不同灌溉方式、施氮量和种植密度对水稻茎蘖利用及产量的影响

蔡永盛,薛菁芳,杜晓东,赵海新,杨丽敏,王立楠,陈书强

(黑龙江省农业科学院水稻研究所,农业农村部寒地粳稻冷害科学观测实验站,佳木斯 154026)

水稻(Oryza sativaL.)是我国最主要的粮食作物之一,同时也是第一大耗水作物,其灌溉用水占我国农业总用水的65%以上[1-2]。黑龙江省作为我国水稻种植面积最大、总产量最高的省份,传统淹水灌溉模式下水稻的生产用水占农业用水的96%,占全省社会用水的70%[3],水资源正成为制约黑龙江稻作持续发展的重要因素[4]。

化肥的应用有效提高了粮食产量,但随着施用量的增加,一些负面影响也逐渐凸显,如肥料利用率降低、土壤理化性状破坏、作物品质及产量降低等[5]。适宜的水稻群体结构是保障抽穗后光合生产能力的关键,而施氮量和栽植密度是影响水稻群体结构及生物量的形成、积累及转运的重要因素。在水稻生产过程中,传统的常规灌溉方式耗水量巨大,采用节水灌溉方式很有必要。本研究通过在不同灌溉方式下研究施氮水平和栽植密度对水稻茎蘖利用情况及产量的影响,明确不同水稻品种最优栽培因素配置,旨在为黑龙江省水稻节水高产高效栽培提供一定的理论基础和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2020年黑龙江省农业科学院水稻研究所进行,地理位置为N46°49′,E130°22′,属于典型的温带大陆性季风气候,年均气温3℃左右,≥10℃活动积温2 521℃,无霜期130—140 d;年均降水量510 mm。试验地土壤为草甸土,有机质含量为2.70%,土壤速效磷含量为39.78 mg/kg、速效钾含量为202.76 mg/kg、碱解氮含量为126.46 mg/kg,pH 6.4。

供试品种为‘龙粳31’,圆粒;‘龙粳1525’,长粒香型,在当地均可正常成熟。

1.2 试验设计

采用三因素完全随机试验设计,三个因子为:(1)灌溉方式:常规灌溉,全生育期总灌水量为540.27 m3(常灌);节水灌溉(即插秧后无水层管理),全生育期总灌水量为280.14 m3(控灌)。(2)株距水平:12 cm;14 cm;16.7 cm,行距均为30 cm。(3)施氮水平:0 kg/hm2(0N);115 kg/hm2(115N);138 kg/hm2(138N);161 kg/hm2(161N)。磷肥(P2O5)和钾肥(K2O)用量分别为90 kg/hm2和150 kg/hm2。供试氮、磷、钾肥分别为尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O512%)和硫酸钾(K2O 60%)。基肥氮肥用量占40%,磷肥100%,钾肥50%;分蘖肥氮肥30%;穗肥氮肥20%,钾肥50%;粒肥氮肥10%。每个处理50 m2,设3个重复,田间管理措施同大田生产。

1.3 测定项目

1.3.1 茎蘖动态

插秧后,调查基本苗数。齐穗后10 d,每7 d调查一次茎蘖数,连续调查5穴。

群体最高茎数为每平方米茎数最大值;

群体最高分蘖数=群体最高茎数-基本苗数;

群体分蘖穗数=收获穗数-基本苗数;

有效分蘖率=(分蘖穗数/最高分蘖数)×100%;

分蘖穗比例=(分蘖穗数/收获穗数)×100%;

成穗率=(收获穗数/最高茎数)×100%;

1.3.2 理论产量

取大小一致中等穗10个,测定其每穗长、实粒数、秕粒数和空粒数等,计算每穗粒数、结实率、有效穗数、千粒重等产量构成因素。经济系数=穗干重/谷草干重。

1.3.3 实际产量

每小区收获2 m2,自然晾干脱谷,称重,晒干,换算成标准含水量后计算产量。

1.4 统计分析

运用Microsoft Office Excel 2003软件整理数据,采用dps 7.05软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 对产量及其构成因素的影响

