氮肥一次性基施對不同成穗方式下直播常規粳稻產量的影響

翁文安, 程爽, 李紹平, 田晉鈺, 陶鈺, 胡群,胡雅杰, 郭保衛, 魏海燕, 邢志鵬, 張洪程

(揚州大學農學院，水稻產業工程技術研究院，江蘇省作物栽培生理重點實驗室，江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心，江蘇 揚州 225009)

水稻是我國最重要的糧食作物之一，2020年全國水稻播種面積達3 000萬hm2，全年水稻總產量約2.1億t[1]，水稻連年豐產對保障國家糧食安全具有重要意義。氮肥的施用在我國水稻高產穩產中起著重要作用[2]。為提高水稻產量和氮肥利用效率，前人探究出精確定量施肥[3]、定點氮肥管理[4]和土壤-作物系統綜合管理[5]等多項以分次施肥為基礎的科學施肥技術。但在我國農業生產中農戶分散經營和從業人員減少且老齡化程度不斷加深的現狀下，上述施肥技術不僅在區域尺度上存在一定問題，且用工較多的農藝操作環節較難達到現代農業高效輕簡化的發展要求[6-7]。相較于需多次追施肥的傳統科學施肥技術和速效氮肥作為基肥一次性施用的施肥方式[8]，近年來研制的以控釋氮肥為基礎原料的一次性基施肥技術，通過樹脂包膜或聚乙烯包膜等材料控制養分緩慢釋放，以實現氮素養分供應與作物需氮規律在時空上相互吻合，來滿足作物全生育期對氮素養分的需求[9]。因此，基于控釋氮肥的一次性基施肥技術被認為是能夠促進水稻高產高效生產[10]、減少農藝操作次數[11]和增加效益[12]的有效途徑。

前人從控釋氮肥單施和控釋氮肥與速效氮肥混施等角度研究了一次性基施肥技術在水稻上的應用效果。多數研究表明，單純的控釋氮肥一次性基施難以實現增產且投入成本較高，應用效果不佳[13]；而控釋氮肥與速效氮肥以適宜比例配合基施是現有條件下一次性基施肥技術實現水稻壯苗穩蘗[14]、抽穗至成熟期階段干物質積累量增加[15]和穩產高產[15-17]的有效途徑。根據水稻基本苗的多少，在成熟期調查其主莖占有效穗數的比例可分為分蘗為主成穗型、主莖分蘗并重成穗型和主莖為主成穗型3種成穗方式。不同成穗方式下水稻生長發育特征不同，對肥料的需求也有所差異[6]。前人多是在相同基本苗下比較不同控釋氮肥一次性基施對水稻生長發育的影響[18]，或是在分次施肥條件下研究不同基本苗水稻所需的適宜氮肥用量及運籌比例[6,19]，但關于一次性基施氮肥對不同基本苗下水稻群體影響的研究較少，特別是在一次性基施肥條件下如何調控控釋氮肥和速效氮肥施用比例來滿足不同基本苗下水稻群體的生長發育更缺乏系統研究。前人雖對水稻播種量問題進行了大量研究并明確了水稻最佳播種量[20]，但在水稻生產上，特別是直播稻生產上存在秸稈大量還田、短農時下耕作質量不佳和農民對播種技術掌握不到位等因素導致的播種時播種量隨意性較大從而導致基本苗不足或過多的情況[21]，而如何優化配套這些基本苗下直播稻的一次性基施肥技術也缺乏研究。為此，本文在課題組前期研究的基礎上，設置了3種基本苗處理以代表3種不同成穗方式直播稻，并選用前期已篩選出的控釋氮肥配方[22]，研究控釋氮肥配方與速效氮肥不同配施比例的全程氮素一次性基施對不同成穗類型直播常規粳稻產量與光合物質生產的影響，初步探索不同成穗類型直播常規粳稻產量形成差異及控釋氮肥配方與速效氮肥的適宜基施比例，旨在為實現直播常規粳稻高產高效栽培提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗于2019年在江蘇省泰州市姜堰區河橫村試驗基地(34°54′ N，120°21′ E)進行，該區域年均氣溫16.7 ℃，年均降水量1 185.7 mm。土壤類型為潴育型水稻土，土壤0—20 cm耕層含有機質36.13 g·kg-1，全氮2.14 g·kg-1，速效磷5.81 mg·kg-1，速效鉀163.02 mg·kg-1，pH 6.72。

