冬水田減量施氮對免耕直播雜交稻產量及氮肥利用率的影響

周興兵，蔣鵬，2，徐富賢，2*，張林，朱永川，郭曉藝，劉茂，陳琳，熊洪

(1 四川省農業科學院水稻高粱研究所/農業部西南水稻生物學與遺傳育種重點實驗室，德陽 618000；2 四川省作物生理生態及栽培重點實驗室，德陽 618000)

四川、重慶冬水田常年維持在120 萬hm2左右[1]。冬水田常年囤水，形成了泥腳深度超過20 cm、田面積水層長期深淺不一的田塊狀態。緣于冬水田土壤硬底層相對較深，甚至無硬底層，表層土壤流動性大，運動阻力大，導致農機(拖拉機、插秧機等)下田時容易下陷，加之冬水田區田塊小、不規則、稻田機耕道路建設十分落后，機械化難度大[2]。同時，近年來隨著農村青壯年勞動力不斷向城市轉移以及種糧大戶、農業合作社、家庭農場等新型農業經營主體的快速發展，亟需省工、省力的輕簡化水稻栽培技術來取代傳統的育苗手工移栽。水稻免耕直播栽培技術因具有省工、省力、節本等優點而受到廣泛關注。據不完全統計，目前我國直播稻面積超過400 萬hm2[3]，并且表現出顯著的增產增效作用[4]。氮肥是影響水稻生長發育的重要營養元素，其施用量和運籌模式對水稻群體構建、物質生產及轉運、產量和品質形成均具有重要作用。施氮也是稻田土壤獲取氮素的主要途徑之一。基于直播稻產量形成的特點，科學的肥料運籌是實現直播稻高產和肥料利用率協同提高的關鍵所在。有研究認為，直播稻無返青期，分蘗早，植株生長快，氮素吸收量大，容易引起缺氮[5-7]，因而前期需多施氮肥；中期群體相對較大，需控制施氮；后期早衰明顯，需適當補施氮肥[8]。朱建康等[9]研究發現，直播稻后期氮肥比例過高會造成抗倒伏性能降低，結實率和千粒質量下降，進而導致直播稻減產。也有研究認為，直播稻前期群體小，土壤中的氮素就可滿足其需求，且土壤氮占水稻植株成熟期氮素總積累量的65%以上，前期重施氮肥易造成植株奢侈吸氮[10]，而減少基肥用量或不施基肥均不會造成直播稻產量下降[11，12]。施氮量對直播稻的有效穗數和穗粒數影響顯著，從而直接導致其群體產量的顯著變化。氮肥供應不足時，直播稻植株弱小，干物質生產量不足，產量下降；氮肥供應過量時，植株株高、基本節間長度增加，抗倒伏性能下降[13]。前人就翻耕直播稻施氮量和氮肥運籌模式開展的研究較多，而關于冬水田區減量施氮對免耕直播稻產量及氮肥利用率影響的研究尚未見報道。為此，本研究以不同熟期(中熟和遲熟)2 個雜交稻品種為材料，研究冬水田區減量施氮對免耕直播雜交稻產量和氮肥利用率的影響，旨在為冬水田區免耕直播雜交稻高產和氮高效利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試雜交稻品種分別為川康優6276(中熟中秈)和內6 優107(遲熟中秈)，由四川省農業科學院水稻高粱研究所提供。

1.2 試驗設計

試驗設置N0、N1、N23 個施氮處理，分別為施純氮0、180、153 kg/hm2，按基肥、分蘗肥、穗肥分別占50%、30%、20%的比例施用。采用裂區設計，氮肥處理為主區，品種為副區，副區面積為50 m2，3 次重復。磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)施用量分別為67.5 kg/hm2和150 kg/hm2，均作基肥施用。其他按當地大田高產管理進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 干物質和葉面積指數

于齊穗期和成熟期每試驗小區分別取0.48 m2植株(邊行除外)，從中隨機選取20 株，用直尺測量每片稻葉由葉枕至葉尖的長度以及葉片中心位置的葉寬，計算葉面積指數。用自來水將植株根部泥沙沖洗干凈，剪去根系，將植株分成莖、葉、穗3 部分，人工計數穗數，手工脫粒后，分成稻草、實粒、秕粒3部分，置于70 ℃烘箱烘至恒重后，用百分之一天平進行稱量并分別計算齊穗期、成熟期干物質量和收獲指數。

1.3.2 產量構成

于成熟期各小區調查0.48 m2植株，計數有效穗數。結合成熟期干物質樣品測定穗粒結構，將籽粒中的秕粒和實粒分別計數，從實粒中隨機數取3個1 000 粒，測定千粒質量、每穗粒數、結實率。

