养分管理对寒地直播稻生长发育及产量的影响

刘元英，吴振雨，彭显龙，尹宇龙，蒋 毅，王 欢，赵广欣，郑秋鹛

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；2.东北农业大学新农村发展研究院，哈尔滨 150030）

养分管理对寒地直播稻生长发育及产量的影响

刘元英1，吴振雨1，彭显龙1，尹宇龙1，蒋 毅1，王 欢1，赵广欣1，郑秋鹛2

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；2.东北农业大学新农村发展研究院，哈尔滨 150030）

采用微区和大田对比试验方法，设置直播和移栽两种栽培方式，研究养分管理对寒地直播稻生育进程、分蘖动态、干物质积累及产量的影响。结果表明，直播稻比移栽稻成熟期延迟4～5 d，能够安全成熟。优化施肥使直播稻提早成熟2～3 d；分蘖成穗率提高5.4个百分点；抽穗后物质同化量提高12.7%（P＜0.05）；对籽粒产量的同化贡献率增加3.3个百分点；产量提高7.2%（P＜0.05）。大田试验中优化施肥的直播稻比习惯施肥的移栽稻抽穗后20 d-成熟期穗干重提高57.6%（P＜0.01）；抽穗后物质同化量提高25.6%（P＜0.01）；对籽粒产量的同化贡献率增加9.4个百分点（P＜0.05）；产量提高8.1%（P＜0.05）。

寒地直播稻；养分管理；生育进程；分蘖动态；干物质积累；产量

水稻是黑龙江省主要粮食作物，2013年种植面积已达400万hm2。黑龙江省地处寒地稻作区，移栽是水稻主要种植方式，但大棚育秧取土难、农村劳动力日渐短缺、生产成本高、不利于实现水稻大面积机械化生产等问题，使移栽稻可持续发展面临严峻挑战[1]。因此，研究寒地直播稻农机农艺结合的高产高效技术，对于促进黑龙江省水田作业全程机械化，进一步提高稻米生产比较效益，保证水稻高产、稳产具有重要意义。水稻机械直播作为一项省工、高效、可实现大面积机械化生产的种植技术一直是美国、澳大利亚等国家采用的主要种植方式[2-3]。随着科学技术的发展，被认为是粗放栽培的水稻直播逐渐形成以农业航空与地面机械、化学除草配套的高效率现代农业生产方式，越来越受到重视[4-5]。近年来，江苏和江西省水稻直播面积已分别达到当地水稻种植面积的30%和60%以上，并有进一步增长趋势[6-7]。徐一戎等研究认为，寒地稻作区适宜水稻生长的有效积温区较少，直播稻安全成熟风险较大[8-9]。但近年来随着土地流转和种地大户的出现，直播稻种植面积在黑龙江省也出现迅速扩大趋势。由于缺乏寒地直播稻生长发育规律的研究和高产高效栽培技术，寒地水稻直播栽培中经常出现群体过大，分蘖成穗率较低，易发生倒伏和贪青晚熟，使得直播稻产量低、稻米品质差等问题突出。虽然南方在直播稻高产栽培方面已有较为深入的研究[10-13]，但因气候相差较大，不适宜在寒地直播稻生产中推广应用。以往关于寒地直播稻种植的研究主要集中在品种、密度和播种保苗等方面[14-16]，而关于寒地直播稻生育进程、分蘖动态和产量形成的影响鲜有报道。

本研究拟在以往工作基础上[17-18]，以移栽稻作对照，研究以“前氮后移”为核心的养分管理对寒地直播稻的生育进程、分蘖动态、干物质积累与分配及产量形成影响，为建立农机农艺结合的寒地直播稻高产高效栽培技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点：试验于2013年在庆安县黑龙江水稻灌溉试验中心，哈尔滨市阿城区料甸乡红新村，农垦建三江分局前锋农场进行。

