減氮密植模式下常規粳稻產量形成特征

張翔 施天怡 戴其根 孟天瑤 韋還和*

（1 江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/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/揚州大學農學院，江蘇揚州225009；2 揚州大學教育部農業與農產品安全國際合作聯合實驗室/揚州大學農業科技發展研究院，江蘇揚州 225009；第一作者：2899183588@qq.com；*通訊作者：006931@yzu.edu.cn）

我國人多地少，提高作物產量是永恒的主題[1]。水稻是我國重要的口糧作物，全國半數以上人口以稻米為主食[2]。合理的種植密度和肥料施用是實現水稻高產及資源高效利用的重要措施。但由于農村青壯年勞動力短缺與勞動力成本上升，造成目前水稻生產上稀植、超稀植現象普遍，種植密度呈下降趨勢[3-4]。盲目稀植易導致群體過小、群體生物量不足，最終水稻減產[5-6]。近年來，水稻大面積生產上雖實現了高產，但氮肥施用量過多現象普遍存在，導致地表水富營養化等一系列生態環境問題。因此，我國水稻氮肥用量亟需降低[7-8]。

已有研究表明，減氮密植（減少施氮量、增加密度）模式可實現玉米、水稻等作物產量和肥料利用協同提高[9-12]。謝小兵等[11]研究表明，Y 兩優1 號采用減氮密植栽培（100~150 kg/hm2、40 叢/m2），可提早群體夠苗期，增加分蘗成穗率和有效穗數，進而提高水稻產量和氮肥利用率。陳佳娜等[12]以中嘉早17 為試驗材料研究表明，提高栽插密度并減少氮肥用量，既可通過大幅增加有效穗數實現高產，又能顯著提高氮肥利用率。但此類研究多以雙季稻區雜交秈稻為研究對象，以長江下游常規粳稻為研究對象較少。為此，本研究以常規粳稻南粳9108 和南粳5718 為試材，旨在研究探討減氮密植對常規粳稻產量形成特征的影響，為減氮密植模式在該地區的推廣應用提供理論依據與實踐支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020 年在揚州大學農學院試驗農場進行。土壤類型為沙壤土，含全氮0.14%、堿解氮86.8 mg/kg、速效磷35.3 mg/kg、速效鉀83.9 mg/kg。試驗品種選用該地區大面積推廣種植的常規粳稻南粳9108 和南粳5718。

1.2 試驗設計

采取裂區試驗設計，以品種為主區，減氮密植處理為裂區。試驗設4 個處理：CK，常規栽培，氮肥用量300 kg/hm（2基蘗肥∶穗肥為6∶4，下同），栽插規格25.0 cm×14.4 cm（每叢插 4 株苗，下同）；T1，減氮 10%、增密15%，即氮肥用量270 kg/hm2、栽插規格25.0 cm×12.5 cm；T2，減氮 20%、增密 30%，即氮肥用量 240 kg/hm2、栽插規格25.0 cm×11.0 cm；T3，減氮30%、增密45%，即氮肥用量210 kg/hm2、栽插規格25.0 cm×10.0 cm。小區面積24 m2，小區間做埂隔離，并用塑料薄膜覆蓋埂體，保證單獨排灌。每個處理3 次重復。

1.3 試驗方法

毯苗育秧，秧齡20 d 。各小區磷、鉀肥施用量一致，即過磷酸鈣（含12% P2O5）900 kg/hm2，于移栽前1d作基肥全部施入。氯化鉀（含60% K2O）450 kg/hm2，按基蘗肥∶穗粒肥=5∶5 施用。移栽后建立淺水層；群體達到目標穗數的80%時擱田，控制無效分蘗發生；抽穗揚花期田間保持2~3 cm 水層，灌漿結實期間歇灌溉，干濕交替，收割前7 d 斷水擱田。病蟲害防治按常規高產栽培要求。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 莖蘗數

于拔節期、抽穗期、成熟期，每處理小區定5 個觀察點，每個觀察點15 叢，記錄群體莖蘗數。

1.4.2 葉面積和干物質量

于拔節期、抽穗期、成熟期，按每小區莖蘗數的平均值取10 叢測定葉面積和干物質量。葉面積測定按長寬系數法進行。取樣植株分好器官后放在105℃殺青30 min，80℃烘干至恒質量，測定干物質量。

1.4.3 上3 葉葉綠素含量和單莖綠葉數

于抽穗后20 d 和40 d，各小區挑選生長基本一致的植株20 叢，選定主莖上3 張葉片，用SPAD 儀測定葉綠素含量；記錄植株單莖綠葉數。

1.4.4 產量

成熟期每小區調查150 叢，計算有效穗數，取40叢調查每穗粒數、結實率和測定千粒重；每小區收割面積6 m2，脫粒后晾曬，并稱重。

1.5 數據處理

運用Microsoft Excel 軟件錄入數據、計算。

光合勢=1/2×（L1+L2）×（t2-t1）。式中，L1和 L2為前后2 次測定的葉面積，t1和t2為前后2 次測定的時間。

2 結果與分析

2.1 對產量及其構成因子的影響

由表1 可知，T1 處理下南粳9108 產量略低于CK；T1 處理下南粳5718 產量則略高于CK。與CK 和T1 處理相比，T2 和T3 處理下南粳9108 和南粳5718產量較低，且差異顯著。從產量構成因子來看，T1 下參試品種的有效穗數和每穗粒數與CK 相當，結實率和千粒重也較穩定，最終二者產量基本持平。T2 和T3 處理的有效穗數和每穗粒數下降幅度較大，群體穎花量亦較低；結實率和千粒重低于T1 處理和CK，最終產量顯著低于T1 處理和CK。

