不同種植方式增苗節氮對雙季晚稻干物質積累及其分配特性的影響

唐志偉，龍文飛，戴 煒，傅志強

(湖南農業大學 農學院，農業部華中地區作物栽培科學觀測實驗站，湖南 長沙 410128)

水稻是我國種植面積最大的糧食作物之一,也是耗水量最大的農作物[1-4]。水稻常規栽培模式耗水量高達1.05×104～1.35×104m3/hm2，在我國能源和水資源極度緊缺的情況下，水稻節水栽培與灌溉具有顯著的社會、生態和經濟效益[5]。我國南方部分地區季節性干旱在夏、秋季頻發，此時正是水稻生長的需水關鍵期，干旱對稻區的影響尤為明顯，季節性干旱嚴重制約了我國南方稻區的穩產豐產[6-7]。因此，我國南方糧食產區發展節水栽培與灌溉對水稻增產、穩產具有非常重要的現實意義。關于水稻不同種植方式的比較研究較多，水稻人工移栽拋栽、機插和直播對產量及其構成因素的表現不一致[8-13]。但節水條件下不同種植方式增苗節氮對雙季晚稻生長及物質積累分配特性影響的研究還較少。

湖南南部地區溫光雨水資源充沛，氣候十分適宜雙季稻種植。但因降雨時空分布不均，雨熱不同期，導致季節性干旱頻發，嚴重制約了雙季晚稻的豐產穩產[14-15]。本研究在湖南南部丘陵山區梯壟沖田傳統的節水栽培模式的基礎上，結合當前水稻規模化生產的實際需要，以早稻生育后期(抽穗期開始)與晚稻生育前期(移栽返青期)蓄水為前提，采用“早水晚用”、不同耕作方式、不同種植方式以及增苗節氮相結合的技術模式，研究節水節氮輕簡栽培模式對雙季晚稻干物質積累及其分配特性的影響，探索最佳的種植方式，為“早蓄晚灌”節水節氮輕簡栽培模式提供理論支撐與技術指導。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

試驗于2016年3-11月在冷水灘區糧豐示范試驗基地開展，土壤肥力中等，類型為壤土。采取隨機區組試驗設計，設5個處理， 3次重復，每個區組一整塊田，小區面積均為200 m2，共15個小區。田埂高約10 cm，其上覆膜，灌溉采取單灌單排。

在早稻后期蓄水(5～10 cm)的條件下，設置5個處理：處理1：早稻旋耕機插機收+晚稻免耕機插機收+增苗節氮；處理2：早稻旋耕拋栽機收+晚稻免耕機插機收+增苗節氮；處理3：早稻旋耕拋栽機收+晚稻免耕人栽機收+增苗節氮；處理4：早稻旋耕人插人收+晚稻免耕拋栽機收+增苗節氮；處理5(CK)：早稻旋耕人插人收+晚稻免耕人插人收+增苗節氮。

機插秧采用黑色塑料硬盤育秧方式；拋栽秧采用透明塑料軟盤育秧方式；機收均使用小型輪式收割機收割。增苗節氮 ：按比常規處理(CK)增加10%的苗，減少N 20%來操作。常規處理(CK)氮肥早稻按純N 150 kg/hm2施入，晚稻按純N 180 kg/hm2施入，每公頃30萬穴，雜交稻每穴2根秧苗，常規稻每穴3根秧苗。供試品種早稻為中嘉早17，晚稻為豐源優299。早稻：人插和拋栽的播種、移栽、收獲分別為3月20日、4月21日、7月11日；機插秧的播種、機插、收獲分別為4月5，22日、7月11日；晚稻：人插和拋栽的播種、移栽、收獲分別為6月23日、7月25日、10月27日；機插秧播種、機插、收獲分別為6月20日、7月20日、10月27日。化肥施用比例為N∶P2O5∶K2O=1∶0.5∶1.2，N肥按基肥∶分蘗肥=1∶1施入，其他肥料作為基肥一次性施入。

1.2 測定項目及方法

在水稻分蘗盛期、孕穗期、抽穗期、乳熟期、成熟期按平均分蘗數進行取樣，每小區取3穴，莖、葉、穗分裝，105 ℃殺青30 min，80 ℃下烘至恒質量，稱量各生育時期植株莖、葉、穗部位干物質質量。

1.3 數據處理

采用Excel 2016版、SPSS 20版軟件進行數據整理與統計分析，方差分析采用Duncan新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 水稻不同生育時期生物量變化

