施氮量對雙季稻產量及其群體光合特性的影響

劉利成,陳立云,唐文幫,肖應輝,敬禮恒,鄧化冰

(1.湖南農業大學 水稻研究所,湖南 長沙　410128;2.湖南省農業科學院 水稻研究所,湖南 長沙　410125;3.江華縣煙草公司,湖南 永州　425500)

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施氮量對雙季稻產量及其群體光合特性的影響

劉利成1,2,陳立云1,唐文幫1,肖應輝1,敬禮恒3,鄧化冰1

(1.湖南農業大學 水稻研究所,湖南 長沙410128;2.湖南省農業科學院 水稻研究所,湖南 長沙410125;3.江華縣煙草公司,湖南 永州425500)

摘要：以早稻株兩優4024、金優402 和晚稻H 優159、金優207 為試材分析了不同施氮水平對雙季稻(早稻、晚稻)產量及群體特性的影響。施氮水平設置為120,150,180,225 kg/hm2(分別記作N1、N2、N3、N4),考察各處理的產量及其形成和分蘗動態、劍葉SPAD值、劍葉光合速率以及干物質積累等變化指標。結果表明:早稻株兩優4024、金優402 和晚稻H 優159、金優207各處理產量均呈N1、N4、N2、N3依次增加的變化趨勢;4個供試組合在分蘗盛期的總生物量呈N1、N2、N3、N4依次增大的變化趨勢,在齊穗后13 d、成熟期4個組合的總生物量均呈N1、N4、N2、N3依次增大的變化趨勢;相關分析發現,齊穗后13 d、成熟期的葉干質量、莖鞘干質量、穗干質量、根系干質量、地上部干質量、生物總量和劍葉光合速率與產量之間均呈顯著或極顯著正相關。試驗結果說明,在120~180 kg/hm2,增加施氮量有利于雙季稻取得高產;增加施氮量可促進分蘗盛期干物質的積累,但過量施氮會影響生長后期干物質的積累;齊穗后較大的生物總量和較高的劍葉光合速率有利于雙季稻取得高產。

關鍵詞：施氮量;雙季稻;群體光合特性;產量

氮素為水稻生長所必需肥料,水稻產量的高低與氮肥施用量密切相關,過多過少施氮肥均會影響水稻產量[1-3],過量的施氮不僅會降低水稻種植的效益,還會引發一系列的環境問題,過剩的氮素通過氨揮發、反硝化、淋失等途徑流失[4-7],導致水源污染、耕地酸化、破壞生態等[8-14],還有可能導致全球氣候變暖[15]。前人在氮素對水稻產量方面進行了大量的研究[16-22],但研究施氮量對早晚雙季稻配套栽培條件下的群體特征和產量形成機理影響的研究報道尚少。筆者以雜交早稻株兩優4024、金優402和雜交晚稻H優159、金優207為試材,研究不同施氮水平對其產量和群體光合特性的影響,旨在為完善南方稻區雙季稻配套高產栽培技術提供參考依據。

1材料和方法

1.1供試材料

早稻供試材料為株兩優4024和金優402(對照);晚稻供試材料為H優159和金優207(對照)。

1.2試驗設計

試驗于2012,2013年在湖南農業大學水稻試驗基地進行,早晚稻試驗在同一塊田完成。試驗設4個水平:120(N1)，150(N2)，180(N3)，225 kg/hm2(N4)4種施氮水平。試驗為裂區試驗,施氮水平和品種分別為主、副處理,各處理3次重復,小區面積為13.2 m2。早稻于3月26日播種,4月26日移栽,移栽規格均為16.5 cm×20 cm;晚稻于6月22日播種,7月22 日移栽,移栽規格為20 cm×20 cm。分2次施用氮肥,其中基肥∶穗肥=6∶4,每個小區的磷肥和鉀肥施用量相同,P2O5為60 kg/hm2,K2O為120 kg/hm2。

