楊丞 汪洋 張萬洋 葉廷紅 魯劍巍 張賡 李小坤, 2, *

灌溉模式與施氮量互作對(duì)水稻莖蘗產(chǎn)量形成的影響

楊丞1汪洋1張萬洋1葉廷紅1魯劍巍1張賡3李小坤1, 2, *

(1華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中下游耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素研究中心，武漢 430070；2華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 雙水雙綠研究院，武漢 430070；3全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京 100125；*通信聯(lián)系人，E-mail: lixiaokun@mail.hzau.edu.cn)

【】明確灌溉模式與施氮量及其互作對(duì)水稻根系形態(tài)、莖蘗產(chǎn)量形成的影響，以期為水稻綠色生產(chǎn)及水肥高效利用提供理論依據(jù)。采用大田試驗(yàn)的方法，以兩優(yōu)287為材料，設(shè)置浸潤式灌溉(W1)、常規(guī)灌溉(W2)和淹水灌溉(W3)三種灌水模式，不施氮(N0，0 kg/hm2)、常規(guī)施氮(N1，165.0 kg/hm2)和高氮(N2，247.5 kg /hm2)三個(gè)氮肥用量共9個(gè)處理。在水稻關(guān)鍵生育期取樣，測(cè)定根系形態(tài)和活力、莖蘗動(dòng)態(tài)、生物量和養(yǎng)分含量，研究灌溉模式與施氮量及其互作對(duì)水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量、氮肥利用率和品質(zhì)的影響。與W2處理相比，盡管W1處理水稻成穗率平均減少9.2%，但主莖、一次分蘗和二次分蘗的產(chǎn)量分別增加32.7%、18.1%和33.4%，總體產(chǎn)量平均增加18.5%；W3處理水稻成穗率平均減少5.0%，主莖、一次分蘗和二次分蘗的產(chǎn)量分別平均增加9.3%、2.0%和46.4%，總體產(chǎn)量無顯著差異。與N0處理相比，各施氮處理的水稻成穗率平均增加6.1%，主莖和一次分蘗的產(chǎn)量分別平均增加8.1%和92.6%，二次分蘗產(chǎn)量平均增加0.57 t/hm2(N0處理無二次分蘗)，總體產(chǎn)量平均增加88.0%。方差分析結(jié)果顯示，灌溉模式與施氮量對(duì)莖蘗產(chǎn)量、總體產(chǎn)量及每穗粒數(shù)存在顯著交互作用。此外，灌溉模式與施氮量對(duì)根系形態(tài)、根系活力、氮素吸收以及氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率均產(chǎn)生了顯著影響。方差分析結(jié)果顯示，灌溉模式與施氮量對(duì)總根長、根體積、根尖數(shù)、根系傷流速度以及根、莖、葉、穗各器官生物量、群體生長速率等均存在顯著交互作用。灌溉模式和施氮量顯著影響水稻根系形態(tài)、分蘗形成及產(chǎn)量，且存在明顯的交互作用。本試驗(yàn)條件下，浸潤式灌溉模式下施用適量氮肥(165.0 kg/hm2)可在獲得較高產(chǎn)量的同時(shí)提高水分和氮肥利用效率并改善稻米品質(zhì)。

水稻；灌溉模式；施氮量；水氮互作；產(chǎn)量

水稻是我國主要的糧食作物，60%以上人口以稻米為主食[1-2]。然而，隨著我國人口總量的持續(xù)增加和有效耕地面積的逐年減少，糧食安全問題日益突出。提高水稻單產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對(duì)保證我國社會(huì)穩(wěn)定和糧食安全具有重要意義[3]。

水稻的產(chǎn)量受到多方面因素的影響，包括品種、光照、溫度、水分和養(yǎng)分等。水稻品種從根本上決定水稻產(chǎn)量的形成，適宜的光照和溫度促進(jìn)水稻的高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)[4-6]。水分作為介質(zhì)在水稻的生理生化過程中具有重要地位，既是光合作用的原料之一，又是水稻生長過程中各種物質(zhì)的溶媒，是影響水稻產(chǎn)量的重要因子。但隨著工業(yè)、城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村生活用水的急劇增長，農(nóng)業(yè)灌溉用水日益緊缺，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到水稻的糧食生產(chǎn)[7-8]。養(yǎng)分是影響水稻產(chǎn)量的另一重要因子，尤其氮素是實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)最重要的營養(yǎng)元素[9]。同時(shí)，氮素是作物生長發(fā)育過程中必需的元素之一，水稻體內(nèi)的氮素營養(yǎng)水平直接或間接影響光合作用，水稻對(duì)土壤中有效氮吸收量是反映其生長狀況的重要指標(biāo)[10-11]。此外，氮素也參與水稻氣孔調(diào)節(jié)過程，可通過減少水稻葉片中脫落酸水平，維持氣孔開度，提高光合速率，從而提高產(chǎn)量[12-13]。長期以來，氮肥的施用一直是保證我國水稻高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的重要措施，但過量氮肥的施用，不僅造成了資源的浪費(fèi)和生產(chǎn)成本的增加，更加劇了農(nóng)業(yè)面源污染的形成，造成水體富營養(yǎng)化等一系列不良環(huán)境效應(yīng)，進(jìn)而威脅到人們的用水安全[14]。

