水氮管理對優質雜交中稻旌優127產量及氮肥利用率的影響①

張 林，徐富賢，熊 洪，蔣 鵬，周興兵，朱永川，劉 茂，郭曉藝

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水氮管理對優質雜交中稻旌優127產量及氮肥利用率的影響①

張 林1,2，徐富賢1,2，熊 洪1,2，蔣 鵬1，周興兵1，朱永川1，劉 茂1，郭曉藝1

(1四川省農業科學院水稻高粱研究所/農業部西南水稻生物學與遺傳育種重點實驗室，四川德陽 618000; 2國家水稻改良中心四川瀘州分中心，四川瀘州 646100)

為充分發揮優質稻的產量潛力并實現水氮資源的高效利用，以優質雜交中稻旌優127為材料，在大田環境下研究管水方式(W)、施氮量(N)和施氮方式(D)及其互作對水稻產量、穗粒結構和氮肥利用率的影響。結果表明：管水方式(W)、施氮量(N)、管水方式(D)與施氮方式互作 (W×D)、管水方式與施氮量互作(W×N)、施氮量與施氮方式互作(N×D)以及三者互作(W×N×D)間對旌優127產量的影響達極顯著水平，施氮方式(D)對產量的影響接近顯著水平(=0.050 5)，旌優127產量在不同施氮量下均以淺濕管水且氮肥后移時產量最高。管水方式(W)、施氮量(N)、施氮方式(D)及其互作對水稻穗粒結構有不同程度的影響，通徑分析表明影響產量的主要因子為單位面積有效穗數，其次是穗粒數。除施氮方式(D)、管水方式與施氮量互作 (W×N)外的其他因子及其互作對氮肥農學利用率有顯著影響；淺濕管水處理氮肥農學利用率顯著低于常規管水處理；在淺濕管水下，氮肥后移時水稻氮肥農學利用效率隨著施氮量的增加顯著降低，常規施氮時差異較小；在常規管水下則相反。除施氮方式(D)外的其他因子及其互作對氮肥偏生產力有顯著影響；淺濕管水處理氮肥偏生產力顯著高于常規管水處理；氮肥偏生產力在不同的管水方式下均隨施氮量的增加顯著降低。淺濕管水，施氮100 kg/hm2，最高苗期適量施用穗肥是試驗所在生態區最佳的水氮管理方式。

優質稻；水氮管理；產量；氮肥利用率

肥水管理技術是提高水稻產量、氮肥利用率和水分利用率的主要措施，是發展優質高產、環境友好、資源節約型現代農業的關鍵途徑，一直是水稻栽培的研究重點領域之一[1-3]。大量研究表明[2,4-5]，水稻氮效率存在基因型差異，合理的肥水管理技術不但能促進水稻生長發育和提高產量，而且可提高水稻氮素吸收利用效率。但以往的研究主要集中在管水方式、施氮量單因子或兩因子互作效應，針對管水方式、施氮量和施氮方式3因子對水稻產量和氮肥利用的影響研究較少，且結論尚不一致。李波等[6]研究認為基肥減50%可提高或穩定水稻產量。崔運來等[7]研究認為節水灌溉下適當增加追肥次數有利于減少氮素損失而提高氮肥利用率。潘圣剛等[8]、劉立軍等[9]及孫永健等[10]研究表明，節水灌溉下適宜的氮肥運籌對提高水稻氮吸收利用及產量作用顯著，且水氮間存在顯著的互作效應。而Belder 等[11]認為水氮互作對產量、生物量和水分利用率沒有顯著影響；Tan等[12]研究認為與連續灌溉相比，節水灌溉增加了氮肥的淋失損失量，降低了氮肥利用率；陳星等[13]研究表明淹水處理下水稻產量、地上部氮素積累量、氮肥農學利用率、氮肥吸收利用率、氮肥偏生產力和氮肥生理利用率顯著高于控水處理。此外。肥水管理技術對水稻產量、氮肥利用率的影響程度還與品種類型、生態條件、土壤基礎肥力和種植方式等關系密切[14-19]。因此，本研究在前期研究的基礎上[20-23]，進一步研究試驗所在生態區水分管理、施氮量和施氮方式及其互作對優質雜交稻產量和氮肥利用率的影響，為該生態區發展節水節肥高產優質型水稻生產技術提供理論基礎和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗田概況