由表1可知，水稻單株干物質量分蘗盛期以處理2最高，較其他處理高4.12%～139.64%，與處理1和處理5差異性不顯著，但三者均顯著高于處理3和處理4，其中以處理3最低，較其他處理低24.09%～56.55%。抽穗期以處理4最高，較其他處理高1.59%～14.75%，與處理2和處理3差異性不顯著，但三者均顯著高于處理1和處理5，其中以處理1最低，且顯著低于其他處理，低7.31%～12.85%。乳熟期以處理4最高，較其他處理高0.29%～8.24%，與處理2和處理5差異性不顯著，三者均顯著高于處理1和處理3，其中以處理1最低，較其他處理低2.64%～7.61%。成熟期以處理5顯著高于其他處理，高9.33%～27.75%，處理3最低，且顯著低于其他處理，低3.45%～21.72%。通過F值比較可知，不同處理間對水稻干物質量的影響程度順序為成熟期>抽穗期>分蘗盛期>乳熟期。相關分析表明，乳熟期單株干物質量與產量呈極顯著正相關，成熟期呈顯著正相關，抽穗期呈不顯著正相關，分蘗盛期呈不顯著負相關，說明水稻乳熟期單株干物質量對水稻產量的影響最大，且單株干物質量越重產量越高，成熟期影響程度次之，分蘗盛期甚至呈現相反的趨勢。

表1 水稻不同生育時期單株干物質量Tab.1 Dry matter weight of single plant at main stages of rice g

注：同列數據后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05);*和**分別表示在P<0.05和P<0.01水平下顯著。表2-5同。

Note： Values followed by different letters in same column mean significant at the 5% levels, respectively;*and**mean significant difference at 5% and 1% levels, respectively. The same as Tab.2-5.

2.2 水稻不同生育時期干物質積累量和比例變化

由表2可知，播種-分蘗期單株干物質積累量以處理2最高，較其他處理高4.12%～139.64%，與處理1和處理5差異不顯著，但三者均顯著高于處理3和處理4，其中以處理3最低，較其他處理低24.09%～56.55%；這期間干物質積累量占整個生育期積累量的11.41%～25.36%，以處理1占比最高，較其他處理高1.18～13.95百分點，其次為處理2，處理3所占比例最低，較其他處理低1.46～13.95百分點。分蘗-抽穗期單株干物質積累量以處理3最高，較其他處理高3.28%～51.46%，與處理4差異性不顯著，二者均顯著高于其他處理，以處理1積累量最低，較其他處理低15.15%～33.97%；這期間干物質積累量占整個生育期積累量的43.99%～71.71%，是整個生育期干物質積累量最多的階段，處理3積累量最高，較其他處理高12.29～27.72百分點，其次是處理4，處理5干物質積累量所占比例最小，較其他處理低1.72～27.72百分點。抽穗-乳熟期單株干物質積累量以處理5最高，較其他處理高8.22%～193.89%，與處理1差異性不顯著，二者均顯著高于其他3個處理，以處理3積累量最低，較其他處理低41.91%～65.97%；這期間干物質積累量占整個生育期積累量的4.20%～11.01%，是整個生育期干物質積累量最低的階段，處理1最高，較其他處理高1.35～6.81百分點，其次是處理5，處理3干物質積累量所占比例最小，較其他處理低2.19～6.81百分點。乳熟-成熟期單株干物質積累量以處理5最高，顯著高于其他處理，高44.93%～183.91%，其次是處理4積累量，處理3積累量顯著低于其他處理，低31.70%～64.78%；這個時期干物質積累量占整個生育期積累量的12.68%～28.17%，以處理5積累量所占比例最高，較其他處理高6.92～15.49百分點，處理4次之，處理3該時期積累量最低，較其他處理低5.24～15.49百分點。通過F值比較可知，在乳熟-成熟期單株干物質積累量各處理間差異性最大(145.18**)，其次是分蘗-抽穗期(100.04**)，然后是播種-分蘗期(26.99**)，處理間差異性相對最低的是抽穗-乳熟期單株干物質積累量(18.17**)。相關分析表明，乳熟-成熟期單株干物質積累量與產量呈不顯著正相關(0.77)，分蘗-抽穗期和抽穗-乳熟期單株干物質積累量與產量的均呈不顯著正相關，且相關性逐漸降低，在播種-分蘗期甚至與產量呈不顯著負相關，表現出隨單株干物質積累量的增加產量有降低的趨勢。

表2 水稻主要生育階段干物質積累量和比例Tab.2 Dry matter accumulation and its ratio to total dry matter in main growth periods of rice

