氮肥用量与运筹方式对晚籼稻产量及花后干物质积累与转运的影响

李兴华，王 欢，张 盛，蔡星星，周 强，周 楠

（黄冈市农业科学院，湖北 黄冈 438000）

0 引言

水稻生产对保障粮食安全至关重要，稻米是中国60%以上人口的主食[1]。长江中下游稻区是中国水稻的主产区，也是单、双季稻混作区，水稻种植面积和产量均占全国的45%以上[2]。水稻生产上一般晚稻产量高于早稻[3]，可见，晚稻种植在粮食生产中有着举足轻重的地位。长江中下游稻区晚稻种植长期以籼稻为主[4]，开展“籼改粳”以来，晚籼稻种植面积有所下降，但晚粳品种的选育严重滞后于生产，当前呈现籼、粳并存的状态。

合理的氮肥施用技术主要包括适宜的氮肥类型、用量、施用时期与比例[5]，可调控水稻群体发育，提高产量和氮肥利用效率，改善米质，减少环境污染[6]。关于水稻氮肥用量和施用比例的研究已有很多，研究表明中国水稻生产中氮肥平均用量为150 kg/hm2，有些地区高达300 kg/hm2[7]，致使水稻生产成本高、氮肥利用率低、农业面源污染严重。张洪程等[8]指出可以运用斯坦福(Stanford)理论方程求出水稻适宜的氮肥用量，但相关参数与品种、土壤、气候等因素密切相关。凌启鸿等[5]发现，长江中下游稻区水稻适宜氮肥施用比例为基蘖肥:穗肥=5.5(5-6):4.5(4-5)。吴文革等[9]指出双季稻北缘地区水稻适宜的氮肥施用比例是50%作基肥、25%作分蘖肥和25%作穗肥。石庆华等[10]研究了长江中游地区不同生育期晚稻品种基肥、分蘖肥与穗肥的适宜氮肥施用比例，表明全生育期115天左右和120天以上的品种分别以5:2:3和4:2:4为宜。由上可知，水稻合理的氮肥施用技术与品种、土壤、气候等因素密切相关，不同品种适宜氮肥用量和施用时期与比例不同。

干物质积累转运，尤其是花后干物质积累转运对水稻产量形成至关重要。有研究发现，籼粳杂交稻品种的产量高于籼型和粳型杂交稻品种，主要原因是籼粳杂交稻品种花后干物质积累量与转运率较大[11]。马均等[12]研究也表明水稻产量与花后干物质积累量呈直线相关。刘进宏[13]指出水稻花后叶片光合作用是花后干物质积累和籽粒灌浆所需碳水化合物的主要来源，叶片延缓一天衰老可增产约2%。因此，延缓后期叶片衰老进程是水稻高产优质栽培的中心环节。氮肥施用不足或过量以及施用时期与比例均与水稻后期叶片衰老密切相关。氮肥施用不足会导致叶片叶肉细胞叶绿体结构性差、营养体氮素再分配比率失衡，引起叶片衰老；氮肥施用过量会致使叶片氮代谢过旺，消耗大量碳水化合物，加速衰老[14]。如史方祝等[15]研究发现，随着氮肥用量的增加(0 ～255 kg/hm2)，水稻花后叶片的生理活性增强，寿命延长，但当氮肥用量增加到300 kg/hm2时，叶片早衰。金正勋等[14]研究表明，增加穗肥氮肥用量可显著提高水稻灌浆期叶片全氮和叶绿素a、b含量，可有效延缓叶片衰老进程，增加花后干物质积累和籽粒产量。

本试验选用两个晚籼稻品种，大田条件下，以2个氮肥用量水平和3种氮肥运筹方式为试验因子，研究氮肥用量与运筹方式对晚籼稻产量、花后叶片衰老及干物质积累与转运和氮肥农学利用效率的影响，以期为晚籼稻合理施氮技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试点概况

试验于2019年6—10月在黄冈市农业科学院科研基地(30°27′N，114°5′E)进行。试验地前茬空闲，土壤为沙壤土，地势平坦，排灌方便。0 ～20 cm耕层土壤含有机质24.55 g/kg、总氮0.58 g/kg、全磷1.14 g/kg、全钾9.28 g/kg、碱解氮80.94 mg/kg、速效磷8.23 mg/kg、速效钾81.92 mg/kg、pH 7.19（水:土=2.5:1）。

