氮肥缓速配施对两种机插稻物质生产特性的影响

吕腾飞，谌 洁，代 邹，杨志远，郑传刚，马 均*

（1.四川农业大学水稻研究所/作物生理生态及栽培四川省重点实验室，成都 611130；2.西昌学院农业科学学院，四川 西昌 615000）

随着人均耕地面积的逐渐缩减，以及农村劳动力大量向第二、三产业转移和老龄化的加剧，我国水稻生产正面临着严峻的考验，Peng S.B.[1]指出当前中国水稻种植迫切需要向轻简化、机械化和规模化的方向发展。水稻机插秧技术具有节本、省工、省力等优点[2]，目前生产上大面积应用的毯苗机插秧技术存在秧苗素质差、移栽时伤根伤苗严重、返青时间长，全生育期缩短等缺点[3-5]，严重影响了水稻的生长发育和产量的提高；钵苗机插是一种新型机插秧技术，相比毯苗机插，它具有秧龄弹性大、秧苗素质高，栽插时基本无植伤，栽后返青快，分蘖早生快发等优势[6-9]，在我国东北平原、安徽省和江苏省以及日本多年的生产实践已初步证明了钵苗机插常规稻具有明显的增产优势[10-12]。

施用氮肥是提高作物产量最有效的措施之一，也是作物吸收氮素最主要的来源，合理的氮肥运筹是调节水稻碳氮平衡和高产的有力保障。缓释肥是一种新型高效氮肥，它具有养分有效供应时间长、环保、省工和节约等优点[13]，Deng F.等[14]研究表明施用缓释氮肥能减少氮素投入，提高干物质生产能力和稻谷产量；但陈贤友等[15]研究发现缓释肥存在肥效慢，导致作物前期氮素缺乏，进而影响产量[16]；张敬昇等[17-18]研究表明在缓释氮肥中掺用20%～40%尿素当做基肥施用，可以进一步提高人工移栽稻的产量。

在水稻生产过程中，物质生产是产量的基础，产量的形成实际是干物质生产、分配与转运的过程。西南稻区是我国重要的稻米产区之一，且是典型的多熟制区域，由于前作收获期和水资源的限制，导致水稻移栽秧龄偏大，而且该区域地形地势复杂，严重制约了水稻种植机械化的发展进程，而且该区域湿度大、日照少、温差小的生态特点也严重制约了水稻的产量提高。目前，有关水稻钵苗机插在西南稻区的研究鲜有报道，因此在西南稻区明确钵苗机插杂交籼稻干物质生产及产量特点极为重要。本研究以在杂交籼稻组合F优498为试验材料，设置2种机插和4种氮肥缓速配施方式，以毯苗机插和缓释肥一次基施作为对照，旨在探索西南稻区钵苗机插杂交籼稻在氮肥缓速配施下的干物质生产及产量特点，同时也为我国水稻种植机械化和氮肥高效利用提供科学依据和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 供试材料与地点

本试验材料为四川农业大学水稻研究所选育的中籼迟熟杂交稻品种F优498。试验地点是四川省眉山市东坡区悦兴镇金光村（30°12′N，103°83′E），2016年和2017年两年完全重复。育秧机和插秧机由好味稻专业合作社提供，水稻生育期气象资料由四川省气象局提供（图1）。前茬种植青菜，土壤为砂壤土，试验田块耕层土壤速效氮、磷、钾含量在2016年分别为 124.16、22.89 和 106.97 mg/kg，2017 年分别为100.36、31.93和96.81 mg/kg，水稻主要生育时期记载见表1。

