施氮量和密度對有序機拋早稻生長發育和產量的影響

鄭志剛， 向麗， 劉功義， 徐彩， 覃斌， 王慰親， 鄭華斌， 唐啟源

（湖南農業大學農學院，長沙 410128）

湖南省是中國的水稻大省，雙季稻是湖南省主要的水稻種植制度，保障湖南省雙季早稻高產穩產對我國糧食安全具有重要意義。但是，隨著城鎮化進程加快，農村勞動力減少和勞動力成本上升，制約了以勞動力限制型為主的傳統農業栽培方式的發展。因此，省工、節本、高效的機械化種植方式是水稻生產發展的必然趨勢[1?2]。

機械有序拋秧是水稻機械化種植方式之一，其采用塑料軟盤分穴分蔸育苗，通過有序拋秧機進行水稻分行分蔸有序拋栽，實現了水稻拋秧栽培機械化、精量化、有序化，具有帶土移栽、緩苗期短、返青快、成行分蔸、均勻養分和光合作用以及有利于減少病蟲害的優點，解決了傳統拋秧栽培田間種植無序和作業效率低（秧苗在田間無序分布，拋秧密度不宜控制，給后續作業帶來不便）等問題，是近年來湖南省大力推廣的種植模式之一[3-6]。

合理的氮肥用量和適當密植是水稻高產栽培的重要措施。前人在機械插秧[7-12]、機械直播[13-15]、人工插秧[16-20]、人工拋秧[21?22]等種植模式下對水稻適宜的施氮量和種植密度已經展開了大量研究，但在機械有序拋栽模式下的研究鮮見報道。李超等[23]研究表明，在135 kg·hm-2及以下施氮水平，拋秧早稻產量隨密度的增加而增加，而超過該水平后，則表現為密度越高產量越低，早稻最佳的拋秧密度在36.0 萬~48.0 萬穴·hm-2。羅亢等[13]研究表明，增施氮肥和增密促進機直播早稻增產，增產原因是機直播早稻具有較高的抽穗后干物質量、葉面積指數及氮素積累量。陳佳娜等[12]發現，機插密度在19.0萬~36.4萬穴·hm-2范圍內，早稻產量隨栽插密度的增加而增加。徐新朋等[24]研究發現，氮肥用量及移栽密度對早稻產量具有顯著影響，在手工插秧密度為21 萬~39 萬穴·hm-2范圍內，早稻產量隨著密度的增加而增加，在39 萬穴·hm-2時達到最大，在施氮量為0~225 kg·hm-2范圍內，早稻產量隨施氮量的增加表現為先增后減，180 kg·hm-2處理產量達到最大。本研究在早稻大田生產中農民習慣的2 個氮肥施用量下，探究不同拋栽密度對有序機拋早稻生長發育和產量的影響，尋找有序機拋早稻適宜的拋栽密度，為湖南省有序機拋早稻大田生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試地點與材料

試驗于2020—2021 年在湖南省益陽市大通湖區千山紅鎮(29°01′N，112°15′E)進行。該區屬亞熱帶大陸性季風濕潤氣候，地形為典型的洞庭湖沖擊平原，土壤成土母質為河湖沉積物，地勢低洼平坦；年平均氣溫16.5 ℃，無霜期264 d，年均降水量1 240.8 mm，年均日照1 643.3 h。土壤基礎地力情況：pH 8.02，有機質27.9 g·kg-1，堿解氮117.37 mg·kg-1，有效磷15.57 mg·kg-1，緩效鉀335.3 mg·kg-1，速效鉀111.07 mg·kg-1，前茬作物為油菜。

供試品種為當地普遍種植的常規早稻湘早秈24 號，來自湖南金色農豐種業有限公司。該品種具有生育期適中、分蘗力較強、株形松散適中、耐肥抗倒等特點，是湖南省目前主推的早秈品種。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區設計，主區為施氮量，副區為密度。施氮量設2 個水平，分別為純氮120（N1）、150 kg·hm-2（N2）；密度設5 個水平，分別為22.2（D1)、25.0(D2)、30.8(D3)、33.3(D4)、38.5 萬穴·hm-2(D5），各處理重復3 次，共30 個小區，每小區面積為40 m2。