1.3測定項目與方法

1.3.1分蘗動態記載移栽后,每隔3 d記載各小區中間生長正常10株的分蘗數,以10株分蘗數的平均值作為該小區的數值。

1.3.2產量與產量構成調查于成熟期每小區數中間生長正常的20株的有效穗數,折合平均值作為該小區的有效穗數。根據小區的有效穗數值,取5株調查穗粒數、每穗實粒數、千粒質量,計算理論產量。各小區收割100株脫粒,曬干,測定水分后稱重。

1.3.3劍葉葉綠素SPAD值的測定抽穗前,用紅細繩在每小區標記中間生長正常的10株稻株的主莖,抽穗后,用日產SPAD502儀測定標記主莖劍葉的SPAD值,每隔3 d測1次。

1.3.4劍葉光合速率的測定于齊穗期、齊穗后13 d、成熟期對每小區紅細繩標記的其中3株,用li-6200儀測定劍葉光合速率。

1.3.5干物質測定于分蘗盛期、齊穗期、齊穗后13 d、成熟期,每小區取中間的3穴稻株,洗凈后分為葉片、莖鞘、穗和根等部位,烘干稱重。

1.4統計分析方法

采用軟件MS Excel 2003和SAS 9.2進行數據處理。

2結果與分析

2.1施氮水平對雙季稻分蘗動態的影響

由圖1可知,早稻株兩優4024和金優402的分蘗數均在移栽后不斷增加,并在移栽后34 d前后達到最大值,而后下降,最后呈平穩趨勢,2個組合各處理表現規律一致。2個組合各處理間的分蘗數存在差異,株兩優4024的總蘗數從移栽后18 d至成熟期,處理N1、N2、N3、N4依次增加;金優402在N1、N2、N3、N4處理下的分蘗數從移栽后46 d至成熟期期間依次增加。品種間,在移栽后至移栽后46 d,株兩優4024各處理的平均分蘗數少于金優402,移栽46 d后株兩優4024各處理的平均分蘗數多于金優402。早稻株兩優4024和金優402的N4處理始終保持高蘗數優勢。

圖1　各處理株兩優4024(A)和金優402(B)的分蘗動態

從圖2可以看出,晚稻H優159和金優207生育期進程較快,移栽10 d后進入快速分蘗期,18 d后減慢,26~30 d基本不變,然后逐漸下降。各施氮處理間分蘗數存在差異,H優159移栽后始終呈N1、N2、N3、N4依次增大的變化趨勢,即隨著施氮水平的增加而增加;而金優207在移栽后22 d各處理呈N1、N2、N4、N3依次增大變化趨勢。相比于對照金優207,H優159移栽后各處理的分蘗數大于對照金優207。

圖2　各處理H優159(A)和金優207(B)的分蘗動態

年份Year季節Season品種Variety處理Treatment有效穗數/(個/m2)Effectivepaniclenumberpersquaremeter穗粒數Grainnumberperpanicle結實率/%Seedset千粒質量/g1000-grainweight產量/(t/hm2)Yield2012早季株兩優4024N1290dC104aA88.9aA28.3aA7.25bAN2320bA105aA88.1aA28.3aA7.83aAN3332aA106aA83.6bA28.4aA8.00aAN4302cB108aA86.7abA28.2aA7.46abA金優402N1278cC110aA88.0aA26.9aA6.91bBN2298bAB111aA87.9aA27.0aA7.33abABN3310aA113aA85.9aA26.8aA7.72aAN4292bAB115aA85.0aA26.8aA7.17abAB晚季H優159N1273bB106aA82.4aAB27.3aA6.79cCN2300aA104aA83.8aA27.3aA7.58aAN3303aA107aA83.7aA27.4aA7.83aAN4283bB108aA79.7bB27.4aA7.17bB金優207N1227bB131abAB83.9bAB25.0aA6.18cCN2258aA124bB87.6aA25.0aA7.08aAN3259aA128bAB84.5bAB25.2aA7.33aAN4234bB138aA83.3bB25.1aA6.70bB2013早季株兩優4024N1304dC110aA86.9aABC28.3aA7.60cCN2323bB109aA88.1aA28.4aA7.87bBN3339aA108aA87.6aAB28.4aA8.36aAN4315cB107aA83.9bAC28.3aA7.65cC金優402N1288cC112aA88.5aA26.7aA7.30dCN2305bAB113aA87.7abA26.8aA7.69bABN3318aA112aA86.4abA26.8aA7.90aAN4303bB115aA85.3bA26.6aA7.49cB晚季H優159N1253dC128aAB89.5aA27.5aA6.98dCN2298bAB123bBC88.7aA27.6aA7.84bAN3313aA120bC88.3aA27.7aA8.03aAN4288cB130aA82.5bB27.6aA7.59cB金優207N1224cC153aA87.9aA25.1aA6.05dDN2258bAB152aA89.1aA25.1aA7.29bBN3278aA151aA84.5bB25.3aA7.60aAN4256bB144bB82.3cC25.2aA6.83cC

