羅錫坤 李敏* 張恒棟 張發(fā)麗 羅德強 江學海 周維佳

（1 貴州省農(nóng)業(yè)科學院水稻研究所，貴陽 550006；2 黔西南州農(nóng)業(yè)林業(yè)科學研究院，貴州 興義 562400；第一作者：374847419@qq.com；*通信作者：limin-good@sohu.com）

水稻是我國重要的糧食作物，其種植面積占我國糧食種植面積的四分之一，產(chǎn)量占全國糧食總產(chǎn)的三分之一[1]。面對人口增長的壓力，提高水稻單產(chǎn)意義重大。隨超高產(chǎn)水稻的研究和應用，水稻品種的產(chǎn)量潛力不斷提升，甬優(yōu)1540、蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534 等一批品種近年在貴州持續(xù)表現(xiàn)出較高的產(chǎn)量潛力[2]，2020 年在貴州省興義市水稻超高產(chǎn)基地平均產(chǎn)量達到13.5 t/hm2，其中最高單產(chǎn)突破15.0 t/hm2。水稻產(chǎn)量不僅與品種有關，還與栽培措施以及環(huán)境因素息息相關[3-4]，氮肥與水稻產(chǎn)量密切相關[5-6]。通過大量投入氮肥作為主要栽培手段來提高水稻產(chǎn)量是我國當前水稻增產(chǎn)主要模式[7]。然而，氮肥用量并不是越多越好，研究發(fā)現(xiàn)，水稻產(chǎn)量會隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢[8-10]，同時過多的氮肥投入會導致水稻生產(chǎn)成本增加、氮利用率低、氮素養(yǎng)分浪費并帶來環(huán)境污染等問題[11-13]。目前對提高水稻單產(chǎn)和氮肥吸收利用能力主要是通過品種改良和優(yōu)化栽培技術來解決[14]，其中科學的氮肥管理措施是保障水稻高產(chǎn)和氮肥高效利用的重要手段，適宜的氮肥用量可以保障水稻高產(chǎn)和促進水稻對氮素的吸收能力[15]。不同水稻品種由于遺傳特性的差異導致對氮肥的需求量有所不同[16]，實現(xiàn)超高產(chǎn)的技術路徑有所差異，在超高產(chǎn)條件下探究不同類型水稻品種的最佳施氮量及其對氮肥的響應特征，可為不同類型水稻品種實現(xiàn)超高產(chǎn)提供更加科學的栽培策略。因此，本研究以3 種類型且具有超高產(chǎn)潛力的雜交水稻品種為試材，在超高產(chǎn)栽培模式下，開展不同氮肥用量對其產(chǎn)量以及氮肥吸收利用能力影響的研究，為不同類型水稻超高產(chǎn)栽培研究和超高產(chǎn)攻關提供理論依據(jù)和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗于2021 年在貴州省黔西南州興義市萬峰林水稻試驗基地（104.92′N，25.02′E）進行。供試材料為：秈粳交三系雜交水稻甬優(yōu)1540（甬粳15A×F7540）、三系雜交秈稻蓉18 優(yōu)2348（蓉18A×雅恢2348）和兩系雜交秈稻晶兩優(yōu)534（晶4155S×R534）。

1.2 試驗設計與栽培管理

采用缽盤育秧，于4 月5 日播種，5 月5 日移栽。裂區(qū)設計，品種為主區(qū)，氮肥處理為副區(qū)，小區(qū)面積60 m2，設置3 個施氮水平（N1，240 kg/hm2；N2，285 kg/hm2；N3，330 kg/hm2），基肥∶蘗肥∶促花肥∶保花肥=3∶2∶3∶2，氮磷鉀肥比例1∶0.5∶1，鉀肥分基肥和穗肥等量施用，磷肥全部作為底肥。小區(qū)之間用膜包田埂隔離，保證每個小區(qū)單獨排灌，防止不同小區(qū)間竄水竄肥。采用寬窄行方式人工移栽，寬行36.7 cm，窄行23.0 cm，株距16.7 cm，每穴精選1 缽帶蘗壯秧。淺水移栽，保持間歇灌溉，有效分蘗臨界期前夠苗80%后開始曬田，后期保持輕度干濕交替灌溉，直至成熟前1 周斷水。病蟲草害防治均按照大面積生產(chǎn)要求統(tǒng)一實施。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 莖蘗動態(tài)

每個處理小區(qū)確定3 個點，每個點連續(xù)選定10 穴作為調(diào)查群體，每隔7 d 調(diào)查1 次莖蘗動態(tài)，直至抽穗期。

1.3.2 干物質積累量

在拔節(jié)期、抽穗期和成熟期按平均莖蘗數(shù)從每個小區(qū)選取3 穴生長相近的稻株，分解為莖、葉、穗（抽穗以后）后，放置于烘箱中105 ℃殺青30 min 后，80 ℃下烘干至恒質量，測定相關部位干物質量。

1.3.3 產(chǎn)量及其構成因素

在水稻進入成熟期后于各小區(qū)普查50 穴，計算平均有效穗數(shù)，按照平均有效穗數(shù)取代表性植株3 穴，風干后考查有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結實率和千粒重。