事實(shí)上，在水稻生長發(fā)育過程中，水分和養(yǎng)分是相互影響的。水分作為運(yùn)輸養(yǎng)分的載體，一方面促進(jìn)氮素的轉(zhuǎn)化，另一方面促進(jìn)根系對(duì)養(yǎng)分的吸收；同時(shí)，氮素也是土壤水分的調(diào)節(jié)劑，影響水稻對(duì)水分的吸收，進(jìn)而影響根系的生理形態(tài)結(jié)構(gòu)[15-16]。但前人的研究多注重水分和氮素互作對(duì)水稻植株整體產(chǎn)量、品質(zhì)和水氮利用效率等方面的研究，鮮有探究水分和氮素互作對(duì)莖蘗產(chǎn)量形成的影響。研究灌溉模式和氮肥及其互作對(duì)根系形態(tài)和活力、莖蘗產(chǎn)量形成的影響對(duì)水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、水肥資源的高效利用具有重要意義。本研究采用田間試驗(yàn)，通過控制灌溉和量化氮肥用量，研究灌溉模式與施氮量在水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量形成過程中的互作效應(yīng)，旨在保證水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的條件下提高水分和氮肥的利用效率，以期為水稻綠色生產(chǎn)和水肥資源的高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2017年在湖北省武穴市梅川鎮(zhèn)(30°11′ N，115°59′ E)進(jìn)行。供試品種為當(dāng)?shù)刂饕N植品種兩優(yōu)287，該品種于2002年參加湖北省雜交早稻協(xié)作組組織的品比試驗(yàn)，產(chǎn)量為7.63 t/hm2，米質(zhì)達(dá)國標(biāo)優(yōu)質(zhì)稻谷一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，需肥水平中等偏上，大田種植需加強(qiáng)對(duì)紋枯病和稻瘟病的防治。試驗(yàn)地土壤有機(jī)質(zhì)27.2 g/kg，全氮1.22 g/kg，速效鉀81.9 mg/kg，速效磷14.7 mg/kg，pH值為5.43。3月27日播種，5月1日移栽，6月15－18日抽穗，7月22日收獲。插秧密度為34.65萬穴/hm2，單株插，行株距為16.1 cm×19.1 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按灌溉模式和施氮量二因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，設(shè)置浸潤式灌溉(W1)、常規(guī)灌溉(W2)和淹水灌溉(W3)三種灌水處理。每種灌溉方式下設(shè)置三種氮肥用量，即不施氮(N0, 0 kg/hm2, 以純氮計(jì))、常規(guī)施氮(N1, 165.0 kg/hm2, 以純氮計(jì), 當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣用量)和高氮(N2, 247.5 kg/hm2, 以純氮計(jì))。完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置9個(gè)處理，每個(gè)處理4次重復(fù)，小區(qū)面積50 m2。小區(qū)間筑埂(寬30 cm, 高30 cm)，并用塑料薄膜包裹覆蓋，以防止串水串肥。

浸潤式灌溉于秧苗移栽成活后，田間維持濕潤狀態(tài)(無水層)直至水稻成熟。常規(guī)灌溉于移栽后5 d內(nèi)田間保持2 cm水層確保秧苗返青成活，移栽后6－25 d田間保持1 cm水層，中期曬田至白根外露，曬田后5－7 d復(fù)水田間保持2~3 cm水層，之后保持干濕交替，收獲前一周自然落干。淹水灌溉于全生育期田面一直保持3~5 cm水層，收獲前一周自然落干。各處理磷鉀肥用量均為(折合P2O5)90 kg/ hm2，鉀肥(折合K2O)120 kg/hm2。供試肥料品種分別為尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)和氯化鉀(含K2O 60%)。氮肥分3次(基肥50%，蘗肥25%，穗肥25%)施用，磷肥作基肥一次性施用，鉀肥分兩次(基肥70%，穗肥30%)施用。全生育期嚴(yán)格防治病蟲草害。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 莖蘗動(dòng)態(tài)

