不同栽培模式對華南雙季晚稻產量和氮肥利用率的影響

潘俊峰，鐘旭華，黃農榮，劉彥卓，田 卡，梁開明，彭碧琳，傅友強，胡香玉

(廣東省農業科學院 水稻研究所/廣東省水稻育種新技術重點實驗室，廣東 廣州 510640)

根據我國人口增長對稻米的需求估計，2010至2030年水稻產量要增加14%才能滿足人口增長對稻米的需求[1]。培育優質、高產、高效、多抗的水稻品種無疑是滿足我國人口、資源和環境之間矛盾的重要途徑，但在配套栽培措施不到位的情況下，水稻品種的優勢性狀也很難凸顯[2]。在拉丁美洲，用20～30 a前的品種作為研究對象，通過改進栽培管理措施使得水稻產量從2000年的5.4 t·hm-2增加到2008年的7.2 t·hm-2，單產增幅達33%[3]。在亞洲存在一個較為普遍的現象，重視新品種培育，而對配套栽培技術的研究較為缺乏，使得品種更新換代快，其優勢并沒有充分挖掘和發揮。

養分管理、栽插密度和行株距配置等單一措施對水稻產量、肥料利用效率等性狀影響的研究已開展較多[4-11]。由于水稻產量不但受氮肥管理、栽植密度的影響，還與水稻生長發育的自我調節能力緊密相關，因此，單一栽培措施很難充分挖掘品種的優勢特性。Peng等[12]指出，目前我國仍比較缺乏包括水稻不同種植密度、不同養分等農藝措施組合的研究，在保護環境的前提下，研發綜合栽培管理措施提高水稻產量、資源利用效率和農戶收益，是協調人口、資源和環境間矛盾的重要途徑。Qin等[8]也指出，研發綜合栽培管理措施要與當地的氣候特點相匹配才能最大限度地挖掘水稻品種高產潛力。

本團隊前期研發的水稻三控施肥技術可比傳統技術減少10%的氮肥用量，增產6%～8%，在生產上已有大面積應用[13-14]。在現有技術基礎上，能否通過綜合調控氮肥用量、栽插規格等措施進一步提高雙季稻產量和氮肥利用率，這方面研究仍較為缺乏。本研究的目的是闡明綜合栽培措施對水稻產量和氮肥利用率的影響，為雙季稻高產和氮高效的綜合栽培管理技術研發提供理論依據和技術方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

廣東省農業科學院水稻研究所培育的早晚季兼用型兩系超級雜交稻組合粵雜889。

1.2 試驗地點

試驗于2011和2012年晚季在廣東農業科學院白云試驗基地(23°25′N，113°25′E)進行。采用常規水育秧，7月22日播種，8月7日移栽，兩年播栽時間一致，雙本移栽。試驗田耕作層土壤理化性質：pH為6.09，全氮含量1.23 g·kg-1，有效磷9.0 mg·kg-1，速效鉀107.0 mg·kg-1，有機質20.7 g·kg-1。犁底層土壤主要理化性狀為：pH為6.25，全氮含量0.98 g·kg-1，有效磷8.0 mg·kg-1，速效鉀84.5 mg·kg-1，有機質15.7 g·kg-1。試驗基地2年的氣象資料見表1。

1.3 試驗設計

2年試驗設計相同，均設置6種栽培模式，即無氮區(N0)、前期重施氮肥的農民習慣栽培(FP)和4種氮肥后移栽培模式(簡稱M1-M4)，具體如下：

N0：無氮區。不施氮肥，移栽前一次性施入過磷酸鈣(含P2O513.5%)375 kg·hm-2，鉀肥(氯化鉀，含K2O 60%)225 kg·hm-2在插秧前和穗分化始期分2次等量施用。栽插株行距為20 cm×20 cm。除生育中期排水擱田外，其余時期保持水層，至收獲前1周斷水。

表12011和2012年試驗地從水稻移栽到成熟的日均氣象數據

Table1Daily meteorological condition at the experimental field from transplanting to maturity in 2011 and 2012

發育階段Growthperiod溫度T/℃20112012日照時數Sunshine hours/h20112012TR-MT28.527.97.06.5MT-PI28.527.57.16.6PI-HD26.624.77.16.9HD-MAT22.521.75.64.5

TR，移栽期；MT，分蘗中期；PI，穗分化始期；HD，抽穗期；MAT，成熟期。

TR， Transplanting; MT， Mid-tillering; PI， Panicle Initiation; HD， Heading Date; MAT， Maturity.

