简化施肥对免耕冬水田不同杂交中稻/再生稻产量的影响

张 林，周兴兵，刘 茂，蒋 鹏，郭晓艺，高尚卿，徐 魏，李燕容，梅岫峰，朱永川，熊 洪，徐富贤

（1四川省农业科学院水稻高粱研究所/农业部西南水稻生物学与遗传育种重点实验室，四川德阳 618000；2国家水稻改良中心四川泸州分中心，四川泸州 646100；3泸县农业技术推广中心，四川泸县 646100；4富顺县农业技术推广中心，四川富顺 643200）

0 引言

近年来，中国水稻持续丰产，但水稻生产面临着农村劳动力短缺，种稻比较效益低等困境，南方稻区出现了双改单甚至抛荒的现象，严重威胁中国粮食安全[1]。因此，如何运用现代农业机械代替人工操作、简化种植管理、减少田间作业次数等简化栽培技术实现降本增效已成为当前水稻生产中的迫切需求。

再生稻生产技术在中国有悠久历史，随着水稻生产技术发展，中稻-再生稻因其省时省工、经济效益明显等优点已成为南方稻区增加单位面积产量和经济收入主要水稻耕作模式之一[2-4]。四川盆地东南部（含重庆市）丘陵河谷地区，冬水田长期维持在100×104～130×104hm2，以中稻-再生稻种植模式为主，中稻高产长期以重底早追（底肥∶蘖肥=7∶3）的氮肥管理方式为主[3]。氮肥管理方式是影响水稻产量和氮肥利用率的重要因素之一，近年来研究主要集中于前氮后移技术，但其对水稻产量和氮肥利用率的影响程度与品种类型、生态条件、土壤地力和种植方式等关系密切[2]。关于氮肥管理方式对中稻-再生稻的影响，陈鸿飞等[5]研究认为华南稻区头季施氮量225 kg/hm2，基蘖肥∶穗肥=3∶2，水稻的氮素累积、群体生长率及干物质生产较为协调，产量和氮素利用率高；华中地区则为头季施氮量225 kg/hm2，基肥∶分蘖肥∶幼穗分化肥=1∶1∶1[6]；西南稻区为两季施氮总量180 kg/hm2，基肥∶幼穗分化肥∶粒芽肥=3∶1∶1[2]。可见，中稻-再生稻适宜施氮量和氮肥管理方式在不同生态区间明显不同。

水稻简化施肥技术主要以缓控释肥测深施肥一次基施为主，普通尿素简化施肥较少[1,7]。钟雪梅等[8]研究表明与常规施肥处理相比，机插同步一次性减氮10%～30%测深施肥有利于N、P、K吸收积累，能同步提高双季稻的产量和N肥利用效率。褚清河等[9]研究表明插秧前基肥一次性施用普通尿素与基肥和分蘖初期分2次施用相比，肥力较低的盐渍型水稻土稻谷产量无明显差异。作者团队先期研究表明，冬水田短期免耕能达到翻耕处理水稻产量水平，可采用“底肥一道清”简化施肥的氮肥管理方式[10-11]。此外，品种是再生稻获得高产的重要基础[12]。为此，本研究利用18个杂交中稻品种，在四川盆地免耕冬水田条件下，开展简化施肥对不同杂交中稻/再生稻产量的影响研究，筛选两季高产品种，以期为该区域中稻-再生稻大面积生产的丰产节本增效栽培提供技术支撑，对农村劳动力短缺现状下稳定区域水稻产能具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验田概况

试验于2016年和2017年在四川省农业科学院水稻高粱研究所泸县试验基地首次免耕的冬水田不同田块进行(105°38′08″E，29°17′59″N)。稻田土质均匀，土壤耕作层(0～15 cm)肥力指标见表1，试验处理以外的栽培管理措施同大面积生产。

