種去除邊行連續(xù)選取10穴水稻，每7天標記1次主莖葉齡，并調查分蘗數(shù)，葉齡直至主莖劍葉抽出，記錄主莖總葉片數(shù)，莖蘗數(shù)直至齊穗期。

1.3.2 干物質測定 分別于分蘗盛期、齊穗期、成熟期取樣。每小區(qū)按莖蘗數(shù)的平均值取代表性植株3穴，將其分割為莖鞘、葉、穗器官，分別裝于牛皮紙袋，在105℃烘箱中殺青0.5 h后，80℃烘干至恒重，用電子稱稱量，計算地上部分干物重、抽穗后干物質積累量、成熟期干物質積累量。

1.3.3 植株氮含量 將分蘗盛期、齊穗期、成熟期取樣的樣品烘干處理后，用植物粉碎機粉碎，從每個處理稱取0.5 g混合樣置于消解管中，后用H2SO4-H2O2消煮，用FOSS-8400凱氏定氮儀測定氮含量。

1.3.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的測定 成熟期每小區(qū)選取非邊行60叢調查平均有效穗數(shù)，計算成穗率。每個小區(qū)全部實割測產(chǎn)，去除空癟粒和雜質后，用谷物水分儀測定籽粒含水量，然后稱重，按14.5%的含水量換算成實際產(chǎn)量。按照平均有效穗數(shù)取代表性植株3叢，考查每穗總粒數(shù)、實粒數(shù)、癟粒數(shù)、結實率和千粒重。

1.3.5 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)采用SPSS和Microsoft Excel 2010軟件進行處理分析。

供試材料總吸氮量計算如式(1)，100 kg谷粒吸氮量計算如式(2)，收獲指數(shù)計算如式(3)，氮肥農(nóng)學利用率計算如式(4)，氮肥貢獻率計算如式(5)，氮肥吸收利用率計算如式(6)。

2 結果與分析

2.1 施氮量對云南高原粳稻產(chǎn)量及其構成因素的影響

2.1.1 氮肥處理對粳稻產(chǎn)量的影響 2年田間試驗，2個供試品種產(chǎn)量的平均值、最大值和最小值均隨施氮量的增加而增加（表2），N0、N1處理產(chǎn)量與N2、N3、N4處理產(chǎn)量差異達顯著水平，N2、N3、N4處理之間產(chǎn)量差異未達顯著水平。2個供試品種2年各處理變異系數(shù)的變化趨勢基本一致，說明產(chǎn)量在年度間的變化較小。表中增產(chǎn)幅度表示供試品種2018年和2019年處理之間產(chǎn)量增長情況，首先，非糯粳稻和糯型粳稻均表現(xiàn)出隨氮肥用量增加增產(chǎn)幅度降低；其次，不同品種之間表現(xiàn)為‘云科粳1號’N0到N1處理間增產(chǎn)幅度（2年均值為27.3%）顯著大于‘楚粳28’（2年均值為17.93%），‘云科粳1號’N1到N2處理的增產(chǎn)幅度（2年均值為8.94%）顯著小于‘楚粳28’（2年均值為18.33%），說明在低氮（氮肥用量75 kg/hm2）條件下，糯型粳稻‘云科粳1號’對氮肥的響應大于非糯粳稻‘楚粳28’，在中氮（氮肥用量150 kg/hm2）條件下，糯型粳稻‘云科粳1號’對氮肥的響應程度降低。

表2 不同氮肥處理下粳稻產(chǎn)量差異

續(xù)表2

2.1.2 氮肥處理對云南高原粳稻產(chǎn)量性狀的影響 表3結果顯示，氮肥對有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的影響達顯著水平，對結實率和千粒重的影響不顯著?！?8’有效穗在N0到N1處理和N3到N4處理間增長快，每公頃有效穗分別增加29.34萬穗和56.89萬穗；‘云科粳1號’有效穗在N0到N1處理間增長最快，每公頃有效穗增加44.3萬穗。