FP：農民習慣栽培。總氮量(純氮，以下同)為200 kg·hm-2，以尿素形式施入，按基肥∶回青肥∶分蘗肥∶長粗肥為3∶2∶3∶2施用，栽插株行距為20.0 cm×23.3 cm。磷、鉀肥的用量和水分管理方式同N0處理。

M1：高產高效1(水稻三控施肥技術)。氮肥較FP處理減10%，即180 kg·hm-2，氮肥按照基肥∶分蘗肥∶促花肥(穗分化始期)∶粒肥(抽穗期，小區50%植株見穗)為4∶2∶3∶1施用，磷、鉀肥的用量、施用時間和水分管理方式同FP處理，栽插株行距為20 cm×20 cm。

M2：高產高效2。氮肥用量與FP相同，為200 kg·hm-2。氮肥按照基肥∶分蘗肥∶穗分化肥∶粒肥為4∶2∶3∶1施用，磷、鉀肥的用量和施用時間同FP處理，行株距為30.0 cm×13.3 cm。

M3：高產高效3。氮肥較FP處理減10%，即180 kg·hm-2，氮肥按照基肥：分蘗肥：促花肥：粒肥為4∶2∶3∶1施用，密度比FP處理增加40%，栽插行株距為25.0 cm×13.3 cm。其他措施同FP處理。

M4：高產高效4。氮肥較FP增加10%，為220 kg·hm-2，按基肥∶分蘗肥∶促花肥∶粒肥為4∶2∶3∶1施用。栽插行株距為30.0 cm×13.3 cm。其他措施同FP模式。

不同栽培模式的施肥時間和施肥比例列于表2。各小區用拖拉機旋耕，耕深10～15 cm，上水后耱平。試驗采用隨機區組試驗設計，每處理重復3次，小區面積34 m2，小區之間筑田埂并用塑料薄膜覆蓋，以防肥水串灌。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 莖蘗動態

每小區定點12穴，移栽后每周調查一次莖蘗數，用于統計不同處理的最高分蘗數和分蘗成穗率。

1.4.2 葉綠素相對含量(SPAD)和葉面積

葉片SPAD值分別于分蘗中期、穗分化始期、抽穗期和抽穗后20 d測定，劍葉全展前，測定植株的最上完全展開葉，劍葉抽出后測定劍葉。在葉片的中部和中部上、下3 cm處用502型SPAD葉綠素儀測定，取3處測定值的平均值表示該葉的SPAD值。每小區重復測定10片葉。葉面積采用美國產LI-COR MODEL 3100C型葉面積儀測定。

表2 不同栽培模式的施氮時間和氮肥施用比例

Table2Timing and rate of nitrogen fertilizer application under different cultivation patterns

處理Treatment總施氮量Nitrogen/(kg·hm-2)施氮時間和比例Time of N application (days after transplanting) and rate基肥Basal回青肥Recovering分蘗前期Early tillering分蘗中期Mid-tillering分蘗后期Late tillering穗分化始期Panicle initiation抽穗期HeadingN000000000FP200-1a, 30%b3～5, 20%9～11, 30%020～25, 20%00M1180-1, 40%0015～17, 20%030～35, 30%抽穗Heading, 10%M2200-1, 40%0015～17, 20%030～35, 30%抽穗Heading, 10%M3180-1, 40%0015～17, 20%030～35, 30%抽穗Heading, 10%M4220-1, 40%0015～17, 20%030～35, 30%抽穗Heading, 10%

a，數字或文字表示插秧后天數或生育階段；b，該時期氮肥用量占氮肥總用量的比例。M1、M2、M3和M4栽培模式的氮肥施用時間和使用比例一致。

a， The numbers or annotation represent days after transplanting or growth period， respectively; b， The numbers represent the percentage of total N fertilizer applied. M1， M2， M3 and M4 had the same timing and percentage.