表1 试验土壤肥力指标

1.2 试验设计

试验以近年来通过国家或四川省审定的18个生育期相近的中籼迟熟三系杂交稻品种为材料，3月5日播种，地膜湿润育秧，4月15日叶龄4.5叶左右移栽，移栽规格27 cm×20 cm，每穴栽双株。试验采用裂区设计，以氮肥管理方式(N)为主区，品种(V)为裂区。施纯氮120 kg/hm2，设2种氮肥管理方式：简化施氮（1次基施，SF）和常规施氮（底肥∶蘖肥∶穗肥=5∶3∶2，CF）。为明确2种氮肥管理方式效果，不施再生稻粒芽肥和发苗肥。磷肥(P2O575 kg/hm2)和钾肥(K2O 105 kg/hm2)全部作底肥移栽前一次施用。试验小区面积13 m2，3次重复，小区间走道53.5 cm，区组间走道86.5 cm，主区采用塑料隔板隔开，排灌水管理实行单排单灌。再生稻留桩高度35～40 cm。试验小区水稻生育期基本一致，于8月5日左右收获中稻，10月10日左右收获再生稻。水稻生长期日平均温度、降水量和日照时数气象数据由四川省气象中心提供（图1）。

图1 水稻生育期间气温(a)、降水量(b)、日照时数(c)

1.3 测定项目和方法

于移栽后20天开始，每小区定2点，每点10穴，每周调查1次分蘖动态，至分蘖下降为止。头季和再生季成熟期试验所有小区按其小区平均有效茎数取样5穴，在室内考查单株有效穗、穗长、每穗颖花数、每穗实粒数、结实率及千粒重。头季稻收割后第5日每小区定2点，每点10穴，调查再生芽出鞘数，第5日测再生芽出鞘率见式(1)。小区产量采取单打单晒实收测产，小区实产和千粒重均按13.5%含水量折合为标准重量。氮肥利用率指标：氮肥偏生产力(Partial factorproductivity of applied N，PFP)：施氮肥区水稻产量与氮肥施用量的比值。

1.4 数据分析

所有计算由DPS 7.05数据处理系统和Excel操作系统完成。最小显著极差法(LSD)进行差异显著性检验（P＜0.05 或P＜0.01）。

2 结果与分析

2.1 试验处理期间主要气象

中稻-再生稻生长期间（3月5日—10月10日），2016年积温5136.4℃，日平均温度23.35℃，最高值出现在8月下旬；2017年积温5112.7℃，日平均温度23.35℃，最高值出现在7月下旬。2016年降雨总量1362.23 mm，日平均降雨量6.30 mm，降雨主要集中7月和8月；2017年降雨总量726.9 mm，日平均降雨量3.32 mm。2016年日照总时数1031.6 h，平均日照时数4.69 h，2017年日照总时数974.2 h，平均日照时数4.43 h。与2016年相比，2017年日平均温度变化极小，降雨总量减少46.6%，日照总时数减少5.6%。

2.2 年份、氮肥管理方式和品种及互作对头季产量、再生季产量及两季总产的影响

从表2可以看出，年份间18个品种头季产量、再生稻产量和两季总产差异极显著水平。2017年头季稻产量、再生季产量和两季总产分别为9.96、2.12、12.08 t/hm2，较2016年产量分别提高12.6%，115.29%，22.98%。氮肥管理方式对头季产量、再生季产量、两季总产的影响均未达到显著水平，简化施氮中头季稻产量、再生季产量和两季总产分别为9.46、1.50、10.96 t/hm2，较常规施氮产量分别为1.40%，-6.77%，0.20%。18个品种间头季产量、再生季产量和两季总产差异均达极显著水平，18个品种头季产量8.70～10.19 t/hm2，再生季产量 0.59～2.29 t/hm2，两季总产10.21～11.57 t/hm2。年份与氮肥管理方式互作对再生稻产量的影响达显著水平，对头季稻产量和两季总产的影响不显著。年份与品种间互作对头季产量、再生稻产量和两季总产的影响均达极显著水平。氮肥管理方式与品种互作对再生稻产量的影响达显著水平，对头季稻产量和两季总产的影响不显著。年份、氮肥管理方式和品种三者互作对头季产量、再生稻产量和两季总产的影响均未达显著水平。