供试品种：龙庆稻2号和龙粳31，主茎11片叶；龙优5号，主茎12片叶。3个品种均为4个伸长节。

供试土壤：庆安为白浆土型水稻土，阿城为黑土型水稻土，前锋农场为草甸土型水稻土，土壤基础肥力见表1。

表1 供试土壤基础肥力Table 1 Basic fertilities of soils used in the experiments

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

本试验示范的直播栽培全部采用水直播方式，微区试验人工播种，大田对比试验采用机械精量穴直播，大田示范采用机械穴直播。

庆安微区试验：选用“龙庆稻2号”品种。设置两种种植方式：水直播（P1），5月13日播种，株行距10 cm×30 cm，每穴5～6粒，每穴保苗4株，基本苗130株·m-2；移栽（P2），旱育秧，4月20日播种，5月20日3.5叶时移栽，株行距13.3 cm×30 cm，每穴7～8株，基本苗185株·m-2。两种施肥模式：习惯施肥（F1）和优化施肥（F2），氮肥施用量和施用时期见表2。磷肥施用量均为P2O535 kg·hm-2，作为基肥1次性施入；钾肥作为基肥施用量为K2O 45 kg·hm-2，习惯施肥在分蘖期施入K2O 5 kg·hm-2，优化施肥在拔节期施入K2O 20 kg·hm-2。共4个处理，分别记为：P1F1、P1F2、P2F1、P2F2。微区面积为2 m2，3次重复，随机排列。

阿城大田对比试验：选用“龙优5号”品种。设置直播和移栽两种栽培方式：直播：5月11日播种，穴行距12 cm×30 cm，每穴5～7粒，面积为0.65 hm2。移栽：6月1日机插秧，秧龄3.5～4.0叶，穴行距30 cm×14 cm，每穴5～7株，面积为0.47 hm2。直播采用优化施肥，移栽采用当地习惯施肥，氮肥施用量和施用时期见表2；优化施肥P2O550 kg·hm-2，作基肥1次性施入；K2O 74 kg·hm-2，基肥施40 kg·hm-2，穗肥追施34 kg·hm-2；习惯施肥，P2O5和K2O均为53 kg·hm-2，作基肥1次性施入。

前锋农场大田示范：水稻品种为“龙粳31”，5月4日播种，穴行距10 cm×25 cm，播种量75 kg·hm-2，示范田面积为20 hm2。全部采用“前氮后移”的优化施肥技术，氮肥施用量和施用时期见表2。P2O546 kg·hm-2，作基肥1次性施入；K2O 60 kg·hm-2，基肥施30 kg·hm-2，穗肥追施30 kg·hm-2。

表2 N肥施用时期及用量Table 2 Timing and amount of N fertilizer applied (kg·hm-2)

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 生育期记载

记载出苗期、移栽期（3.5叶期）、分蘖始期、幼穗分化期、拔节期、抽穗期和成熟期。

1.2.2.2 叶龄值调查

直播稻从2.5叶（移栽稻插秧后5 d）开始，采用定时定点方法，每个小区选取连续5株调查叶龄值变化情况，直至剑叶出完。

1.2.2.3 茎蘖动态调查

每小区选取连续的5穴，定时调查茎蘖数消增长动态；从3.5叶开始调查各小区基本苗数和茎蘖数，直至抽穗。记录最高茎蘖数、最高分蘖数和成熟期有效穗数，计算分蘖成穗率。

1.2.2.4 干物质积累

分别于抽穗期、抽穗后20 d和成熟期取样，每个小区取平均分蘖的水稻4穴，将水稻样品剪去根系后按叶、茎鞘和穗分别洗净后置于烘箱中，105℃杀青30 min，75℃烘干至恒重，干燥冷却至室温后称取样品干物重。

1.2.2.5 考种与测产

微区试验每小区去除边行选取一延长米实脱测产，大田每处理取5点，每点1 m2实脱测产。经脱粒、风选去除瘪粒，晒干后称重计算单位面积实产。同时选取具有平均分蘖的水稻5穴，用于室内考种，手工脱粒后用清水漂除瘪粒，将饱粒烘干后计算千粒重（以含水率14.5%折算）。

1.2.3 计算公式

茎叶物质转运量（Translocation amount of preheading stored assimilate，TAA）=抽穗期茎叶干重-成熟期茎叶干重;

抽穗后干物质积累量（Post-heading stored assim⁃ilate accumulation，PAA）=成熟期干重-抽穗期干重；

物质转运对产量的贡献率（Contribution of preheading translocated stored assimilate to grain yield，CTA）=（抽穗期茎叶干重-成熟期茎叶干重）/成熟期稻谷重；

抽穗后同化对产量的贡献率（Contribution of post-heading stored assimilate to grain yield,CPA）= PAA/成熟期稻谷重。

1.2.4 数据分析

数据采用Excel 2007和DPS 6.5等统计软件进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 直播稻与移栽稻生育进程的差异

直播稻和移栽稻的叶龄进程见图1。

由图1可知，5月26日移栽稻平均叶龄值是3.7，直播稻平均叶龄值是1.5，6月8日直播稻的叶龄值达到3.5。6月13日之前，直播稻生长速度与移栽稻基本相同，6月13日，两者叶龄最大相差2.5片叶。6月16日直播稻平均叶龄值达到4.5，之后直播稻生育进程明显加快，到7月2日叶龄值为7.7，与移栽稻叶龄值仅相差1.1。以上结果表明，直播稻进入到3.5叶期后生育进程明显加快。