由表1可知,控灌处理的产量高于常灌处理,但差异均不显著。长粒品种‘龙粳1525’以115N处理产量最高,138N处理产量次之,0N处理产量最低;而圆粒品种‘龙粳31’以138N处理产量最高,161N处理产量次之,0N处理产量最低,各处理与0N处理相比,差异均达显著水平。长粒品种‘龙粳1525’以14 cm株距处理产量最高,12 cm株距处理产量次之,16.7 cm株距处理产量最低;圆粒品种‘龙粳31’以12 cm株距处理产量最高,14 cm株距处理产量次之,16.7 cm株距处理产量最低。

表1 不同处理对产量及其构成因素的影响Table 1 The effect of different treatments on yield and its constituent factors

进一步分析不同处理对产量构成因素的影响发现,单位面积颖花量高的处理,其产量高于其他处理。不同灌溉方式对两品种产量及其构成因素影响较小;不同施氮量处理对‘龙粳1525’单位面积穗数、结实率和千粒重影响较大,对‘龙粳31’单位面积穗数和每穗粒数影响较大;随着株距的增大,两品种单位面积穗数呈先增加后减少的趋势,每穗粒数呈先减少后增加的趋势。

由表2可知,品种对产量的影响不显著,而灌溉方式、施氮量和株距对产量的影响均达到了极显著水平。灌溉方式与施氮量、品种与株距的互作效应对产量有极显著影响;品种、灌溉方式、株距三者间的互作和品种、株距、施氮量三者间的互作对产量也有显著影响。

表2 品种、灌溉方式、施氮量和种植密度间的互作效应分析Table 2 Analysis of the interaction effects among varieties,irrigation methods,nitrogen application rate and planting density

灌溉方式与施氮量的互作效应对每穗粒数、每平方米颖花量、结实率和千粒重的影响均达到了极显著水平,灌溉方式与株距的互作效应对每平方米穗数、每平方米颖花量、结实率和千粒重的影响均达到了极显著水平,施氮量和株距的互作效应对结实率和千粒重的影响均达到了极显著水平,施氮量和品种的互作效应对每平方米穗数和千粒重分别有显著和极显著影响,株距和品种的互作效应对每平方米穗数、每穗粒数和每平方米颖花量的影响均达到了极显著水平。

2.2 对茎蘖利用情况的影响

由表3可知,不同灌溉方式对水稻茎蘖利用情况影响有所不同,长粒品种‘龙粳1525’的最高茎数和最高分蘖数均以控灌处理最高,圆粒品种‘龙粳31’则相反。随着株距的增加,两品种群体最高茎数、最高分蘖数和分蘖穗数均呈下降趋势。长粒品种‘龙粳1525’的群体最高茎数、最高分蘖数和分蘖穗数在161N处理下最大,且与0N处理和115N处理差异达显著水平,与138N处理差异不显著。圆粒品种‘龙粳31’的群体最高茎数、最高分蘖数和分蘖穗数在161N处理下最大,且与0N处理差异均达显著水平,与其他处理差异均不显著。

表3 不同处理对茎蘖利用情况的影响Table 3 Effects of different treatments on the utilization of stem tillers

长粒品种‘龙粳1525’的有效分蘖率和成穗率均以控灌处理最高,且与常灌处理相比,差异达显著水平;圆粒品种‘龙粳31’的有效分蘖率以控灌处理最高,且与常灌处理相比,差异达显著水平。两品种的群体分蘖穗比例均表现为161N处理最高,且与0N处理差异显著,长粒品种‘龙粳1525’的有效分蘖率和成穗率均以处理115N处理最高,且与138N处理差异达极显著水平,与161N处理差异达显著水平。

2.3 茎蘖利用情况与产量之间的相关系数

由表4可知,最高茎数和最高分蘖数与产量呈正相关,均未达显著水平;分蘖穗数、有效分蘖率和成穗率与产量均极显著正相关。

表4 茎蘖利用情况与产量的相互关系Table 4 The relationship between tiller utilization and yield

2.4 产量与处理构建因子的优化方程

如表5所示,可通过调节不同粒形水稻品种灌溉方式、施氮量和种植密度,来提高产量。长粒品种‘龙粳1525’的最优配置为控灌处理、116.13 kg/hm2施氮量和14 cm株距,产量最大值为8 558.58 kg/hm2;对于圆粒品种‘龙粳31’而言,最优配置为控灌处理、134.52 kg/hm2施氮量和12 cm株距,产量最大值为9 357.61 kg/hm2。