表2 不同年份和处理对18个品种头季产量、再生季产量和两季总产的影响

续表2

2.3 年份、氮肥管理方式、品种及互作对头季稻产量构成性状的影响

从表3可以看出，年份间18个品种最高分蘖数、有效穗和结实率差异达显著或极显著水平，可能原因是2016年移栽后遇持续低温和基础地力水平叠加作用以及灌浆结实期持续阴雨导致最高分蘖数和结实率较2017年分别降低26.5%和1.72%，每穗颖花数和千粒重差异不显著。氮肥管理方式对头季稻最高分蘖数、有效穗、每穗颖花数、结实率和千粒重的影响均未达到显著水平。18个品种间头季稻最高分蘖数、有效穗、每穗颖花数、结实率的差异均达极显著水平。年份与氮肥管理方式互作对头季稻产量构成的影响不显著。年份与品种间互作对最高分蘖数的影响不显著，对有效穗、每穗颖花数、结实率和千粒重的影响达显著或极显著水平。氮肥管理方式与品种互作对头季稻最高分蘖数、有效穗、每穗颖花数、结实率的影响均未达到显著水平。年份、氮肥管理方式和品种三者互作对头季稻最高分蘖数、有效穗、每穗颖花数、结实率的影响均未达到显著水平。

表3 不同处理头季稻产量构成性状方差分析

2.4 年份、氮肥管理方式、品种及互作对再生稻产量构成性状的影响

从表4可以看出，年份间18个品种再生稻有效穗、结实率和千粒重差异达显著或极显著水平，第5日再生芽出鞘数和每穗颖花数差异不显著。氮肥管理方式对再生稻第5日再生芽出鞘数、有效穗、每穗颖花数、结实率和千粒重的影响均未达到显著水平。18个品种间再生稻第5日再生芽出鞘数、有效穗、每穗颖花数、结实率和千粒重均达极显著水平。年份与氮肥管理方式互作对再生稻有效穗的影响达极显著水平，对第5日再生芽出鞘数、每穗颖花数、结实率和千粒重的影响不显著。年份与品种间互作对第5日再生芽出鞘数的影响未达显著水平，对有效穗、每穗颖花数、结实率和千粒重的影响达显著或极显著水平。氮肥管理方式与品种互作对第5日再生芽出鞘数的影响未达显著水平，对有效穗、每穗颖花数、结实率和千粒重的影响达显著或极显著水平。年份、氮肥管理方式和品种三者互作对每穗颖花数的影响未达显著水平，对第5日再生芽出鞘数、有效穗、结实率和千粒重的影响达显著或极显著水平。

表4 不同处理再生稻产量构成性状方差分析

2.5 中稻-再生稻产量与产量构成性状的关系

相关分析（表5）表明，在头季产量构成性状中，头季最高分蘖数与有效穗呈极显著正相关(r=0.90)，有效穗与每穗颖花数呈极显著负相关(r=0.58)。头季产量与头季最高分蘖数、有效穗、每穗颖花数、结实率、千粒重的相关系数均未达显著。回归与通经分析表明（表6），头季产量与头季有效穗、每穗颖花数、结实率、千粒重的偏相关系数均达极显著水平，对产量贡献大小依次为每穗颖花数、有效穗、千粒重和结实率，并建立回归方程见式(2)。因此，试验所在生态区选择大穗型品种有利于头季获得高产。

表5 头季、再生季穗粒结构和产量的相关分析

在再生季产量构成性状中，第5日再生芽出鞘数与有效穗呈极显著正相关(r=0.82)，结实率与第5日再生芽出鞘数、有效穗均呈极显著负相关(r=0.68)，千粒重与有效穗呈显著负相关。再生季产量与再生季第5日再生芽出鞘数、有效穗、结实率均呈极显著正相关，相关系数分别为0.83、0.80和0.83。回归与通经分析表明（表6），再生季产量与再生季有效穗、每穗颖花数、结实率、千粒重的偏相关系数均达显著或极显著水平，对产量贡献大小依次为有效穗、每穗颖花数、结实率、千粒重。建立回归方程见式(3)。因此，提高再生稻有效穗是再生稻获得高产的重要途径。

