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鹽堿地條件下施氮量和栽插密度對水稻產量和品質的影響

2018-05-03 00:56:59蔣玉蘭唐紀元戴其根
中國土壤與肥料 2018年2期
關鍵詞:水稻產量影響

嚴 凱,蔣玉蘭 ,唐紀元,戴其根,2*

(1. 揚州大學江蘇省作物遺傳生理重點實驗室,揚州 江蘇 225009;2. 揚州大學農業部長江流域稻作技術創新中心,揚州 江蘇 225009)

“農穩社稷,糧安天下”,糧食安全是國家安全的重要組成部分,是事關國計和社會穩定的首要問題。中國現有13.68億人口,并且正以每年1 200萬人的速度增加,充足的糧食是保證國民吃飽飯的條件,把飯碗端在自己手里是國家發展的重要因素[1-2]。隨著社會發展和城市化進程的加快,耕地面積總量越來越逼近耕地紅線,穩定糧食種植面積的壓力越來越大,日顯稀缺的耕地資源已成為我國糧食安全的瓶頸。我國海岸線蜿蜒曲折,沿岸灘涂資源豐富突出,是我國重要的后備土地資源之一。通過圍墾熟化,將沿海灘涂鹽堿地變為可利用的農用耕地是增加耕地的重要方法之一,水稻不僅是主糧作物,而且在耐鹽堿上表現較好,常常作為鹽堿地改良的首選作物。加強灘涂鹽堿地水稻種植的研究,是當前灘涂作物研究的重點。

在鹽堿地水稻栽培中,沿海灘涂特殊的地質條件,水稻往往不能取得高產優質。前人對鹽堿地水稻品種的選育[3-4]、適合栽插密度[5-7]、灌溉方式[8]、肥料使用量和肥料運籌[9-13]等做了大量的探究,在適宜基本苗確定上,孫明法等[6]認為機插栽培每公頃 37.5 萬穴,每穴5~6 苗,周根友等[7]認為每公頃栽插穴數以33 萬穴,每穴苗數以 4~5 苗為宜;在施肥技術上,孫明法等[6]研究認為應多施有機肥與磷肥,少用速效化肥,每公頃施過磷酸鈣750 kg、廄肥等有機肥15 000 kg、氮肥247.5 kg,基肥∶蘗肥∶穗肥比例為 3∶4∶3,沈瑞春[12]提出了早施苗肥、重施蘗肥與增施穗粒肥的施肥方法。然而對鹽堿地上水稻具體的施氮量和栽插密度以及它們之間的互作關系還需要進一步探究,加之由于生活水平的提高,人們對稻米品質的要求也越來越高。本試驗于射陽鹽堿地選用優質軟米9108為試驗材料,在模擬機插條件下,設置了6個不同氮肥水平處理和兩個栽插密度,分析了氮肥水平和栽插密度對水稻產量及稻米品質的影響,以期為鹽堿地水稻的高產優質栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和材料

供試材料為遲熟中粳型軟米品種南粳9108。試驗于2015年在江蘇射陽順泰農場進行。土壤為砂壤土,耕作層電導率為2.5~3.5 mS/m,pH值為8.0~8.7,堿解氮66.42 mg/kg,有效磷22.19 mg/kg,速效鉀93 mg/kg,有機質3.51 g/kg。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區試驗,施氮量為主區,設每公頃施氮0 kg(N0)、210 kg(N210)、255 kg(N255)、300 kg(N300)、345 kg(N345)和390 kg(N390),共6個水平;栽插密度為副區,設12 cm×25 cm(D1)、12 cm×30 cm(D2)兩個水平,共12個處理,3次重復,每個主區面積60 m2,副區面積30 m2,各主區之間做埂,并用塑料薄膜覆蓋埂體,保證單獨排灌,防止竄肥。氮肥運籌為基蘗肥∶穗肥=6∶4,基蘗肥中基肥∶分蘗肥為5∶5,分蘗肥分2次,第一次在栽后7 d,第二次在栽后14 d。穗肥也分2次使用,分別在倒4葉和倒2葉施用,用量各半。同時每個小區施用過磷酸鈣600 kg/hm2作為基肥。5月12日播種,秧齡為27 d,人工模擬機插,每穴4苗。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 產量及構成

成熟期每個小區收割100穴測定實際產量;每個小區隨機取5穴有代表性的稻株,測定產量構成因素。

1.3.2 莖蘗數

于拔節期、抽穗期、成熟期在各個小區連續數20穴水稻的莖蘗數,得到其平均數。

1.3.3 干物質量

于拔節期、抽穗期、成熟期在各個小區取3穴有代表性的植株,烘干,測定其質量。

1.3.4 稻米品質

水稻收獲后脫粒,攤曬后儲藏3個月,待理化性質穩定后,每處理稱取6份,每份130 g稻谷,按照中華人民共和國國家標準—優質稻谷(GB/T 17891—1999)測定糙米率、精米率、整精米率、粒長、粒寬、長寬比、堊白率、堊白度。采用米飯食味計(STA1A) 自動測定米飯的香氣、光澤、完整性、味道、口感的評分和綜合評分值。