表3是直播稻和移栽稻主要生育期时间对比。由表中可以看出，移栽稻在苗床上于4月23日出苗，直播稻田间于5月21日出苗，直播稻出苗日期比移栽稻晚28 d；直播稻和移栽稻在田间叶龄值达到3.5（移栽稻插秧的秧龄期）时的日期相差13 d；进入幼穗分化期的日期只相差8 d；而到成熟期的日期仅相差5 d。养分管理对直播稻和移栽稻生育进程的影响基本一致，在两种种植模式下，优化施肥均比习惯施肥处理提早2～3 d成熟。

表3 直播稻和移栽稻生育期对比Table 3 Growing stage comparison of direct-seeded rice and transplanted rice (月/日)

表4中的结果显示，直播稻比移栽稻全生育期减少22～23 d，其中从出苗到幼穗分化期时间减少20 d，其原因是直播稻没有移栽稻从插秧至返青的过程，水稻不伤根系，无需缓苗。幼穗分化期到拔节期和拔节期到抽穗期，直播稻与移栽稻天数相当，而抽穗到成熟直播稻比移栽稻少2～3 d。由此可见，直播稻全生育期的缩短主要是在幼穗分化期前，表现为营养生长期的缩短。

(d)

表4 直播稻与移栽稻各生育阶段天数Table 4 Growing stage duration of direct-seeded rice and transplanted rice

2.2 直播稻与移栽稻茎蘖消长动态

由图2可知，移栽稻于5月30日（叶龄值4.5）开始出现分蘖，6月4日后分蘖迅速增加，6月25日达到最大分蘖期。直播稻于6月13日（叶龄值4.2）开始出现分蘖，随后茎蘖数直线上升，7月2日达到最大分蘖期。从分蘖动态可以看出，直播稻与移栽稻相比，优化施肥分蘖日平均增长量分别为29.5和24.9个·m-2；习惯施肥分蘖日平均增长量分别为32.4和27.8个·m-2，直播稻比移栽稻分蘖日平均增长多4.7个·m-2。由于直播稻分蘖发生早，分蘖节位低，分蘖优势强，达最大分蘖期所用时间较移栽稻缩短7 d。

习惯施肥基蘖肥施氮量较多，有效分蘖临界期前茎蘖数增长明显加快，而到最大分蘖期后茎蘖消亡数量显著增加，P1F1和P1F2分蘖日平均消亡量分别为6.1和4.6个·m-2，P2F1和P2F2分蘖日平均消亡量分别为4.1和3.0个·m-2，习惯施肥比优化施肥分蘖日平均消亡量多1.49和1.13个·m-2。表明，优化施肥减少基蘖肥氮的施用量，可有效控制无效分蘖发生。

2.3 直播稻与移栽稻分蘖成穗率

由表5可知，移栽稻基本苗比直播稻多41.5%～42.3%（P＜0.01），使得移栽稻群体最高茎蘖数较直播稻高5.4%～6.2%。但移栽稻与直播稻相比，分蘖成穗数只提高2.3%～3.5%；分蘖成穗率只增加3.3个百分点，差异不显著。可能是直播稻分蘖发生早、分蘖优势强等原因，导致前期分蘖发生快，中期控不住，无效分蘖过多，造成分蘖成穗率偏低。

表5 直播稻与移栽稻分蘖成穗率Table 5 Productive tiller rates of direct-seeded rice and transplanted rice

相同种植方式下，优化施肥与习惯施肥相比，P1F2分蘖成穗率比P1F1增加5.4个百分点，P2F2比P2F1增加5.5个百分点。表5结果还表明，直播稻优化施肥处理的分蘖成穗率比移栽稻习惯施肥处理提高2.2个百分点。说明在直播稻养分管理中，减少分蘖肥氮的施用量，增加穗肥氮的施用量，可有效控制无效分蘖，提高分蘖成穗率。

2.4 养分管理对直播稻与移栽稻干物质积累与运转的影响

2.4.1 直播稻与移栽稻的干物质积累

养分管理对微区试验直播稻干物质积累量的影响如图3 a所示。抽穗-成熟各时期干物质积累量均表现为优化施肥高于习惯施肥。P1F2干物质积累量与P1F1相比，抽穗期增加3.4%；抽穗后20 d增加3.6%；成熟期增加7.3%（P＜0.05）。大田条件下直播稻与移栽稻的干物质积累结果见图3b。由图可见，抽穗期，移栽稻干物质积累量比直播稻高9.2%（P＜0.05）；而到成熟期，直播稻干物质积累量比移栽稻高2.8%。

