养分管理对寒地直播稻干物质积累、转运及产量影响

罗盛国，尹宇龙，刘元英，周婷，王欢，赵广欣，王丽娟

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030）

养分管理对寒地直播稻干物质积累、转运及产量影响

罗盛国，尹宇龙，刘元英，周婷，王欢，赵广欣，王丽娟

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030）

采用大田对比试验方法，设置移栽、免耕旱直播、起垄旱直播3种栽培方式，研究以前氮后移为基础的不同栽培方式对寒地直播稻群体质量、干物质积累规律及产量形成影响。结果表明，与移栽相比，直播能显著改善水稻群体质量，使叶源保持较高生产能力，增加单茎茎鞘重，增强茎秆强度，畅通物质运输；可促进水稻后期干物质积累，提高抽穗后物质同化量和同化贡献率，免耕、起垄直播稻抽穗后物质同化量分别比移栽提高24.9%（P＜0.01）和16.7%（P＜0.01），对产量的同化贡献率分别提高25.7%（P＜0.01）和13%（P＜0.01）；有效穗数减少，结实率和穗粒数增加，千粒重无显著差别，产量基本持平。免耕直播与起垄直播穗粒数分别比移栽多24.4和27个（P＜0.01）。免耕直播稻结实率较移栽高2.2个百分点，起垄直播较免耕高3.9个百分点。起垄直播与移栽水稻产量持平，达到7.65 t·hm-2，免耕直播产量略低，但差异不显著。

寒地直播稻；养分管理；干物质积累；产量

网络出版时间2015-12-25 13:11:01[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20151225.1311.038.html

罗盛国,尹宇龙,刘元英,等.养分管理对寒地直播稻干物质积累、转运及产量影响[J].东北农业大学学报,2015,46(12):16-23.

Luo Shengguo,Yin Yulong,Liu Yuanying,et al.Effect of nutrient management on dry matter accumulation,transportation and yield of direct-seeded rice in cold area[J].Journal of Northeast Agricultural University,2015,46(12):16-23.(in Chinese with English abstract)

水稻是黑龙江省主要粮食作物[1]。移栽是黑龙江省水稻主要栽培方式，但劳动强度大、生产成本高、大棚育秧取土困难，不利于大面积机械化生产，加之农村劳动力减少，水稻可持续发展面临困境[2-3]。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栽培技术日益受到重视，特别是随着高效除草剂应用、早熟高产新品种的育成及栽培技术的进步，水稻直播技术在许多地区不推自广[4-5]。目前，黑龙江省直播水稻高产栽培技术和配套的肥水管理模式研究相对较滞后，处于自发、无序和粗放生产阶段，生产实践中缺乏高产高效的栽培技术体系，寒地直播稻常出现群体过大、易倒伏、贪青晚熟等问题，研究高产高效栽培技术对寒地直播稻生产具有重要意义。

学者从群体质量、干物质积累及产量构成等方面对直播稻作相关研究，其中以郑洪帧和彭斌等研究较为全面[6-7]。Farooq和Harunur等对以上问题开展研究[8-9]，但多针对南方地区，寒地直播稻的系统研究较少。

本研究在前人[10-11]基础上，以移栽稻为对照，探究寒地直播稻干物质积累、分配、同化、转运及产量形成规律，为建立高产高效寒地直播稻栽培体系提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料

试验地点：五常市光辉乡辉煌村。

供试品种：稻花香2号，主茎14片叶，4个伸长节间。

供试土壤：草甸土型水稻土，有机质35.3 g·kg-1，全氮1.49 g·kg-1，全磷0.75 g·kg-1，速效磷41.65 mg·kg-1，速效钾144.39 mg·kg-1，缓效钾362.59 mg·kg-1，pH5.68。