头季产量和再生季产量呈极显著负相关(r=0.61)。两季总产量与头季、再生季产量构成相关性状的相关系数均未达显著。在头季和再生季产量构成相关性状中，再生季第5日再生芽出鞘数与头季稻每穗颖花数呈显著负相关，与结实率呈显著正相关；再生季有效穗与头季稻每穗颖花数呈显著负相关、与有效穗和结实率呈显著正相关；再生季每穗颖花数与头季最高分蘖数和有效穗呈显著负相关、与每穗颖花数呈显著正相关；再生季结实率与头季稻每穗颖花数呈显著负相关、与结实率呈显著正相关；再生季千粒重与头季千粒重呈极显著正相关。回归与通经分析表明（表6），两季总产与头季有效穗、每穗颖花数、结实率、千粒重和再生季有效穗偏相关系数均达极显著水平，对产量贡献大小依次为头季每穗颖花数、头季千粒重、头季有效穗、再生季有效穗和头季结实率，建立回归方程(4)。因此，在中稻-再生稻生产中，应同时考虑头季和再生季产量水平，选择穗粒兼顾型品种有利于两季获得高产。

表6 回归和通经分析

2.6 高产高效品种评价

采用欧式距离，中间距离聚类方法对18个杂交稻品种的头季产量、再生季产量和两季产量进行系统聚类（图2～4），可将18个杂交稻依据产量水平分为高、中、低产型3类（表7）。试验中18个品种没有头季和再生季均高产的品种，头季稻产量较高的品种有‘川绿优188’、‘蓉优3324’、‘绵优5323’、‘内6优103’；再生稻产量较高即强再生力品种有‘泸优137’、‘天优863’、‘德优4727’、‘蓉18优1015’、‘川优6203’、‘内6优107’、‘旌优727’和‘旌3优177’；两季产量较高的品种有‘旌优727’、‘旌3优177’、‘内6优103’和‘内6优107’，此类品种氮肥利用效率较高，中稻-再生稻两季氮肥偏生产力为109.05-110.19 kg/kg，表现为头中再高（头季产量中间型、再生季产量高产型）或头高再中（头季产量高产型、再生稻产量中间型），在生产中通过施用促芽肥进一步提高再生稻产量可实现两季总产超高产。

表7 18个杂交稻品种产量划分

图2 头季稻产量聚类图

图3 再生季稻产量聚类图

图4 两季总产聚类图

3 结论

简化施氮和常规施氮对头季产量、再生季产量和两季总产的影响均未达到显著水平，采用一次基施的简化施肥方式是免耕冬水田水稻实现高产、省工的有效途。两季总产与头季有效穗、每穗颖花数、结实率、千粒重和再生季有效穗偏相关系数均达极显著水平，选择穗粒兼顾型品种有利于实现中稻/再生稻两季高产。筛选出两季高产和高氮肥偏生产力品种‘旌优727’、‘旌3优177’、‘内6优103’和‘内6优107’，可在试验所在生态区中稻-再生稻种植中推广应用。

4 讨论

4.1 头季氮肥管理方式对中稻-再生稻产量的影响

氮肥管理方式是影响水稻产量和氮肥利用率的重要因素之一，其对水稻产量和氮肥利用率的影响程度与品种类型、生态条件、土壤地力和种植方式等关系密切[2]。孙永健等[13]研究认为氮肥后移能促进花后氮素累积，提高剑叶光合速率和碳氮代谢关键酶活性，促进光合同化物及氮素累积与转运，进而提高产量及氮肥利用率。石丽红等[14]研究认为氮肥后移可提高分蘖数、增加成穗率和穗实粒数，从而显著提高最大库容量（总实粒数）和产量。徐富贤等[15-16]研究结果则表明氮肥后移对稻谷产量的影响取决于土壤肥力，品种间表现存在差异。

