施氮量对‘沪旱106’产量及主要农艺性状的影响

谭金松,毕庆宇,魏 源,张康康,侯丹平,毕俊国

(上海市农业生物基因中心,上海 201106)

氮素是水稻生长必需的营养元素,参与合成植株体内多种有机化合物,对水稻的增产有重要作用[1]。合理的氮肥施用可以促使水稻形成良好的植株结构,防止早衰或贪青晚熟,不合理的氮肥施用会导致水稻无效分蘖增加,不仅会使高峰苗过高、个体生长环境恶化、群体生长质量降低[2],还会造成水稻徒长、重心上移、基部节间变长和抗倒伏能力下降等问题[3]。近年来,为了缓解人口增长带来的水稻高产压力,农户多采用重施氮肥的措施。据统计,我国单季水稻氮肥施用量比世界平均用量高出75%,但是单位面积产谷量和氮肥利用效率较低[4]。有研究表明,在一定施氮范围内,水稻产量与施氮量呈正相关关系,超过一定限度之后,产量会明显下降[5],并且氮肥施用量过多,还会造成严重的农业污染。

上海市农业生物基因中心培育的节水抗旱稻具有抗旱、高产等特点,在安徽、江西的缺水地区广泛种植,已形成较大的推广面积[6-7]。本试验以节水抗旱稻‘旱优106’为试验材料,研究不同施氮量对其产量构成及农艺性状的影响,分析不同氮肥施用量条件下的差异,以确定水直播旱管条件下‘沪旱106’的最佳施氮量。

1.1 试验地点及供试品种

试验于2020年在上海市农业科学院庄行综合试验站(30°53＇N,121°23＇E)进行,试验品种为节水抗旱稻常规粳稻‘沪旱106’。采用水直播旱管模式进行人工穴播,5月25日播种,每穴3—4粒,穴距为20 cm×23 cm,待出苗后人工间苗,每穴留1株。

1.2 试验设计

设置4个氮肥处理(以尿素形式作基肥一次性施入):零氮(0 N)、低氮(120 N kg∕hm2)、中氮(240 N kg∕hm2)和高氮(360 N kg∕hm2)。每个小区面积为20 m2,过磷酸钙(含13.5% P2O5)75 kg∕hm2、氯化钾(含62.5% K2O)120 kg∕hm2均作基肥一次性施用。每个处理3次重复,共12个小区。田间灌溉方式为:2叶期前灌平沟水,湿润管理,3叶期灌“跑马水”,搁田控苗,控制无效分蘖,穗分化期进行适当湿润灌溉。按当地高产栽培措施进行病虫草害防治等。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 茎蘖动态

每个小区定点选取10株,分别于分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期测定茎蘖动态,并计算茎蘖成穗率。

1.3.2 SPAD值

水稻播种后第5周开始,每7天用叶绿素仪测量不同处理最上部完全展开叶的SPAD值。每小区定点测定10片叶片,每片测定上、中、下部三点,取平均值。

1.3.3 干物质质量及叶面积指数

在各主要生育期内,每个小区取长势一致的植株5穴,分解为叶、茎鞘和穗(抽穗以后)。用Li-Cor 3050叶面积仪(LI-COR,USA)测定叶面积后将各样品放入烘箱中,105℃杀青30 min,于75℃下烘至恒重后称重。

1.3.4 考种与产量

成熟期各小区调查30穴计算出平均穗数,每小区按照平均穗数取10穴进行手工脱粒,考察各处理的单位面积穗数、每穗粒数、结实率、千粒重。

籽粒烘干称重后含水量为4%。一般而言,理论产量为水稻含水量为14%时的产量,因此,理论。

1.4 数据处理

采用Excel 2013软件处理数据,SPSS软件进行方差分析,Sigmaplot 10.0软件绘图。

2.1 产量及其构成因素

与零氮处理相比,‘沪旱106’在低氮、中氮、高氮处理下的理论产量和实际产量均显著增加,其中中氮处理下的最高,其实际产量分别比零氮、低氮、高氮处理高27.2%、11.1%、6.6%。从产量构成因素来看,与零氮相比,施用氮肥处理的每穗粒数、结实率增加,穗数显著增加,其中中氮处理下‘沪旱106’的穗数比零氮、低氮、高氮处理分别增加了31.4%、15.3%、6.4%。‘沪旱106’在不同氮肥处理下的经济系数无显著性差异(表1)。

表1 施氮量对‘沪旱106’产量及其构成因素的影响Table 1 Effects of nitrogen application rates on yield and its components of‘Huhan 106’

2.2 茎蘖动态

在‘沪旱106’整个生育时期,拔节期的分蘖数最高,零氮、低氮、中氮和高氮处理下的分蘖数分别为234.4万株∕hm2、274.8万株∕hm2、318.0万株∕hm2、302.7万株∕hm2,拔节期至抽穗期分蘖数显著减少,抽穗期至成熟期时分蘖数相对稳定。与零氮处理相比,施用氮肥的处理在主要生育期时的分蘖数显著增加,茎蘖成穗率减小,施用氮肥的三个处理之间茎蘖成穗率无显著性差异(表2)。

