不同栽培模式对华南双季晚稻产量和氮肥利用率的影响

潘俊峰，钟旭华，黄农荣，刘彦卓，田 卡，梁开明，彭碧琳，傅友强，胡香玉

(广东省农业科学院 水稻研究所/广东省水稻育种新技术重点实验室，广东 广州 510640)

根据我国人口增长对稻米的需求估计，2010至2030年水稻产量要增加14%才能满足人口增长对稻米的需求[1]。培育优质、高产、高效、多抗的水稻品种无疑是满足我国人口、资源和环境之间矛盾的重要途径，但在配套栽培措施不到位的情况下，水稻品种的优势性状也很难凸显[2]。在拉丁美洲，用20～30 a前的品种作为研究对象，通过改进栽培管理措施使得水稻产量从2000年的5.4 t·hm-2增加到2008年的7.2 t·hm-2，单产增幅达33%[3]。在亚洲存在一个较为普遍的现象，重视新品种培育，而对配套栽培技术的研究较为缺乏，使得品种更新换代快，其优势并没有充分挖掘和发挥。

养分管理、栽插密度和行株距配置等单一措施对水稻产量、肥料利用效率等性状影响的研究已开展较多[4-11]。由于水稻产量不但受氮肥管理、栽植密度的影响，还与水稻生长发育的自我调节能力紧密相关，因此，单一栽培措施很难充分挖掘品种的优势特性。Peng等[12]指出，目前我国仍比较缺乏包括水稻不同种植密度、不同养分等农艺措施组合的研究，在保护环境的前提下，研发综合栽培管理措施提高水稻产量、资源利用效率和农户收益，是协调人口、资源和环境间矛盾的重要途径。Qin等[8]也指出，研发综合栽培管理措施要与当地的气候特点相匹配才能最大限度地挖掘水稻品种高产潜力。

本团队前期研发的水稻三控施肥技术可比传统技术减少10%的氮肥用量，增产6%～8%，在生产上已有大面积应用[13-14]。在现有技术基础上，能否通过综合调控氮肥用量、栽插规格等措施进一步提高双季稻产量和氮肥利用率，这方面研究仍较为缺乏。本研究的目的是阐明综合栽培措施对水稻产量和氮肥利用率的影响，为双季稻高产和氮高效的综合栽培管理技术研发提供理论依据和技术方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

广东省农业科学院水稻研究所培育的早晚季兼用型两系超级杂交稻组合粤杂889。

1.2 试验地点

试验于2011和2012年晚季在广东农业科学院白云试验基地(23°25′N，113°25′E)进行。采用常规水育秧，7月22日播种，8月7日移栽，两年播栽时间一致，双本移栽。试验田耕作层土壤理化性质：pH为6.09，全氮含量1.23 g·kg-1，有效磷9.0 mg·kg-1，速效钾107.0 mg·kg-1，有机质20.7 g·kg-1。犁底层土壤主要理化性状为：pH为6.25，全氮含量0.98 g·kg-1，有效磷8.0 mg·kg-1，速效钾84.5 mg·kg-1，有机质15.7 g·kg-1。试验基地2年的气象资料见表1。

1.3 试验设计

2年试验设计相同，均设置6种栽培模式，即无氮区(N0)、前期重施氮肥的农民习惯栽培(FP)和4种氮肥后移栽培模式(简称M1-M4)，具体如下：

N0：无氮区。不施氮肥，移栽前一次性施入过磷酸钙(含P2O513.5%)375 kg·hm-2，钾肥(氯化钾，含K2O 60%)225 kg·hm-2在插秧前和穗分化始期分2次等量施用。栽插株行距为20 cm×20 cm。除生育中期排水搁田外，其余时期保持水层，至收获前1周断水。

表12011和2012年试验地从水稻移栽到成熟的日均气象数据

Table1Daily meteorological condition at the experimental field from transplanting to maturity in 2011 and 2012

发育阶段Growthperiod温度T/℃20112012日照时数Sunshine hours/h20112012TR-MT28.527.97.06.5MT-PI28.527.57.16.6PI-HD26.624.77.16.9HD-MAT22.521.75.64.5

TR，移栽期；MT，分蘖中期；PI，穗分化始期；HD，抽穗期；MAT，成熟期。

TR， Transplanting; MT， Mid-tillering; PI， Panicle Initiation; HD， Heading Date; MAT， Maturity.