1.3.3 產量

于成熟期各小區取中間5 m2進行測產，每個小區單收單曬，按13.5%的含水量折算小區實際產量。

1.4 計算公式與數據處理

1.4.1 計算公式

花后干物質積累量(g/m2)＝成熟期總干物質積累量-齊穗期干物質積累量

花前干物質轉運量(g/m2)＝產量-花后干物質積累量

花前干物質轉運效率(%)＝花前干物質轉運量/齊穗期干物質積累量×100

花前干物質轉運對產量的貢獻率(%)＝花前干物質轉運量/產量×100

花后干物質積累對產量的貢獻率(%)＝花后干物質積累量/產量×100

氮肥農學利用率(kg/kg)＝(施氮區產量-無氮區產量)/施氮量

氮肥偏生產力(kg/kg)＝施氮區產量/施氮量

1.4.2 數據處理

采用Excel 2003 整理數據，采用Statistix 8.0 進行方差分析，采用LSD0.05進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 冬水田減量施氮對免耕直播雜交稻產量和氮肥利用率的影響

由表1 可知，冬水田區減量施氮對免耕直播雜交稻產量有顯著影響。與N0相比，N1、N2處理產量分別增加了49.4%～51.4%、46.7%～47.7%，說明施氮可顯著提高冬水田區免耕直播雜交稻產量。N2處理產量較N1減少了0.9%～3.1%，但差異不顯著，說明冬水田區施氮量減少15%并不會造成免耕直播雜交稻產量顯著下降。與N1相比，N2處理氮肥農學利用率提高了7.3%～14.1%，但差異不顯著，氮肥偏生產力提高了13.9%～16.5%，差異達顯著水平。與遲熟雜交稻內6 優107 相比，中熟雜交稻川康優6276 的產量、氮肥農學利用率、氮肥偏生產力分別提高了1.0%、1.8%、1.1%，但差異未達顯著水平。

表1 各處理免耕直播雜交稻產量及氮肥利用率Table 1 Yield and nitrogen use efficiency of no-tillage and direct-seeding hybrid rice

2.2 冬水田減量施氮對免耕直播雜交稻產量構成的影響

由表2 可知，品種、施氮量對免耕直播雜交稻有效穗數、每穗粒數、穎花量影響顯著。與N0相比，N1、N2處理有效穗數分別增加了55.3%～59.2%、38.3%～ 46.5%，每穗粒數分別增加了2.9%～6.7%、6.2%～16.5%，穎花量分別增加了63.5%～66.2%、54.6%～61.5%。與N1相比，N2處理有效穗數減少了8.0%～11.0%，每穗粒數增加了3.2%～9.1%，穎花量減少了2.8%～5.4%。施氮量對免耕直播雜交稻結實率影響顯著，與N0相比，N1、N2處理的結實率平均下降了3.3%和1.7%，整體呈N0>N2>N1的變化趨勢。施氮量對免耕直播雜交稻千粒質量影響不顯著，與遲熟雜交稻內6 優107 相比，中熟雜交稻川康優6276 有效穗數、結實率、千粒質量分別降低了6.1%、1.4%、6.5%，每穗粒數、穎花量分別增加了19.8%、13.0%。

表2 各處理免耕直播雜交稻產量構成比較Table 2 Comparison of yield components of no-tillage and direct seeding hybrid rice

2.3 冬水田減量施氮對免耕直播雜交稻干物質生產的影響

由表3 可知，品種、施氮量對免耕直播雜交稻齊穗期葉面積指數、齊穗期、齊穗后、成熟期干物質積累量、收獲指數影響顯著(除品種間齊穗后干物質外)。2 個品種的齊穗期葉面積指數和齊穗期、齊穗后、成熟期干物質積累量均以N0處理為最低。與N1相比，N2處理的齊穗期葉面積指數、齊穗期、齊穗后、成熟期干物質量分別減少了4.6%～9.6%、3.6%～5.9%、0.5%～7.8%、4.2%～4.7%，收獲指數增加了2.7%～2.8%。與遲熟雜交稻內6 優107 相比，中熟雜交稻川康優6276 齊穗期葉面積指數、齊穗期、成熟期干物質量分別減少了14.5%、13.6%、6.8%，齊穗后干物質量、成熟期收獲指數分別增加了11.8%、10.5%。

表3 各處理免耕直播雜交稻干物質生產及收獲指數Table 3 Dry matter production and harvest index of no-tillage direct-seeding hybrid rice