1.4.3 干物質質量

分別于分蘗盛期(移栽后20 d)、穗分化始期、抽穗期和成熟期，按平均莖蘗數取12穴(小區邊行不取)，分成葉片、莖鞘和穗(抽穗后)等部分裝袋，于105 ℃殺青15 min，再經70 ℃烘干至恒質量，測定各處理植株干物質積累量，將烘干的樣品粉碎后用于氮含量測定。

1.4.4 產量及其構成因素

成熟期每小區調查24穴，計算單位面積有效穗數。按平均穗數取12穴，考查穗粒數、結實率、千粒重等產量構成因素，最后分小區實割5 m2測產。

1.4.5 氮含量

烘干粉碎的植株樣品用H2SO4-H2O2消煮，用凱氏定氮法測定氮含量。

1.5 數據處理

分蘗成穗率(productive tillers，%)=成熟期有效穗數/最高分蘗數×100；

粒葉比(grain-leaf ratio，grain·cm-2)=成熟期單位面積總粒數/抽穗期葉面積；

庫容量(sink potential，g·m-2)=成熟期單位面積穗數×每穗粒數×飽粒千粒重；

氮肥轉運量(NT，kg·hm-2)=抽穗期總氮積累量-成熟期稻草、枝梗和空秕粒氮積累量；

氮肥轉運率(NTR，%)=氮肥轉運量/抽穗期氮積累量×100；

氮吸收利用率(RE，%)=(施氮區作物吸氮量-不施氮區作物吸氮量)/施氮量×100；

氮農學利用率(AE，kg·kg-1)=(施氮區產量-不施氮區產量)/施氮量×100；

氮肥偏生產力(PFP，kg·kg-1)=水稻產量/施氮量。

增產量(t·hm-2)=氮肥后移模式產量-FP模式產量；

增產率(%)=(氮肥后移模式產量-FP模式產量)/ FP模式產量×100。

運用Microsoft excel 2010處理數據。用STATISTICA (StatSoft Inc. Statistica. Tulsa OK. 1991)軟件進行數據分析，用LSD0.05(least significant difference test)進行樣本平均數的差異顯著性比較。采用SigmaPlot 12.5(Systat Software， Inc. 2011)作圖。

2 結果與分析

2.1 氣象條件

2年中不同生育期的平均溫度和日照時數見表1。日均溫度隨生育進程推移逐漸降低，2年趨勢一致，但2011年各個生育階段的日均溫度比2012年高0.6～1.9 ℃。平均日照時數從插秧至成熟期呈先增加后降低的趨勢，穗分化始期-抽穗期階段日照時數最長；2011年日均日照時數比2012年長，其中抽穗至成熟期的日均日照時數2011年比2012年長1.1 h。

2.2 栽培模式對水稻產量和構成因素的影響

6個處理的產量和產量構成因子見表3。整體上看，2011年水稻產量要高于2012年，平均高12.6%；4種氮肥后移模式均較FP增產，增幅達6.3%～24.1%，其中產量最高的為M4(2011)和M3(2012)模式。氮肥后移模式間對比發現，M1模式(三控技術)較FP增產6.3%～16.7%，M2、M3和M4模式較M1平均增產3.6%(2011)和10.3%(2012)。分析不同處理的產量構成因子發現，這4種氮肥后移模式的增產得益于單位面積總穎花數(單位面積穗數×每穗穎花數)和結實率的顯著增加，4種氮肥后移模式總穎花數2年平均分別比FP增加5.4%、10.1%、7.8%和8.2%，結實率分別增加4.5%、7.0%、7.8%和8.0%(表3)。由表3可以看出，單產達到10 t·hm-2時，單位面積總穎花數均超過4.3×108·hm-2。