1.3 試驗管理

2020 和2021 年試驗播種期分別為3 月20 日、3月24 日，拋栽期分別為4 月17 日、4 月19 日。試驗使用416 孔機拋專用軟盤和中聯重科2BP-780A 秧盤育秧播種機播種，每孔4～6 粒。播種后進行暗室出芽處理，以種子露出白尖為標準，之后將出芽種子擺放于秧廂上進行育秧。秧苗使用中聯2ZPY-13A 水稻有序拋秧機拋栽。拋栽后修復試驗小區田埂并覆膜，單排單灌。2 年肥料種類相同，用量均按以下方法施用，氮肥按基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶2施用；各小區K2O和P2O5施用量一致，K2O 120 kg·hm-2按基肥∶穗肥=1∶1 施用；P2O560 kg·hm-2作為基肥一次性施用。病蟲草害的防控與其他生產措施參照當地大田高產栽培管理。

1.4 測定項目與方法

1.4.1分蘗成穗率測定 拋栽返青后每小區選定連續的10 蔸水稻植株，每隔5 d 調查1 次分蘗數，直至分蘗數保持穩定或齊穗期結束，記錄基本苗數（basic seeding numbers, BSN）、最高分蘗數（highest tiller numbers, HTN）、有效穗數（panicle,P），并計算分蘗率（tillering rate, TR）、分蘗成穗率（percentage of earbearing tiller, PET）。

1.4.2干物質積累量測定 于幼穗分化始期（panicle initiation, PI）、抽穗期（heading day, HD）、成熟期（mature stage, MS），每小區選取具有代表性水稻植株樣品10蔸，將泥土洗凈剪去根，按葉、莖鞘、穗分開，在105 ℃的恒溫條件下殺青30 min，后置于80 ℃烘干至恒重，冷卻至室溫后稱重，并計算群體生長率（population growth rate, PGR）和花后干物質積累量（dry matter accumulation after anthesis, DMAA）。

式中，W1、W2分別表示前后2 個生育時期的干物質積累量（g·m-2）；T1、T2分別表示前后2個生育時期的時間（d）；DMAMS（dry matter accumulation of mature stage）表示成熟期干物質積累量（g·m-2）；DMAHD（dry matter accumulation of heading day）表示抽穗期干物質積累量（g·m-2）。

1.4.3葉面積指數測定 于幼穗分化始期和抽穗期，每小區選擇代表性水稻植株樣品10 蔸，其中1 蔸手工測量綠葉面積，并單獨烘干稱重；其余9蔸葉子烘干稱重，按比葉重法計算葉面積指數。

1.4.4葉片SPAD 值測定 采用SPAD-502plus型便攜式葉綠素儀（柯尼卡美能達投資有限公司），于分蘗中期、幼穗分化始期、抽穗期、抽穗后15 d和成熟期測定葉片SPAD 值。每小區選擇代表性水稻植株連續5 蔸，每蔸選擇主莖最上部全展葉測定，每葉測3 點，3 個測量點分別為葉中部及其上下3 cm處。

1.4.5測產與考種 于成熟期在小區中心區域取長勢均勻的6 m2區域測產，谷粒用風機篩選后曬干、稱重。用自動數字水分儀（DMC-700，Seedburo，Chicago，IL，USA）測定稻谷籽粒含水量，統一換算成13.5%的標準含水量計算水稻產量。

成熟期在每小區的測產區域連續數計20 蔸的穗數作為有效穗數。按對角線取樣法，每小區選取具有代表性水稻植株樣品10 蔸（邊3 行除外），數計穗數后人工脫粒，用水選法分離實粒和空秕粒，在105 ℃的恒溫條件下殺青30 min，置于80 ℃烘干至恒重，數計稱重并計算每穗粒數、結實率和千粒重。

1.5 數據統計與分析

使用Microsoft Excel 2019 和Statistix 9 等軟件處理數據和進行統計分析，方差分析采用LSD法。

2 結果與分析

2.1 不同施氮量和拋栽密度下產量與產量構成因素分析

由表1 可知，2020—2021 年施氮量和拋栽密度對有序機拋早稻產量的影響達極顯著水平。2020年氮密互作效應達到極顯著水平，但2021年氮密互作效應不顯著。

表1 施氮量和密度對有序機拋早稻產量和產量構成因素的影響Table 1 Effect of nitrogen application rate and density on the yield and its components of orderly machine-thrown early rice

從施氮量看，2020 和2021 年N2 處理的產量分別比N1 處理顯著增產5.33%、6.75%。從拋栽密度來看，D3、D4 和D5 處理的產量比D1 和D2 處理分別增產11.97%～15.05%、5.10%～7.99%。從氮密互作來看，在N1 處理下產量隨著密度的增加呈上升趨勢，當密度達到D3 時，繼續增加密度增產效果不顯著；在N2 處理下，產量隨著密度的增加呈先增后減的趨勢，2020和2021年分別在密度D3 和D4 處理時產量達到最大，繼續增加密度會降低產量。由此可見，適當增施氮肥和適密拋栽均能有效提高有序機拋早稻產量。在不同的施氮條件下，有序機拋早稻適宜的拋栽密度略有差異。在N1 條件下，有序機拋早稻適宜的拋栽密度為30.8 萬～38.5 萬穴·hm-2，而在N2 條件下，有序機拋早稻適宜的拋栽密度為30.8 萬～33.3萬穴·hm-2。