各小區(qū)定點(diǎn)3穴，從移栽后14 d至抽穗期每隔3 d調(diào)查分蘗動(dòng)態(tài)。

1.3.2 根系形態(tài)及活力

于拔節(jié)期從各小區(qū)取樣3穴，每穴以水稻莖基部為中心挖取20 cm(長)×20 cm(寬)×30 cm(深)的土塊，裝于70目的篩網(wǎng)袋中，先用流水緩慢沖洗，再用農(nóng)用壓縮噴霧器沖至干凈，取鮮根用根系掃描儀分析根系形態(tài)。

于揚(yáng)花期晚18點(diǎn)每小區(qū)選擇5穴，離根區(qū)20 cm剪斷莖蘗，用脫脂棉吸收傷流液，次日早6點(diǎn)測(cè)定根系傷流量。根系傷流速度(g/h)=傷流量/時(shí)間。根系傷流速度反映根系活力，傷流速度越大，根系活力也越大。

1.3.3 生物量

于拔節(jié)期、抽穗期和成熟期各小區(qū)按平均莖蘗數(shù)依照1.3.2取樣方法取代表性稻株8穴，分根、莖、葉、穗(抽穗以后)，置于烘箱105℃下殺青30 min，80℃下烘至恒重后，測(cè)定根系和地上部莖、葉、穗的生物量，并計(jì)算根冠比和群體生長率。

不同版本的教材在編排方程內(nèi)容時(shí)，都用到了“天平”這一情境，因此，教師在教學(xué)過程中也用到了“天平”或者天平的變體“蹺蹺板”。這可能與天平平衡狀態(tài)下兩邊質(zhì)量相等這一特征密不可分。當(dāng)數(shù)值從天平中抽象出來以后，自然就變成了左右兩邊相等的式子。因此，教師能很自然地突出式子兩邊等價(jià)這一屬性。延拓開來，就是在列方程過程中，需要找到這樣一種特殊的數(shù)量關(guān)系（等量關(guān)系）。那么，這是方程的本質(zhì)嗎？

1.3.4 植株吸氮量的測(cè)定

取1.3.3中烘干后成熟期的水稻植株，按秸稈和籽粒分開直接粉碎。采用濃H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮法測(cè)定全氮量[17]。

1.3.5 考種與計(jì)產(chǎn)

成熟期于各小區(qū)內(nèi)劃定5 m2區(qū)域作為測(cè)產(chǎn)區(qū)，田間收割后脫粒、風(fēng)干、風(fēng)選測(cè)定實(shí)產(chǎn)。在測(cè)產(chǎn)前一天，各小區(qū)于取樣區(qū)隨機(jī)取8穴具有代表性的水稻植株風(fēng)干考種，測(cè)定有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重；同時(shí)，另隨機(jī)選取8穴具有代表性的水稻植株，按主莖、一次分蘗和二次分蘗分別剪下穗子，人工脫粒、風(fēng)干、風(fēng)選后分別測(cè)定產(chǎn)量。

1.3.6 稻米品質(zhì)

測(cè)定前各處理統(tǒng)一用NP-4350型風(fēng)選機(jī)等風(fēng)量風(fēng)選。同一處理的3個(gè)重復(fù)樣品混勻后測(cè)定糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度、糊化溫度、膠稠度等品質(zhì)性狀，測(cè)定方法參照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T1789－1999優(yōu)質(zhì)稻谷》；精米中直鏈淀粉含量用FOSS-TECATOR公司生產(chǎn)的近紅外谷物分析儀(Infratec 1241 grain analyzer)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用以下公式計(jì)算相關(guān)參數(shù)：

根冠比=根系干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量；

成穗率(%)=有效穗數(shù)/最大莖蘗數(shù)×100；

氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率(nitrogen dry matter production efficiency，NDMPE，kg/kg)=單位面積植株干物質(zhì)量/單位面積植株氮素積累總量；

氮素籽粒生產(chǎn)效率(nitrogen grain production efficiency，NGPE，kg/kg)=單位面積水稻籽粒產(chǎn)量/單位面積植株氮素積累量；

氮素收獲指數(shù)(N harvest index，NHI，%)=成熟期植株穗部氮積累量/植株氮素積累總量×100；

群體生長速率(g·m?2d?1)=(2?1)/(2?1)，式中1和2為前后兩次測(cè)定的地上部干物質(zhì)量(g·m?2)，1和2為前后測(cè)定的時(shí)間(d)；

采用Microsoft Excel和SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用Duncan(＜0.05)多重檢驗(yàn)進(jìn)行均值比較，用Origin 2017軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉模式與施氮量互作對(duì)水稻根系形態(tài)與根系活力的影響