2.3 水稻不同生育時期莖鞘干物質分配特性

由表3可知，整個生育期莖鞘生物量不同處理均呈現出分蘗盛期-抽穗期增加，抽穗-成熟期呈逐漸降低的趨勢；水稻不同生育期莖鞘生物量所占比例則呈現出逐漸降低的趨勢。分蘗盛期莖鞘生物量以處理2最高，較其他處理高5.08%～106.80%，與處理1和處理5差異性不顯著，三者均顯著高于處理3和處理4，以處理3生物量最低，較其他處理低18.93%～51.64%；該時期莖鞘生物量占總生物量的51.04%～59.69%，以處理3所占比例最高，較其他處理高3.80～8.65百分點，以處理1最低，較其他低0.47～8.65百分點，處理4、處理5和處理2莖鞘所占比例依次遞減。抽穗期莖鞘生物量以處理2最高，較其他處理高2.20%～12.61%，與處理3和處理4差異性不顯著，較處理1和處理5差異性顯著，處理5莖鞘生物量最低，較其他處理低2.02%～11.20%；該時期莖鞘生物量占總生物量的46.03%～50.68%，以處理1所占比例最高，較其他處理高1.18～4.65百分點，處理2、處理4、處理3和處理5呈依次遞減，處理5所占比例最低，較其他處理低1.28～4.65百分點。乳熟期莖鞘生物量以處理2最高，較其他處理高1.85%～24.64%，與處理1差異性不顯著，二者均顯著高于其他處理，處理5、處理3和處理4呈依次遞減；該時期莖鞘生物量占總生物量的31.82%～42.15%，以處理1所占比例最高，較其他處理高1.78～10.33百分點，處理2、處理5、處理3和處理4呈依次遞減。成熟期莖鞘生物量以處理2最高，且顯著高于其他處理，較其他處理高9.38%～26.61%，處理1、處理5、處理4和處理3呈依次遞減；該時期莖鞘生物量占總生物量的20.97%～27.93%，以處理2所占比例最高，較其他處理高0.16～6.96百分點，處理1、處理3、處理4和處理5呈依次遞減。通過F值比較可知，乳熟期莖鞘生物量處理間差異性最大(35.78**)，接下來是成熟期(29.02**)和分蘗盛期(14.28**)，差異性相對較小的為抽穗期(8.41**)。相關分析表明，產量與分蘗盛期、成熟期和乳熟期呈不顯著負相關，且負相關性逐漸增加，與抽穗期呈不顯著正相關，但相關性非常小。

表3 水稻干物質在莖鞘中的分配情況Tab.3 Dry weight ratio of stem-sheath to total plant of rice

2.4 水稻不同生育時期葉片干物質分配特征

由表4可知，整個生育期葉片生物量不同處理均呈現出分蘗盛期-抽穗期增加，抽穗-成熟期呈逐漸降低的趨勢；水稻不同生育期葉片生物量所占比例則呈現出逐漸降低的趨勢。分蘗盛期水稻葉片生物量以處理2最高，較其他處理高3.13%～188.26%，處理1、處理5、處理4和處理3呈依次遞減的趨勢；該時期葉片生物量占總生物量的40.31%～48.96%，以處理1最高，較其他處理高0.47～8.65百分點，處理2、處理5、處理4和處理3呈依次遞減。抽穗期水稻葉片生物量以處理2最高，顯著高于其他處理，較其他處理高10.35%～19.18%，處理4、處理3、處理5和處理1依次遞減，以處理1最低，較其他處理低3.84%～16.09%；該時期葉片生物量占總生物量的25.45%～28.53%，以處理2所占比例最高，較其他處理高1.49～3.08百分點，處理1、處理5、處理3和處理4呈依次遞減，處理4最低，較其他處理低0.16%～3.08%。乳熟期葉片生物量以處理4最高，較其他處理高0.56%～22.60%，與處理5差異性不顯著，二者與其他處理差異性顯著，處理1、處理2和處理3呈依次遞減，以處理3葉片生物量最低，較其他處理低2.97%～18.44%；該時期葉片生物量占總生物量的17.05%～20.15%，以處理1葉片生物量所占比例最高，較其他處理高0.23～3.10百分點，處理4、處理5、處理3和處理2葉片生物量所占比例呈依次遞減，處理2葉片生物量所占比例最低，較其他處理低0.07～3.10百分點。成熟期葉片生物量以處理5最高，較其他處理高1.05%～32.62%，與處理4差異性不顯著，二者顯著高于其他3個處理，處理2、處理1和處理3呈依次遞減，處理3葉片生物量最低，較其他處理低5.05%～24.60%；該時期葉片生物量占總生物量的11.93%～14.33%，以處理4葉片生物量所占比例最高，較其他處理高1.08～2.40百分點，處理5、處理1、處理3和處理2呈依次遞減，處理2葉片生物量所占比例最低，較其他處理低0.83～2.40百分點。通過F值比較可知，乳熟期不同處理對水稻葉片生物量的影響程度最大(292.94**)，其次是分蘗盛期(42.82**)，然后是成熟期(27.64**)，對抽穗期影響相對最小(15.85**)。相關分析表明，產量與成熟期葉片生物量呈顯著正相關(0.87*)，與乳熟期、抽穗期和分蘗盛期葉片生物量相關性逐漸降低，甚至出現與分蘗盛期葉片生物量呈不顯著負相關(-0.24)。