表1 減氮密植各處理產量及其構成因子

2.2 對莖蘗數和成穗率的影響

從表2 可見，T1 處理下南粳9108 在拔節期、抽穗期和成熟期的莖蘗數略高于CK，而南粳5718 在拔節期莖蘗數略低于CK、在抽穗期和成熟期略高于CK，差異均不顯著。T2 和T3 處理下南粳9108 和南粳5718抽穗期和成熟期莖蘗數均低于T1 處理和CK。莖蘗成穗率參試品種均表現為T1、CK>T2>T3。

表2 減氮密植各處理關鍵生育期莖蘗數和成穗率

2.3 對葉面積指數和光合勢的影響

從表3 可見，T1 處理下南粳9108 和南粳5718 拔節期、抽穗期和成熟期群體葉面積指數與CK 相當；T2和T3 處理下南粳9108 和南粳5718 拔節期、抽穗期和成熟期群體葉面積指數顯著低于T1 處理和CK；CK 和T1 處理下南粳9108 和南粳5718 拔節-抽穗期和抽穗-成熟期的光合勢均顯著高于T2 和T3 處理。

表3 減氮密植各處理關鍵生育期葉面積指數和光合勢

2.4 關鍵生育期干物質量及積累量

由表4 可知，南粳9108 和南粳5718 在不同處理間拔節期、抽穗期和成熟期干物質量均表現為CK 和T1 高于T2 和T3 處理，在抽穗期和成熟期差異顯著。從階段干物質量積累量來看，拔節-抽穗期表現為T1>CK>T2>T3，抽穗-成熟期表現為 CK>T1>T2>T3，CK 和T1 處理顯著高于 T2、T3 處理。

表4 減氮密植各處理關鍵生育期干物質量和關鍵生育階段積累量 （單位：t·hm-2）

2.5 上3 葉葉綠素含量和單莖綠葉數

從表5 可見，抽穗期各處理間上3 葉葉綠素含量差異不顯著，花后20 d、40 d 和成熟期各處理間上3 葉葉綠素含量表現為CK、T1>T2>T3 趨勢；與葉綠素含量表現相一致，花后20 d、40 d 和成熟期各處理間植株單莖綠葉數亦表現為CK、T1>T2>T3。

表5 減氮密植各處理花后上3 葉SPAD 含量及單莖綠葉數

3 討論

3.1 減氮密植對常規粳稻產量影響

當前我國水稻生產一個突出特點是氮肥施用量大、氮肥利用率低，如何在不增加甚至減少氮肥投入情況下實現水稻產量和資源利用協同增長，是水稻栽培界研究關注的焦點[13]。此前的研究表明，通過合理密植可彌補減氮所引起的分蘗減少，獲得與常規栽培相近或更高的產量[11-12]。本研究表明，適宜減氮密植（T1）處理下群體穗數和穗粒數較為協調，群體穎花量與常規高產栽培（CK）相當；此外，群體庫容結實性狀亦較好，最終產量與常規高產栽培模式持平；減氮幅度和增密幅度更大的T2 和T3 處理則產量較CK 分別下降6.7%和11.0%。

此外，適宜減氮密植（T1），前期減氮可減少無效分蘗，最終莖蘗成穗率較高（兩品種平均77.5%），表明T1處理下南粳9108 和南粳5718 群體質量更高[14]，這也是其獲得較高產量的重要基礎。可見，適宜減氮密植模式（T1）可實現常規粳稻節氮、高產栽培。

3.2 減氮密植對常規粳稻干物質積累及葉片生理影響

謝小兵等[11]研究表明，適宜減氮密植栽培利于在齊穗期形成較大的群體干物質且促進同化物向籽粒轉運，最終利于提高籽粒產量。朱相成等[15]研究表明，適宜減氮密植處理下收獲指數顯著提高，籽粒灌漿物質得到充足保障。本試驗條件下，適宜減氮密植處理（T1）在關鍵生育期干物質量與CK 相當，高于減氮密植程度過高的T2 和T3 處理；拔節-抽穗期和抽穗-成熟期群體干物質積累量亦呈類似趨勢。適宜減氮密植處理（T1）之所以在關鍵生育期干物質量與CK 相當，主要得益于其關鍵生育期群體較高的葉面積指數，尤其是抽穗-成熟期階段較高的上3 葉葉綠素含量、植株單莖綠葉數，使上部高效葉產出較多光合產物，促進了花后干物質積累[16-17]。

本試驗條件下，減氮密植幅度過高的T2 和T3 處理花后干物質積累量較低，可能與其花后植株衰老過快有關，體現在花后20 d 之后上部高效葉葉綠素含量、植株單莖綠葉數下降較快。上3 葉作為水稻生殖生長階段的主要功能葉，提供了60%~90%同化物用于群體庫容充實[18-19]，而T2 和T3 處理下，由于植株栽插密度過大，植株早衰明顯，最終植株干物質積累量低，群體庫容充實差，最終產量較低。