不同灌溉模式和施氮量處理的水稻根系形態(tài)指標(biāo)如表1所示?？梢钥闯觯煌喔饶Ｊ教幚硐滤究偢L、根體積、根尖數(shù)和平均根直徑存在顯著差異。與常規(guī)灌溉(W2)處理相比，浸潤式灌溉(W1)處理水稻總根長、根表面積和根尖數(shù)分別減少12.2%、7.4%和19.7%，根體積和平均根直徑分別增加19.9%和23.3%；淹水灌溉(W3)處理水稻總根長和平均根直徑分別增加12.5%和16.8%，根表面積、根體積和根尖數(shù)無顯著差異。與不施氮(N0)處理相比，各施氮處理水稻總根長、根表面積、根體積、根尖數(shù)和平均根直徑分別平均增加42.2%、89.6%、80.4%、70.0%和115.9%，施氮可以顯著促進(jìn)根系的生長發(fā)育。方差分析結(jié)果顯示，灌溉模式與施氮量對(duì)水稻總根長、根體積和根尖數(shù)存在顯著交互作用。

灌溉模式和施氮量均顯著影響水稻的根系傷流速度(圖1)。不同灌溉模式處理下，水稻的平均根系傷流速度表現(xiàn)為W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3，說明浸潤式灌溉模式下水稻根系活力大、吸水能力強(qiáng)。不同施氮量處理水稻的根系傷流速度表現(xiàn)為N2＞N1＞N0，說明施氮可以提高根系活力，增強(qiáng)根系吸水能力。方差分析結(jié)果顯示，灌溉模式與施氮量對(duì)水稻根系傷流速度存在顯著交互作用。施氮顯著提高了水稻根系傷流速度，且W1N1處理根系傷流速度最大。說明灌溉模式與施氮量的互作可調(diào)節(jié)水稻根系傷流速度，影響根系活力。

圖中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)；柱上標(biāo)以不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著(Duncan)。*，**分別表示在0.05和0.01水平上互作顯著。下同。

2.2 灌溉模式與施氮量互作對(duì)不同生育時(shí)期水稻生物量及群體生長率的影響

灌溉模式和施氮量均顯著影響水稻主要生育時(shí)期根、莖、穗各器官的生物量(表2)。拔節(jié)期時(shí)，與W2處理相比，W1處理水稻根系生物量無顯著變化，地上部生物量增加35.7%，其中莖和葉的生物量分別增加36.8%和33.3%；W3處理水稻根系生物量和地上部生物量分別增加6.0%和9.5%，其中，莖和葉的生物量均增加9.6%。根、莖、葉各器官的生物量隨施氮量的增加而增加，與N0處理相比，各施氮處理水稻根系生物量和地上部生物量分別平均增加200.7%和169.0%，其中，莖和葉的生物量分別平均增加141.8%和219.4%。抽穗期時(shí)，與W2處理相比，W1處理水稻根系生物量平均減少12.2%，地上部生物量無顯著差異；W3處理水稻根系生物量和地上部生物量分別平均減少21.0%和18.3%，其中莖、葉、穗的生物量分別平均減少19.8%、11.2%、21.0%。與N0處理相比，各施氮處理水稻根系生物量和地上部生物量分別平均增加102.4%和108.4%，其中莖、葉、穗的生物量分別平均增加91.4%、191.9%、84.1%。方差分析結(jié)果顯示，灌溉模式與施氮量對(duì)水稻根、莖、葉、穗各器官生物量存在顯著交互作用。

表1 灌溉模式與施氮量互作對(duì)水稻根系形態(tài)的影響

W1－浸潤式灌溉；W2－常規(guī)灌溉；W3－淹水灌溉；N0－不施氮肥；N1－165.0 kg/hm2；N2－247.5 kg/hm2。表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（=3）；同列標(biāo)以不同字母表示在0.05水平上差異顯著（Duncan）。*，**分別表示在0.05和0.01水平上互作顯著。下同。

W1, Immersion irrigation; W2, Conventional irrigation; W3, Submerged irrigation; N0, 0 kg/hm2; N1, 165.0 kg/hm2; N2, 247.5 kg/hm2. TRL, Total root length; TRSA, Total root surface area; TRV, Total root volume; TRN, Number of root tips; ARD, Average root diameter. Values are Mean±SD(=3); values within a column followed by different letters are significantly different at<0.05(Duncan).*Significant interaction at<0.05;**Significant interaction at<0.01. The same as below.