1.4 數據計算和統計分析

用Microsoft Excel(2003)和DPS(v9.50)統計軟件分析數據和作圖,采用最小顯著差數法(LSD)進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 施氮量和密度對水稻產量的影響

由表1可以看出,施氮量對水稻產量及其構成因素均有極顯著的影響,密度主要影響了單位面積穗數,此外,氮肥和密度的交互作用對水稻產量有顯著影響。隨著施氮量的增加,單位面積穗數呈現先上升后下降的趨勢,且25 cm×12 cm密度下的穗數均比30 cm×12 cm密度下的多;施氮量的增加還會顯著提高每穗粒數;而結實率和千粒重均隨著施氮量的增加而降低;隨著施氮量的增加,產量先上升后下降,且后期降幅明顯,在低氮(N0~N300)下密度大的處理均比密度小的產量高,但差異不顯著,而高氮(N345、N390)下密度小的比密度大的產量高,本試驗中,產量在N300 D1最高,為8 387.12 kg/hm2,較不施氮低密度處理增產93%。

表1 不同氮肥及密度處理下鹽堿地水稻產量及其構成因素

注:同一列數據后標以不同字母表示在0.05水平下差異顯著。**表示在 0.01 水平上差異顯著,*表示在 0.05 水平上差異顯著,ns 表示差異不顯著。下同。

2.2 施氮量和密度對水稻莖蘗數的影響

圖1是各主要生育期各處理下每公頃水稻的莖蘗數。隨著生育進程的不斷推進,水稻的莖蘗數呈現先急速增加和緩慢下降最后趨于穩定的趨勢。由圖可知,不同時期不同氮肥處理下,密度大的(D1)均比密度小的(D2)莖蘗數多;就施氮水平而言,拔節期隨著施氮量的增加,莖蘗數呈現上升趨勢,抽穗期和成熟期,莖蘗數均隨著施氮量的增加呈現向上升后下降的趨勢,抽穗期在N345時莖蘗數最多,成熟期則在N300達到峰值。

圖1 不同氮肥及密度處理下鹽堿地水稻各時期莖蘗數

2.3 施氮量和密度對水稻干物質量的影響

由表2可以看出,隨著生育進程的不斷推進水稻的干物質量不斷增加,除了抽穗期外,施氮量和移栽密度對水稻的干物質積累量有顯著或極顯著的交互作用。隨著施氮量的增加,拔節期和抽穗期的干物質量均呈現上升趨勢,而成熟期最大值則與產量相同,出現在N300。拔節期密度大的比密度小的干物質量大,抽穗期和成熟期也表現為低氮時密度大的干物質量大,高氮時密度小的干物質量大。施氮量和密度及二者交互作用均對收獲指數有顯著或極顯著影響,施氮量與收獲指數呈負相關(r2=0.92),且各氮肥處理間差異顯著。

表2 不同施氮量及密度處理下水稻干物質積累量

2.4 施氮量和密度對稻米加工品質的影響

由表3可知,施氮量對稻米的加工品質影響較大,栽插密度對加工品質的影響比較小,隨著施氮量的增加,糙米率,精米率,整精米率均隨之上升,且最高施氮量和最低施氮量之間存在顯著差異,密度增加會降低精米率,但處理間差異不顯著。

表3 不同施氮量及密度處理下稻米加工品質 (%)

2.5 施氮量和密度對稻米外觀品質的影響

由表4可知,施氮水平和密度處理對鹽堿地稻米外觀品質的影響很小,各處理間粒長、粒寬、長寬比的變化差異不顯著,長寬比維持在1.6左右,但堊白對各處理尤其是施氮量的響應比較明顯,隨著施氮量的增加,堊白率和堊白度均呈現上升趨勢,且密度大的比密度小的堊白率大,堊白度高。

表4 不同施氮量及密度處理下稻米外觀品質

2.6 施氮量和密度對米飯蒸煮食味品質的影響

由表5可得出,密度對米飯的蒸煮食味品質影響較小,各密度處理間差異不顯著;而施氮量對蒸煮食味品質的各個方面均存在較大的影響。隨著施氮量的增加,米飯的香氣、光澤、味道、口感、食味值均呈現下降趨勢,食味值的極差接近10,而完整性則隨著施氮量的增加呈現上升趨勢。

