穗肥氮占比对机穴播杂交粳稻产量形成及产量的影响

王新其，施圣高，李国梁，奚 刚，曹伟召，陈小倩，左 军，曹黎明*

(1上海市农业科学院作物育种栽培研究所，上海201403；2上海上实现代农业开发有限公司，上海202183)

水稻机械化直播是一种高效、轻简的栽培方式，对于节约农田水资源、降低劳动生产强度、提高农业生产效率和稻农积极性具有十分重要的意义。水稻精量机械穴直播技术是利用机械穴播机按规定株行距及播量，在大田直接精量成穴直播，按配套技术要求进行田间管理的水稻播种栽培技术[1]。因其一次作业能同步完成开沟、起垄、成行成穴精量直播，具有高效节本、简便易行、增产增效等优势，能有效地提升水稻机械化作业水平，为水稻生产全程机械化提供了可能，已成为上海直播稻作的主要生产模式，并在全国多地应用示范推广[2-7]。有关水稻精量机穴播配套高产栽培技术的研究已有众多报道[2,8-10]，为水稻机穴播大面积示范推广提供了技术参考。氮肥施用是提高水稻单产的一个重要因素，不同生育阶段氮肥的施用比例直接影响水稻的生长发育、产量和品质等性状表现[11-13]。胡群等[13]研究认为，氮素穗肥比例40%的运筹方式能显著提高水稻产量。贾东等[14]研究认为，穗肥氮对产量形成的作用明显高于基肥氮和分蘖肥氮。张慧[15]研究认为，前氮后移能显著改善水稻群体质量，提高水稻抽穗后的光合速率和光合物质转运能力，使水稻产量显著提高。因此，如何科学地施用氮肥一直是农业专家们关注的重点。氮素基蘖肥与穗肥的不同配比施用是水稻栽培调控的有效措施，本试验以杂交粳稻‘花优14’为材料，在精量机械穴直播条件下，研究不同穗肥氮占比处理对其产量形成和产量的影响，以期为机穴播杂交粳稻高效配套栽培调控技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验于2016年在上海上实现代农业园区稻麦粮作种植区域6号区进行，前茬为大麦，土壤系长江泥沙淤积而成的沙质盐碱土，地力中等偏下，耕层有机质17.0 gkg，碱解氮42.3 mgkg，有效磷43.2 mgkg，有效钾156.8 mgkg，含盐量0.82 gkg，pH 8.1。供试水稻品种为高产优质杂交晚粳‘花优14’，为上海市农业科学院作物育种栽培研究所培育。

1.2 穗肥氮占比试验设计

以基蘖肥和穗肥氮素不同配比进行穗肥氮占比试验，基蘖肥和穗肥氮素配比设置5∶5(T1)、6∶4(T2)、7∶3(T3)、8∶2(T4)和9∶1(T5)共5个处理，小区面积32 m2(8m×4m)，重复3次，共15个小区，随机排列。小区田埂用薄膜封固后，在进出水沟渠中埋设口径为10 cm的“L”型PVC管连接每个小区，实现单排单灌，防止串肥。小区四周设置保护行。穗肥氮占比处理具体方案见表1。

表1 穗肥氮占比施用方案

注：BB肥总养分含量45%，N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15

1.3 种植管理

将小区试验田深耕灭茬、旋耕、耙地平整，沉降1—2 d；种子经浸种、催芽、露白、晾干后(芽长≤2 mm，种子湿度以手抓松手易散不黏连为宜)，选用2BD-10型精量穴直播机(上海世达尔现代农机有限公司改良)于5月28日播种。机穴播行株距20 cm×18 cm，每穴播种3—5粒。试验小区总纯氮量为300 kghm2，基蘖肥与穗肥比例按试验方案，分蘖肥分2次等比例施用，第一次在苗期(2—3叶)，7 d后施第二次分蘖肥。穗肥分2次等比例施用(促花肥和保花肥)。苗期水浆管理以湿润为主，适当增加换水次数以防返盐，种子药剂处理、病虫草防治及肥水管理同常规直播稻生产。

1.4 考查项目及方法

1.4.1 茎蘖动态

播种出苗10 d后，每处理定点20穴调查水稻茎蘖动态，5—7 d调查1次，在临近分蘖高峰期时每3 d调查1次。定点前先计数100穴，统计总株数和每穴平均株数，并按每穴苗数的频数分布进行定点观察，记载茎蘖动态。

1.4.2 考种与测产

成熟后调查有效穗数，每处理取有代表性10穴进行室内穗粒结构等考查，重复3次。成熟后进行小区实测产，单独脱粒晒干，风选干净后折合标准含水量(粳稻：14.5%)计算产量。