注：同列數據后含相同小寫或大寫字母者分別表示在0.05或0.01水平上差異不顯著。表2-6同。

Note:The data within the same column with the same lowercase or uppercase letters are no significant difference at 0.05 or 0.01 level,respectively.The same as Tab.2-6.

總體來看,株兩優4024和H優159各處理分蘗數均隨施氮量增加而增大,且移栽后期各處理的平均分蘗數分別高于對照金優402和金優207。

2.2施氮水平對雙季稻產量及其構成的影響

從表1可知,在不同的施氮水平條件下,早稻株兩優4024和金優402 各處理2年的有效穗數間的差異、結實率間的差異、產量間的差異均有達到顯著水平的,且各處理2年的有效穗數、產量均呈N1、N4、N2、N3依次增大的變化趨勢。株兩優4024和金優402的穗粒數、千粒質量受施氮水平的影響不顯著。

晚稻H優159和金優207各處理2年的有效穗數間差異、結實率間差異和產量間差異均有達顯著水平的,2013年2 個組合的穗粒數間的差異也有達極顯著水平的。

從表2可知,2012,2013年早稻株兩優4024與對照金優402的產量間差異均達顯著水平,均表現為株兩優4024產量高于金優402,從產量構成來看,株兩優4024取得較高產量主要得力于有效穗數、千粒質量的優勢。2年晚稻產量數據表現一致,即H優159在有效穗數、千粒質量方面顯著優于對照金優207,從而獲得較高產量。

綜上所述,在各處理下,株兩優4024和H優159的千粒質量較穩定,而有效穗數和結實率受不同施氮水平的影響較大。施氮水平120~180 kg/hm2,雙季稻產量隨施氮水平的提高而增加。

表2　雙季稻產量及其構成因素各處理的平均值

2.3施氮水平對雙季稻劍葉SPAD值的影響

從圖3可以看出,早稻株兩優4024和金優402劍葉SPAD值于6月28日左右達到最大,然后下降。齊穗后(6月20日齊穗)2個組合各處理的劍葉SPAD值均呈N1、N2、N3、N4依次增大的變化趨勢。相比于對照金優402,株兩優4024劍葉SPAD值在齊穗期至齊穗后16 d(7月6日)不占優勢,但齊穗后20 d比金優402高1.7%,說明株兩優4024劍葉SPAD在成熟后期下降較緩慢。

圖3　各處理株兩優4024(A)和金優402(B)的劍葉SAPD值

由圖4可見,晚稻H優159和金優207劍葉SPAD值在齊穗(9月8日齊穗)期達到最大值,然后逐漸下降。直至齊穗后20 d,H優159和金優207均以N4處理下降幅度最小,分別下降7.02%,6.80%。齊穗后2個組合各處理的劍葉SPAD值均呈N1、N2、N3、N4依次增大的變化趨勢。