表5 不同施氮量及密度處理下米飯蒸煮食味品質

3 討論

3.1 施氮量和密度對鹽堿地水稻產量及其構成因素的影響

鹽堿地的水稻產量制約因素比較多,前期不易立苗早發,造成僵苗,導致分蘗數較少,單位面積穗數不夠;中期生長不旺盛,造成每穗粒數減少;后期容易早衰,千粒重較小,早衰嚴重的造成倒伏,產量降低。陳海飛等[14]在中低產田以兩優培九為材料進行研究,認為在每公頃施氮180 kg,密度為每公頃21萬穴的處理下,水稻產量最高,為每公頃8 280 kg,且低氮條件下,適當增加密度有有利于增加單位面積穗數,從而提高產量。徐新朋等[15]以贛早秈54號和正成456為材料,探究江西雙季稻栽培模式下適宜的施氮量和栽插密度,結果顯示每季每公頃水稻施氮量為180 kg,栽插密度為26萬穴時產量最高,每公頃產量分別達到9 810和11 355 kg,分析表明增加施氮量和移栽密度主要通過增加有效分蘗而提高水稻有效穗數及總穗粒數增加水稻產量。朱鎮等[16]對本試驗材料南粳9108研究認為,揚州地區每公頃施氮量262.5~300 kg,密度1.87萬穴最好。本試驗結果認為,在鹽堿地條件下,增加施氮量和移栽密度,主要是增加了單位面積穗數,穗數是產量基礎,穗數得到穩定,水稻才有可能獲得高產,因此鹽堿地種植可以適當增加施氮量并提高移栽密度,每公頃施氮量在300~345 kg,栽插穴數為33.3萬穴(12 cm×25 cm)可以獲得最高產量。

Yoshida等[17]認為,水稻單位面積的穎花數對子粒產量的貢獻率為74%,而結實率和千粒重共同僅占26%。樊紅柱等[18]研究得出相似的規律:穗粒數、結實率、千粒重并不是最大時,只要水稻單位面積有效穗數較高,其產量相應較大。前人研究表明[19-21],鹽脅迫會使水稻的各個產量構成因素有所下降,但結實率和千粒重因水稻品種、氣候條件等因素較難調控,因此鹽堿地條件下,提高水稻的單位面積穗數和每穗粒數至關重要,本試驗通過適當增加施氮量和移栽密度從而提高了單位面積穗數和每穗粒數也得到這樣的結論。

3.2 施氮量和密度對鹽堿地水稻群體質量的影響

施氮量和栽植密度是調節水稻群體結構、提高產量的重要措施之一,適宜的施氮量和栽植密度是優化群體質量的重要基礎。水稻群體質量指標包括抽穗至成熟期群體光合生產量、葉面積指數、總穎花量、粒葉比、有效葉面積率和高效葉面積率、單莖莖鞘重、穎花根活量和穎花根流量、成穗率等。凌啟鴻等[22]認為抽穗至成熟期群體光合生產量是衡量水稻群體質量的核心指標,適宜的葉面積指數是水稻高產群體的基礎指標,且在穩定適宜穗數的同時還應該提高莖蘗成穗率。

前人關于施氮量和移栽密度對水稻群體質量的影響做了大量研究[22-28]。凌啟鴻等[22]研究認為,移栽密度過小,雖然個體生長旺,但不易控制分蘗,收獲時無效分蘗增加,群體分蘗降低;反之,移栽密度過大,個體生長受到抑制,穗數過多,后期容易引起倒伏。施氮量過小,光合積累量不夠,群體發育受到抑制;而施氮量過高則引起個體旺長倒伏,甚至造成肥害減產。陳海飛等[14]認為適度增加施氮量與提高移栽密度可以提高水稻群體莖蘗數,減少無效分蘗,優化水稻群體結構,在保證莖蘗數的前提下提高成穗率。鹽堿地條件下,分蘗很容易受到鹽脅迫的影響而減少,造成分蘗缺位,因此鹽堿地條件下尤其要注意分蘗的發生。陳露等[29]研究不同年代中粳稻品種對施氮量的響應,認為2000年以前的中粳稻品種在施氮量240 kg/hm2下具有較高的莖蘗成穗率、抽穗至成熟期的干物質積累、有效葉面積和高效葉面積指數、粒葉比,而2000年以后的超級稻品種則在施氮量360 kg/hm2下具有較高的上述群體質量指標。姚辰[30]通過比較寒地條件下不同栽插密度和施氮量對穗數型和穗重型水稻群體的影響發現,隨插秧密度的增加單穴分蘗數減小,并隨施氮量的增加而增加,各品種均表現出同一趨勢,每平方米分蘗數則隨插秧密度和施氮量的增加而增加,穗數型品種比穗重型品種分蘗增長快,最高分蘗數高于穗重型品種。隨著水稻生育期的推進,各品種每平方米干物質的積累量逐漸增加。每平方米干物質積累量以及抽穗期和成熟期莖葉、穗和地上部干物質積累量相同插秧密度下隨施氮量增加而增加;相同施氮量水平下,隨插秧密度的增加而降低。本研究結果顯示,鹽堿地條件下,施氮量的提高雖會顯著增加莖蘗數、干物質積累量,但同時也降低了成穗率和收獲指數,因此本研究結果表明,增加有效穗數是關鍵,提高后期干物質積累是基礎,機插水稻成穗率70%以上,收獲指數0.45左右,單位面積有效穗數375萬,后期干物質積累量達到40%是鹽堿地水稻取得每公頃產量8 250 kg的重要保證。