表3 不同氮肥處理下粳稻產(chǎn)量性狀差異

2.2 氮肥用量對云南高原粳稻生育期、主莖總葉片數(shù)及成穗率的影響

由于2年試驗結果產(chǎn)量差異未達顯著水平，下文以2019年試驗數(shù)據(jù)進行分析。表4結果顯示，隨著氮肥用量增加，品種生育期延長。隨著氮肥用量增加，移栽至齊穗的時間延長，‘楚粳28’延長2～4天，‘云科粳1號’延長1～7天；齊穗至成熟期，‘楚粳28’延長1～3天，‘云科粳1號’延長1～2天。‘楚粳28’氮肥不同處理主莖總葉片數(shù)為12.3～13.3葉，氮肥對主莖總葉片數(shù)的影響為0～1葉。‘云科粳1號’氮肥不同處理主莖總葉片數(shù)為12.5～13.6葉，氮肥對主莖總葉片數(shù)的影響為0.3～1.1葉?！?8’隨氮肥用量增加成穗率降低，N0處理成穗率最大為86.80%，N4處理成穗率為76.04%。‘云科粳1號’成穗率也表現(xiàn)為隨氮肥用量增加而降低，N0處理成穗率為84.43%，N4處理成穗率為74.67%。

表4 不同氮肥處理下粳稻關鍵生育階段、主莖總葉片數(shù)及成穗率

2.3 氮肥用量對云南高原粳稻不同生育階段干物質積累量及其比例的影響

表5結果顯示，‘楚粳28’干物質積累量大于‘云科粳1號’。隨著氮肥用量增加，干物質積累量顯著增加，2個品種移栽至分蘗盛期干物質積累量隨氮肥用量的增加而增加，N3、N4處理干物質積累量顯著高于其他處理；分蘗盛期至成熟期干物質積累量隨氮肥用量增加呈增加的趨勢。抽穗至成熟期干物質積累量所占比例最大。

2.4 氮肥用量對高原粳稻不同生育階段吸氮量及其比例的影響

表6結果顯示，2個品種均表現(xiàn)N0處理的吸氮量最低，N4的吸氮量最大，非糯粳稻‘楚粳28’比糯型粳稻‘云科粳1號’吸氮量多。分蘗盛期至抽穗期吸氮量比例大于抽穗至成熟期比例，大于移栽至分蘗盛期比例。

2.5 氮肥用量對云南高原粳稻氮肥吸收利用率的影響

表7結果顯示，不同氮肥處理下，隨氮肥量增加，‘楚粳28’總吸氮量呈上升趨勢，100 kg谷粒吸氮量呈先降后升的趨勢‘，云科粳1號’總吸氮量、100 kg谷粒吸氮量呈上升的趨勢‘，楚粳28’總吸氮量和100 kg谷粒吸氮量高于‘云科粳1號’?！?8’在N2處理下收獲指數(shù)和氮肥農(nóng)學利用率最高‘，云科粳1號’N1處理下收獲指數(shù)和氮肥農(nóng)學利用率最高；氮肥貢獻率表現(xiàn)為隨氮肥用量增加呈增加趨勢‘；楚粳28’N3、N4處理氮肥吸收利用率顯著高于N1、N2處理‘，云科粳1號’N2、N4處理氮肥吸收利用率顯著高于N1、N3處理。

表7 不同氮肥處理下粳稻氮素吸收利用效率差異

3 結論

（1）在云南低緯高原粳稻區(qū)，在低氮（氮肥用量75 kg/hm2）條件下，糯型粳稻‘云科粳1號’增產(chǎn)幅度大于‘楚粳28’，對氮肥的響應程度高；在中氮（氮肥用量150 kg/hm2）條件下，糯型粳稻‘云科粳1號’增產(chǎn)幅度小于非糯粳稻‘楚粳28’，非糯粳稻‘楚粳28’對氮肥的響應程度高。

（2）不同氮肥處理下非糯粳稻的產(chǎn)量高于糯型粳稻，結合產(chǎn)量和氮肥吸收利用率數(shù)據(jù)，在大田種植中，非糯粳稻‘楚粳28’適合的氮肥用量為225 kg/hm2，糯型粳稻‘云科粳1號’適合的氮肥量為150 kg/hm2。