2.3 不同栽培模式下的群體莖蘗消長動態和成穗率

由表4可知：隨著生育進程推移，不同模式的單位面積分蘗數呈現先增加后降低的趨勢，在穗分化始期達最大值。N0處理4個時期的分蘗數均最少，M1、M2、M3和M4模式2年莖蘗成穗率平均分別為56.5%、53.4%、58.4%和57.1%，明顯高于FP模式(46.3%)。

總體上看：與4種氮肥后移模式相比，穗分化始期FP模式下水稻葉面積指數最高，2011年差異顯著，2012年差異不顯著。這4種氮肥后移模式2年的平均庫容量分別比FP提高7.2%、10.7%、11.6%和9.9% (表5)。

表3 不同栽培模式對產量及構成因素的影響

Table3Grain yield and its components under different cultivation patterns

年份Year處理Treatment有效穗數Effective panicle/(104 hm-2)每穗穎花數Spikelets perpanicle單位面積穎花數Spikelets perunit area/(108 hm-2)結實率Grain fillingpercentage/%千粒重1000-grainweight/g產量Yield/(t·hm-2)2011N0191.7 b142.0 a2.72 b78.6 ab27.4 c5.88cFP267.9 a149.0 a3.99 a76.9 b27.9 bc8.54 bM1282.0 a157.8 a4.45 a79.5 ab28.3 ab9.97 abM2285.5 a156.3 a4.45 a81.8 ab28.3 ab10.29 aM3299.5 a144.4 a4.34 a80.9 ab28.8 a10.10 abM4304.9 a145.6 a4.43 a83.9 a28.5 ab10.60 a2012N0183.4 c155.6 ab2.85 b74.1 c27.1 ab5.72 cFP234.6 b161.5 a3.78 a77.8 bc26.9 ab7.92 bM1261.2 ab143.3 b3.74 a82.3 ab27.4 ab8.42 abM2266.0 ab154.2 ab4.10 a83.6 ab26.7 b9.19 abM3272.8 a148.3 ab4.04 a85.9 a27.9 a9.73 aM4277.1 a143.8 b3.98 a83.2 ab27.1 ab8.93 ab

同一年份內不同處理間沒有相同小寫字母表示在P<0.05水平上差異顯著。下同。

The data in the same column without the same lowercase letters indicated the significance at the 0.05 probability level within the same year. The same as below.

表4 不同栽培模式對水稻分蘗數與分蘗成穗率的影響

Table4Number of tillers and percentage of productive tillers of rice under different cultivation patterns

年份Year處理Treatment分蘗數 Number of tillers per m2分蘗期Mid-tillering穗分化始期Panicle initiation抽穗期Heading成熟期Maturity分蘗成穗率Productive tillers/%2011N0189.2 b321.8 b216.7 c177.5 b62.7 abFP288.6 a496.5 a300.8 b267.9 a43.8 cM1280.1 a496.8 a350.1 ab278.4 a60.0 abM2271.7 a475.1 a359.3 a285.9 a56.0 bcM3279.3 a460.5 a360.4 a287.3 a72.0 aM4257.6 a479.3 a381.8 a299.3 a63.6 ab2012N0223.7 c342.4 c215.3 c194.5 c53.5 aFP264.9 bc488.8 b320.3 b275.1 b48.7 abM1282.7 bc495.3 b354.9 ab273.7 b53.0 aM2283.4 abc520.2 ab391.0 a298.7 ab50.8 abM3356.2 a595.7 a420.4 a309.5 ab44.7 bM4300.7 ab538.3 ab423.7 a318.1 a50.6 ab

