馬波 來(lái)永才 王俊河 劉傳增 劉凱 胡繼芳 譚可菲 王麒 卞景陽(yáng) 趙富陽(yáng) 劉蕊

（1國(guó)家耐鹽堿水稻技術(shù)創(chuàng)新中心 東北分中心，哈爾濱 150000；2黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 齊齊哈爾分院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；3黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，哈爾濱 150000；4黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江 大慶 163000；第一作者：mabo8210@163.com）

鹽堿地是一種廣泛存在的土壤類型，是土地資源中的一個(gè)重要組成部分。目前，世界有鹽堿地約9.55億hm2，占全球總耕地面積的20%[1]。松嫩平原是世界三大蘇打鹽堿地集中分布地區(qū)之一，現(xiàn)有鹽堿化土地面積約342萬(wàn)hm2，主要分布在吉林省和黑龍江省西部地區(qū)[2]。研究表明，水稻生長(zhǎng)的水環(huán)境對(duì)土壤的可溶性鹽堿起到淋溶作用，水稻自身特有的生物作用也能減少鹽堿危害[3-4]。可見(jiàn)，鹽堿地種植水稻對(duì)改良鹽堿地和保障我國(guó)糧食安全具有重大意義。

氮肥和種植密度是影響作物產(chǎn)量的關(guān)鍵栽培技術(shù)因素[5-8]。眾多研究表明，施氮水平和種植密度對(duì)水稻產(chǎn)量有顯著影響，但在肥力與密度互作效應(yīng)方面的試驗(yàn)結(jié)果存在差異[9]。周江明等[10]研究認(rèn)為，施氮水平和移植密度對(duì)水稻產(chǎn)量有顯著影響，但其互作效應(yīng)不顯著。劉文祥等[11]對(duì)陸兩優(yōu)996的研究結(jié)果表明，施氮水平和種植密度互作對(duì)有效穗數(shù)和產(chǎn)量影響達(dá)顯著水平。目前對(duì)于氮肥和種植密度對(duì)鹽堿條件下水稻產(chǎn)量及干物質(zhì)積累的互作效應(yīng)研究鮮有報(bào)道。鑒于此，本研究以綜合性狀優(yōu)良且耐鹽堿水稻品種龍粳21為試驗(yàn)材料，采用單因子效應(yīng)和互作效應(yīng)分析，研究施氮量和種植密度互作對(duì)鹽堿條件下水稻產(chǎn)量及干物質(zhì)積累的影響情況，旨在為提高寒地鹽堿地水稻產(chǎn)量提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試水稻為綜合性狀優(yōu)良且耐鹽堿的品種龍粳21，由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院篩選并提供[12]。試驗(yàn)于2019年在齊齊哈爾市種畜場(chǎng)大田條件下進(jìn)行，該地區(qū)土壤屬中度鹽堿地，土壤理化指標(biāo)：堿解氮146.7 mg/kg，有效磷38.6 mg/kg，速效鉀138.4 mg/kg，有機(jī)質(zhì)30.5 g/kg，pH 8.7，鹽分含量0.38%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

單因子試驗(yàn)分別設(shè)6個(gè)氮肥用量處理（N1，60 kg/hm2；N2，90 kg/hm2；N3，120 kg/hm2；N4，150 kg/hm2；N5，18 kg/hm2；N6，210 kg/hm2）和6個(gè)種植密度處理（D1，20叢/m2；D2，23叢/m2；D3，26叢/m2；D4，29叢/m2；D5，32叢/m2；D6，35叢/m2）。

互作效應(yīng)試驗(yàn)采用二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，試驗(yàn)因子實(shí)際水平見(jiàn)表1。各處理磷、鉀肥用量相同，磷肥（P2O5）用量46.9 kg/hm2，鉀肥（K2O）用量60.0 kg/hm2。氮肥中，基肥∶分蘗肥∶穗肥為4∶3∶3；磷肥全部作基肥；鉀肥基肥和穗肥各50%。其他管理與當(dāng)?shù)厮旧a(chǎn)相同。小區(qū)面積30 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。

表1 正交試驗(yàn)因子編碼水平

1.3 調(diào)查項(xiàng)目及方法

成熟期每小區(qū)取3點(diǎn)，每點(diǎn)取6 m2實(shí)測(cè)產(chǎn)量，并進(jìn)行室內(nèi)考種。在齊穗期測(cè)干物質(zhì)量，采用葉面積測(cè)定儀YMJ-A測(cè)定葉面積指數(shù)（LAI），采用光合測(cè)定儀-ECA-PB0402測(cè)定劍葉光合速率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS 8.01和Excel 2003軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因子對(duì)鹽堿條件下水稻產(chǎn)量的影響