4 討論

4.1 氮肥用量對粳稻產(chǎn)量的影響

氮素對水稻產(chǎn)量的影響除水稻品種類型因素外，受生長環(huán)境因素的影響較大[12-14]。本研究2個供試水稻品種均表現(xiàn)為N0、N1產(chǎn)量與N2、N3、N4處理產(chǎn)量差異達顯著水平，N2、N3、N4處理之間產(chǎn)量差異未達顯著水平，本研究氮肥水平為300 kg/hm2的N4處理，后期有稻曲病發(fā)生，對產(chǎn)量造成影響?！瓶凭?號’N0到N1處理間產(chǎn)量及增產(chǎn)幅顯著大于‘楚粳28’，說明在低氮（氮肥用量75 kg/hm2）條件下，糯型粳稻對氮肥的響應大于非糯粳稻；N1、N2處理‘云科粳1號’的產(chǎn)量及增產(chǎn)幅度顯著小于‘楚粳28’，N3、N4處理‘云科粳1號’的產(chǎn)量小于‘楚粳28’，說明在中氮及高氮條件下，非糯粳稻對氮肥的響應程度大于糯型粳稻品種，因此，在少肥、土地較為貧瘠或種植方式較為粗放的稻區(qū)，種植糯稻品種能夠實現(xiàn)更高產(chǎn)量。

水稻產(chǎn)量是由單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結實率和千粒重共同決定，有效穗是奠定群體高產(chǎn)的基礎，其次是穗粒數(shù)、結實率和千粒重[15-16]。本研究結果顯示，在氮肥處理下有效穗的變化最大，是品種產(chǎn)量的基礎保證，‘楚粳28’有效穗在N0到N1處理和N3到N4處理間增長快，‘云科粳1號’在N0到N1處理間穗數(shù)增長最快，因此在云南高原粳稻區(qū)種植粳稻時，增加有效穗，控制無效分蘗，進而攻取大穗是提高產(chǎn)量的主要途徑。

4.2 氮肥用量對粳稻干物質積累的影響

水稻產(chǎn)量的形成過程，實質是干物質生產(chǎn)、分配、轉運的過程[17]，不同品種間干物質具有明顯的個體差異[18-19]。關于水稻產(chǎn)量形成過程中干物質積累與分配，林瑞余等[20]研究發(fā)現(xiàn)，水稻干物質積累在各器官的分配比例以籽粒最大，齊穗至成熟期水稻的干物質積累最大；唐啟源等[21]研究發(fā)現(xiàn)，不同施氮處理間干物質積累穗生育進程推進逐漸加大，施氮處理對光合產(chǎn)物的積累影響主要表現(xiàn)在中后期；馬均等[22]研究表明，齊穗后的干物質積累量與籽粒產(chǎn)量極顯著正相關。本研究中，非糯粳稻‘楚粳28’和糯型粳稻‘云科粳1號’在不同氮肥處理下各生育期干物質積累量表現(xiàn)為抽穗—成熟期最大，該研究結果與前人研究結果相同，本研究具有較高產(chǎn)量的非糯粳稻‘楚粳28’的干物質積累量平均比糯型粳稻‘云科粳1號’高0.74 t/hm2，差異達4.42%，品種間具有個體差異。

4.3 氮肥用量對粳稻氮素吸收利用的影響

關于水稻品種間氮素吸收利用的差異研究報道較多[23-26]。已有研究表明，隨著氮肥用量的增加，水稻氮肥農(nóng)學利用率降低，表現(xiàn)出密切的負相關性[27-29]。本研究中，隨著施氮量的增加，‘楚粳28’和‘云科粳1號’氮肥農(nóng)學利用率下降，與前人研究結果一致。Park等[30]研究報道，水稻品種的氮素需求量和利用率在秈稻與粳稻間有較大差異,秈稻相對于粳稻具有較高的氮素利用效率，而關于非糯稻與糯稻間間氮素吸收利用的差異研究較少，本研究不同氮肥處理非糯粳稻‘楚粳28’平均氮素吸收利用率為27.16%，糯型粳稻‘云科粳1號’平均氮肥利用率為24.51%，非糯粳稻的氮肥農(nóng)學利用率高于糯型粳稻。De Datta等[31]研究表明，各基因型氮素吸收效率存在顯著或極顯著的差異，并因年份、季節(jié)、栽培條件而表現(xiàn)穩(wěn)定的大小排序。因此，提高水稻氮素吸收利用效率的潛力很大，關于非糯粳稻和糯型粳稻品種間產(chǎn)量形成及氮素吸收的基因型差異及形成機制有待進一步研究。