試驗于2015年在四川省農業科學院水稻高粱研究所瀘縣試驗基地冬水田(105°38′08″ E, 29°17′59″ N)進行。試驗稻田為棕色砂壤土，土質均勻，耕作層(0 ~ 15 cm)肥力指標見表1，試驗處理以外的栽培管理措施同大田生產。

表1 試驗土壤肥力指標

1.2 試驗設計

試驗以優質雜交中稻品種旌優127(國頒二級優米)為材料，2015年3月6日播種，地膜濕潤育秧，4月13日葉齡4.5葉左右移栽，移栽規格27 cm × 20 cm，每穴栽雙株。試驗采用裂區設計，以管水方式(W)為主區，施氮量(N)為裂區，施氮方式(D)為裂-裂區。設2種水分管理方式(W)：淺濕管水(W1)，即栽秧至分蘗盛期灌淺水，夠苗曬田，拔節至抽穗期淺水，抽穗后至成熟期干濕交替管理；常規管水(W2)，即全生育期保持一定水層。4個施氮量(以純N計)水平：0(CK，W1下為CK1，W2下為CK2)、100(N1)、150(N2)、200(N3) kg/hm2。3種施氮方式(D)：D1，底肥∶蘗肥(栽后10天施用)=75∶25；D2，底肥∶穗肥(最高苗期施用)=75∶25。試驗期間磷肥(P2O575 kg/hm2)和鉀肥(K2O 105kg/hm2)全部作底肥移栽前一次施用。試驗小區面積13 m2，3次重復，小區間走道53.5 cm，區組間走道86.5 cm，各小區采用塑料隔板隔開，排灌水管理實行單排單灌。試驗小區水稻生育期基本一致，于成熟期8月8日收獲。水稻本田(秧苗移栽后)生長期間降水量分布、平均溫度()、最低溫度(min)和最高溫度(max)氣象數據由四川省瀘縣氣象站提供(圖 1)。

1.3 測定項目與方法

于移栽后20 d開始，每小區定2點，每點10穴，每周調查1次分蘗動態，至分蘗下降為止。成熟期試驗所有小區按其小區平均有效莖數取樣5穴，在室內考查單株有效穗、穗長、每穗穎花數、每穗實粒數、結實率及千粒重。小區產量采取單打單曬實收測產，小區實產和千粒重均按13.5% 含水量折合為標準重量。

氮肥利用率指標：氮肥農學利用率：施氮肥區與不施氮肥區稻谷產量之差與施氮水平之比，即單位施氮量的產量增加量；氮肥偏生產力：施氮肥區水稻產量與氮肥施用量的比值。

1.4 數據分析

所有數據的計算由DPS 7.05數據處理系統和Excel操作系統完成。采用最小顯著極差法(LSD)進行處理間差異顯著性檢驗(<0.05 或<0.01)。

2 結果與分析

2.1 水氮管理對旌優127產量的影響

單因子方差分析表明(表2)，不同處理間旌優127產量差異達極顯著水平(<0.01)，施氮處理的產量均顯著高于對照(CK)，產量最高的肥水運籌處理是W1N2D2(淺濕管水 + 施氮150 kg/hm2+ 底肥∶穗肥=75∶25)，產量達8 988 kg/hm2，但與W1N1D2和W1N3D2產量差異未達到顯著水平(>0.05)。對不同管水方式、施氮量和施氮方式進行方差分析表明(表3)，管水方式(W)、施氮量(N)、管水方式與施氮方式互作 (W×D)、管水方式與施氮量互作(W×N)、施氮量與施氮方式互作(N×D)以及三者互作(W×N×D)間對旌優127產量的影響達極顯著水平，施氮方式對產量的影響接近顯著水平(=0.0505)。其中，淺濕管水處理產量顯著高于常規管水處理；隨施氮量的增加水稻產量逐漸提高，即N3>N2>N1，但N3與N2差異不顯著；氮肥后移處理產量高于施用常規施氮處理，即D2>D1。