供試水稻為遲熟中粳品種南粳9108，該品種為江蘇省最具代表性的穗粒兼顧型粳稻品種。供試肥料為樹脂包衣的控釋氮肥配方，該控釋氮肥配方由釋放期40 d的控釋氮肥A和釋放期100 d的控釋氮肥B混配而成，配比比例(純N)為控釋氮肥A:控釋氮肥B=1∶4；速效氮肥(尿素)。

1.2 試驗設計

試驗在同一大田中進行，采用裂區設計，以水稻基本苗處理為主區，肥料處理為裂區。根據前期研究，主區設置200、105和60 kg·hm-23個播種量并在水稻幼苗3葉一心期進行定苗，根據各成穗方式下目標基本苗進行去余補缺，以實現高(D1)、中(D2)、低(D3)3個基本苗處理，目標基本苗分別為420×104、225×104和150×104hm-2，經調查成熟期水稻主莖占有效穗數的比例分別為82.8%～88.0%、52.4%～57.4%和31.0%～34.6%，分別代表主莖為主成穗型、主莖分蘗并重成穗型和分蘗為主成穗型3種不同成穗方式下的水稻群體。裂區設置3個一次性基施氮肥處理，各小區氮肥施用量(純N)均為270 kg·hm-2，且均于播種前1 d一次性施用，控釋氮肥配方與速效氮肥純氮配比比例分別為5∶5、6∶4和7∶3。各處理重復3次，各小區面積50 m2，共計36個小區。小區間起埂，并用黑色塑料薄膜覆蓋埂體，保證各小區獨立排灌。所有處理磷、鉀肥(P2O5130 kg·hm-2、K2O 270 kg·hm-2)統一施用，均于播種前1 d一次性基施。根據當地小麥收獲時間和水稻及時播種的要求，于6月8日進行機械旱條播，行距25 cm，水分和病蟲草害等田間管理按照旱直播高產栽培要求實施。

1.3 測定項目與方法

1.3.1莖蘗動態 各小區于播種(sowing stage，SS)后20 d選定3個代表性觀察點，每個觀察點選取連續2行，每行1 m，分別于拔節期(jointing stage，JS)、抽穗期(heading stage，HS)和成熟期(maturity stage，MS)記錄莖蘗數，并計算成穗率。

1.3.2葉面積指數和干物重 分別于拔節期、抽穗期和成熟期在各小區取代表性植株20株，采用長寬法測定植株葉面積，計算葉面積指數(leaf area index, LAI)，3次重復。將所取植株樣品在105 ℃下殺青30 min，再在80 ℃下烘干至恒重后測定全株干物重。根據吳培等[6]方法計算葉面積衰減率、光合勢、群體生長率和凈同化率。

1.3.3產量及其構成因素 成熟期在各小區選取3個調查點調查有效穗數并計算主莖占有效穗數比例，每點調查連續5行，每行2 m；各小區取具有代表性的連續植株20株，調查每穗粒數和結實率。并對1 000實粒(干種子)進行稱重，重復3次(誤差≤0.05 g)計算千粒重。成熟期各小區收獲10 m2，曬干后折算實產(含水率14.5%)。

1.4 數據處理

利用Microsoft Excel 2013對數據進行處理，運用DPS V7.05數據處理軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 產量及其構成因素

由表1可知，在D1基本苗下，隨控釋氮肥占總施氮量比例的提高，水稻產量逐漸增加，控釋肥配方與速效氮肥以7∶3的純氮比例配施時產量最高，較其他處理顯著提高5.3%～7.5%。在D2和D3基本苗下，隨控釋氮肥占總施氮量比例的提高，水稻產量逐漸降低，以5∶5處理時產量最高，較其他氮肥處理分別顯著提高9.2%～10.5%和9.3%～11.9%。不同基本苗間，相較于D2和D3基本苗下產量最高的5∶5處理，D1基本苗下7∶3處理產量分別增加5.3%和6.4%。在主莖占有效穗數比例方面，相同基本苗下隨控釋氮肥占總施氮量比例的提高而增加，以7∶3處理下水稻主莖占有效穗數比例最高，且與5∶5處理呈顯著性差異。在不同基本苗間，隨基本苗的增加，水稻主莖占有效穗數的比例逐漸增加，分別為31.0%～34.6%、52.4%～57.4%和82.8%～88.0%，且在三種基本苗間呈顯著性差異。