1.3.4 植株氮含量

分別將拔節(jié)期、抽穗期和成熟期烘干稱重后的樣品按照莖、葉、穗研磨成粉末，每個樣品取0.2 g 置于消化管中，用濃硫酸和催化劑片進行消煮，運用全自動凱氏定氮儀Hanon-K9860 測定植株各部位中含氮量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

氮素吸收總量（kg/hm2）=成熟期地上部干物質量×含氮率（莖、鞘、葉、穗加權平均）；

氮素積累量（kg/hm2）=該時期地上部干物質量×含氮率；

氮素轉運量（kg/hm2）=抽穗期氮素積累量-成熟期氮素積累量；

氮素轉運率（%）=氮素轉運量/抽穗期氮素積累量×100；

穗部氮素增加量（kg/hm2）=成熟期穗部氮素積累量-抽穗期穗部氮素積累量；

氮素籽粒生產(chǎn)效率（kg/kg）=稻谷產(chǎn)量/氮素吸收總量；

氮素干物質生產(chǎn)效率（kg/kg）=生物產(chǎn)量/氮素吸收總量；

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施用量。

采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 27.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析，采用最小顯著差數(shù)測驗法（LSD）檢驗差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 施氮量對水稻產(chǎn)量及其構成因素的影響

從表1 可見，施氮量增加，甬優(yōu)1540 的產(chǎn)量顯著增加，蓉18 優(yōu)2348 的產(chǎn)量有所提高，晶兩優(yōu)534 的產(chǎn)量有所下降。氮肥增施均顯著增加3 個品種的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，而千粒重和結實率則不同程度降低，其中甬優(yōu)1540 的結實率、晶兩優(yōu)534 的千粒重和結實率不同氮肥處理間存在顯著差異。說明甬優(yōu)1540 仍然可以在本試驗的基礎上增施氮肥來提高產(chǎn)量。在最佳施氮量下，3 個品種產(chǎn)量表現(xiàn)為甬優(yōu)1540>蓉18 優(yōu)2348>晶兩優(yōu)534，主要是因為甬優(yōu)1540 的穗粒數(shù)和結實率遠大于蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534。說明甬優(yōu)1540 具有更大的群體穎花量，因此具有更高的超高產(chǎn)潛力。

2.2 施氮量對水稻氮素吸收的影響

從表2 可見，3 個關鍵生育時期氮素積累量對氮素的響應均表現(xiàn)為隨著施氮量的增加而增加，均在N3處理下最高。說明氮肥增加了3 個品種全生育期的氮素積累水平。在最佳施氮量下，拔節(jié)期、抽穗期和成熟期氮素積累量均表現(xiàn)為甬優(yōu)1540>蓉18 優(yōu)2348>晶兩優(yōu)534。說明甬優(yōu)1540 較蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534擁有更高的氮素積累水平。

表2 施氮量對不同類型雜交水稻幾個關鍵時期水稻氮素吸收的影響

2.3 施氮量對水稻氮素轉運的影響

從表3 可見，施氮量增加，甬優(yōu)1540 抽穗期至成熟期氮素轉運量和轉運率顯著上升，蓉18 優(yōu)2348 無明顯變化、晶兩優(yōu)534 有下降趨勢但處理間差異不顯著。蓉18 優(yōu)2348 和甬優(yōu)1540 成熟期穗部氮素增加量在N3 處理下最高，分別達174.82 kg/hm2和182.20 kg/hm2，晶兩優(yōu)534 則在N1 處理下最高，達129.54 kg/hm2。在最佳施氮量下，抽穗期至成熟期氮素轉運量、轉運率和成熟期穗部氮素增加量均表現(xiàn)為甬優(yōu)1540>蓉18 優(yōu)2348>晶兩優(yōu)534。說明甬優(yōu)1540 較蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534 具有更高的氮素轉運能力。

表3 施氮量對不同類型雜交水稻在抽穗至成熟關鍵時期氮素轉運的影響

2.4 氮肥用量對水稻氮素利用的影響

從表4 可見，3 個品種氮肥偏生產(chǎn)力均隨著施氮量增加而下降且均達顯著水平。施氮量對3 種類型雜交水稻氮素利用的影響存在較大的差異，隨著施氮量增加，甬優(yōu)1540 氮素利用能力有所提高，蓉18 優(yōu)2348無明顯變化，晶兩優(yōu)534 則有所下降。主要體現(xiàn)在甬優(yōu)1540 氮素籽粒生產(chǎn)效率和氮素收獲指數(shù)顯著增加，蓉18 優(yōu)2348 氮素籽粒生產(chǎn)效率、氮素收獲指數(shù)、氮素干物質生產(chǎn)效率處理間無顯著差異，晶兩優(yōu)534 氮素籽粒生產(chǎn)效率顯著降低。在最佳施氮量下，氮素籽粒生產(chǎn)效率和氮素收獲指數(shù)以及氮肥偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為甬優(yōu)1540>蓉18 優(yōu)2348>晶兩優(yōu)534，氮素干物質生產(chǎn)效率表現(xiàn)為晶兩優(yōu)534>蓉18 優(yōu)2348>甬優(yōu)1540，說明甬優(yōu)1540 較蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534 具有更高的氮肥利用能力。