2.2 水氮管理對旌優127穗粒結構的影響

單因子方差分析表明(表2)，不同處理間最高苗數、有效穗數、穗長、結實率、千粒重和穗粒數的差異達顯著或極顯著水平。對不同管水方式、施氮量和施氮方式進行方差分析表明(表3)，管水方式、施氮量、施氮方式、管水方式與施氮方式互作、施氮量與施氮方式互作以及三者互作間對旌優127最高苗數的影響達顯著或極顯著水平；管水方式、施氮量、施氮方式、管水方式與施氮方式互作和施氮量與施氮方式互作對旌優127有效穗數的影響達顯著或極顯著水平；施氮方式顯著影響旌優127的穗長；管水方式和施氮方式顯著影響旌優127結實率；施氮方式顯著影響旌優127千粒重；施氮量、施氮方式和施氮量與施氮方式互作對旌優127穗粒數的影響達顯著或極顯著水平。通徑分析結果表明(表4)，旌優127穗粒結構對產量形成的影響表現為有效穗數＞穗粒數＞千粒重＞結實率。影響優質雜交中稻旌優127產量的主要因子為單位面積有效穗數，其次是穗粒數。

2.3 水氮管理對氮肥利用率的影響

方差分析表明(表3)，管水方式、施氮量、管水方式與施氮方式互作、施氮量與施氮方式互作以及三者互作間對旌優127氮肥農學利用率的影響達極顯著水平；施氮方式以及管水方式與施氮量互作對旌優127氮肥農學利用效率的影響較小。管水方式、施氮量、管水方式與施氮量互作、管水方式與施氮方式互作、施氮量與施氮方式互作以及三者互作間對旌優127氮肥偏生產力的影響達極顯著水平；施氮方式對旌優127氮肥偏生產力的影響較小。從圖2A可以看出，淺濕管水處理氮肥農學利用率顯著低于常規管水處理。在淺濕管水處理下，氮肥后移時水稻氮肥農學利用效率隨著施氮量的增加顯著降低，常規施氮時差異較小；在常規管水處理下則相反，氮肥后移時水稻氮肥農學利用效率在不同施氮量間差異較小，常規施氮時隨著施氮量的增加顯著降低。從圖2B可以看出，淺濕管水處理氮肥偏生產力顯著高于常規管水處理。氮肥偏生產力在不同的管水方式下均隨施氮量的增加顯著降低。在淺濕管水下，氮肥農學利用效率和偏生產力均最高的氮肥運籌是施氮100 kg/hm2，底肥∶穗肥=75∶25。在常規管水下，氮肥農學利用效率和偏生產力均最高的氮肥運籌是施氮100 kg/hm2，底肥∶蘗肥=75∶25。綜合產量和氮肥利用率考慮，試驗所在生態區最佳的肥水管理是淺濕管水，施氮100 kg/hm2，最高苗期適量施用穗肥。

表2 不同處理下旌優127產量及穗粒結構的多重比較結果

注：表中同列數據后小寫字母不同表示處理間差異在<0.05水平上顯著；* 和**分別表示在<0.05和<0.01 水平上顯著；下同。

表3 管水方式、施氮量和施用方式對旌優127產量、穗粒結構和氮肥利用率的影響

表4 旌優127穗粒結構對產量的通徑分析

3 討論

水分、氮素兩因子對產量、水分利用率及氮肥利用效率起著重要的調控作用，但其在水稻生長發育過程中又相互影響和制約，水稻能否發揮水氮耦合效應，進而提高產量、品質、水分和氮素利用效率是當前水稻栽培熱點話題，相關研究報道已較多[7-13]。水稻營養生長期生長發育隨施氮量增加而增大，生殖生長期施氮量與群體生長速度呈二次曲線關系，與產量水平呈單峰曲線關系[8,24]。普遍研究認為，適量增加穗肥施用比例能提高水稻產量和氮肥的利用率，但與品種類型、生態條件、土壤類型、土壤基礎肥力、種植方式等關系密切[14,20-23]。淺濕交替灌溉較傳統深水層淹水灌溉提高了根區溶氧能力，促進根系發育，產量水平也較傳統淹灌處理有不同程度的增加[8-10]。本研究表明，淺濕管水(W1)處理產量顯著高于常規管水處理(W2)；隨施氮量的增加水稻產量逐漸提高，N3>N2>N1，但N3與N2差異不顯著；施用穗肥(D2)處理產量高于施用蘗肥處理(D1)，與前人研究結果基本一致。