總體看來,無論是早稻株兩優4024和金優402,還是晚稻H優159和金優207,增施氮肥均有利于劍葉后期保持較高的SPAD值。

圖4　各處理H優159(A)和金優207(B)的劍葉SAPD值

2.4施氮水平對雙季稻劍葉光合速率的影響

由表3,4可知,株兩優4024各處理齊穗期、齊穗后13 d、成熟期的劍葉光合速率間差異不顯著。金優402各處理齊穗期、成熟期的劍葉光合速率間差異有達顯著水平的,在齊穗期各處理呈N1、N2、N3、N4依次增大的變化趨勢,但到成熟期各處理呈N1、N2、N4、N3依次增大的變化趨勢,說明在成熟期N4處理下的劍葉光合速率并沒有保持較高水平。成熟期株兩優4024各處理的劍葉光合速率平均值極顯著高于金優402。

雜交晚稻H優159、金優207各處理齊穗后劍葉光合速率間的差異有達顯著水平的。H優159在齊穗后13 d、成熟期和金優207齊穗期、成熟期各處理劍葉光合速率均呈N1、N2、N3、N4依次增大的變化趨勢。不同處理間,H優159的 N4處理齊穗期劍葉光合速率不是最大,而齊穗后13 d、成熟期均為最大,說明N4處理下劍葉的光合速率下降較緩慢。齊穗后13 d、成熟期H優159各處理的光合速率平均值均顯著高于金優207。

表3各處理雙季稻的劍葉光合速率

Tab.3Photosynthetic rate in flag leaves of double cropping rice under different treatments

μmol/(m2·s)

表4　雙季稻劍葉光合速率各處理的平均值

2.5施氮水平對雙季稻劍干物質的影響

由表5,6可知,早稻株兩優4024、金優402和晚稻H優159、金優207在分蘗盛期,各處理總生物量間的差異有達顯著水平的,并呈N1、N2、N3、N4依次增大的變化趨勢,即隨施氮水平的提高而增大。齊穗后13 d、成熟期4個組合的總生物量均呈N1、N4、N2、N3依次增大的變化趨勢。分蘗盛期,早稻組合株兩優4024、金優402和晚稻組合H優159、金優207各處理的葉片干質量、莖鞘干質量和根系干質

表5　各處理雙季稻的干物質積累

注：LW.葉片；SW.莖鞘；PW.穗；RW.根系；AW.地上部；TW.總生物量。表6同。

Note:LW.Leaf dry weight;SW.Stem-sheath dry weight;PW.Panicle dry weight;RW.Root dry weight;AW.Aboveground biomass;TW.Total biomass.The same as Tab.6.

表6　雙季稻干質量各處理的平均值

量均隨施氮水平的提高而增大;齊穗期,4個組合在高氮水平N4處理下的葉片干質量、莖鞘干質量仍較其他處理占優勢,但該處理下的穗干質量均較N3處理的小,導致早晚稻在高氮水平N4處理下的總生物量較N3處理低。齊穗后13 d,4個組合在N4處理下的葉片干質量、莖鞘干質量和穗干質量均不再占有優勢,各處理的根系干質量呈N1、N2、N3、N4依次增大的變化趨勢;成熟期4個組合各處理的葉片干質量、莖鞘干質量和穗干質量均呈N1、N4、N2、N3依次增大的變化趨勢。