1.2方法

1.2.1试验设计

以稻花香2号为试验材料，采用大田对比试验，设置免耕直播、起垄直播和移栽3种栽培方式。免耕直播：2014年4月28日播种，在保留前茬，地面平整的情况下，机械直播，穴行距12.5 cm×33 cm，每穴4～5粒，面积为0.18 hm2。起垄直播：4月29日播种，垄宽80 cm采用宽窄行（54+26）播种，穴距11.5 cm，每穴4～5粒，试验面积为0.66 hm2。移栽：5月13日人工插秧，秧龄3.5～4叶，穴行距：15cm×33cm，每穴3～4株，试验面积为0.15hm2。以上各处理全部采用优化施肥：移栽：P2O550 kg·hm-2，基肥42.5 kg·hm-2，穗肥追施7.5 kg·hm-2，K2O 65.5 kg·hm-2，基肥40 kg·hm-2，穗肥追施25.5 kg·hm-2。免耕、起垄直播：P2O562.5 kg·hm-2，基肥42.5 kg·hm-2，穗肥7.5 g·hm-2，粒肥追施12.5 kg·hm-2，K2O 79.5 kg·hm-2，基肥40 kg·hm-2，穗肥追施25.5 kg·hm-2，粒肥追施14 kg·hm-2。具体氮肥施用时期及用量见表1。

1.2.2取样时期与测定项目

取样时期：幼穗分化期（A）、抽穗期（B）、抽穗后15 d（C）、抽穗后30 d（D）、成熟期（E）。

测定项目：单茎茎鞘重、黄叶重、水稻茎叶穗干物重、考种测产。

1.2.3主要测定方法

①土壤基础肥力测定：采用常规分析方法[12]。

②单茎茎鞘重：每小区选取有代表性主茎或大分蘖20株，将植物样品剪去根系后取茎鞘，洗净后放于烘箱中，85℃杀青30 min后，再调至70℃烘干至恒重，干燥冷却至室温后称取样品干物重。

③水稻干物重测定：幼穗分化期，免耕、起垄每小区取平均分蘖的水稻3穴，移栽稻取4穴，其余各时期每小区取平均分蘖水稻4穴，将植物样品剪去根系后按叶片、茎鞘和穗分别洗净后置于烘箱中，85℃杀青30 min后，再调至75℃烘干至恒重，干燥冷却至室温后称取样品干物重。

表1　N肥施用时期及用量Table 1Timing and amount of N fertilizer applied (kg·hm-2)

④测产与考种：在水稻收获前，每试验田块随机量取横直21穴的距离，调查每亩穴数与总穗数，计算出每穴平均有效穗数。取平均分蘖的水稻4穴，用于室内考种，手工脱粒后用清水漂除瘪粒，将饱满实粒烘干后计算千粒重（以含水量14.5%折算），根据各产量构成要素计算理论产量。