表4 水稻干物質在葉片中的分配比例Tab.4 Dry weight ratio of leaf to total plant of rice

2.5 水稻不同生育時期穗部干物質分配特征

由表5可知，從抽穗一直到成熟期水稻單株穗生物量和穗生物量所占總生物量的比例均呈不斷增加的趨勢。抽穗期穗生物量以處理4最高，較其他處理高0.82%～38.37%，與處理3和處理5差異性不顯著，三者與處理1和處理2差異性均呈顯著，以處理1穗部生物量最低，且顯著低于其他處理，較其他處理低10.20%～27.73%；該時期穗生物量占總生物量的21.97%～27.91%，以處理5所占比例最高(27.91%)，較其他處理高0.83～5.94百分點，處理3、處理4、處理1和處理2穗生物量所占比例依次遞減。乳熟期穗生物量以處理4最高，較其他處理高3.76%～38.54%，處理3、處理5、處理2和處理1穗生物量依次遞減；該時期穗生物量占總生物量的37.70%～49.01%，以處理3穗生物量所占比例最高，較其他處理高0.75～11.31百分點，處理4、處理5、處理2和處理1穗生物量所占比例依次遞減。成熟期穗生物量以處理5最高，顯著高于其他處理，較其他處理高12.72%～37.19%，處理4、處理2、處理3和處理1穗生物量依次遞減，以處理1穗生物量最低，且顯著低于其他處理，較其他處理低1.66%～27.11%；該時期穗生物量占總生物量的59.14%～65.78%，以處理5所占比例最高(65.78%)，較其他處理高1.98～6.64百分點，處理4、處理3、處理2和處理1穗部生物量所占比例依次遞減，以處理1所占比例最少(59.14%)，較其他處理低1.00～6.64百分點。通過F值比較可知，不同處理對抽穗期穗部生物量影響最大，各處理間差異性最大(181.87**)，其次是成熟期(81.12**)，相對前2個時期來說乳熟期不同處理對穗部生物量的影響程度要稍低一些。相關分析表明，在成熟期產量與穗部生物量相關性顯著，乳熟期和抽穗期相關性呈遞減趨勢，但相關性不顯著。