FP：农民习惯栽培。总氮量(纯氮，以下同)为200 kg·hm-2，以尿素形式施入，按基肥∶回青肥∶分蘖肥∶长粗肥为3∶2∶3∶2施用，栽插株行距为20.0 cm×23.3 cm。磷、钾肥的用量和水分管理方式同N0处理。

M1：高产高效1(水稻三控施肥技术)。氮肥较FP处理减10%，即180 kg·hm-2，氮肥按照基肥∶分蘖肥∶促花肥(穗分化始期)∶粒肥(抽穗期，小区50%植株见穗)为4∶2∶3∶1施用，磷、钾肥的用量、施用时间和水分管理方式同FP处理，栽插株行距为20 cm×20 cm。

M2：高产高效2。氮肥用量与FP相同，为200 kg·hm-2。氮肥按照基肥∶分蘖肥∶穗分化肥∶粒肥为4∶2∶3∶1施用，磷、钾肥的用量和施用时间同FP处理，行株距为30.0 cm×13.3 cm。

M3：高产高效3。氮肥较FP处理减10%，即180 kg·hm-2，氮肥按照基肥：分蘖肥：促花肥：粒肥为4∶2∶3∶1施用，密度比FP处理增加40%，栽插行株距为25.0 cm×13.3 cm。其他措施同FP处理。

M4：高产高效4。氮肥较FP增加10%，为220 kg·hm-2，按基肥∶分蘖肥∶促花肥∶粒肥为4∶2∶3∶1施用。栽插行株距为30.0 cm×13.3 cm。其他措施同FP模式。

不同栽培模式的施肥时间和施肥比例列于表2。各小区用拖拉机旋耕，耕深10～15 cm，上水后耱平。试验采用随机区组试验设计，每处理重复3次，小区面积34 m2，小区之间筑田埂并用塑料薄膜覆盖，以防肥水串灌。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 茎蘖动态

每小区定点12穴，移栽后每周调查一次茎蘖数，用于统计不同处理的最高分蘖数和分蘖成穗率。

1.4.2 叶绿素相对含量(SPAD)和叶面积

叶片SPAD值分别于分蘖中期、穗分化始期、抽穗期和抽穗后20 d测定，剑叶全展前，测定植株的最上完全展开叶，剑叶抽出后测定剑叶。在叶片的中部和中部上、下3 cm处用502型SPAD叶绿素仪测定，取3处测定值的平均值表示该叶的SPAD值。每小区重复测定10片叶。叶面积采用美国产LI-COR MODEL 3100C型叶面积仪测定。

表2 不同栽培模式的施氮时间和氮肥施用比例

Table2Timing and rate of nitrogen fertilizer application under different cultivation patterns

处理Treatment总施氮量Nitrogen/(kg·hm-2)施氮时间和比例Time of N application (days after transplanting) and rate基肥Basal回青肥Recovering分蘖前期Early tillering分蘖中期Mid-tillering分蘖后期Late tillering穗分化始期Panicle initiation抽穗期HeadingN000000000FP200-1a, 30%b3～5, 20%9～11, 30%020～25, 20%00M1180-1, 40%0015～17, 20%030～35, 30%抽穗Heading, 10%M2200-1, 40%0015～17, 20%030～35, 30%抽穗Heading, 10%M3180-1, 40%0015～17, 20%030～35, 30%抽穗Heading, 10%M4220-1, 40%0015～17, 20%030～35, 30%抽穗Heading, 10%

a，数字或文字表示插秧后天数或生育阶段；b，该时期氮肥用量占氮肥总用量的比例。M1、M2、M3和M4栽培模式的氮肥施用时间和使用比例一致。

a， The numbers or annotation represent days after transplanting or growth period， respectively; b， The numbers represent the percentage of total N fertilizer applied. M1， M2， M3 and M4 had the same timing and percentage.