表2 灌溉模式與施氮量互作對(duì)水稻不同生育時(shí)期生物量的影響

灌溉模式和施氮量對(duì)水稻主要生育時(shí)期群體生長率的影響均達(dá)到顯著水平(圖2)。拔節(jié)期至抽穗期時(shí)，不同灌溉模式處理水稻的平均群體生長率表現(xiàn)為W2＞W(wǎng)1＞W(wǎng)3；不同施氮量處理水稻的平均群體生長率表現(xiàn)為N1＞N2＞N0，說明施用適量氮肥更有利于水稻的生長發(fā)育。抽穗期至成熟期時(shí)，不同灌溉模式處理水稻的平均群體生長率表現(xiàn)為W3＞W(wǎng)1＞W(wǎng)2，不同施氮量處理水稻的平均群體生長率表現(xiàn)為N2＞N1＞N0。由此可見，不同生育時(shí)期，水稻的生長對(duì)灌溉模式和施氮量的反應(yīng)均是存在一定差異的。方差分析結(jié)果顯示，灌溉模式與施氮量對(duì)水稻群體生長率存在顯著交互作用。

2.3 灌溉模式與施氮量互作對(duì)莖蘗增長及莖蘗產(chǎn)量構(gòu)成的影響

移栽到抽穗期間，水稻的莖蘗數(shù)隨生育進(jìn)程呈先增加后逐步穩(wěn)定的趨勢(shì)，浸潤式灌溉(W1)處理到達(dá)分蘗盛期時(shí)間較常規(guī)灌溉(W2)處理和淹水灌溉(W3)處理早3～9 d(圖3)。灌溉模式和施氮量均顯著影響水稻最大莖蘗數(shù)，不同灌溉模式處理水稻最大莖蘗數(shù)表現(xiàn)為W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3；施氮量越大，最大莖蘗數(shù)越大。方差分析結(jié)果顯示，灌溉模式與施氮量對(duì)水稻最大莖蘗數(shù)不存在顯著交互作用。

圖2 灌溉模式與施氮量互作對(duì)水稻群體生長率的影響

圖3 灌溉模式與施氮量互作對(duì)莖蘗增長動(dòng)態(tài)的影響

灌溉模式和施氮量對(duì)水稻成穗率、一次分蘗產(chǎn)量和二次分蘗產(chǎn)量的影響均達(dá)到顯著水平(表3)。與W2處理相比，W1處理水稻成穗率平均減少9.2%，但主莖、一次分蘗和二次分蘗的產(chǎn)量分別平均增加32.7%、18.1%和33.4%；W3處理水稻成穗率平均減少5.0%，主莖、一次分蘗和二次分蘗的產(chǎn)量分別平均增加9.3%、2.0%和46.4%。各施氮處理水稻產(chǎn)量的增加主要體現(xiàn)在一次分蘗和二次分蘗產(chǎn)量的顯著增加。與N0處理相比，各施氮處理的水稻成穗率平均增加6.1%，主莖和一次分蘗的產(chǎn)量分別平均增加8.1%和92.6%，二次分蘗產(chǎn)量平均增加0.57 t/hm2(N0處理無二次分蘗)。隨著施氮量的提高，同一灌溉模式處理主莖的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率顯著下降。方差分析結(jié)果顯示，灌溉模式與施氮量對(duì)水稻莖蘗產(chǎn)量構(gòu)成存在顯著交互作用。

2.4 灌溉模式與施氮量互作對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

灌溉模式和施氮量對(duì)水稻產(chǎn)量的影響均達(dá)到顯著水平(表4)。與W2處理相比，W1處理水稻產(chǎn)量平均增加18.5%，W3處理水稻產(chǎn)量無顯著差異。與N0處理相比，各施氮處理的水稻產(chǎn)量均顯著增加，平均增幅達(dá)88.0%。灌溉模式和施氮量均顯著影響有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重(表4)。與W2處理相比，W1處理有效穗數(shù)和千粒重?zé)o顯著差異，每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率分別增加13.4%和4.2%；W3處理有效穗數(shù)增加6.8%，每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重?zé)o顯著差異。與N0處理相比，各施氮處理的有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)分別增加68.5%和17.1%，結(jié)實(shí)率和千粒重分別減少3.4%和4.3%。方差分析結(jié)果顯示，灌溉模式與施氮量對(duì)水稻產(chǎn)量及每穗粒數(shù)存在顯著交互作用。

表3 灌溉模式與施氮量互作對(duì)莖蘗產(chǎn)量構(gòu)成的影響

MS, Main stem; PT, Primary tiller; ST, Secondary tiller.