施氮量和密度對有序機拋早稻有效穗數、每穗粒數、群體穎花數的影響達到了極顯著水平。施氮量對結實率和千粒重的影響也達到了顯著或極顯著水平（2020 年結實率除外）。拋栽密度對結實率和千粒重的影響均不顯著。氮密互作僅在2020年對有效穗數的影響達到極顯著水平。

從施氮量看，N2 處理的有效穗數、每穗粒數及總穎花數顯著高于N1 處理。除2020 年結實率外，N2 處理的結實率和千粒重顯著低于N1 處理。從密度上看，隨著拋栽密度的增加，有效穗數逐漸增加，而每穗粒數逐漸降低，總穎花數呈現出先增后減的趨勢（2021 年N1 處理除外）。D3、D4 和D5處理的有效穗數和總穎花數均明顯高于D1 和D2處理，其中D3、D4、D5處理的有效穗數和總穎花數比D1處理分別提高了11.67%～17.76%和5.29%～6.23%；D1 和D2 處理的每穗粒數高于D4 和D5 處理，其中D1 處理的每穗粒數比D3、D4 和D5 處理提高了6.04%～11.55%。由此可見，適當增施氮肥增產的主要原因為顯著增加了單位面積有效穗數和每穗粒數，進而顯著增加了單位面積總穎花數；適密拋栽增產的主要原因是單位面積有效穗數的增幅明顯大于每穗粒數的降幅，進而促進了單位面積總穎花數的增加。

2.2 不同施氮量和拋栽密度下分蘗成穗率分析

由表2 可知，施氮量和密度對有序機拋早稻最高分蘗數、分蘗率、分蘗成穗率的影響均達到了顯著或極顯著水平，氮密互作效應不顯著。

表2 施氮量和密度對有序機拋早稻分蘗成穗率的影響Table 2 Effect of nitrogen application rate and density on the tillering rate and the rate of productive tillers of orderly machine-thrown early rice

從施氮量看，N2處理的最高分蘗數和分蘗率顯著高于N1 處理，其分蘗成穗率顯著低于N1 處理。從拋栽密度上看，基本苗數、最高分蘗數（2020 年N2 處理下除外）和分蘗成穗率隨著拋栽密度的增加而增加，分蘗率隨著拋栽密度的增加而降低。D3、D4和D5處理的基本苗數、最高分蘗數和分蘗成穗率高于D1 和D2 處理。D1 和D2 處理的分蘗率高于D3、D4和D5處理。由此可見，適當增施氮肥顯著提高了單位面積有效穗數，主要是通過顯著提高最高分蘗數和分蘗率來實現；而適密拋栽提高了單位面積有效穗數，主要通過提高最高分蘗數和分蘗成穗率來實現。

2.3 不同施氮量和拋栽密度下干物質積累分析

由表3 可知，施氮量和密度對有序機拋早稻幼穗分化始期、抽穗期和成熟期的地上部生物量，幼穗分化始期至抽穗期和抽穗期至成熟期的群體生長率及花后干物質積累的影響達顯著或極顯著水平（2021 年施氮量對抽穗期至成熟期的群體生長率和花后干物質積累的影響除外），氮密互作效應僅在2020 年對抽穗期的地上部生物量的影響達顯著水平。

表3 施氮量和密度對有序機拋早稻干物質積累的影響Table 3 Effect of nitrogen application rate and density on dry matter accumulation of orderly machine-thrown early rice