在產量構成因素方面，不同基本苗下不同比例一次性基施肥處理間變化規律并不一致。在D1基本苗下，隨控釋氮肥占總施氮量比例的提高，有效穗數逐漸減少，以7∶3處理最低，相較于其他處理降低2.0%～5.9%；每穗粒數、群體穎花量和結實率逐漸增加，以7∶3處理最高，相較于其他處理分別提高5.4%～11.4%、3.3%～4.8%和0.7%～1.5%；在千粒重方面，無明顯變化規律，且處理間無顯著差異。在D2和D3基本苗下，相同基本苗下氮肥處理的有效穗數和群體穎花量隨處理中控釋氮肥占總施氮量比例的增加而逐漸降低，以5∶5處理的有效穗數和群體穎花量最高，較其他氮肥處理分別提高4.5%～11.7%和3.8%～7.1%；每穗粒數逐漸增加，以7∶3處理最高，較其他處理增加2.0%～4.9%；在結實率和千粒重方面無顯著差異。不同成穗方式間，相較于D2和D3基本苗下的5∶5處理，D1基本苗下7∶3處理的有效穗數和群體穎花量分別提高11.3%～28.8%和12.4%～14.5%，每穗粒數降低12.5%～13.7%，在結實率和千粒重方面無顯著差異。

2.2 群體莖蘗動態和成穗率

由表2可知，在相同基本苗下，一次性基施氮肥處理在主要時期的莖蘗數均隨著處理中控釋氮肥占總施氮量比例的增加而降低，以7∶3處理拔節期、抽穗期和成熟期的莖蘗數最低，且相較于5∶5處理同時期莖蘗數分別顯著降低10.8%～12.7%、8.4%～11.7%和5.9%～9.7%；一次性基施氮肥處理的莖蘗成穗率隨著處理中控釋氮肥占總施氮量比例的提高而提高，但處理間無顯著性差異。在不同基本苗間，相較于D2、D3基本苗下5∶5處理，D1基本苗下7∶3處理在拔節期、抽穗期和成熟期莖蘗數分別增加21.3%～53.9%、6.5%～27.2%和11.3%～28.9%，莖蘗成穗率降低8.2%～15.6%。

表2 不同處理對水稻莖蘗動態和成穗率的影響Table 2 Effect of different treatments on tiller dynamics and percentage of productive tiller of rice

2.3 葉面積指數和葉面積衰減率

由表3可知，在D1基本苗下，一次性基施氮肥處理在拔節期和抽穗期的葉面積指數隨處理中控釋氮肥占總施氮量比例的增加而降低，呈5∶5>6∶4>7∶3的趨勢，且5∶5處理與7∶3處理間差異顯著；成熟期葉面積指數以7∶3處理最高，較其他處理顯著提高16.2%～19.4%；同時7∶3處理的葉面積衰減率最低，較其他處理顯著降低25.95%～43.1%。在D2和D3基本苗下，在拔節期、抽穗期和成熟期均以5∶5處理的葉面積指數最高，較其他處理分別提高2.3%～5.2%、1.4%～5.8%和2.6～8.3%；葉面積衰減率于一次性基施氮肥處理間無顯著差異。不同基本苗間，相較于D2、D3基本苗下5∶5處理，D1基本苗下7∶3處理在拔節期和成熟期莖蘗數分別提高4.5%～15.0%和10.3%～13.2%，抽穗期葉面積無顯著差異，葉面積衰減率顯著降低10.8%～12.1%。

表3 不同處理對水稻葉面積指數和葉面積衰減率的影響Table 3 Effect of different treatments on leaf area index and decreasing rate of leaf area of rice

2.4 光合勢

由表4可知，在D1基本苗下，一次性基施氮肥處理在播種-拔節期和拔節-抽穗期光合勢變化趨勢一致，表現為5∶5>6∶4>7∶3，處理間無顯著差異；抽穗-成熟期光合勢以7∶3處理最大，相較于其他處理提高5.2%～7.2%。D2和D3基本苗下，播種-拔節期、拔節-抽穗期和抽穗-成熟期光合勢均以5∶5處理最大，相較于其他處理分別提高1.3%～7.1%、1.4%～6.4%和1.8%～6.7%。不同成穗方式下，相較于D2和D3基本苗下5∶5處理，D1基本苗下7∶3處理在播種-拔節期、拔節-抽穗期和抽穗-成熟期光合勢分別提高3.9%～15.2%、1.4%～7.0%和7.5%～8.5%，且與D3基本苗下5∶5處理差異顯著。