由圖1、圖2可見(jiàn)，鹽堿條件下水稻產(chǎn)量與氮肥和種植密度均呈顯著的二次曲線關(guān)系，說(shuō)明氮肥過(guò)高或過(guò)低，插秧過(guò)密或過(guò)稀，均不利于高產(chǎn)。同時(shí)獲得了氮肥與產(chǎn)量的回歸方程為：y=-0.2005x2+67.975x+1404.9，R2為0.9405；種植密度與產(chǎn)量的回歸方程為y=-12.216x2+805.69x-5 938.8，R2為0.8715。表明兩個(gè)方程均有較高的決定程度。并獲得了鹽堿條件下龍粳21最佳產(chǎn)量的單因子施氮量和種植密度分別為：169.9±5.0kg/hm2和32.9±1.0叢/m2。

圖1 施氮量與龍粳21產(chǎn)量回歸曲線

圖2 種植密度與龍粳21產(chǎn)量回歸曲線

2.2 施氮量和種植密度對(duì)鹽堿條件下水稻產(chǎn)量的互作效應(yīng)

鹽堿條件下水稻產(chǎn)量（Y）與施氮量（X1）、種植密度（X2）互作的回歸方程為：Y=7446.16+457.81X1+566.11X2-1005.61X12-504.81X22+143.15X1X2，方程失擬檢驗(yàn)F1=1.1253＜F0.05，回歸方程檢驗(yàn)F2=13.0617＞F0.01，說(shuō)明方程可靠，可做進(jìn)一步分析。對(duì)方程做三維圖形，由圖3可見(jiàn)，氮肥和種植密度相互配合可以顯著增加鹽堿環(huán)境下水稻產(chǎn)量，但高氮肥和高密度配合下產(chǎn)量不增反降，中等施氮量和較高密度互作更易獲得高產(chǎn)。施氮量在135 kg/hm2、種植密度在34.6叢/m2時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高7 948.17 kg/hm2。

圖3 鹽堿條件下施氮量和種植密度互作對(duì)龍粳21產(chǎn)量的回歸模型

2.3 施氮量和種植密度對(duì)鹽堿條件下水稻干物質(zhì)積累的互作效應(yīng)

鹽堿條件下水稻齊穗期干物質(zhì)積累量與氮肥和種植密度互作的回歸方程為：Y=64 51.86+860.09X1+737.97X2-57.38X12-0.85X22+327.68X1X2，方程失擬檢驗(yàn)F1=0.9464＜F0.05，回歸方程檢驗(yàn)F2=45.3994＞F0.01，說(shuō)明方程可靠，可做進(jìn)一步分析。對(duì)方程做三維圖形，由圖4可見(jiàn)，鹽堿環(huán)境下水稻齊穗期干物質(zhì)量與氮肥、種植密度互作效應(yīng)明顯，高氮肥與高密度配合能夠顯著增加齊穗期干物質(zhì)量，施氮量在210 kg/hm2、種植密度在37.5叢/m2時(shí)達(dá)到最高9 103.20 kg/hm2。

圖4 鹽堿條件下施氮量和種植密度互作對(duì)龍粳21齊穗期干物質(zhì)積累量的回歸模型

2.4 施氮量和種植密度對(duì)鹽堿條件下水稻LAI的互作效應(yīng)

鹽堿條件下水稻齊穗期LAI（Y）與施氮量（X1）和種植密度（X2）互作的回歸方程為：Y=4.77+0.59X1+0.55X2+0.08X12+0.11500X22+0.12750X1X2，方程失擬檢驗(yàn)F1=0.6337＜F0.05，回歸方程檢驗(yàn)F2=18.9404＞F0.01，說(shuō)明方程可靠，可做進(jìn)一步分析。對(duì)方程做三維圖形，由圖5可見(jiàn)，鹽堿環(huán)境下水稻齊穗期LAI與施氮量、種植密度互作效應(yīng)明顯，高氮肥用量與高密度配合能夠顯著增加齊穗期LAI，最大值為6.39。

圖5 鹽堿條件下施氮量和種植密度互作對(duì)龍粳21齊穗期葉面積指數(shù)（LAI）的回歸模型

2.5 施氮量和種植密度對(duì)鹽堿條件下水稻劍葉光合速率的互作效應(yīng)

鹽堿條件下水稻齊穗期劍葉光合速率（Y）與施氮量（X1）和種植密度（X2）互作的回歸方程為：Y=14.43+0.83X1-0.36X2-0.31X12-0.49X22+0.23X1X2，方程失擬檢驗(yàn)F1=0.4799＜F0.05，回歸方程檢驗(yàn)F2=15.76＞F0.01，說(shuō)明方程可靠，可做進(jìn)一步分析。對(duì)方程做三維圖形，由圖6可見(jiàn)，鹽堿環(huán)境下水稻齊穗期劍葉光合速率與氮肥、種植密度互作效應(yīng)明顯，較高氮肥用量與中等密度配合能夠顯著增加齊穗期劍葉光合速率，最大值為15.32 μmol/m2·s。