表4 施氮量對不同類型雜交水稻氮素利用率的影響

3 討論

眾多研究發(fā)現(xiàn)，水稻產(chǎn)量隨施氮量的增加呈現(xiàn)出開口向下的拋物線趨勢[17]，而單位面積有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結實率和千粒重隨氮肥用量變化有不同表現(xiàn)[18-19]。本研究中3 種不同類型雜交水稻品種產(chǎn)量及其構成因素受施氮量的影響表現(xiàn)不同，蓉18 優(yōu)2348 和甬優(yōu)1540 產(chǎn)量均在N3 處理下最高，晶兩優(yōu)534 則在N1 處理下最高。在N3 處理下，蓉18 優(yōu)2348 和甬優(yōu)1540 具有較大的單位面積有效穗數(shù)和穗粒數(shù)以及正常的千粒重和結實率，從而獲得較高的產(chǎn)量，這與前人研究結果一致[20]。盡管氮肥施用增加了晶兩優(yōu)534 的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，但是過多的氮肥投入使晶兩優(yōu)534 無效分蘗增多，成穗率下降，同時也造成貪青晚熟、灌漿不充分，進而導致產(chǎn)量下降。進一步分析發(fā)現(xiàn)，在最高產(chǎn)施氮量下，甬優(yōu)1540 具有足夠的單位面積有效穗數(shù)，且穎花量和結實率遠高于蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534，因此甬優(yōu)1540 較蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534 具有更高的產(chǎn)量潛力。

植株營養(yǎng)器官中的氮素積累和轉運能力是水稻產(chǎn)量形成的關鍵因素。大量研究表明，水稻氮肥偏生產(chǎn)力隨著施氮量的增加呈下降趨勢[21-22]，這與本研究結果基本一致。前人研究表明，增加水稻前期氮素吸收量有利于形成高產(chǎn)群體，后期高氮素吸收量則有利于水稻從氮代謝向碳代謝轉變，促進抽穗后光合產(chǎn)物向籽粒運輸，有利于水稻產(chǎn)量的形成[23]。這說明在保障前期高氮素吸收量的同時，提高后期的氮素吸收量，有利于提高水稻產(chǎn)量。在本研究中，隨著施氮量增加，這3 個品種關鍵生育時期氮素積累量均呈上升趨勢，且表現(xiàn)為甬優(yōu)1540>蓉18 優(yōu)2348>晶兩優(yōu)534。結合產(chǎn)量及其構成因素分析，增施氮肥，這3 個品種的庫容量均擴大，其中甬優(yōu)1540 表現(xiàn)更優(yōu)，可見，增加施氮量有利于3種類型雜交水稻形成超高產(chǎn)群體，并且在最佳施氮量下，甬優(yōu)1540 擁有更大的超高產(chǎn)群體。氮素利用效率是氮素吸收、轉運和利用等多個生理過程綜合作用的結果[24]，氮素的高效利用主要取決于老葉向新葉、營養(yǎng)器官向生殖器官的氮素轉運效率[25-26]，因此，提高水稻生育后期的氮素轉運，促進氮和光合產(chǎn)物向籽粒的運輸，有利于進一步提高谷物產(chǎn)量和氮肥利用效率[27]。在本研究中，施氮量增加，甬優(yōu)1540 氮素利用效率增加，蓉18 優(yōu)2348 變化不明顯，晶兩優(yōu)534 則降低，且品種間表現(xiàn)為甬優(yōu)1540>蓉18 優(yōu)2348>晶兩優(yōu)534。結合產(chǎn)量及其構成因素分析，增施氮肥提高甬優(yōu)1540 生育后期物質生產(chǎn)力，促進庫容量充實，而蓉18 優(yōu)2348 無明顯變化，晶兩優(yōu)534 則出現(xiàn)降低的趨勢，并且甬優(yōu)1540 具有更高的充實能力。甬優(yōu)1540 可以通過繼續(xù)增加氮肥用量提高產(chǎn)量潛力，而對于蓉18 優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534 可以在本試驗最佳施氮量條件下，通過氮肥運籌繼續(xù)挖掘產(chǎn)量潛力。

4 結論

不同類型雜交秈稻品種的超高產(chǎn)潛力和最高產(chǎn)施氮量有較大差異。本試驗條件下，甬優(yōu)1540 和蓉18 優(yōu)2348 擁有更高的產(chǎn)量表現(xiàn)，主要原因是其氮素吸收利用效率和庫容充實度更高；在超高產(chǎn)栽培條件下，具有更高產(chǎn)量潛力的品種耐肥性更好，甬優(yōu)1540 仍可以繼續(xù)增施氮肥來獲得更高的產(chǎn)量和氮素利用效率，蓉18優(yōu)2348 和晶兩優(yōu)534 的適宜施氮量分別為330 kg/hm2和240 kg/hm2。