氮肥用量对杂交籼稻Y两优886冠层结构和产量的影响

李俊周邵鹏陈星宋成伟彭廷赵全志*

（1河南农业大学河南粮食作物协同创新中心/河南省水稻生物学重点实验室，郑州450002；2光山县农业局，河南光山465450；*通讯作者）

光能资源的质量和光能利用率是影响农作物产量的重要因素[1]。光能利用率与光能截获量和光能转化率直接相关，作物群体的大小决定了光能截获量的多少，通过改善作物群体冠层结构可以提高群体光能截获率和群体光能利用率[2]。氮素是影响作物群体大小的重要因素，氮素有助于增加叶面积指数和增强光合作用，从而促进作物生长[3]。但是过量施氮容易造成植株冠层下部透光率下降，加速冠层下部叶片的衰老，造成水稻减产，还容易引发病虫害[4]。水稻不同生长阶段冠层光合有效辐射（Photosynthetically active radiation，PAR）截获率和利用率与产量呈显著正相关，PAR转化率与产量也呈正相关，保持较高PAR截获率的基础上提高冠层PAR转化率，进而提高冠层PAR利用率，有利于水稻高产[5]。李艳大等[6]研究发现，随施氮量的增加水稻PAR透光率出现递减趋势、PAR转化率呈先增大后减小的趋势；还发现群体光能截获量达到最佳水平后，继续提高群体光能截获量，光能转化率会出现下降的趋势。叶面积指数是群体质量的重要指标，受氮素穗肥用量影响较大，表现为增加施氮量能够增加水稻群体分蘖数，提高水稻群体光合叶面积[7－8]。氮素适宜的基肥及促花肥比例能调节水稻上3叶叶面积，上3叶叶面积适中、叶片角度好、群体叶面积适宜，水稻群体能获得更多光照以进行光合作用，灌浆成熟期水稻群体光合物质积累量高；而如果后期氮素过量，剑叶面积大且披垂，会造成遮阴现象，倒2叶和倒3叶光合速率下降，水稻群体质量会变差[9]。欧阳杰等[10]研究表明，抽穗后15～20 d剑叶和倒2叶中叶绿素降解速率与单株产量都达到显著相关。因此，确定合理的氮素穗肥运筹及合理的群体结构是水稻高产和稳产的重要手段。本研究通过设置不同氮素水平对水稻群体结构、叶面积指数、叶绿素、光合有效辐射利用等指标进行研究，明确杂交籼稻Y两优886的合理群体结构和施氮方式，为品种的高产栽培提供技术途径和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年在河南省信阳市光山县罗陈乡进行，品种为两系杂交水稻品种Y两优886，供试土壤为水稻土。土壤基础养分状况：全氮0．91 g/kg，速效磷14．4 mg/kg，速效钾 12．88 mg/kg，有机质 28．47 g/kg。

1.2 试验设计

试验设6个氮素水平（纯N用量）：0 kg/hm2、150 kg/hm2、210 kg/hm2、300 kg/hm2、390 kg/hm2和 450 kg/hm2，分别记为 N0、N150、N210、N300、N390、N450。

氮肥运筹方式为：基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶2∶4，其中基肥在移栽前1 d施用，分蘖肥于移栽后7 d和14 d施用，穗肥于倒4叶、倒2叶时等量施用。N∶P2O5∶K2O（质量比）=2∶1∶2，过磷酸钙作基肥一次性施用，钾肥 50%作基肥，50%于倒4叶时施用。4月19日采用机械软盘育秧，5月19日移栽，秧龄31 d，叶龄4叶1心。机插秧，插秧规格 30．0 cm×16．5 cm；小区面积 3 m×5 m=15 m2，3次重复，小区随机排列，管理方式同一般水稻大田。

表1 不同氮肥处理Y两优886的PAR截获率、截获量、干物质净积累量、转化率和利用率

图1 抽穗扬花期Y两优886的叶面积指数

1.3 测定指标及方法

1．3．1 叶面积指数

运用比叶重法测定水稻叶面积指数。抽穗扬花期，调查各小区水稻平均分蘖数，每个小区取平均分蘖数代表样3株，分无效叶、有效叶、高效叶3部分，用烘箱120℃杀青30 min，80℃烘干，称重，计算水稻总叶面积指数。

1．3．2 叶绿素 SPAD 值

抽穗扬花期前1 d开始测定SPAD值，每7 d测定1次。测定仪器为叶绿素仪SPAD－502，测定部位为剑叶中部，每株测定2次（避开叶脉），每个小区测定5丛。

1．3．3 冠层PAR透过率、截获率、PAR转化率和PAR利用率

水稻灌浆初期、灌浆中期、灌浆后期及成熟期，利用光量子有效测量仪（Apogee MQ－200）测定地上部30 cm、60 cm和顶部的光照强度，每个小区随机选取5丛进行测定。30 cm处光照强度与顶部光照强度的比值为下层透光率，60 cm处光照强度与顶部光照强度的比值为中层透光率。计算方法：In=1－透光率，PCE=DMA/IPAR，PUE=In×PCE。PCE 为 PAR 转化率（g/MJ）；PUE 为 PAR 利用率（g/MJ）；DMA 为某生育阶段的干物质净积累量（g/m2）；IPAR为某生育阶段的冠层PAR截获量（MJ/m2）；In为冠层PAR截获率。