從施氮量看，除2021 年抽穗期至成熟期的群體生長率和花后干物質積累外，N2處理的各主要生育時期地上部生物量和群體生長率及花后干物質積累均顯著高于N1處理。從密度上看，幼穗分化始期和抽穗期的地上部生物量和幼穗分化始期至抽穗期的群體生長率隨拋栽密度的增加而增加。D3、D4 和D5 處理的幼穗分化始期和抽穗期的地上部生物量和幼穗分化始期至抽穗期的群體生長率高于D1和D2處理。成熟期的地上部生物量、抽穗期至成熟期的群體生長率和花后干物質積累隨拋栽密度的增加表現為先增加后略有降低。2020 和2021 年均在拋栽密度為D3 或D4 處理時成熟期地上部生物量、抽穗期至成熟期的群體生長率和花后干物質積累達到最大值，繼續增加拋栽密度，成熟期的地上部生物量、抽穗期至成熟期的群體生長率和花后干物質積累均有所降低。D3、D4 和D5 處理成熟期地上部生物量顯著高于D1 和D2 處理。D3、D4 和D5 處理抽穗期至成熟期的群體生長率和花后干物質積累顯著高于D1 處理（2021 年D5 處理除外）。由此可見，適當增施氮肥能顯著促進有序機拋早稻群體各生育時期地上部干物質積累，進而促進產量的提高；適密拋栽能明顯加快有序機拋早稻群體營養生長期和并進期干物質積累速度，使其在灌漿結實期也有較強的干物質積累能力。

2.4 不同施氮量和拋栽密度下葉面積指數分析

由表4 可知，施氮量和密度對有序機拋早稻幼穗分化始期和抽穗期的葉面積指數的影響達到了極顯著水平，氮密互作對葉面積指數無顯著影響。

表4 施氮量和密度對有序機拋早稻葉面積指數的影響Table 4 Effect of nitrogen application rate and density on the leaf area index of orderly machine-thrown early rice

從施氮量看，N2處理幼穗分化始期和抽穗期的葉面積指數顯著高于N1處理。從密度上看，幼穗分化始期的葉面積指數隨著拋栽密度的增加而增加。2020 年各密度處理間幼穗分化始期的葉面積指數差異顯著，2021 年D3、D4 和D5 處理幼穗分化始期的葉面積指數高于D1和D2處理。抽穗期的葉面積指數隨拋栽密度的增加先增加后略有降低，D3、D4和D5處理抽穗期的葉面積指數明顯高于D1 和D2 處理。由此可見，適當增施氮肥和適密拋栽均能顯著提高有序機拋早稻幼穗分化始期和抽穗期的葉面積指數。

2.5 不同施氮量和拋栽密度下葉片SPAD 值的變化

由表5 可知，施氮量對幼穗分化始期、抽穗期、抽穗后15 d 和成熟期的葉片SPAD 值的影響達極顯著水平，拋栽密度對抽穗期、抽穗后15 d和成熟期的葉片SPAD 值的影響達顯著或極顯著水平，氮密互作效應僅在抽穗期對葉片SPAD 值的影響達顯著水平。

表5 不同生育時期葉片SPAD值方差分析（2021）Table 5 Variance analysis of leaf SPAD values at different growth periods （2021）

由圖1 可知，在各生育時期，SPAD 值均表現為N2>N1、D1>D2>D3>D4>D5。結合表5可知，N2處理在幼穗分化始期、抽穗期、抽穗后15 d和成熟期的葉片SPAD 值顯著高于N1 處理；從密度上看，D4 和D5 處理在抽穗期至成熟期的劍葉SPAD值均明顯較D1、D2和D3處理低。由此可見，增施氮肥能顯著提高葉片SPAD 值，提高水稻光合生產能力，促進產量的提高；而增加拋栽密度會明顯降低水稻葉片SPAD 值，這可能是密度達到一定值后，繼續增加密度并不能顯著增產甚至有可能降低產量的原因。

圖1 不同施氮量下各密度處理對有序機拋早稻葉片SPAD值的影響（2021）Fig. 1 Effects of various density treatments on the SPAD value of orderly machine-thrown early rice leaves under different nitrogen application rates （2021）