表5 水稻干物質在穗中的分配情況Tab.5 Dry weight ratio of panicle to total plant of rice

3 結論與討論

3.1 種植方式對水稻生物量的影響

水稻產量的形成是植株個體、群體干物質量的積累、分配、運輸及轉化的結果。諸多研究結果表明，水稻產量與成熟期干物質積累量、孕穗-抽穗期和抽穗-成熟期的干物質積累量密切相關，而與孕穗期的干物質積累量關系不明顯[16-20]。由于生長環境的不同，水稻不同種植方式植株個體和群體對養分和溫光等資源的利用效率不同，從而影響水稻個體和群體的生長。馬殿榮等[21]研究認為，水稻不同種植方式產量與干物質積累總量和抽穗-灌漿期干物質積累速度均呈極顯著正相關，人工移栽和拋栽抽穗到灌漿期干物質積累最快，而乳苗拋栽和水直播是拔節-抽穗期，乳苗拋栽平均干物質積累速度、干物質積累總量低于人工移栽和拋栽，略高于水直播。單株生物量和群體生物量是水稻個體生長強弱和群體質量高低的主要標志，充分發揮個體的生長潛力在一定程度上更有利于群體物質生產能力的改善。蘇祖芳等[22]研究表明，單株莖鞘干物質量高的群體抽穗后葉面積衰減慢，光合勢和凈同化率高，最終產量高。本研究結果表明，試驗處理間水稻單株干物質量分蘗盛期以處理2最高，抽穗期和乳熟期均以處理4最高，成熟期以處理5最高。不同處理對水稻單株干物質量的影響程度順序為成熟期>抽穗期>分蘗盛期>乳熟期。試驗處理間水稻單株干物質量與產量的相關性順序為乳熟期>成熟期>抽穗期>分蘗盛期。試驗不同處理在播種-分蘗期以處理2單株干物質積累量最高，該階段不同處理間單株干物質積累量占整個生育期積累量的11.41%～25.36%；分蘗-抽穗期以處理3最高，該階段不同處理間單株干物質積累量占整個生育期積累量的43.99%～71.71%，是整個生育期干物質積累量最多的階段；抽穗-乳熟期單株干物質積累量以處理5最高，該階段不同處理間單株干物質積累量占整個生育期積累量的4.20%～11.01%，是整個生育期干物質積累量最低的階段；乳熟-成熟期單株干物質積累量也是處理5最高，該階段單株干物質積累量占整個生育期積累量的12.68%～28.17%。不同處理對水稻不同階段干物質積累量的影響大小順序為乳熟-成熟期>分蘗-抽穗期>播種-分蘗期>抽穗-乳熟期。試驗處理間水稻單株干物質積累量與產量的相關性順序為乳熟-成熟期>分蘗-抽穗期>抽穗-乳熟期>播種-分蘗期。

3.2 種植方式對水稻干物質分配、運輸與轉化的影響

水稻最終產量的形成主要來自于2個途徑：穗后的光合產物與莖鞘、葉片貯藏物質的轉運。楊文治等[23]研究表明，水稻高產源于前中期莖鞘、葉片等器官貯藏的光合產物多，穗后光合產物穗部分配的比例大，且莖鞘、葉片的貯藏的碳水化合物能夠較多的轉運至籽粒。趙全志等[24]研究認為,高產水稻灌漿前中期莖鞘物質輸出較多，灌漿后期回升也較多，后期莖鞘物質一直對外輸出是低產的表現。馬蓮菊等[25]、莊寶華等[26]研究也都發現莖鞘物質在穗后有回升現象。本研究結果表明，水稻單株莖鞘、葉片生物量均呈現先增加后降低的趨勢，在抽穗期左右達到最高，其生物量占單株總生物量的比例呈現逐漸降低的趨勢，而穗部生物量與其所占比例均呈逐漸增加的趨勢。水稻各生育期莖鞘生物量占總生物量的比例分別為分蘗盛期51.04%～59.69%，抽穗期46.03%～50.68%，乳熟期31.82%～42.15%，成熟期20.97%～27.93%。試驗中水稻各處理莖鞘生物量均以處理2最高，其中較其他處理分蘗盛期高5.08%～106.80%，抽穗期高2.20%～12.61%，乳熟期高1.85%～24.64%，成熟期高9.38%～26.61%。各處理間不同生育期莖鞘差異性順序為乳熟期>成熟期>分蘗盛期>抽穗期。產量與分蘗盛期、成熟期和乳熟期呈不顯著負相關，且負相關性逐漸增加，與抽穗期呈不顯著正相關，但相關性非常小。水稻各生育期葉片生物量占總生物量的比例分別為分蘗盛期40.31%～48.96%，抽穗期25.45%～28.53%，乳熟期17.05%～20.15%，成熟期11.93%～14.33%。試驗中各處理葉片生物量分蘗盛期、抽穗期均以處理2最高，與莖鞘相同，分別較其他處理高3.13%～188.26%，10.35%～19.18%；乳熟期和成熟期處理4和處理5之間差異性不顯著，但二者均顯著高于其他3個處理。各處理間不同生育期葉片差異性順序為乳熟期>分蘗盛期>成熟期>抽穗期。產量與成熟期葉片生物量呈顯著正相關，與乳熟期、抽穗期和分蘗盛期葉片生物量相關性逐漸降低，甚至出現與分蘗盛期葉片生物量呈不顯著負相關。試驗中水稻不同生育期抽穗期和乳熟期均以處理4穗部生物量最高，成熟期以處理5生物量最高。穗部生物量所占比例由抽穗期的21.97%～27.91%到成熟期的59.14%～65.78%，呈逐步增長的趨勢。各處理間不同生育期穗部差異性順序為抽穗期>成熟期>乳熟期。在成熟期產量與穗生物量相關性顯著，乳熟期和抽穗期相關性呈遞減趨勢，但相關性不顯著。