1．3．4 产量

成熟期每个小区分别实收测产。

1.4 数据分析

用SPSS 22．0和Excel 2010软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 氮肥处理对叶面积指数的影响

从图1可以看出，抽穗扬花期叶面积指数随着氮素水平的提高而提高。在6个氮肥处理中，N0的叶面积指数最低，N450的叶面积指数最高。N450处理的叶面积指数与N390处理相比差异不显著，说明高氮水平下氮素对叶面积指数的影响减小。

2.2 氮肥处理对冠层PAR利用和转化特性的影响

从表1可以看出，随着氮肥用量的增加，灌浆初期－成熟期PAR截获率、PAR截获量、净干物质量、PAR转化率和PAR利用率都表现为先增加后降低的趋势，N0处理的各指标都表现为最低，N390处理多数指标达到最高值。与N390处理相比，N450处理的净干物质量、PAR转化率和PAR利用率有下降的趋势。

2.3 氮肥处理对抽穗扬花期-成熟期SPAD值的影响

从图2可以看出，在水稻抽穗扬花期，随着时间的推移，叶绿素SPAD值呈现不断下降的趋势，花后28～35 d是叶绿素下降速度最快的阶段。花后0 d叶绿素SPAD 值 N390≈N300≈N450﹥N210≈N150﹥N0，花后35 d叶绿素SPAD值表现为N450﹥N390﹥N300﹥N210﹥N150﹥N0。说明提高氮肥水平能延缓叶片叶绿素SPAD值的下降速率。

表2 PAR利用转化、叶绿素、叶面积指数与产量间的相关系数

图2 不同氮肥处理Y两优886花后不同时期的SPAD值变化

图3 不同氮肥处理下Y两优886的产量

2.4 不同氮肥水平的水稻产量

从图3可以看出，随着氮素水平的不断提高，Y两优886的产量呈先上升后下降的趋势。N0处理的产量最低，N390 处理的产量最高，N150、N210、N300、N390、N450 的产量分别比 N0 提高了 1．41 t/hm2、2．15 t/hm2、2．65 t/hm2、3．45 t/hm2和 3．03 t/hm2。

2.5 不同氮肥处理下叶绿素、叶面积指数、PAR与产量的关系

从表2可以看出，产量与灌浆－成熟期PAR转化率、利用率、干物质净积累量呈极显著正相关关系，与PAR截获率显著相关；产量与花后28 d和35 d的SPAD值呈极显著正相关；产量与水稻抽穗扬花期叶面积指数呈极显著正相关。各指标中，产量与抽穗扬花期叶面积指数的相关性最高。

3 讨论与结论

随施氮量的增加，水稻籽粒产量会出现增加的趋势。但是，过量施氮也会延缓植株的成熟，造成非结构性碳水化合物贮存在茎秆中不转运出去，导致水稻产量下降。因此，只有在适宜的范围内，增施氮肥才可以有效的增加水稻产量[11－13]。叶面积的大小和动态直接影响作物群体冠层光截获量，通过科学施肥和合理密植塑造适宜的叶面积动态是作物高产稳产的基础[14]。增加苗期施氮量和栽插密度可以显著提高水稻冠层叶面积和光合势，进而减少了生育前期漏光和反射光损失，从而提高冠层PAR截获率；适当增加中后期施氮量可延缓抽穗后水稻叶片的衰老，维持较大的光合势，进而保持抽穗后较高的干物质生产能力[5]。本试验结果表明，随着氮肥水平的提高，产量呈先上升后下降的趋势，N0处理最低，N390处理最高；水稻抽穗扬花期的叶面积指数、PAR截获率、PAR截获量、干物质净积累量、灌浆－成熟期的PAR转化率和PAR利用率随着氮肥用量的增加不断增加，N390处理达到最大值，然后N450处理的干物质净积累量、灌浆－成熟期的PAR转化率和PAR利用率又出现降低的趋势，这与前人的研究结果相符[13－14]。本研究发现，水稻扬花后叶绿素含量随着时间的推移呈不断下降的趋势，且随着氮肥处理水平的提高，叶绿素含量下降越缓慢，水稻叶片衰老越慢，这与李刚华等[15]的结果相符。此外，本研究还发现，花后0～35 d叶绿素SPAD值与水稻的产量呈极显著正相关，这与王旭等[3]的研究结果相符。说明适宜的施氮量能够塑造合理的群体结构，增加水稻的叶面积，改善水稻的群体光照，从而提高水稻产量。因此，纯N用量为 390 kg/hm2、基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶2∶4 的处理是 Y两优886较合理的氮肥施用方式，可以获得理想的群体冠层结构，有利于高产高效。