表4 灌溉模式與施氮量互作對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.5 灌溉模式與施氮量互作對(duì)氮肥利用率的影響

灌溉模式和施氮量對(duì)水稻秸稈吸氮量、籽粒吸氮量和氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率的影響均達(dá)到顯著水平(表5)。與W2處理相比，W1處理秸稈吸氮量、籽粒吸氮量和氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率分別增加26.9%、14.7%和5.1%，氮素籽粒生產(chǎn)效率和氮收獲指數(shù)無顯著差異；W3處理秸稈吸氮量和籽粒吸氮量分別增加3.0%和5.2%，氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素籽粒生產(chǎn)效率和氮收獲指數(shù)無顯著差異。施氮顯著提高了水稻秸稈吸氮量和籽粒吸氮量。與N0處理相比，各施氮處理的水稻秸稈吸氮量、籽粒吸氮量和氮收獲指數(shù)分別增加89.7%、121.0%和8.0%，氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和氮素籽粒生產(chǎn)效率分別減少16.3%和8.6%。方差分析結(jié)果顯示，灌溉模式與施氮量對(duì)水稻秸稈吸氮量、籽粒吸氮量、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素籽粒生產(chǎn)效率和氮收獲指數(shù)存在顯著交互作用。

2.6 灌溉模式與施氮量互作對(duì)稻米品質(zhì)的影響

不同灌溉模式和施氮量對(duì)稻米品質(zhì)影響如表6所示?？梢钥闯?，與W2處理相比，W1處理精米率和整精米率分別增加2.3%和2.1%，堊白粒率、堊白度和膠稠度分別減少11.0%、6.3%和2.8%；W3處理精米率和堊白度分別增加1.1%和2.0%，膠稠度減少4.2%。與N0處理相比，各施氮處理的糙米率增加1.7%，堊白粒率和堊白度分別平均減少11.1%和5.5%。N2處理和N1處理間相比稻米品質(zhì)則無明顯差異。

表5 灌溉模式與施氮量互作對(duì)水稻氮肥利用率的影響

NUs, N uptake of straw; NUg, N uptake of grains; NDMPE, N dry matter production efficiency; NGPE, N grain production efficiency, NHI, N harvest index.

表6 灌溉模式與施氮量互作對(duì)稻米品質(zhì)的影響

BR, Brown rice rate; MR, Milled rice rate; HMR, Head milled rice rate; CR, Chalkiness rate; CD, Chalkiness degree; PT, Pasting temperature; GC, Gel consistency; AC, Amylose content.

3 討論

3.1 灌溉模式與施氮量互作對(duì)水稻生長的影響

根系與養(yǎng)分吸收利用、地上部生長發(fā)育和產(chǎn)量都有著密切的關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)，灌溉模式與施氮量對(duì)水稻總根長、根體積、根尖數(shù)和根干質(zhì)量存在顯著交互作用，增施氮肥顯著增加了水稻根體積、根尖數(shù)和根干質(zhì)量，促進(jìn)了根系的生長發(fā)育，增加了水稻主要生育時(shí)期生物量的積累，從而達(dá)到增產(chǎn)的目的。此外，根系活力被認(rèn)為是水稻根系重要的生理指標(biāo)，直接影響水稻植株對(duì)水分與氮素的吸收與利用、地上部生長發(fā)育和產(chǎn)量形成。在本研究結(jié)果中，浸潤式灌溉下的水稻根系傷流速度較常規(guī)灌溉和淹水灌溉要高，說明其根系活力更大。其中，浸潤式灌溉模式下施用適量氮肥(165.0 kg/hm2)的根系傷流速度最大，根系活力的增強(qiáng)提高了根系吸收水分、養(yǎng)分的能力，可以為地上部生長提供更多的養(yǎng)分，進(jìn)而促進(jìn)植株對(duì)氮素的吸收與利用和地上部生物量的增加，提高了植株的氮素積累量與拔節(jié)期的群體生長速率。同時(shí)，水稻產(chǎn)量是生物量與收獲指數(shù)互作的結(jié)果。本研究結(jié)果表明，拔節(jié)期時(shí)灌溉模式與施氮量僅對(duì)水稻根系和葉片的生物量存在顯著交互作用，而抽穗期時(shí)對(duì)根、莖、葉、穗的生物量均存在顯著交互作用。這與趙建紅等[18]認(rèn)為灌溉模式與氮肥運(yùn)籌對(duì)水稻各時(shí)期生物量存在顯著和極顯著交互作用以及Cabangon等[19]認(rèn)為水分管理與施氮量對(duì)水稻生物量不存在顯著交互作用所得出的結(jié)論不同。究其原因，可能是水稻在進(jìn)入生殖生長期前，仍以根系生長為主，在進(jìn)入生殖生長期后，地上部干物質(zhì)大量積累。