表2 施氮量对‘沪旱106’茎蘖动态的影响Table 2 Effects of nitrogen application rates on stem and tiller dynamics of‘Huhan 106’

2.3 叶片SPAD值

随着生育进程的推进,‘沪旱106’最上部完全展开叶的SPAD值呈先增加后减小趋势,播种后35 d到50 d为上升趋势,播种后55 d到75 d为下降趋势。与零氮处理相比,施用氮肥处理的叶片SPAD值显著提高,但在整个生育期内,低氮、中氮、高氮处理之间叶片SPAD值无显著差异(图1)。

图1 施氮量对‘沪旱106’叶片SPAD值的影响Fig.1 Effects of nitrogen application rates on SPAD value of leaves of‘Huhan 106’

2.4 干物质重

施氮对‘沪旱106’茎、叶、穗的干物质重具有促进作用。在同一生育期内,茎、叶干物质重在高氮处理下最大,穗干重在中氮处理下最大。随着生育期的推进,‘沪旱106’茎部干物质重呈逐渐增加的趋势,高氮处理在分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期的茎干重分别为2.88 t∕hm2、4.96 t∕hm2、6.07 t∕hm2、6.15 t∕hm2。高氮处理的叶干重呈先增加后减小的趋势,在抽穗期最大,为3.31 t∕hm2。抽穗期、成熟期时‘沪旱106’在施用氮肥处理下的穗部干物质重显著大于零氮处理(表3)。

表3 施氮量对‘沪旱106’干物质重的影响Table 3 Effects of nitrogen application rates on dry matter weight of‘Huhan 106’ t·hm-2

2.5 叶面积指数

随着生育期的推进,不同氮肥处理的叶面积指数均呈先上升后下降的趋势,且均在抽穗期时最大。在拔节期、抽穗期、成熟期时,随着氮肥施用量的增加,‘沪旱106’的叶面积指数呈现出递增趋势。拔节期时,施用氮肥的处理叶面积指数显著大于零氮处理,抽穗期和成熟期时,中氮、高氮处理的叶面积指数显著大于低氮、零氮处理(表4)。

表4 施氮量对‘沪旱106’叶面积指数的影响Table 4 Effects of nitrogen application rates on leaf area index of‘Huhan 106’

氮是影响作物生长和谷物产量潜力的关键元素之一[8-9]。随着氮肥用量的增加,‘沪旱106’的产量呈先升后降的变化趋势,且于中氮处理下产量最高,单位面积穗数的显著增加是其产量增加的主要原因。低氮、高氮处理下的产量(理论产量和实际产量)无显著差异,说明氮肥施用量过多,对‘沪旱106’产量无显著增加作用。

控制水稻群体的无效分蘖,提高茎蘖成穗率,是提高水稻群体质量的最直接措施[10]。随着氮肥用量的增加,‘沪旱106’于拔节期、抽穗期和成熟期的茎蘖数均呈先升后降的趋势,而茎蘖成穗率逐渐降低,说明氮肥施用过多在一定程度上会造成无效生长,影响最终穗数和产量的形成。但也有研究指出,在中高氮水平下,适当增加穗粒肥施入比例有利于提高少蘖大穗型超级稻品种群体有效分蘖率和成穗率[11]。

叶绿素含量是反映水稻光合速率与生长状况的重要指标,对指导农业生产和实现水稻高产、稳产起着关键作用[12]。作为叶绿素含量的相对值,SPAD值已成为评价作物长势的重要指标[13]。研究表明,SPAD与叶片光合速率呈正相关关系[14],本研究表明,与零氮处理相比,氮肥处理的叶片SPAD值显著提高,但低氮、中氮、高氮处理间无显著差异,说明在中低氮水平下水稻光合能力也较高。

叶面积的大小直接影响作物群体内部受光量,是判断作物群体结构是否合理的的重要指标之一。适宜的叶面积指数是作物充分利用光能、获得高产的物质基础,而水稻群体不同生育阶段最适叶面积指数不同[15]。对传统高产水稻来说,适宜叶面积指数随着生育期的推进呈先升后降的趋势,在孕穗期至抽穗期最高,成熟期显著下降[16]。节水抗旱稻‘沪旱106’叶面积指数中氮处理下分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期适宜的叶面积指数分别为0.12、2.9、6.9、5.3。与其他3种氮肥处理相比,‘沪旱106’在中氮水平可以获得合理的群体叶面积,构建健康冠层,进而提高群体光合生产能力。

水稻产量形成实质是植株生长过程中干物质积累、转运和分配的结果[17]。Wei等[18]研究指出,甬优籼粳杂交稻较高的干物质积累被认为是影响籽粒库容和高产的关键因素。也有研究认为,水稻干物质过大会造成无效消耗,不利于产量提升[19]。本研究表明,‘沪旱106’在不同氮肥处理下抽穗期、成熟期的干物质积累量与产量呈现相同的趋势,在中氮处理下各个指标的表现最优,说明大田施氮量为240 kg∕hm2时有利于干物质的积累,可获得较高产量。