1.2.4计算公式

茎叶物质转运量（TAA，t·hm-2）=抽穗期茎叶干重-成熟期茎叶干重；

茎叶物质转运率（TAR，%）=（抽穗期茎叶干重-成熟期茎叶干重）/抽穗期茎叶干重×100%；

抽穗后干物质积累量（PAA，t·hm-2）=成熟期干重-抽穗期干重；

转运干物质对籽粒产量的贡献率（CTA，%）=（抽穗期茎叶干重-成熟期茎叶干重）/成熟期稻谷重×100%；

抽穗后干物质对籽粒产量的贡献率（CPA，%）=（成熟期干重-抽穗期干重）/成熟期稻谷重×100%。

1.2.5数据分析

数据采用Excel 2003和DPS 7.05等统计软件分析处理。

2　结果与分析

2.1栽培方式对水稻分蘖及分蘖成穂率影响

2.1.1分蘖动态

分蘖是水稻基本特性，与水稻群体结构、光合作用、物质生产与分配及产量结构关系密切。因此了解水稻分蘖动态具有重要意义。如表2所示，在3.5叶期，免耕直播和起垄直播与移栽稻的基本苗分别为53、39和75株·m-2。移栽较免耕和起垄分别高29.3%和48%。因为试验前期五常连续低温阴雨天气导致直播稻基本苗不足。7叶期移栽稻继续保持强劲长势，分蘖增至191个·m-2，而此时直播稻分蘖长势较缓，分蘖数不足移栽稻的1/2。至9叶期即有效分蘖临界期，直播稻与移栽稻分蘖基本持平，差异不显著。说明直播稻在7叶至9叶期间分蘖以极快速度增加。至10叶期，即最高分蘖期，移栽稻茎蘖数增至447个·m-2，而免耕直播和起垄直播茎蘖数分别为381和382个·m-2，相对于移栽稻直播稻分蘖增长幅度较小，分别较移栽稻低66和65个·m-2，因此时无效分蘖大量增生，直播稻无效分蘖较少，有助于形成健康群体。13叶期无论直播与移栽穗数已基本稳定，移栽因有较多的基本苗，在成穗数上表现出一定优势。

2.1.2分蘖成穗率

水稻群体分蘖成穗率是水稻群体质量的重要指标，在合理群体下，穗数稳定、成穗率高的群体有利于改善冠层结构和群体质量，改善中后期群体光照条件，延长功能叶寿命，提高抽穗期后群体光合效率，增加抽穗到成熟期干物质积累。因此，更高的成穂率是保证水稻群体健康的前提。

由表3可知，尽管播种后持续低温降雨天气，使免耕直播与起垄直播的基本苗数分别低于移栽稻29.3%（P＜0.05）和48%（P＜0.05），导致免耕直播和起垄直播的最高茎蘖数分别低于移栽稻12.8%和18.8%。但免耕直播和起垄直播的分蘖成穗率分别较移栽稻高2.02和5.32个百分点,其中起垄直播与移栽稻的差异达显著水平。因为直播稻具有较好的根系性状加之施用粒肥，抽穗后形成更好的群体结构。

表2　直播稻与移栽稻分蘖动态Table 2Productive tiller dynamics of direct-seeded rice and transplanted rice

2.2栽培方式对寒地直播稻干物质积累动态与分配影响

2.2.1干物质积累动态

水稻生物产量是经济产量的基础，可观的经济产量，须以适宜的生物产量为前提，因此掌握水稻干物质积累规律，对于调控水稻经济产量具有重要意义。

由图1可知，穗分化期至抽穗期水稻光合生产能力较强，营养器官生长快，物质同化量较大，加之生殖器官开始发育，因此干物质积累迅速。抽穗期至抽穗后15 d，干物质积累相对缓慢，但直播稻增长速率高于移栽稻，尤其是起垄直播。抽穗后30 d至成熟期，移栽稻干物质总量呈明显下降趋势，而直播稻趋于稳定，未有大幅增减。以上结果表明，与移栽稻相比，直播稻前期能保持根系生长健壮，且施用粒肥，有效防止叶片后期早衰，保证源充足。整个生育期干物质积累移栽高于直播，主要是出苗前低温冷害及持续降雨造成直播稻基本苗不足，使单位面积穗数不及移栽稻所致。

2.2.2栽培方式对水稻单茎茎鞘重影响

强壮的茎秆能防止倒伏，合理支配叶层和叶态分布，是较高光合生产力冠层结构的基础，在源库协调上起连接作用，水稻抽穗期具有较高单茎茎鞘重是壮秆大穗、营养生长和生殖生长协调重要标志。

如图2所示，幼穗分化期移栽单茎茎鞘重比免耕直播与起垄直播分别高0.07和.0.05 g，而到抽穗期后，免耕直播与起垄直播单茎茎鞘重迅速增加，抽穗期较移栽稻高0.13和0.24 g，抽穗后15 d，高0.45和0.60 g（P＜0.01），至成熟期，高0.50和0.57 g（P＜0.01）。分析认为，直播稻没有经过大棚育秧过程，田间单位面积播种量显著低于大棚育秧播种量，单株营养面积大，通风透光好，生长条件优越，因而个体发育较健壮，茎秆壮实。特别是始穗期追肥极显著增加抽穗15 d后单茎茎鞘重。