图1 水稻全生育期气象数据Figure 1 Weather data during rice growing period

表1 机插稻主要生育时期Table 1 Main growth stages of machine-transplanting rice

1.2 试验设计

本试验采用两因素裂区设计，主区为2种机插方式：钵苗机插（M1）和毯苗机插（M2）；副区为 4 种氮肥配施方式，分别是N0：不施氮肥，N1：缓释肥一次基施，N2：缓释肥 ∶尿素=7 ∶3 一次基施和 N3：缓释肥做基肥∶尿素=7∶3，其中缓释肥当作基肥，尿素当作促花肥施用；总施氮量均为150 kg/hm2，随机排列，3次重复，共24个小区。小区长度6 m，机插秧栽插规格：钵苗33 cm×14.5 cm，毯苗30 cm×16 cm，小区间以塑料薄膜包埋的田埂分隔，单区单灌，以防串肥串水。使用的缓释氮肥（树脂包膜）由山东金正大生态工程集团股份有限公司提供，含氮率是46.0%。采用旱育水管的育秧方式，钵苗播种密度为35～40 g/盘，毯苗为70～75 g/盘。试验中基肥移栽当天施用；促花肥在倒4叶时施用。磷肥（P2O5）75 kg/hm2和钾肥（K2O）150 kg/hm2当作基肥一次施用。试验期间的田间管理均按照水稻高产栽培技术规范，整个生育期间没有自然灾害和病虫草害发生。

1.3 研究内容与方法

1.3.1 干物质积累

分别于水稻拔节期、抽穗期和成熟期按平均茎蘖数在每个小区选取无病害且长势均匀的植株3株，分为茎鞘、叶片和穗3个部分，然后置于烘箱中105℃条件下杀青30 min，最后在80℃条件下烘至恒重，称重。

干物质转运量（kg/hm2）=抽穗期茎鞘或叶片干物质积累量-成熟时茎鞘或叶片干物质积累量；

干物质转运率=茎鞘或叶片干物质转运量/抽穗期茎鞘或叶片干物质积累量×100%；

干物质转运贡献率=茎鞘或叶片干物质转运量/成熟期穗部干物质积累总量×100%；

茎鞘物质转化率=茎鞘干物质转运量/成熟期穗部干物质积累量×100%；

茎叶表观输出率=茎叶干物质转运量/抽穗茎叶干物质积累量×100%。

1.3.2 叶面积和净光合速率

2017年，各小区用LI-3100叶面积分析仪（LICOR Biosciences，Lincoln，NE，USA）测定抽穗期上三叶和其余叶叶面积，并计算叶面积指数和高效叶面积率；在抽穗后7 d的上午9:00—11:00，光强达到1 200 μmol/（m2·s）以上后，每小区选择生长状况良好、无遮荫且具有代表性的剑叶3片，用LI-6400XT光合仪测定其净光合速率，重复3次。

高效叶面积率=上三叶叶面积/总叶面积×100%。

1.3.3 产量及其构成因素

成熟期每小区选取60穴考查平均有效穗数。按照平均有效穗数，每个小区取样5穴，考查每穗颖花数、实粒数、空秕粒数和千粒重，测定水分含量，而后计算结实率。各小区去除边行后收割晒干计产。

1.4 数据处理

用DPS 7.05进行数据统计分析，用Microsoft Excel 2013绘制图表。根据最小显著差异法（least significant difference，LSD）检验处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 氮肥缓速配施对两种机插杂交稻干物质积累量的影响

由表2可见，就机插方式而言，钵苗机插水稻拔节期、抽穗期和成熟期的干物质积累量分别比毯苗机插提高了 0.36～0.42 t/hm2、1.43～1.48 t/hm2和 0.67～0.87 t/hm2，提升幅度分别为11.54%～12.42%、13.07%～13.46%和3.79%～4.89%，在3个时期钵苗机插各器官（茎鞘、叶片和穗）的干物质积累量，除成熟期茎鞘和叶片显著降低外，均显著提高。就施肥方式而言，拔节期茎叶干物重以缓速基施（N2）最高，抽穗期和成熟期各器官均以缓基速追（N3）最高，其中与缓释肥一次基施（N1）相比，N3在两种机插方式下抽穗期和成熟期的地上部干物重分别平均提高了7.63%和4.69%，由此可知，缓基速追有利于机插杂交籼稻抽穗期和成熟期地上部各器官的干物质积累。