1.4.3 干物质质量

分别于分蘖盛期(移栽后20 d)、穗分化始期、抽穗期和成熟期，按平均茎蘖数取12穴(小区边行不取)，分成叶片、茎鞘和穗(抽穗后)等部分装袋，于105 ℃杀青15 min，再经70 ℃烘干至恒质量，测定各处理植株干物质积累量，将烘干的样品粉碎后用于氮含量测定。

1.4.4 产量及其构成因素

成熟期每小区调查24穴，计算单位面积有效穗数。按平均穗数取12穴，考查穗粒数、结实率、千粒重等产量构成因素，最后分小区实割5 m2测产。

1.4.5 氮含量

烘干粉碎的植株样品用H2SO4-H2O2消煮，用凯氏定氮法测定氮含量。

1.5 数据处理

分蘖成穗率(productive tillers，%)=成熟期有效穗数/最高分蘖数×100；

粒叶比(grain-leaf ratio，grain·cm-2)=成熟期单位面积总粒数/抽穗期叶面积；

库容量(sink potential，g·m-2)=成熟期单位面积穗数×每穗粒数×饱粒千粒重；

氮肥转运量(NT，kg·hm-2)=抽穗期总氮积累量-成熟期稻草、枝梗和空秕粒氮积累量；

氮肥转运率(NTR，%)=氮肥转运量/抽穗期氮积累量×100；

氮吸收利用率(RE，%)=(施氮区作物吸氮量-不施氮区作物吸氮量)/施氮量×100；

氮农学利用率(AE，kg·kg-1)=(施氮区产量-不施氮区产量)/施氮量×100；

氮肥偏生产力(PFP，kg·kg-1)=水稻产量/施氮量。

增产量(t·hm-2)=氮肥后移模式产量-FP模式产量；

增产率(%)=(氮肥后移模式产量-FP模式产量)/ FP模式产量×100。

运用Microsoft excel 2010处理数据。用STATISTICA (StatSoft Inc. Statistica. Tulsa OK. 1991)软件进行数据分析，用LSD0.05(least significant difference test)进行样本平均数的差异显著性比较。采用SigmaPlot 12.5(Systat Software， Inc. 2011)作图。

2 结果与分析

2.1 气象条件

2年中不同生育期的平均温度和日照时数见表1。日均温度随生育进程推移逐渐降低，2年趋势一致，但2011年各个生育阶段的日均温度比2012年高0.6～1.9 ℃。平均日照时数从插秧至成熟期呈先增加后降低的趋势，穗分化始期-抽穗期阶段日照时数最长；2011年日均日照时数比2012年长，其中抽穗至成熟期的日均日照时数2011年比2012年长1.1 h。

2.2 栽培模式对水稻产量和构成因素的影响

6个处理的产量和产量构成因子见表3。整体上看，2011年水稻产量要高于2012年，平均高12.6%；4种氮肥后移模式均较FP增产，增幅达6.3%～24.1%，其中产量最高的为M4(2011)和M3(2012)模式。氮肥后移模式间对比发现，M1模式(三控技术)较FP增产6.3%～16.7%，M2、M3和M4模式较M1平均增产3.6%(2011)和10.3%(2012)。分析不同处理的产量构成因子发现，这4种氮肥后移模式的增产得益于单位面积总颖花数(单位面积穗数×每穗颖花数)和结实率的显著增加，4种氮肥后移模式总颖花数2年平均分别比FP增加5.4%、10.1%、7.8%和8.2%，结实率分别增加4.5%、7.0%、7.8%和8.0%(表3)。由表3可以看出，单产达到10 t·hm-2时，单位面积总颖花数均超过4.3×108·hm-2。