1.2 试验材料

试验选用2个晚籼稻品种‘益9优447’和‘益9优651’为材料，均由黄冈市农业科学院提供。

1.3 试验设计

试验以氮肥用量和运筹方式为试验因子。氮肥用量设2个水平，分别为180 kg/hm2（用N1表示）和270 kg/hm2（用N2表示）；氮肥运筹方式设3种，分别为基肥：分蘖肥：穗肥=60%:20%:20%（用M1表示）、基肥：分蘖肥：穗肥：粒肥=50%:20%:20%:10%（用M2表示）和基肥：分蘖肥：穗肥：粒肥=40%:20%:25%:15%（用M3表示）；两因子完全组合，分别为N1M1、N1M2、N1M3、N2M1、N2M2和N2M3；另设不施氮处理作对照(CK)。共7个处理，每个处理3次重复，共21个小区，小区面积13.33 m2(2.00 m×6.67 m)，随机区组排列。

1.4 试验管理

试验于2019年6月25日播种育秧，7月13日移栽，株行距16.7 cm×20 cm，密度约300000穴/hm2，每穴1粒谷苗。每个处理按试验设计方案施入氮肥，配施磷肥(P2O5)112.5 kg/hm2，钾肥(K2O)135 kg/hm2，磷肥作基肥一次性施入，钾肥按基肥：穗肥=7:3施用。基肥于移栽前1天施入，移栽后第7天（7月20日）追施分蘖肥、第20天（8月2日）追施穗肥、第35天（8月17日）追施粒肥。氮、磷和钾肥的肥源分别为尿素(46% N)、过磷酸钙(12% P2O5)和氯化钾(59% K2O)。试验期间防草防虫不防病，其余管理措施按当地常规栽培方式进行。各处理于8月下旬—9月上旬始穗，10月中旬收获。

1.5 测定项目与方法

1.5.1 产量及其构成因素 收获前1天，每小区选取代表性植株15穴，调查单穴有效穗数，之后取5穴分穗进行考种，包括穗总粒数、实粒数和千粒重等，并计算结实率。收获时，各小区单收单打，晒干后（13.5%含水量）称取稻谷产量，折算得到单位面积产量。

1.5.2 干物质 分别在抽穗期和成熟期选取长势一致行长2 m稻株，取地上部分，洗净后带回实验室，105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重，测定干物质量。

1.5.3 剑叶SPAD值 定点选择生长一致的植株20穴，在始穗期和始穗后30天用SPAD-502型叶绿素仪测定剑叶的SPAD值。

1.6 数据处理与分析

干物质积累与转运按下列方法计算[16]。

应用SPSS 20.0对试验数据进行方差分析，采用Duncan’s多重比较检验处理间差异显著性，数据均以平均值±标准误(Mean±SE)表示。

2 结果分析

2.1 氮肥用量与运筹方式对晚籼稻产量及产量构成因素的影响

施氮对晚籼稻产量影响显著，与CK相比，不同氮肥用量下‘益9优447’增幅23.5% ～35.6%，‘益9优651’增幅25.6% ～26.8%（表1）。施氮条件下，‘益9优447’有效穗数和千粒重均显著高于CK，有效穗数增幅24.6% ～61.9%，千粒重增加0.7g；‘益9优651’有效穗数和穗总粒数都显著高于CK，有效穗数增幅12.3% ～37.8%，穗总粒数增幅5.3% ～18.4%，而千粒重却显著低于CK（表1）。氮肥运筹方式对晚籼稻产量及产量构成因素影响不显著（表1）。

表1 氮肥用量与运筹方式对晚籼稻产量及产量构成因素的影响

氮肥用量与运筹方式组合增加了晚籼稻产量，与CK相比，‘益9优447’增幅19.9% ～42.8%，‘益9优651’增幅17.8% ～35.8%，其中‘益9优447’除N1M3外其余组合均与CK差异显著，‘益9优651’除N1M2和N2M1外其余组合都与CK差异显著（表1）。氮肥用量与运筹方式组合显著提高了晚籼稻有效穗数，‘益9优447’和‘益9优651’分别比CK增幅11.7% ～86.2%和6.7% ～51.1%，而对穗总粒数、结实率和千粒重影响较小（表1）。