3.2 灌溉模式與施氮量互作對(duì)水稻莖蘗產(chǎn)量形成的影響

國內(nèi)外關(guān)于水氮互作影響水稻產(chǎn)量的研究較多，但關(guān)于水分管理和施氮量互作對(duì)水稻產(chǎn)量的影響仍存在爭(zhēng)議。孫永健等[20-21]通過對(duì)不同水肥結(jié)合條件下水稻產(chǎn)量及氮肥利用效率的研究認(rèn)為，不同的氮肥運(yùn)籌調(diào)控結(jié)合適當(dāng)?shù)墓喔却胧┛梢悦黠@提高水稻的產(chǎn)量；而楊建昌等[22]認(rèn)為在缺水條件下，作物的水分脅迫在高氮下會(huì)加重，不利于產(chǎn)量的增加；Sharma等[23]認(rèn)為在土壤水分虧缺時(shí)施氮可促進(jìn)作物對(duì)深層土壤水分的利用而增加產(chǎn)量。水分與氮肥互作能否增產(chǎn)的一個(gè)重要方面在于能否協(xié)調(diào)好莖蘗產(chǎn)量的形成。施氮促進(jìn)了分蘗且提高了分蘗的產(chǎn)量，而浸潤式灌溉下水分供應(yīng)不足降低了水稻的成穗率。在本研究中，浸潤式灌溉下施用適量氮肥(165.0 kg/hm2)水稻植株的主莖產(chǎn)量顯著高于常規(guī)灌溉和淹水灌溉，一次分蘗產(chǎn)量也高于浸潤式灌溉下的其他施氮處理；灌溉模式與施氮量互作對(duì)水稻產(chǎn)量的增加主要體現(xiàn)在分蘗產(chǎn)量的增加，主莖產(chǎn)量占水稻植株產(chǎn)量的比例隨氮肥的施用不斷下降，一次分蘗產(chǎn)量占水稻植株產(chǎn)量的比例無顯著差異，說明氮肥主要通過降低水稻植株主莖產(chǎn)量貢獻(xiàn)率的同時(shí)增加二次分蘗產(chǎn)量貢獻(xiàn)率來協(xié)調(diào)水稻植株整體產(chǎn)量的增加。本研究表明，灌溉模式與施氮量對(duì)水稻產(chǎn)量存在顯著交互作用，合理的灌溉模式與施氮量互作能夠提高水稻產(chǎn)量，有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)的顯著增加是浸潤式灌溉模式下施用適量氮肥(165.0 kg/hm2)處理具有較高產(chǎn)量的重要緣由之一。在產(chǎn)量構(gòu)成因子中，已有研究表明[24-26]，在一定范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加，有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)增加，且氮肥的效應(yīng)要大于灌水的效應(yīng)。

3.3 灌溉模式與施氮量互作對(duì)水肥利用效率和稻米品質(zhì)的影響

褚光等[27-28]認(rèn)為長期淹水灌溉下，水稻根系活力較弱，對(duì)水肥的吸收能力差，而適度的土壤水分虧缺灌溉有利于促進(jìn)根系發(fā)育，能夠提高水肥利用效率。徐國偉等[29]認(rèn)為施氮量與灌溉模式在一定程度上對(duì)水稻的水肥利用效率有明顯的協(xié)同作用。與常規(guī)灌溉相比，浸潤式灌溉通過控制田間無水層，減少了稻田灌溉用水，在具備較高的水稻產(chǎn)量同時(shí)，大幅度提高了水分利用效率；同時(shí)，增施氮肥顯著提高了根系傷流速度，增強(qiáng)了根系活力與水分吸收能力。但在本研究中，對(duì)各灌溉模式下的灌水量尚未進(jìn)行具體統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)于科學(xué)評(píng)估灌溉模式與施氮量互作對(duì)水稻水分利用效率的影響仍有待進(jìn)一步深入。水氮互作對(duì)水稻氮素的吸收存在顯著交互作用。本研究結(jié)果驗(yàn)證了這一點(diǎn)，灌溉模式與施氮量對(duì)水稻氮肥利用率存在顯著交互作用。常規(guī)灌溉模式下，曬田加速了硝態(tài)氮的反硝化過程，加劇了氮肥的損失，因而氮肥利用率較低。浸潤式灌溉模式下施用適量氮肥(165.0 kg/hm2)，通過灌溉模式與施氮量互作能夠加速氮肥的溶解并提高根系養(yǎng)分吸收能力，促進(jìn)氮素向水稻根際土壤移動(dòng)，從而提高氮肥利用率。此外，大部分研究表明灌溉模式與施氮量對(duì)稻米品質(zhì)存在顯著交互作用[30-31]。相較于常規(guī)灌溉和淹水灌溉，浸潤式灌溉提高了稻米糙米率、精米率和整精米率，同時(shí)降低了稻米堊白粒率和堊白度，提高了稻米外觀品質(zhì)和加工品質(zhì)。施用氮肥也可以改善稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)，但常規(guī)施氮處理與高氮處理相比稻米品質(zhì)無明顯差異。