表4 不同處理對水稻光合勢的影響Table 4 Effect of different treatments on rice leaf area duration (m2·d·m-2)

2.5 階段干物質積累量及其比例

由表5可知，D1基本苗下，在播種-拔節期和拔節-抽穗期，階段干物質積累量及其比例隨處理中控釋氮肥占總施氮量比例的增加而降低，以7∶3處理最低，較5∶5處理分別降低18.8%、21.1%、4.3%和7.2%；抽穗-成熟階段的干物質積累量及其比例隨處理中控釋氮肥占總施氮量比例的增加而提高，以7∶3處理最高，較5∶5處理分別顯著增加20.2%和18.7%。在D2和D3基本苗下，播種-拔節期階段干物質積累量及其比例隨處理中控釋氮肥占總施氮量比例的增加而降低，5∶5處理較7∶3處理分別顯著增加14.0%～18.2%和4.8%～9.4；在拔節-抽穗期和抽穗-成熟期，階段干物質積累量隨處理中控釋氮肥占總施氮量比例的增加而降低，5∶5處理7∶3處理分別顯著增加4.9%～7.8%和5.6%～7.4%，階段干物質積累比例隨處理中控釋氮肥占總施氮量比例的增加而提高，7∶3處理較5∶5處理分別增加2.4%～2.9%和1.4%～2.2%。

表5 不同處理對水稻階段干物質積累量及其比例的影響Table 5 Effect of different treatments on dry matter accumulation and its proportion at different growth stages

2.6 群體生長率和凈同化率

由表6可知，D1基本苗下，隨著氮肥處理中控釋氮肥占總施氮量比例的增加，播種-拔節期和拔節-抽穗期階段群體生長率和凈同化率逐漸降低，以7∶3處理最低，較其他處理分別顯著降低5.5%～15.7%、6.7%～7.7%、6.7%～15.2%和1.6%～4.6%；抽穗-成熟期階段群體生長率和凈同化率逐漸增加，以7∶3處理最高，較其他處理分別顯著提高18.2%～25.9%和10.7%～24.0%。D2和D3基本苗下，除D2基本苗下6∶4處理，其他處理在全生育期各階段的群體生長率和凈同化率均隨著處理中控釋氮肥占總施氮量比例的增加而降低，以5∶5處理最高，且顯著高于相同基本苗下其他處理。

表6 不同處理對水稻不同階段群體生長率和凈同化率的影響Table 6 Effect of different treatments on the crop growth rate and net assimilation rate at different growth stages (g·m-2·d-1)

3 討論

3.1 控釋氮肥與速效氮肥配施比例對水稻產量的影響

前人在不同條件下研究了控釋氮肥與速效氮肥的適宜一次性基施比例，但結果不盡相同。袁嫚嫚等[12]研究表明，控釋氮肥與速效氮肥以7∶3的比例混合一次性基施所獲得的水稻產量和效益最好，且顯著高于常規氮肥處理。張敬昇等[23]研究認為，控釋氮肥與速效氮肥以4∶6的比例混合基施時效果最佳，水稻產量較常規氮肥處理增產10.93%。解文艷等[24]研究表明，控釋氮肥占總施氮量的60%～75%時，控釋氮肥與速效氮肥配合基施下春玉米綜合效益最好。而不同研究結果中控釋氮肥與速效氮肥適宜一次性基施比例的差異可能與試驗研究地點、試驗施氮量和試驗所設置的摻施比例等不同有關[25]。本研究結果表明，控釋氮肥配合速效氮肥一次性基施的適宜比例還因基本苗的不同而有所差異，不同基本苗下控釋氮肥配合速效氮肥基施的適宜比例不同。在中、低基本苗下(150×104～225×104hm-2)，控釋肥配方與速效氮肥以5∶5的純氮比例配合基施時效果最佳，產量達9.5 t·hm-2；在高基本苗下(基本苗量375×104hm-2)，控釋肥配方與速效氮肥以7∶3的純氮比例配合基施時效果最佳，產量達10.0 t·hm-2。這可能是由于，在高基本苗下，前期過多的氮素釋放致使水稻拔節期莖蘗數過多和群體過大，中后期氮素總量供應不足致使葉面積指數降低、葉面積衰減率較高、水稻群體莖蘗成穗率低和抽穗至成熟階段群體生長率與凈同化率降低，且稻株下、中部葉片和鞘的枯死部分帶出植株體外的氮素多于中后期植株所吸收的氮素[26]，從而導致水稻產量降低；而播種至拔節期相對較少的氮素供應有利于高密度下水稻群體形成較為適宜的有效穗數(460×104hm-2)，中后期充足的氮素供應有助于抽穗至成熟期維持較高的光合勢、群體生長率和凈同化率，同時維持較低的葉面積衰減率，促進光和物質生產和庫容的充實，有利于產量的提高。中、低基本苗下，水稻基本苗相對較少，相對較多的速效氮肥有利于滿足水稻播種至拔節期的氮素要求，促進水稻分蘗的發生以獲得充足的有效穗數(429.0×104hm-2)，形成相對較多的群體穎花量(3.9×108hm-2)，并在水稻生育中后期保持一定數量的葉面積指數，抽穗至成熟階段保持較高的凈同化率有助于促進干物質積累量的增加，從而形成較高的產量。