表5 不同栽培措施對水稻葉面積指數的影響

Table 5Leafareaindex(LAI)ofriceunderdifferentcultivationpatterns

年份Year處理Treatment葉面積指數Leaf area index分蘗中期Mid-tillering穗分化始期Panicle initiation抽穗期Heading粒葉比Grain-leaf ratio/(grain·cm-2)庫容量Sink potential/(g·m-2)2011N00.68 c1.73 d2.73 c1.01 a747.5 bFP1.01 ab4.37 a5.71 b0.70 b1110.9 aM10.90 b3.15 c6.31 ab0.71 b1256.6 aM20.88 b3.44 bc5.94 b0.76 b1258.2 aM31.15 a3.78 b6.40 ab0.68 b1246.2 aM41.11 a3.81 b7.04 a0.63 b1263.6 a2012N00.74 b2.57 b2.65 b0.94 a767.5 bFP0.71 b4.44 a6.08 a0.63 b1011.9 aM10.97 a4.12 a5.67 a0.55 b1019.6 aM20.83 ab4.42 a5.60 a0.67 b1091.0 aM30.97 a4.19 a6.21 a0.59 b1122.0 aM40.83 ab4.16 a6.33 a0.62 b1069.4 a

2.4 不同栽培模式下葉色和水稻干物質積累變化

SPAD值可以代表植株的氮素營養水平，2011年和2012年各處理的SPAD值變化相似(圖1)。N0處理各個關鍵時期SPAD值均最低，FP模式的SPAD值在分蘗中期和分化期較高，而抽穗后開始顯著降低，4種氮肥后移模式則與FP相反，在前期SPAD值較低，從幼穗分化始期開始顯著增加，后期均高于FP模式。這與氮肥后移模式采用前輕后重的氮肥運籌模式密切相關。

4種氮肥后移模式不同生育階段干物質積累的變化趨勢與對照基本一致，均隨生育進程逐漸增加。穗分化始期至抽穗期階段干物質積累量最高。與FP相比，4種氮肥后移模式從穗分化期開始干物質積累速度明顯加快，如抽穗至成熟期間積累的干物質分別比FP高20.1%(2011年)和53.9%(2012年)。M1、M2、M3和M4模式的總生物量2年平均比FP高10.7%、15.2%、18.2%和15.9%。不同年份總生物量均表現為M3>M2>M1>FP>N0，M4模式的總生物量2年表現并不一致，2011年最高，2012年處在M1和M2之間(表6)。

2.5 栽培模式對氮積累、轉運和氮肥利用率的影響

圖1 不同栽培模式下葉色的動態變化特征Fig.1 Dynamic changes in leaf color of main stem under different cultivation patterns

表6 不同栽培方式下水稻主要生育階段干物質積累量和比例

Table6Dry matter accumulation (DMA) and its ratio to total dry matter (RTDM) in main growth periods of rice under different cultivation patterns

年份Year處理Treatment播種-分蘗中期Sowing-tillering積累量DMA/(t·hm-2)比例RTDM/%分蘗中期-穗分化期Tillering-Initiation積累量DMA/(t·hm-2)比例RTDM/%穗分化期-抽穗期Initiation-Heading積累量DMA/(t·hm-2)比例RTDM/%抽穗期-成熟期Heading-Maturity積累量DMA/(t·hm-2)比例RTDM/%總生物量Total biomass/(t·hm-2)2011N00.55 c6.261.23 c13.934.54 c51.842.48 b27.968.80 cFP0.74 ab5.772.61 a20.504.96 c38.764.47 a34.9812.77 bM10.65 bc4.482.16 b14.876.24 ab43.035.48 a37.6314.53 abM20.65 bc4.392.24 ab15.296.06 b41.495.77 a38.8314.71 aM30.83 a5.622.32 ab15.896.21 ab42.105.44 a36.4014.80 aM40.81 a5.352.45 ab16.277.09 a46.844.79 a31.5515.15 a2012N00.55 cd5.782.19 b23.064.55 b47.872.21 c23.299.50 cFP0.52 d4.173.09 a24.766.32 a50.692.54 bc20.3912.47 bM10.70 ab5.333.02 a23.026.22 a47.593.14 abc24.0613.08 abM20.63 abc4.513.10 a22.236.12 a44.194.17 ab29.0714.02 abM30.73 a5.023.16 a21.806.22 a42.634.59 a30.5514.69 aM40.60 bcd4.362.96 a21.536.45 a47.053.74 abc27.0513.75 ab