2.2.3干物质在不同器官中分配

不同栽培方式对水稻干物质积累及分配影响见表4。水稻叶片干重在幼穗分化期-抽穗期迅速增长，而后缓慢下降，抽穗期叶片干物重达到最大。在幼穗分化期，免耕、起垄叶干物质积累量比移栽分别低0.47和0.34 t·hm-2，但在抽穗期免耕、起垄叶干物重增加量较移栽分别高0.23和0.25 t·hm-2，说明水稻直播有利于孕穗期叶生长，保证叶源储备。抽穗后，叶干重持续减少，至抽穗后30 d，移栽稻减少0.78 t·hm-2，免耕和起垄直播稻分别减少0.52和0.56 t·hm-2，免耕、起垄直播叶干重减少量比移栽低0.26和0.22 t·hm-2。说明直播稻始穗期追肥能延缓叶片衰老，提高后期光合生产能力。

图1　不同栽培方式对水稻干物质积累影响Fig.1Effects of cultivation methods on dry matter accumulation of rice

图2　不同栽培方式对水稻单茎茎鞘重影响Fig.2Effects of cultivation methods on culm-sheath dry weight of rice

水稻茎干重在幼穗分化期至抽穗期迅速增长，抽穗期-抽穗后15 d缓慢增长，而后缓慢下降。至抽穗后30 d，免耕与起垄直播稻分别比移栽稻高7.4%和3.0%，成熟期，免耕较移栽高1.6%，起垄较移栽高6.8%，达到显著水平。直播稻茎秆在后期有较多干物质积累，说明直播稻始穗期施肥，可保证抽穗后有较充足养分供应，使其有较强光合生产能力，有足够光合产物输入茎秆。

水稻穗干重表现为幼穗分化期-抽穗后30 d移栽高于直播，成熟期保持一致。抽穗期移栽穗干重积累量高于免耕和起垄28.3%和16.7%，抽穗后15 d高29.6%和14.8%，抽穗后30 d高25%和15.3%，至成熟期免耕、起垄与移栽基本持平，差异不显著，说明直播稻抽穗后期有较强光合能力，显著提高水稻后期穗干物质积累。

2.3栽培方式对直播稻干物质阶段积累及同化与转运影响

2.3.1干物质阶段积累

不同栽培方式对水稻干物质阶段积累影响如图3所示。在幼穗分化-抽穗期直播全株干物重低于移栽，其中免耕直播较移栽低14.3%，起垄直播较移栽低12.7%，但在抽穗期-抽穗后15 d和抽穗后15～30 d全株干物重均表现为直播大于移栽，但差异不显著。由图3可知，在幼穗分化至抽穗期、抽穗期至抽穗后15 d、抽穗后15～30 d水稻穗阶段积累均表现为移栽稻高于直播稻。然而，在抽穗后30 d至成熟期则表现为直播稻显著高于移栽稻（P＜0.01），其中免耕直播较移栽高72.2%，起垄直播较移栽稻高60%。说明直播稻根系发育较好，能够保证后期籽粒干物质积累，保障水稻产量。

表4　不同栽培方式对水稻干物质积累及分配影响Table 4Effects of cultivation methods on dry matter accumulation and distribution of rice(t·hm-2)

图3　不同栽培方式对水稻干物质阶段积累影响Fig.3Effects of cultivation methods on dry matter accumulation of rice at growth stages

2.3.2抽穗后物质同化与转运

由表5可知，免耕、起垄直播与移栽相比，抽穗后物质同化量分别提高24.9%（P＜0.01）和16.7%（P＜0.01），对产量同化贡献率分别提高25.7%（P＜0.01）和13%（P＜0.01），但抽穗后茎叶物质转运量，起垄直播较移栽降低68.17%，抽穗后茎叶物质转运对籽粒产量贡献率降低15.2%，而免耕直播则出现负增长，主要是免耕田抽穗期和成熟期取样时出现误差。但是通过起垄直播与移栽对比可以说明，直播稻抽穗后有较强的光合生产能力，因此对籽粒产量同化贡献率较高。而移栽稻抽穗后干物质积累下降，籽粒产量源于茎叶转运量增加，因此抽穗后物质转运率较高。