2.3 不同栽培模式下的群体茎蘖消长动态和成穗率

由表4可知：随着生育进程推移，不同模式的单位面积分蘖数呈现先增加后降低的趋势，在穗分化始期达最大值。N0处理4个时期的分蘖数均最少，M1、M2、M3和M4模式2年茎蘖成穗率平均分别为56.5%、53.4%、58.4%和57.1%，明显高于FP模式(46.3%)。

总体上看：与4种氮肥后移模式相比，穗分化始期FP模式下水稻叶面积指数最高，2011年差异显著，2012年差异不显著。这4种氮肥后移模式2年的平均库容量分别比FP提高7.2%、10.7%、11.6%和9.9% (表5)。

表3 不同栽培模式对产量及构成因素的影响

Table3Grain yield and its components under different cultivation patterns

年份Year处理Treatment有效穗数Effective panicle/(104 hm-2)每穗颖花数Spikelets perpanicle单位面积颖花数Spikelets perunit area/(108 hm-2)结实率Grain fillingpercentage/%千粒重1000-grainweight/g产量Yield/(t·hm-2)2011N0191.7 b142.0 a2.72 b78.6 ab27.4 c5.88cFP267.9 a149.0 a3.99 a76.9 b27.9 bc8.54 bM1282.0 a157.8 a4.45 a79.5 ab28.3 ab9.97 abM2285.5 a156.3 a4.45 a81.8 ab28.3 ab10.29 aM3299.5 a144.4 a4.34 a80.9 ab28.8 a10.10 abM4304.9 a145.6 a4.43 a83.9 a28.5 ab10.60 a2012N0183.4 c155.6 ab2.85 b74.1 c27.1 ab5.72 cFP234.6 b161.5 a3.78 a77.8 bc26.9 ab7.92 bM1261.2 ab143.3 b3.74 a82.3 ab27.4 ab8.42 abM2266.0 ab154.2 ab4.10 a83.6 ab26.7 b9.19 abM3272.8 a148.3 ab4.04 a85.9 a27.9 a9.73 aM4277.1 a143.8 b3.98 a83.2 ab27.1 ab8.93 ab

同一年份内不同处理间没有相同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著。下同。

The data in the same column without the same lowercase letters indicated the significance at the 0.05 probability level within the same year. The same as below.

表4 不同栽培模式对水稻分蘖数与分蘖成穗率的影响

Table4Number of tillers and percentage of productive tillers of rice under different cultivation patterns

年份Year处理Treatment分蘖数 Number of tillers per m2分蘖期Mid-tillering穗分化始期Panicle initiation抽穗期Heading成熟期Maturity分蘖成穗率Productive tillers/%2011N0189.2 b321.8 b216.7 c177.5 b62.7 abFP288.6 a496.5 a300.8 b267.9 a43.8 cM1280.1 a496.8 a350.1 ab278.4 a60.0 abM2271.7 a475.1 a359.3 a285.9 a56.0 bcM3279.3 a460.5 a360.4 a287.3 a72.0 aM4257.6 a479.3 a381.8 a299.3 a63.6 ab2012N0223.7 c342.4 c215.3 c194.5 c53.5 aFP264.9 bc488.8 b320.3 b275.1 b48.7 abM1282.7 bc495.3 b354.9 ab273.7 b53.0 aM2283.4 abc520.2 ab391.0 a298.7 ab50.8 abM3356.2 a595.7 a420.4 a309.5 ab44.7 bM4300.7 ab538.3 ab423.7 a318.1 a50.6 ab