由表7可知：植株氮素積累量隨生育進程逐漸增加。4種氮肥后移模式在分蘗期和穗分化期植株氮積累量均低于FP模式，但抽穗期和成熟期的氮積累量則顯著高于FP模式。4種氮肥后移模式的氮素轉運量2年平均比FP模式高14.9%、6.2%、20.9%和29.6%(表7)。與M1相比，2012年M2、M3和M4模式成熟期氮素積累量、氮素轉運量均有不同程度提高。

M1、M2、M3和M4模式的氮肥吸收利用率、農學利用率和偏生產力平均比FP提高65.2%～82.4%、55.6%～88.1%和7.9%～33.9%，2年均顯著高于FP(表8)；M2、M3和M4模式氮肥的吸收利用率、農學利用率及偏生產力與M1相比，差異不顯著。氮素轉運率，2011年不同模式間差異不顯著，2012年N0處理顯著低于其他處理，FP與4種氮肥后移模式之間無顯著差異。

2.6 不同栽培模式下水稻產量和產量構成因子的關系

水稻產量與單位面積的穎花數呈極顯著的正相關(圖2)，產量與單位面積有效穗數也呈顯著和極顯著正相關，產量與每穗粒數無明顯關系，FP模式和氮肥后移模式均表現一致。

對不同模式的每穗穎花數與有效穗數、千粒重之間的關系進行分析發現，FP模式下三者的相互關系均呈顯著負相關；4種氮肥后移模式下，并無顯著相關性(圖3)。說明FP模式下群體穗數和每穗穎花數之間矛盾突出，一個性狀值的提升將會導致另一性狀的顯著降低。

2.7 不同栽培模式增產增效原因

與FP模式相比，2年4種氮肥后移模式的增產量分別與抽穗至成熟期干物質積累量、成熟期干物質積累量呈顯著和極顯著的線性正相關(R2=0.554*，R2=0.950* *)(圖4)。氮素積累方面，穗分化始期和成熟期氮素積累量分別與氮肥后移模式的增產量呈顯著線性正相關(R2=0.489*，R2=0.521* *)。2年中氮素農學利用率和吸收利用率也分別與增產量呈極顯著和顯著正相關。

表7 不同栽培模式下氮素積累量和抽穗至成熟的轉運量

Table7N accumulation and translocation under different cultivation patterns in rice

kg·hm-2

表8 不同栽培模式下水稻的氮素轉運率和氮肥利用率

Table8N translocation and N use efficiency under different cultivation patterns in rice

年份Year處理Treatment施氮量N rate/(kg·hm-2)氮素轉運率N translocation ratio/%吸收利用率Recovery efficiency/%農學利用率AE/(kg·kg-1)氮肥偏生產力PFP/(kg·kg-1)2011N0064.8 a 000FP20063.3 a 32.0 b13.3 a42.7 bM118066.1 a 57.4 a22.7 a55.4 aM220063.3 a 52.4 a22.1 a51.5 abM318067.2 a 55.6 a23.4 a56.1 aM422066.3 a 54.0 a21.4 a48.2 ab2012N0060.1 b000FP20066.9 a20.3 b11.0 b39.6 bM118066.8 a32.4 a15.1 ab46.8 abM220063.2 ab33.6 a17.3 ab45.9 abM318066.0 ab39.8 a22.3 a54.1 aM422066.5 a32.4 a14.6 ab40.6 b

*、*分別表示在0.05和0.01水平上顯著相關。下同。*， * * represent the correlation were significant at P<0.05 and P<0.01， respectively. The same as below.圖2 四種氮肥后移模式(M1-M4)和農民習慣(FP)處理下產量與單位面積穎花數和有效穗數的相關性Fig.2 Relationship between spikelets per unit area and effective panicles with grain yield under farmer’s practice (FP) and 4 optimized cultivation patterns (M1-M4)

圖3 不同栽培模式下每穗穎花數與有效穗數、千粒重的相關性Fig.3 Relationship between effective panicles and 1 000-grain weight with spikelets per panicles under different cultivation patterns