4 結(jié)論

灌溉模式與施氮量通過調(diào)控水稻根系形態(tài)和分蘗形成影響地上部生物量和植株氮素的積累，進(jìn)而影響水稻產(chǎn)量的形成。其中，灌溉模式主要通過影響水稻的成穗率與結(jié)實(shí)率，進(jìn)而影響產(chǎn)量的形成；而施氮主要通過增加分蘗數(shù)使有效穗數(shù)顯著提高，顯著增加一次分蘗和二次分蘗的產(chǎn)量，進(jìn)而提高水稻產(chǎn)量。灌溉模式與施氮量對(duì)水稻根系形態(tài)與活力、生物量、群體生長率、莖蘗產(chǎn)量構(gòu)成、產(chǎn)量及氮肥利用率存在顯著交互作用。從水肥高效利用的角度綜合考慮，浸潤式灌溉模式下施用適量氮肥(165.0 kg/hm2)可在保證較高的水稻產(chǎn)量前提下，提高水分和氮肥利用效率，改善稻米品質(zhì)，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

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Effects of Interaction Between Irrigation Mode and Nitrogen Application Rate on the Yield Formation of Main Stem and Tillers of Rice

YANG Cheng1, WANG Yang1, ZHANG Wanyang1, YE Tinghong1, LU Jianwei1,ZHANG Geng3,LI Xiaokun1, 2, *

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【】 The effects of the interaction between irrigation mode and nitrogen application rate on root morphology, yield formation of main stem and tillers were studied in order to lay a theoretical basis for green rice production and efficient use of water and fertilizer.【】Using the cultivar Liangyou 287 as the material, nine treatments were designed using the combinations of three irrigation modes (immersion irrigation, conventional irrigation, and submerged irrigation, abbreviated as W1, W2, and W3) and three nitrogen fertilizer rates (0, 165.0, and 247.5 kg/hm2, abbreviated as N0, N1, and N2). Sampling was conducted at key growth stages of rice to determine root morphology and vitality, tiller dynamics, biomass and nutrient content, and to study the effects of irrigation mode and nitrogen application rate and their interaction on rice growth and development, grain yield, nitrogen fertilizer use efficiency and rice quality.【】Compared with W2 treatment, although the productive tiller percentage of rice under W1 treatment was reduced by 9.2% on average, the yield of main stem, primary tillers and secondary tillers increased by 32.7%, 18.1% and 33.4%, respectively. The total yield increased by 18.5% on average. The productive tiller percentage of rice under W3 decreased by 5.0% on average, and the yield of main stem, primary tiller and secondary tiller increased by 9.3%, 2.0% and 46.4%, respectively as compared with W2 treatment. However, there was no significant difference in total yield between W2 and W3. Compared with the N0 treatment, the productive tiller percentage at two nitrogen application levels increased by 6.1% on average, the main stem and primary tiller yields increased by 8.1% and 92.6% on average, and the secondary tiller yield increased by 0.57 t/hm2on average (N0 secondary tiller emerged in the N0 treatment), the total yield increased by 88.0% on average. The results of analysis of variance showed that there was a significant interaction between irrigation mode and nitrogen application rate on the yield of main stem and tillers, total yield and number of spikelets per panicle. In addition, irrigation mode and nitrogen application rate have significant effects on root morphology, root vitality, nitrogen uptake and nitrogen dry matter production efficiency. The results of analysis of variance showed that there were significant interactions between irrigation mode and nitrogen application rate on total root length, root volume, number of root tips, root bleeding rate, root biomass, crop growth rate, and so on.【】Irrigation mode and nitrogen application rate significantly affect rice root morphology, tiller formation and yield, and there is a clear interaction. Under the experimental conditions, the appropriate application level of nitrogen fertilizer (165.0 kg/hm2) in the immersion irrigation mode can increase the water and nitrogen fertilizer use efficiency and improve rice quality while obtaining higher yield.

rice; irrigation mode; nitrogen application rate; interaction between irrigation mode and nitrogen application rate; yield

10.16819/j.1001-7216.2021.0519

2020-05-29；

2020-12-07。

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2017YFD0200108）；湖北省水稻“三優(yōu)”科技創(chuàng)新行動(dòng)項(xiàng)目；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（2662018YJ026）。