3.3 施氮量和密度對鹽堿地稻米品質的影響

關于稻米品質對肥料和密度的響應,相關的研究結果有很多,但由于品種類型、氣候條件、試驗設計等原因,前人的研究結果不盡相同。徐春梅等[31]以中早22為材料研究表明,糙米率、精米率和整精米率在一定范圍內隨施氮量增加而提高,但施氮量超過150 kg/hm2時反而下降,李永杰[32]也持此觀點。此外,徐春梅等[31]認為整精米率還會隨著密度的升高而降低。整精米率的提高可能是由于糙米中蛋白質含量的增加而導致糙米中淀粉的分散性降低和黏性增加,或者是蛋白質含量增加可以提高稻米硬度,增強稻米抗碾磨破壞的能力。而殷春淵等[33]則認為,隨著施氮量增加,稻米加工品質變化規律不明顯,即受氮肥影響較小,差異不明顯,基本表現為在低氮肥處理下,稻米的出糙率、精米率和整精米率相對較高。本研究認為,碾磨品質與稻米中的蛋白質含量的高低有關,其原因可能是如徐春梅等[31]所言蛋白質含量高,稻米整體的抗破壞能力就隨之提高,施氮量的增加會顯著提高稻米的碾磨品質,而密度的變化則對碾磨品質的影響較小,增加密度會略微提高精米率和整精米率,但增幅不顯著。

有研究表明[34]不同品種堊白對氮肥的反應不同。楊澤敏等[35]認為稻米的堊白率和堊白大小與施氮量呈顯著的負相關;但有日本學者[36]則認為后期較多的氮肥施用會增加稻米的堊白。密度方面,鐘旭華等[37]對優質米品種“雙竹粘”研究認為,每穴穗數與堊白率呈極顯著正相關。本試驗結果表明,施氮量和密度對稻米粒型沒有影響,但施氮量和密度均與稻米外觀品質呈正相關,即施氮量越多,密度越大,堊白度和堊白率越高,外觀品質越差,這與楊澤敏等[35]的研究結果相似。

稻米的蒸煮食味品質越來越受到人們的關注和重視,本研究材料南粳9108由于其較好的食味品質,近年來在江蘇地區受到人們的喜愛。栽培方式會對稻米的食味品質有很大的影響,姜元華等[38]對本試驗材料研究認為,氮肥對粳型軟米食味品質及質構特征存在顯著影響,隨著施氮量的增加,香氣、光澤、味道、口感和食味值呈下降趨勢,完整性則一直增加,食味指標對氮肥的敏感程度為口感>光澤>食味值>味道>香氣>完整性,本試驗研究結果與姜元華相同。程效義等[39]以雜交粳稻遼優5218和常規粳稻遼星1號為試材得出結論,增施氮肥或降低密度可提高遼優5218和遼星1號籽粒的蛋白質含量,降低食味值。而丁震乾等[40]以4個從日本引進的優質食味粳稻品種(系)為供試材料研究發現,產量隨施氮量的增加呈先上升后下降的趨勢,最大值為225 kg/hm2施氮水平,且米飯外觀、黏度、平衡度、食味值隨施氮量的增加均呈不同程度的下降趨勢,在高氮時下降比較明顯,而硬度隨施氮量的增加呈現不同程度的上升趨勢。張欣等[41]認為,可以用食味值將米飯分為差(<50)、一般(50~60)、較好(60~70)、好(>70)4個等級,在本試驗中,施氮量小于345 kg/hm2的處理食味值均高于70,說明在最高產量的處理(N300D1)下,仍然可以獲得較好的品質,達到高產優質協調。

4 結論

施氮量和栽插密度均會對水稻產量和稻米品質產生影響,隨著施氮量的增加,水稻產量呈現先上升后下降的趨勢,密度方面則表現為低氮條件下,產量和密度呈正相關,高氮條件下,產量和密度呈負相關。增加施氮量在提高水稻碾磨品質的同時,降低了外觀品質和蒸煮食味品質。在鹽堿地條件下,采用12 cm×25 cm的栽插密度,每公頃施氮300 kg是南粳9108獲得高產優質適宜的栽培措施。

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海水稻產量測評平均產量逐年遞增
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一季水稻
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水稻花
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2018上半年我國PVC產量數據
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