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2.2 氮肥缓速配施对两种机插杂交稻干物质分配的影响

由表3可见，就机插方式而言，拔节期钵苗机插茎鞘干物重占总干物重的比例显著高于毯苗机插，叶片则反之；成熟期，钵苗机插穗部干物质量所占比重显著提高，茎鞘和叶片所占比重显著降低。就施氮处理而言，拔节期，钵苗机插方式N1处理茎鞘干物重所占比重显著低于N2和N3，叶片则反之。抽穗期，钵苗机插方式各器官干物重所占比重，茎鞘以N1最高，N3最低，且二者之间的差异达到显著水平，叶片以N3最高，穗则以N2最高；毯苗机插方式茎鞘表现为N1最低，N2最高，叶片表现的规律与茎鞘相反，且N1和N2差异均达到显著水平。成熟期，钵苗机插方式N3处理茎鞘干物质所占比重最高，叶片最低，其中，2017年与其他施氮处理间的差异还达到了显著水平；毯苗机插下方式表现为N1的茎鞘干物质量所占比重显著低于N2和N3，穗部则反之。

表3 水稻主要生育时期群体干物质在各器官中的分配率Table 3 Effect of different machine-transplantation methods and N treatments on dry matter distribution %

2.3 氮肥缓速配施对两种机插杂交籼稻不同生育阶段干物质积累和转运的影响

由表4可见，与毯苗机插相比，钵苗机插抽穗～成熟期的地上部干物质积累量平均下降了11.20%，拔节～抽穗期茎鞘、叶片和地上部干物质积累量，抽穗～成熟期茎鞘和叶片干物质转运量以及穗部干物质积累量分别提高了12.85%、11.96%、13.80%和74.20%、104.13%、9.21%。就施肥方式而言，拔节～抽穗期，两种机插方式茎鞘、叶片和地上部干物质积累量，N3显著高于N1和N2处理；且钵苗机插方式N1显著高于N2处理，毯苗机插方式N1与N2处理间只有叶片的差异达到显著水平。抽穗～成熟期，钵苗机插下方式叶片干物质转运量N3显著高于N1和N2处理，穗部干物质积累量表现为N2显著低于N1和N3处理；毯苗机插方式叶片干物质转运量和穗部干物质积累量均表现为N2显著低于N1和N3处理。由此可见，钵苗机插和缓基速追施肥方式有利于杂交稻拔节～抽穗阶段地上部各器官干物质积累，且与毯苗机插相比，钵苗机插有利于杂交籼稻抽穗～成熟阶段茎、叶物质向穗部转运。

表4 群体各器官抽穗前后的干物质积累量与转运量Table 4 Effect of different machine-transplantation methods and N treatments on dry matter accumulation and transportation t·hm-2

2.4 氮肥缓速配施对两种机插杂交稻干物质转运特性的影响

由表5可见，机插方式对茎叶干物质转运率、干物质转运对穗部的贡献率、茎鞘物质转化率和茎叶表观输出率均有显著的影响，施肥方式只对叶片干物质转运率和干物质转运对穗部的贡献率的影响达到显著水平。就机插方式而言，钵苗机插方式茎、叶干物质转运率、干物质转运对穗部的贡献率、茎鞘物质转化率和茎叶表观输出率，两年平均比毯苗机插分别提高了9.43%、17.94%、13.47%、6.85%和11.67%。就施肥方式而言，钵苗机插方式N3处理的叶片干物质转运率显著高于N1和N2；毯苗机插方式N3处理的各项干物质转运特性指标都高于N1和N2，但只有2016年的叶片干物质转运率、干物质对穗部的贡献率和茎叶表观输出率在N2和N3之间的差异达到了显著水平。综上可知，相比毯苗机插，钵苗机插显著提升了杂交籼稻干物质转运能力，而在毯苗机插下，缓基速追的施肥方式亦可有效提升杂交稻干物质转运能力。

表5 氮肥缓速配施对两种机插杂交稻干物质转运特性的影响Table 5 Effect of different machine-transplantation methods and N treatments on dry matter transport characteristics%

2.5 氮肥缓速配施对两种机插杂交稻光合特性的影响

由图2可知，钵苗机插水稻抽穗期的总叶面积指数、高效叶面积指数和高效叶面积率以及抽穗后7 d的剑叶光合速率分别比毯苗机插提高了8.21%、14.13%、5.20%和12.39%。单就3个施氮处理而言，两种机插方式下抽穗期总叶面积指数和高效叶面积指数均以N3最高、N2最低，且二者之间的差异达到显著水平，此外，钵苗机插方式N1与N3的差异也达到了显著水平；高效叶面积率和剑叶光合速率在两种机插方式下均表现为N2低于N1和N3，且在钵苗机插下差异都达到了显著水平，此外，毯苗机插下N2的剑叶光合速率与N1和N3之间也有显著水平差异。由此可见，相比毯苗机插，钵苗机插可明显提升杂交稻光合性能，且在钵苗机插下，与缓释肥一次基施相比，缓基速追施肥方式亦可进一步提升杂交稻的光合面积和净光合速率。