2.2 氮肥用量与运筹方式对晚籼稻花后剑叶衰老的影响

施氮显著提高了晚籼稻花后剑叶SPAD值，显著降低了花后剑叶SPAD值衰减率（表2）。与CK相比，不同氮肥用量下‘益9优447’和‘益9优651’始穗期剑叶SPAD值分别增幅10.4% ～24.8%和16.4% ～27.0%、始穗后30天剑叶SPAD值分别增幅24.7% ～46.8%和31.1% ～47.7%、剑叶SPAD值衰减率分别降低6.4 ～8.5和5.9 ～7.8个百分点（表2）。氮肥运筹方式对晚籼稻花后剑叶SPAD值和剑叶SPAD值衰减率的影响不显著（表2）。

表2 氮肥用量与运筹对晚籼稻花后剑叶衰老的影响

氮肥用量与运筹方式组合增加了晚籼稻花后剑叶SPAD值，降低了花后剑叶SPAD值衰减率，其中‘益9优447’始穗期剑叶SPAD值在N2M1、N2M2和N2M3下与CK差异显著，始穗后30天剑叶SPAD值除N1M1和N1M2外其余组合均显著高于CK，剑叶SPAD值衰减率在各组合下与CK差异不显著；‘益9优651’始穗期剑叶SPAD值除N1M1和N1M2外其余组合均显著高于CK，始穗后30天剑叶SPAD值各组合显著高于CK，剑叶SPAD值衰减率在各组合下都显著低于CK（表2）。与CK相比，不同氮肥用量与运筹方式组合下‘益9优447’和‘益9优651’始穗期剑叶SPAD值分别增幅8.3% ～29.1%和14.7% ～31.2%、始穗后30天剑叶SPAD值分别增幅20.1% ～53.2%和27.8% ～50.9%、剑叶SPAD值衰减率分别降低5.7 ～9.1和5.5 ～8.4个百分点（表2）。

2.3 氮肥用量与运筹方式对晚籼稻花后干物质积累和转运的影响

施氮显著提高了晚籼稻花后干物质转运量、转运率和转运贡献率，而对花后干物质积累量影响不显著（表3）。与CK相比，不同氮肥用量下‘益9优447’和‘益9优651’花后干物质转运量分别增加1.0 ～1.1和0.8 ～1.0倍、花后干物质转运率分别提高5.5 ～6.5和7.5 ～10.2个百分点、花后干物质转运贡献率分别提高12.1 ～14.0和13.5 ～15.9个百分点（表3）。氮肥运筹方式对‘益9优447’花后干物质积累和转运的影响较小；而显著影响‘益9优651’花后干物质转运量和转运贡献率，与M1相比，M3花后干物质转运量增加22.5%、花后干物质转运贡献率提高7.7个百分点（表3）。

表3 氮肥用量与运筹对晚籼稻花后干物质积累和转运的影响

氮肥用量与运筹方式组合显著增加了‘益9优447’花后干物质转运量，与CK相比增加了0.6 ～1.5倍，而仅N2M3的花后干物质转运率和转运贡献率显著高于CK（表3）。‘益9优651’各氮肥用量与运筹方式组合花后干物质转运量、转运率和转运贡献率都显著高于CK，其中花后干物质转运量增加了0.7 ～1.2倍，花后干物质转运率和转运贡献率分别提高5.3 ～10.6和8.7 ～19.6个百分点（表3）。氮肥用量与运筹方式组合对晚籼稻花后干物质积累量影响不显著（表3）。

2.4 氮肥用量与运筹组合对晚籼稻氮肥农学利用效率的影响

氮肥用量与运筹方式组合对晚籼稻氮肥农学利用效率影响显著（图1）。随着氮肥量的增加‘益9优447’氮肥农学利用效率变化较小，而‘益9优651’显著降低（图1）。N1条件下，‘益9优447’在M3的氮肥农学利用效显著低于M1；N2条件下，M3的氮肥农学利用效显著高于M1，‘益9优447’高5.37 kg/kg，‘益9优651’高 5.42 kg/kg（图1）