在中稻-再生稻模式中，不同生态区氮肥管理方式对头季稻产量的影响差异较大[2,5-6]。西南稻区研究结果也不尽相同，张林等[2]研究认为两季施氮总量180.00 kg/hm2，基肥∶幼穗分化肥∶粒芽肥=3∶1∶1。方林发等[16]研究认为西南地区冬水田氮素水平和基础地力较高，氮肥后移和控释氮肥一次施用与底肥∶分蘖肥∶穗肥=60∶40∶0间差异不显著，但底肥∶分蘖肥∶穗肥=60∶40∶0处理提高了水稻收获指数、结实率、每穗颖花数，最佳氮肥运筹为施氮量宜为120～150 kg/hm2，以普通尿素按底肥∶分蘖肥∶穗肥=60∶40∶0比例施用。姚雄等[17]研究则认为底肥∶穗肥=6∶4的前氮后移方式较底肥∶蘖肥=7∶3重底早追增产。

关于头季稻氮肥运筹对再生稻产量产量的影响研究结果也不尽一致。有的研究认为头季稻氮肥后移可显著提高再生稻头季生长中、后期的叶片硝酸还原酶活性、叶绿素含量、净光合速率伤流量，增加干物质积累，提高再生稻产量[18]。有的则认为头季不同基蘖穗肥氮素配比对再生稻再生季的影响不显著[19]。本研究认为一次基施氮肥的简化施肥和常规施氮对头季产量、再生季产量、两季总产及产量构成的影响均未达到显著水平。与我们先期研究结果一致[12]。冬水田一次基施氮肥水稻产量并未降低的主要原因可能：一是冬水田长期处于水饱和状态，水稻移栽初期地温低，土壤养分尤其是氮释放慢，重施基肥可促进水稻生长前期养分吸收和分蘖，从而提高产量。二是冬水田保水、保肥能力强，基础地力较高，既使在一次基施或重底早追的氮肥管理方式下，也能维持中后期植株对养分的供应。三是西南稻区主栽品种均为中大穗型品种，重施基肥能显著提高分蘖数进而提高有效穗，而通过中后期施氮进一步提高穗粒数较难实现。因此，采用一次基施的简化施肥方式是四川冬水田免耕水稻实现高产、省工的有效途径。此外，长期免耕条件下采用简化施肥是否可行，需进一步研究。

4.2 中稻-再生稻高产品种特征

选用良种，规划适种区，合理栽培技术是再生稻高产的关键，品种是再生稻高产的重要基础[3]。关于再生稻产量与头季稻性状间关系研究较多，普遍研究认为再生稻产量高的品种表现为头季后期光合产物稻桩内残留量多、单茎茎鞘干重积累量大、叶面积指数(LAI)大、有效穗多、每穗颖花数少等特征，再生季表现灌浆期净光合速率高、有效穗数多和结实率高[20-26]。徐富贤等[26]在本试验相同生态区研究认为两季总产同时满足理论产量11.5 t/hm2和产量潜力14 t/hm2的高产组合的每穗颖花数160～190粒、有效穗232.12～249.40 m-2、结实率81.54%～85.74%、千粒重28.58～30.07g、单穗重4.13～4.43 g与本试验两季总产高产品种特征（每穗颖花数 158～179 粒、有效穗 191.78～212.34 m2、结实率87.98%～91.05%、千粒重26.67～32.44g、单穗重4.29～4.85g）存在差异，可能由于试验密度和品种差异造成，但每穗颖花数基本一致。本研究表明，大穗型品种有利于试验所在生态区头季获得高产，但再生季产量与头季稻每穗颖花数呈极显著负相关，头季产量和再生季产量也呈极显著负相关。在两季产量构成中，对两季总产贡献大小依次为头季每穗颖花数、头季千粒重、头季有效穗、再生季有效穗和头季结实率。因此，选择穗粒兼顾型的品种有利于两季获得高产。并筛选了两季产量较高的品种‘旌优727’、‘旌3优177’、‘内6优103’和‘内6优107’，表现为头中再高或头高再中，可在试验所在生态区中稻-再生稻种植中推广应用。