圖6 鹽堿條件下施氮量和種植密度互作對(duì)龍粳21齊穗期光合速率的回歸模型

2.6 施氮量和種植密度對(duì)鹽堿環(huán)境下水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的互作效應(yīng)

由表2可知，鹽堿環(huán)境下水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子與施氮量和種植密度互作的回歸方程中，千粒重回歸方程不顯著且失擬顯著，不能利用該方程進(jìn)行模擬；而單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)回歸方程極顯著且失擬不顯著，可做進(jìn)一步分析。單位面積穗數(shù)會(huì)隨著氮肥用量和種植密度的增加顯著增加，高氮肥和高密度配合更容易獲得較多穗數(shù)；氮肥用量過(guò)高或過(guò)低、種植過(guò)密均不利于大穗的形成，中等施氮量和較低的種植密度配合更易獲得大穗。

表2 鹽堿條件下龍粳21產(chǎn)量構(gòu)成因子與氮肥和種植密度互作的回歸方程

3 討論與結(jié)論

眾多研究結(jié)果表明，氮肥用量過(guò)多或過(guò)少都不利于水稻生產(chǎn)[13-14]。同時(shí)種植密度對(duì)產(chǎn)量的影響呈拋物線型變化，密度過(guò)低或過(guò)高均不利于產(chǎn)量的提高[15]。鹽堿地的水稻產(chǎn)量制約因素比較多，前期分蘗少造成穗數(shù)不足，中期干物質(zhì)積累不足造成穗粒數(shù)減少，后期早衰易造成結(jié)實(shí)率和千粒重下降，降低產(chǎn)量[16]。在寒地鹽堿地區(qū)水稻的實(shí)際生產(chǎn)管理中，施氮量過(guò)高或種植密度不合理是產(chǎn)量普遍偏低的主要原因之一[17]。嚴(yán)凱等[18]研究認(rèn)為，鹽堿條件下水稻產(chǎn)量會(huì)隨一定范圍內(nèi)的施氮量增加而提高，超出一定范圍產(chǎn)量不升反降。本研究中，產(chǎn)量與氮肥和種植密度均呈顯著的二次曲線關(guān)系，并獲得了鹽堿條件下龍粳21產(chǎn)量的氮肥用量、種植密度單因子最佳值：169.9±5.0 kg/hm2，32.9±1.0叢/m2。但在生產(chǎn)中水稻產(chǎn)量往往會(huì)受到氮肥用量和種植密度互作的影響[19-20]。本研究發(fā)現(xiàn)，鹽堿條件下施氮量和種植密度互作對(duì)水稻產(chǎn)量影響顯著，中等施氮量和較高密度互作更易獲得高產(chǎn)，互作效應(yīng)下施氮量、種植密度最佳值為135.0 kg/hm2、34.6叢/m2，氮肥用量低于單因子最佳值而密度高于單因子最佳值?？梢?jiàn)，在鹽堿條件下，可以有效利用氮肥用量和種植密度的互作效應(yīng)來(lái)提高水稻產(chǎn)量[21]。

本研究結(jié)果表明，鹽堿條件下水稻齊穗期干物質(zhì)積累量、LAI和劍葉光合速率與氮肥和種植密度互作效應(yīng)明顯，高氮肥與高密度配合能夠獲得較高的齊穗期干物質(zhì)積累量和LAI，但產(chǎn)量卻顯著下降；中等氮肥和中等密度配合能夠獲得較高的齊穗期劍葉光合速率，從而增加水稻產(chǎn)量。由此說(shuō)明，在鹽堿條件下只有當(dāng)?shù)逝c種植密度協(xié)調(diào)配合獲得適宜的齊穗期干物質(zhì)量和LAI，增加齊穗期光合速率，才更易獲得高產(chǎn)。

施氮量和種植密度影響水稻群體結(jié)構(gòu)，適宜的施氮量和種植密度可以優(yōu)化水稻群體結(jié)構(gòu)[22]。本研究表明，在鹽堿條件下高氮肥和高密度配合更容易獲得較多穗數(shù)，但中等施氮量和較低密度配合更易獲得大穗，施氮量、種植密度與千粒重不存在互作效應(yīng)。因此要氮肥、種植密度相互配合，從而構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu)，營(yíng)造高質(zhì)量的水稻群體，鹽堿條件下的水稻產(chǎn)量潛力才會(huì)得以發(fā)揮。