表6是养分管理对直播稻干物质阶段积累量的影响。

由表6可知，P1F2穗干重与P1F1相比，抽穗期增加14.3%（P＜0.05）；抽穗-抽穗后20 d增加7.2%；抽穗后20 d-成熟期增加14.9%（P＜0.05）。P1F2全株的干物质积累量在抽穗后20 d-成熟期较P1F1增加20.5%（P＜0.01）。以上结果表明，优化施肥可显著提高直播稻抽穗到成熟期穗的干物质积累量。表6大田直播稻与移栽稻干物质阶段积累结果显示，抽穗到抽穗后20 d，直播稻全株干物质积累量比移栽稻增加17.5%（P＜0.05）；在穗后20 d到成熟期，直播稻穗干物质积累量比移栽稻增加57.6%（P＜0.01）。这一结果说明，与移栽稻相比，优化施肥的直播稻在籽粒灌浆期的干物质积累具有显著优势。

表6 养分管理对直播稻干物质阶段积累量的影响Table 6 Effects of nutrient management on dry matter accumulation of direct-seeded rice at different stages (g·m-2)

2.4.2 直播稻与移栽稻干物质积累及转运

养分管理对寒地直播稻抽穗后物质转运的影响如表7所示。优化施肥与习惯施肥相比，抽穗后物质同化量提高12.7%（P＜0.05），对籽粒产量的同化贡献率提高3.3个百分点,但抽穗后茎叶物质转运量降低6.6%；抽穗后茎叶物质转运对籽粒产量的贡献率降低1.8个百分点。

表7中大田对比试验结果表明，直播稻与移栽稻相比，抽穗后物质同化量提高25.6%（P＜0.01）；对籽粒产量的同化贡献率增加9.4个百分点（P＜0.05）；抽穗后茎叶物质转运量降低38.5%（P＜0.01）；对籽粒产量的转运贡献率降低6个百分点。以上结果说明，优化施肥的直播稻抽穗后有较强的光合生产能力，可以合成更多的光合产物，因此在抽穗后对籽粒产量的同化贡献率显著增加。而习惯施肥的移栽稻因抽穗后干物质积累量明显降低，籽粒产量的形成来自于茎叶中物质转运与再分配的比例明显增加，因此抽穗后茎叶物质转运对籽粒产量的贡献率较高。

2.5 养分管理对直播稻与移栽稻产量的影响

寒地直播稻产量及产量构成因素如表8所示。微区试验结果表明，直播稻与移栽稻相比，产量降低2.7%～3.6%，但差异未达到显著水平。同在直播栽培方式下，优化施肥与习惯施肥相比，穗粒数增加3.6粒，千粒重增加0.56 g，结实率高1.9个百分点，产量提高7.2%（P＜0.05）。

由表8可知，大田对比试验的直播稻产量较移栽稻增产8.1%（P＜0.05）。从产量构成因子分析可知，移栽稻穗数显著多于直播稻，每平方米穗数比直播稻多117个（P＜0.01）；但直播稻的穗粒数显著多于移栽稻，平均每穗多49.4粒（P＜0.01）；直播稻千粒重比移栽稻提高0.94 g（P＜0.05）；结实率比移栽稻增加3.3个百分点。分析增产原因可知，直播稻主要是靠较高穗粒数以及高的结实率和千粒重获得较高产量。前锋农场大田示范的平均产量达到9 t·hm-2，与黑龙江省当年移栽稻较高的产量水平相当。以上结果表明，通过优化养分管理，寒地直播稻可以达到移栽稻的平均产量水平。

表7 养分管理对直播稻抽穗后干物质运转的影响Table 7 Effects of nutrient management on dry matter translocation of direct-seeded rice after heading

表8 养分管理对寒地直播稻产量及产量构成因素的影响Table 8 Effects of nutrient management on yield and yield components of direct-seeded rice in cold area

3 讨论与结论

寒地直播稻能否安全成熟是研究者极为关注的问题。本试验结果表明，直播稻出苗日期比移栽稻晚28 d，但因直播稻没有插秧及移栽返青期，所以两者在田间叶龄值同为3.5时相差13 d，而到幼穗分化期时只相差8 d，到成熟期时仅相差4～5 d，可安全成熟。直播稻全生育期较移栽稻缩短23 d，主要是幼穗分化期前营养生长期的缩短，主要是直播稻根系发育较好，使水稻营养生长进程加快，与姚义等结论[19-21]基本一致。当然，寒地直播稻安全成熟问题还需进一步研究。