3.2 氮肥一次性基施條件下直播稻成穗方式對產量的影響

良種良法相結合是不斷促進水稻產量提高的根本途徑。前人從產量不同構成因素出發研究了移栽稻增產的可能途徑，并探索出“小群體、壯個體、高積累”的適宜栽培途徑，即以分蘗為主的成穗方式，并配套了適宜的氮肥施用和田間管理技術[27-30]。因而，相較于常規稻，移栽稻生產上具有較強分蘗能力的雜交稻更能夠充分利用有效分蘗葉位，促進分蘗早發快長，培育高質量群體而獲得高產[31]。而在直播稻生產上，為保證出苗量往往播種量較大，播種淺，無緩苗期，分蘗快且多，高峰苗多且早，群體較大，易倒伏[32]。相較于種子成本高且分蘗能力強的雜交稻，種子成本較低且分蘗能力較弱的常規稻更普遍地被應用到直播稻生產中，尤其是旱直播水稻生產。但相較于移栽稻以分蘗成穗為主的適宜成穗方式，直播條件下適宜水稻高產栽培的不同成穗方式比較卻鮮有報道。因此，本試驗以常規粳稻為材料，在全程氮素一次性基施條件下設置了3個不同基本苗，分別代表分蘗為主成穗型、主莖分蘗并重成穗型和主莖為主成穗型，以比較不同成穗方式下直播常規粳稻的產量。結果表明，隨著基本苗的增加，水稻主莖占有效穗數的比例逐漸提高，且在各密度適宜的控釋氮肥與速效氮肥配施比例下，隨著主莖占有效穗數比例的增加，水稻產量逐漸增加，即以主莖為主的成穗方式下(主莖占有效穗比例為82.8%～88.0%)水稻產量最高。相較于D2和D3基本苗下5∶5處理，D1基本苗下7∶3處理產量的提高在產量構成因素方面主要表現為有效穗數和群體穎花量的顯著增加，光合物質生產方面主要表現為抽穗至成熟期較高的光合勢、群體生長率和凈同化率，以及較高的階段干物質積累量。而D2和D3基本苗所代表的主莖分蘗并重型(主莖占有效穗比例為52.4%～57.4%)和分蘗為主成穗型(主莖占有效穗比例為31.0%～34.6%)2種成穗方式在直播條件下水稻未能實現高產可能與直播稻生育前期田間環境條件有關。以江蘇地區為例，江蘇省直播稻播種時間多集中在每年六月中上旬，此時正值梅雨季節，播種后排水不利易導致爛種和爛苗，播種量低易導致基本苗不足，影響水稻安全齊苗，且D2和D3基本苗在控釋氮肥與速效氮肥以適宜比例基施下速效氮肥占總施氮量比例較高(50%)，水稻生育前期難以全部吸收，在雨水較多且高溫高濕的梅雨季節易通過徑流和揮發方式增加氮素損失[33-34]。因此，僅從產量出發，適當提高水稻基本苗，以主莖成穗為主的水稻群體配套控釋氮肥配方與速效氮肥以7∶3的純氮比例配施的一次性基施氮肥技術是實現江蘇省稻麥輪作地區旱直播水稻高產高效栽培的潛力型種植方式。