2.4 冬水田減量施氮對免耕直播雜交稻花前干物質轉運的影響

由表4 可知，施氮量對花前干物質轉運效率影響顯著，品種、施氮量及其互作對免耕直播雜交稻花前干物質轉運量、花前干物質轉運效率、花前干物質轉運對產量的貢獻率、花后干物質積累對產量的貢獻率影響均不顯著。免耕直播雜交稻花前干物質轉運量、花前干物質轉運效率、花前干物質轉運對產量的貢獻率、花后干物質積累對產量的貢獻率對施氮量的響應隨品種熟期變化而變化。川康優6276 N2處理的花前干物質轉運量、花前干物質轉運效率、花前干物質轉運對產量的貢獻率略低于N1，但其花后干物質積累對產量的貢獻率略高于N1。與N1處理相比，內6 優107 N2處理的花前干物質轉運量、花前干物質轉運效率、花前干物質轉運對產量的貢獻率分別增加了10.4%、14.8%、11.8%，花后干物質積累對產量的貢獻率降低了7.0%。與遲熟雜交稻內6 優107 相比，中熟雜交稻川康優6276 的花前干物質轉運量、花前干物質轉運對產量的貢獻率分別降低了14.6%、14.3%，花前干物質轉運效率、花后干物質積累對產量的貢獻率分別增加了0.9%、10.1%。

表4 各處理免耕直播雜交稻干物質轉運情況Table 4 Transfer of dry matter in no-tillage direct-seeding hybrid rice

3 討論

前人研究表明，合理施肥對水稻生長發育、群體質量、籽粒灌漿具有重要的作用[14-16]。也有調查發現，農戶在直播水稻實際生產管理中氮肥施用量過高是造成直播稻產量普遍偏低的主要原因[17]。更有報道指出，在常規施氮量的基礎上長期減氮30%或減磷50%，水稻產量無明顯降低[18]。本試驗結果表明，N2施氮量較N1減少了15%，但N2免耕直播雜交稻產量與N1無顯著差異；且N2免耕直播雜交稻氮肥農學利用率、氮肥偏生生產力較N1分別提高了7.3%～14.1%、13.9%～16.5%。說明冬水田區施氮量減少15%并不會造成免耕直播雜交稻產量顯著下降，并且有利于氮肥利用率的大幅度提高。這與前人的研究結果略有差異，而導致這一差異性的原因則可能是土壤本身基礎肥力、耕作方式或種植方式的不同以及所選供試材料基因型存在差異所致。

王道中等[19]研究認為，中高肥力、中低肥力土壤在常規施氮量的基礎上分別減少30%和10%，雖然導致單位面積有效穗數下降，但可顯著增加結實率、每穗粒數、千粒質量，因而不會造成水稻產量顯著下降。本研究中，從產量構成來看，N2免耕直播雜交稻有效穗數、穎花量較N1分別減少了8.0%～11.0%、2.8%～5.4%，但其每穗粒數、結實率較N1分別增加了3.2%～9.1%、1.2%～2.7%。可見，N2處理免耕直播雜交稻的高產優勢主要表現在每穗粒數、結實率上，這與前人的研究結果一致。從干物質生產和分配特性來看，N2免耕直播雜交稻齊穗期葉面積指數、齊穗期干物質、齊穗后干物質、成熟期總干物質較N1分別減少了4.6%～ 9.6%、3.6%～5.9%、0.5%～7.8%、4.2%～4.7%，但其收獲指數較N1增加了2.7%～2.8%，說明N2處理免耕直播雜交稻的高產優勢主要表現在收獲指數上。

單就冬水田耕作方式而言，有研究表明在免耕移栽條件下，選用分蘗力強的穗數型品種是實現高產的有效途徑，免耕移栽處理的結實率和千粒質量也會明顯提高[20，21]。本研究發現，在免耕直播條件下中熟雜交稻川康優6276 產量較遲熟雜交稻內6優107 增加了1.0%，但差異不顯著。從產量構成來看，中熟雜交稻川康優6276 的增產優勢主要表現在每穗粒數、穎花量上。從干物質生產特性來看，中熟雜交稻川康優6276 的增產優勢主要表現在齊穗后干物質積累、成熟期收獲指數上。可見，冬水田區無論是選擇免耕移栽還是免耕直播的耕作方式，選擇與之相配套的品種是關鍵。

4 結論

冬水田區在常規施氮量的基礎上減量15%并不會造成免耕直播雜交稻的產量顯著下降，但免耕直播雜交稻氮肥農學利用率和氮肥偏生產力大幅度提高，說明冬水田減施15%氮肥可實現免耕直播稻產量和氮肥利用率的協同提高。此外，免耕直播下中熟雜交稻川康優6276 產量較遲熟雜交稻內6 優107 高，其增產優勢主要表現在每穗粒數、穎花量、齊穗后干物質積累和收獲指數上。可見，選用大穗、后期干物質生產能力強的中熟雜交稻品種是實現冬水田區免耕直播雜交稻高產的重要途徑。