2.4栽培方式对寒地直播稻产量及产量构成因素影响

2.4.1产量和产量构成因素

水稻产量及产量构成因素如表6所示。免耕、起垄直播与移栽相比，产量分别低5.4%和0.4%，差异不显著。从产量构成因子分析可知，移栽有效穗数显著高于直播，每平方米较免耕直播多100个（P＜0.01），较起垄直播多112个（P＜0.01）；但从直播稻穗粒数来看，免耕直播与起垄直播比移栽稻分别多24.4个和27个（P＜0.01）。千粒重，免耕直播较移栽稻低1.49 g，起垄直播较移栽低0.23 g，主要原因是直播稻收获时籽粒灌浆不够饱满，使后期籽粒中物质未积累充分。但直播稻结实率明显高于移栽，免耕直播较移栽高2.2个百分点，起垄直播较免耕高3.9个百分点。本试验中直播稻产量与移栽稻基本持平，主要是直播稻可提高穗粒数和结实率。

2.4.2收获指数

由图4可知，移栽的收获指数为0.53，免耕直播的收获指数为0.55，起垄直播的收获指数为0.57，相同施肥处理下，直播均较移栽高，其中免耕直播较移栽高3.7%，起垄直播较移栽高7%，说明直播有利于水稻大穗形成。

表5　不同栽培方式对水稻抽穗后物质同化与转运影响Table 5Effects of cultivation methods on dry matter assimilation and translocation of rice after heading

表6　不同栽培方式对水稻产量及产量构成因素影响Table 6Effects of different cultivation methods on yield and yield components of rice

图4　不同栽培方式对直播稻收获指数的影响Fig.4Effects of cultivation methods on harvest index of rice

3　讨论与结论

寒地水稻栽培方式主要是移栽，直播能否推广，产量是研究者和稻农关注问题。本试验起垄直播与移栽水稻产量基本持平，达到7.65 t·hm2，免耕直播较移栽有所降低，但差异不显著。主要因为直播稻播种后至出苗期持续近一个月低温降雨，导致种子不同程度破坏，除直接烂于地中，出苗后也有相当一部分前期个体纤弱，生长发育迟缓，造成基本苗不足，后期田面水稻长势不均。

在水稻生长发育过程中，积累干物质越多，分配到穗部的比例越大，产量越高[13]。本试验研究结果显示，前期干物质总量直播稻低于移栽稻，但抽穗期至抽穗后30 d直播稻干物质总重迅速增加，抽穗后30 d至成熟期积累干物质量直播稻显著高于移栽稻，至成熟期三种栽培方式干物质总量基本持平，且此时积累的干物质几乎全部输送至稻穗。因此，直播稻收获指数显著优于移栽稻，产量并未降低。杨光等研究发现，直播稻虽然全生育期较短[14]，但日生产量显著高于移栽稻，累积干物质总量与移栽稻相近，本试验结果与此结论基本一致[14]。

抽穗前，稻株积累的干物质绝大部分用于构建根、茎、叶等营养器官；抽穗后，稻株积累的干物质绝大部分作为稻谷灌浆物质，形成籽粒产量，所以稻谷产量来源分为两个部分，一部分是抽穗前的茎鞘贮存物质，一部分是抽穗后的光合产物，即转运贡献和同化贡献[15]。已有研究证明，水稻籽粒产量80%以上来自抽穗后叶片光合作用[16-18]，所以抽穗后更强的物质生产能力是高产前提。本试验结果显示，直播稻无论在抽穗后物质同化量还是同化贡献率均显著高于移栽。另外，茎叶转运率增加，势必导致过多的茎秆物质输出，易造成倒伏，因此适当的茎秆物质输出是稳产前提。李杰等研究得出,茎叶物质转运对籽粒产量贡献率移栽＞直播，本试验直播稻茎叶物质转运对籽粒产量贡献率显著低于移栽稻，其中起垄直播较移栽降低15.2%，与李杰等结论一致[19]，而免耕直播由于取样出现较大误差，导致转运贡献率出现负增长。本试验中，直播稻有较高的同化贡献率及较高的收获指数，因为在前氮后移基础上，增加始穗期氮磷钾追肥，能够保证根系在后期有较强活力，延缓叶片衰老，增强后期光合生产能力和籽粒灌浆速率，增加每穗粒数和结实率，从而获得高产。