表5 不同栽培措施对水稻叶面积指数的影响

Table 5Leafareaindex(LAI)ofriceunderdifferentcultivationpatterns

年份Year处理Treatment叶面积指数Leaf area index分蘖中期Mid-tillering穗分化始期Panicle initiation抽穗期Heading粒叶比Grain-leaf ratio/(grain·cm-2)库容量Sink potential/(g·m-2)2011N00.68 c1.73 d2.73 c1.01 a747.5 bFP1.01 ab4.37 a5.71 b0.70 b1110.9 aM10.90 b3.15 c6.31 ab0.71 b1256.6 aM20.88 b3.44 bc5.94 b0.76 b1258.2 aM31.15 a3.78 b6.40 ab0.68 b1246.2 aM41.11 a3.81 b7.04 a0.63 b1263.6 a2012N00.74 b2.57 b2.65 b0.94 a767.5 bFP0.71 b4.44 a6.08 a0.63 b1011.9 aM10.97 a4.12 a5.67 a0.55 b1019.6 aM20.83 ab4.42 a5.60 a0.67 b1091.0 aM30.97 a4.19 a6.21 a0.59 b1122.0 aM40.83 ab4.16 a6.33 a0.62 b1069.4 a

2.4 不同栽培模式下叶色和水稻干物质积累变化

SPAD值可以代表植株的氮素营养水平，2011年和2012年各处理的SPAD值变化相似(图1)。N0处理各个关键时期SPAD值均最低，FP模式的SPAD值在分蘖中期和分化期较高，而抽穗后开始显著降低，4种氮肥后移模式则与FP相反，在前期SPAD值较低，从幼穗分化始期开始显著增加，后期均高于FP模式。这与氮肥后移模式采用前轻后重的氮肥运筹模式密切相关。

4种氮肥后移模式不同生育阶段干物质积累的变化趋势与对照基本一致，均随生育进程逐渐增加。穗分化始期至抽穗期阶段干物质积累量最高。与FP相比，4种氮肥后移模式从穗分化期开始干物质积累速度明显加快，如抽穗至成熟期间积累的干物质分别比FP高20.1%(2011年)和53.9%(2012年)。M1、M2、M3和M4模式的总生物量2年平均比FP高10.7%、15.2%、18.2%和15.9%。不同年份总生物量均表现为M3>M2>M1>FP>N0，M4模式的总生物量2年表现并不一致，2011年最高，2012年处在M1和M2之间(表6)。

2.5 栽培模式对氮积累、转运和氮肥利用率的影响

图1 不同栽培模式下叶色的动态变化特征Fig.1 Dynamic changes in leaf color of main stem under different cultivation patterns

表6 不同栽培方式下水稻主要生育阶段干物质积累量和比例

Table6Dry matter accumulation (DMA) and its ratio to total dry matter (RTDM) in main growth periods of rice under different cultivation patterns

年份Year处理Treatment播种-分蘖中期Sowing-tillering积累量DMA/(t·hm-2)比例RTDM/%分蘖中期-穗分化期Tillering-Initiation积累量DMA/(t·hm-2)比例RTDM/%穗分化期-抽穗期Initiation-Heading积累量DMA/(t·hm-2)比例RTDM/%抽穗期-成熟期Heading-Maturity积累量DMA/(t·hm-2)比例RTDM/%总生物量Total biomass/(t·hm-2)2011N00.55 c6.261.23 c13.934.54 c51.842.48 b27.968.80 cFP0.74 ab5.772.61 a20.504.96 c38.764.47 a34.9812.77 bM10.65 bc4.482.16 b14.876.24 ab43.035.48 a37.6314.53 abM20.65 bc4.392.24 ab15.296.06 b41.495.77 a38.8314.71 aM30.83 a5.622.32 ab15.896.21 ab42.105.44 a36.4014.80 aM40.81 a5.352.45 ab16.277.09 a46.844.79 a31.5515.15 a2012N00.55 cd5.782.19 b23.064.55 b47.872.21 c23.299.50 cFP0.52 d4.173.09 a24.766.32 a50.692.54 bc20.3912.47 bM10.70 ab5.333.02 a23.026.22 a47.593.14 abc24.0613.08 abM20.63 abc4.513.10 a22.236.12 a44.194.17 ab29.0714.02 abM30.73 a5.023.16 a21.806.22 a42.634.59 a30.5514.69 aM40.60 bcd4.362.96 a21.536.45 a47.053.74 abc27.0513.75 ab