图1 氮肥用量与运筹组合对晚籼稻氮肥农学利用效率的影响

2.5 晚籼稻剑叶衰老、产量和花后干物质积累与转运的关系

相关性分析表明，晚籼稻产量与剑叶SPAD值衰减率显著负相关，而与花后干物质转运量显著正相关；花后干物质积累量和转运量都与剑叶SPAD值衰减率显著负相关；花后干物质积累量与产量和花后干物质转运量相关性均不显著（表4）。

表4 晚籼稻剑叶衰老、产量和花后干物质积累与转运的相关系数(n=14)

3 讨论

氮肥对水稻生理特性和产量形成有较大的影响和作用，施氮可增加有效穗数、每穗粒数和千粒重，进而使产量增加[17]。本研究也发现施氮可显著增加晚籼稻有效穗数，从而扩大群体库容量，并可延缓水稻花后叶片衰老进程，增大花后干物质转运量，提高花后干物质转运率，进而增加产量，这与前人研究结果相一致[14,18]。陈爱忠等[19]对长江中下游双季晚稻适宜氮肥用量进行了系统研究，表明双季晚稻实现目标产量9000 kg/hm2的适宜氮肥用量为195 ～225 kg/hm2。本试验条件下，氮肥用量达到180 kg/hm2时即可达到9325 kg/hm2的产量，与施氮量270 kg/hm2之间差异不显著，且氮肥农学利用率较高。本研究得出晚籼稻适宜的氮肥用量为180 kg/hm2，这比他人研究结果略低，可能与试验材料、土壤基础肥力较高等因素有关。

水稻适宜氮肥运筹方式须按不同阶段水稻需氮量、土壤供氮量和氮素利用率进行分析和计算[5]。本研究表明氮肥用量为180 kg/hm2，晚籼稻适宜氮肥运筹方式为基肥:分蘖肥:穗肥=60%:20%:20%，这与前人研究结果基本一致[10,19]，并且该组合处理氮肥农学利用率最高。这是由于增大基蘖肥氮肥施用比例可提高分蘖期土壤速效氮含量，促进水稻营养生长期对氮素的吸收，促进分蘖，保证在有效分蘖时间内获得预期穗数[20]。本研究还表明氮肥用量为270 kg/hm2，晚籼稻适宜氮肥运筹方式为基肥:分蘖肥:穗肥:粒肥=40%:20%:25%:15%，该组合处理产量及干物质转运量与转运率最高。这可能原因是氮肥用量增大，延长了水稻全生育期所致，如石庆华等[10]研究发现全生育期120天以上的晚籼稻品种适宜氮肥运筹方式为基肥:分蘖肥:穗肥=4:2:4。

作物生长发育过程中约90%干物质形成来自于光合作用同化产物[21]，延缓后期叶片衰老进程是水稻高产优质栽培的中心环节。本研究发现施氮可显著提高晚籼稻花后剑叶SPAD值，这与史方祝等[15]研究发现相一致。增加穗肥氮肥用量可显著提高水稻灌浆期叶片全氮和叶绿素a、b含量，可有效延缓叶片衰老进程，增加花后干物质积累和籽粒产量[14]。但本研究发现，后期增施氮肥可增加花后剑叶SPAD值，但各氮肥运筹方式之间差异不显著，这可能与供试材料、施肥时间等因素有关，具体机制仍需进一步研究。此外，依据本研究相关性方程计算可得，晚籼稻剑叶SPAD值衰减率增加1个百分点，花后干物质积累量、转运量和产量分别减少98.5、285、286 kg/hm2。

4 结论

施氮可增加晚籼稻有效穗数，扩大群体库容量，延缓花后叶片衰老进程，增大花后干物质转运量，提高花后干物质转运率，进而增加产量。晚籼稻产量与剑叶SPAD值衰减率显著负相关，而与花后干物质转运量显著正相关。低氮肥用量时，应增加晚籼稻氮肥基肥使用比例和减少追肥次数；较高氮肥用量时，可适当增加氮肥后期追肥次数和比例。当前晚籼稻适宜氮肥用量为180 kg/hm2，适宜氮肥运筹方式为基肥:分蘖肥:穗肥=60%:20%:20%。