图2 氮肥缓速配施对两种机插杂交稻群体叶面积指数和剑叶光合速率的影响Figure 2 Effect of different machine-transplantation methods and N treatments on leaf area index and net photosynthetic rate

2.6 氮肥缓速配施对两种机插杂交稻产量及其构成的影响

由表6可见，钵苗机插杂交稻在2016年和2017年平均产量分别比毯苗机插高了1 042.40 kg/hm2和722.30 kg/hm2，各处理提高幅度分别达到了8.2%～11.3%和6.3%～8.3%，这是因为钵苗机插比毯苗机插在2016年和2017年不仅有效穗数分别提高了4.16%和5.34%，而且每穗粒数也分别提高了4.12%和3.02%，此外，在2016年钵苗机插的结实率和千粒重也显著提高，因此也显著提高了其单穗重。与N1相比，N2处理在钵苗机插的两年平均的每穗粒数、单位面积颖花数和单穗重分别下降了3.03%、6.37%和3.37%，毯苗机插则分别下降了3.51%、5.64%和2.10%，导致两种机插的平均产量分别下降了3.67%和2.84%；而相比N1，N3处理下钵苗机插两年平均的每穗粒数、单位面积颖花数和单穗重分别提高了4.07%、4.22%和3.05%，毯苗机插也分别提高了3.25%、4.86%和2.47%，因此，它们的平均产量分别提高了4.32%和4.75%。综上可知，钵苗机插和缓基速追均有利于杂交籼稻有效穗数和每穗粒数提高，进而提高了杂交籼稻单位面积颖花数、单穗重和稻谷产量。此外，钵苗机插还显著了提高杂交籼稻的收获指数。

表6 氮肥缓速配施对两种机插杂交稻产量及其构成的影响Table 6 Effect of different machine-transplantation methods and N treatments on rice yield and its components

2.7 不同机插和施氮方式水稻产量及其构成和干物质生产的相关性分析

通过分析两种机插和氮肥施用方式对杂交籼稻产量及其构成因素与干物质生产的相关性（表7）可知，产量、单穗重、有效穗数和每穗粒数与拔节期、抽穗期、成熟期、拔节至抽穗阶段及抽穗至成熟阶段的干物质积累量，以及与茎叶干物质转运率、茎鞘物质转换率、茎叶表观输出率和干物质转运对穗部的贡献率均呈不同程度的正相关，其中各时期和各生育阶段的干物质积累量与产量、有效穗数和千粒重的相关性均达到显著或极显著水平，而与千粒重呈现显著负相关关系，与结实率也有一定的负相关关系；单穗重与抽穗期和成熟期以及拔节至抽穗阶段的干物质积累量的相关性也达到了显著水平，且其与叶片物质转运率、茎叶表观输出率和物质转运贡献率均是极显著正相关。此外，叶片物质转运率与产量和每穗粒数的相关性也呈现出显著的正相关关系。

表7 不同机插和氮肥缓速配施下产量及其构成与干物质生产的相关性Table 7 Correlation analysis between dry matter production and yield and its components under different machine-transplantation methods and N treatments