关于直播稻营养生长期缩短与直播稻产量的关系，研究者观点不一。郑洪帧认为，植物营养生长与生殖生长相互依存，营养生长期缩短，不利于植株后期生殖生长，因此难以高产[22]。潘典进等则认为，直播稻生育期缩短，主要是营养生长期缩短，而生殖生长期并不缩短，即幼穗分化到灌浆结实期并不缩短，而决定穗型大小的幼穗分化期和决定粒重、结实率的灌浆成熟期则相对较稳定[23]。已有研究证明，水稻籽粒产量80%以上来自抽穗后光合作用，其余来自抽穗前积累在叶鞘和茎秆中的贮藏物，所以人们更关注抽穗后物质生产能力的提高[24-25]。大田对比试验结果表明，尽管2013年试验所在地区春季低温多雨，直播稻播种期推迟10 d，营养生长期缩短近20 d，但优化施肥直播稻抽穗后物质同化量及对籽粒产量的同化贡献率显著高于习惯施肥的移栽稻。表明以“前氮后移”为核心的养分管理能够显著提高寒地直播稻抽穗后的光合生产能力，抽穗后具有较高的物质同化量，可加快籽粒灌浆速度，使直播稻穗粒数和千粒重显著高于移栽稻而获得高产，这与潘典进等研究结果[23]一致，也与陈丽楠等在移栽稻的相关研究结果[26]一致。

微区试验结果表明，与移栽稻相比，直播稻分蘖发生早，分蘖势强，分蘖增长快。但直播稻分蘖成穗率低于移栽稻，这除与直播稻本身分蘖发生规律有关外，还与6月25日喷施除草剂产生的药害有关。因当时直播稻还未到最大分蘖期，除草剂对直播稻分蘖产生一定抑制作用，导致最终有效穗数少于移栽稻。大田对比试验移栽稻的收获穗数每平方米较直播稻多117个，主要是由于直播稻生育前期苗龄较小，移栽田灌水串入直播田使直播稻苗被淹，导致潜叶蝇危害严重，造成分蘖数不足所致。以上结果说明，在直播稻栽培中如何控制草害并加强苗期管理，是急需研究解决的问题。

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Effect of nutrient management on growth and yield of direct-seeded rice in cold area

LIU Yuanying1,WU Zhenyu1,PENG Xianlong1,YIN Yulong1,JIANG Yi1,WANG Huan1,ZHAO Guangxin1,ZHENG Qiumei2(1.School of Resources and Environmental Sciences, Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.Institute of New Rural Development, Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

Microplot and field comparision experiments with direct-seeded and transplanted rice were conducted to study the effects of nutrient management on growth,tillering dynamic,dry matter accumulation and yield of direct-seeded rice in cold area.Results showed that the maturity stage of direct-seeded rice was only 4-5 d later than that of transplanted rice,indicating that direct-seeded rice can mature safely as transplanted rice.Optimized fertilization advanced the maturity stage of direct-seeded rice by 2-3 d,increased earbearing tiller rate by 5.4 percentage points,increased post-heading stored assimilate accumulation by 12.7% (P＜0.05),improved contribution of post-heading stored assimilate to grain yield by 3.3 percentage points, and therefore increased rice yield by 7.2%(P＜0.05).In field comparision experiment，compared to transplanted rice with conventional fertilization,direct-seeded rice with optimized fertilization showed the following effects:ear dry weight from 20 d after heading to maturity increased by 57.6%(P＜0.01),post-heading stored assimilate accumulation increased by 25.6%(P＜0.01),contribution of post-heading stored assimilate to grain yield increased by 9.4 percentage points(P＜0.05),and yield increased by 8.1%(P＜0.05).

direct-seeded rice in cold area;nutrient management；growth progress;tillering dynamic; dry matter accumulation;yield

S511

A

1005-9369（2014）07-0001-08

时间2014-7-8 13:29:37 [URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140708.1329.002.html

刘元英,吴振雨,彭显龙,等.养分管理对寒地直播稻生长发育及产量的影响[J].东北农业大学学报,2014,45(7):1-8.

Liu Yuanying,Wu Zhenyu,Peng Xianlong,et al.Effect of nutrient management on growth and yield of direct-seeded rice in cold area[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(7):1-8.(in Chinese with English abstract)

2014-04-15

科技部“十二五”科技支撑项目（2013BAD20B04）；农业部“948”项目（2011-G18）

刘元英（1954-），女，教授，博士生导师，研究方向为植物营养与施肥技术。E-mail:yuanyingl@163.com