此試驗結果表明,株兩優4024、金優402和H優159、金優207在施氮水平120~180 kg/hm2時,總生物量隨施氮水平的提高而增高。

2.6雙季稻齊穗后的群體特性與產量的相關性

由表7可知,雙季稻齊穗期的葉干質量、莖鞘干質量與產量間呈顯著正相關,根系干質量與產量呈極顯著正相關;齊穗后13 d、成熟期的葉干質量、莖鞘干質量、穗干質量、地上部干質量、生物總量和劍葉光合速率均與產量呈極顯著正相關,根系干質量與產量呈顯著正相關;從產量構成因子來看,齊穗期、成熟期的根系干質量和生物總量與有效穗數、千粒質量均呈顯著或極顯著正相關;成熟期的劍葉SPAD值和光合速率與有效穗數均呈顯著或極顯著正相關;成熟期的生物總量和劍葉光合速率與穗粒數呈顯著負相關;說明在齊穗期、成熟期具有較大的根系干質量和生物總量可以促進有效穗的形成,增加粒重;成熟期較高的劍葉SPAD值和光合速率有利于有效穗數的增加,但成熟期較高的生物總量和劍葉光合速率不利于穗粒數的增加。綜合來看,齊穗后保持較大的生物總量和較高的劍葉光合速率是雙季稻高產的關鍵。

表7　各處理雙季稻齊穗后群體生理因子與產量的相關系數

注：*、**分別表示在0.05 和0.01 顯著水平。

Note:*,**indicate the significance at the 0.05 and 0.01 level,respectively.

3結論與討論

3.1施氮水平對雙季稻產量的影響

水稻高產要求單位面積穗數、穗粒數、結實率、千粒質量等產量構成因子高度協調一致[23]。科學施氮量是水稻取得高產的關鍵。筆者于2012,2013年2年的試驗結果表明,無論是雙季早稻還是雙季晚稻,2013株兩優4024各處理產量均呈N1、N4、N2、N3依次增加的變化趨勢,即在施氮量為180 kg/hm2時,產量最高,與唐啟源等[24]、韋正寶[25]、楊建等[26]的研究結果一致,這也說明120~180 kg/hm2的施氮量水平為雙季稻高效氮肥的最佳施氮量區間[27]。在120~225 kg/hm2,期間隨施氮量的增加,水稻產量先增后減,兩者呈二次曲線關系[28-29]。在產量構成方面,施氮水平對有效穗數影響較大[30-31],在120~180 kg/hm2施氮范圍內,有效穗數隨施氮量的增加而增加,但施氮量達225 kg/hm2時,有效穗數反而減少。結果表明,雙季稻要獲得高產,不能一味地增加氮肥施用量,在自然供氮量較高的條件下,適當地降低施氮量可能會更有效。 此外,曾勇軍等[32]以雙季早稻陸兩優996、金優 463為試材研究施氮量對早稻產量的影響,結果表明,穗型較大、株型緊湊的陸兩優996以施氮量為225 kg/hm2產量較高,而穗型較小、株型較松散的金優 463則以施氮量為180 kg/hm2時產量較高,說明在研究施氮量對雙季稻的產量影響時,還應該考慮到各品種之間的特性。

3.2施氮水平對群體特性的影響

雜交早稻組合株兩優4024、金優402和雜交晚稻組合H優159、金優207總生物量在分蘗盛期,呈N1、N2、N3、N4依次增大的變化趨勢,在齊穗后13 d、成熟期4個組合的總生物量均呈N1、N4、N2、N3依次增大的變化趨勢。說明高氮水平不利于雙季稻齊穗后干物質的積累[33-34]。進一步研究分析表明,雙季稻在N4處理下齊穗期的穗干質量較N3處理的小,導致雙季稻在N4處理下的總生物量較N3處理低,然而,從齊穗后13 d開始,雙季稻各處理的根系干質量呈N1、N2、N3、N4依次增大的變化趨勢,說明高氮水平有利于水稻后期保根[35-36]。試驗結果表明,雙季早晚稻在施氮水平120~180 kg/hm2,總生物量隨施氮量的增加而增加,而過多施用氮肥造成水稻生長過于繁茂,從而產生更多無效分蘗,導致后期群體郁蔽而惡化,使成穗率下降[37-38]。早稻組合株兩優4024、金優402和雜交晚稻組合H優159、金優207的劍葉SPAD值在齊穗后各處理均呈N1、N2、N3、N4依次增大的變化趨勢。說明適當增施氮肥有利于劍葉保持較高的葉綠素含量,從而減緩葉片衰老[39]。株兩優4024各處理齊穗期、齊穗后13 d、成熟期的劍葉光合速率間差異不顯著,金優402齊穗期各處理的劍葉光合速率呈N1、N2、N3、N4依次增大的變化趨勢,但到成熟期各處理呈N1、N2、N4、N3依次增大的變化趨勢,說明成熟期N4處理下的劍葉光合速率并沒有保持較高水平。雜交晚稻H優159、金優207各處理齊穗后劍葉光合速率有達顯著差異水平的,H優159和金優207在成熟期各處理劍葉光合速率均呈N1、N2、N3、N4依次增大的變化趨勢。說明適當增施氮肥有利于晚稻劍葉保持較高的光合水平[40-41]。