由表7可知：植株氮素积累量随生育进程逐渐增加。4种氮肥后移模式在分蘖期和穗分化期植株氮积累量均低于FP模式，但抽穗期和成熟期的氮积累量则显著高于FP模式。4种氮肥后移模式的氮素转运量2年平均比FP模式高14.9%、6.2%、20.9%和29.6%(表7)。与M1相比，2012年M2、M3和M4模式成熟期氮素积累量、氮素转运量均有不同程度提高。

M1、M2、M3和M4模式的氮肥吸收利用率、农学利用率和偏生产力平均比FP提高65.2%～82.4%、55.6%～88.1%和7.9%～33.9%，2年均显著高于FP(表8)；M2、M3和M4模式氮肥的吸收利用率、农学利用率及偏生产力与M1相比，差异不显著。氮素转运率，2011年不同模式间差异不显著，2012年N0处理显著低于其他处理，FP与4种氮肥后移模式之间无显著差异。

2.6 不同栽培模式下水稻产量和产量构成因子的关系

水稻产量与单位面积的颖花数呈极显著的正相关(图2)，产量与单位面积有效穗数也呈显著和极显著正相关，产量与每穗粒数无明显关系，FP模式和氮肥后移模式均表现一致。

对不同模式的每穗颖花数与有效穗数、千粒重之间的关系进行分析发现，FP模式下三者的相互关系均呈显著负相关；4种氮肥后移模式下，并无显著相关性(图3)。说明FP模式下群体穗数和每穗颖花数之间矛盾突出，一个性状值的提升将会导致另一性状的显著降低。

2.7 不同栽培模式增产增效原因

与FP模式相比，2年4种氮肥后移模式的增产量分别与抽穗至成熟期干物质积累量、成熟期干物质积累量呈显著和极显著的线性正相关(R2=0.554*，R2=0.950* *)(图4)。氮素积累方面，穗分化始期和成熟期氮素积累量分别与氮肥后移模式的增产量呈显著线性正相关(R2=0.489*，R2=0.521* *)。2年中氮素农学利用率和吸收利用率也分别与增产量呈极显著和显著正相关。

表7 不同栽培模式下氮素积累量和抽穗至成熟的转运量

Table7N accumulation and translocation under different cultivation patterns in rice

kg·hm-2

表8 不同栽培模式下水稻的氮素转运率和氮肥利用率

Table8N translocation and N use efficiency under different cultivation patterns in rice

年份Year处理Treatment施氮量N rate/(kg·hm-2)氮素转运率N translocation ratio/%吸收利用率Recovery efficiency/%农学利用率AE/(kg·kg-1)氮肥偏生产力PFP/(kg·kg-1)2011N0064.8 a 000FP20063.3 a 32.0 b13.3 a42.7 bM118066.1 a 57.4 a22.7 a55.4 aM220063.3 a 52.4 a22.1 a51.5 abM318067.2 a 55.6 a23.4 a56.1 aM422066.3 a 54.0 a21.4 a48.2 ab2012N0060.1 b000FP20066.9 a20.3 b11.0 b39.6 bM118066.8 a32.4 a15.1 ab46.8 abM220063.2 ab33.6 a17.3 ab45.9 abM318066.0 ab39.8 a22.3 a54.1 aM422066.5 a32.4 a14.6 ab40.6 b

*、*分别表示在0.05和0.01水平上显著相关。下同。*， * * represent the correlation were significant at P<0.05 and P<0.01， respectively. The same as below.图2 四种氮肥后移模式(M1-M4)和农民习惯(FP)处理下产量与单位面积颖花数和有效穗数的相关性Fig.2 Relationship between spikelets per unit area and effective panicles with grain yield under farmer’s practice (FP) and 4 optimized cultivation patterns (M1-M4)

图3 不同栽培模式下每穗颖花数与有效穗数、千粒重的相关性Fig.3 Relationship between effective panicles and 1 000-grain weight with spikelets per panicles under different cultivation patterns