朱满山研究表明，高成穗率群体抽穗期最大叶面积指数适宜，能提高有效叶和高效叶面积率，显著增加总颖花量，协调源库关系，提高粒叶比；高成穗率群体抽穗期单茎茎鞘重、顶三叶叶重、齐穗期鞘叶比均较大，茎鞘运转率及经济系数高，是高产群体建立的重要指标[20]。本试验结果显示,免耕直播和起垄直播的分蘖成穗率分别较移栽稻高2.02和5.32个百分点，表现明显优势。

强壮茎秆能防止倒伏，同时，壮秆又是大穗形成的结构基础[21]。陈丽楠对水稻抽穗期单茎茎鞘重与产量进行相关分析，结果表明，二者呈极显著正相关[22]，因此较高的单茎茎鞘重能显著改善群体结构，提高产量。本试验直播稻单茎茎鞘重在幼穗分化期、成熟期与移栽稻无显著差异，但在抽穗后15 d和抽穗后30 d，显著高于移栽稻（P＜0.01），直播稻优越的个体与群体结构，可确保产量不低于移栽稻。

对于直播稻产量构成，研究者观点不一。刘立中等认为，直播稻有效穗数比移栽稻高，但结实率与穗粒数较移栽低[23]，因此获得高产要有足够的有效穗数；彭斌等研究结果表明，直播稻成穗率低而结实率与穗粒数相对比较稳定[7]。因而提高产量的途径主要是培育壮秧，在抽穗期形成适宜穗数的基础上增加每穗颖花数，从而提高单位面积颖花量。本试验直播稻与移栽稻相比，有效穗数减少，结实率和穗粒数增加。免耕直播与起垄直播穗粒数与结实率均优于移栽，与彭斌等观点一致[7]。

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Effect of nutrient management on dry matter accumulation,transportation and yield of direct-seeded rice in cold area

LUO Shengguo,YIN Yulong,LIU Yuanying,ZHOU Ting,WANG Huan,ZHAO Guangxin,WANG Lijuan(School of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

A field comparison experiment with transplanted rice,no-tillage direct-seeded and ridge direct-seeded rice were conducted to study the effects of nutrient management on rice population quality,dry matter accumulation and yield formation in cold area.Results showed that compared with transplanted rice,direct-seeding significantly improved rice population quality,kept high production capacity,increased weight of single stem leaf sheath,guarantee the stem strength,smooth material transportation.Direct-seeding could strongly promote the late dry matter accumulation of rice,improved the post-heading stored assimilate accumulation and contribution of post-heading stored assimilate to grain yield,no-till and ridge direct-seeded rice increased by 24.9%(P＜0.01)and 16.7%(P＜0.01)in the post-heading stored assimilates accumulation,respectively,increased the contribution of post-heading stored assimilate to grain yield by 25.7%(P＜0.01)and 13%(P＜0.01)compared to the transplanted method.Compared with transplanted rice,direct-seeding showed the follow effects,reduced effectivepanicle number,increased seed setting rate and number of kernels per spike.There was no significant difference among 1000-grain weight and yield.The spike grain number of no-till and ridge direct-seeded rice higher than that of transplanted rice by 24.4 and 27(P＜0.01),respectively.The seed setting rate of no-till direct-seeded rice was 2.2%higher than that of transplanted rice,ridge directed-seeded was 3.9%.The highest yield of this experiment is transplanted rice and ridge directedseeded rice,which reached 7.65 t·hm-2,no-till direct-seeded rice was lower than transplanted rice,but no significant difference.

direct-seeded rice in cold area;nutrient management;dry matter accumulation;yield

S511.22

A

1005-9369（2015）12-0016-08

2015-03-24

科技部“十二五”科技支撑项目（2013BAD20B04）

罗盛国（1956-），男，教授，硕士，硕士生导师，研究方向为作物养分管理。E-mail:luoshengguo56@163.com