表5 产量与处理构建因子的优化方程Table 5 Optimization equations of yield and treatment construction factors

3 讨论

黑龙江水稻种植面积大,灌溉用水量多,为了水稻产业的可持续性发展,应选用节水栽培方式或模式。近年来关于节水灌溉对水稻生长、发育及产量影响的研究较多,但对水稻产量的影响不尽一致,这可能与土壤和气候条件、水稻品种特性、土壤水分状况和灌溉方法以及试验时间不同有关[6-7]。不同的灌溉模式直接导致稻田土壤水分状况的差异,而土壤水分状况能够对水稻分蘖动态、株高及产量形成因素产生较大影响[8-9]。于艳敏等[10]研究表明,节水灌溉方式促进有效分蘖的发生,使有效穗数显著高于常规灌溉方式水稻,增大了水稻“库”容,这也是节水灌溉方式下水稻高产的原因之一。朱士江等[11]研究表明,灌溉模式不会改变水稻分蘖基本的规律,只会影响水稻分蘖增加或减少的幅度,湿润灌溉较控制灌溉、间歇灌溉和淹灌对有效分蘖率影响最大。本研究表明,长粒品种‘龙粳1525’在控灌处理、115 kg/hm2施氮量和14 cm株距下的产量较常规灌溉高,而圆粒品种‘龙粳31’在控灌处理、138 kg/hm2施氮量和12 cm株距下的产量较常规灌溉高。从产量构成因素来看,节水灌溉处理下,2个品种的单位面积穗数和颖花量较常规灌溉高,这可能是由于节水灌溉方式有利于提高根系活力,使水稻吸收更多的水分和养分,促使叶片早生快发,提高成穗率所致[12]。

施氮量和种植密度显著影响水稻群体建成和个体发育,在一定范围内通过增加施氮量和提高栽植密度,有利于群体叶面积与个体叶面积的协调发展[13]。在种植密度较高时,增施氮肥虽可以增加群体穗数,但会导致结实率的下降,不利于增产。在种植密度较低时,施氮量对水稻产量的影响较为显著,水稻产量也往往与施氮量呈显著正相关[14-15]。李熙英等[16]与祁玉良等[17]认为分蘖能力较弱的品种不能适应稀植高氮的栽培模式。本试验中圆粒品种‘龙粳31’为分蘖能力一般的品种,其产量最高的处理为控灌处理、138 kg/hm2施氮量和12 cm株距,适宜密植,施氮量为中氮水平。长粒品种‘龙粳1525’分蘖能力较强,产量最高的处理为控灌方式、115 kg/hm2施氮量和14 cm株距,种植密度较‘龙粳31’降低,施氮量为低氮水平,这与前人的研究结果一致。同时施氮量的增加会加重水稻倒伏和病虫害的风险,因此,稀植高氮的栽培方法不仅存在减产风险,而且对环境有较大的负面影响。蔡桂青等[18]研究表明,提高种植密度,减少氮肥用量,可实现水稻高产。随着施氮量及栽植密度的增加群体叶面积指数增加,会导致叶片叶绿素含量的降低。要实现水稻生产高产高效必须要有一个合适的高光效群体结构,因此,在以后的水稻生产中,应根据不同品种适当调整种植密度、氮肥施用量,以提高水稻氮肥吸收利用率。

4 结论

长粒品种‘龙粳1525’的最优处理为控灌方式、116.13 kg/hm2施氮量和14 cm株距,产量最大值为8 558.58 kg/hm2;圆粒品种‘龙粳31’的最优处理为控灌方式、134.52 kg/hm2施氮量和12 cm株距,产量最大值为9 357.61 kg/hm2。该研究可为黑龙江节水高产优质的水稻栽培提理论基础和实践依据。