由圖5可知：兩年中M1、M2、M3和M4模式的產量均高于FP模式。從增產效果上看，M1和M2模式比FP模式密度增加17%，氮肥減少10%或者不變情況下，2年平均可增產11.6%和18.2%，從增產量排序看，增產效果穩定。M3和M4分別為增氮10%和增密40%模式，2年間增產效果存在明顯差異，2011年M4模式產量最高，2012為M3模式最高。

3 討論

研究結果表明，4種氮肥后移模式比FP模式增產6.3%～24.1%，氮素吸收利用率增加70.2%～71.4%。在“三控”施肥技術(M1)現有施氮量和栽插規格基礎上，通過施肥量和栽插規格優化可不同程度地提高產量。增施10%氮肥、密度不變(M2)時，產量可增加3.2%～9.1%；增密16.7%、施氮量不變(M3)時產量可增加1.3%～15.6%；氮肥用量和密度同步增加(M4)時，產量增加6.1%～6.3%，表明通過栽培技術的集成與優化，可進一步提高水稻產量。與農民習慣相比，氮肥后移和適度增密是實現水稻產量與氮肥利用效率同步提高的2個關鍵因素。

圖4 四種氮肥后移模式的增產效果與干物質積累量、氮素積累量和氮肥利用效率的關系Fig.4 Relationship between increased yield and biomass accumulation， N accumulation and N use efficiency from heading to maturity under four optimized cultivation patterns

圖5 四種優化模式比FP的增產效果Fig.5 Yield increase as compared with FP under four optimized patterns

3.1 優化栽培模式對水稻產量和構成因素的影響

本研究中，M1模式為目前生產上廣泛應用的三控施肥技術模式，在M1模式基礎上，通過調控栽插規格、氮肥總用量形成另外3種氮肥后移模式(簡稱優化模式)。與FP模式相比，M1模式主要通過減氮10%、移栽密度增加17%和氮肥后移的方式實現增產6.3%～16.7%(表3和圖5)，這與前人研究結果相似[13]。與M1模式相比，進一步增施氮肥模式(M2)，產量比FP和M1分別增加16.0%～20.5%和3.2%～9.1%；進一步增密模式(M3)，產量比FP和M1分別增加18.3%～22.9%和1.3%～15.6%；氮肥用量和密度同步增加模式(M4)，產量比FP和M1分別增加12.8%～24.1%和6.1%～6.3%。說明在目前優化栽培技術的基礎上，新集成的3種模式(M2、M3和M4)可進一步提高水稻產量。

從產量構成因素上看，上述4種氮肥后移模式產量的提高主要得益于單位面積總穎花數和結實率的提高(表3)。目前，很多研究都將產量構成因素中的每平方米穗數作為影響產量的主要因素[15-16]。Sui等[17]研究也認為，水稻高產、超高產栽培應以保證足穗為基礎，通過培育大穗，形成相對較多單位面積總穎花數。特別在氮肥用量較少時，通過增密達到增產的效果更為明顯[16]，本研究4種氮肥后移模式的表現進一步驗證了這一結論。

3.2 優化栽培模式增產的原因

產量構成因子間存在密切關系，隨意增加任一構成因子并不一定高產。前人研究發現，通過生物技術手段增加每穗穎花數，會直接導致粒重下降[18]，若通過單一密植提高穗數，則會導致每穗粒數減少[19]，通過增加單一庫容指標則會導致源庫矛盾突出，很難實現高產[17]。因此，提高水稻產量不僅需要增加穗數、擴大庫容，還需考慮結實率等其他產量構成因子形成特征。本研究觀察到，FP模式下每穗穎花數與單位面積穎花數和千粒重均呈顯著負相關，可能與FP模式進入分化期后植株氮含量快速下降導致光合生產量不足有關。而4種氮肥后移模式在擴大庫容量基礎上，其源器官如植株含氮量較高、綠葉數較多有利于提高光合生產率和干物質積累，從而協調了穗穎花數與單位面積穎花數和千粒重之間的矛盾(圖3)。關于不同栽培模式對光能利用的差異，仍需進一步研究。