水氮互作對水稻產量和氮肥利用率的影響系統研究不足，結果也不盡一致。潘圣剛等[9]、劉立軍等[10]及孫永健等[11]研究表明，節水灌溉模式下適宜的氮肥運籌對提高水稻氮吸收利用及產量作用顯著，且水氮間存在顯著的互作效應；而Belder 等[11]、Tan等[12]、陳星等[13]研究認為與連續灌溉相比，節水灌溉降低了氮肥利用率。本研究認為管水方式(W)、施氮量(N)、管水方式與施氮方式互作 (W×D)、施氮量與施氮方式互作(N×D)以及三者互作(W×N×D)間對水稻氮肥農學利用率的影響極顯著，但施氮方式(D)單因子以及管水方式與施氮量(W×N)互作對氮肥農學利用效率的影響較小。管水方式、施氮量、管水方式與施氮量互作、管水方式與施氮方式互作、施氮量與施氮方式互作以及三者互作間對氮肥偏生產力的影響極顯著，但施氮方式(D)單因子對氮肥偏生產力的影響較小。淺濕交替管水下氮肥農學利用率低是否與氮肥的揮發、淋失量大有關需進一步研究。

4 結論

1) 淺濕管水處理產量顯著高于常規管水處理；隨施氮量的增加水稻產量逐漸提高；施用穗肥處理產量高于施用蘗肥處理，但對產量的影響不顯著；管水方式、施氮量和施氮方式互作顯著影響水稻產量。

2) 管水方式、施氮量和施氮方式及其互作對水稻穗粒結構有不同程度的影響。影響優質雜交中稻旌優127產量的主要因子為單位面積有效穗數，其次是穗粒數。

3) 淺濕管水處理氮肥農學利用率顯著低于常規管水處理。在淺濕管水處理下，氮肥后移時水稻氮肥農學利用效率隨著施氮量的增加顯著降低，常規施氮時差異較小；在常規管水處理下則相反。淺濕灌水處理氮肥偏生產力顯著高于常規管水處理。氮肥偏生產力在不同的管水方式下均隨施氮量的增加顯著降低。

4) 綜合產量和水氮利用效率考慮，試驗所在生態區最佳的水氮管理方式是淺濕管水、施氮100 kg/hm2、最高苗期適量施用穗肥。

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Effects of Water and Nitrogen Management on Yield and Nitrogen Use Efficiency of Good Quality Hybrid Rice Jingyou 127

ZHANG Lin1,2, XU Fuxian1,2, XIONG Hong1,2, JIANG Peng1, ZHOU Xingbing1, ZHU Yongchuan1, LIU Mao1, GUO Xiaoyi1

(1 Rice and Sorghum Research Institute,Sichuan Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Southwest Rice Biology and Genetic Breeding, Ministry of Agriculture, Deyang, Sichuan 618000, China; 2 Luzhou Branch of National Rice Improvement Center, Luzhou, Sichuan 646100, China)

In order to fully realize the yield potential of good quality rice and the efficient utilization of water and nitrogen (N) resources, we explored the effects of water management (W), N application level (N) and application method (D) as well as their interaction on rice yield, grain structure and N use efficiency by a field experiment with the good quality hybrid rice Jingyou127 as material. The results showed that the yield of Jingyou 127 was extremely significant effected by W, N and the interactions of W×N, W×D, N×D and W×N×D. The effect of D on yield was close to the significant level (=0.050 5), the yield of Jingyou127 was highest when 75% N as base fertilizer and 25% as panicle fertilizer in wet-shallow alternate irrigation. W, N, D and their interactions had different effects on grain structure. Path analysis showed that the effective panicles and spikelets per panicle were the main factors of the yield. Except D and W×N,the other factors and their interactions had significant effects on N agronomic efficiency. Under the wet-shallow alternate irrigation, N agronomic efficiency was significantly lower than that under conventional irrigation, and it significantly decreased with the increase of N application level at postponing N application treatment, but little difference under conventional N application treatment, which had the opposite effect. Except D, the other factors and their interactions had significant effects on the partial factor productivity of applied N. Under the wet-sallow alternate irrigation, the partial factor productivity of applied N was significantly higher than that under conventional irrigation, and it significantly decreased with the increased N application level. Wet-shallow alternate irrigation, 100 kg/hm2N (75% as base fertilizer and 25% as panicle fertilizer) is the best model of water-nitrogen coupling management.

Good quality rice; Water and nitrogen managements; Yield; Nitrogen use efficiency

10.13758/j.cnki.tr.2017.04.006

S365；S511.3+2

A

國家糧食科技豐產工程項目(2013BAD07B13)、國家水稻產業體系項目(CARS-01)、四川省水稻育種攻關項目和四川省財政基因工程項目資助。

張林(1982—)，男，貴州威寧人，碩士，副研究員，主要從事水稻遺傳育種與高產理論研究。E-mail：zhanglin1090@sina.com