3.3雙季稻齊穗后的群體特性與產量的相關性

試驗結果表明,雙季稻齊穗期的葉干質量、莖鞘干質量和根系干質量與產量之間,齊穗后13 d、成熟期的葉干質量、莖鞘干質量、穗干質量、根系干質量、地上部干質量、生物總量和劍葉光合速率與產量之間均呈顯著或極顯著正相關,說明齊穗后保持較大的生物總量[42]和較高的劍葉光合速率[43]是雙季稻高產的關鍵。

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Effects of Nitrogen Levels on Yield and Photosynthetic Characters of Double Cropping Rice

LIU Licheng1,2,CHEN Liyun1,TANG Wenbang1,XIAO Yinghui1,JING Liheng3,DENG Huabing1

(1.Rice Research Institute,Hunan Agricultural University,Changsha410128,China;2.Rice Research Institute,Hunan Academy of Agricultural Science,Changsha410125,China;3.Jianghua County Tobacco Company,Yongzhou425500,China)

Abstract：In this study,Zhuliangyou 4024 and Jinyou 402,two early rice combination and Hyou 159 and Jinyou 207,two late combination were employed for tested materials,the effects of different nitrogen levels on canopy apparent photosynthesis(CAP)and yield were studied.Nitrogen levels were set to N1(120 kg/ha),N2(150 kg/ha),N3(180 kg/ha),N4(225 kg/ha),the yield and its components,tiller dynamics,SPAD and photosynthetic rate of flag leaves and dry matter accumulation of different treatment were comprehensive survey.The results showed that the yield of early rice combination Zhuliangyou 4024 and Jinyou 402 and late rice combination Hyou 159 and Jinyou 207 were showed decreased from N3，N2，N4to N1in turn;The total biomass of the four combination were increased with the nitrogen levels,but after full heading,each treatments were showed decreased from N3,N2,N4to N1in turn;The results of correlation analysis showed that the dry weight of leaf,dry weight of stems and sheaths,dry weight of spike,dry weight of root,upside dry wight,total biomass,flag leaf photosynthetic rate after 13 d of heading stage and mature period had significant or very significant positive correlation with yield.Which indicated that increasing the amount of nitrogen was beneficial to obtain high yield of double cropping rice in the range of 120-180 kg/ha,increasing the amount of nitrogen could promote the dry matter accumulation at tillering stage,but excessive nitrogen could influence the accumulation of dry matter at later growth stage,maintaining larger total biomass and higher photosynthetic rate of flag leaf after heading stage were the key measures to acquire high yield of double cropping rice.

Key words:Nitrogen levels;Double cropping rice;Canopy apparent photosynthesis(CAP);Yield

doi:10.7668/hbnxb.2016.01.033

中圖分類號：S143.1

文獻標識碼：A

文章編號：1000-7091(2016)01-0203-09

作者簡介：劉利成(1987-),男,湖南耒陽人,研究實習員,碩士,主要從事水稻生理與遺傳育種研究。通訊作者：鄧化冰(1973-),女,湖南新邵人,副教授,博士,主要從事水稻生理與遺傳育種研究。

基金項目：國家自然科學基金項目(31101134);國家農業科技成果轉化基金項目(2010GB2D200314)

收稿日期：2015-11-11