前人從水稻產量形成的“庫、源”關系上做了較多研究，“庫”為每單位面積的總穎花數和粒重[20]；“源”常被定義為抽穗前莖鞘中儲存營養物質的運轉和抽穗后的光合產物，前者和后者對產量形成的貢獻分別為20%～40%和60%～80%[21-22]，提高抽穗后光合生產量對水稻高產尤為重要。凌啟鴻[22]研究證明，水稻產量與成熟期干物質積累量、抽穗期至成熟期干物質積累量呈線性關系，并認為超高產水稻抽穗期的干物重占成熟期總干重的60%左右，抽穗至成熟期積累的干物重約占總干物重的40%。本研究中，4種氮肥后移模式抽穗至成熟期的干物質積累和總物質積累量要顯著高于FP模式(表6和表7)，增產量也分別與抽穗至成熟期、成熟期植株干物質量呈顯著和極顯著正相關(圖4-a和圖4-b)。可見，干物質積累優勢為4種氮肥后移模式的高產奠定了物質基礎。

3.3 不同栽培模式對氮肥利用效率的影響和光氮互作效應

2年結果表明，農民習慣栽培法氮肥農學利用率、吸收利用率和偏生產力分別僅為12.2 kg·kg-1、26.2%和41.2 kg·kg-1，說明農民習慣栽培模式下，稻田氮肥利用效率很低。前人研究已發現，水稻后期施用的氮肥利用率高于前期，適當增加穗肥比例也可以提高氮肥的吸收利用率和生產效率[23-24]。4種氮肥后移模式氮肥的農學利用率、吸收利用率和偏生產力均較FP模式有了大幅度提高(表8)，且較4種氮肥后移模式的增產量也分別與氮肥農學利用率和吸收利用率呈極顯著和顯著正相關(圖4)，說明通過栽培措施集成與優化可同步度提高水稻產量和氮肥利用效率。陳海飛等[16]在研究密度與氮肥互作的研究中也發現，增密減氮可顯著增加氮肥的農學利用率、回收利用率和偏生產力，本研究結果與此一致。

穗分化始期至抽穗期是水稻生殖生長與營養生長并進的時期，這一階段養分供應對水稻的生長發育和產量形成至關重要[22]。前人研究認為，水稻產量與抽穗前的氮素積累顯著相關，要提高水稻產量，關鍵是提高抽穗前植株的氮素積累量[24]。本研究中，穗分化始期和成熟期植株氮的積累量與增產量呈極顯著正相關(圖4-c和圖4-d)，表明增加此階段的氮肥供應或提高此階段的氮素積累將有助于進一步增加水稻產量，與前人研究結果一致。

在本試驗條件下，M1和M2模式氮肥施用比FP減少10%或者不變情況下，2年增產效果穩定，上述2種模式在土壤肥力較高和管理水平到位的情況下，在生產上具有較廣闊應用前景。鐘旭華等[25]研究發現，水稻產量由抽穗期SPAD、葉面積指數和灌漿結實期的日照時數共同決定，灌漿結實期日照時數的增加會提高與之匹配的最適SPAD和葉面積指數，通過施肥增加土壤供氮能力，才能實現“光肥”平衡達到高產。2011年灌漿結實期日均日照和累計日照時數比2012年分別高24.4%和27.3%，對植株氮素的需求也會相應增加，M4模式較FP模式增氮10%，已滿足此光照條件下植株氮需求，使產量大幅增加；2012年光照條件較差，M4模式的高氮高密措施已不能與此光照條件下獲得高產的SPAD和葉面積指數相匹配，導致該模式增產潛力沒有充分發揮。在日照時數明顯減少的2012年，M3模式(減氮10%和增密40%)可能較好地實現了“光肥”平衡獲得了最高產量。雖然M3和M4模式增產效果年份間差別較大，但對指導高產和超高產研究探索上有重要參考價值。在生產上可針對光照特點發揮M3和M4增產增效潛力，如水稻抽穗期至成熟期光照條件較好地區可采用M4模式實現高產，否則可采用M3模式。