由图5可知：两年中M1、M2、M3和M4模式的产量均高于FP模式。从增产效果上看，M1和M2模式比FP模式密度增加17%，氮肥减少10%或者不变情况下，2年平均可增产11.6%和18.2%，从增产量排序看，增产效果稳定。M3和M4分别为增氮10%和增密40%模式，2年间增产效果存在明显差异，2011年M4模式产量最高，2012为M3模式最高。

3 讨论

研究结果表明，4种氮肥后移模式比FP模式增产6.3%～24.1%，氮素吸收利用率增加70.2%～71.4%。在“三控”施肥技术(M1)现有施氮量和栽插规格基础上，通过施肥量和栽插规格优化可不同程度地提高产量。增施10%氮肥、密度不变(M2)时，产量可增加3.2%～9.1%；增密16.7%、施氮量不变(M3)时产量可增加1.3%～15.6%；氮肥用量和密度同步增加(M4)时，产量增加6.1%～6.3%，表明通过栽培技术的集成与优化，可进一步提高水稻产量。与农民习惯相比，氮肥后移和适度增密是实现水稻产量与氮肥利用效率同步提高的2个关键因素。

图4 四种氮肥后移模式的增产效果与干物质积累量、氮素积累量和氮肥利用效率的关系Fig.4 Relationship between increased yield and biomass accumulation， N accumulation and N use efficiency from heading to maturity under four optimized cultivation patterns

图5 四种优化模式比FP的增产效果Fig.5 Yield increase as compared with FP under four optimized patterns

3.1 优化栽培模式对水稻产量和构成因素的影响

本研究中，M1模式为目前生产上广泛应用的三控施肥技术模式，在M1模式基础上，通过调控栽插规格、氮肥总用量形成另外3种氮肥后移模式(简称优化模式)。与FP模式相比，M1模式主要通过减氮10%、移栽密度增加17%和氮肥后移的方式实现增产6.3%～16.7%(表3和图5)，这与前人研究结果相似[13]。与M1模式相比，进一步增施氮肥模式(M2)，产量比FP和M1分别增加16.0%～20.5%和3.2%～9.1%；进一步增密模式(M3)，产量比FP和M1分别增加18.3%～22.9%和1.3%～15.6%；氮肥用量和密度同步增加模式(M4)，产量比FP和M1分别增加12.8%～24.1%和6.1%～6.3%。说明在目前优化栽培技术的基础上，新集成的3种模式(M2、M3和M4)可进一步提高水稻产量。

从产量构成因素上看，上述4种氮肥后移模式产量的提高主要得益于单位面积总颖花数和结实率的提高(表3)。目前，很多研究都将产量构成因素中的每平方米穗数作为影响产量的主要因素[15-16]。Sui等[17]研究也认为，水稻高产、超高产栽培应以保证足穗为基础，通过培育大穗，形成相对较多单位面积总颖花数。特别在氮肥用量较少时，通过增密达到增产的效果更为明显[16]，本研究4种氮肥后移模式的表现进一步验证了这一结论。

3.2 优化栽培模式增产的原因

产量构成因子间存在密切关系，随意增加任一构成因子并不一定高产。前人研究发现，通过生物技术手段增加每穗颖花数，会直接导致粒重下降[18]，若通过单一密植提高穗数，则会导致每穗粒数减少[19]，通过增加单一库容指标则会导致源库矛盾突出，很难实现高产[17]。因此，提高水稻产量不仅需要增加穗数、扩大库容，还需考虑结实率等其他产量构成因子形成特征。本研究观察到，FP模式下每穗颖花数与单位面积颖花数和千粒重均呈显著负相关，可能与FP模式进入分化期后植株氮含量快速下降导致光合生产量不足有关。而4种氮肥后移模式在扩大库容量基础上，其源器官如植株含氮量较高、绿叶数较多有利于提高光合生产率和干物质积累，从而协调了穗颖花数与单位面积颖花数和千粒重之间的矛盾(图3)。关于不同栽培模式对光能利用的差异，仍需进一步研究。