1.5 数据处理

试验数据整理汇总后运用DPS v7.05软件进行方差分析和回归分析，使用Excel 2007完成图形绘制。

2 结果与分析

2.1 水稻群体茎蘖发生动态

水稻群体茎蘖消长动态表明(图1)，穗肥氮占比低的处理(T4、T5)水稻群体前期分蘖发生快，且在分蘖高峰时群体茎蘖数较多，分别达到 579.2×104hm2和 610.9×104hm2。之后茎蘖数消亡较快，至孕穗期群体茎蘖数分别下降了 239.4×104hm2和 209.0×104hm2，之后缓慢下降。穗肥氮占比高的处理(T1、T2)分蘖发生慢，在分蘖高峰时群体茎蘖数相对较少，群体茎蘖数为T4和T5处理的80%左右，之后茎蘖数消亡比较平缓，至孕穗期群体茎蘖数分别下降了 128.5×104hm2和 144.0×104hm2，并随生育进程缓慢下降。因此，氮素基蘖肥与穗肥的配比是调节水稻高产群体茎蘖数发生和群体结构优化的重要农艺措施。

2.2 水稻群体成穗率和颖花量与产量的关系

在同等氮素条件下，水稻群体成穗率较高的处理为T1(65.6%)和T2(64.3%)，较低的处理为T4(57.7%)和T5(56.3%)。机穴播水稻穗肥氮占比与群体成穗率呈正向趋势(r=0.9706**)，优化方程为二次曲线(R2=0.9558*)。由此表明，在一定范围内，适当增加穗肥氮的比例有利于提高水稻机穴播群体成穗率。穗肥氮占比高的处理，由于在分蘖高峰期的茎蘖数相对较低，加之后期的穗肥氮相应增加，从而增加了单位面积上的群体有效茎蘖数，最终提高了群体成穗率；群体成穗率(x)与产量(Y)间优化模拟方程表明：有效穗数在 314.9×104—384.5×104hm2，产量随着成穗率提高而递增，当成穗率高于60%时，产量增加趋缓，超过63.0%时，产量呈现负向效应(图2)。

图1 穗肥运筹对水稻群体茎蘖发生的影响Fig.1 Effects of panicle fertilizer management on tillering of rice population

图2 水稻群体成穗率与产量的关系Fig.2 Relationship between ear-bearing percentage and yield of rice population

群体单位面积颖花量与产量呈现二次曲线关系(R2=0.8632**)，表明在群体结实率差异较小的前提下，颖花量增加，产量也随之增加(图3)。群体成穗率与颖花量同样呈现二次曲线关系，表明群体成穗率提高有利于颖花量增加，但成穗率过高，颖花量增加趋缓。因此，在本试验处理范围内，机穴播水稻群体成穗率在63.0%以上，群体单位面积的颖花总量在7.78×108hm2，有望获得1.2 thm2产量水平，甚至更高。

2.3 水稻产量及产量构成因素

图3 水稻群体颖花量与产量的关系Fig.3 Relationship between spikelet quantity and yield of rice population

图4 穗肥氮占比与水稻产量关系Fig.4 Relationship between nitrogen ratio of panicle fertilizer and yield

处理 有效穗数∕(104·hm-2)穗粒数结实率∕%千粒重∕g产量∕(kg·hm-2)T1(5∶5) 314.85±13.05 cC 131.04±4.00 aA91.64±1.89 aA29.42±0.21 bB10 730.10±220.95 bcBT2(6∶4) 338.00±17.25 bcBC 135.98±3.36 aA90.51±1.24 abA30.13±0.16 aAB12 145.92±277.35 aAT3(7∶3) 359.40±25.80 abABC 112.03±13.50 bB87.75±1.78 bcAB30.37±0.24 aA11 044.80±281.25 bBT4(8∶2) 368.70±22.50 abAB 106.38±1.62 bBC85.18±1.43 cdBC30.09±0.35 aAB10 193.40±384.60 cBT5(9∶1) 384.45±12.15 aA92.71±2.14 cC82.66±1.10 dD30.46±0.36 aA9 123.00±284.10 dC

注：同列不同大小字母分别表示在1%和5%水平下差异显著

穗肥氮占比处理对机穴播水稻群体产量构成因素也有明显的影响。随着穗肥氮比例降低，单位面积的有效穗数增加，穗粒数和结实率逐渐下降，而千粒重变化较小，相对稳定(表2)。T3、T4和T5处理的有效穗数显著高于T1和T2处理，T3、T4和T5处理间及T1与T2处理间没有差异；T1和T2处理的穗粒数极显著高于T3、T4和T5处理，T3处理极显著高于T5处理，T1、T2处理间和T3、T4处理间没有显著差异；T5处理的结实率极显著低于其他处理，T4处理极显著低于T1和T2处理，T3处理显著低于T1处理；千粒重最低为T1处理，显著低于其他处理，其他处理间没有显著差异。