3 討論

合理的氮肥用量和適當密植是水稻高產栽培的重要措施。劉艷紅等[25]和林洪鑫等[26]研究表明，水稻產量隨著氮肥用量和移栽密度的增加而增加，但超過適宜氮肥用量或適宜移栽密度后下降。陳佳娜等[12]研究發現，在機插條件下，增施氮肥能顯著提高早稻產量，機插密度在19.0 萬～36.4 萬穴·hm-2范圍內，早稻產量隨栽插密度的增加而增加。李超等[27]研究表明，機插條件下在同一密度下增施氮肥能有效增加早稻產量，且在較低密度條件下表現更加明顯；在同一施氮量下增密能增加早稻產量，且在較低施氮量下表現更明顯。本研究表明，適當增氮和適密拋栽均能顯著提高有序機拋早稻的產量。N2 處理比N1 處理平均增產5.33%～6.75%，D3、D4、D5 處理比D1 處理顯著增產11.97%～15.05%。在不同的施氮條件下，拋栽密度對有序機拋早稻產量的影響略有差異。在N1處理下，產量隨著密度的增加呈上升趨勢，當密度達到D3 時，繼續增加密度增產效果不顯著。在N2處理下，產量隨著密度的增加呈先增后減的趨勢，拋栽密度在D3 或D4 處理時產量達到最大，繼續增加密度到D5 時會顯著降低產量。N1 處理下機拋密度對產量的影響與前人在機插條件下氮密對產量的影響結果相似。N2處理下，機拋密度達到38.5萬穴·hm-2時會顯著降低產量。這可能是由于機拋秧的秧苗素質較好，拋栽后緩苗期短，前期生長快，分蘗發生快，密度過大反而不利于其后期光合物質積累。而機插秧由于前期緩苗期長，前期生長較慢，分蘗發生慢且較少，高密能彌補其莖蘗數和穗數。楊丞等[28]研究表明，增施氮肥能顯著增加有效穗數和每穗粒數，但千粒重和結實率會降低。蔣明金等[29]研究發現，隨著移栽密度的增加，有效穗數顯著增加，但每穗粒數和結實率逐漸降低，移栽密度對千粒重無顯著影響。本研究發現，適當增氮和適密拋栽增產的主要原因是增加了有效穗數和總穎花數。增氮可能會降低千粒重和結實率，但是增氮增加有效穗數、每穗粒數和總穎花數對產量的貢獻遠大于增氮降低千粒重和結實率對產量的削弱。適密拋栽雖然顯著降低了每穗粒數，但同時也顯著增加了有效穗數。由于有效穗數相比于每穗粒數對產量的貢獻更大，使得適密拋栽的總穎花數顯著增加，適密拋栽對結實率和千粒重的影響不大。最終，適密拋栽獲得較高產量。

增施氮肥有利于促進水稻在各個生育時期的群體發育，增加植株莖蘗數，提高干物質積累與轉運。適宜的施氮量能保證水稻冠層群體達到較高的葉面積指數，在抽穗期維持較高葉面干物質分配比例，有利于后期植株光合能力提高和光合產物積累，進而促進產量提高[25,30]。吳宗釗等[31]研究表明，合理增施氮肥能顯著提高水稻分蘗數和葉片SPAD值，顯著促進水稻關鍵生育階段干物質積累、增加葉面積，從而提高光合能力。合理密植既能充分發揮水稻較強的分蘗與群體自身調節能力的特性，減少水稻群體內行間、株間生長競爭，避免前期生長過于繁茂，達到單位面積理想穗數，同時又保證稻田能充分利用光能，進行光合作用，積累較多的有機物，從而提高水稻產量[26]。歐陽裕元等[32]研究表明，隨著栽插密度的增加，苗期至拔節期水稻分蘗數明顯增加，最高苗峰值顯著提高，無效分蘗增加，成穗率降低；增加栽插密度可顯著提高拔節期、齊穗期和成熟期的干物質積累量，提高莖鞘輸出量，增加轉運貢獻，從而提高產量。

本研究發現，適當增施氮肥能促進水稻生育前期的分蘗能力，獲得更多的有效分蘗，形成較多的有效穗數，穗肥的增施有利于促進穎花分化和減少穎花退化，從而形成較多的每穗粒數。而適當密植使水稻生育前期有較大的群體基數，促進了分蘗速率和成穗率，形成較多的有效穗數。另一方面，適當增氮和密植使有序機拋早稻各生育期有較高的干物質積累量和較高的葉面積指數，從而有較快的群體生長率。增施氮肥能顯著提高水稻葉片SPAD 值，使其在灌漿結實期有較強的光合能力，促進花后干物質的生產和積累。隨著拋栽密度的增加，水稻SPAD 值顯著降低，過密會增加花后葉片衰老速率，不利于灌漿結實期光合產物的生產和積累，這可能是本研究N1處理下密度高于D3 后并不能顯著增產和N2 處理下D5 處理的產量顯著低于D3 處理（2020 年）或D4 處理（2021 年）的原因。而適密拋栽既能保證抽穗期有較高的葉面積指數，也能保證葉片葉綠素相對含量相對較高，促進水稻灌漿結實期有較高的光合生產能力，促進花后干物質生產積累能力。

本研究僅對農民習慣的2 個施氮量進行試驗，并不能確定有序機拋早稻適宜的施氮量范圍，只能探究在湖南省湘北地區早稻大田生產中農民習慣的2 個施氮量下更具有增產優勢的施氮水平和它們各自適宜的拋栽密度，對于有序機拋早稻適宜的施氮量和氮肥利用效率，有待進一步研究。