前人从水稻产量形成的“库、源”关系上做了较多研究，“库”为每单位面积的总颖花数和粒重[20]；“源”常被定义为抽穗前茎鞘中储存营养物质的运转和抽穗后的光合产物，前者和后者对产量形成的贡献分别为20%～40%和60%～80%[21-22]，提高抽穗后光合生产量对水稻高产尤为重要。凌启鸿[22]研究证明，水稻产量与成熟期干物质积累量、抽穗期至成熟期干物质积累量呈线性关系，并认为超高产水稻抽穗期的干物重占成熟期总干重的60%左右，抽穗至成熟期积累的干物重约占总干物重的40%。本研究中，4种氮肥后移模式抽穗至成熟期的干物质积累和总物质积累量要显著高于FP模式(表6和表7)，增产量也分别与抽穗至成熟期、成熟期植株干物质量呈显著和极显著正相关(图4-a和图4-b)。可见，干物质积累优势为4种氮肥后移模式的高产奠定了物质基础。

3.3 不同栽培模式对氮肥利用效率的影响和光氮互作效应

2年结果表明，农民习惯栽培法氮肥农学利用率、吸收利用率和偏生产力分别仅为12.2 kg·kg-1、26.2%和41.2 kg·kg-1，说明农民习惯栽培模式下，稻田氮肥利用效率很低。前人研究已发现，水稻后期施用的氮肥利用率高于前期，适当增加穗肥比例也可以提高氮肥的吸收利用率和生产效率[23-24]。4种氮肥后移模式氮肥的农学利用率、吸收利用率和偏生产力均较FP模式有了大幅度提高(表8)，且较4种氮肥后移模式的增产量也分别与氮肥农学利用率和吸收利用率呈极显著和显著正相关(图4)，说明通过栽培措施集成与优化可同步度提高水稻产量和氮肥利用效率。陈海飞等[16]在研究密度与氮肥互作的研究中也发现，增密减氮可显著增加氮肥的农学利用率、回收利用率和偏生产力，本研究结果与此一致。

穗分化始期至抽穗期是水稻生殖生长与营养生长并进的时期，这一阶段养分供应对水稻的生长发育和产量形成至关重要[22]。前人研究认为，水稻产量与抽穗前的氮素积累显著相关，要提高水稻产量，关键是提高抽穗前植株的氮素积累量[24]。本研究中，穗分化始期和成熟期植株氮的积累量与增产量呈极显著正相关(图4-c和图4-d)，表明增加此阶段的氮肥供应或提高此阶段的氮素积累将有助于进一步增加水稻产量，与前人研究结果一致。

在本试验条件下，M1和M2模式氮肥施用比FP减少10%或者不变情况下，2年增产效果稳定，上述2种模式在土壤肥力较高和管理水平到位的情况下，在生产上具有较广阔应用前景。钟旭华等[25]研究发现，水稻产量由抽穗期SPAD、叶面积指数和灌浆结实期的日照时数共同决定，灌浆结实期日照时数的增加会提高与之匹配的最适SPAD和叶面积指数，通过施肥增加土壤供氮能力，才能实现“光肥”平衡达到高产。2011年灌浆结实期日均日照和累计日照时数比2012年分别高24.4%和27.3%，对植株氮素的需求也会相应增加，M4模式较FP模式增氮10%，已满足此光照条件下植株氮需求，使产量大幅增加；2012年光照条件较差，M4模式的高氮高密措施已不能与此光照条件下获得高产的SPAD和叶面积指数相匹配，导致该模式增产潜力没有充分发挥。在日照时数明显减少的2012年，M3模式(减氮10%和增密40%)可能较好地实现了“光肥”平衡获得了最高产量。虽然M3和M4模式增产效果年份间差别较大，但对指导高产和超高产研究探索上有重要参考价值。在生产上可针对光照特点发挥M3和M4增产增效潜力，如水稻抽穗期至成熟期光照条件较好地区可采用M4模式实现高产，否则可采用M3模式。