2.4 水稻产量与产量构成因素的相关性分析

产量构成因素特征值统计分析表明，在本试验总氮量和穗肥氮占比处理下，有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重对产量贡献特征值分别为78.76%、13.82%、4.98%和2.42%，因而对产量形成贡献最大为有效穗数，其次为穗粒数，结实率和千粒重则相对较小。产量构成因素与产量间相关分析显示(表3)，水稻产量(Y)与有效穗数(x1)、穗粒数(x2)和结实率(x3)呈现显著或极显著负相关，与粒重(x4)呈显著正相关。而产量与产量构成因素间的偏相关均呈显著或极显著正相关，因而在其他产量构成因素固定的条件下，各产量构成因素值增加对产量提高均有正向效应。穗粒数与产量的偏相关系数(0.8370**)最高，故在有效穗数无极显著差异范围内，增加穗粒数对产量增加明显。本试验T2处理获得了较高穗粒数，极显著高于其他处理(T1处理除外)，故获得产量为最高。

表3 水稻产量与产量构成因素的相关性

注：左下角为相关，右上角为偏相关；r0.05=0.5140和r0.01=0.6411分别为5%和1%水平相关系数临界值

产量与产量构成因素的优化方程拟合显示，产量与各产量构成因素间呈现曲线关系(表4)。由方程解析可知，在本试验氮素穗肥运筹范围内，有效穗数和结实率最适值分别为 332.25×104hm2和91.85%，超过该值对产量均呈负向效应。因此，各产量构成因素并非越高，产量就高。在合理的有效穗数基础上应以穗粒数为主攻目标，提高结实率和稳定粒重，才能获得高产。

表4 水稻产量与产量构成因素的关系

注：拟合方程的P值小于0.05 或0.01为达到显著或极显著水平

3 讨论

3.1 施氮量是直接影响水稻产量的重要因素，选择合理的基蘖肥与穗肥氮比例施用对水稻产量提高具有重要作用[16-18]。以往研究表明，在合理的施氮量下，适宜的穗肥氮比例有利于改善水稻群体质量，促进群体光合生产力，协调大穗和穗数，获得高产[15,18-19]。目前，有关水稻穗肥氮合理施用比例的报道结论不一[12-21]，这主要是由于试验的土壤肥力、品种类型等差异所致。本研究在总氮量300 kghm2条件下，机穴播水稻穗肥运筹以基蘖肥与穗肥氮比例为6∶4处理的产量最高，其次为7∶3处理。本试验结果与前人研究较为一致[12-13,20]。但杂交粳稻在肥力水平和产量水平较低的情形下，尤其是未达到有效穗数最适宜值(332.25×104hm2)时，其基蘖肥与穗肥的最佳比例尚待进一步研究。

3.2 单位面积的有效穗数是产量构成最重要的因素，对产量的贡献率接近80%。适宜的有效穗数是杂交粳稻‘花优14’机穴播获得高产的基础，但当有效穗数超过阈值时，产量呈现下降趋势，这与付林东等[22]研究基本一致。在本研究总氮水平下，基蘖肥与穗肥配比除5∶5处理外，其余处理的有效穗数均超过了获得高产有效穗数的阈值。故对于杂交粳稻‘花优14’机穴播而言，调控单位面积的有效穗数，使得氮肥降低施用和后移成为可能。本试验在增加穗肥氮处理即前氮后移后[15,23]，水稻群体成穗率、穗粒数、结实率以及产量有明显提高，表明在总氮适宜条件下，前氮后移有利于提高水稻群体源库质量，从而提高群体茎蘖成穗率和减少退化颖花数。这与以往研究结果基本一致[15，24 ]。

3.3 水稻群体成穗率虽然不是产量构成的直接因素，但与水稻群体产量形成关系密切。本试验中，水稻群体的成穗率与产量拟合的方程呈二次曲线，表明在一定范围内，群体成穗率与产量呈正向效应，但并非越高，产量就越高。分析本试验的结果，杂交粳稻‘花优14’机穴播高产群体成穗率仅为65%左右，明显低于同品种移栽种植的85.6%[24]。这主要是由于机穴播水稻群体具有分蘖发生早、分蘖高峰分蘖数偏高的特点，故常导致群体成穗率相对偏低。因此，要实现水稻群体成穗率这一综合农艺指标提高，需控制高产所需有效穗数，降低前期氮肥量，控制无效分蘖，增加穗肥氮用量，减少退化颖花量，提高结实率和稳定千粒重，才有望进一步挖掘机穴播杂交稻‘花优14’的增产潜力。