3 讨论

水稻产量实际上就是植株群体干物质积累、分配与转运的结果[19]，大量研究[20-22]表明，充实水稻籽粒的物质有两个主要来源，一是抽穗前营养器官的同化物向穗部转化，二是抽穗后的光合产物直接向穗部输入。前人研究普遍认为人工移栽下籼稻品种的干物质积累在拔节～抽穗期最盛[23-25]，田青兰等[26]研究还指出在四川盆地，机插杂交籼稻也是拔节～抽穗阶段干物质的积累量对产量的贡献率最大。本研究结果表明，两种机插方式下拔节～抽穗的干物质积累量明显高于抽穗～成熟阶段，且前者与产量的相关性也明显超过后者，这说明钵苗机插和毯苗机插杂交籼稻在西南稻区依然是拔节～抽穗阶段干物质的积累量对产量的贡献率占主导地位。相比毯苗机插，钵苗机插在拔节期、抽穗期和成熟期干物质积累量两年平均分别提高了11.98%、13.26%和4.34%，抽穗～成熟期的茎叶干物质转运量和穗部干物质增加量，以及茎叶干物质转运率、干物质转运对穗部的贡献率、茎鞘物质转化率和茎叶表观输出率也均显著提高；结合相关分析（表7）可以说明钵苗机插杂交籼稻群体生长更加协调，移栽后群体生长潜力显著增强，植株物质生产能力提高，干物质积累增多，中后期茎叶物质向穗部转运能力增强，进而提高了每穗粒数、单穗重和稻谷产量。

氮素是影响作物生长发育和物质积累最重要的营养元素，研究表明控释掺混尿素对提高作物产量具有显著的作用[27-28]，田智慧等[29]研究表明，适当增加穗肥能显著增加抽穗期、成熟期以及抽穗～成熟阶段的干物质积累量。本研究发现相较于缓释肥一次基施，将缓释肥和追施尿素（穗肥）相结合，钵苗机插杂交稻抽穗期和成熟期地上部干物重两年分别提高了4.87%和3.78%，而且抽穗期和成熟期各器官的干物质积累量以及抽穗～成熟阶段叶片干物质转运量和转运率均显著提高，这是因为70%缓释肥基施+30%尿素为穗肥的施肥方式养分释放更加符合杂交籼稻的营养需求，能够有效促进水稻氮素吸收，进而提高了地上部干物质生产能力，这进一步说明了氮肥缓基速追能够平衡钵苗机插杂交籼稻营养生长和生殖生长的关系，提高钵苗机插杂交籼稻物质生产能力和稻谷产量。而用部分尿素替代缓释肥作为基肥施用，抽穗期和成熟期地上部干物质积累量以及抽穗～成熟阶段穗部干物质增加量显著下降，这是由于此种施肥方式下前期营养生长过剩，产生过多的无效分蘖，而中后期氮素供应不足所致，这与陈贤友等[30]研究的结果是一致的，且此种施肥方式下拔节期干物质积累量显著增加，这说明张洪程等[31-32]所归纳的拔节前干物质积累量过大不利于水稻形成高产群体的特征同样适用于钵苗机插杂交籼稻。

水稻籽粒形成过程中所需营养物质有80%以上是依靠抽穗后功能叶片的光合物质生产提供的[33]，而干物质生产和分配是由植株的光合强度、光合面积和持续时间决定的。本研究结果显示相比于毯苗机插，钵苗机插抽穗后的绿叶面积、高效叶面积和高效叶面积率以及剑叶光合速率分别提高了8.21%、14.13%、5.20%和 12.39%，这与张洪程等[34]在江苏研究多年常规粳稻得出的钵苗机插的叶面积指数、上三叶光合速率以及干物质生产能力相比毯苗机插具有明显优势的结果是一致的。而且在钵苗机插下，相较于缓释肥一次基施，部分尿素作为穗肥追施处理绿叶面积和高效叶面积指数分别提高了8.74%和10.73%，这与李敏等[16]研究人工移栽稻指出的以缓释肥为基肥，生育后期追施尿素能够显著增强水稻剑叶光合速率的结果是一致的。这说明钵苗机插和用30%的尿素替代为穗肥的氮肥缓速配施方式，有利于提升杂交籼稻中后期植株光合性能，促进干物质生产，进而形成高光效高质量的大源杂交籼稻群体。

4 结论

与毯苗机插和缓释肥一次基施相比，钵苗机插和氮肥缓基速追施肥方式能够提高杂交籼稻拔节～抽穗期和抽穗～成熟期的干物质积累量、增大抽穗后光合面积、提高光合物质生产和运转能力，进而提高了稻谷产量。杂交籼稻在西南稻区高产群体主要生育时期物质生产特征可概括为拔节前物质积累量要“稳”，拔节到抽穗阶段物质积累量要“大”，抽穗后光合生产能力要“强”，并保持一定的物质积累能力。